关于企鹅拉屎这件事，你可能想不到竟然这么有用
本文来自微信公众号：格致论道讲堂（ID：SELFtalks），作者：孙立广，头图来自：视觉中国
“南极大陆是给拓荒者、探索者去的，那里有很多的奥秘。前人给了我们那么多知识，我们不能老是享受别人的知识，还应该自己去创造知识，让后人去享受，这才是科学工作者的本分。”
孙立广：生态学家，中科大地球空间科学学院教授
1998年以前，我曾经多次做梦，梦到自己像鸟儿一样，在天空中自由地飞翔，但我从来没有梦到过去南极。
有一天，我突然接到一个电话：“孙老师，你愿意去南极吗？”这个时候我的感觉是什么？喜出望外！
但是，我的一位研究生，我要派他到南极去的时候，他很严肃地告诉我：“孙老师，你要知道，我父母亲只有我这么一个儿子！”他是胆小吗？不是，是他知道不少关于南极的探险故事。
冰天雪地的危险
去南极是有风险的，你现在看到的雪龙号，那么的安详、稳重、壮观，进去也感到很舒服。
但是它到了太平洋就是一叶扁舟，过了赤道、进入环南极、进入西风带的时候，你五脏六腑都可能吐出来，晕到天翻地覆，眼看着冰山过来了，死神就在不远处。
等到这个时候，有人就发誓——我再也不来了！我有一个校友就是这样，他去南极吐得不得了，回来以后就向我发誓他再也不去了，他总共向我发过两次誓，但是他去过三次南极。
这还没完，到南极大陆周边海冰过来的时候，就要卸货了，这时候就要坐上雪地车。
当雪地车在冰面上走的时候，那感觉真的是如履薄冰、如临深渊。雪龙船员下船的时候，他们就处在这两种状态之中。
一个真实的小故事——有一位雪地车的船员，装了货物开始走的时候，几米厚的冰裂开了，车体往下降，他自己从天窗上爬出来，扑到冰面上逃生了，接着那个雪地车就掉下去了！
深度多少？一两千米！你说惊险不惊险？
到了冰面上，裂缝就像一个个陷阱，表面上都是雪盖着的，一不小心人和车就掉下去了。为什么我们没有掉下去？
因为我们有很好的保护，车和车之间有铁链拉着，人和人之间有绳子拉着，你掉下去了再拉上来。
到了南极，如果你碰到乳白色的天空，那就更可怕了。你们可能看到过沙尘暴，但是可能没有看到过冰尘暴。在南极如果碰到冰尘暴，你可能就完了。因为它一吹起来不是几个小时，而是好几天。
冰尘暴是怎么回事？强烈的下降风把冰吹成粉末状飞向天空。有个韩国炊事员在管食品的过程中就被吹下去了。为什么我要描述得那么惊险那么恐怖，因为事实就是这样。
拓荒者的南极大陆
但是，我们的科考队员还要去，每年去几百个人，为什么要去？他们为什么两次发誓三次去南极？有的人去了十几次，为什么？
因为这是国家的需求，但每个人去南极的想法都是不一样的。我不能代表他们，我只能分享我自己的理由。
首先，我对南极充满了好奇心。毛主席有一句诗：已是悬崖百丈冰，我想去南极看看这样的百丈冰。
其次是我有强烈的求知欲望。南极大陆是给拓荒者、探索者去的，那里有很多的奥秘。
前人给了我们那么多知识，我们不能老是享受别人的知识，还应该自己去创造知识，让后人去享受，这才是科学工作者的本分。
这些都是我的想法，但是谈何容易？
照片里的脚印，是我们的科考队员留下来的。整齐的一行脚印，后人跟着前人的脚印在走，为什么？
避免危险——每一步都可能是有危险的。
这给了我一个启示：沿着前人的脚印走，永远走不出自己的脚印，所以必须要另开新路。我去南极，地质、环境、空间，什么都有人做了，我只能做别人没有做过的工作。
别人没做的工作，只有三种情况：一、没意义；二、硬骨头；三、没想到。
我们要做的是别人没想到的。于是我坐在阳台上想了七个晚上，终于想到一招——第一，在人家的边界上去做；第二，我要寻找到别人以前没有做过的东西，企鹅粪。
为什么是企鹅粪？
企鹅是一个边界动物。它是鸟类，但是又在陆地上生活繁衍；在海洋里取食，实际上是把海洋里的食物消化了，以粪便的形式出现在陆地上。这样就完成了一个海洋——大气——陆地的大尺度的循环。
这样的循环保存了海洋的信息、生物的信息，同时也保存了湖泊的信息。
研究企鹅粪，可以了解历史的变化。粪便流入一个湖泊、一个积水区的时候，可以看到，最底部的是最老的，最上面的是最新的，如果这个沉积物有一千年的话就有一千年的历史，有三千年的话就有三千年的历史。
粪里面有很多信息，有元素、有同位素，还有企鹅的毛、企鹅的骨，植物的残积等等，它就是历史的文字。
我们再用碳十四（C14）、铅、锶这些传统经典的定年方法，来测这些粪便的年龄，这些年龄就是历史的页码。
所以，我可以通过企鹅粪来了解历史的变化，我还可以了解海豹的历史变化，甚至可以研究出来南极海洋里磷虾的数量变化。
因为企鹅吃的是磷虾，海豹也吃磷虾，鲸鱼也吃磷虾。磷虾很可怜，处于食物链底端。
但是它很伟大，如果磷虾的数量减少了，其他生物的也要减少，所以磷虾在食物链里起一个非常重要的作用。
所以我选择了企鹅、磷虾、海豹这三个作为我的研究的支撑，把南大洋的食物链给搞清楚，这是非常有意思的事情。
研究企鹅粪，可以得到两个东西：一个可以了解企鹅的生态历史；一个在企鹅粪和企鹅毛里面，可能保存着几千年，甚至上万年前人类的活动信息。
说实在的，这是一个大胆的想法，这两个想法以前没有人想过的，我自己也不知道它能不能验证我的想法。但我相信，人类完全有可能把自己的活动痕迹留在这里。
我们经常讲，头上三尺有神明，其实地下三尺一定也有人类活动的信息，我们做的好事歹事都会在那里留下记录。
后来，我的想法确实被证实了。
人类有冶金文明，冶炼黄金就需要汞，汞是挥发的，它通过大气和海洋这两个流体，把汞元素从大陆移动到海洋上去，移动到南极洲上去。
而且通过食物链，把它富集起来，保存在企鹅粪和企鹅毛骨里面去。这样，我们就可以追寻人类文明的历史、追寻那些丢失的文明。
企鹅与气候变化
这一想法在一段67.6厘米厚的湖泊沉积里实现了。
我们在这个企鹅粪里测了27种元素，其中锶、氟、硫、磷、硒、钡、钙、铜、锌这9中元素是高度统一的，非常吻合，波形是完全一致的。
这里面磷的含量特别高，达到5%到15%，其中氟的含量也很高，高出背景值30倍到100倍。这是什么意思呢？
企鹅吃的是磷虾，磷虾里面氟的含量非常高。这样一来，磷和氟这两个元素就证明了，这27种元素里面的这9种元素是企鹅粪的标形元素，用它们来指示企鹅粪的多少。
多了，就说明那时候企鹅多，少了就说明企鹅少了。如果今天在浦东这个地方发现了老虎粪，那我们就可以肯定老虎到了浦东了，是一个道理。
我们以此来研究三千年来企鹅数量的变化。在距今1800年到2300年的时候，气候锐减，企鹅数量也锐减，就是说它和气候变化之间存在着密切的关系。
这是第一次用企鹅粪的方法考证了企鹅的历史变化。因为企鹅和人不一样，它没有给我们留下秦砖汉瓦、也没有留下金字塔、也没有留下文字记录，只有通过这个不成器的、腐朽的粪便了解历史之间的变化。
后来我们发现了8500年前企鹅的变化、1300年海豹的变化、8500年磷虾数量的变化。
磷虾是没有粪便的，但是我们通过企鹅和海豹的尸骨考证了磷虾历史上的数量变化。
这些东西非常有意思，这个文章在Nature上发表的时候，Nature给我们一个评论：这是一种研究湖泊集水区的一种新颖的生物的进化学方法，相信在不久的将来它可能形成一个活跃的研究领域。
果然从这里开始，我们推出了一个生态地质学的研究方向，也就是我们用地质学、地球化学、有机地球化学等各种方法研究生态的历史，研究过去没法研究的，过去一万年以来的生物的历史。
我们已经发现气候变化、温度变化影响企鹅的数量，后来又发现区域气候变化同样影响了企鹅的数量变化。
我们也在研究低气压降低，导致底流的上升，导致营养液的增加，导致磷虾数量增加，导致企鹅数量增加。所以企鹅在冷的时候也会增加，这也是我们的一个新的发现。
海豹与人类活动
海豹毛里面的汞，果然和我们想象的完全一样——汞可以在海豹毛里聚集起来，人类活动在海豹毛里留下了痕迹。
距今250年的时候，海豹毛里的汞含量数量大增，比现在还高，但过了几十年以后，它又降低，降到比过去还要低，这似乎是不可能的，最后证明了什么问题呢？
在250多年以前，南美大陆新发现了很多金矿。炼金就必须要有汞，当时冶炼出24万吨的汞，汞挥发出来以后，影响到南极大气，影响到生物，最后影响到海豹毛，所以那段时间海豹毛里汞含量就高了。
后来南北独立战争打响了，金矿关闭，汞消失了，海豹毛里汞含量就降低了，所以人类所谓的文明的活动，实际上对生态产生了很大的影响。
实际上，我们每个人都在地球上留下了痕迹。这个痕迹就是我们排放的气体，它已经在南极存在了，也许是十亿分之一，也许百亿分之一，但是存在那儿了。
大家还记得不记得，2008年整个南方都被大冰雪覆盖，气候变暖过程中可以产生突然变冷的这种状态，这是非常可怕的，在历史上发生过多次。
距今一万八千年的时候，末次冰期开始结束，慢慢变暖，变到一万一千年左右的时候，又开始一个冰冻的过程，叫新仙女木事件。
暖了以后又突然变冷，冷了以后又慢慢变暖，变暖了以后又是一个突然的变冷。
在北极我们也开展了研究工作，在那里我们发现了距今11200年的鸟飞过来了，那时候冰退去了。
到9400年的时候，一次暖期里面的冷冻事情发生了，当时海洋里的钝贝一下子就绝灭了。
为什么产生这样的现象？为什么暖期会产生这样的情况？
上图红的是热的洋流，底下是冷的洋流。洋流相当于大海里的河，它在运动着。
当暖洋在大西洋上空过去到顶的时候，温度特别高，北冰洋的冰融化了，水变成淡水，盐度变低了。
而洋流北边那个头就下不去了，下不去就往后退，热流的温度就上不去，就突然变冷了。
美国有一个电影《后天》，就讲述了全球变暖过程中的变冷事件。所以我们都在关心全球变暖，没有想到在变暖的时候也需要少量的人去研究变暖里面的冷事件的发生。
250年前，库克船长到了南极留了脚印，100年前两个英国人在南极点留下了脚印。
2017年，中国雪龙船第一次穿越了北冰洋，穿过中间通道经过了北极点，它把东亚经济带和欧洲经济带连起来了，这是一个史无前例的、里程碑式的重大的事件。
北极留下了中国人的脚印，我感到非常自豪。另外，我们在黄海、南海都留下了脚印。
我想和年轻人说一句：那些伟大的人，那些伟大的天才，“上帝”总是给他们准备了非常好的礼物，但是前人总是要给后人留下一些东西，让后人去研究。
世界上所有的事情都有值得去研究，所以大家要跟着前人的路去创新，这是非常重要的。
最后，一首词，送给我的战友：
冰海同舟兄弟，
雪山一行足迹，
展臂揽青云，
回眸汗洒南极，
南极，南极，
走遍天涯无极。
本文来自微信公众号：格致论道讲堂（ID：SELFtalks），作者：孙立广
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