从黄土高坡到国家最高科技奖——中国“黄土之父”刘东生的古环境研究之路

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在教科版小学《科学》教科书的首页，有一位考察黄土高原的长者站在油菜地旁，正在野外记录簿上画着速写，神情专注，一丝不苟。他就是88岁的刘东生先生，著名地质学家和地球系统科学家，国际泰勒环境成就奖和中国国家最高科技奖得主。

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2005年刘东生在黄土高原考察

刘东生1917年在沈阳出生，1942年从西南联大毕业，1946年考入中央地质调查所开始职业生涯。从1954年开始，他和同事们历经几十年的艰辛工作和持续探索，终于使中国黄土沉积成为过去环境变化最重要的档案库之一。 

童时识尽人愁

刘东生1917年出生在辽宁沈阳。那时的沈阳由奉系军阀张作霖统治，日本在一旁觊觎已久，民不聊生。刘东生5岁开始读小学。上学路上，日军的杀人训练令他深感恐怖和愤懑。1928年6月4日，皇姑屯事件发生，张作霖被日本人炸死。刘东生的父亲当时担任皇姑屯车站副站长，第二天，刘东生就亲眼看到了被炸毁的列车残骸。

从幼年开始，刘东生就喜欢听“蛮子挖金蟾”的故事，这些故事大多是和外国传教士来华进行考古和地质考察有关的逸闻。他看的第一部电影是川西藏区的探险影片，影片中神秘壮美的雪域风情给他留下了深刻印象。他晚年曾回忆说：“这部电影使我第一次看到大雪山，看到了我不知道的其他地方人的生活，由此引发了我的好奇心。……对我一生职业的选择是有潜在影响的。”

尽管时局动荡，刘东生对学习却毫不懈怠。他曾专门随传教士修习英文，奠定了很好的英文基础。1930年小学毕业时，他考入著名的南开中学。高中时他加入南开中学海鸥游泳队，成为一名游泳健将。1933年，他入选河北省代表队，参加了在南京召开的全国运动会。1934年，他参加了第18届华北运动会的游泳比赛，在北平中南海的泳池里获得100米仰泳冠军。对南开中学“允公允能，日新月异”的通才教育，他曾感悟道：“南开教育不仅仅限于在校的几年，而是在我们一生都有深远影响的。”“要有健康的体魄，并给自己树立一个崇高的目标，排除万难，一往无前，为实现目标而努力奋斗。” 

游泳健将

1937年7月，刘东生从南开中学毕业。7日晚，他乘坐火车返回北平时，遭遇卢沟桥事变，被困车厢。8月开始，他借住在天津的同学家中，兼任小学教师，为期一年。 

担笈南地独游

1938年，刘东生离开天津，乘船到香港与父亲会合。随后他放弃了留学美国的机会，借道越南辗转到达昆明，从此与父母分别达8年之久。他以南开中学毕业生身份，免试入读西南联大，学籍为南开大学。最初，刘东生遵照父亲期望，选择了清华大学机械系。很快，他就发现昆明连墨水都不能造，牙膏、肥皂也没有，学机械没有用，请求转学地质系。在叶公超先生帮助下，他转入北京大学地质地理气象学系。

刘东生大学时代野外工作记录

1941年暑假开始，刘东生与司徒愈旺、罗明远三人考察昆明西北的武定、禄劝两县，绘制大比例尺地图，并合作完成毕业论文《云南武定——禄劝间地质》。当年他为准备毕业论文所做的野外考察记录至今保存完好，其中的剖面图、素描图、岩性描述、地层产状、化石采集、构造现象判读和中英文注记，无不清晰工谨。

从西南联大毕业时，刘东生患有严重胃病，滞留昆明近两年。1944 年初夏，久病初愈的刘东生加入战地服务团，先后在成都凤凰山、彭家山机场为美国来华空军服务。1945年日本投降前夕，他调往西安。1946年1月，他前往重庆投考中央地质调查所。途中，他在陕西丹凤的一个小镇与阔别多年的父母重逢。

时清夙愿堪酬

经过著名地质学家黄汲清和尹赞勋的面试，刘东生顺利进入中央地质调查所。历经14年艰苦卓绝的抗日战争后，中国百废待兴。刘东生热情满怀地投入到地质工作中。最初数年里，他参加了三峡水库选址以及东北矿产资源的调查。在古生物学家杨钟健的指导下，他整理过殷墟的哺乳动物遗存，发现了马门溪龙的腿骨化石，参与重建中国古生物学会，亲手发掘了新中国首架恐龙化石——棘鼻青岛龙，并专攻鱼化石研究。

后来，因为新中国经济建设需要，他有意从事矿产资源调查和开发工作。1953年年底，他进入中国科学院地质研究所。1954年，开始修建三门峡水电站时，刘东生奉调参加三门峡第四纪地质综合考察，开始了他辉煌的黄土研究生涯。

刘东生1954年在会兴镇考察黄土的野外记录

就在三门峡考察期间，刘东生详细观察了陕县会兴镇的窑洞，发现窑洞都是以料浆石（钙质结核）做顶，黄土作壁。黄土层和料浆石之上的红色土在大范围可以追溯、对比，解决了黄土的分层问题。请教土壤学家后，刘东生意识到，红色土可能是地质时期的土壤层，后期形成的黄土将其埋藏了起来。后来，通过对红色土层详细的土壤学研究，刘东生肯定黄土中的红色土是古土壤，是由黄土在温暖湿润的气候中改造形成的。这一发现拓展了黄土的概念，最终形成了多层黄土——古土壤累积形成黄土高原的科学认识。

1961年，在波兰召开的国际第四纪大会上，刘东生和张宗祜提交了题为《中国的黄土》的论文。这篇论文包含了很多非常出色的剖面图，报道了山西午城一个120米厚的黄土剖面有17层古土壤，首次通过黄土沉积清楚地表明第四纪是一个发生过很多气候事件的地质时期。刘东生直接挑战了当时普遍信奉的四次冰期模式，在国际学术界产生了轰动。数十年后，几乎所有关于黄土研究历史的回顾都会浓墨重彩地提到刘东生在这次大会上提交的成果。

除了向同行学习交流，刘东生也随时随地从与普通人的交流中获得灵感。1955年秋，他在山西临县的黄河岸边，偶遇一位老农演示两种黄土质地的差别：北边的黄土粗，在手里不成形；南边的细，在手里成团不分散。

刘东生黄土高原断面考察成果

他马上在考察中留心采集不同地点以及不同层位的黄土样品，在实验室做粒度研究。对上百件样品分析的结果清晰地揭示出黄土的分带规律：自西北到东南，黄土逐渐变细，黄土高原可以分为砂黄土带、黄土带和黏黄土带；其中，砂黄土带是黄河中下游泥沙的主要来源；同一地点，下面的老黄土比上面的新黄土细。这些认识在1958年的黄土高原大考察中进一步得到确认和深化。依靠两条腿，披星戴月，风餐露宿，刘东生和他的团队走完了五纵五横大断面中的每条路线，收集了大量第一手资料，对黄土高原做了全面解剖，对整个黄土高原有了完整的认识，为中国黄土研究走上国际领域迈出关键一步。

20世纪60年代出版的黄土研究专著

之后的三年困难时期，没有大规模的野外考察，刘东生就和他的团队细致分析了考察中采集的大量样品，及时整理了考察成果，先后出版了《黄河中游第四纪地质调查报告》（1962）、《黄河中游黄土》（1964）、《中国的黄土堆积》（1965）和《黄土的物质成分和结构》（1966）等著作。这些著作系统总结了20世纪50年代对黄土高原的考察成果，把黄土高原的风尘堆积历史回溯到早更新世，奠定了对黄土高原科学认识的基础，不少成果也走进了我国的大中小学教科书。

1978年，“中国黄土”研究获全国科学大会奖，刘东生组织重启第四纪科学研究。1981年，64岁的刘东生携带洛川剖面黄土样品，亲自前往苏黎世联邦理工学院，与赫勒（Heller）教授合作，利用超导磁力仪研究黄土的磁学性质和磁性地层。刘东生和赫勒教授合作的论文1982年发表在《自然》（Nature）杂志上，第一次得到了中国黄土底界年龄在240万年左右的认识，为研究黄土记录的气候事件提供了准确的时间框架。

1985年，刘东生在过去30年的黄土研究工作基础上，组织撰写了《黄土与环境》一书，分别由科学出版社和海洋出版社出版了中、英文版。在这部著作中，刘东生开始了半定量的黄土地层研究，讨论了中国第四纪的编年系统，利用生物化石初步恢复了黄土高原生态系统的演变历史，重建了粉尘吹扬、沉积到成岩的黄土高原形成全过程，尝试讨论了黄土高原环境演变的不同周期，还将黄土的环境序列与深海洋同位素记录进行对比，把黄土研究纳入全球变化研究框架中。

《黄土与环境》书影与书评

《黄土与环境》出版后，迅速引起国内外学术界的高度重视。美国地质学家艾伦·巴斯卡（Alan Busacca）在书评里动情地写道：“曾多少次，地质学家以及那些努力探索第四纪历史的学者们渴望着一个在完整性、时间跨度和详细程度可以与深海岩芯相媲美的陆相岩石记录。我们可以多年地苦苦奋斗去识别、去对比、去定年，可那只是总共才占第四纪时期一小部分的四五个冰碛垄。我们怎能想到，刘东生等人通过中国的（约）200米厚、含30多层古土壤以及无脊椎、脊椎动物和早期人类化石的风成沉积的研究建立了整个第四纪时期的丰富记录！”1989年，德国Springer-Velag出版社与中国的海洋出版社合作，出版了该书英文版的第二版Loess in China。迄今，这本书已经被引用了数千次，成为中文科学专著难以逾越的高峰。

胜誉信无俦

刘东生的研究使中国黄土成为认识全球环境变化的一把钥匙，让人们更为直观地看到地球和气候演化的历史，也为他赢得了国内外的广泛赞誉。

1978年刘东生领军的中国黄土研究获得科学大会奖，1980年他当选中国科学院学部委员（后改称院士）。1982年，中国刚刚加入国际第四纪研究联合会，他就当选副主席，并于1987年连任。1991年国际第四纪研究联合会大会在北京召开，刘东生众望所归，当选为国际第四纪研究联合会主席，成为首位在国际组织中担任最高领导职务的中国科学家。

国际地质对比计划主席德比希尔（Derbyshire）教授评价说：“刘东生是中国国内和国际地质学界有很高声望的科学家。他是很多重大活动的倡导者，几十年来，已经清楚证明刘是一个不知疲倦的学术带头人、管理者、研究人员、教师和外交家……”2004年，刘东生获得国家最高科技奖，成为地球科学界获此殊荣的第一人。

刘东生获得国家最高科技奖

此前的2002年，刘东生获得了世界环境科学最高奖——泰勒环境成就奖。评委会成员科恩教授颁奖时说：“自然界的环境变化在地球上留下三本完整的历史大书：一本是完整保存古环境变化信息的深海沉积，一本是系统反映气候变化的极地冰川，第三本反映地球和气候演化的书，则是中国的黄土沉积。这三本书是我们认识地球上自然历史、气候、生物变迁的最好文献档案。”“刘东生因在认识和运用地质沉积物了解全球环境变化方面的开创性成就而获此奖，他开拓了利用中国黄土区黄土沉积测量250万年来地质气候变化的新方法。”

刘东生获得洪堡奖章

欧洲地球科学联合学会于2007年4月缺席授予刘东生洪堡奖章。颁奖人说，刘东生建立的黄土研究作为非常完美的过去，显示250万年大陆气候的历史积累，是多少科学家一代代渴望的成就。遗憾的是，当欧洲地球科学联合会创办主席彼得·费比恩（Peter Fabian）到北京为他颁发奖章时，刘东生先生罹患淋巴瘤已近一年了。颁奖仪式那天是刘东生最后一次到研究所。

2008年3月6日，刘东生先生与世长辞。中国第四纪科学研究会设立刘东生地球科学基金，鼓励青年科学工作者在地球科学研究中做出创新性学术成果。国际第四纪研究联合会设立刘东生终身成就奖章，用以表彰全世界在第四纪领域有重大贡献的科学家。应中国国家天文台提名，58605号小行星被命名为刘东生星。刘东生先生的智慧光芒将闪耀星空、泽被后世。

会有丹青好手，握管续春秋

刘东生先生在《黄土与环境》的前言中写道：“书中部分章节对某一问题的看法不尽一致，这也是很自然的。与其为了全书的统一而冒险将一些可能萌发为新突破的幼芽掐去，还不如将它们一起奉献给读者，让读者或者科学的发展本身去得出正确的结论……”先生为学的态度、为人的襟怀由此可见一斑。

刘东生先生说：“科学上的发现，不仅仅是克服一些困难，最重要的就是要继续不断地有所积累，这个继续不断的长年的积累，是科学发现重要的关键。”从1982年开始，刘东生先生在中国科学院研究生院玉泉路园区给研究生讲授第四纪地质与环境课程。直到2006年的25年中，刘先生的这门课从未中断，数代青年学子亲耳聆听过先生的讲授。在各个场合听过先生报告的、向先生请教过的学者更是不计其数，先生对年轻学者也总是勉励有加。在先生的百年诞辰纪念会上，丁仲礼院士说：“科学研究过程中势必有竞争。刘先生做黄土，国内做黄土的团队也不少。但是，刘先生始终对非地质所和非他的亲缘关系的单位、同事都非常地尊重，尽他所能给予他们支持。”

在《黄土与环境》出版后的三十多年里，先生的弟子们和后来者们把黄土——古土壤序列与东亚季风系统相联系，并逐渐把连续的风尘沉积历史上溯到七八百万年，甚至两千多万年前。教科书中的图片就是2005年刘东生先生考察黄土高原西部2000多万年黄土沉积剖面时的留影。新一代黄土研究者们利用现代分析测试手段，回溯了黄土粉尘颗粒从产生、搬运、分选、沉积到成岩等环节，评价了北极、南极和青藏高原对黄土高原和东亚季风系统的影响，利用黄土高原的沉积记录恢复了沙漠范围的变化，评估了陆地生态系统对全球变暖的响应。一代代青年学子正在刘东生开创的黄土研究事业中不断成长，贡献自己的智慧和力量。

（作者：唐自华，中国科学院地质与地球物理研究所）

作者注：

各节标题选自中国科学院副院长、刘东生先生的研究生丁仲礼院士回忆刘东生先生的词作《望海潮》，全文如下。

寇陵华夏，天倾东北，

童时识尽人愁。

津渡失楫，鸣凤断羽，

担笈南地独游。

临水叹归舟。

角催赴戎伍，铁血吴钩。

赤县谁凭？故国何恃？补金瓯。

时清夙愿堪酬。

探千秋奥秘，万古微幽。

西域壁峣，南极路险，

上天入地寻求。

胜誉信无俦。

莫道人常去，天泯风流。

会有丹青好手，握管续春秋。

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