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地球漏的这个洞，终于要被补上了？
作者：半懒不懒发布时间：2022-09-22保卫臭氧层，现在进行时
提起“臭氧层空洞”，你是不是会想到南极？这个在南极上空的大气臭氧层上意外发现的空洞，改变了人们的生活，并帮助确立了一项成功的全球环境政策。
“等等，南极臭氧层空洞难道不是上个世纪的遗留问题了么，我小学就听老师讲过了”“这么久不被提起，是不是已经修复了？”
其实不然，保护臭氧层，依然是进行时。
臭氧层到底在哪里
在地球诞生40亿年后，随着大气中氧含量的增加，臭氧层慢慢建立。这平铺在地表上不过2.5（2.45）mm厚的薄层，——大约是两个半叠起来的硬币，却吸收了到达地球的90%以上的紫外线辐射（波长在180～280nm），同时它将吸收的紫外线转化为热能加热大气，才有了平流层（距离地表约10-50km）的存在。在平流层中，臭氧在阳光的作用下不断重复着生成和破坏的化学反应。
臭氧浓度并不是垂直均匀分布的，它随海拔高度而变化。臭氧浓度最大值（0.0015%）出现在海拔30到35公里之间。其水平分布也不均匀，在世界三极地区，即南极、北极和青藏高原由于气候寒冷，臭氧层更加稀薄。
臭氧浓度垂直分布 图片来源：nasa
臭氧层对我们有多重要？
臭氧层是地球生物进化的“保护伞”和“护航者”。臭氧层可以吸收大部分紫外线辐射，屏蔽所有能量最大的uvc辐射，大部分uvb辐射，以及约一半的uva辐射。在臭氧层的庇护下，地球生命的基础物质——脱氧核糖核酸(dna)与核糖核酸(rna)逃脱了紫外辐射的“魔爪”，生命得以向浅海和陆地发展。随着生命多样性的增加，才有了人类出现。
而臭氧层的损耗增加了到达地球表面的紫外线，特别是中段紫外线的数量，可能导致皮肤癌和眼睛损伤等一系列健康问题。不仅如此，uvb辐射还影响植物的生理和发育过程，使得浮游植物的产量直接减少，影响海洋生物的繁殖发育，从而对整个海洋食物链产生影响。同时，它影响陆地和水体的生物地球化学循环，我们生产生活中需要的建筑材料也会随着uvb的增加而加速分解。可以说，臭氧层的持续损耗造成的损失是难以估量的。
既然臭氧层遍布全球，人们是怎么发现南极出现一个大窟窿的呢？
南极上空的臭氧层空洞 图片来源：noaa 谁发现了臭氧层空洞
最初，制冷和空调系统使用的制冷剂是易燃有毒的。20世纪30年代初，小托马斯·米基雷（thomas midgely jr.）带领团队研发出了无毒、且不易燃的制冷剂替代品-氯氟烃（cfcs），便宜好用，深受欢迎。到20世纪70年代初，全球范围内氯氟烃的年产量达到了近100万吨，在化学工业中占了大约5亿美元的份额。
1974年，科学家马里奥·莫利纳（mario molina）和舍伍德·罗兰德（f. sherwood rowland）发表了一篇论文，指出cfcs虽然对人体无害，但可能破坏地球平流层的臭氧。这一发现遭到了产业界的攻击，研究也受到了科学家的质疑。
1985年，英国南极调查局的三位大气科学家乔·法曼（joe farman）、布莱恩·加德纳（brian gardiner）和乔纳森·尚克林（jonathan shanklin）在《自然》杂志发表论文，首次证实了臭氧洞的存在。
他们发现南极哈雷（halley）站和法拉第（faraday）站上空平流层臭氧水平出现了意料之外的大幅下降。他们的数据显示，经过大约20年的稳定后，臭氧水平在20世纪70年代末左右的南方春季月份开始下降。到1984年10月，哈雷站上空平流层的臭氧层只有前几十年的三分之二厚，乔·法曼等人大胆地认为这与人类使用的cfcs有关，这种化合物由于无毒便宜经常用于气雾剂罐和冰箱等冷却设备。这一现象后来被称为南极臭氧空洞。
1979-2012年观测到的臭氧层空洞范围变化 图片来源：nasa
很快的，1986年，美国国家海洋和大气管理局的研究员苏珊·所罗门（susan solomon）带领科学家们通过建立大气模型，终于解释了cfcs影响臭氧层的化学机制。
通过10年的不断努力，科学家们最终确定cfcs的氯是造成南极臭氧损失的最主要原因，极地涡旋和极地平流层云冰粒的存在加速了这一过程，并且在北极也发生了同样的化学反应。实际上不止是两极，臭氧趋势委员会于1988年发布的一个报告证实臭氧损耗全球都存在。至此，臭氧层空洞及背后的秘密终于被揭开，这一发现震惊了世界。因“对大气化学的研究工作，特别是臭氧的形成与分解”，莫利纳和罗兰德获得了1995年诺贝尔化学奖。
1995年获得诺贝尔化学奖的三位科学家 图片来源：https://ozone.unep.org/ozone-timeline
臭氧层空洞，是个洞么？其实不是
臭氧层空洞，听起来就像是臭氧层漏了个洞？这个洞到底有多大呢，我们又是怎么判定的？
臭氧观测的主要方式 图片来源：noaa
每天，科学家会通过站点仪器监测臭氧的变化，还会通过气球、飞机和卫星探测不同高度上的臭氧含量。
科学家正准备放探测气球 图片来源：noaa
臭氧空洞并不是指某个地区上空完全没有臭氧，也并非是一直都存在，而是指在南半球的春天(8月-10月)开始时，发生在南极上空平流层的一个臭氧异常消耗的区域。南极臭氧层空洞最大的时候曾达到2950万平方公里，相当于3个中国的面积。
臭氧层到底有没有“洞“，其实是总臭氧柱说了算。
南极上空的臭氧层空洞 图片来源：nasa
臭氧空洞的面积是根据总臭氧柱图确定的，科学家以220多布森(du)为单位来判定。
多布森(du)是测量臭氧总量的单位，以英国物理学家和气象学家戈登·多布森（gordon dobson）的名字命名。如果把所有的臭氧放在一个从地球表面一直延伸到太空的空气柱中，把所有的臭氧放在标准温度(0摄氏度)和标准气压(1013.25pa，或一个大气压，用atm表示)下，它等于在标准大气状态下千分之一厘米臭氧层的厚度。300du标态下表示单位面积上有3mm厚臭氧，而这正是地球上空臭氧的平均总量值。
之所以选择220du为判定标准，是因为在1979年以前的南极洲历史观测中，没有发现臭氧总量低于220多布森单位。此外，从对南极洲上空的直接测量结果来看，臭氧水平低于220多du是氯和溴化合物造成臭氧损失的结果。被220du线包围的区域计算出来的，就是被公布的臭氧空洞的面积。所以，臭氧层空洞根本不是一个洞，而是臭氧含量的低值区。
臭氧层修复行动
从1986年确定发现cfcs破坏了臭氧层到全球人类自发决定采取行动修复它，可以说是气候行动主义历史上最快速也是最成功的故事之一。
1987年《蒙特利尔议定书》落定 图片来源：https://ozone.unep.org/ozone-timeline
1987年9月16日，美国和其他45个国家签署了《蒙特利尔议定书》，议定书承诺各签署国逐步淘汰损害臭氧层的卤化化合物，包括氯氟烃、氟氯烃和含溴碳氢化合物，以降低大气中的氯和溴水平，并减轻进一步的臭氧消耗。我国于1991年加入议定书。到今天，已有197个国家批准了这项条约。这是联合国历史上第一个被普遍通过的条约，这一天也在全球范围内被标记为国际臭氧层保护日。
随着科学家对臭氧消耗物的深入了解，2016年10月15日，卢旺达基加利通过了《基加利修正案》，将氢氟碳化物（hfcs）这一人工合成的强温室气体纳入《蒙特利尔议定书》管控范围，我国也于2021年成为该修正案第122个缔约方。正是在全世界人们的共同努力下，超过98%的臭氧层消耗物被淘汰。
2016年，苏珊·所罗门和她的同事发表在science上的研究提出，在《蒙特利尔议定书》生效近30年后，南极臭氧空洞终于出现了消失的迹象，南极洲上空的臭氧量已经开始增加。
自2000年以来，9月（臭氧层空洞最明显的月份）检测到了臭氧柱数量的增加，臭氧浓度垂直剖面的变化，以及臭氧空洞面积的减小。通过利用数值模式模拟地球变化，他们直接证实了《蒙特利尔议定书》的作用。观测结果与模式预测相符，超过一半的空洞减少可以归结为大气中氯的减少。
美国国家航空航天局(nasa)联合主席保罗·纽曼(paul newman)也表示:“如果不采取这些措施，到2065年，臭氧层的三分之二将被破坏。”noaa研究指出，如果今天大气中氯氟烃的氯含量和本世纪初一样高，那么在同样的天气条件下，2021年的臭氧空洞可能会扩大约400万平方公里。
这张图描绘了自1979年至今臭氧消耗高峰季节南极臭氧空洞的平均范围，可以发现该范围已经呈现下降趋势。 图片来源：noaa
一切看起来都在向更好的未来前进。那么，南极臭氧层空洞到底什么时候才能完全修复呢？
联合国一份报告认为，如果一切按计划进行，到21世纪60年代，臭氧层空洞可能会被修复。在其他臭氧消耗不那么严重的地区，恢复正常可能会更快。北极和北半球中纬度地区的臭氧水平可能会在本世纪30年代达到这个水平，而南半球中纬度地区的臭氧水平可能会在本世纪中叶达到上世纪80年代的水平。
故事仍未结束
需要指出的是，协议要求cfcs在20世纪90年代停止生产，这意味着即使在完全停止生产cfcs很长一段时间后，使用cfcs制冷的旧设备被处理或销毁的过程中，cfcs排放仍将继续向大气中提供极具破坏性、寿命长的气体。由于其寿命为50到100年，所以20世纪70年代和80年代产生的氯分子仍在大气中存在。而到目前为止，我们依然可以在北极、在热带发现臭氧层空洞现象。但是不可否认的是，在大家的共同努力下，故事在慢慢往更积极乐观的方向发展。
从太空中看到的地球大气层 图片来源：nasa
在今天，我们依然提起臭氧层空洞和臭氧层保护，是为了提醒大家，一个新的艰难挑战正摆在我们面前——全球变暖。
虽然臭氧消耗和全球变暖是两个不同的问题，但同一个大气使得他们交织在一起——许多臭氧消耗化合物也是导致全球变暖的温室气体。部分研究认为，温室气体导致的变暖加剧改变了大气中的行星环流，从而导致热带地区臭氧减少，北极和中纬度地区臭氧增加。
但正如卡罗门所说：“臭氧层保护给了我们希望，我们不应该害怕解决面临的大型环境问题。”在30年前，我们就可以团结一心保护臭氧层，那么我们有理由相信，人类有能力，并且有希望，通过全球协作解决人类共同面临的气候环境问题。
我们始终需要科学的指引。因为“科学不会告诉我们该做什么，但会告诉我们这么做或那么做的结果。是否要为气候变化采取行动不是靠科学家来说的，而是一种社会责任，是道德问题。”（马里奥·莫利纳）
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作者单位：中国科学院大气物理研究所
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给地球插上插头？向岩石要热量！
作者：肖易东发布时间：2022-09-19如果这部分干热岩可以实现2%的开采率，那么将能够维持中国3282年的能源供给
从太空观察地球，我们会看到一颗蔚蓝美丽的星球。由于海洋的蓝色和森林的绿色都是冷色调，这样的地球可能看上去会让我们感到清朗凉爽。不过眼睛总是会骗人，实际情况或许出乎大家意料。地球其实是一个外冷内热的小火球，内部蕴含着很高的热量。虽然不能与太阳这种大火球相比，但据估计地球中心的温度也达到了惊人的6000 ℃。
地球内部结构 图片来源：flickr/ argonne’s advanced photon source
有学者认为地球热量来源主要有三个，一是地球内部放射性元素衰变产生的热量，二是地球内部致密物质下沉到地心时重力势能转化成的热量，三是地球形成时尚未散失的热量。总而言之，这些都是地球自身产生的热量。
这些能量能不能被人类利用起来？今天，就给大家介绍一种“未来能源”——干热岩。
地下除了温泉，岩石也很热啊
虽然地心高温，但是据资料显示，地表年平均温度只有15 ℃左右。这是因为从地心到地表热量逐渐散失，温度越来越低，这也让地层中出现了地温梯度。在靠近地表的区域，平均地温梯度是3 ℃/100m，即每深入地下100 m，温度就升高3 ℃；反过来，每向地表靠近100m，温度降低3 ℃。
发现这些来自地下的热量后，人类就想加以利用，将其称为地热资源，并按照产出方式分为水热型地热资源和干热型地热资源。
水热型地热资源可以简单理解为地下热水。温泉就属于水热型地热资源，这是地下热水冒出地表后的产物。还有一些地下热水并不冒出地表，而是一直封存于地下。水热型地热资源的应用实例，除了泡温泉之外，在国内比较著名的就是西藏羊八井地热田了，1977年我国就在此建了一座地热发电站，并取得了良好效益。
泡温泉就是利用的水热型地热资源 图片来源：wikipedia
相应的，干热型地热资源可以理解为虽然地下的岩层很热，但没有水或者只存在很少的水。一般是指埋藏于地壳3~10 km 深处、温度高于180 ℃（也有学者认为是150 ℃或者200 ℃）的高温岩体，因此干热型地热资源也被称为干热岩。
之所以强调3~10 km这个深度，倒不是说更深的就不热了，而是因为更深的地方我们够不着了。目前人类最深的钻井记录是苏联的科拉超深井，花了20年时间才达到12.2 km，而且耗资巨大。因此我们一般只关注那些地温梯度比较高，即挖得不深就能很热的地方，这里投入产出比比较高。中国的干热岩资源主要集中在西藏羊八井地区、云南腾冲地区以及青海共和盆地等地。
中国干热岩资源分布图 图片来源：参考文献[13]
干热岩的资源量是相当可观的。据麻省理工学院保守估计，地壳中可开采的干热岩储量接近1.3×10^27 j，可供全球使用大约2.17亿年。而中国大陆3~10 km 深度的干热岩资源据统计约为2.52×10^25 j，大致相当于860万亿吨的标准煤。根据中国2021年的能源消费总量52.4亿吨标准煤计算，如果这部分干热岩可以实现2%的开采率，那么将能够维持中国3282年的能源供给。
不过，干热岩这种资源这么好，怎么还不开采利用呢？
能量诱人，开采不易
虽然干热岩资源的前景非常诱人，但开采起来困难极大，直到上世纪70年代才有了较大的理论突破。1970年，美国洛斯阿拉莫斯实验室提出了增强型地热系统（enhanced geothermal system， egs）的概念，基本原理大概是这样的：向地热储层中打两个井，注入井和生产井。向注入井中注入冷水，等冷水流经地热储层被加热后，再用生产井把热水抽上来，然后就能用这热水供暖或发电了，用完还可以将这些水导入地下循环利用。
egs工程示意图 图片来源：作者自制
这个方案乍听起来简便划算，等于说让冷水去地热储层串门后，就能带着热量满载而归了，但实际存在很多工程技术上的难题。比如干热岩资源所处的地层往往又热又硬，钻井难度大、成本高；又比如干热岩储层可能致密不透水，注入的冷水无法向钻井周边扩散吸热，难以流到生产井被抽出。
尽管我们可以通过水力压裂技术（注入高压水破坏储层结构，在其中形成裂隙网络）来改善储层的渗透率，但由于地下操作看不见摸不着，高压水注下去后，难以保证裂隙就只按我们想要的方向发展，万一它向远离生产井的方向发展，那我们注入的水就收不上来了。
水力压裂技术示意图，向地下注入高压水溶液，利用高压使得岩层中产生裂隙，目前页岩油采集也主要使用本技术 图片来源：wikipedia
1973年，美国开启了fenton hill干热岩试验项目，首次进行了egs的工程尝试。虽然这个项目最终因钻井设备缺陷以及工程成本巨大等原因失败了，但也证实了egs技术上的可行性，对干热岩地热开采起到了至关重要的推进作用。此后英国、法国、德国、澳大利亚以及日本等相继开展了一系列的egs 工程尝试，其中由法、英、德三国于soultz联合开展的egs系统是目前世界上较为成功的egs示范项目，于2008年实现了干热岩地热发电。
在欧洲的egs技术成功后，美国、韩国和中国等国家也加速了这方面研究。美国能源部于2015 年4 月开始实施了“给地球插上插头”的干热岩“地热能前沿瞭望台研究计划”（forge），计划在2050 年将egs 发电的总装机容量提高到10 万兆瓦，相当于4个三峡大坝。
韩国于2016 年启动了国内第一个egs 项目尝试—pohang egs，其最终目标是期望实现1 兆瓦（mwe ）的发电示范。但在该项目启动后，2017年在项目所在地附近发生了一次5.5级地震，有研究认为可能是这个项目向地下注水时诱发了地震，因此这个项目被迫停止。
韩国2017年浦项地震一角，这是该国近年来最大的地震之一，被怀疑很可能与egs有关。 图片来源：wikipedia
中国科学家2017年5月在青海共和盆地东部的gr1 地热井3705 米深处钻获了236 ℃的高温岩体，这是国内首次发现的埋藏最浅、温度最高的干热岩体；2022年1月，在共和盆地成功实现国内首次干热岩试验性发电并网，取得历史性重大突破。
共和盆地干热岩压裂与定向钻探现场 图片来源：中国地质调查局
除了传统的egs方法外，还有学者另辟蹊径。其中值得一提的就是我国学者创新提出的重力热管技术，原理很巧妙：把一根导热性极好的管道插入到干热岩地层中，然后热管就会自动把热量传导上来。不过由于距离很长，只用热管的话可能采热效率不佳，为此我们可以向管中注入氨水，氨水受热后容易汽化，可以很方便地把热量以蒸汽的形式带上来，进一步提高了采热率。
《中国科学报》2022年1月报道了中国地质调查局与中科院广州能源研究所合作创新研制的国内最长的4200米重力热管采热试验装置。在雄安新区为期3个月的现场采热试验显示，单井短时采热功率可达1.3兆瓦，平均采热功率800千瓦，长期稳定运行可支撑供暖面积超2万平方米。这一技术突破也是我国科技工作者对世界地热资源开采事业的一大贡献。
重力热管技术示意图 图片来源：作者自制
干热岩开采的隐患，怎么解决？
有人担忧干热岩开采可能引发的问题。一是诱发地震，如前文提到的韩国地震。不过，事实上这里的地震问题主要是水力压裂导致的，其他使用水力压裂技术的工作比如页岩气开采等也可能引发类似的问题。而已有研究指出水力压裂对3级以上地震活动影响有限，同时水力压裂诱发的微地震可能有助于释放累积的地应力或能量，降低大震风险。此外还有学者认为水力压裂导致的地震是可以控制的。
二是影响地球寿命。地热资源是地球自身热量的一部分，我们自作主张拿走了地热资源，有人担心会是杀鸡取卵。应该说地球内部的庞大热量确实是地球还“活着”的象征，它是地球上多种地质活动比如火山和地震的动力来源，等哪一天它消耗用尽后，地球就可能会冷却成月球那样，变成没有生机与活力的荒原。但大家对此其实不用太担心，因为人类获取的这一点热量相对于整个地球而言实在是九牛一毛。而且即便人类不拿走，地球也要通过火山或地震来释放自己的旺盛精力。
三是耗水量大，且影响生态环境。在egs 储层改造过程中，通常需要耗费数万立方米的水资源，如前文提到的soultz项目压裂液用量就超过10万立方米。而我国干热岩资源主要分布在青海、西藏等水资源缺乏及生态脆弱的干旱地区，水力压裂带来的水资源浪费和生态破坏等问题不能忽视。对此有学者提出了用超临界co2充当压裂液的方法，一来节约水资源，二来助力碳中和。目前是研究热点，希望可以早日大规模应用于实践。
结语
总的来说，虽然很多国家都制定了开采干热岩资源的宏伟计划，但各国普遍还处于小规模的试验探索阶段。中国地质科学院研究员王贵玲直言：“（干热岩开采技术）50年的时间没有特别明显的进展”。而中国因为起步较晚，技术积累方面相对更加薄弱。
但毋庸置疑的是，干热岩是极富潜力的未来能源，储量巨大，且绿色无污染，一旦在开采技术上实现了重大突破，就能很好地造福人类社会。
参考文献:
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作者：肖易东 中国科学院地质与地球物理研究所
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作者：刘丹 张娟 张格苗发布时间：2022-09-13
一起来盘一盘人工增雨这件事儿
7月以来，我国南方多地遭遇持续性高温少雨天气，部分地区出现干旱甚至特旱。连日来，全国多地气象部门抓住有利天气时机，积极开展人工增雨作业。（图片来源：国家气候中心）
有网友问：“高温这么长时间，为何不能一直增雨降温？”“人工增雨播撒催化剂对环境有没有影响？”今天，我们以6个小问题引入，一起来盘一盘人工增雨这件事儿。
一问：什么是人工增雨？为啥不是“人工降雨”？
在了解人工增雨之前，我们首先需要知道——雨从何处来？
雨，是从云中降落的水滴，陆地和海洋表面的水蒸发成水蒸气，水蒸气上升到一定高度后遇冷变成小水滴，这些小水滴便组成了云，它们在云里互相碰撞合并成大水滴，当它大到空气托不住的时候就从云中落下来，形成了雨。
因此，要形成降雨，必须满足三个条件，云中水汽充沛、上升气流运动以及足够多的凝结核或冰核。
（图片来源：中国气象报社）
人工影响天气（人工增雨是其中一种）是指为避免或减轻气象灾害，合理利用气候资源，在适当天气条件下，通过科技手段对局部大气的物理、化学过程进行人工影响，实现增雨（雪）、防雹、消雨、消雾、防霜等目的的活动。
（图片来源：中国气象报社）
人工增雨不等于人工降雨，催化剂的作用就像是“卤水点豆腐”，但前提是有“卤水”才能点出豆腐来，也就是天气已经满足了降雨的基本条件（水汽充沛、上升气流运动），人工增雨才能发挥作用。
二问：人工增雨怎么“增”？
自古以来，人们就幻想能够控制天气。中国清代的《广阳杂记》就载有：“夏五、六月间，常有暴风起，黄云自山来，必有冰雹，土人见黄云起，则鸣金鼓，以枪炮向之施放，即散去。”意思是夏天，常有暴风雨，古人见黄色的云气滚滚而来时就鸣鼓并用土炮向天空射去，使黄色的云气散开以此达到防雹的效果。这是中国古代用土炮防雹的生动描述。
可以看到，我国劳动人民很早以前就有了想人为干预天气的想法和实践，但是由于当时科学技术的落后，这些实践以失败告终。
现在，我们人工增雨的方式主要是通过向云中撒播催化剂来增加凝结核，比如盐粉、干冰或碘化银等，也可利用声波、飞秒激光、带电粒子等手段，来促进水气凝结、云滴碰并增长等云雨转化过程，形成降水落到地面。
为应对高温干旱天气，湖北宜昌市气象部门抢抓有利时机，开展人工增雨作业
（文/图来源：唐巧珍、冷鹏飞、王罡）
三问：“催化剂”如何送往云端？
如何将催化剂送到云中？这就要看人工影响天气作业中的那些“爆款”装备了！增雨作业方式上，常规的是通过飞机、高炮、火箭、地面燃烧炉等向云中播撒催化剂。
用地面燃烧炉：一般而言，地面燃烧炉主要用于交通不便的山区或是较难申请作业空域的地区，作业人员通过燃烧含催化剂的焰条，将人工冰核送入云中。
地面燃烧炉装置
用飞机：飞机作业可以根据不同的云层条件和需要，携带催化剂及其播撒装置或挂载飞机焰弹发射系统等，在合适的云层位置进行增雨作业。此外，飞机上还可以装载探测仪器进行云微结构的观测和催化前后云宏、微观状态变化的追踪监测。飞机作业机动性强， 催化作业面积大，增雨效果好。
正在作业中的人影（人工影响天气）飞机
用高炮/火箭：高炮和火箭相对于飞机机动性较差，适合于在固定目标区（如为水库增水）作业，特别是对飞机飞行安全有威胁的对流云进行催化作业。
人影高炮
一般情况下，当催化剂成功送达15分钟至20分钟后，降雨的效果便很显而易见了。
在我国，实施人工影响天气活动，必须严格遵守相关法律、法规及规范，遵守严格的人工影响天气作业标准。人工增雨用飞机、火箭和高炮等在增雨作业前，必须先申请作业空域，并严格在批准的空域时间内发射人工增雨专用火箭弹、炮弹，以确保作业安全。
（图片来源：中国气象报社）
四问：人工增雨要看“云”施策？
说到这个问题，就要提到一个概念，原来高空的云居然还有“冷暖”之分。由于冷云（云内温度在0℃以下）和暖云（云内温度在0℃以上）的降水机制不同，对不同“冷暖”的云进行人工增雨，使用的催化剂也是不同的。
对冷云的人工增雨，传统方式通常是播撒碘化银、干冰等成冰剂或制冷剂，增加云中冰晶浓度，以弥补云中冰核的不足，达到降雨或增加雨强的目的。
（图片来源：中国气象局气象宣传与科普中心）
对暖云的人工增雨，则通常是向云中播撒盐粉等吸湿剂，使云中迅速形成一批大云滴，它们能通过碰并过程迅速长大成雨滴，“过度肥胖”的它们“体重”暴增，上升气流给的支撑终于抵不住重力的作用，只好掉了下来，形成了降雨。
（图片来源：中国气象局气象宣传与科普中心）
五问：高温天，为何不能一直增雨降温？
愿望是美好的，但是，人工增雨可不是想增就增的！
首先，有云才有雨，但不是所有的云都有降水潜力。人工增雨的云需要满足三个条件，云层厚度要大于2公里；云中要水汽充沛；有上升气流区。一般来说，晴天的积云和层积云不易产生降水，而积雨云（冰水共存的混合云）则比较有利于云滴增长为雨滴。
因此，前段时间持续高温，重庆等多地连日“晴空万里，没有一丝云彩”，自然是不满足人工增雨条件的。
8月25日，中国气象局人工影响天气中心联合四川省气象局，调用两架大型无人机组织实施人工增雨作业，作业面积达6000平方公里
（图片来源：央视新闻）
六问：人工增雨作业会污染大气吗？是否会带来气候连锁反应？
其实，人工影响天气作业采用的催化剂主要是干冰（固体二氧化碳）、液氮、碘化银等，这些催化剂具有很高的成冰能力，每次作业只需要少量。
以常用的冷云催化剂来说，干冰、液氮汽化后成为二氧化碳和氮气——都是空气的主要组成部分，因此它们都是“生态安全催化剂”，当然不会污染环境。
另外，长期监测发现，飞机人工影响天气作业和火箭人工影响天气作业等使用的碘化银用量非常小，作业区域水体和土壤中积累的银离子浓度远低于世界卫生组织规定的浓度。
所以，正确使用人工影响天气催化剂不会造成环境污染。
那么，人工干预是否会带来气候连锁反应？
其实，地球水循环系统是周而复始的。而空中云水资源主要分布在对流层大气中。
地球水文循环示意图。
（图片来源：世界气象组织）
按照空中云水资源形成的条件和过程来看，它是一种可再生资源，且人工影响天气作业常常是几十公里的中小尺度，不会影响到整个气候系统。
专家顾问：中国气象局人工影响天气中心二级研究员 姚展予
图片来源：除已标明外，其它图片由孙楠、李根摄影，青海气象局提供
审核：段昊书 叶海英
出品：科普中国
作者：刘丹 张娟 张格苗（中国气象报社）
监制：中国科普博览
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作者：evee发布时间：2022-09-07
扁桃体它，除了经常发炎还能干嘛？？
咕嘟。啊，好疼！
扁桃体发炎起来真是要命，咽个口水都这么疼。这样的场景相信不少朋友在日常生活中都遇到过，有些人甚至还生起过把扁桃体割掉的想法。
扁桃体发炎真难受 图片来源：everydayhealth.com
那么，问题就来了，经常发炎的扁桃体有什么作用？把扁桃体割了对身体有影响吗？
儿时的免疫屏障，长大后已不再那么重要
想要回答这些问题，咱们就要先了解一下，什么是扁桃体。
在人们消化道和呼吸道的交汇处，通俗点说就是舌根附近的位置，有着好几团淋巴组织团块，就像此起彼伏的粉红色山包，这就是我们常说的扁桃体。
大家平时照镜子容易观察到的其实是腭扁桃体(palatine tonsil)，腭扁桃体有一对，它们对称分布在咽部的两侧，这也是大家通常所说的“扁桃体”。除此之外，咱们还有咽扁桃体（pharyngeal tonsils）、舌扁桃体(lingual tonsils)和咽鼓管扁桃体(tubal tonsils)，咽扁桃体靠近鼻子和耳朵，舌扁桃体则位于舌根处，它们和腭扁桃体以及其他一些淋巴组织一起构成了咽淋巴环。
咽淋巴环 图片来源：uptodate.com
看到这，大家也猜到了扁桃体的作用，作为淋巴组织，扁桃体发挥着重要的免疫作用。长期以来，人们都认为扁桃体是抵御病原体进入人体的第一道免疫防线。咽淋巴环就像一个安检门，无论是我们呼吸的空气，还是吃进的食物，都要经过这道安检门，通过免疫细胞的检查，才会进入人体。
在我们还小的时候，这样一道防线和屏障十分重要，因为这时我们身体的免疫系统还没有完全建立，在不断成长接触这个陌生世界的过程中，扁桃体就是守护我们长大的免疫卫士。但随着咱们身体免疫系统功能的完善，扁桃体起到的免疫作用就变得不再起眼，对于成年人来说，扁桃体并不是不可或缺的。
事实上，扁桃体自己可能也“意识”到了这一点，在我们最需要它们的时候，扁桃体的淋巴结会增生让扁桃体更发达以更好地行使免疫功能。在正常情况下，扁桃体发达的程度一般不足以引起扁桃体过度肥大，并且随着我们年龄的增大，扁桃体的作用变得不再重要后，扁桃体就会开始萎缩变小。
当然，凡事都有例外，在一些时候，这些“免疫卫士”也会让我们感到困扰，以至于生出想要彻底“摆脱”它们的念头。
啊，扁桃体又发炎了，好想割掉
虽然在我们成年以后，扁桃体的用处已然不大，但它们还是会经常出来刷一刷存在感，时不时发个炎让大家记住自己的存在。
大家一起来唱一句：啊~扁桃体发炎是会呼吸的痛~
健康的扁桃体和发炎的扁桃体 图片来源：rh.gatech.edu
其实，扁桃体他也不是故意的，前面咱们也提到了，扁桃体“地貌复杂”，这样的构造确实有好处。大家可以类比小肠，“千沟万壑”可以增大小肠的内表面积，以此来增加对养分的吸收效率。对于扁桃体而言，也是如此，复杂的结构可以部署更多的免疫细胞，提高排查病原体的效率。但与此同时，这些丘壑也容易藏污纳垢，造成不良影响。举个例子，遗留的食物残渣就可能让细菌滋生，形成扁桃体结石。扁桃体结石的味道别提有多么“酸爽”！
扁桃体结石 图片来源：livescience.com
如果再严重一些，当我们因为过度疲劳等原因，身体免疫力下降时，藏污纳垢的扁桃体还会因为细菌感染等原因导致发炎，让大家饱受煎熬。
这时候，切除扁桃体就成为了一些人的无奈之举，毕竟用处不大，就像鸡肋一样，不如割了一了百了。在网上搜索相关内容，我们就会发现一些成年人，甚至是小孩，因为苦于频繁发作的扁桃体发炎，选择了一劳永逸的做法。
但总的来说，扁桃体能不切还是不要随便切，对于儿童来说，扁桃体是一道重要的免疫屏障；对于成人来说，扁桃体虽然对于病原体的“武力值”很低，但是还是能起到一定的预警作用，让免疫系统知道有病原体入侵了。
那么，什么时候才应该考虑扁桃体的切除呢？
一个主要的考虑指标就是每年扁桃体发炎的次数。在一年内频繁发作超过7次以上的，或者连续三年，每年都要发炎个3-4次以上的朋友们就要去问问医生，需不需要割掉扁桃体了。
另一个重要的指标则是扁桃体是不是过度肥大，以至于影响到正常的呼吸、睡眠和饮食。大家可能不能脑补这个场景，其实，扁桃体肥大起来，也是十分恐怖的。大家看看下面这位扁桃体肥大的患者，这么大的扁桃体，基本上把咽部都堵住了，这该有多影响生活啊。
扁桃体过度肥大 图片来源：参考文献
但说归说，大家自己有一个基本的判断后，还是应该到医院去看看，毕竟每个人的情况都不一样，谨遵医嘱才是最靠谱的选项。
“残余器官”也很重要
不过，大家有没有思考过这样一个问题：扁桃体真的是人类演化过程中的“残余器官”吗？
其实不仅是扁桃体切除术，当前有许多手术都涉及切除一些身体“多余”的部位，比如阑尾、胆囊，甚至子宫(在生育年龄以后)。我们有着许多正当的理由去进行这些切除手术，并且许多患者在切除这些器官后，依旧可以过得很好。
但我们也听过这样一句话：存在很多时候就意味着合理，这些过去在人们眼中看似多余的器官，其实并非毫无用处。
前面我们已经提到，扁桃体在我们儿时具有很重要的免疫作用，最近的一项研究表明，扁桃体的影响或许不仅限于此。科学家们对一百二十万名切除或保留了扁桃体的丹麦儿童进行了10-30年的随访调查，发现5%在9岁之前切除了扁桃体的儿童患呼吸道疾病的概率是一般人的2-3倍，同时，这些没有扁桃体的孩子们也更容易过敏和患上哮喘等疾病。或许扁桃体在我们小时候发挥免疫作用以外，对免疫系统还有持久性的影响。
阑尾和扁桃体类似，也有着人们意想不到的作用。2007年的一项研究指出，当肠道菌群失调时，阑尾作为益生菌的安全屋，可以对肠道的菌群进行补充。四年后的另外一项研究支持了这一说法，切除了阑尾的患者感染梭状芽胞杆菌的概率是普通人的两倍多，因为肠道缺乏有益菌来对抗有害细菌的快速繁殖。
看来，割或不割，才不是挨一刀那么简单啊！
参考文献：
[1] bollinger, r. r., barbas, a. s., bush, e. l., lin, s. s., & parker, w. (2007). biofilms in the large bowel suggest an apparent function of the human vermiform appendix. journal of theoretical biology, 249(4), 826-831.
[2] byars, s. g., stearns, s. c., & boomsma, j. j. (2018). association of long-term risk of respiratory, allergic, and infectious diseases with removal of adenoids and tonsils in childhood. jama otolaryngology–head & neck surgery, 144(7), 594-603.
[3] im, g. y., modayil, r. j., lin, c. t., geier, s. j., katz, d. s., feuerman, m., & grendell, j. h. (2011). the appendix may protect against clostridium difficile recurrence. clinical gastroenterology and hepatology, 9(12), 1072-1077.
[4] lemyze, m., & raphael, f. (2010). enlarged tonsils and fatigue. american family physician, 82(6), 669.
作者单位：北京大学生命科学学院
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作者：中科院空间应用工程与技术中心发布时间：2022-08-29
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作者：evee发布时间：2022-08-11
北极熊吃没吃过企鹅，这是一个问题
为什么北极熊不吃企鹅？这个脑筋急转弯大家肯定不陌生，答案也不复杂，北极没有企鹅，同样的，南极也没有北极熊。
北极熊和企鹅 图片来源：pbs.org
这个答案总得来说并没有什么问题，但大家可能不知道，南极的企鹅曾随着冒险者到访过北极。不仅如此，在100多年前，北极还存在着一种和企鹅长得很像的海鸟，也被人们称作“北极的企鹅”。
随着海王星号来到北极的旅客
在上个世纪30年代，一位叫做拉尔斯·克里斯滕森的探险家来到南极洲，在这里，他见到了世界上最大的企鹅—帝企鹅。值得一提的是，这位老哥不仅具有冒险精神，还精通炒作，很有经济头脑。在看到这些在冰上一脚深一脚浅踱步的企鹅之后，克里斯滕森马上意识到，赚钱的机会来了。
海王星号 图片来源：discover.hubpages.com
在返航的时候，他在海王星号里藏了9只帝企鹅，将它们带到了挪威北部寒冷的罗弗敦群岛。至于为什么选择罗弗敦群岛，原因也很简单，北极熊、北极狐等掠食者无法到达这些岛屿，在上面饲养企鹅总体上比较安全。不得不说，这些帝企鹅在这里度过了一段还算安逸的时光，人们在岛上制作了围栏，在企鹅筑巢期间，当局还发布了通告，不允许人们上岛。
当局禁止人们上岛的通告 图片来源：nrk.no
事实上，克里斯滕森确实获得了成功，由于媒体的广泛报道，这些“南极来客”受到了人们的广泛关注，给他带来了不菲的收入。
尝到甜头的克里斯滕森决定再做一笔更大的买卖，在1938年，也就是初次引进企鹅的两年后，他再次从南半球引进了60只企鹅。为了保持人们对企鹅的新鲜感，这次他选择了另外两种企鹅，马可罗尼企鹅和巴布亚企鹅。
当地媒体对于引进帝企鹅的报道 图片来源：nrk.no
这些企鹅最初时还是被圈养在围栏中，但是随着人们对企鹅热情的消退，克里斯滕森觉得自己无利可图，企鹅们吃的比让自己挣的还多，这让他坐不住了。
养不起还能咋样，都放了呗，这些从南方远道而来的旅客们自由了。尽管挪威的气候和它们家乡的一样寒冷，但这些不会飞的海鸟却在被放归野外后遭遇了悲惨的命运。
一个小男孩在饲养企鹅 图片来源：nrk.no
南极和北极虽然都是冰天雪地，但截然不同的地理环境决定了它们拥有完全不同的生态系统，南极洲是被海洋包围的陆地，相反，北极则是被陆地包围的海洋。在南极洲，企鹅只要不下水，几乎就没有任何天敌，只有在水下，它们才可能被海豹和虎鲸猎杀。
事实上，在南极洲之外的其他企鹅的分布区，陆地上同样没有强大的捕食者。习惯了安逸环境的企鹅突然来到北极，当然就是羊入虎口了，至少，北极熊们不会对这些行动缓慢的美味们视而不见。
南极和北极 图片来源：nasa
根据报道，在1954年，人们最后一次目击了这批被放生的企鹅，企鹅短暂的北极之旅就此落下帷幕，就像110年前，最后一只大海雀的消失一样，令人叹息。
北极“企鹅”的消亡18世纪，在苏格兰海岸附近的一个小岛，玄武岩组成的峭壁在阳光下闪闪发光，冰冷的海水不住地拍击着。在海浪里漂浮着一种黑白相间的大鸟，它们正在等待合适的时机登陆，尽管它们长着翅膀，但却不能依靠翅膀飞翔，这些大鸟被称为大海雀。倘若它们到今天还没有灭绝，肯定会有人把它们当做北极的“企鹅”。
苏格兰的stac an armin，大海雀曾经的栖息地 图片来源：zmescience.com
最后一只大海雀于1844年被三名渔民杀死，它的尸体被渔民们卖给了博物馆，对于一种不会飞翔，被人类大肆猎杀而走向灭绝的海鸟而言，这似乎是一个悲惨但又恰如其分的结局。
在大约500万年前，大海雀就已经在北极的“土地”上漫游，这远早于古代人类出现的时间。大海雀的身高大约为75-80厘米，体重可以达到5千克，背部为黑色，腹部则是白色，它们的外表和行为和企鹅十分相似，但二者之间并不存在亲缘关系。
大海雀的标本 图片来源：zmescience.com
由于大海雀灭绝的时间过早，现代科学家们从未在野外真正观察过大海雀的行为和生活，不过基于对其亲戚刀嘴海雀的研究，科学家们对这种不会飞的海鸟的行为也有了一定的了解。大海雀的天敌可能是逆戟鲸、北极熊或者白尾鹰，但这些天敌几乎没有一个会到大海雀生活的岛屿上。
当然，这也不是绝对的，16 世纪到 19 世纪的小冰河时代。冰川活动剧烈，扩张的冰川使得北极熊更容易接近大海雀，这让大海雀的种群数量出现了一定的下降，但大海雀的适应力让它们挺了过来，直到人类进入了它们的领地，才宣告了这一物种的悲惨命运。
岛屿上遍布的大海雀 图片来源：zmescience.com
考古和历史记录表明，人类狩猎大海雀的历史十分悠久。在史前时期，北美的贝奥图克人、格陵兰的因纽特人，甚至是尼安德特人都猎杀过大海雀；公元16世纪，欧洲的海员们在纽芬兰的渔场开始了对大海雀的密集狩猎；在18世纪末期，大海雀羽毛的贸易使得狩猎行为进一步加剧，而大海雀的稀缺进一步激发了私人和博物馆的收藏欲望。
终于，大海雀迎来了灭绝。
毫无疑问，人类的狩猎是大海雀灭绝的重要原因，但也有人认为大海雀的数量可能由于环境变化而开始下降。不过，最近的一项关于大海雀的研究表明，即便不存在环境变化的影响，人类的狩猎已经足以让这种大鸟走向灭亡。
无需甩锅，人类就是凶手
在2019年一项发表在期刊《elife》上的研究中，科学家们通过整合遗传数据和洋流数据，以及历史上对于大海雀的狩猎记录，研究了人类狩猎对于大海雀灭绝的影响。具体而言，研究人员在大海雀分布范围内收集了它们的遗骸，从中提取出dna对线粒体基因组进行测序，推测了这一物种的历史种群动态，并在其曾经的分布区内投放配备有gps的漂流仓，以推测大海雀的潜在迁移路线。
推测的大海雀可能的迁移路线 图片来源：参考文献
倘若环境变化会对大海雀的生存产生很大的影响，那么其遗传信息中就会有所体现。事实上，科学家们发现大海雀在更新世时(距今4万多年前)经历过种群的减少，但随后大海雀的种群恢复了过来，在此之后其有效种群大小就没有经历过明显的下降，这意味着环境对其灭绝的影响微乎其微。
进一步，科学家们估计了狩猎对于大海雀灭绝的可能影响。结果表明，只要每年狩猎21万只大海雀和捡走不到2万6千个大海雀的卵就可以导致大海雀在350年里彻底消失。而人类对于大海雀的狩猎强度可能远远超过21万只每年。根据史料记载，在芬克岛海岸附近的一次捕猎活动中，有1000只大海雀在半个小时内被两艘渔船捕获并杀死。
长期以来，人类和环境变化在导致物种灭绝中的作用一直存在争议，但毫无疑问，人类对于大海雀的灭绝有着不可推卸的责任，甩锅给环境显然是一种极不负责的行为。
一位叫做亚伦·托马斯的英国皇家海军水兵曾写下这样的句子：
“如果你为了它们的羽毛而来，你不必去费心杀死它们，只需要将那根最好的羽毛摘下来，然后让这些可怜的‘企鹅’们随波逐流。”
鸟儿长着羽毛，有什么错吗？
参考资料：
[1] the last arctic king penguin. https://discover.hubpages.com/politics/the-last-arctic-king-penguin
[2] march of the penguins. https://dolly.jorgensenweb.net/nordicnature/?p=349
[3] se, pingviner på røst. https://www.nrk.no/nordland/slik-endte-pingvinene-sin-skjebne-1.7341925
[4] why are there no penguins in the arctic really just because of polar bears? -arctic, penguin – fast technology (media of drive house) – technology changes the future. https://gamingsym.in/why-are-there-no-penguins-in-the-arctic-really-just-because-of-polar-bears-arctic-penguin-fast-technology-media-of-drive-house-technology-changes-the-future-2/
[5] the uneasy story of how the great auk went extinct. https://www.zmescience.com/other/pieces/great-auk-extinct-tragic/
[6] thomas, j. e., carvalho, g. r., haile, j., rawlence, n. j., martin, m. d., ho, s. y., ... & knapp, m. (2019). demographic reconstruction from ancient dna supports rapid extinction of the great auk. elife, 8, e47509.
作者单位：北京大学生命科学学院 -
作者：中国科普博览星 智科创发布时间：2022-07-25
中国空间站首个实验舱发射任务取得圆满成功
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作者：海里的咸鱼发布时间：2022-07-12
亚马逊河流域森林中，古代城市遗迹的面貌，是怎么被“看到”的？
人类在地球上渺小而又顽强地繁衍着，在这广袤的大地上，我们的祖先是如何生活的呢？他们种植粮食、搭建房屋、组成部落、建立城市，留下了存在过的痕迹。通过对古迹的勘探，我们能够推测古人的生活方式、社会文化以及技术发展水平。不过，历经千百年的时光，寻找古人留下的遗迹可不是一件容易的事情。
因为沧海桑田，原本的建筑可能已经被深埋在地底下，不论是广袤的植被还是茂密的森林，它们都能轻易阻挡我们对地下世界的探索。不过，激光雷达技术的出现却能帮助我们揭开土地上的“面纱”，让我们看见大地最原始的“面貌”。
激光雷达，勘探遗迹的利器
20世纪初，英国探险家珀西·福斯特（percy fawceet）多次深入亚马逊地区，寻找曾经存在于那片土地上的古文明，却在寻找遗迹的行动中，永远迷失在亚马逊的密林中。于是，亚马逊地区的历史遗迹就同那一支探险队一起从人们的视野中消失了。
不过，最近《自然》杂志上刊登了一篇论文，科学家们利用激光雷达，终于得到了亚马逊河流域森林中，古代城市遗迹的面貌图。让我们先看看遗迹长什么样：
图片来源：参考文献1
图中显示的这些建筑是由卡萨拉贝社区于公元500-1400年间建造的，是以前的房屋、梯田、围墙等人造事物的痕迹。这张图片是直升机搭载激光雷达在森林上空进行勘探并经过后期图像处理得到的。
不过也许你会发现，这张图似乎和平时的航拍图片有些不一样，其实最大的区别就在于——树林不见了。
左：航拍相机获取的森林图片
右：同一地点激光雷达探测得到的图片
图片来源：参考文献1
没有了树林的遮蔽，古建筑遗存下的痕迹变得一览无余。考古工作也就变得顺利多了，想想激光雷达出现之前，为了勘探森林中的遗迹，还要先学会野外生存，实地考察时还要在热带森林里上蹿下跳（考古学家：我太难了）。
现在有了激光雷达，考古学家们就可以避开树木的干扰，更清晰的观察古建筑遗址了。那么，排除树木干扰的地形图是怎样绘制出来的呢？
主动成像，照亮幽暗角落
茂密的森林，树叶遮挡了大部分的阳光，很少有阳光能够照射到树林下的地面，从天上观察的时候，普通的相机几乎没办法获得地面的影像，叶子的缝隙处多是黑漆漆的阴影。
相机是一种被动的成像装备，相机接收外界事物发出或者反射的光线后，才能形成照片；激光雷达则是主动的探测器，它自己会发出激光去探测外界的形貌。
对于森林这种复杂形貌，依然有不少激光光线能够到达树林下的地面，激光雷达探测得到的点云数据会被送入计算机，计算机识别哪些数据点是森林的，哪些是地面的，接着滤除森林的点云数据，剩下的就是地面的形貌数据啦。
激光雷达获得的原始点云数据
图片来源：answers.usgs.gov
计算机对点云进行分类（黑色点为植被的数据点，彩色点为地表的数据点）
图片来源：参考文献2
滤除植被点云后获得的地形表面裸土图像，又称为数字高程模型（dem）
图片来源：answers.usgs.gov
激光雷达在地形绘制方面的“超能力”，让全世界的考古学家都喜欢上了它。2016年，pacaunam计划对位于危地马拉的玛雅生物圈保护区进行了大规模的激光雷达调查，调查发现了六万余座古建筑，一百多公里的堤道，这一结果表明该区域存在过由数百万人口构成的玛雅文明。
良渚古城的勘测考察工作也用到了这项技术，激光雷达扫描良渚古城遗址，滤除地面的植被后，古城的水利设施，外郭等结构都显现了出来。
不仅能发现过去，还能预警未来
除了利用激光雷达探测遗迹，激光雷达对地形地貌的清晰呈现也让它在预防山体滑坡中发挥了作用。
山体滑坡是常见的地质灾害之一，每年都有人因为山体滑坡损失财产甚至失去生命。了解山体滑坡的产生机制，观察山体滑坡的发生前兆，建立相应的滑坡预测系统，是减轻山体滑坡危害的重要手段。
利用激光雷达测绘得到的高精度数字高程模型（hrdem）是帮助地质学家分析山体滑坡机理，建立预警模型的得力帮手。
研究山体滑坡，需要大量的滑坡数据作为研究素材。科学家们利用遥感卫星、激光雷达、航空相机等观测手段建立了滑坡清单地图。
地图标示出了各个地区以往滑坡的位置，滑坡的形貌，还包含该地区的降雨、土壤类型，地震震动程度等信息。利用滑坡清单地图，人们可以计算各区发生滑坡的可能性。
基于激光雷达测绘得到的滑坡清单地图，不同颜色的区域代表不同类型的山体滑坡右下角小地图中的红色色块代表深层滑坡，蓝色色块代表浅层滑坡。
图片来源：参考文献3
山体滑坡发生之前，滑坡底部会形成一定高度的隆起，坡面会产生裂纹。由于植被的覆盖，没办法凭肉眼或摄像机观测这些征兆，但借助激光雷达就可以很好的解决这个问题。
在山体滑坡高发的地方部署搭载激光雷达的无人机群，对坡面的表面形貌进行不间断的扫描观测，观测数据将有效提高我们预测山体滑坡的能力与准确性。
想要探寻某块土地过去发生的活动遗迹不是一件简单的事情，随着时间的流逝，不论是人类活动还是地壳变化留下的痕迹都会逐渐被大自然淹没。但是，激光雷达却给了我们重新认识“过去”的机会，让我们从“过去”的遗迹中寻找到对未来的启发。
参考文献：
[1] erickson c l . an artificial landscape-scale fishery in the bolivian amazon.[j]. nature, 2000, 408(6809):190-3.
[2] vanvalkenburgh p , cushman k c . lasers without lost cities: using drone lidar to capture architectural complexity at kuelap, amazonas, peru[j]. journal of field archaeology, 2020, 45(supplement 1).
[3]gorum, tolga. landslide recognition and mapping in a mixed forest environment from airborne lidar data.
[4]m, j, lato, et al. reducing landslide risk using airborne lidar scanning data[j]. journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 2019, 145(9).
[5]https://www.usgs.gov/faqs/what-difference-between-lidar-data-and-digital-elevation-model-dem
[6]http://m.app.cctv.com/video/detail/aa9c36ee6d92b0a7a7a98d2f86eb447c/index.shtml
出品：科普中国
作者：海里的咸鱼
监制：中国科普博览
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作者：鸭哥科普发布时间：2022-07-06
假笑与真笑有何区别？假笑能迷惑大脑，产生积极效应吗？
当我们看一个人笑得开心，我们会说他“笑得像个不经世事的孩子”，并不是说孩子没有烦恼，而是这种发自内心的笑容往往让人觉得温暖、纯净。
这种由愉悦情绪导致的自然微笑益处多多，既能调整自身心态传递友善，还能向别人展现自己的自信，散发魅力迷倒众人。
（动图）图片来源：giphykok手机网页版官网
只不过除了真实的笑容，我们也经常看到“皮笑肉不笑”的假笑——比如上课迟到面对老师严厉的目光你脸上缓缓挤出的尴尬一笑。与真实的笑容相比，假笑并非发自内心愉悦，表情也显得刻意虚伪。
（动图）图片来源：giphykok手机网页版官网
那假笑与真笑有何区别？假笑能迷惑大脑，产生积极效应吗？还是说因为假笑太过刻意，会带来不良的生理反应？
真正的微笑=杜兴微笑
要了解假笑，首先我们要知道何为真笑。通过脸部42块肌肉的不同组合、收缩和扭曲，我们呈现给世界的面孔在不断变化。人类可以产生数千种不同的面部表情——其中包括19种不同类型的微笑。
然而，根据美国心理学家保罗·艾克曼（paul ekman）的研究，其中只有一个是“真正的”微笑，即“杜兴微笑”（duchenne smile）。
杜兴微笑 图片来源：wikipedia- eric mcgregor
杜兴微笑由法国解剖学家杜兴于1862年发现，但直到上世纪五六十年代才得到重视。
杜兴通过研究发现，“真正的”微笑主要有两块脸部肌肉参与，即连着嘴角的颧[quán]大肌和眼眶周围的眼轮匝肌。前者收缩能让嘴角上提，后者能牵动苹果肌向上运动，且让眼睛显得更弯，与此同时，有些人的眼角会出现笑纹，或者卧蚕更加明显。
你暴露了，你在假笑
相比之下，假笑就显得“稍许平静”。假笑的唇角运动与真笑相同，但不涉及眼睛周围肌肉引起的变化。如果把假笑时的脸部下方遮挡起来，你就会发现，假笑的眼神暗淡无光，眉毛不会弓起来。
杜兴微笑（左）与非杜兴微笑（右） 图片来源：参考文献[3]
杜兴在曾经的研究中证实了这一点。他用电击刺激实验对象的颧大肌，如下图左侧所示，这让被试者嘴角抽动，但眼部的神情令人感觉怪异；接下来他跟被试者说了一些高兴的事情，让他自发地笑了出来，右图就是被试者发自内心的笑容。
同样一位被试者，右图的笑容明显让人感觉更加自然、更加快乐，笑得就像和你收到期末考试取消或者假期延长十天的消息时一样灿烂。所以，真正的微笑会让眼轮匝肌运动，这会导致眼睛微微闭合。
假笑（左）与真笑（右） 图片来源：g.-b. duchenne de boulogn
真笑vs假笑:你真能分辨吗？
有了上述知识，那么是否可以断言，只要眼部没有任何闭合，就一定是假笑？其实不然，如果故意做出一个夸张的笑容，同样会带动眼角闭合；而真实的微笑如果仅仅浅笑，也不会让眼孔变窄。
所以，要想分辨对面的人到底是真笑假笑，还得寻找更微妙的细节，比如轻微降低的眉毛、眉毛之间的皮肤和上眼睑的状态等等。
图片来源：参考文献[4]
你可能会问，如果有人能主动控制这些面部肌肉，岂不是完全分辨不出真笑还是假笑了？理论上没错，但是根据艾克曼的研究，基本没有人能主动收缩眼轮匝肌(orbicularis oculi)，它是难以主动收缩的肌肉中的一部分。
人体面部肌肉及眼轮匝肌（orbicularis oculi）位置 图片来源： openstax.org
眼轮匝肌由两部分构成：内圈用来紧绷眼睑和眼睑下的皮肤，外圈则环绕眼窝，可以使眉毛和眉毛下的皮肤下拉且使眼睛下的皮肤上抬，并提高脸颊。
严格来讲，使眼睑绷紧的内圈肌肉是每个人都可以控制的，缺少了这个动作我们并不能揭穿假笑，但外圈的眼轮匝肌则很难控制。
长久以来，人们认为能在照片中露出“杜兴微笑”是一种天赋，假笑也笑得好看也许是一种因人而异的技能。但是这几年的研究似乎反驳了这一观点：只要加以练习，就算是假笑，你也可以笑得好看笑得真诚（至少看起来是这样）。
在这项模拟杜兴微笑的研究中，即使参与者听到了不那么高兴的消息，也还是有24%的人能够露出“杜兴微笑”（发自内心露出杜兴微笑的比例是31%）。并且，当研究者让这些人模仿杜兴微笑的时候，有71%的人都成功了。
此外，许多演技优秀的演员在笑起来的时候好像真的会感到快乐，他们可能是极少数可以控制外圈眼轮匝肌的人，当然，也可能是回想引发了包含愉悦情绪的记忆，从而产生出真实的表情。
假笑可以，但不要“贪杯”哦
众所周知，“笑一笑，十年少”，保持笑容对健康有益。当我们大笑时，我们的面部肌肉会做出反应，带动我们的神经产生相应的激素、引发一连串消除压力的反应。那么当我们假笑时，是否也会有同样的效果呢？
答案是肯定的。虽然发自内心的笑容具有最强的影响功效，但有证据表明，即使是假笑，也有相似的效果。根据荷兰代尔夫特理工大学的研究，假笑通过一种称为面部反馈假设效应（ffh, facial feedback hypothesis）来实现这一点：人为地表现某种面部表情，能导致与其相应的情绪体验的产生或增强。
图片来源：veer图库
假笑能减压，也能带来“以假乱真”的生理效果，但长期假笑不利于身心健康。为了工作需要或是社交需要，很多人不得不长期假笑，一直维持营业性的“标准笑容”。
长期以往，这种职业式微笑压抑了人的真实感情，反而会让“微笑”成为一种负担，久而久之甚至有发展为抑郁的可能，常常表现为内心深处感到非常焦虑压抑，但外在表面却若无其事、面带微笑。
图片来源：pixabay
发自内心的笑容让人感到神清气爽，犹如春风拂面，但这不代表假笑“一无是处”。假笑既是一种社交礼仪，也能带来和真笑近似的良性反应。
只不过假笑犹如药，必要时才可取，经常勉强假笑只会让自己感到劳累。总之，我们没有必要对假笑带有负担，最重要的是，真诚地去笑，做一个“笑得没心没肺的人”！
参考资料：
[1]面部表情、行为一致性，教你识别假笑到底假在哪？
[2] duchenne de boulogne.
[3]sacco d f, brown m, lustgraaf c j n, et al. women’s dangerous world beliefs predict more accurate discrimination of affiliative facial cues[j]. evolutionary behavioral sciences, 2017, 11(4): 309.
[4]vandeventer j, patterson e. differentiating duchenne from non-duchenne smiles using active appearance models[c]//2012 ieee fifth international conference on biometrics: theory, applications and systems (btas). ieee, 2012: 319-324.
[5]paul ekman.
[6]smiling with your eyes: what exactly is a duchenne smile?
[7]fake smile or genuine smile? the importance of the duchenne smile.
[8]duchenne smile, a genuine smile that involves the muscles around the eyes.
[9]如何分辨假笑？3种科学方式帮你看穿朋友们的演技
[10]一拍照就不会笑了？为什么照片里的笑容看起来总像是在被迫营业？
出品：科普中国
作者：鸭哥科普
监制：中国科普博览
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作者：张仁美发布时间：2022-06-15
不论早上还是晚上锻炼，只要你运动就一定会有所收获！
最近，伴随着《本草纲目》的歌声，一股新的运动热潮正在兴起，在达成从床上爬起来运动这个初步目标以后，刘畊宏女孩们开始向更高阶的目标前进——实现更高质量的运动。于是有人提出了这样一个问题：到底是早上运动效果好，还是晚上运动效果好？
图片来源：veer
这个问题十分复杂，不过，科学界已经做了不少实验，让我们一起来看看目前的一些观点吧！
大鼠实验：早上运动控血糖，晚上运动减脂肪 近期，一项在大鼠身上开展的研究为“早上运动好还是晚上运动好”的问题提供了全新的讨论角度[2]，该论文由多国科学家共同完成，发表在《细胞-代谢》期刊上。
在这项研究中，大鼠们被放在一个旋转的笼子里奔跑一小时，之后再对它们进行解剖。
研究人员将这些大鼠分成两组，一组在早上醒来后立即投入运动，另一组则在傍晚入睡前运动。此外，还设置了一个对照组，对照组的大鼠们也在类似的笼子中进行饲养，但旋转笼子被锁住了，所以它们不能像之前两组一样大量运动。
然后，研究人员从大鼠的血液、肌肉、肝脏、大脑、白色脂肪和棕色脂肪细胞中提取出它们体内的数百种激素和物质，并对其含量逐一检测。此外，还对大鼠体内的几个基因表达水平进行了详细的评估。
结果如何呢？
研究发现，当大鼠进行充分体力锻炼时，无论锻炼的时间段具体是在什么时候，它们体内的数百种物质都会同步发生含量变化。肌肉、肝脏和脂肪组织中的无数物质齐声响应，仿佛是在相互配合。
那难道不同时段运动没区别吗？
不是的，在不同的时间段，变化的物质种类及含量确实有所不同。
仔细分析后，研究人员发现，如果大鼠在醒来后立即运动，燃烧碳水化合物的生化过程将被激活。而如果大鼠在入睡前进行锻炼，被激活的则是一系列与燃烧脂肪相关的体内物质。
虽然我们无法将脂肪代谢和碳水化合物代谢完全区分开来，因为这两者在哺乳动物体内本来就是一个相辅相成的体系，但从结果来看，更高水平的脂肪代谢有利于体重减轻，更高水平的碳水化合物代谢有利于控制血糖。
如果对应到锻炼时间，不严谨地说，对于大鼠来说，睡醒后运动有利于控制血糖，入睡前运动有利于体重减轻。
图片来源：参考文献2
虽然这些结论是在实验性动物身上获得的，它们与人类具有不一样的生理特点，但研究人员认为，在两者中观察到的代谢机制是相似的，这也为阐明早晨和晚上不同的运动效果提供了线索。
不过，在真实的人类实验中，我们无法像针对实验动物那样进行如此多指标全系统的分析，并且本次实验的结论和目前已经有过的类似研究间似乎还存在一些矛盾。
人类实验：早晚运动减重差异不大 2019年，美国曾经进行过一项有趣的研究[1]。研究人员招募了88名肥胖（bmi25或以上）的志愿者，并将其分为四组，以测试各组每天的运动时间与体重减轻之间的关系。
图片来源：veer
这四组中，第一组的运动时间被安排在7点到12点间，第二组在下午17点到23点之间，第三组运动时间自由，而第四组则完全不进行运动。
10个月后，研究人员们在四组之间观察到了明显的差异。那些在早上锻炼的人体重减轻最多，而那些在晚上锻炼的人体重减轻的量相对要少一点。不过两者之间的差异其实不是很大，约为5%。
还记得我们前面说的在大鼠身上做的研究吗？这两项研究的差异，除了研究对象的不同之外，还在于直接关注的身体数据不同。在对大鼠的研究中，关注的不是体重，而是血糖水平和脂肪酸代谢等，并非是实际的体重指标。
不过，这也不难解释，因为营养素代谢和体重之间的关系比较复杂。例如，超重并不一定意味着你的血糖水平超高。有些人很瘦，但血糖水平非常高，而有些人看上去很胖，血糖水平却比较低。
因此，各项研究之间结果存在不一致也并不令人惊讶，只能说人体是个超级复杂的系统，我们对自己身体的认识仍需要继续。
而且，即便是针对体重的研究中，也可以看出早晚锻炼所能带来的减重差异其实没有那么大，所以每个人都应该根据自身的工作和作息情况安排合适的运动时间。
我们到底应该早上锻炼还是晚上锻炼？ 根据目前的研究，其实没必要纠结早上锻炼还是晚上锻炼，因为多项证据证明，每天坚持锻炼是增加健康寿命的良好生活习惯。
说到这里，肯定又有朋友要问，那应该锻炼多长时间？我们已经对运动的好处进行了大量的研究，常态化的运动应该每周至少三次，最好是五次以上，每次延续大约30分钟。至于什么类型的运动，也并不重要。
需要补充的是，运动强度应该随着年龄进行调整，以尽可能地实现运动效果的最大化。
图片来源：veer
告诉大家一个小秘诀——评价运动强度是否合理的指标，也就是运动过程中我们的脉搏应该大约能够达到（220-年龄）的0.6倍。
例如，假如老刘今年50岁，那么，220减50等于170,再乘以0.6等于102，也就是说，他运动时，每分钟脉搏达到102次的话，就达到合理的运动强度了。所以，运动方式的选择因人而异，对于50岁的老刘来说，散步等过分和缓的运动可能并不是最合理的运动方式。
此外，大家不必刻意追求每次运动的时间，但每周进行运动的次数应该尽可能多，同时要长期保持规律锻炼。
最后，我们可以看出，不论早上还是晚上锻炼，只要你运动就一定会有所收获！所以不要再纠结什么时候锻炼啦，只管动起来就是！
参考文献：
[1] willis ea, et al, the effects of exercise session timing on weight loss and components of energy balance: the midwest exercise trial 2. int j obesity, july. 9, 2019.
[2] sato s, et al., atlas of exercise metabolism reveals time-dependent signatures of metabolic homeostasis. cell metab, feb 1, 2022.
出品：科普中国
作者：张仁美
监制：中国科普博览
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作者：陈莹婷发布时间：2022-06-22
莲叶的自洁本领确实存在，但用它来解释“出淤泥而不染”就是牛头不对马嘴了
“予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟而不妖，中通外直，不蔓不枝，香远益清，亭亭净植，可远观而不可亵玩焉。”
经过九年义务教育的我们,如今一提起莲,脑海里总会条件反射般地跳出北宋文官周敦颐的千古名篇《爱莲说》。只是,背得那么熟、记了这么久,你有没有想过莲之出淤泥而不染的原因呢?
有人会不屑一顾:老生常谈啦,多少科普文早已说明,原因是莲叶具有“自洁(self-cleaning)效应”。
自洁效应,听起来不明觉厉,可惜,这样回答的人都答错了!
微雨过,小荷翻。榴花开欲然。玉盆纤手弄清泉,琼珠碎却圆。——苏轼《阮郎归·初夏》 (图片来源:en.wikipedia.org/wiki/lotus_effect)
为什么说“答错了”?
首先,我们花点时间重温下“莲叶自洁效应”。
在电子显微镜下,会发现莲叶的上表皮由一个个特殊的表皮细胞组成。细胞的表面布满了高10~20μm(微米),宽10 ~15μm的突起(参照物:一根亚洲人头发的直径是80~120μm),同时被覆着一层疏水的蜡。如此特殊的微米结构使得水滴落在莲叶上时,会被突起和蜡隔离开表皮细胞,进而滚动形成“玉盆琼珠”,同时把叶表面的脏东西黏住、带走,最终实现自洁。
莲叶表皮的微米结构 (图片来源:en.wikipedia.org/wiki/lotus_effect)
莲叶的自洁本领确实存在,但用它来解释“出淤泥而不染”就是牛头不对马嘴了。稍微分析便能发现这个解释无法站稳脚跟:假设莲叶发挥了自洁效应而使莲免受淤泥污染,那莲叶刚从水底的淤泥里钻出来时,是不是应该呈现展开的盾形叶模样?否则,如何通过叶表面特殊的结构来排水除污呢?
灵魂拷问:你见过在泥土里展开的莲叶吗?!
不染淤泥的真相原来这么简单!
看懂了上述以讹传讹的逻(科)辑(普)漏(忽)洞(悠),我们再来搞明白,莲出淤泥而不染的真正秘诀。
其实很简单,看一张实拍照即可解谜:刚钻出淤泥的莲叶长这样——
(图片来源:bergenwatergardens.com/how-to-pot-lotus-tubers/ )
发现了吗?幼叶被芽鳞(片)严严实实地包裹着,直至钻出淤泥。这意味着幼叶不管出土还是在土里,都根本接触不到淤泥!
不仅莲的叶,莲的花也差不多如此——在出淤泥之前,花也是被芽鳞包裹的!
小红箭头指向部位藏着早期极幼小的花芽,放大后如下图所示
i 幼叶。剥除了芽鳞之后,位于叶柄基部的花芽早期生长过程
(图片来源:journals.ashs.org/hortsci/view/journals/hortsci/49/4/article-p516.xml)
既然根本接触不到,又谈何不染?
所以,“出淤泥而不染”和“自洁效应”完全风马牛不相及。唯一能沾上边的句子其实是“亭亭净植”的“净植”。出泥后不久,花叶就迅速生长壮大,撑开了芽鳞(片)。显然芽鳞的作用是保护花蕾和幼叶。
这正是:绿荷生微突,滚珠清泥污。秽不染幼叶,何处谈自洁?
顺带聊聊莲的“妖气”
“出淤泥而不染”和下一句“濯清涟而不妖” 共同组成了在时间和空间上画面递进变化的莲之花叶生长过程.gif:先出泥,再出水。出泥的姿态刚讲过了,那出水的姿态如何呢?也很简单,还记得那首义务教育必背古诗“小荷才露尖尖角,早有蜻蜓立上头”吗?这句诗早已点明答案。
莲叶伸出水面之前,在水里一直保持如下模样——像一把镐头歪掉的十字镐。直至出水后接触阳光,莲才快速展开叶片,呈现盾形叶之貌(盾形叶是指叶柄的一头与叶片的中心相联结,整片叶好像美国队长自卫的神器“圆盾”)。
刚出水的莲叶(摄影:@自源)
再次灵魂拷问:这样内卷的造型,怎么沾染淤泥?
莲叶慢慢展开(摄影:@自源)
完全展开的成熟的盾形叶(摄影:@自源)
而莲的花刚出水的姿态是这样:
莲蕾出浴(摄影:@自源)
我国古人对莲的观察、欣赏和利用可谓巅峰造极。仅从古人给莲的身体各部位都取了专属称呼即能体会一二:
果期膨大的海绵质花托特称为莲蓬,莲子又叫泽芝;叶特称为荷(hé)或“蕸(xiá)”,立叶之柄叫“茄(jiā)”,柄细长,却高举大叶片立于水中,“荷”字由此产生“负荷(hè)”之意;花的昵称更多,有荷花/华、(水)芙蓉、菡萏(hàn dàn)、水华、水芸、水芝、泽芝、藕花等等,其中,菡萏表示待放之花蕾,芙蓉表示绽放之花貌;莲、芙蕖、芰(jì)荷则指整个植株……
追本溯源,荷与芙蕖是古代中国的“正宗”叫法,而“莲”是随佛教文化传入中国后兴起的俗名。不过明代的中药专著《本草纲目》解释道:“莲者连也,花实相连而出也。”非常符合这种独一无二的水生开花植物的外观形态和生长习性。所以《中国植物志》选用“莲”作为它的正式中文名。
惟有绿荷红菡萏,卷舒开合任天真。——李商隐《赠荷花》
(图片来源:www.needpix.com/photo/1333115/lotus-flower-bud-old-leaf)
其实若认真品,“濯清涟而不妖”很值得玩味。这句话应该脱胎于周敦颐的先辈、诗仙李白的“清水出芙蓉,天然去雕饰。”
首先,莲只有不妖的气质吗?李白不仅创造了“出水芙蓉”,也写过莲的其他姿态,如“碧荷生幽泉,朝日艳且鲜。秋花冒绿水,密叶罗青烟。”“镜湖三百里,菡萏发荷花。五月西施采,人看隘若耶。”“若耶溪傍采莲女,笑隔荷花共人语。日照新妆水底明,风飘香袂空中举。”看起来这些莲都充满了“妖气”呢。
事实上,李白笔下的莲形象要比周敦颐的丰富太多。周敦颐虽言“予独爱莲”,可他的传世作品中仅有两篇专门“咏莲”,一篇为《爱莲说》,另一篇叫《赞莲》:陆上百花竞芬芳,碧水潭泮默默香。不与桃李争春风,七月流火送清凉。“默默香”、“七月”说明该诗的莲花处于盛放状态。但爱莲爱到盲目的周敦颐依旧赋予盛莲不妖的气质。这样的文学形象,像不像当代明星的完美人设?
植物在夏季开花的远少于春季,因此经常霸占整个池塘的莲也霸占了整个夏天的目光。
(图片来源:veer图库)
其次,濯清涟和妖不妖有逻辑关系吗?没有。不管在“清水”还是无毒的浊水,莲的生长过程和状态都大同小异;即使生于浊水,花骨朵照样不妖;即使生于“清水”,盛花照样妖艳。
有趣的是,莲并不能生长在没有泥沙的纯粹的清水之中,反而扎根淤泥才可以茁壮成长;养过水生花卉、插过鲜切花的朋友都知道,植物长期身处纯水,将造成清水变浊、植物营养不良而病死。许多荷塘的水不清,甚至浑不见底,但不表示水质差、没营养、有毒害。事实证明,出淤泥的莲总比不染泥的清水芙蓉要长得好;纯水培的莲光长叶、不开花,其浸水部分的表面容易滋生细菌、代谢掉后留存水中会污染纯水。
那为什么古人常写芙蓉出自清水呢?因为清水之下有淤泥——给养花的水加入土壤,由于土壤微生物可以分解水里的大分子化合物,大颗粒杂质也能沉淀至底,被土壤稳固,久而久之水便变得清澈,植物也活得健康了。
简单粗暴地讲:净化污水的是泥,污染清水的是莲。这里头的曲径通幽之味,就留待你品、你细细品了。
小荷才露尖尖角??
(图片来源:www.ecns.cn/hd/2019-06-10/detail-ifziyumy2112304.shtml)
参考文献：
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/lotus_effect
[2] https://doi.org/10.21273/hortsci.49.4.516
[3] https://baike.baidu.com/item/经乱离后天恩流夜郎忆旧游书怀赠江夏韦太守良宰
[4] https://ctext.org/zh
[5]《见过真正的“出淤泥而不染”吗?动图帅炸》,果壳©,2015-03-11
[6]《中国莲》,中国科学院武汉植物研究所 著,1987
作者:陈莹婷 中国科学院植物研究所
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作者：理性派对发布时间：2022-06-15
自动驾驶面临着哪些技术挑战？智能汽车成为日常出行方式，究竟还有多远？
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作者：星智科创发布时间：2022-06-15
心怀山海，眼有星辰。浩瀚太空再度迎来中国人逐梦苍穹的身影
