科学家致力于汶川地震环境效应研究

(1)水深超过90米的紫坪铺水库保存了岷江带来的地震滑坡物质。在收集水库沉积物有困难后，研究人员非常兴奋。

(2)龙门山地区每天都有山体滑坡造成的交通堵塞，地震后更加严重。

(3)连续划几十天的小皮艇，在烟雾弥漫的紫坪铺库区连续观察采样。

(4)不断变化的近60，000个滑坡是科学家的工作地点。

⑤2008年汶川地震引发的山体滑坡。

本报记者张通讯员童天聪

2008年5月12日的汶川地震是人们心中难忘的痛。

八年来，金领导的研究团队一直从事汶川地震灾区的地震与环境研究。

最近，国际知名学术期刊《地质学》在网上发表了中国科学院地球环境研究所金领导的研究小组关于2008年汶川地震前后岷江流域表层腐殖质和河流颗粒有机碳迁移和归宿的最新研究成果。

这是该国际研究团队自2015年以来在《地理》杂志上发表的第三篇关于汶川地震环境影响的研究论文。

这一系列的研究成果是由中国科学院地球环境研究所的金研究小组、英国达勒姆大学的罗伯特·希尔顿和亚历山大·登斯摩尔、美国南加州大学的约书亚·韦斯特和以及澳大利亚国立大学的·余共同获得的。这些研究由科技部全球变化项目、黄土和第四纪地质国家重点实验室、中美国家自然科学基金和英国皇家学会共同资助。

为人民创新

心脏系统地震区，难以克服的困难

八年来，在各级*和社会的帮助下，房屋、道路、水利等地震灾区的硬件设施基本重建，汶川、映秀、青川、北川等新城如雨后春笋般涌现！可以说，旧的面貌已经改变了，有些地方甚至成了风景点。人们的生活已经进入了一个美丽的“新常态”。

然而，对于中国科学院地球环境研究所的研究员金和他的团队来说，汶川地震的“创伤”远未痊愈，因为他们担心地震区的滑坡。每年，这支队伍都会来到地震灾区进行实地调查和监测。成千上万的山体滑坡就像是大山疮上的“痂”，一次见一次痛。

“任何滑坡都像一个疮，我不知道什么时候会发生第二次灾难。”金焦急地说道。龙门山地区原本以险峻著称。有因地质灾害而闻名的英沃公路。它被称为“四川最危险的公路”。“四川之路难上青天”是一段真实的经历这里的地形落差很大。四川盆地海拔超过500米，在几十公里内迅速上升到4000-5000米，最高峰超过6000米。2008年汶川地震造成的近60，000处山体滑坡使龙门山遭到严重破坏。在调查过程中，山体滑坡造成的交通堵塞年年发生。从汶川到镇江关口的道路经常瘫痪，一个街区持续几个小时甚至更长时间。

据团队成员王锦博士说，2014年7月的一个阳光明媚的日子，当他们从松潘视察回来时，车前突然发生了山体滑坡。各种大小的滚石落在200米以内的道路上，近30辆汽车被砸坏，约200人被困，许多人丧生...

在地震区滑坡区的科学研究中，生死往往是惊心动魄的。汶川地震除了造成大量山体滑坡和直接灾害外，还包括植被剥离、道路和建筑物破坏、河流堵塞形成堰塞湖等。地震产生的泥沙和岩屑可能引发各种严重的次生灾害，也将影响流域的水资源和水力发电。

“今后，我们每年都会去那里，利用科学数据来真正了解这片神秘的土地，并对地震的影响和持续时间有更深入的了解！”金坚定地说。在过去的八年里，在金的办公室里，小组成员讨论了2008年汶川地震和山体滑坡对环境的影响。通过对汶川地震前后河流的物理、化学和生物组成的对比研究，他们深刻感受到了汶川地震“创伤”的影响，其范围和可能持续的时间比我们预想的要大得多，也长得多。

“剑桥鹰队”

飞越数千英里，触及国际问题的背景

说到开展这项工作的动机，张进从东到西都有点不好意思提起，说起这件事时还有点脸红。

汶川地震后，虽然他通过网络、报纸、电视等媒体对灾区的情况给予了一定的关注，甚至在成都的一次会议后还拜访了映秀，但正是一位老朋友的来访才真正让他意识到相关研究的重要性和紧迫性。

2009年8月，南加州大学的约书亚·韦斯特博士前往四川进行实地研究活动。在野外工作后，他参观了Xi。金和约书亚早在2003年就认识了，当时金是剑桥大学的访问学者。约书亚也是一名博士生，他们的指导教授是英格兰皇家学会的成员迈克·比克勒。约书亚在牛津大学完成博士后研究后，申请了南加州大学的工作。他还是2008年北京奥运会皮划艇比赛的亚军。在北京奥运会期间，约书亚开始关注汶川地震对环境的影响。他不远千里来到四川的野外工作是调查汶川地震后的水土流失和灾害，并申请美国自然科学基金项目。

“他来Xi安的主要目的是邀请我参加他的项目申请，协助收集样品并配合一些工作。毕竟，从美国来到汶川并不容易。当他提到他的目的时，我心里咯噔一下。”感慨地回忆着金。

在此之前，金一直对青藏高原周边流域的地表侵蚀和化学风化过程感兴趣，并从事相关研究。约书亚的工作和想法强烈刺激了他敏感的神经。“汶川地震后，人们从美国远道而来，带着各种仪器进行地质灾害研究。为什么我们没有意识到我们在我们的房子前面，在水塔和我们的山和土地附近？”这次访问促进了双方的合作。约书亚的研究项目在第二年由美国国家科学基金会资助。后来，他们的合作研究还得到了中国科学院的两个“外国青年科学家计划”和中国国家自然科学基金的一个“外国青年学者研究基金”的资助。2012年东丈年金获得国家杰出青年科学基金。

随后，金立即根据自己的研究专长，制定了详细的研究思路和计划，重点关注山体滑坡对地表环境的影响，特别是对河水和悬浮物的化学成分以及碳循环的影响。2009年下半年，金带领团队到龙门山进行了系统的实地调查，并开始每周一次在四个水文站连续采集河水和悬浮物样品，一直持续到今天。

在此期间，乔舒亚四次来到岷江流域，重点对10多个滑坡体进行了详细的测绘和采样，重点研究了滑坡形态和组成的年际变化以及地震后的运移情况。为了在地震后调查不同类型和不同位置的滑坡体并收集实验分析样本，研究人员需要爬到半山腰收集样本。

据报道，山体滑坡的碎石非常松散，一些落下的岩石可能随时会滚落下来。在阳光明媚的日子里，当刮风的时候，地表的碎石会滚落下来，而当下雨的时候，情况就更危险了。

金讲述了他们的一次野外经历:我记得2010年的一次野外旅行，离地震结束还不到两年。约书亚对巨大的滑坡非常感兴趣。在底部收集样本后，他还想爬到滑坡的顶部去看一看。站在滑坡下，我看到大量的碎石滚落下来。路边的修路工人都试图阻止他上去。然而，在经历了职业运动员之后，他决定试一试，毫不犹豫地开始攀登。他每爬一步，脚下的砾石就会滑落，从山顶落下的石头随时都可能击中他。当他爬到半山腰时，天突然开始下雨，而且越来越大。

“这时，约书亚正和我们一起在半山腰打手势，让我们先去一个安全的地方。那段时间太危险了，因为下雨会导致岩崩和泥石流，所以我印象特别深刻。”当张飞博士想来的时候，他仍然很担心。

张飞和是金培养的两个医生。他们当时都是研究生。他们参加了约书亚的四次实地考察。“每次实地考察，我们收获颇丰，每个人的讨论都很开放，深受他们科学精神的影响。”这两位医生有同样的感觉。目前，他们都在中国科学院的研究所工作。

英国达勒姆大学的罗伯特·希尔顿博士和澳大利亚国立大学的于博士参加了这一过程。他们几乎同时从剑桥大学毕业。“在野外，我们称这支队伍为剑桥鹰队。由于汶川地震和共同的兴趣，以前的同学成了亲密的合作者金感慨。在此过程中，王锦在达勒姆大学进行了为期一年的三次实验和合作研究，并通过与罗伯特·希尔顿博士的共同指导成功获得了博士学位。

“通过多年的监测和获得的数据，我们不仅慨叹地震滑坡物质的巨大影响，而且触及到构造运动与碳循环之间的联系这一国际难题，这是大家都非常关心的。这样的监测和结果非常令人兴奋。因此，我们将继续监测，也就是说，看看地震将会以何种形式、何种过程和何种速度产生影响，并最终恢复到地震前的状态。”金研究员兴奋地说。

地震与环境

复杂而长期的，磨利前进的探索仍在进行中。

通过多年的研究发现，汶川地震等低频率、高强度的突发事件对地表过程、碳循环等产生了重大而深远的影响。那么，这些滑坡物质会存在多久？它会有什么影响？影响有多大，持续多长时间？什么因素控制了他们的命运？

汶川地震产生了近6万处山体滑坡，其中大部分仍在地震区的山坡和山谷中。金的研究小组通过比较岷江、沱江和涪江16个站地震前后的悬浮物通量绘制了滑坡图，计算了滑坡物质的体积，并对2008年汶川地震对河流泥沙输移的控制过程和可能影响时间进行了评价。结果表明，与地震前相比，三江输沙量增加了3 ~ 7倍。根据2008年至2012年三条河流的平均年输沙率，滑坡产生的泥沙将在一个面积约为7万平方公里的盆地中滞留数十年至数百年。只清空粒径小于25毫米的细颗粒需要30多年，而粗颗粒可能会持续1000多年。

更重要的是，研究还发现，滑坡沉积物的滞留时间在不同流域差异很大。从几年到几百年，断层带距离越短，河流径流量越小，泥沙滞留时间越长。根据其他地区地震滑坡体运移的时间和气候条件，盆地内滑坡体的滞留时间不仅取决于盆地内滑坡的数量，还与每年高强度径流的天数密切相关。该结果发表在2015年2月的《地理》杂志上，并被选为本期的“专题文章”。

地震和山体滑坡也破坏了大量的森林植被和土壤。这一过程导致现代有机碳的侵蚀和破坏，有机碳是由植物通过光合作用固定的，是全球碳循环的重要组成部分。汶川地震滑坡破坏的森林储量约为1400万吨碳，相当于亚马逊河颗粒有机碳年输送量和全球河流颗粒有机碳通量的10%左右。研究数据表明，汶川地震后河流中有机碳浓度增加了8倍，其变化幅度相当于悬浮物浓度的变化。在接下来的4年里，河流中的有机碳没有表现出明显的减少趋势，这表明地震滑坡侵蚀的有机物向河流的迁移可能是一个长期的缓慢过程。

“更重要的是，大部分快速进入河流的有机碳将被河流排出，这将是一个非常重要的碳汇过程。如此重要的碳汇过程可能在调节大气CO2和全球气候方面发挥重要作用。”金对说:

他们的研究还发现，汶川地震也改变了河水的化学成分，这种变化可能是长期的。该小组通过比较2008年汶川地震前后岷江的化学成分，揭示了地震对河流化学的影响程度和范围。根据研究小组的研究，汶川地震后闽江水的硅酸盐成分和碱度显著增加。这些成分的增加可能主要与深层地下水的释放以及新鲜破碎岩石(包括滑坡)的快速浸出和风化有关。在滑坡不太频繁的地震区也存在这种变化，因此深层地下水的释放可能是地震后多年来河水中硅酸盐成分和碱度系统增加的主要因素。研究结果为量化高强度构造事件对流域风化和碳消耗的直接影响提供了最直接、最可靠的数据，为“构造-风化-气候变化”假说提供了有力证据。

“剑桥鹰队”仍在执行另一项非常有意义但困难的任务，即紫坪铺水库沉积物记录的汶川地震。他们每年扫描紫坪铺水库，钻探沉积物，计算沉积物厚度和成分的变化。

这也是一项艰苦的实地工作。

据报道，当他们浏览水库时，他们每天早上6点起床，吃早餐，直接去船上工作，中午饿的时候吃些干粮。无论是烈日暴晒还是大雨，每个人最多都会戴一顶帽子来遮挡，只有在天黑的时候，船才会着陆，满身是泥和水，就连一起工作的航海大师也会有怨言。在这样的环境下，一次要花几天时间。张飞博士告诉记者他们在2010年3月的访问:当扫描水库时，他们划着一艘2米长的小皮艇在一些偏远的地方钻取沉积物岩芯。“当时，除了约书亚和我之外，皮艇上还有一个重达几十公斤的手钻。由于沉积物疏松，我们试了几次都没有成功，这一次我们都累坏了。就在这个时候，我们发现皮艇的漏气量几乎是一半。一瞬间，我们开始担心，拼命向岸边划去。当我第一次到达岸边时，水已经溢出了皮艇。着陆后，我们互相看了看，都大笑起来。”张飞博士回忆道。

尽管有这样的势头，紫坪铺水库的研究已经积累了一些重要的数据。

地震对环境的影响是多方面和长期的，研究和揭示其内在联系和变化规律也是长期而艰巨的。金的研究团队在痛苦和幸福中顽强而不懈地沿着这条路走着。

建议

潜在灾害是地震后长期隐藏的环境问题，需要紧急关注。

除了在《地质学》杂志上发表的三篇论文外，金的研究团队还在专业期刊《地球与行星科学快报》、《地球物理研究》和《地球化学地球物理地球系统》上发表了三篇关于汶川地震的研究论文。该系列研究首次定量评价了汶川等高强度地质事件对青藏高原地表侵蚀的影响，对认识地表物质运移和碳循环具有重要意义。它还可以为震后次生灾害的评估和预防提供科学依据，为灾后重建地区城市发展与自然环境协调的科学规划提供支持。

2008年“5·12”地震沿龙门山断裂带发生，南北长100多公里，东西宽数十公里，均属7度以上高烈度区。地震区的表层土壤层甚至深层基岩都遭受了巨大的破坏，导致了大量的崩塌、滑坡、不稳定的斜坡和潜在的活跃的灾害体。大量松散固体物质堆积在河谷斜坡和沟渠中，导致地震后该地区泥石流活动明显加剧，已成为灾后重建和减灾工程中的一个重要问题。更重要的是，这些滑坡物质会在流域内停留很长时间，从而引发各种严重的次生灾害，如泥石流、河床淤积等。，这将对下游的生命、财产和生态系统造成潜在威胁，也将影响流域的水资源和水力发电。

为此，金建议，要重视并做好地表侵蚀、土壤侵蚀等高烈度地质事件造成的隐性环境损害的预测和预防工作，因为这是目前减少山区强震后次生灾害损失的有效途径。滑坡、泥石流转移和运输以及河水成分的变化是潜在的环境问题，在灾后很长一段时间内威胁着地震灾区和下游地区人民的安全和健康。“例如，山区居民的饮用水主要来自井水或河水。地震后饮用水质量可能发生的变化需要给予充分关注。”金焦急地说道。另一个例子是，可以在工程地质条件较好的河道段增加削峰和固坡工程，以增加泥石流的安全储备，从而应对可能的极端天气造成的潜在灾害。特别是，目前在一些震中地区，对河道上游的预防和控制主要集中在稳定沟床，以防止底切造成的进一步侵蚀。

《中国科学日报》(专题，第8版，2016年5月13日)