章典:大地与人类的探秘者

2019-07-19 06:10:22 科学中国人·上半月2019年5期

王辉

专家简介:

章典,生于1954年。曾任香港大学地理系(2016年QS世界大学地理和区域专业排名第13位)系主任,现为广州大学地理科学学院“千人计划”特聘教授、香港大学荣誉教授,Progress In physical geography期刊主编(亚洲区)、中国科学院海外杰出学者。

36年前,从贵州师范大学地理系以第一届研究生身份毕业的章典,取消了回原单位工作的打算,投身进入学术界,开启了他探究地理的人生历程。

“达人所之未达,探人所之未知”,章典的足迹踏遍青藏高原、访尽贵州山水,探索大自然的奥秘,寻找大自然的规律。他用自己的生命探访着大地的秘密,寻找历史长河中人类留下的痕迹。

章典的科学研究不仅涉及世界各个地区,他更是一位横跨多学科的创新性研究学者,其研究领域涵盖地球科学、地理学、环境学、考古和人文科学。数十年来,他就像徐霞客一样,在山脉、水道、地质和地貌等方面的调查和研究中,不断地推动着国际国内地理科学界发展——从发现青藏高原上2万年前的人类手印脚印、用历史数据推证气候变化对人类发展影响,到创立“碱雨理论”、提出钙华形成的“瀑布效应”……

在2017年回到广州大学任特聘教授之前,他先后在英国曼彻斯特大学、西印度群岛大学和香港大学任教及研究,从事教学工作已超过30多年,任教超过20个科目。他主持科研项目30余项,在SCI和SSCI国际刊物上发表论文100余篇,其中超过30篇均发表在相关专业排名前十位的学术期刊,包括诸多世界顶级科学刊物,并获得多个奖项。

大学之道

1954年出生于中国大西南贵州的章典,相貌中自带儒雅的学者气质,历经风霜的肤色,仿佛透露着他作为地理科学家走遍天下的特质。

400多年前,徐霞客靠自己的双腿,访遍了中国的山川大河,从陡峭的山峰到急流险滩,经历艰难险阻,甚至可能随时丧生。章典对徐霞客有着很深的研究,在他看来,兴趣、好奇心,都是成为一名地理科研人才的必要特质,但更重要的是要有吃苦耐劳的精神。

章典是1978级的第一届研究生,本科原本主修工程地质学。在读研究生之前,章典就曾在贵州省建筑设计及城市规划院担任了两年多的助理地质工程师。他从小就阅读大量书籍,对地理学非常感兴趣。在他看来,地理涉及的是人与地球之间的关系,包括自然和人文,可以是很好的发展方向。在贵州师范大学攻读水化学和地貌学方向的研究生后,章典选择了留校任教,担任地理系的助教、讲师。

1993年,已经在英国曼彻斯特大学读完博士并担任了两年博士后研究员的章典,面临来自英国和牙买加的两个工作选择。由于牙买加的文化与中国、英国都有着很大的差异,保持着足够好奇心的章典最终选择了去牙买加,并在那里教了两年书。两年之后,章典从牙买加回到了香港大学任教。香港的中西方文化融合很深,而香港大学则有着顶尖的学术氛围,这让章典感到非常适应,他从地理系讲师一直到担任系主任、教授,一待就是22年。在香港大学任教期间,他被香港政府授予“杰出学者”(Prestigious Fellow)的称号,被香港大学授予“杰出研究学者奖”“最佳研究著作奖”。

直到2017年,章典接受广州大学的引进和邀请,到广州大学地理科学学院担任特聘教授。作为一名在世界多个不同国度的大学都曾经任教的大学教授。章典对大学教育的观点也颇有“中西方结合”的味道。他说,如今是一个不断变化的大时代,学生们要注重在大时代下的自我实现。他认为,好的大学教育不仅要让学生们学到专业知识,也要学到学术,即“学习的技术”,而在学术的过程中要懂得批判性思维。

章典说,在学习过程中,要让学生们学会分辨什么是假的,什么是真的。因为,进入移动互联网时代,很多知识来源于互联网,甚至连教材都可以在互联网上下载,但却有假有真,更有很多是奔著点击率去的,内容有重复、标题党、不切实际等,学生必须要懂得甄别。

在他眼中,从中学进入大学,最不一样的地方在于,到了大学之后,老师讲的不一定是对的,学生可以质疑和挑战老师,必须要会用“批判性思维”。

探究气候变化的人类历史因果

在历史长河中,气候变化究竟是如何影响人类社会的发展的?其中的因果关系究竟是怎样的?作为这一门国际研究学科的带头人,在数十年的研究中,章典开拓了用统计学及其他科学方法,在“全球”及“大陆”尺度上验证历史气候变化如何造成经济、政治及人口循环。

2011年,章典发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)的文章,运用了历史大数据,第一次科学地建立并证明了气候状况恶化与人类灾难的因果关系,该文章被选为该期的封面标志性文章。其研究成果还发表在国内外权威的学术刊物上,在学术界产生相当大的影响,并对现有的战争、历史周期及人口变化等理论造成巨大冲击。

“很多人认为这种气候变化、自然的变化不能影响人类社会,人的因素是第一的,人可以战胜一切。但是从我的研究来看,并不是这样的,特别是在人类生产力还很低下的时候。”章典认为,在农业社会时期,气候变化及自然影响对人类社会的发展几乎是决定性的。

通过大量的猜想研究,对历史大数据的分析,章典得出,历史上的朝代和一些大帝国的倒塌,都是与气候有着因果关系的。比如玛雅文明的灭亡。在时间序列研究中,章典把战争、人口、温度做了一个对比发现,在冷期中间就有很多战争,战争高峰期就发生在冷期。他还统计了中国历代的战争数量,统计了中国所有时期的人口,也发现大量人口减少的时期都是发生在寒冷期里面。

在广州大学官网对章典的介绍中评价称,在最近10年来,章典应用科学方法,第一次定量地证明了在大时间和大区域的尺度上,人类历史上的战争、饥荒、疾病的爆发和气候变化的密切关系,并进一步通过因果分析,证实了气候变化通过影响农业生产和农业经济,最终导致了饥荒、社会动乱、移民、传染病、营养水平、战争和人口变化的链式因果关系。

2017年9月10日,在加入广州大学之后的第一个教师节,章典向广州大学的学生做了一个“关于数据、时间序列以及因果关系分析”的分享。在分享会上,章典用自己数十年的研究成果,分享如何用大数据和时间序列可以来分析事件的因果关系。但他同时也提出,要警惕的是,尽管大数据是时下盛行的分析工具,但分析因果时并不能涵盖一切可能。“比如说,我们用大数据的统计方法发现,去医院是排在心脏病、脑血栓之后的人类第三大死亡原因,因为很多人得了病才去医院,所以在医院里面死亡率偏高,这种统计结论,其因果关系是不存在的。”

他再举例称,比如通过大数据的计算得出,打篮球的人都长得高。但这是把因果关系给倒置了,就可能会产生不同的结论。而章典在科研中也一直秉持了这种严谨。

一个震惊世界的发现

青藏高原素有“世界屋脊”之称,平均海拔约4500米,恶劣的自然条件和缺氧环境,一直是在藏区人类生存的巨大挑战。关于人类何时开始在青藏高原上定居的研究,一直是当前地球科学、考古学及人类学等多学科关注的重大问题。

2017年8月,《科学》期刊刊发了两位华人地理学家——章典和李盛华的评论文章。文章论证,西藏在冰河时代已经有人类居住,这比早前认定的西藏最早人类遗迹足足早了约16000年。这一发现,彻底否定了青藏高原最后冰期的大冰盖理论,证实了人类最早居住在高原的年代。而这一重大的突破,事实上来自章典30年前在西藏作学术研究时的发现。

在英国曼彻斯特大学攻读博士时,章典的博士论文研究的就是青藏高原的地貌,需要长期到西藏进行学术研究工作。1986年,章典在离西藏拉萨市85公里外的邱桑遗址发现了19个手印和脚印及一个火坑的遗迹。“我第一次看到的时候非常好奇,人类的手印、脚印,就印在那种坚硬的岩石,于是蹲下来进行研究,拍了一些照片”。一个牧民跑过来对他说“你对这个感兴趣呀,那边还有”,他一去看,一组十几个排在一起。

从历史上看,这些神秘的手掌印和脚掌印,曾一度出现在非洲、欧洲等一些远古的洞穴里面。而在那个时候,西藏仍是一个还未开发的处女地,很多人类不知道的东西,都有可能会在这里发现。章典在思考,这些手印、脚印出现在平均12000尺以上的青藏高原时,究竟隐藏着怎样的一些启示?

当时,他并未对发现的手印、脚印进行很深入的探究。直到進入香港大学任教之后的1996年,他才重返旧地考察,并将样本带回去研究。他与香港大学副教授李盛华一起,使用光学分析方法测年,最终证实,这些手脚印已有两万年的历史。

2002年,章典将这一研究成果发表在《美国地球物理学研究通讯》之后,立即引起国际科学界、社会科学界和大众传媒的高度关注。《自然》杂志发表评论文章称,该发现对青藏高原的冰盖理论作出了“盖棺论定”,将人类占领高原的历史推前了10000年,并将西藏的人类历史推前15000年。美国《探索者》、德国《科学》及俄国《科学院院刊》等知名学术期刊都将上述发现进行了详细披露。同时,诸多国际、国内的媒体也都纷纷报道了这一重要发现。2003年,香港亚洲电视台还将章典选为20位“影响世界的中国人”之一。

章典和李盛华之所以在《科学》期刊再次发表评论文章,并再次论证这一结论,源于2017年,一个团队在章典当年科考的邱桑遗址进行新的科考采样分析。他们基于新的测年结果和相关研究成果刊发论文称,“旧石器时代人类可能早在距今7400年到12670年前就在青藏高原中部地区开始了定居生活,且不需要依赖农牧业生计方式”。这一论断,不仅比章典提出两万年历史的说法缩短了将近一半,且论点存在严重的证据不足问题。对此,章典和李盛华在期刊上提出了质疑,认为该研究团队的研究在地层关系重建、样品收集与数据处理存在严重缺陷,致使其获得的遗址年龄明显偏年轻。

创立“碱雨”理论

30多年来,章典已上下青藏高原10多次,神秘的手脚印并非是他唯一的发现。在研究水化学的过程中,章典发现,自然界降水并不一定是弱酸性的,高原的自然界降水就是带碱性的,而其他干旱地区亦可能出现类似的情况。

2002年—2004年期间,章典发表了一系列有关“碱雨”的学术文章,在环境科学中实现了新的突破,并建立了“碱雨理论”。这一理论,使科学界对自然界降水有了新的认识。如今,该理论现已被许多科学家应用去解释自然界的碱雨现象。

“自然界降水并不一定是弱酸性的。这个发现指明,我们并不能以降水酸碱度作为量度空气污染的唯一指标或用来估计空气污染的程度,而惯常监测酸雨的做法亦需要作出改变。”

基于对青藏高原降雨酸碱度的观测分析,章典发现,碱性的来源是世界上干旱与半干旱地区大气中存在大量的碱性浮沉,使未受污染的降雨呈碱性。而今,由于污染已逐渐向这些干旱与半干旱地区转移,降雨的pH值已经在发生从碱性向酸性的转化。

贵州被称为“溶洞之乡”“洞府迷宫王国”,一直是中国喀斯特地貌分布最集中的省份,省内的喀斯特地貌面积约占全省国土面积的73%。作为土生土长的西南人,早年的地质工程师的工作经历,也让章典成为最早的贵州洞穴的探究者。长年对溶洞的探索,也让他与同事在钙华方面的研究在国际上一直处于领先地位,他用物理化学理论提出了钙华形成的“瀑布效应”。2001年,这一研究结果发表在国际权威刊物Journal of Sedimentary Research上,有关文章更被国际水化学权威H.M. Pedley教授誉为“第一流论文”及“发展了新理论和新科学”,并且是一篇岩溶研究的“里程碑”。

贵州的洞穴不仅种类和数量多,且长、宽、大,洞穴里有丰富的沉积物。“这是一个很大的特点,我看到过很多漂亮的洞穴,但是贵州洞穴沉积物的类型其他地方还比不上,比如织金县的打鸡洞,我每次都带学生去那儿。 ”

在长期的地貌及自然环境研究过程中,他也曾经多次面临险境。1975年,章典到贵州独山县给当地农民探洞找水源,由于探洞设备差,只能凭绳子把人慢慢地吊下去。然而,在章典等人沿着绳子往下吊时,壁上很滑,都是黄泥,他们差点就直接滑入100米深的地下河里。“当时我们几个人一下子滑下去了,幸好有个坎子挡着我们,非常惊险。”

章典说,地质探究很多时侯无法保证安全,只能凭着对地理科学的一腔热情,去探索大自然的奥秘,寻找大自然的规律。30多年来,章典正是用自己的生命探访着大地的秘密,寻找着历史长河中人类留下的痕迹。