冰雪雜談

燕趙河山

我這輩子算是和雪結(jié)下了不解之緣。喜也罷，怨也罷，總是與雪有關(guān)。

小時(shí)候家境不濟(jì)，父親被下放，食不果腹、衣不遮寒。可那時(shí)的燕趙大地上，冬日偏偏大雪不斷，在個(gè)人的強(qiáng)化記憶中，每日都不得不踏著雪去上學(xué)，腳趾和手指年年被凍傷，通紅通紅的，整個(gè)冬天癢痛不止。由于是聽(tīng)話(huà)的好學(xué)生，每年都被老師安排為教室維護(hù)火爐，每日必起四五更，孤單單一個(gè)人，在肅寂、寒冷、鋪滿(mǎn)厚厚積雪的大街上走著去學(xué)校。但這樣的經(jīng)歷也產(chǎn)生些許微妙的感覺(jué)，雖然是凌晨，卻并不覺(jué)得周?chē)岷谝黄芯拔锞鼥V可見(jiàn)，雪未被踩過(guò)，依然保留著原始狀態(tài)，朦朧之中不免覺(jué)得萬(wàn)物皆美。可惜這樣的美好感覺(jué)是短暫的，天剛亮，村部的大喇叭就開(kāi)始響了，心情頃刻掉底，頭會(huì)不自覺(jué)地低下去。知道父母他們又得被喚去做義務(wù)勞動(dòng)，清掃大街上的積雪了。羞辱感自不必說(shuō)，我的父母那時(shí)都是五十來(lái)歲的人了，一掃就是一整天，連春節(jié)都不會(huì)被放過(guò)，可以想象他們生活的痛苦與艱難。在我小小的心靈里，雪成了我所痛恨的東西之一。

不承想，后來(lái)雪成了我的工作飯碗的一部分。當(dāng)年報(bào)考大學(xué)時(shí)，第一、二志愿填的是物理和數(shù)學(xué)，但也選了“服從安排”一項(xiàng)，結(jié)果被地質(zhì)地理系錄取。不過(guò)，一路上一直在想，既然系別已定，無(wú)更改可能，那么最希望自己被分配到水文專(zhuān)業(yè)而不是其他專(zhuān)業(yè)。至于為什么期盼水文專(zhuān)業(yè)，是與個(gè)人從小生活的環(huán)境有關(guān)，燕趙之地相對(duì)干旱少雨，水在自己心目中至關(guān)重要。同時(shí)，在上高中期間，或多或少已經(jīng)意識(shí)到水對(duì)人類(lèi)未來(lái)的重要意義。在這一點(diǎn)上上天倒是眷顧了我，報(bào)到時(shí)發(fā)現(xiàn)，果不其然自己就是水文地質(zhì)專(zhuān)業(yè)。上大學(xué)時(shí)所在城市污染嚴(yán)重，特別是冬日，傍晚出去轉(zhuǎn)一圈兒，回來(lái)鼻孔必被染黑，手指一摸，如墨般。偶爾下場(chǎng)雪，一般不太大，遠(yuǎn)觀樹(shù)上的雪掛，倒也顯得美麗壯觀，可是一旦靠近，卻發(fā)現(xiàn)雪有些黑不拉幾的，明顯被黑灰粉塵污染，美感頓失。雖然學(xué)的是水文，但是那時(shí)，還沒(méi)有想到雪會(huì)和我的職業(yè)有什么關(guān)系。

我的大學(xué)所在城市有一國(guó)際著名研究所，是研究冰寒世界的。一畢業(yè)，我便被該所錄取為碩士研究生，從事旱區(qū)水文研究，研究對(duì)象是新疆低海拔地區(qū)的河流與湖泊。見(jiàn)其他研究生同學(xué)研究冰川，上高山、住帳篷，幾周下來(lái)，人人都有紅二團(tuán)。他們來(lái)訪(fǎng)我們駐地，見(jiàn)我們每日傍晚伴著夕陽(yáng)湖邊踱步，床底下堆滿(mǎn)了西瓜，十分羨慕我們天堂般的野外生活，我也頗感幸運(yùn)。后來(lái)隨著個(gè)人研究不斷深入，深刻意識(shí)到，我所研究的水不正是從高山和冰川上來(lái)的嗎？要深化我的研究，我必須依山而上，非得研究冰川和積雪不可。果不其然，一畢業(yè)我的研究項(xiàng)目立馬包含了冰川和積雪，而且從此一上此船，就再也沒(méi)有下得來(lái)，甚至年輕的生命差一點(diǎn)兒被雪奪去。

故事發(fā)生在1993 年的夏天，某著名的冰川上。早晨，我隨一隊(duì)人員（多為年輕的臨時(shí)工）一同上冰川，他們做冰川蠕動(dòng)觀測(cè)，而我一個(gè)人做另外一個(gè)項(xiàng)目，采集河水、冰川和積雪樣品。他們的觀測(cè)點(diǎn)在冰川上部，而我的采樣點(diǎn)很分散，我則邊走邊采，所以很快就被他們甩在后面。等我攀到冰川中部的時(shí)候已近中午，雪愈來(lái)愈厚，走起來(lái)很不容易，雖是晴天，但氣溫依然遠(yuǎn)在冰點(diǎn)之下。好在測(cè)冰的朋友們已經(jīng)踏出很多雪坑，我便循著他們的足跡，一手把著鋼制雪尺，一步一步小心翼翼地前行。赫然間，感覺(jué)有陣兒暖風(fēng)從冰川上方吹來(lái)，怪怪的，怎么這么寒冷的地方還會(huì)有暖風(fēng)呢？還沒(méi)有緩過(guò)神來(lái)，突然又感覺(jué)離世一年的母親似乎就在我的旁邊，越發(fā)納悶兒起來(lái)。尚未多想，緊接著一聲巨響，腳下的雪塊脆斷，立馬意識(shí)到：“不好！遇到冰裂隙了！”而我是如何應(yīng)對(duì)的，手中的鋼尺是否起了作用，一概不知，當(dāng)時(shí)有昏去的感覺(jué)。清醒以后的我，發(fā)現(xiàn)身體上半部分腹臥在了雪面上，雙腳卻騰空。猛地向后望去，一個(gè)巨大的冰裂隙就在我的腳下，有一米多寬、十幾米長(zhǎng)，深不見(jiàn)底。當(dāng)時(shí)，驚得一身冷汗，便不敢前行，決定取消冰川上的后續(xù)工作。一米多寬的裂隙是無(wú)法直接跳越過(guò)去的，我不得不全身趴在雪上，增加表面積，像游泳一樣，手爬腳蹬，順著裂隙的走向爬，爬行一段距離后再繞過(guò)去。因?yàn)椴恢懒严兜降子卸嚅L(zhǎng)，雖然謹(jǐn)慎，卻依然膽戰(zhàn)心驚。折騰了約莫一個(gè)鐘頭的時(shí)間，終于繞了過(guò)去，才長(zhǎng)長(zhǎng)地舒了一口氣。向身后的裂隙望去，好是后怕啊！臨近太陽(yáng)落山，測(cè)冰的人們返回時(shí)，見(jiàn)一巨大冰裂隙，且雪上有掙扎過(guò)的痕跡，他們以為我掉進(jìn)了冰窟窿，便大聲喊叫多時(shí)，見(jiàn)未有反應(yīng)，便急急地趕回了營(yíng)地，見(jiàn)我完好無(wú)損，大家才松了口氣。這些好奇的年輕人，閑來(lái)無(wú)事時(shí)，用一根長(zhǎng)繩將一位瘦小的小伙子送到了冰窟窿里探險(xiǎn)。據(jù)這位進(jìn)去的小伙子講，冰窟深有百來(lái)米，底部完全是另外一個(gè)世界，視線(xiàn)模糊，但并非漆黑一片，冰洞很大，但并不寂靜，潺潺的流水聲不斷，原來(lái)冰下有河流。他說(shuō)，底部不可怕，可怕的是冰壁，曲曲折折，或窄或?qū)挘ň拖耖L(zhǎng)出的樹(shù)杈到處都是，每個(gè)冰楔如刀，一不小心是會(huì)要命的。在冰面上走，冰裂隙是致命危險(xiǎn)之一。冰裂隙的形成與冰川的蠕動(dòng)有關(guān)，不均勻的張力拉扯造成冰裂痕，加上天長(zhǎng)日久的消融，縫隙不斷變寬、變長(zhǎng)，但上面始終被常年積雪覆蓋，不易發(fā)現(xiàn)，猶如森林中俘捉大動(dòng)物的陷阱。這讓我想起上世紀(jì)80 年代末，當(dāng)時(shí)我們?cè)跒豸斈君R和達(dá)坂城之間的某地做湖泊研究，一隊(duì)日本人到博格達(dá)峰探險(xiǎn)，其中一人掉進(jìn)冰窟窿，隊(duì)員花了好幾天時(shí)間也未能把他拯救出來(lái)，冰窟太深、冰壁上冰楔太多，最后不得不放棄。他的女友若干年后又來(lái)攀峰，祭吊死去的前男友。

雪、冰、水以及水汽本質(zhì)上差別不大，均是氫二氧一，只是形態(tài)不同。在氣溫0.01℃和0.06 個(gè)大氣壓條件下，蒸汽、液態(tài)水和冰（雪）同時(shí)存在，它們的形態(tài)是無(wú)法區(qū)分的。常溫常壓下，雪和冰更像是親兄弟，只是一個(gè)臃腫些，另一個(gè)健瘦些，一般情況下，冰的比重是水的十分之九，而雪的比重是水的十分之一到十分之四。然而，水與冰的結(jié)構(gòu)還是有些差別，水分子中兩個(gè)氫原子相隔104.5°，而冰結(jié)構(gòu)中它們的角度卻是109.5°。就是這點(diǎn)兒差別造成了液態(tài)水的自由散漫與固態(tài)冰的堅(jiān)韌結(jié)構(gòu)。雪在大氣形成的過(guò)程要比雨滴復(fù)雜得多，是在超飽和和超低溫狀態(tài)下形成的。水蒸氣凝結(jié)到大氣粉塵顆粒上，形成冰晶，而冰晶的生長(zhǎng)是很有趣的，它不像水滴主要靠機(jī)械碰撞來(lái)成長(zhǎng)，而雪顆粒是不斷吸收凝結(jié)冰晶，新的冰晶在附在舊的上面時(shí)，不是隨機(jī)的，而是按照氫鏈有規(guī)則地排列，形成六棱體，冰晶臨近的水蒸氣也是沿著冰體凹處向突兀處輸送，使冰晶不斷生長(zhǎng)，最后呈六肢星狀體。六肢星狀體是最常見(jiàn)的雪片形狀，卻不是唯一的，在極其特殊的氣溫和大氣壓力組合條件下，可以形成柱狀體、帽子狀、盤(pán)子狀等等幾十種類(lèi)型，不過(guò)，這些類(lèi)型或許我們終生不得見(jiàn)。不管何種形狀，雪片在降落過(guò)程中，原始形狀都會(huì)受損，到達(dá)地面大都缺胳膊斷腿。即便六肢星狀保存完好，雪片堆在一起，愈堆愈多，在重力和溫度差的雙重影響下，逐漸變質(zhì)，最終變成渾圓狀。莫小看這一變質(zhì)過(guò)程，可恰是我學(xué)術(shù)生涯最初研究的重點(diǎn)，有兩個(gè)極其有趣的現(xiàn)象與此有關(guān)，一是化學(xué)離子的分餾過(guò)程，即雪在變質(zhì)過(guò)程中會(huì)重新安排離子的分布，使其集中在雪粒的邊緣，一旦融雪水產(chǎn)生并流出積雪，它們會(huì)在短時(shí)間內(nèi)集中排泄到徑流中，形成“離子脈沖”現(xiàn)象。二是水的同位素的分餾，即輕水水分子會(huì)優(yōu)先于重水水分子排出到徑流中。這兩項(xiàng)成果奠定了我在美國(guó)從事水文研究的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在高山上，一般4000 米以上的地區(qū)，雪終年不融化，常年變質(zhì)終于使雪完全變成冰，這便是冰川。雪的變質(zhì)也是造成雪崩的主要原因。雪本來(lái)是有一定彈性和韌性的，盡管比較弱，一旦變質(zhì)，其強(qiáng)度就會(huì)大大降低。當(dāng)積雪中溫度梯度達(dá)到每米正10℃時(shí)（由雪面至地面算起），雪粒就會(huì)變質(zhì)為霰石一樣的顆粒，松散不相連，形成極其脆弱的潤(rùn)滑層。在一定坡度條件下，一個(gè)滑雪者或大動(dòng)物的力量就可以摧毀大片積雪的穩(wěn)定性。

獲得博士學(xué)位后，我的研究項(xiàng)目重點(diǎn)是季節(jié)積雪地區(qū)的水文和生物地球化學(xué)過(guò)程，從落基山到西海岸的西野拉，再到五大湖地區(qū)，始終與雪打交道。博士論文中，最重要的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是，大部分的融雪水離開(kāi)積雪后，并不會(huì)馬上進(jìn)入河流，而是轉(zhuǎn)入地下，首先成為地下水，儲(chǔ)存一定時(shí)間后，才進(jìn)入河流系統(tǒng)，即所謂的地下水主導(dǎo)河流流量論。此研究所依靠的技術(shù)正是氫氧的同位素以及地球化學(xué)。這一發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)河流水的來(lái)源產(chǎn)生了顛覆性認(rèn)識(shí)，更重要的是打破了高山積雪地區(qū)河水的“不粘鍋”的傳統(tǒng)理論，即積雪中的污染物和細(xì)菌大多不會(huì)直接進(jìn)入河流，而是會(huì)得到土壤和巖石一定程度的凈化。當(dāng)時(shí)得出這一論斷，并沒(méi)有其他人的研究成果來(lái)佐證，自己頗疑惑是否能經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)，論文發(fā)表的第二年被美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局邀請(qǐng)作報(bào)告時(shí)，其實(shí)心里是忐忑不安的。今年正好是論文發(fā)表20 周年，回頭看，已經(jīng)有很多人反反復(fù)復(fù)地印證了我的發(fā)現(xiàn)，不管是積雪徑流還是降雨徑流，不管是大河還是小河，除了洪水峰期，均以地下水占主導(dǎo)成分。我的學(xué)涯從學(xué)習(xí)水文地質(zhì)開(kāi)始，繞了一圈兒，最后又回到了地下水的研究。而為什么地下水如此重要，為什么地下水會(huì)在雨后和雪融后才大量進(jìn)入河流，依然是個(gè)謎，尚未有人能解釋其機(jī)理。廉頗老矣，吾恐無(wú)力再跨前一步，只能期盼下一代水文學(xué)家來(lái)回答此問(wèn)題了。

每年春天，我都要給本科生講授物理水文課程。每每講到積雪和融雪過(guò)程一章時(shí)，未開(kāi)篇，我先給他們講三個(gè)故事，讓他們討論可能的原因和答案。故事一，1969年的春夏之交，挪威一湖泊里的魚(yú)大部分死去，而那一年并沒(méi)有什么特別的，只是冬季降雪偏多。是什么因素害死了魚(yú)？故事二，“文革”期間，中國(guó)西部某省革委會(huì)主任要求科學(xué)家想方設(shè)法增加河流流量，以便有足夠的水來(lái)灌溉農(nóng)田。科學(xué)家違其良心，終于找到了增加河流流量的快速辦法，極其經(jīng)濟(jì)但應(yīng)不為的辦法。猜猜這個(gè)辦法是什么？故事三，如果降雪減少、融雪時(shí)間提前，美國(guó)哪些州最為懼怕這些變化？我只是抖了三個(gè)包袱，讓他們注意聽(tīng)講，在我講解的過(guò)程中尋找答案。故事一與離子脈沖有關(guān)，60 年代的挪威大氣污染嚴(yán)重，雪中的酸物質(zhì)短時(shí)間內(nèi)被集中排放到湖中，酸化了湖水，殺死了魚(yú)，而并不是人們一下子就能想到的水溫可能降低。故事二則與雪的反射率有關(guān)，在冰雪表面上涂上黑炭，將大大地降低陽(yáng)光反射，使冰雪吸收大量太陽(yáng)能，加速融化。雪剛剛降到地表時(shí)，它的反射率是很高的，可達(dá)90%。講到新雪的反射率時(shí)，我常會(huì)給學(xué)生們開(kāi)玩笑，告訴他們?nèi)绻卵┖笤谘┟嫔献撸质顷?yáng)光天氣，你會(huì)同時(shí)受到兩個(gè)太陽(yáng)的照射，一個(gè)來(lái)自天上，另一個(gè)則來(lái)自你的腳下。說(shuō)是玩笑，其實(shí)是非常接近事實(shí)的。第三個(gè)故事的答案是顯然的，那就是加利福尼亞及至整個(gè)美國(guó)西部地區(qū)會(huì)首當(dāng)其沖。其實(shí)，中國(guó)西部又何嘗不是如此呢？

有雪的地方，人們的抱怨多。下雪時(shí)，太冷，交通不便，摔傷驟增，車(chē)禍大大增加，航班延誤，生活成本也提高。我現(xiàn)在居住的這個(gè)地方，是個(gè)如火炬形的半島，最厚積雪記錄是10 米，發(fā)生在1979 年的冬天，恐怕不是世界上最高的紀(jì)錄，但一定名列前茅。之所以雪多，是大湖效應(yīng)造成的。2017 年未搬來(lái)之前，我們來(lái)考察房屋購(gòu)買(mǎi)情況，在一處公寓發(fā)現(xiàn)一家門(mén)上貼著年畫(huà)，知其是華裔，便敲門(mén)擾詢(xún)，問(wèn)他們?yōu)槭裁床毁I(mǎi)房而是住在公寓？女主人好大情緒，滿(mǎn)臉不高興地說(shuō)，我們是南京人，在這破地方工作，雪這么多，本來(lái)買(mǎi)了房子，后來(lái)我們賣(mài)掉了，我們不會(huì)在這兒常待。

不過(guò)，隨著氣候變暖的持續(xù)，將來(lái)這樣的冬天氣溫只會(huì)增加，是喜是憂(yōu)？恐怕不同的人有不同的感受，但對(duì)滑雪愛(ài)好者和生態(tài)環(huán)境保護(hù)者來(lái)講，肯定不是好消息。