袁道先院士:研究“石迹水痕”的地质战士

2018-09-03 中国科学报

  

 

  袁道先(1933年8月— )

  袁道先,1933年8月生于浙江诸暨,是著名水文地质学家、工程地质学家、岩溶学家。袁道先1952年毕业于南京地质探矿专科学校,1991年11月当选中国科学院院士,现为自然资源部岩溶地质研究所研究员、国土资源部岩溶动力学重点实验室主任、联合国国际岩溶研究中心学术委员会(IKRC)主任、中国地质学会岩溶专业委员会名誉主任。袁道先具有多年野外勘探工作经验,提出了岩溶地下水含水介质不均匀性概念,还提出岩溶动力学理论。袁道先总结了中国区域岩溶的基本特征,进行全球岩溶对比,领导了五个联合国教科文组织、国际地科联国际地质对比计划(IGCP)的实施,取得重要成果。

  1933年8月24日,袁道先出生在浙江诸暨的一个教师家庭。父亲袁哲是民国时期著名的教育家和心理学家,他在日本早稻田大学攻读教育硕士,曾先后任中山、复旦等大学教授,是国立湖南师范学院(现湖南师大)创办人之一,为中国早期高等教育体制的建立和完善作出突出贡献;外祖父傅薇安是一位深受爱戴的小学校长;母亲傅致柔也是一名优秀的教师。父亲曾教给他爱因斯坦的一句名言:“Never lose a holy curiosity!”(“永远保持强烈的好奇心!”)。幼年成长的环境使他养成了严谨的治学态度和探究不息的研究热情。

  然而,时运多艰,抗战爆发后,袁道先的求学之路被迫中断。母亲在逃难路上不幸患病去世,他随姐姐和堂哥冒着敌人的炮火,一路逃难到湖南投奔父亲。这段经历对袁道先产生了极大的影响,后来他回忆道:“我的童年时代,正值日寇侵略中国,跟随父母,辗转于浙、湘、黔、川各省,经历了惊涛骇浪。这不仅使我痛恨帝国主义,热爱中华,又养成能吃苦、不怕挫折的性格。”

  1943年,袁道先从湖南来到重庆,进入了中央大学附中,抗战胜利后又随学校一起迁回南京。袁道先说,自己没有上过正规大学,中学的基础对他后来的成长至关重要。中央大学附中的师资力量很强,高中以范氏大代数、达夫物理、谈明化学等英文教材为辅助读物。对袁道先影响最大的是高中化学老师韩金鑑先生,他不仅讲授化学原理,指导学生自己动手做实验,还穿插介绍许多著名化学家,如拉瓦锡、卡文迪许等的生平,以及氧气发现过程等有关学术思想演变,同时教授专业术语的英文,并解释其构成规律,使学生受益匪浅,培养出了对化学的浓厚兴趣。中学时期的袁道先还打下了极佳的英文基础,当时学校的英文课强度很大,他自己却还阅读了许多课外读物,如《莎士比亚选篇》《富兰克林自传》等,时至今日,他还能背诵其中一些句子。

  地质战士 转战祖国南北

  袁道先在1950年春念完高三上学期后,没等毕业就离开了中学,考入南京地质探矿专科学校地质矿床科。这是为什么呢?因为当时中华人民共和国刚成立,百废待兴,他已经迫不及待想为国家的建设出力!当时国内地质人员寥寥无几,远远不能满足新中国建设的需要。在党和政府及当时在宁地质学家的支持下,谢家荣先生办起了南京地质探矿专科学校,招生名额100人,以应急需。两年学制实际上只有一年在学理论,学习相当紧张。幸运的是,任教的是一批像谢家荣、徐克勤、郭文魁这样的著名地质学家,他们有的是经验丰富的“老地质”,有的刚学成归国,使学生能够系统学习地质学最新理论知识。矿专的第二年,全体学生被分配到全国各地,袁道先来到甘肃陇东煤田地质队、白银厂铜矿地质队实习。

  1952年毕业后,袁道先先在南京地质学校任教,一年后就调入地质部水文地质局,他先后担任了黄河中游清水河队小组长(1953年)、三门峡队副分队长(1954年)、国务院西藏工程勘察队技术员(1955—1957年)、长江流域规划办公室乌江队地质工程师(1957年)。他赴西藏工作是经一位副总理亲自点名,由于工作出色,他1955年获共青团中央授予“全国青年社会主义建设积极分子”,并经地质部特批晋升为工程师。虽然条件极为艰苦,但袁道先以极大的热忱从事着地质勘探工作,他还于1956年向组织递交了申请长期在西藏工作的决心书。1957年,因西藏局势紧张,他被撤回内地,先是任乌江队地质工程师,后又被派往山东筹备山东水文队。1959~1964年,他在云南水文地质大队工作,担任技术负责人。他回忆说,虽然大队部是在云南昆明,但他大部分时间都在各个地方的野外工作。

  宋爱玲从中国地质大学(武汉)毕业后分配到三峡地质队,两人经袁道先同学介绍相识,并于1960年在云南昆明结婚。袁道先时任南江大队副总工程师,宋爱玲女士时任南江大队第五分队技术员。由于国家三线建设需要,夫妇两人将孩子送回宋爱玲老家,随后便投身于成昆铁路的建设之中。

  “文革”期间,袁道先在第六水文地质大队(广西柳州)工作,由于是副总工程师,英文又好,被扣上了里通外国、特嫌、反动技术权威等多顶帽子,被挂黑牌游斗、抄家,还被开除党籍。但是,他们夫妻两人相互信任、相互支持,宋爱玲坚决不颠倒是非揭发袁道先,因为“没有就是没有”。袁道先也保持了乐观的态度,“你斗我也出席,你不斗的时候我做我的工作”。

  厚积薄发 扛鼎岩溶研究

  1978年,中国地质调查局、中国地质科学院在广西桂林建立岩溶地质研究所,袁道先担任第一任所长。20多年的一线水文地质勘查经验,正好让他有时间静下来思考和总结,进行理论探索了。这一时期,袁道先推出了大批高水平的成果,将中国的岩溶研究推到了一个新的高度。

  80年代中后期,袁道先在桂林典型岩溶峰丛洼地区建成了一个岩溶水文地质试验场,先后开展了水动力场、温度场、化学场的系统研究,建立了包气带岩溶地下水运动机制、调蓄功能的数学模型,为我国南方岩溶地下水资源评价提出新的研究方法,获地矿部科技成果奖二等奖。此外,他系统总结了我国开放系统、半开放系统和半封闭系统岩溶发育的地球化学机制,并利用岩溶地球化学场及示踪技术验证了济南趵突泉的补给途径;把环境科学、地质学和岩溶学三大学科相结合,提出了岩溶环境学的理论,阐明了其特点、类型以及各种岩溶地区特有的环境地质问题的发生、发展、分布规律和防治对策。著作方面,袁道先出版了《岩溶地区供水水文地质工作方法》(1988),介绍了岩溶地区供水水文地质领域的主要工作方法,对野外工作具有很强的指导意义。他起草的《岩溶地区区域水文地质普查规程》由原国家地质总局颁发试行,在为岩溶地区复杂的水文地质条件下因地制宜抓住关键问题,保证水文地质普查勘察工作质量等方面发挥了作用。受中国地质学会岩溶专业委员会委托,他牵头进行了统一岩溶学术名词的工作,系统梳理概括了国内外岩溶学方面20年来的新认识、新发现,主编《岩溶学词典》(1988年),并在此基础上编撰了国家标准《岩溶地质名词术语》。该标准由国家标准局颁发执行。他还主编了《全球岩溶对比》(1998年英文版)和《中国岩溶学》(1991年英文版),从全球角度阐明了中国岩溶的特色及其发育的地球化学机理,后者获原地矿部科技成果奖一等奖。

  这一系列成果的推出,使袁道先成为我国岩溶研究当之无愧的扛鼎者。1991年,他当选中科院院士,成为第一位专门从事岩溶研究的院士。

  走向世界 推进国际合作

  袁道先高度重视岩溶研究的国际合作,并利用自身英语与地质专业的优势,走出国门,先后到45个国家考察和交流,足迹遍布世界各地,将中国岩溶研究推向了世界,同时也将国外最新的成果引进中国。

  1980年,袁道先首先赴南斯拉夫考察,这成为中国的岩溶研究走向世界的起点。他80年代初两次赴法国考察,参观其岩溶试验场与观测站,之后借鉴法国观测站工作模式,在广西桂林建立了第一个试验场——丫吉试验场。1987年2月,袁道先出席在美国举办的第二届多学科岩溶塌陷及环境问题大会,他的论文被排在大会出版的论文集首篇。他有关中国岩溶环境地质问题研究成就的报告多次被热烈的掌声打断。大会主席柏克博士说:“袁道先的报告包括了许多我们从未听说过的新观点。”

  领衔“国际地质对比计划”(International Geological Correlation Programme,IGCP)是袁道先在岩溶研究国际合作方面取得的最显著成就。IGCP联合国教科文组织(UNESCO)和国际地质科学联合会(IUGS)于1972年共同创立的地质科学国际性学术计划,是UNESCO的5大科学计划之一。袁道先深感传统岩溶学理论已不足以深入揭示岩溶形成机理,必须从地球系统科学的高度去研究岩溶。基于这一学术思想,袁道先于1990年向UNESCO提出“地质、气候、水文与岩溶形成”国际地质对比计划,经多国同行专家严格评审获立项,袁道先被选举为国际工作组主席。IGCP299解决了异质同相、同质异相这一难题,并提出地球系统科学的岩溶观,推动了现代岩溶学的发展。

  之后,袁道先又主持了四个IGCP的研究,取得一系列令人瞩目的重要成果。IGCP379“岩溶作用与碳循环”(1995—1999年)的执行将岩溶学引入全球变化研究,一方面把岩溶作用与全球碳循环紧密联系在一起,通过对CO2-H2O-CaCO3系统(岩溶动力系统)的定位观测,发现了全球最大的碳库—碳酸盐岩体在全球碳循环中仍甚活跃,首次估算了我国和全球因碳酸盐岩溶蚀回收大气CO2的量;另一方面,岩溶动力系统对环境变化十分敏感,岩溶沉积物可为全球环境变化研究提供高分辨率的环境变化信息,并利用洞穴石笋建立了我国南方第一个20万年来古气候变化模式。IGCP448“岩溶地质及其相关的生态系统全球对比”(2000—2004年)的执行将岩溶地质过程与生态学联系在一起,将现代岩溶学理论的研究应用于生产实践。该项目的成功实施,使传统岩溶地质研究向有机领域延伸,向地质与生命科学相结合的方向发展,为IGCP的未来发展开拓了新的思路。IGCP513“岩溶含水层与水资源全球研究”(2005—2009年)的执行系统研究了极端气候条件下洪涝与干旱灾害频繁发生后岩溶水资源变化趋势,揭示了变化环境下岩溶流域水资源响应与调控机制,增加了国家水资源战略储备及应对极端气候能力,促进了岩溶动力学理论的发展。IGCP598“环境变化与岩溶系统可持续性”(2011—2015年)的执行更是通过多学科交叉研究,专注于不同时间与空间尺度环境变化与岩溶系统的相互作用,研究地质生物过程和人类活动对碳酸盐岩溶蚀作用的影响;研究岩溶含水层与水资源过程对不同气象与气候事件的水文地质响应;利用岩溶扰动指数方法研究人类扰动对岩溶环境的影响,提取记录在岩溶水体、沉积物、石笋以及文化记载中不同时间尺度环境变化信息,并进行量化研究。

  一系列IGCP的开展,成功地把地球系统科学思想引入现代岩溶学,提出岩溶动力学理论和一整套岩溶地球化学监测技术方法,为岩溶学界提供了共同解决最紧迫的岩溶资源环境问题的机会,而且形成了一个强有力的国际合作群体(每个IGCP项目吸引了约40个国家的200余位科学家与管理人员积极参与),从全球视野来研究岩溶,从而极大地推动了现代岩溶学的完善与发展。

  进入21世纪,随着岩溶研究的深入,世界各国岩溶科学家普遍认为极有必要建立一个岩溶国际研究中心,以全球视野研究岩溶科学,为当前岩溶地区最紧迫的资源和环境问题提供解决方案。2003年11月,时任IGCP448项目主席的袁道先提议在中国桂林建立一个由UNESCO赞助的国际岩溶研究中心。建议得到了IGCP448项目30多个成员国及各国岩溶研究机构的大力支持与配合。经过不懈努力,2008年2月中国国土资源部与UNESCO在巴黎签署协议,将国际岩溶研究中心落户中国桂林,12月,中心正式在中国地质科学院岩溶地质研究所成立。两个原因使得中心落户中国成为众望所归的事:其一,地域原因,中国是岩溶大国,岩溶类型齐全,发育典型;其二,学术方面,中国科学家已经连续执行4个国际地质对比计划,成果斐然。该中心是我国第一个由联合国授权设立的地学研究中心,也是联合国设立的第一个以地质为中心的世界研究中心,这是我国地质学界的一件大事,也是中国岩溶研究人的光荣!建立以来,中心运转良好,产生了很好的国际影响,中国和桂林已然成为国际岩溶研究的中心。

  教书育人 弟子桃李满园

  袁道先在岩溶研究方面取得了举世瞩目的成就,但他并不满足于此,他迫切地感觉到需要培养更多更高层次的岩溶研究人员,让岩溶研究事业后继有人。他在人才培养方面不遗余力,在中国地质大学、桂林理工大学等多所高校担任研究生导师。2000年,他来到地处西南岩溶区的西南师范大学(现西南大学)地理科学学院兼任教授、博士生导师。在那里他组建了团队,建立了实验室,还按照野外和室内教学结合的思路,建立了6个野外基地。自从他到西南大学以来,学校先后取得了自然地理的博士点和博士后流动站。年逾古稀的他,站在教育的一线,编写了《现代岩溶学》教材,坚持给学生授课,指导论文。直到现在,他还亲自带领学生参加野外地质实习!

  秋去春来,他迎来一批批满怀期待的莘莘学子,送出一届届学有所成的青年岩溶研究工作者。每当谈及他所教过的学生,他脸上就露出欣慰的笑容。他自豪地说:“我现在的主要精力还是培养人才,前前后后加起来已经有200多个硕士和博士,他们中不乏很不错的岩溶研究者。西南大学地理科学学院的岩溶研究团队和中国地质科学院岩溶地质研究所的研究团队都各有30人左右,岩溶事业后继有人啦!”袁道先很重视团队建设。他对团队的科研人员要求很严格,定期开展学术汇报和学术讨论,每个成员每年必须发表高水平论文,年末要进行总结,评选团队十大研究成果,他还把自己的绩效奖金拿出来作为奖励基金。对于有志于出国深造的学生,他总是不遗余力地支持,帮助学生联系导师,写推荐信,甚至提供资助。目前,他的团队成员绝大部分都申请到了国家级项目,一半以上有留学经历。说起这些,袁先生信心满满地说:“我对我的团队很满意,我相信他们今后能够把岩溶研究事业很好地传承发扬下去!”

  对于学生,袁先生夫妇一如严父慈母。袁老师在指导学生学业方面,严格要求一丝不苟;宋老师则像慈母一样对学生关心入微。一些学生本可以有很好的去处,但他们舍不得这个温暖的大家庭,选择留在袁老师的团队。他们从袁先生身上学到的不仅是知识,还有那份对岩溶地质事业的热爱!

  心系民生 造福百姓万家

  在袁道先看来,岩溶研究的成果不能仅仅停留在纸面,更重要的是要利用好它们改善民生,为百姓谋福祉。他凭借着丰富的学识和为百姓谋福祉的满腔热情,在石漠化治理、地下水包含和利用以及世界自然遗产地申报方面做了大量工作,取得了重要成绩,影响深远。

  石漠化为我国西南地区特有的在脆弱的岩溶地貌基础上形成的一种荒漠化生态现象,导致植被退化、水土流失,导致岩石大面积裸露或堆积地表,石漠化严重地区寸草不生。目前,我国西南地区石漠化总体上呈加剧趋势,其中近70%的石漠化面积发生在滇黔桂三省(区)。袁道先将石漠化视为继西北地区沙漠化和黄土地区水土流失之后的我国第三大生态问题。他从上世纪90年代初就开始关注西南岩溶地区石漠化问题以及这一问题所导致的贫困问题。“石山地区贫困问题一天不解决,我们岩溶工作者就一天没有尽到责任。”他的话掷地有声,更是给自己立下了军令状!针对岩溶山区石漠化日趋严重的“病情”,他率团队因地制宜开展石漠化治理,坚持以水土流失综合治理为核心,与多个植物研究所合作,帮助岩溶区农民在石缝中种植经济作物,避免水土流失加剧,同时也保证了农民的经济效益,重庆南川的金银花种植基地和广西平果的火龙果种植基地都已经成为石漠化治理的成功典范。他还和多位专家一道,跋涉6000公里考察西南贫困山区,上书国务院提出西南岩溶山区科技脱贫建议。在袁道先等院士的不懈努力下,“西南岩溶地区石漠化综合治理”被纳入国家发展计划纲要,我国石漠化综合治理工作取得了显著成效。

  在中国西南地下,流淌着总长大约1.3万公里的地下河,这是西南岩溶地区的“救命水”,但今天许多地下河受到污染,面临成为“下水道”的危险。袁道先痛心疾首地说:“最典型的例子就是重庆市南山老龙洞的地下河已经变成了一条真正意义上的下水道。”2007年,以袁道先为首的科学家在中科院院士建议中提交了《防止我国西南岩溶地区地下河变成“下水道”的对策与建议》。该建议书得到国家领导人的高度重视并作重要批示。

  岩溶地区的地下水资源不仅仅要保护好,而且要利用好。降水时空分布不均、岩溶强烈发育导致地表水快速渗漏和人类过度垦殖是造成西南岩溶区干旱缺水的主因。另一方面,岩溶区地下则蕴藏着丰富的水资源,具有较大的开发利用潜力。对它的合理利用能够极大地缓解缺水的压力。2006年夏,全国大旱,而重庆、四川东部发生历史罕见的特大旱灾。这年教师节,时任重庆市委书记汪洋到西南大学慰问袁道先教授。袁道先拿出一幅重庆市水文地质图,给汪洋提出了如何找水缓解重庆旱情,以尽快解决老白姓缺水困难的建议。汪洋听后十分重视,立即着手部署找水工作,并将找水作为一项长期性的民心工程。在袁道先等专家的大力推动和指导下,近年来川渝滇黔桂等地针对不同类型区水文地质特点和地下水开发利用条件,因地制宜地,采取多种方式,开展了岩溶地下水开发利用与生态环境综合治理示范,取得了良好成效。

  在自然保护体系中世界自然遗产地级别最高。中国南方岩溶区是世界上热带—亚热带、湿润—半湿润平原、丘陵、山地、高原岩溶系列发育最好的地区,反映了中国南方地质地貌发展史和其特殊的自然地理状况,独特的地貌类型、生态系统、生物多样性、自然美景和发育演化,具有显著的科研价值和意义。袁道先经过对比,揭示出“四个特色”理论:一是大陆地区碳酸盐岩古老坚硬;二是新生代大幅度抬升;三是亚洲季风气候“水热配套”导致中国岩溶兼有丰富多彩的地表地下岩溶形态;四是未受末次冰期冰盖刨蚀,因而能较好地保存历次岩溶发育留下的形态。这为中国南方喀斯特申请世界自然遗产提供了理论支撑,此外,袁道先还从总体规划到申报书修改等各方面对整个申遗工作进行了细致的指导。经过各方不懈努力,由云南石林、贵州荔波、重庆武隆共同组成的“中国南方喀斯特”于2007年被收入联合国教科文组织的《世界遗产名录》,2014年又增补了广西桂林、贵州施秉、重庆金佛山和广西环江。申遗成功给这些地方带来了极大的社会、经济和环境效益。

  “人生不知足,奔驰竟朝夕。”这两句诗用在袁道先身上再合适不过了。虽然已年逾八旬,满头银发,但袁道先仍然时刻站在世界岩溶研究的最前沿,不断地耕耘、探索和思考……

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