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牛人 | 丁琛:帶領(lǐng)青少年極地探險,獲得生命與科學啟迪


探險家小傳

丁琛


青少年極地探險教育的踐行者


自2011年開始,丁琛先后組織青少年走進南極、北極、青藏高原、南海等地,圍繞極地環(huán)境、生物多樣性、海洋資源、地質(zhì)構(gòu)造、全球氣候變化等科學主題開展考察、研究。科考隊累計發(fā)表極地科研論文300余篇,發(fā)表學生署名科技文章20余篇,并發(fā)現(xiàn)極地未知物種3個。



到過極地科考的孩子,有什么不同?


你帶著孩子在城市公園投喂麻雀、鯽魚;極地科考的孩子,在看北極熊饑餓地乞食,目睹賊鷗捕食企鵝幼崽。


你的孩子在植物園觀賞當季盛開的鮮花;北緯78°的斯瓦爾巴德群島,一個孩子撿起一塊植物化石,破解了3億年前北極的樣子。


孩子為老師布置的一篇作文焦頭爛額、無從下筆;極地科考的孩子,洋洋灑灑數(shù)萬字的科研論文已在刊物發(fā)表。


都關(guān)注全球變暖、呼吁環(huán)境保護;極地探秘的孩子已經(jīng)從極地取來的冰芯,測算出全球氣候的趨勢。


2011年的夏天,北極迎來一支特殊的科學考察團——18名來自北京的中小學生,拉開了中國極地教育、中國青少年科考的序幕。


此次活動的組織、策劃者正是丁琛。曾在國家科技部、外交部任職的他,不經(jīng)意地與極地結(jié)緣,其后的十年間,策劃組織了1千多名青少年赴南極、北極進行科學考察。


科學啟蒙,應該用更生動、有趣的方法,讓青少年直觀地去接觸、去感受,由淺到深,建立起一個科學的概念、框架,提升對自然科學、生命科學的理解。



01

不到十年,北極氣溫上升20℃

白鯨沖灘自殺,北極熊被迫啃草皮


2018年,丁琛所率的青少年科考隊再次出發(fā)。當船即將靠岸斯瓦爾巴島時,眼前的一幕震驚了所有人——一條巨型白鯨沖灘自殺,多頭北極熊正在淺灘享受久違的“饕餮盛宴”。


剛剛抵達,就看到北極兩大食物鏈頂端的物種以這樣的方式同框,船上的青少年,從視覺到心靈都受到極大沖擊。


其實,自2015年起,學生們就已經(jīng)明顯地察覺到北極熊的覓食方式有所改變。海岸邊經(jīng)常能看到骨瘦嶙峋的北極熊,毛發(fā)變黃,完全不是過去在電視、課本所認知的白白胖胖。它們餓到去巖石縫里翻找小螃蟹,啃植物、草皮,有時為了奪食而互相撕斗,甚至出現(xiàn)攻擊人類的現(xiàn)象。



而這一切的“罪魁禍首”,便是全球氣候變暖。


每年,青少年科考隊都要到北極的朗伊爾1號冰川,在同樣的地點、時間采集樣本,測量當?shù)貧鉁亍5谝慌鷮W生去的時候,測得的溫度是-1℃。2019年再去,溫度已達19℃。不到10年,北極的溫度上升了20℃!


迅速升高的氣溫,引發(fā)了一系列連鎖反應,對整個北極的生態(tài)造成了極大影響。


首先是海冰大量融化,融化成海水后,更多的太陽熱輻射被吸收,反過來又加速了冰的融化。現(xiàn)在,北極浮冰的面積比1970年縮小了三分之一。


這對于需要借助浮冰捕食的北極熊,無疑是滅頂之災——它要趴在冰面上,在前方挖一個洞,等海豹探出洞口換氣時,用鋒利的爪子迅速地將海豹拍暈,再把海豹拉上來,吃掉。北極熊的鼻子十分靈敏,隔著冰面也能聞到水下8公里至10公里的海豹。


以前的冰區(qū)距離海岸線也就四五十公里。北極熊游泳的極限紀錄是102公里,通常情況下,游六七十公里不成問題,游到冰區(qū)進行捕食輕而易舉。


然而,前兩年,青少年科考隊再去時發(fā)現(xiàn),最近的冰區(qū)離海岸線都已有百公里之遠。這就意味著,北極熊可能還沒游到冰區(qū),便因體力透支而淹死或累死。


“北極熊的數(shù)量目前僅剩不到3萬頭.有專家預測,到2060年,這個物種就要滅絕。”



并且,海冰融化后的大量淡水注入到海洋,海水濃度降低,PH值改變,海里的微生物、魚類乃至整個生態(tài)都將被波及,無一幸免。

北極動物的生存,遭遇前所未有的挑戰(zhàn)。北極植物的生存環(huán)境同樣嚴苛。


02

極地動植物也“抱團”

觀察凍融現(xiàn)象后,孩子拿下科技大獎


到北極之前,學生們以為那里只有白茫茫的一片。去了之后才發(fā)現(xiàn),北極圈里不僅有超百種植物,而且,大部分植物開出的花,形狀、顏色都非常漂亮。


“好看是為了吸引馴鹿、雪兔、小狐貍等動物來吃,以此將植物種子沾到動物身上,帶往各地。動物相當于是植物授粉、傳播的載體。”


當然,動物們也不“白幫忙”。北極的花,通常都有向陽生長的特性,可以當“指南針”。于是,馴鹿在遷徙的時候,會靠虎耳草來辨認方向。


北極植物,不僅需要與動物“抱團”,植物之間,也會“伴生”。


“北極風大、低溫,植物如果生長在石頭或土壤里,很容易被風刮倒。有的植物根系短、不發(fā)達,需要與苔蘚、地衣等伴生植物生長在一起,抵抗惡劣的自然環(huán)境。”


在北極,植物通常生長在凍土。想要“立足”,根系至少需要在土壤下延伸50厘米,緊緊抓住地底不會融化的凍土。


這是因為,在北極有一個非常獨特的凍融現(xiàn)象:冬季,凍土里的水結(jié)成冰后會膨脹,將土壤里的砂石、異物、硬物擠出;夏季,冰雪融化,土壤變軟,沒了砂石等硬物支撐,土壤中間會凹陷。一融一脹,年復一年,被翻出的碎石等會在外圈整整齊齊地碼成一個環(huán)狀。


在凍融現(xiàn)象的作用下,北極圈人居城鎮(zhèn)的電線桿子也是整齊地斜往一個方向。科考隊一名學生,觀察到這一現(xiàn)象后,受到啟發(fā),回來立刻展開研究——他想知道電線桿子到底扎多深才不會斜。


他用一個大玻璃盒裝上土和石子,注入水,和成泥;將泥做成斜坡狀,往斜坡里分別插上1至10 厘米深淺不一的小木棍;每根棍子綁上計時器,若棍子倒下,計時器便會停止工作。設置完畢,把整個裝置放到冰箱冷凍。待泥土凍硬后將箱子取出,在室溫下使土壤融化。如此交替,模擬北極凍土的環(huán)境。


實驗一個月后,這名學生發(fā)現(xiàn),插入泥土深度小于2.5厘米的棍子,倒得最快;超過這個深度,棍子倒的時間會延長,甚至不倒。


這個2.5厘米的深度,就相當于一個拐點。這個拐點的數(shù)值,或可為鐵路、樓房等大型工程在打樁、打地基等環(huán)節(jié)提供重要參考——這項研究在當年拿下“全國青少年科技創(chuàng)新大賽”一等獎。


走進極地世界,開啟的,不僅是孩子的科學思維,更能拓展其審視、理解生命的全新視野。



03

南極企鵝也辦“幼兒園”

目睹幼崽被吃,人類不得干預


“在極地,生物都要互相幫助才能生存,就像北極植物的伴生一樣,南極動物之間也是一種共生關(guān)系。比如南極企鵝,就是一個完全社會化的群體。”


南極的企鵝有十幾億只,遠比通常認知要多。為了在有限的棲息環(huán)境中生存下去,它們必須分工協(xié)作——特別是在有天敵的情況下。


成年公企鵝負責捕食、筑巢。它們到海灣捕食時,企鵝社區(qū)會出現(xiàn)一個“幼兒園”——把小企鵝集中趕到一個地方,外圈由個頭高大的企鵝站崗放哨,里面有企鵝媽媽負責照看、安撫幼崽。


筑巢時,公企鵝需要到很遠的海邊,尋找拳頭大小的鵝卵石。由于“建筑材料”搬運困難,巢穴通常建得較為密集,間距大概四、五十厘米。這樣的結(jié)構(gòu),也更方便抵御賊鷗的偷襲,不給它們留落腳之地。


企鵝寶寶約一個月大是最危險的時候。因為它有了活動能力,會在巢穴周邊跑,便很容易被賊鷗或其他大型禽類、鳥類吃掉。不像更小的時候,被庇護在爸爸、媽媽肚子上的絨毛下;或者,長到一個半至兩個月,換完胎毛,能下水游泳,鳥類便不再對它構(gòu)成威脅。


學生們在南極考察時,曾親眼目睹賊鷗捕獵一只三、四十厘米高的企鵝寶寶。賊鷗一步步將小企鵝從巢穴趕到沙灘。一開始,小企鵝的爸爸、媽媽試圖營救,但隨著賊鷗把小企鵝越趕越遠,成年企鵝也不敢離開巢穴太遠,只能放棄。


小企鵝獨自頑強地抵抗了近兩小時,四處躲避,最終未能掙脫被捕食的命運。


賊鷗捕食小企鵝

“這就是自然界,一定有它殘酷的一面,這也是一種眼界,給青少年生命教育上的一堂必修課。”


“《南極公約》里有相關(guān)規(guī)定,人類不能直接干預極地生物,其中包括不能投喂、不能在它們遭遇天敵襲擊時進行保護。即便觀察,也必須保持一定的距離。”


丁琛解釋,制定這些條款的目的,一是避免動物喪失自身的捕食能力,二是防止動物越來越靠近人類聚集的城鎮(zhèn)。“那將帶來更大的威脅。”



04

科學啟蒙

讓青少年獲得科學與生命啟迪


“全球變暖”、“減少碳排放”、“保護野生動物”……是眾所周知、聽上去無比正確的概念。可如果僅僅給青少年灌輸一個空泛的理念,它可能永遠流于概念,不會觸發(fā)行動、實踐。

“極地特殊的地理環(huán)境,是一個絕佳的實踐基地,可以讓青少年站到一個全球系統(tǒng)的角度去思考極地的自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、氣候變化,以及人類文明與極地之間的關(guān)系。最終教會孩子科學地去做一件事。”


丁琛指導青少年科考隊學生在極地進行科研實踐。科考內(nèi)容包括讓學生采集化石、巖石,了解極地的形成、地質(zhì)構(gòu)造與演化。

青少年科考隊學生在北極斯瓦爾巴德島發(fā)現(xiàn)的植物化石,證明北極瓦爾巴德島曾經(jīng)非常溫暖、濕潤。

青少年科考隊學生利用水下無人機對極地潮間帶水下植被、無脊椎動物以及冰山石礫進行觀察采樣。

青少年科考隊學生在北極苔原開展植物樣方觀測,統(tǒng)計北極植物的種類和數(shù)量,開展植物多樣性研究

從極地考察回來,學生往往還會繼續(xù)將考察成果轉(zhuǎn)化。比如北京八中的一名同學,在專家們的指導下作了一篇完成度高、專業(yè)性強的論文,被評選為當年的中國少年科學院“全國小院士”。

現(xiàn)在,他已經(jīng)是美國密西根大學的博士后,研究方向便是極地微生物——在南北極,微生物物種資源極其豐富。采集微生物樣品,一直是青少年科考隊最受歡迎的科研項目之一。“因為有很大概率發(fā)現(xiàn)未知新種,并且我們也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3個極地未知物種。”

一般而言,能在極地環(huán)境中間生存下來的微生物,都有些神奇的功能。

青少年科考隊曾有學員發(fā)現(xiàn)了一種具有抗輻射功能的微生物,能夠抗50000mSv(mSv是輻射量單位)。

要知道,核電站泄露,輻射量可能是10000mSv至20000mSv;人在輻射超過0.1mSv或0.2mSv的環(huán)境中生活,可能患上白血病、癌癥。

“這種微生物對未來的航天發(fā)展乃至地球移民外太空,或?qū)l(fā)揮重要功效。比如把抗輻射的微生物撒到火星,讓它將地表環(huán)境改造成人類可居住的星球,這個過程叫火星地球化。”


,贊

時至今日,科考已不是遙不可及的成年人專屬領(lǐng)地。青少年不僅可以有所作為,而且將成為越來越重要的參與者。

“希望通過極地教育,完成對青少年的科學啟蒙,引領(lǐng)青少年親身感受地球系統(tǒng)運轉(zhuǎn)、演變,探索冰川、海洋、生物、地質(zhì)、大氣等科學奧秘,獲得科學與生命啟迪。”

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