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1954年,劉東生參加了關於黃河中游水土保持的科學考察工作,為國家黃土研究走上世界舞台邁開了第一步。1964年以後,劉東生開始以登山考察為主的第四紀古冰川、古氣候的研究,為征服險峰、探索我國高山資源積累了豐富的資料,填補了高山考察史方面的空白。1970年他考察克山病,研究環境與健康的關係,宣告了中國環境地質學研究的誕生。1991年11月,劉東生考察了南極喬治王島、1996年考察北極斯瓦巴德島、2003年考察羅布泊,足蹟遍及地球三極,研究成果在國際學術界受到尊重,填補了空白。
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劉東生在地球環境科學研究領域的理論貢獻,被國際學術界公認。他的發現和解決世界範圍環境問題做出了重大貢獻,獲得了2002年度國際最高環境科學成就的泰勒獎。他說,"黃土與人類生活息息相關。再有幾代人也不能完全搞清楚。"劉東生從前輩汲取營養,又毫不保留地傳給弟子,重視人才的培養和發揮團隊的精神,言傳身教,培養了大批研究人才。這些人都已成為科研戰線的中堅。劉東生的學生安芷生、丁仲禮等人把黃土的歷史研究推到600-800萬年前,再年輕一輩的郭正堂則追溯到2200萬年前。他激勵和培養了一代又一代的科學家成長,向科學高度挑戰,解決人類面對的問題。
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