南开化学陪我闯天下
陈立奇
从1964年步入南开大学攻读化学专业至今，已有57年。回忆半个多世纪来，我四下南极洲，五上北冰洋，三登青藏高原，走遍了全球各大洲和大洋，至今一直工作在科研的第一线，走在全球变化科学的国际科学研究前沿，实得益于在南开大学所打下的扎实的化学基础，让我在走南闯北的征途中有了一把可攻坚克难的金钥匙。故以“南开化学陪我闯天下”为题，略举二三事，回忆我与南开化学的故事，也借此报答母校的培育之恩。
从1964年9月到1977年12月，我在南开园学习、生活和工作了13年又3个月。除了系统地完成了化学基础课学习外，又通过留校的教学活动和科研实践，在恩师们的言传身教和循循善诱下，在同学们的热情和无私的帮助下，我从刚入学的一只雏鸟，终于长硬了双翅，有了迎接风暴考验的能力！
1981年，我考取并成为我国第一批选派赴美学习“全球变化科学”的一名访问学者。
到美国要过的第一关是掌握样品处理的洁净技术、中子活化和多道能谱分析技术等。对于样品的洁净技术处理，得益于南开大学号称国内最严格的化学实验课的技能培训和标准规范实习，我很快就可以穿上宇航服，自由行走在100级的洁净环境进行无污染的样品处理工作。而对于中子活化，当我第一次进入活化中心的建筑，感受那种军事化严格安全管理，见到几十米深处重水下那闪闪发亮的反应堆时，还真有点害怕。美方也认为80年代刚开放的中国人，不可能一时半会儿就能掌握这种世界一流的高新技术。因此，导师给了我一个月的学习和考核时间。此时，我应该感谢母校，从1969年开始，我有机会参加程光钟老师主持开展的乙烯精馏工艺研发项目，并作为仪器组组长，承担着精馏塔的计算机控制流程的化工仪器仪表自动化设计和调试工作。因此，我曾走遍国内最好的炼油厂，包括南下上海、北上锦州、西走兰州，以及带学生赴北京东方红炼油厂实习等，通过对国内著名大型炼油厂的调查访问和学习实践，我掌握学习了自动化原理、控制论和精密仪器仪表技术。这些经历帮助我较快地读懂中子活化和多道能谱技术原理，掌握了分析方法。我只用了一星期时间就顺利地通过了导师的标准样品的盲测考核。
在这里，值得再提一下的是，正由于我在留校期间还有机会参加工程塑料聚甲醛的中试，承担着该工艺流程中关键的合成反应工序，其成功率直接影响全过程效益和产品质量。看着老师傅轻敲反应壶壁，顿时一壶清汤变成了白花花的晶体，从中也体验学习了在整个化学反应工艺流程中应用统筹方法的重要性，即抓住全过程的主要矛盾的主要方面，达到反应过程最优化和省时省工效益。我把统筹方法应用到中子活化的多道能谱分析全过程中，早晨8点上班到下午5点下班，有9个小时包括午餐1小时，通过统筹，可把中子活化分析过程的4个阶段，即冷却阶段穿插到多道分析阶段，数据处理阶段穿插到中子辐射阶段。这样，整个分析过程所需时间缩短到样品活化阶段加上多道分析阶段的时间。因此，别人一天只能分析10个样品，而我可以分析20多个样品。当我道出其中的缘由后，美国人都称赞中国人聪明！确实，刚到美国时，我们发现所有美国人都只能按照说明书中的步骤来操作，而我们中国学者都会逐个问个“为什么”，如其中能否从a直接跳到c而省却b的步骤。
我到美国所研修的方向是“全球变化科学”，是一门新兴的科学领域，主要描述和理解人类赖以生存的地球系统运转的机制、它的变化规律以及人类活动对地球环境的影响，提高对未来环境变化的预测能力，为全球气候和环境问题的宏观决策提供科学依据，为可持续发展科学的形成和发展提供科学理论基础。
人类居住的地球出现了全球变化，主要是由于人口的快速膨胀，为适应需求而生产大量人造化学物质并进入地球的圈层循环，如：为了提高粮食供应就得大量使用人造氮素而使水圈、大气圈氮化合物快速增加；大量化石燃料使用而产生二氧化碳使大气二氧化碳快速增加，诱发温室效应加速全球变暖；大量石油衍生物生产而导致微塑料泛滥威胁海洋生物生存；杀虫剂的大量使用而产生PCBs、POPs等污染环境；等等。
全球变化的典型事件是全球变暖、气候变化和环境恶化，直接影响人类居住的生态环境和生命健康。而全球变化属于一个复杂系统，完全求解则需要复杂性科学理论。然而当前要想找出一个能够符合对地球各圈层变化的全球复杂系统的复杂性科学概念还有困难。因此，主流研究方法还是采用区域性观测和多学科结合的实验科学手段。我的美国导师Robert Duce，领导着一个全球变化重大项目（SEAREX），分别在太平洋、新西兰北岛、大西洋百慕大等地布设大量观测站，采集海气交换样品，分析气溶胶中物质组分，通过来源示踪法和长距离输送机制研发来揭示区域的变化性，从而评估其对全球变化的影响及趋势预测。而这种方法，根据我的理解，可归属于一种化学全球变化科学（Chemical global change sciences）方法，就是一种用化学方法来研究全球变化科学的方法。因此，我得以充分发挥在南开大学化学系所学到的专业知识，即把无机化学、有机化学、物理化学和分析化学等学科紧密融合，通过对现场样品的中子活化分析，获得了几十种化学要素和组分，利用化学物种的指示法（Chemical species indicators）进行来源判别和输送机制精细分析，成果在Atmospheric Environment发表并被广泛引用。(https://www.daowen.com)
1983年12月我学成回国，对未来充满期待。一是国家为我提供了南北极这个研究舞台，即1984年开展的中国首次南极考察和1999年的中国首次北极科学考察。二是我可以把在美国学到的方法，应用到一个对全球变化最敏感放大器和最精确指示器的天然实验场，采用化学气候学的多学科交叉方法，充分发挥化学在研究物质组成、性质以及变化规律的独特优势。
化学气候学是全球变化研究的重要手段。其一，我们可选择气候敏感的化学要素，即碳、氮、硫、磷、氧、铁等。由其组成的化学物种（Chemical Specials）如二氧化碳、氧化亚氮、甲烷是引发全球变暖的重要温室气体，而海洋和生物硫衍生的各种化合物及其形成的大气气溶胶硫酸盐却扮演着降温效应，这样有机地把化学和气候学进行相互作用和集成。其二，这些化学要素又是生命的必需元素和典型的生源要素，其变化与生命和生态系统变化紧密相关，因而直接关系到人类的生存环境。因此，通过上述化学要素的行为特征和组成变化过程研究，即可理解和预估区域性的气候变化，进而揭示和评价全球变化及其对人类的威胁。
在国家各部委的支持和指导下，我们创立了“自然资源部海洋-大气化学与全球变化重点实验室”，建成了一个从近岸、大洋到极区的立体观测体系，开设了海洋大气化学新学科，把海洋化学和大气化学在区域研究中进行交叉集成。通过几十年的不懈努力，我和我的团队在“极区对全球变化的响应与反馈作用”研究中取得了重要成果和重大突破，分别在《科学》和《自然·气候变化》上发表了引起国际关注的新认知，为认识极地、保护极地和利用极地做出了贡献，也为南北极国际治理的中国方案提供了科学依据。
回想起来，我从1977年12月离开南开园即将50载，而南开化学却一直与我不离不弃，陪伴我走遍地球的五洲四海和山川大河，助我攻克一道道科研难关！今虽廉颇老矣，然老骥伏枥，我仍不遗余力愿继续做一名南开化学火炬的传递者！
作者简介：陈立奇
男，研究员、博士生导师、国务院特殊津贴专家。现任自然资源部海洋-大气化学与全球变化重点实验室名誉主任，中国极地科学技术委员会委员，国家极地科学技术专家委员会委员。1981年赴美国留学，是我国首批赴美国学习全球变化科学的学者之一，先后参与太平洋、大西洋和新西兰北岛等全球性的海气交换实验（SEAREX），1983年12月回国组建海洋大气化学研究组，1994年任国家海洋局极地考察办公室主任和中国极地考察工作咨询委员会秘书长，2002年组建国家海洋局海洋-大气化学与全球变化重点实验室。
陈立奇长期从事我国海洋和极地考察管理和科研工作，出任中国第13次南极考察队和中国首次北极科学考察队队长、首席科学家，是我国北极科学考察事业的开创者之一，是我国海洋大气化学研究的奠基人。他领导团队建成了具有国际先进水平的海-气系统立体观测平台和信息平台，研发走航和原位观测工程技术，获得了18项国家授权发明专利。系统地开展碳、氮、硫、磷、铁等海-气通量观测研究，在对极区化学物种的海-气循环及对气候变化和生态环境影响的研究中提出了引起国际关注的新认知，提出并验证快速融冰下北冰洋碳源/汇格局假设。先后主持和实施了国家科技专项、国家社会公益项目、国家国际科技合作专项、国家极地考察专项、国家自然科学重点基金项目等。在国际著名美国《科学》《地球物理研究》《环境遥感》《大气科学杂志》和英国《自然·气候变化》《科学报告》《深海研究》《大气环境》及国内《中国科学》《科学通报》等杂志发表论文近300篇（80多篇SCI），编著图书18部，12项成果获得省部级奖（其中特等奖1项，一等奖6项）。