牛人 | 丁琛:带领青少年极地探险,获得生命与科学启迪


探险家小传

丁琛


青少年极地探险教育的践行者


自2011年开始,丁琛先后组织青少年走进南极、北极、青藏高原、南海等地,围绕极地环境、生物多样性、海洋资源、地质构造、全球气候变化等科学主题开展考察、研究。科考队累计发表极地科研论文300余篇,发表学生署名科技文章20余篇,并发现极地未知物种3个。



到过极地科考的孩子,有什么不同?


你带着孩子在城市公园投喂麻雀、鲫鱼;极地科考的孩子,在看北极熊饥饿地乞食,目睹贼鸥捕食企鹅幼崽。


你的孩子在植物园观赏当季盛开的鲜花;北纬78°的斯瓦尔巴德群岛,一个孩子捡起一块植物化石,破解了3亿年前北极的样子。


孩子为老师布置的一篇作文焦头烂额、无从下笔;极地科考的孩子,洋洋洒洒数万字的科研论文已在刊物发表。


都关注全球变暖、呼吁环境保护;极地探秘的孩子已经从极地取来的冰芯,测算出全球气候的趋势。


2011年的夏天,北极迎来一支特殊的科学考察团——18名来自北京的中小学生,拉开了中国极地教育、中国青少年科考的序幕。


此次活动的组织、策划者正是丁琛。曾在国家科技部、外交部任职的他,不经意地与极地结缘,其后的十年间,策划组织了1千多名青少年赴南极、北极进行科学考察。


科学启蒙,应该用更生动、有趣的方法,让青少年直观地去接触、去感受,由浅到深,建立起一个科学的概念、框架,提升对自然科学、生命科学的理解。



01

不到十年,北极气温上升20℃

白鲸冲滩自杀,北极熊被迫啃草皮


2018年,丁琛所率的青少年科考队再次出发。当船即将靠岸斯瓦尔巴岛时,眼前的一幕震惊了所有人——一条巨型白鲸冲滩自杀,多头北极熊正在浅滩享受久违的“饕餮盛宴”。


刚刚抵达,就看到北极两大食物链顶端的物种以这样的方式同框,船上的青少年,从视觉到心灵都受到极大冲击。


其实,自2015年起,学生们就已经明显地察觉到北极熊的觅食方式有所改变。海岸边经常能看到骨瘦嶙峋的北极熊,毛发变黄,完全不是过去在电视、课本所认知的白白胖胖。它们饿到去岩石缝里翻找小螃蟹,啃植物、草皮,有时为了夺食而互相撕斗,甚至出现攻击人类的现象。



而这一切的“罪魁祸首”,便是全球气候变暖。


每年,青少年科考队都要到北极的朗伊尔1号冰川,在同样的地点、时间采集样本,测量当地气温。第一批学生去的时候,测得的温度是-1℃。2019年再去,温度已达19℃。不到10年,北极的温度上升了20℃!


迅速升高的气温,引发了一系列连锁反应,对整个北极的生态造成了极大影响。


首先是海冰大量融化,融化成海水后,更多的太阳热辐射被吸收,反过来又加速了冰的融化。现在,北极浮冰的面积比1970年缩小了三分之一。


这对于需要借助浮冰捕食的北极熊,无疑是灭顶之灾——它要趴在冰面上,在前方挖一个洞,等海豹探出洞口换气时,用锋利的爪子迅速地将海豹拍晕,再把海豹拉上来,吃掉。北极熊的鼻子十分灵敏,隔着冰面也能闻到水下8公里至10公里的海豹。


以前的冰区距离海岸线也就四五十公里。北极熊游泳的极限纪录是102公里,通常情况下,游六七十公里不成问题,游到冰区进行捕食轻而易举。


然而,前两年,青少年科考队再去时发现,最近的冰区离海岸线都已有百公里之远。这就意味着,北极熊可能还没游到冰区,便因体力透支而淹死或累死。


“北极熊的数量目前仅剩不到3万头.有专家预测,到2060年,这个物种就要灭绝。”



并且,海冰融化后的大量淡水注入到海洋,海水浓度降低,PH值改变,海里的微生物、鱼类乃至整个生态都将被波及,无一幸免。

北极动物的生存,遭遇前所未有的挑战。北极植物的生存环境同样严苛。


02

极地动植物也“抱团”

观察冻融现象后,孩子拿下科技大奖


到北极之前,学生们以为那里只有白茫茫的一片。去了之后才发现,北极圈里不仅有超百种植物,而且,大部分植物开出的花,形状、颜色都非常漂亮。


“好看是为了吸引驯鹿、雪兔、小狐狸等动物来吃,以此将植物种子沾到动物身上,带往各地。动物相当于是植物授粉、传播的载体。”


当然,动物们也不“白帮忙”。北极的花,通常都有向阳生长的特性,可以当“指南针”。于是,驯鹿在迁徙的时候,会靠虎耳草来辨认方向。


北极植物,不仅需要与动物“抱团”,植物之间,也会“伴生”。


“北极风大、低温,植物如果生长在石头或土壤里,很容易被风刮倒。有的植物根系短、不发达,需要与苔藓、地衣等伴生植物生长在一起,抵抗恶劣的自然环境。”


在北极,植物通常生长在冻土。想要“立足”,根系至少需要在土壤下延伸50厘米,紧紧抓住地底不会融化的冻土。


这是因为,在北极有一个非常独特的冻融现象:冬季,冻土里的水结成冰后会膨胀,将土壤里的砂石、异物、硬物挤出;夏季,冰雪融化,土壤变软,没了砂石等硬物支撑,土壤中间会凹陷。一融一胀,年复一年,被翻出的碎石等会在外圈整整齐齐地码成一个环状。


在冻融现象的作用下,北极圈人居城镇的电线杆子也是整齐地斜往一个方向。科考队一名学生,观察到这一现象后,受到启发,回来立刻展开研究——他想知道电线杆子到底扎多深才不会斜。


他用一个大玻璃盒装上土和石子,注入水,和成泥;将泥做成斜坡状,往斜坡里分别插上1至10 厘米深浅不一的小木棍;每根棍子绑上计时器,若棍子倒下,计时器便会停止工作。设置完毕,把整个装置放到冰箱冷冻。待泥土冻硬后将箱子取出,在室温下使土壤融化。如此交替,模拟北极冻土的环境。


实验一个月后,这名学生发现,插入泥土深度小于2.5厘米的棍子,倒得最快;超过这个深度,棍子倒的时间会延长,甚至不倒。


这个2.5厘米的深度,就相当于一个拐点。这个拐点的数值,或可为铁路、楼房等大型工程在打桩、打地基等环节提供重要参考——这项研究在当年拿下“全国青少年科技创新大赛”一等奖。


走进极地世界,开启的,不仅是孩子的科学思维,更能拓展其审视、理解生命的全新视野。



03

南极企鹅也办“幼儿园”

目睹幼崽被吃,人类不得干预


“在极地,生物都要互相帮助才能生存,就像北极植物的伴生一样,南极动物之间也是一种共生关系。比如南极企鹅,就是一个完全社会化的群体。”


南极的企鹅有十几亿只,远比通常认知要多。为了在有限的栖息环境中生存下去,它们必须分工协作——特别是在有天敌的情况下。


成年公企鹅负责捕食、筑巢。它们到海湾捕食时,企鹅社区会出现一个“幼儿园”——把小企鹅集中赶到一个地方,外圈由个头高大的企鹅站岗放哨,里面有企鹅妈妈负责照看、安抚幼崽。


筑巢时,公企鹅需要到很远的海边,寻找拳头大小的鹅卵石。由于“建筑材料”搬运困难,巢穴通常建得较为密集,间距大概四、五十厘米。这样的结构,也更方便抵御贼鸥的偷袭,不给它们留落脚之地。


企鹅宝宝约一个月大是最危险的时候。因为它有了活动能力,会在巢穴周边跑,便很容易被贼鸥或其他大型禽类、鸟类吃掉。不像更小的时候,被庇护在爸爸、妈妈肚子上的绒毛下;或者,长到一个半至两个月,换完胎毛,能下水游泳,鸟类便不再对它构成威胁。


学生们在南极考察时,曾亲眼目睹贼鸥捕猎一只三、四十厘米高的企鹅宝宝。贼鸥一步步将小企鹅从巢穴赶到沙滩。一开始,小企鹅的爸爸、妈妈试图营救,但随着贼鸥把小企鹅越赶越远,成年企鹅也不敢离开巢穴太远,只能放弃。


小企鹅独自顽强地抵抗了近两小时,四处躲避,最终未能挣脱被捕食的命运。


贼鸥捕食小企鹅

“这就是自然界,一定有它残酷的一面,这也是一种眼界,给青少年生命教育上的一堂必修课。”


“《南极公约》里有相关规定,人类不能直接干预极地生物,其中包括不能投喂、不能在它们遭遇天敌袭击时进行保护。即便观察,也必须保持一定的距离。”


丁琛解释,制定这些条款的目的,一是避免动物丧失自身的捕食能力,二是防止动物越来越靠近人类聚集的城镇。“那将带来更大的威胁。”



04

科学启蒙

让青少年获得科学与生命启迪


“全球变暖”、“减少碳排放”、“保护野生动物”……是众所周知、听上去无比正确的概念。可如果仅仅给青少年灌输一个空泛的理念,它可能永远流于概念,不会触发行动、实践。

“极地特殊的地理环境,是一个绝佳的实践基地,可以让青少年站到一个全球系统的角度去思考极地的自然环境、生态环境、气候变化,以及人类文明与极地之间的关系。最终教会孩子科学地去做一件事。”


丁琛指导青少年科考队学生在极地进行科研实践。科考内容包括让学生采集化石、岩石,了解极地的形成、地质构造与演化。

青少年科考队学生在北极斯瓦尔巴德岛发现的植物化石,证明北极瓦尔巴德岛曾经非常温暖、湿润。

青少年科考队学生利用水下无人机对极地潮间带水下植被、无脊椎动物以及冰山石砾进行观察采样。

青少年科考队学生在北极苔原开展植物样方观测,统计北极植物的种类和数量,开展植物多样性研究

从极地考察回来,学生往往还会继续将考察成果转化。比如北京八中的一名同学,在专家们的指导下作了一篇完成度高、专业性强的论文,被评选为当年的中国少年科学院“全国小院士”。

现在,他已经是美国密西根大学的博士后,研究方向便是极地微生物——在南北极,微生物物种资源极其丰富。采集微生物样品,一直是青少年科考队最受欢迎的科研项目之一。“因为有很大概率发现未知新种,并且我们也已经发现3个极地未知物种。”

一般而言,能在极地环境中间生存下来的微生物,都有些神奇的功能。

青少年科考队曾有学员发现了一种具有抗辐射功能的微生物,能够抗50000mSv(mSv是辐射量单位)。

要知道,核电站泄露,辐射量可能是10000mSv至20000mSv;人在辐射超过0.1mSv或0.2mSv的环境中生活,可能患上白血病、癌症。

“这种微生物对未来的航天发展乃至地球移民外太空,或将发挥重要功效。比如把抗辐射的微生物撒到火星,让它将地表环境改造成人类可居住的星球,这个过程叫火星地球化。”


,赞

时至今日,科考已不是遥不可及的成年人专属领地。青少年不仅可以有所作为,而且将成为越来越重要的参与者。

“希望通过极地教育,完成对青少年的科学启蒙,引领青少年亲身感受地球系统运转、演变,探索冰川、海洋、生物、地质、大气等科学奥秘,获得科学与生命启迪。”

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