跟 随 刘 先 生 五 十 年
陈 明 扬
（中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029）
刘先生走了，回想与他相识整整五十年。1958年认识刘先生，从此他影响了我的一生。在工作上我两次大转折都与刘先生紧密联系。记得在学生时期，我始终作着找矿的梦。1956年在东北，我根据萤石发暗的颜色确认铀矿矿点，1957年到内蒙古索龙山作为一个学生却指挥分队进行超基性岩和围岩蚀变填图，并找到铬铁矿矿石。矿床学是我最偏爱的学科，突然分到第四纪研究室，搞黄土，很是不快。但是，在当时超英赶美的大跃进，豪气十足笼罩着全国的气氛中，我的沮丧情绪也就逐渐消除。在北大红楼地下室的工作，这可能是毛主席工作过的地点，感到兴奋。1958年苏联专家凯斯（A. C. Кесь）已经写出关于中国黄土地貌的一本著作，从刘先生和其他同志的讲话中，我体会到了我们第四纪室的自信，我们室当时的研究水平足以超越凯斯的著作，我也深深地感到刘先生和第四纪同志强烈的民族感情与爱国情节，而且在学术上超越苏联学者充满了信心。记得1966年出版《黄土的物质成分与结构》时，吴子荣以赶超苏联为由，要求出版社加快出版此书，后来赶在文革前夕出版。赶超国际先进水平的思想成为我室的信念，这种赶超情节一直维系着全室的团结。为了在第四纪室建立14C实验室，1960年刘先生要我暂时放下第四纪地质专业，跟仇士华学习放射性测量技术，我们自己造仪器，从绕变压器到安装调试仪器，到埋地线，自行设计探测放射性的计数管。我们经历了6年的艰苦奋斗，终于在1966年建成14C实验室。我也想不到从此我离开第四纪地质工作长达20年之久。
第二次大转折在1979年，我从沈阳调到北京，遇到了陈述彭先生，与他接触时间很短，但是他强烈的形象思维方法正是我20年工作所缺乏的，在他的指导下我对工作是有信心的，一生有此机遇是难得的。可是，这时又见到了刘先生，他也刚调回到北京，要重建立第四纪室，要我回到他身边工作，我知道他曾经用黄土沙漠边界的航空照片的沟谷形态证实风的作用，我就提出在遥感所用遥感方法研究黄土以支援他的黄土研究。但是他一再请吴子荣来说服我，我多次强调从1960年开始搞14C以来，以及1971年我因为解决两地生活到沈阳从事预报地震多年，我已不懂第四纪研究了。吴子荣一再说明地质所第四纪研究的困难，人少只好依附于地层室，受到学部和所极个别领导的歧视，连刘先生要汇报都困难。刘先生到北京后为了第四纪研究在三个单位中选择了条件最差的地质所，要我为第四纪做点牺牲，回地质所同舟共济，重建第四纪室。吴子荣对黄土研究充满信心，他说在香港的彭琪瑞认为建国后地质界学术上最突出的成就是黄土工作，这与所内、国内的看法完全不同。他终于说服我回到了第四纪室。2002年刘先生获得了泰勒奖也就证明了已故的吴子荣对黄土研究的信心完全正确。正是这些信念把第四纪室的人（不仅是现在地质与地球物理所的，也包括去贵阳、西安、广州和地震局的原第四纪室的人）紧紧地团结在一起，经历了五十余年的奋斗历程。
我们黄土研究能够达到如此成就主要是在刘先生的指导下黄土研究一直走自己的路。1954年刘先生决定利用多种学科来发展第四纪研究，1959年所党委号召地质革命，边缘杂交，用物理、化学、生物学等原理研究地质演化过程，发展地质科学，这给第四纪研究的发展提供了最好的氛围。刘先生要求室里每人都学会一门技术，从古生物、粒度、矿物、地球化学、土壤微结构等角度认识黄土。他要求野外细致观察，不仅要进行黄土、古土壤的分层描述，还要求把纸蒙在黄土剖面勾划结构构造细节和每一条节理，要求在野外用稀盐酸检验黄土、古土壤的碳酸岩含量。在60年代前期黄土粒度分析就进行了密集取样，这也是后来的“高分辨率取样”。由此，在刘先生的思想指导和培训下，培养出一些第四纪知识面广，具有自己研究方法的研究人员，他们从不同的学科角度解决黄土与第四纪的问题。例如，周昆叔、陈硕民、粱秀龙、叶永英的孢粉分析与王克鲁进行黄土的矿物学研究确认黄土是干旱环境的沉积。朱海之、苏联义、王挺梅和鲍云瑛的研究表明黄土高原从西北到东南可划分出砂黄土、黄土和黏黄土三个带。郭旭东、卢演俦和胡碧茹认为，黄土中优势的细粉砂粒级是气流中易浮动（悬浮）粒级，黄土是风成沉积，黄土的粒度旋回可能与气候或强径向环流的旋回变化有关，并指出强或弱的径向环流有30年的周期，这可能预告了沙尘暴发生频繁期有30年的周期。土壤薄片由朱海之的经过半真空状态制作发展到耿建民和安芷生的简易环氧树脂法，由朱海之的土壤薄片观察土壤结构到卢演俦等的电子显微镜下石英表面结构研究，都极大地开展了黄土研究。刘先生为了加强矿物地球化学研究，吸收顾雄飞到第四纪室，使韩家懋、郑洪汉的黏土矿物研究得到提高，使文启忠的常量元素分析发展到稀土元素分析。从王克鲁、文启忠、丁梦林以厚层黄土与黄土、古土壤、钙结核交替叠伏的剖面诊断出构造旋回与气候节奏性变化，到刘先生、王克鲁的黄土岩性地层学，刘先生黄土与地文期的雨期设想，都包含黄土的构造旋回思想。年龄测定由黎兴国与陈明扬改行自力更生建立碳十四实验室开始，到安芷生等用古地磁测定黄土年龄，卢演俦等的热释光测年。刘先生到瑞士、安芷生到澳大利亚测定黄土古地磁磁性地层，安芷生、卢演俦、魏兰英等在顺义钻孔岩芯发现海相沉积，磁性地层确定的第四纪底界与黄土古地磁年龄是一致的，表明第四纪初中国陆、海的气候变化是一致的。卢演俦、安芷生提出黄土–古土壤序列，建立黄土高原地史环境，粗糙的黄土氧同位素地层学，刘先生、安芷生的黄土氧同位素地层学。利用北京尘暴研究黄土成因，刘先生、安芷生、顾雄飞和气象学家范永祥相结合，使风尘研究由低空过程发展到高、低空相结合的过程，特别指出在扬尘初始阶段西风带动量下传的动力作用，这也是国外学者迄今为止仍未提到的作用。第四纪室研究对象也不不拘一格，如高福清的粪化石，安芷生的鸵鸟蛋研究。在解决实际应用问题也显示第四纪室力量的强大，如朱海之用微结构鉴别出湿陷性黄土特征、地貌位置与成因。卢演俦与陈庆沐用放射性元素示踪方法研究盐水运动，解决干旱区芒硝破坏地基基础的原因，安芷生与贾蓉芬等研究含盐地层芒硝破坏铁路地基的原因，二者都因为施工时过多用水造成盐分上升，芒硝结晶破坏地基基础。这一工程界解决不了的问题，用表生地球化学的方法解决了。其中还有一个故事，1966年干旱区工程施工主办方不找我所水文工程室，而找刘先生，当时地学部某领导认为是化学地理的问题，不属于第四纪的工作，他找了地理所由苏联学化学地理回来的副博士，我们室派出学过水文工程地质当时已经不搞业务的支部书记于仙春，进行讨论时于仙春提出我们的特长是矿物地球化学，从而取得这项任务，由此可见当时第四纪具有优良的业务环境及其实力。还有陈承惠、韩家懋、贾蓉芬、安芷生、黄荣贵等在黄河口，用地层岩性对比方法，绘制了古河道历史分布遗迹，提出河道溯源分岔引起河流改道，提供了治理黄河三角洲的科学根据。在文革期间的工作显示第四纪新的一代在实践上具有独立解决问题的能力。这显示了刘先生领导下年轻一代为新风成成因冲锋陷阵的群体已经形成，为黄土研究的第二次超越《黄土与环境》的总结奠定了基础。
我记得黄土研究的第一次超越起始于1958年，刘先生提出进行方格网状的十大剖面考察，当时我的学长们坚决反对，认为黄土是风成的，就应该北西向剖面考察，要执行刘先生的计划我们人力不够，由此双方不让步。最后由党委委员彭会说服年轻人，执行刘先生的计划。使我们了解在科学研究中“大胆假设，小心求证”之前，必需首先做好基础工作。如果当时不做这项工作，就得不到中国黄土三维空间的概念，证实风成黄土就成为空谈。这一科学计划为黄土研究第一次超越作了准备，也为把黄土研究推向世界的顶峰奠定了基础。
刘先生非常注意总结工作，在当年野外工作结束后，在西安就分别写出野外考察报告。他要求在北京的高维明、陈承惠、郑洪汉编制文献卡，全面地了解前人的研究成果。回京后他就集中王克鲁、吴子荣进行总结，文稿修改达十多次，直到1964、1965年出版《黄河中游黄土》、《中国黄土》。60年代初他组织了王克鲁、吴子荣、刘敏厚、杨理华、陈承惠作为机动的写作小组，总结中国第四纪地层，并与国外对比。探讨第四纪古气候的演化，制定第四纪季风气候鉴别标志。
我有幸又参加了黄土研究的第二次超越。1980年我回到地质所加入黄土研究的战斗集体，当时连办公室都没有，和刘先生挤在一起，却给我和他近距离接触的机会，他介绍当时国内外的先进成果，欧洲的冰期起始于85万年，欧洲第四纪底界160万年，中国黄土古地磁年龄240万年，欧洲大陆冰盖形成时期比黄土形成晚得多。氧同位素地层学已经出现。继库克拉的捷克黄土、卢演俦与安芷生划分的黄土–古土壤序列的氧同位素地层学之后，1982年刘先生开始建立较准确黄土的氧同位素地层学。刘先生对我说，岩石圈、生物圈研究的发展，产生了生物圈动力学与地球动力学，大气圈的研究有待深入，显然冰冻圈的状况并不清楚，二十世纪有望突破，这是我们研究环境演化提出新概念的最好的时期。青藏高原的演化过程也不清楚，记得直到1991年还有人说，晚上新世以来高原快速隆升是中国人的思想，刘先生一向尊重前人的研究，很不满意的对我说，第四纪快速隆升是苏联学者西尼村最早提出的。他特别希望我在研究中要不断地提出问题，提出科学上的大问题是很重要的，有时候一个错误的结论讨论数十年才得到正确的结论，这也推动科学发展，日本有一个大科学家就是这样。当他还提到李四光提出冰川问题就讨论了数十年的时候，还给我看了在瑞士照的高角度的冰川砾石层的照片，指出有人认为冰川没有高角度砾石沉积是错误的。鼓励我尽快了解第四纪，要独立提出问题。1982年在莫斯科他和苏联学者酝酿从南极到北极的南北大剖面的合作，后来称为PⅡ剖面计划，这给我很大的启发， PⅡ剖面中跨度最大的就是蒙古高压到澳大利亚高压间的季风环流系统，根据60年代刘先生领导的地层与季风气候的演化史的研究，奠定我于1990年走向全球系统与中国风尘、季风气候演化关系的研究方向。这也是2005年刘先生希望在他最后的日子里完成任务。
我从大气环流的角度探讨第四纪问题起始于1981年，为了参加莫斯科INQUA大会，刘先生交给我他从美国带回了1980年4月北京尘暴的卫星照片，又请气象局的李修芳、范永祥帮助我进行分析，提供一篇会议的论文。在此前刘先生与范永祥已经对这次尘暴西风带对扬尘、搬运与沉降的动力学过程做了精确的研究。后来他要我在《黄土与环境》负责“现代尘暴与黄土堆积”、“黄土环境与水土流失”。同志们知道我20年未接触第四纪，卢演俦把他与安芷生两人关于黄土–古土壤序列、牵涉深海氧同位素的阶段与黄土–古土壤序列对比、黄土沉积过程中的地球轨道响应、冰期与间冰期古季风气候演化等全面论述的底稿，都提供给我。可惜的是他们关于季风气候的探讨发表较晚，没有吸收入《黄土与环境》中。卢演俦还提供石英颗粒表面风成细微结构与强调低空作用的文章。顾雄飞向我介绍在黄土中稀土元素组合成分与页岩一致，当时地化所有人把它曲解为黄土是水成的，顾反驳这一观点认为，黄土在源区砂尘扬起前已经经过水的充分作用，这与石英颗粒表面结构的结果一致。安芷生要我重视西风带，并把他在澳大利亚收集的撒哈拉沙漠研究的专著复印件送给我。韩家懋给我李希霍芬的论文作为参考坐标。使我深深地感到他们已经完成了新黄土成因论的第二次超越。刘先生本人从事鱼化石的研究时，他首先研究现代鱼的形态与骨骼，启发我研究对象的分类工作与基础的重要性。关于风尘的研究，要求我仔细读一本气象的教科书与40年代拜格诺（R. A. ?）著的《风沙和荒漠沙丘物理学》，他特别重视青藏高原的作用，给了我一本书《青藏高原隆起的时代、幅度和形式》，其中徐仁根据圆柏认为中中新时山地达到4000米，当时某些山峰已经深入西风带，对大气环流已经有一定影响。20多年后国外学者才认识到。同时他提到在美国考察时了解1975年我国河南的暴雨降水过程，降水过于集中与大气环流受青藏高原的影响有关，造成水库溃决，致使河南水灾（我国气象学者对此次降水过程强调台风入侵所致）。由此他很重视张林源关于青藏高原后季风南移和沉积了下蜀土的认识，以及王富葆推测下蜀土时代没有达到布容期的看法。1969年刘先生特别注意到板快构造思想的兴起，向我详细介绍了大陆漂移论与构造固定论的大辩论，他认为这是一场地质革命。1974年杨理华与刘先生在丁国瑜与高维明的帮助下，探讨印度板块俯冲下形成喜马拉雅山与藏北高原的隆起及分期。
《黄土与环境》我执笔的当中有一部分是沙尘暴的研究，我们研究尘暴的目的是为了理解黄土形成的大气动力学过程的轮廓，我接受了他的意见，得以保留至今。当时我对风尘沉积的过程归纳为在气候冷暖、干湿背景下，冬半年不同尺度大气环流演化过程，特别在冬半年中晚期，随北半球温度升高，南支西风带北移，蒙古高压东移，夏季风的海洋水气带到华北地区，沙尘暴主要在冬季风作用下形成。该文也按刘先生的意见突出了青藏高原隆起后蒙古高压、蒙古气旋（低压）、西风带、季风的各自的作用。同时写出了气象书没有叙述的沙尘暴的空间分布类型：低空两米的沙尘云；沙尘扬起到达高空西风带可搬运到北极的气旋型沙尘暴；冷锋作用下锋面壁立的、距地面数百米高的墙式沙尘暴，这就包括冷暖锋相遇的机制。这些认识已过去二十多年，看来还是基本正确的。后来我想以沙尘暴作为研究方向，刘先生不同意，可能因为我的气象知识不可能再深入进行研究。当回顾1962年出版《黄河中游第四纪地质调查报告》时，应用了1957年杨理华的报告。该报告在原苏联专家彼得洛夫（？. Бедров）和刘东生的指导下，在风沙和黄土成因的研究中提出，“第三纪末期发生了喜马拉亚运动，形成了现在的地形轮廓，这时鄂尔多斯气候干燥，由于西伯利亚气旋和中国季风的影响，从内蒙古送来的西北风向东南吹扬，把鄂尔多斯沙地的细粒成分吹走，飞落到黄土区，构成了黄土和黄土状堆积物。”而2006年4月科学时报刊登了1998年开始的“973”项目的一位科学家在分析中国北方沙尘暴成因时，建立其预测概念模型：太阳活动减弱(SCL变长)/增强(SCL变短)——气候变冷/变暖——青藏高原地面加热场强度减弱/增强——西风急流轴偏南/偏北——蒙古气旋加强/减弱——沙尘暴增加/减少。这与我们20多年前提出的，“由西风带北移和蒙古低压发展为气旋的作用”相一致的。但是我当时仍然不了解西伯利亚气旋的重要性。这种沙尘暴预报的概念模式把青藏高原与大气环流状况有机的联系，也可以解释中国沙化土地扩大，西北地区70年代以来更为干旱，但是北京的沙尘暴次数显著减少，这和太阳活动有关。
1990年代初为了黄土研究的第三次超越，刘先生除了向国外联系确定PEPII剖面的项目外，又组织了“我国北方干旱半干旱区15万年来环境演变的动态过程及发展趋势”、“南极生物资源、环境系统与全球变化研究”两大课题。他在古稀高龄还考察了南极、北极，并亲自下南海考察。为此，刘先生在1980年代就开始了在人才准备和研究方法方面作了大量工作。例如，把沈承德送到瑞士学习，我记得为把沈承德送到瑞士还经历了一定的周折，开始刘先生写封信没有回音，后来用国际第四纪委员会的信笺写推荐信，立即得到接受沈的通知。以后用我提供晚更新世的样品进行加速器分析10Be，从而意外得到其含量随气候而波动，并与冰岩心的氧同位素的曲线一致。刘先生把顾兆炎送到郑淑惠学习氧同位素才建立了用这一方法研究黄土，后来才有我用碳同位素确认红粘土是季风气候的产物，并把季风的沉积环境由7.3百万年外推到9.4百万年。韩家懋开始中国植被碳同位素的基础研究。这些对我有很深的影响。刘先生介绍刘秀铭到许同春学那里习地磁工作，我介绍他去西峰剖面，发现了340 百万年来的风成沉积。丁仲礼的黄土地球轨道年龄模式，和刘先生一起把黄土氧同位素地层学推演到260万年，并提出了古气候37个旋回与深海冰量波动的100多个旋回。
西安黄土室也发挥很好的作用，安芷生联合了吴锡浩、汪品先、卢演俦、王苏民、董光荣等发动了东亚第四纪环境变化的季风控制假说的研究。安芷生等提出了黄土磁化率与粒度分别作为夏季风与冬季风的代用指标，以及国外用碳同位素作为季风气候指标的研究推动了季风环流和季风气候的演化与全球对比。
关于从全球系统角度研究风尘与季风气候的演化 必须回顾60年代第四纪室的研究。1962年刘东生、刘敏厚、吴子荣、陈承惠“气候标志及中国第四纪地层划分”、1964年刘东生、扬理华、陈承惠“中国第四纪沉积物区域分布特征的探讨”、刘东生、刘敏厚、吴子荣、陈承惠“关于中国第四纪地层划分问题”及1965年《中华人民共和国自然地图集地图说明》中刘东生、杨理华、陈承惠关于第四纪地质图的说明书，这几篇论文集中了刘先生为首的研究组对于三叠纪以来中国气候变化的探讨，第四纪受到两极冰量以及青藏高原隆起对气候变化与气候分区的影响，虽然比较粗略，但许多问题可以给人启发。
80年代以来，对东亚季风系统有了新的认识，南极、北极与青藏高原成为全球大气环流的活动中心，国内提出在青藏高原隆起到超过1000米时，就能够产生高原季风，大约在37百万年。2003年我提出这时应该出现风尘沉积，我于1991年根据有关文献，考虑到青藏高原隆起，推测25~22百万年与7百万年有风尘沉积， 15~7百万年来在青藏高原诱发下，印度季风形成。对南极冰川-冰盖演化的认识相对比较清楚，而北极冰况相对较差。我根据这些观点进行了对应的探讨，一些体会叙述如下。
1964年刘东生等“中国第四纪沉积物区域分布特征的探讨”一文综合了中国大陆地形的轮廓演化，“北方在二叠纪后已成陆地，而在秦岭以南自三叠纪海水退出大陆”，“中生代时期不论南方与北方都以陆相的、代表湿热的气候的红色岩系为代表。”中生代后期的地壳运动致使“陆地不断上升和转变干燥”。这里实际上指出，晚白垩纪中国成为干旱的大陆是地壳运动引起的。这正是晚白垩纪印度–澳大利亚板快向北漂移，使特提斯海变狭窄，并且处于北半球的东风带。1996年我在南极报告中提出形成干旱的新机制，“中始新世时新特提斯海开通，表面洋流由东向西流，部分水汽带向西去，西北区内陆干旱。”另一个原因是晚白垩纪中国东部海岸山脉阻挡太平洋的水汽导致东亚的干旱化。“第三纪初期，大陆东部气候条件和地面形态南、北极为相似，堆积物仍以红色岩系为主，含雷兽的动物群自蒙古、朝鲜一直分布到云南，几乎看不出南方和北方沉积环境上有什么区别。”即干旱期的特征。由此引出“亚洲大陆真正的‘现代化’开始于中新世以后”，即中新世初中国气候格局的现代化，东部地区形成季风气候。我在1992年认为季风气候开始于22百万年。刘先生等以前认为，秦岭以北以保德组（三趾马红土）为代表的土状沉积标志着新地质时代的开始，并成为后来更广泛的黄土沉积的基础。从保德红土含大量结核以及动物群的性质看，气候条件为半干燥和相当温暖。秦岭以南，只在云南及两广的若干盆地里有含褐炭的堆积，可能是由喜马拉雅运动的影响，使南方广大地区处于剥蚀阶段而很少有沉积物停积，这一现象说明从上新世开始南方和北方出现不同沉积的环境。这一直到20年后我读到1982年Parrish 等用膏盐与煤等沉积在世界的分布得到中中新世季风环流再次出现，使我理解刘先生等为什么在60年代资料不足的条件下得到准确的环境判断。
刘先生等1964年在《第四纪地质研究问题》把雨期与冰期相对应，虽然这一对比有待商榷，但是提出“在冰期时，由于气候带南移，气旋活动在高纬度地区受到大陆冰流的阻碍，中低纬度地区大气环流加强，导致雨量充沛，湖泊面积扩大河流水位高涨，形成雨期。”这提醒了我们注意大陆低压的作用。2001年我提出在季风气候起始时，南海到兰州有一水汽通道，实际就是南海高压与松潘低压的耦合作用，由此注意到冬季大陆低压与海洋高压的耦合作用是十分重要的。刘先生等1960年代在“中国第四纪沉积物区域分布特征的探讨”中用图显示出冰期与间冰期分别海平面下降与上升的大陆分布状况。这也是在古气候研究中第一次绘出东亚大陆轮廓的变迁。同样这也展示出两极冰量变化，致使海陆变迁对气候变化的探讨。
1965年刘先生等就指出，北方地区“因受太平洋季风的影响的不同，东湿西干。”在南方地区“除强烈隆起的青藏高原为高原寒冷气候外，其他地区属热带和亚热带潮湿季风气候。”“以大兴安岭和太行山为界分为西北高原干旱沉积区和东部平原冲积区”。这些研究深刻指出如何研究中国古东亚季风气候演化框架和形成。在1994年在PEPII国际会议上我提出主要由于南海扩张形成穿赤道急流形成，致使晚渐新世中国东部大陆湿润化开始季风气候。这实际上是受到刘先生等关于中国大陆受太平洋季风的影响“东湿西干”认识的启发。
1980年代初吴子荣根据早先黄河中游黄土调查的资料提出，黄土高原存在一系列盆地，成为黄土堆积的中心，形成一系列大的“塬”，从东到西有山西的吉县塬、陕西的洛川塬、甘肃的董子塬（陇东盆地）和白草塬（陇西盆地），几乎都在相同的纬度上。老吴这种构造地貌的黄土盆地型沉积的认识，虽然不被一些同志接受，经过多次讨论，刘先生还是把这些认识融合到《黄土与环境》中，这也显示刘先生非常善于吸收不同意见。后来工作证实，这些盆地型风尘沉积不仅是厚度大，环境变化积累完整，而且在粉尘堆积的起始时代上具有自西向东逐渐变新的趋势。如郭正堂、吴乃琴等证明陇西盆地22百万年就发育风成沉积－黄土，安芷生、郑绍华、张云翔、岳乐平、孙东怀、陈明扬、孙继敏、强小科等逐步证实陇东盆地发育了8.3百万年以来的风成沉积，而洛川和吉县盆地粉尘沉积的出现可能5~6百万年以来。这些都充实了盆地型风成沉积的思想。风尘沉积在时代上从西向东变新，可能与我和刘先生多次讨论过的设想，即随着青藏高原阶段性隆升，蒙古-西伯利亚高压阶段性东移，干旱向东扩展有关。如果是这样，就更加证明了，1982年刘先生就开始部署用全球系统的角度研究风尘沉积与季风气候演化是正确的。
过去50年我受刘先生指教很多，仅以此文纪念刘先生光辉的一生。
