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大型食肉動物滅絕，生態系統會崩潰？
作者：賈偉發布時間：2022-09-26強大的生態系統沒那么脆弱
或因其體型龐大，亦或是人類本身處于食物鏈頂端，我們對同處于食物鏈較高位置的大型食肉動物會有更多關注。因此，相比于小型且食草的動物來說，我們下意識認為大型食肉動物在生態系統中會更加重要。人們不禁思考，如果大型食肉動物滅絕，生態平衡是否會被打破，生態系統最終是否會不可修復，走向崩潰？
圖片來源：veer圖庫在相同營養級的物種間可被替代
生態系統中的生物與生物之間，生物與無機環境之間通過能量流動、物質循環和信息傳遞使其處于動態平衡。同時，生態系統具有保持自身穩定的能力，一般認為其食物網越復雜，其自我恢復的能力越強。
在較穩定的生態系統中，某一物種的滅絕，可以通過其他具有相似物種進行替代，如在草原生態系統中，當大型食肉動物獵豹滅絕，食草動物瞪羚數量短時間就會急劇增加，草的數量也會急劇減少；如果除了獵豹以外還有另一種食肉動物（比如狼）的存在，那么獵豹一旦絕滅，狼就會增加對鹿的捕食壓力，而不致使鹿群發展得太大，從而就有可能防止生態系統的崩潰。
狼和獵豹正在捕獵（圖片來源：veer圖庫）事實上，狼與獵豹可以處于食物網中同一營養級，相同營養級的不同物種具有相同的“作用”，因此獵豹滅絕，便可以由狼來“替代”。詳細來講，位于同一營養級的不同物種均能完成相同程度的生態系統中的物質循環、能量流動和信息傳遞功能。
回到最初的假設，我們如果能夠找到能代替大型食肉動物在生態系統中完成相同程度的物質循環、能量流動和信息傳遞功能的其他事物，或者大型食肉動物的滅絕不會通過影響這三大功能來破壞生態平衡，那么我們就認為生態系統不會因大型食肉動物的滅絕走向崩潰。
在能量流動過程中可被替代
因此，就能量流動而言，能量流動是單向的，只能從第一營養級流向第二營養級，再依次流向后面的各個營養級，不可逆轉，也不能循環流動；能量在流動過程中逐級遞減，相鄰兩個營養級間的傳遞效率大約是10%～20%。
所以，真正被大型食肉動物獲取的能量少之又少，多數能量還是集中在物種的最底層，即綠色植物和食草動物之間。也就是說，即使大型食肉動物相繼滅絕，能量流動的過程是幾乎不受影響的。大型食肉動物在能量流動過程中可以被替代。
地球上的能量幾乎都來源于太陽（圖片來源：veer圖庫）
同時，生態系統的物質循環指的是組成生物體的C、H、O、N、P等元素，不斷進行著從無機環境到生物群落，再到無機環境的循環過程。例如碳元素主要以二氧化碳的形式憑借綠色植物的光合作用從無機環境進入生物群落，然后在生物體之間以食物鏈和食物網傳遞，最后又以生物的呼吸作用或分解者的分解作用從生物群落進入大氣。
如果大型食肉動物相繼滅絕，只是生物的呼吸作用會受到一定影響（比如草原生態系統上的獵豹滅絕，瞪羚的數量增加導致呼吸作用相應增大），對分解者的分解作用影響甚微，所以生態系統的物質循環也基本無影響，大型食肉動物在物質循環中可以被替代。
物質循環（圖片來源：全景網）
對生態系統信息傳遞影響甚微
最后，就信息傳遞而言，大型食肉動物滅絕后，生態系統的信息傳遞格局會改變，但總體并不會受到太大影響，因為捕食者沒有了，就沒辦法傳遞給食草動物其捕食者的物理信息和行為信息，食草動物的警覺就會下降，但是警覺下降并不會讓自身的生存受到威脅，所以大型食肉動物滅絕就算影響了生物之間的信息傳遞，但也不會讓生態系統崩潰。
對于可能擔心的草食動物等其他動物數量泛濫問題來說，捕食只是限制其數量的一個因素之一。限制動物種群數量增長的包括內源性和外源性因素，捕食只是外源性因素之一，外源性因素還包括疾病、寄生、自然災害、食物限制等，內源性因素包括領域行為、內分泌調節等，這些行為由于捕食者是突然消失短時內也不會改變，這些因素都會限制其他物種數量的增長。
死亡的鹿 （圖片來源：veer圖庫）綜上所述，從“崩潰”的角度來說，就算所有大型食肉動物都滅絕，生態系統也不會完全崩潰，菌類通過漫長的進化后也可以使生態再度恢復到一個我們現在完全不認識的模樣。即使動植物全部沒有了，細菌也能繼續維持地球生物圈的活躍，況且“大型食肉動物滅絕”并不會引起多少動物滅絕，作為食物的食草動物的數量也可以被病原體、寄生蟲和人控制。
參考文獻：
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出品：科普中國
作者：賈偉
監制：中國科普博覽
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地球漏的這個洞，終于要被補上了？
作者：半懶不懶發布時間：2022-09-22保衛臭氧層，現在進行時
提起“臭氧層空洞”，你是不是會想到南極？這個在南極上空的大氣臭氧層上意外發現的空洞，改變了人們的生活，并幫助確立了一項成功的全球環境政策。
“等等，南極臭氧層空洞難道不是上個世紀的遺留問題了么，我小學就聽老師講過了”“這么久不被提起，是不是已經修復了？”
其實不然，保護臭氧層，依然是進行時。
臭氧層到底在哪里
在地球誕生40億年后，隨著大氣中氧含量的增加，臭氧層慢慢建立。這平鋪在地表上不過2.5（2.45）mm厚的薄層，——大約是兩個半疊起來的硬幣，卻吸收了到達地球的90%以上的紫外線輻射（波長在180～280nm），同時它將吸收的紫外線轉化為熱能加熱大氣，才有了平流層（距離地表約10-50km）的存在。在平流層中，臭氧在陽光的作用下不斷重復著生成和破壞的化學反應。
臭氧濃度并不是垂直均勻分布的，它隨海拔高度而變化。臭氧濃度最大值（0.0015%）出現在海拔30到35公里之間。其水平分布也不均勻，在世界三極地區，即南極、北極和青藏高原由于氣候寒冷，臭氧層更加稀薄。
臭氧濃度垂直分布 圖片來源：NASA
臭氧層對我們有多重要？
臭氧層是地球生物進化的“保護傘”和“護航者”。臭氧層可以吸收大部分紫外線輻射，屏蔽所有能量最大的UVC輻射，大部分UVB輻射，以及約一半的UVA輻射。在臭氧層的庇護下，地球生命的基礎物質——脫氧核糖核酸(DNA)與核糖核酸(RNA)逃脫了紫外輻射的“魔爪”，生命得以向淺海和陸地發展。隨著生命多樣性的增加，才有了人類出現。
而臭氧層的損耗增加了到達地球表面的紫外線，特別是中段紫外線的數量，可能導致皮膚癌和眼睛損傷等一系列健康問題。不僅如此，UVB輻射還影響植物的生理和發育過程，使得浮游植物的產量直接減少，影響海洋生物的繁殖發育，從而對整個海洋食物鏈產生影響。同時，它影響陸地和水體的生物地球化學循環，我們生產生活中需要的建筑材料也會隨著UVB的增加而加速分解?？梢哉f，臭氧層的持續損耗造成的損失是難以估量的。
既然臭氧層遍布全球，人們是怎么發現南極出現一個大窟窿的呢？
南極上空的臭氧層空洞 圖片來源：NOAA 誰發現了臭氧層空洞
最初，制冷和空調系統使用的制冷劑是易燃有毒的。20世紀30年代初，小托馬斯·米基雷（Thomas Midgely Jr.）帶領團隊研發出了無毒、且不易燃的制冷劑替代品-氯氟烴（CFCs），便宜好用，深受歡迎。到20世紀70年代初，全球范圍內氯氟烴的年產量達到了近100萬噸，在化學工業中占了大約5億美元的份額。
1974年，科學家馬里奧·莫利納（Mario Molina）和舍伍德·羅蘭德（F. Sherwood Rowland）發表了一篇論文，指出CFCs雖然對人體無害，但可能破壞地球平流層的臭氧。這一發現遭到了產業界的攻擊，研究也受到了科學家的質疑。
1985年，英國南極調查局的三位大氣科學家喬·法曼（Joe Farman）、布萊恩·加德納（Brian Gardiner）和喬納森·尚克林（Jonathan Shanklin）在《自然》雜志發表論文，首次證實了臭氧洞的存在。
他們發現南極哈雷（Halley）站和法拉第（Faraday）站上空平流層臭氧水平出現了意料之外的大幅下降。他們的數據顯示，經過大約20年的穩定后，臭氧水平在20世紀70年代末左右的南方春季月份開始下降。到1984年10月，哈雷站上空平流層的臭氧層只有前幾十年的三分之二厚，喬·法曼等人大膽地認為這與人類使用的CFCs有關，這種化合物由于無毒便宜經常用于氣霧劑罐和冰箱等冷卻設備。這一現象后來被稱為南極臭氧空洞。
1979-2012年觀測到的臭氧層空洞范圍變化 圖片來源：NASA
很快的，1986年，美國國家海洋和大氣管理局的研究員蘇珊·所羅門（Susan Solomon）帶領科學家們通過建立大氣模型，終于解釋了CFCs影響臭氧層的化學機制。
通過10年的不斷努力，科學家們最終確定CFCs的氯是造成南極臭氧損失的最主要原因，極地渦旋和極地平流層云冰粒的存在加速了這一過程，并且在北極也發生了同樣的化學反應。實際上不止是兩極，臭氧趨勢委員會于1988年發布的一個報告證實臭氧損耗全球都存在。至此，臭氧層空洞及背后的秘密終于被揭開，這一發現震驚了世界。因“對大氣化學的研究工作，特別是臭氧的形成與分解”，莫利納和羅蘭德獲得了1995年諾貝爾化學獎。
1995年獲得諾貝爾化學獎的三位科學家 圖片來源：https://ozone.unep.org/ozone-timeline
臭氧層空洞，是個洞么？其實不是
臭氧層空洞，聽起來就像是臭氧層漏了個洞？這個洞到底有多大呢，我們又是怎么判定的？
臭氧觀測的主要方式 圖片來源：NOAA
每天，科學家會通過站點儀器監測臭氧的變化，還會通過氣球、飛機和衛星探測不同高度上的臭氧含量。
科學家正準備放探測氣球 圖片來源：NOAA
臭氧空洞并不是指某個地區上空完全沒有臭氧，也并非是一直都存在，而是指在南半球的春天(8月-10月)開始時，發生在南極上空平流層的一個臭氧異常消耗的區域。南極臭氧層空洞最大的時候曾達到2950萬平方公里，相當于3個中國的面積。
臭氧層到底有沒有“洞“，其實是總臭氧柱說了算。
南極上空的臭氧層空洞 圖片來源：NASA
臭氧空洞的面積是根據總臭氧柱圖確定的，科學家以220多布森(DU)為單位來判定。
多布森(DU)是測量臭氧總量的單位，以英國物理學家和氣象學家戈登·多布森（Gordon Dobson）的名字命名。如果把所有的臭氧放在一個從地球表面一直延伸到太空的空氣柱中，把所有的臭氧放在標準溫度(0攝氏度)和標準氣壓(1013.25Pa，或一個大氣壓，用atm表示)下，它等于在標準大氣狀態下千分之一厘米臭氧層的厚度。300DU標態下表示單位面積上有3mm厚臭氧，而這正是地球上空臭氧的平均總量值。
之所以選擇220DU為判定標準，是因為在1979年以前的南極洲歷史觀測中，沒有發現臭氧總量低于220多布森單位。此外，從對南極洲上空的直接測量結果來看，臭氧水平低于220多DU是氯和溴化合物造成臭氧損失的結果。被220DU線包圍的區域計算出來的，就是被公布的臭氧空洞的面積。所以，臭氧層空洞根本不是一個洞，而是臭氧含量的低值區。
臭氧層修復行動
從1986年確定發現CFCs破壞了臭氧層到全球人類自發決定采取行動修復它，可以說是氣候行動主義歷史上最快速也是最成功的故事之一。
1987年《蒙特利爾議定書》落定 圖片來源：https://ozone.unep.org/ozone-timeline
1987年9月16日，美國和其他45個國家簽署了《蒙特利爾議定書》，議定書承諾各簽署國逐步淘汰損害臭氧層的鹵化化合物，包括氯氟烴、氟氯烴和含溴碳氫化合物，以降低大氣中的氯和溴水平，并減輕進一步的臭氧消耗。我國于1991年加入議定書。到今天，已有197個國家批準了這項條約。這是聯合國歷史上第一個被普遍通過的條約，這一天也在全球范圍內被標記為國際臭氧層保護日。
隨著科學家對臭氧消耗物的深入了解，2016年10月15日，盧旺達基加利通過了《基加利修正案》，將氫氟碳化物（HFCs）這一人工合成的強溫室氣體納入《蒙特利爾議定書》管控范圍，我國也于2021年成為該修正案第122個締約方。正是在全世界人們的共同努力下，超過98%的臭氧層消耗物被淘汰。
2016年，蘇珊·所羅門和她的同事發表在science上的研究提出，在《蒙特利爾議定書》生效近30年后，南極臭氧空洞終于出現了消失的跡象，南極洲上空的臭氧量已經開始增加。
自2000年以來，9月（臭氧層空洞最明顯的月份）檢測到了臭氧柱數量的增加，臭氧濃度垂直剖面的變化，以及臭氧空洞面積的減小。通過利用數值模式模擬地球變化，他們直接證實了《蒙特利爾議定書》的作用。觀測結果與模式預測相符，超過一半的空洞減少可以歸結為大氣中氯的減少。
美國國家航空航天局(NASA)聯合主席保羅·紐曼(Paul Newman)也表示:“如果不采取這些措施，到2065年，臭氧層的三分之二將被破壞?！盢OAA研究指出，如果今天大氣中氯氟烴的氯含量和本世紀初一樣高，那么在同樣的天氣條件下，2021年的臭氧空洞可能會擴大約400萬平方公里。
這張圖描繪了自1979年至今臭氧消耗高峰季節南極臭氧空洞的平均范圍，可以發現該范圍已經呈現下降趨勢。 圖片來源：NOAA
一切看起來都在向更好的未來前進。那么，南極臭氧層空洞到底什么時候才能完全修復呢？
聯合國一份報告認為，如果一切按計劃進行，到21世紀60年代，臭氧層空洞可能會被修復。在其他臭氧消耗不那么嚴重的地區，恢復正?？赡軙?。北極和北半球中緯度地區的臭氧水平可能會在本世紀30年代達到這個水平，而南半球中緯度地區的臭氧水平可能會在本世紀中葉達到上世紀80年代的水平。
故事仍未結束
需要指出的是，協議要求CFCs在20世紀90年代停止生產，這意味著即使在完全停止生產CFCs很長一段時間后，使用CFCs制冷的舊設備被處理或銷毀的過程中，CFCs排放仍將繼續向大氣中提供極具破壞性、壽命長的氣體。由于其壽命為50到100年，所以20世紀70年代和80年代產生的氯分子仍在大氣中存在。而到目前為止，我們依然可以在北極、在熱帶發現臭氧層空洞現象。但是不可否認的是，在大家的共同努力下，故事在慢慢往更積極樂觀的方向發展。
從太空中看到的地球大氣層 圖片來源：NASA
在今天，我們依然提起臭氧層空洞和臭氧層保護，是為了提醒大家，一個新的艱難挑戰正擺在我們面前——全球變暖。
雖然臭氧消耗和全球變暖是兩個不同的問題，但同一個大氣使得他們交織在一起——許多臭氧消耗化合物也是導致全球變暖的溫室氣體。部分研究認為，溫室氣體導致的變暖加劇改變了大氣中的行星環流，從而導致熱帶地區臭氧減少，北極和中緯度地區臭氧增加。
但正如卡羅門所說：“臭氧層保護給了我們希望，我們不應該害怕解決面臨的大型環境問題?！痹?0年前，我們就可以團結一心保護臭氧層，那么我們有理由相信，人類有能力，并且有希望，通過全球協作解決人類共同面臨的氣候環境問題。
我們始終需要科學的指引。因為“科學不會告訴我們該做什么，但會告訴我們這么做或那么做的結果。是否要為氣候變化采取行動不是靠科學家來說的，而是一種社會責任，是道德問題?！保R里奧·莫利納）
參考文獻：
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作者單位：中國科學院大氣物理研究所
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給地球插上插頭？向巖石要熱量！
作者：肖易東發布時間：2022-09-19如果這部分干熱巖可以實現2%的開采率，那么將能夠維持中國3282年的能源供給
從太空觀察地球，我們會看到一顆蔚藍美麗的星球。由于海洋的藍色和森林的綠色都是冷色調，這樣的地球可能看上去會讓我們感到清朗涼爽。不過眼睛總是會騙人，實際情況或許出乎大家意料。地球其實是一個外冷內熱的小火球，內部蘊含著很高的熱量。雖然不能與太陽這種大火球相比，但據估計地球中心的溫度也達到了驚人的6000 ℃。
地球內部結構 圖片來源：flickr/ Argonne’s Advanced Photon Source
有學者認為地球熱量來源主要有三個，一是地球內部放射性元素衰變產生的熱量，二是地球內部致密物質下沉到地心時重力勢能轉化成的熱量，三是地球形成時尚未散失的熱量。總而言之，這些都是地球自身產生的熱量。
這些能量能不能被人類利用起來？今天，就給大家介紹一種“未來能源”——干熱巖。
地下除了溫泉，巖石也很熱啊
雖然地心高溫，但是據資料顯示，地表年平均溫度只有15 ℃左右。這是因為從地心到地表熱量逐漸散失，溫度越來越低，這也讓地層中出現了地溫梯度。在靠近地表的區域，平均地溫梯度是3 ℃/100m，即每深入地下100 m，溫度就升高3 ℃；反過來，每向地表靠近100m，溫度降低3 ℃。
發現這些來自地下的熱量后，人類就想加以利用，將其稱為地熱資源，并按照產出方式分為水熱型地熱資源和干熱型地熱資源。
水熱型地熱資源可以簡單理解為地下熱水。溫泉就屬于水熱型地熱資源，這是地下熱水冒出地表后的產物。還有一些地下熱水并不冒出地表，而是一直封存于地下。水熱型地熱資源的應用實例，除了泡溫泉之外，在國內比較著名的就是西藏羊八井地熱田了，1977年我國就在此建了一座地熱發電站，并取得了良好效益。
泡溫泉就是利用的水熱型地熱資源 圖片來源：wikipedia
相應的，干熱型地熱資源可以理解為雖然地下的巖層很熱，但沒有水或者只存在很少的水。一般是指埋藏于地殼3~10 km 深處、溫度高于180 ℃（也有學者認為是150 ℃或者200 ℃）的高溫巖體，因此干熱型地熱資源也被稱為干熱巖。
之所以強調3~10 km這個深度，倒不是說更深的就不熱了，而是因為更深的地方我們夠不著了。目前人類最深的鉆井記錄是蘇聯的科拉超深井，花了20年時間才達到12.2 km，而且耗資巨大。因此我們一般只關注那些地溫梯度比較高，即挖得不深就能很熱的地方，這里投入產出比比較高。中國的干熱巖資源主要集中在西藏羊八井地區、云南騰沖地區以及青海共和盆地等地。
中國干熱巖資源分布圖 圖片來源：參考文獻[13]
干熱巖的資源量是相當可觀的。據麻省理工學院保守估計，地殼中可開采的干熱巖儲量接近1.3×10^27 J，可供全球使用大約2.17億年。而中國大陸3~10 km 深度的干熱巖資源據統計約為2.52×10^25 J，大致相當于860萬億噸的標準煤。根據中國2021年的能源消費總量52.4億噸標準煤計算，如果這部分干熱巖可以實現2%的開采率，那么將能夠維持中國3282年的能源供給。
不過，干熱巖這種資源這么好，怎么還不開采利用呢？
能量誘人，開采不易
雖然干熱巖資源的前景非常誘人，但開采起來困難極大，直到上世紀70年代才有了較大的理論突破。1970年，美國洛斯阿拉莫斯實驗室提出了增強型地熱系統（Enhanced geothermal system， EGS）的概念，基本原理大概是這樣的：向地熱儲層中打兩個井，注入井和生產井。向注入井中注入冷水，等冷水流經地熱儲層被加熱后，再用生產井把熱水抽上來，然后就能用這熱水供暖或發電了，用完還可以將這些水導入地下循環利用。
EGS工程示意圖 圖片來源：作者自制
這個方案乍聽起來簡便劃算，等于說讓冷水去地熱儲層串門后，就能帶著熱量滿載而歸了，但實際存在很多工程技術上的難題。比如干熱巖資源所處的地層往往又熱又硬，鉆井難度大、成本高；又比如干熱巖儲層可能致密不透水，注入的冷水無法向鉆井周邊擴散吸熱，難以流到生產井被抽出。
盡管我們可以通過水力壓裂技術（注入高壓水破壞儲層結構，在其中形成裂隙網絡）來改善儲層的滲透率，但由于地下操作看不見摸不著，高壓水注下去后，難以保證裂隙就只按我們想要的方向發展，萬一它向遠離生產井的方向發展，那我們注入的水就收不上來了。
水力壓裂技術示意圖，向地下注入高壓水溶液，利用高壓使得巖層中產生裂隙，目前頁巖油采集也主要使用本技術 圖片來源：Wikipedia
1973年，美國開啟了Fenton Hill干熱巖試驗項目，首次進行了EGS的工程嘗試。雖然這個項目最終因鉆井設備缺陷以及工程成本巨大等原因失敗了，但也證實了EGS技術上的可行性，對干熱巖地熱開采起到了至關重要的推進作用。此后英國、法國、德國、澳大利亞以及日本等相繼開展了一系列的EGS 工程嘗試，其中由法、英、德三國于Soultz聯合開展的EGS系統是目前世界上較為成功的EGS示范項目，于2008年實現了干熱巖地熱發電。
在歐洲的EGS技術成功后，美國、韓國和中國等國家也加速了這方面研究。美國能源部于2015 年4 月開始實施了“給地球插上插頭”的干熱巖“地熱能前沿瞭望臺研究計劃”（FORGE），計劃在2050 年將EGS 發電的總裝機容量提高到10 萬兆瓦，相當于4個三峽大壩。
韓國于2016 年啟動了國內第一個EGS 項目嘗試—Pohang EGS，其最終目標是期望實現1 兆瓦（MWe ）的發電示范。但在該項目啟動后，2017年在項目所在地附近發生了一次5.5級地震，有研究認為可能是這個項目向地下注水時誘發了地震，因此這個項目被迫停止。
韓國2017年浦項地震一角，這是該國近年來最大的地震之一，被懷疑很可能與EGS有關。 圖片來源：wikipedia
中國科學家2017年5月在青海共和盆地東部的GR1 地熱井3705 米深處鉆獲了236 ℃的高溫巖體，這是國內首次發現的埋藏最淺、溫度最高的干熱巖體；2022年1月，在共和盆地成功實現國內首次干熱巖試驗性發電并網，取得歷史性重大突破。
共和盆地干熱巖壓裂與定向鉆探現場 圖片來源：中國地質調查局
除了傳統的EGS方法外，還有學者另辟蹊徑。其中值得一提的就是我國學者創新提出的重力熱管技術，原理很巧妙：把一根導熱性極好的管道插入到干熱巖地層中，然后熱管就會自動把熱量傳導上來。不過由于距離很長，只用熱管的話可能采熱效率不佳，為此我們可以向管中注入氨水，氨水受熱后容易汽化，可以很方便地把熱量以蒸汽的形式帶上來，進一步提高了采熱率。
《中國科學報》2022年1月報道了中國地質調查局與中科院廣州能源研究所合作創新研制的國內最長的4200米重力熱管采熱試驗裝置。在雄安新區為期3個月的現場采熱試驗顯示，單井短時采熱功率可達1.3兆瓦，平均采熱功率800千瓦，長期穩定運行可支撐供暖面積超2萬平方米。這一技術突破也是我國科技工作者對世界地熱資源開采事業的一大貢獻。
重力熱管技術示意圖 圖片來源：作者自制
干熱巖開采的隱患，怎么解決？
有人擔憂干熱巖開采可能引發的問題。一是誘發地震，如前文提到的韓國地震。不過，事實上這里的地震問題主要是水力壓裂導致的，其他使用水力壓裂技術的工作比如頁巖氣開采等也可能引發類似的問題。而已有研究指出水力壓裂對3級以上地震活動影響有限，同時水力壓裂誘發的微地震可能有助于釋放累積的地應力或能量，降低大震風險。此外還有學者認為水力壓裂導致的地震是可以控制的。
二是影響地球壽命。地熱資源是地球自身熱量的一部分，我們自作主張拿走了地熱資源，有人擔心會是殺雞取卵。應該說地球內部的龐大熱量確實是地球還“活著”的象征，它是地球上多種地質活動比如火山和地震的動力來源，等哪一天它消耗用盡后，地球就可能會冷卻成月球那樣，變成沒有生機與活力的荒原。但大家對此其實不用太擔心，因為人類獲取的這一點熱量相對于整個地球而言實在是九牛一毛。而且即便人類不拿走，地球也要通過火山或地震來釋放自己的旺盛精力。
三是耗水量大，且影響生態環境。在EGS 儲層改造過程中，通常需要耗費數萬立方米的水資源，如前文提到的Soultz項目壓裂液用量就超過10萬立方米。而我國干熱巖資源主要分布在青海、西藏等水資源缺乏及生態脆弱的干旱地區，水力壓裂帶來的水資源浪費和生態破壞等問題不能忽視。對此有學者提出了用超臨界CO2充當壓裂液的方法，一來節約水資源，二來助力碳中和。目前是研究熱點，希望可以早日大規模應用于實踐。
結語
總的來說，雖然很多國家都制定了開采干熱巖資源的宏偉計劃，但各國普遍還處于小規模的試驗探索階段。中國地質科學院研究員王貴玲直言：“（干熱巖開采技術）50年的時間沒有特別明顯的進展”。而中國因為起步較晚，技術積累方面相對更加薄弱。
但毋庸置疑的是，干熱巖是極富潛力的未來能源，儲量巨大，且綠色無污染，一旦在開采技術上實現了重大突破，就能很好地造福人類社會。
參考文獻:
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作者：肖易東 中國科學院地質與地球物理研究所
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六問讀懂“人工增雨”：為啥不是“人工...
作者：劉丹?張娟 張格苗發布時間：2022-09-13一起來盤一盤人工增雨這件事兒
7月以來，我國南方多地遭遇持續性高溫少雨天氣，部分地區出現干旱甚至特旱。連日來，全國多地氣象部門抓住有利天氣時機，積極開展人工增雨作業。
（圖片來源：國家氣候中心）
有網友問：“高溫這么長時間，為何不能一直增雨降溫？”“人工增雨播撒催化劑對環境有沒有影響？”今天，我們以6個小問題引入，一起來盤一盤人工增雨這件事兒。
一問：什么是人工增雨？為啥不是“人工降雨”？
在了解人工增雨之前，我們首先需要知道——雨從何處來？
雨，是從云中降落的水滴，陸地和海洋表面的水蒸發成水蒸氣，水蒸氣上升到一定高度后遇冷變成小水滴，這些小水滴便組成了云，它們在云里互相碰撞合并成大水滴，當它大到空氣托不住的時候就從云中落下來，形成了雨。
因此，要形成降雨，必須滿足三個條件，云中水汽充沛、上升氣流運動以及足夠多的凝結核或冰核。
（圖片來源：中國氣象報社）
人工影響天氣（人工增雨是其中一種）是指為避免或減輕氣象災害，合理利用氣候資源，在適當天氣條件下，通過科技手段對局部大氣的物理、化學過程進行人工影響，實現增雨（雪）、防雹、消雨、消霧、防霜等目的的活動。
（圖片來源：中國氣象報社）
人工增雨不等于人工降雨，催化劑的作用就像是“鹵水點豆腐”，但前提是有“鹵水”才能點出豆腐來，也就是天氣已經滿足了降雨的基本條件（水汽充沛、上升氣流運動），人工增雨才能發揮作用。
二問：人工增雨怎么“增”？
自古以來，人們就幻想能夠控制天氣。中國清代的《廣陽雜記》就載有：“夏五、六月間，常有暴風起，黃云自山來，必有冰雹，土人見黃云起，則鳴金鼓，以槍炮向之施放，即散去?！币馑际窍奶?，常有暴風雨，古人見黃色的云氣滾滾而來時就鳴鼓并用土炮向天空射去，使黃色的云氣散開以此達到防雹的效果。這是中國古代用土炮防雹的生動描述。
可以看到，我國勞動人民很早以前就有了想人為干預天氣的想法和實踐，但是由于當時科學技術的落后，這些實踐以失敗告終。
現在，我們人工增雨的方式主要是通過向云中撒播催化劑來增加凝結核，比如鹽粉、干冰或碘化銀等，也可利用聲波、飛秒激光、帶電粒子等手段，來促進水氣凝結、云滴碰并增長等云雨轉化過程，形成降水落到地面。
為應對高溫干旱天氣，湖北宜昌市氣象部門搶抓有利時機，開展人工增雨作業
（文/圖來源：唐巧珍、冷鵬飛、王罡）
三問：“催化劑”如何送往云端？
如何將催化劑送到云中？這就要看人工影響天氣作業中的那些“爆款”裝備了！增雨作業方式上，常規的是通過飛機、高炮、火箭、地面燃燒爐等向云中播撒催化劑。
用地面燃燒爐：一般而言，地面燃燒爐主要用于交通不便的山區或是較難申請作業空域的地區，作業人員通過燃燒含催化劑的焰條，將人工冰核送入云中。
地面燃燒爐裝置
用飛機：飛機作業可以根據不同的云層條件和需要，攜帶催化劑及其播撒裝置或掛載飛機焰彈發射系統等，在合適的云層位置進行增雨作業。此外，飛機上還可以裝載探測儀器進行云微結構的觀測和催化前后云宏、微觀狀態變化的追蹤監測。飛機作業機動性強， 催化作業面積大，增雨效果好。
正在作業中的人影（人工影響天氣）飛機
用高炮/火箭：高炮和火箭相對于飛機機動性較差，適合于在固定目標區（如為水庫增水）作業，特別是對飛機飛行安全有威脅的對流云進行催化作業。
人影高炮
一般情況下，當催化劑成功送達15分鐘至20分鐘后，降雨的效果便很顯而易見了。
在我國，實施人工影響天氣活動，必須嚴格遵守相關法律、法規及規范，遵守嚴格的人工影響天氣作業標準。人工增雨用飛機、火箭和高炮等在增雨作業前，必須先申請作業空域，并嚴格在批準的空域時間內發射人工增雨專用火箭彈、炮彈，以確保作業安全。
（圖片來源：中國氣象報社）
四問：人工增雨要看“云”施策？
說到這個問題，就要提到一個概念，原來高空的云居然還有“冷暖”之分。由于冷云（云內溫度在0℃以下）和暖云（云內溫度在0℃以上）的降水機制不同，對不同“冷暖”的云進行人工增雨，使用的催化劑也是不同的。
對冷云的人工增雨，傳統方式通常是播撒碘化銀、干冰等成冰劑或制冷劑，增加云中冰晶濃度，以彌補云中冰核的不足，達到降雨或增加雨強的目的。
（圖片來源：中國氣象局氣象宣傳與科普中心）
對暖云的人工增雨，則通常是向云中播撒鹽粉等吸濕劑，使云中迅速形成一批大云滴，它們能通過碰并過程迅速長大成雨滴，“過度肥胖”的它們“體重”暴增，上升氣流給的支撐終于抵不住重力的作用，只好掉了下來，形成了降雨。
（圖片來源：中國氣象局氣象宣傳與科普中心）
五問：高溫天，為何不能一直增雨降溫？
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潛力。人工增雨的云需要滿足三個條件，云層厚度要大于2公里；云中要水汽充沛；有上升氣流區。一般來說，晴天的積云和層積云不易產生降水，而積雨云（冰水共存的混合云）則比較有利于云滴增長為雨滴。
因此，前段時間持續高溫，重慶等多地連日“晴空萬里，沒有一絲云彩”，自然是不滿足人工增雨條件的。
8月25日，中國氣象局人工影響天氣中心聯合四川省氣象局，調用兩架大型無人機組織實施人工增雨作業，作業面積達6000平方公里
（圖片來源：央視新聞）
六問：人工增雨作業會污染大氣嗎？是否會帶來氣候連鎖反應？
其實，人工影響天氣作業采用的催化劑主要是干冰（固體二氧化碳）、液氮、碘化銀等，這些催化劑具有很高的成冰能力，每次作業只需要少量。
以常用的冷云催化劑來說，干冰、液氮汽化后成為二氧化碳和氮氣——都是空氣的主要組成部分，因此它們都是“生態安全催化劑”，當然不會污染環境。
另外，長期監測發現，飛機人工影響天氣作業和火箭人工影響天氣作業等使用的碘化銀用量非常小，作業區域水體和土壤中積累的銀離子濃度遠低于世界衛生組織規定的濃度。
所以，正確使用人工影響天氣催化劑不會造成環境污染。
那么，人工干預是否會帶來氣候連鎖反應？
其實，地球水循環系統是周而復始的。而空中云水資源主要分布在對流層大氣中。
地球水文循環示意圖。
?。▓D片來源：世界氣象組織）
按照空中云水資源形成的條件和過程來看，它是一種可再生資源，且人工影響天氣作業常常是幾十公里的中小尺度，不會影響到整個氣候系統。
專家顧問：中國氣象局人工影響天氣中心二級研究員 姚展予
圖片來源：除已標明外，其它圖片由孫楠、李根攝影，青海氣象局提供
審核：段昊書 葉海英
出品：科普中國
作者：劉丹 張娟 張格苗（中國氣象報社）
監制：中國科普博覽
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發炎發炎，扁桃體到底能不能割掉？
作者：EVEE發布時間：2022-09-07扁桃體它，除了經常發炎還能干嘛？？
咕嘟。啊，好疼！
扁桃體發炎起來真是要命，咽個口水都這么疼。這樣的場景相信不少朋友在日常生活中都遇到過，有些人甚至還生起過把扁桃體割掉的想法。
扁桃體發炎真難受 圖片來源：everydayhealth.com
那么，問題就來了，經常發炎的扁桃體有什么作用？把扁桃體割了對身體有影響嗎？
兒時的免疫屏障，長大后已不再那么重要
想要回答這些問題，咱們就要先了解一下，什么是扁桃體。
在人們消化道和呼吸道的交匯處，通俗點說就是舌根附近的位置，有著好幾團淋巴組織團塊，就像此起彼伏的粉紅色山包，這就是我們常說的扁桃體。
大家平時照鏡子容易觀察到的其實是腭扁桃體(palatine tonsil)，腭扁桃體有一對，它們對稱分布在咽部的兩側，這也是大家通常所說的“扁桃體”。除此之外，咱們還有咽扁桃體（pharyngeal tonsils）、舌扁桃體(lingual tonsils)和咽鼓管扁桃體(tubal tonsils)，咽扁桃體靠近鼻子和耳朵，舌扁桃體則位于舌根處，它們和腭扁桃體以及其他一些淋巴組織一起構成了咽淋巴環。
咽淋巴環 圖片來源：uptodate.com
看到這，大家也猜到了扁桃體的作用，作為淋巴組織，扁桃體發揮著重要的免疫作用。長期以來，人們都認為扁桃體是抵御病原體進入人體的第一道免疫防線。咽淋巴環就像一個安檢門，無論是我們呼吸的空氣，還是吃進的食物，都要經過這道安檢門，通過免疫細胞的檢查，才會進入人體。
在我們還小的時候，這樣一道防線和屏障十分重要，因為這時我們身體的免疫系統還沒有完全建立，在不斷成長接觸這個陌生世界的過程中，扁桃體就是守護我們長大的免疫衛士。但隨著咱們身體免疫系統功能的完善，扁桃體起到的免疫作用就變得不再起眼，對于成年人來說，扁桃體并不是不可或缺的。
事實上，扁桃體自己可能也“意識”到了這一點，在我們最需要它們的時候，扁桃體的淋巴結會增生讓扁桃體更發達以更好地行使免疫功能。在正常情況下，扁桃體發達的程度一般不足以引起扁桃體過度肥大，并且隨著我們年齡的增大，扁桃體的作用變得不再重要后，扁桃體就會開始萎縮變小。
當然，凡事都有例外，在一些時候，這些“免疫衛士”也會讓我們感到困擾，以至于生出想要徹底“擺脫”它們的念頭。
啊，扁桃體又發炎了，好想割掉
雖然在我們成年以后，扁桃體的用處已然不大，但它們還是會經常出來刷一刷存在感，時不時發個炎讓大家記住自己的存在。
大家一起來唱一句：啊~扁桃體發炎是會呼吸的痛~
健康的扁桃體和發炎的扁桃體 圖片來源：rh.gatech.edu
其實，扁桃體他也不是故意的，前面咱們也提到了，扁桃體“地貌復雜”，這樣的構造確實有好處。大家可以類比小腸，“千溝萬壑”可以增大小腸的內表面積，以此來增加對養分的吸收效率。對于扁桃體而言，也是如此，復雜的結構可以部署更多的免疫細胞，提高排查病原體的效率。但與此同時，這些丘壑也容易藏污納垢，造成不良影響。舉個例子，遺留的食物殘渣就可能讓細菌滋生，形成扁桃體結石。扁桃體結石的味道別提有多么“酸爽”！
扁桃體結石 圖片來源：livescience.com
如果再嚴重一些，當我們因為過度疲勞等原因，身體免疫力下降時，藏污納垢的扁桃體還會因為細菌感染等原因導致發炎，讓大家飽受煎熬。
這時候，切除扁桃體就成為了一些人的無奈之舉，畢竟用處不大，就像雞肋一樣，不如割了一了百了。在網上搜索相關內容，我們就會發現一些成年人，甚至是小孩，因為苦于頻繁發作的扁桃體發炎，選擇了一勞永逸的做法。
但總的來說，扁桃體能不切還是不要隨便切，對于兒童來說，扁桃體是一道重要的免疫屏障；對于成人來說，扁桃體雖然對于病原體的“武力值”很低，但是還是能起到一定的預警作用，讓免疫系統知道有病原體入侵了。
那么，什么時候才應該考慮扁桃體的切除呢？
一個主要的考慮指標就是每年扁桃體發炎的次數。在一年內頻繁發作超過7次以上的，或者連續三年，每年都要發炎個3-4次以上的朋友們就要去問問醫生，需不需要割掉扁桃體了。
另一個重要的指標則是扁桃體是不是過度肥大，以至于影響到正常的呼吸、睡眠和飲食。大家可能不能腦補這個場景，其實，扁桃體肥大起來，也是十分恐怖的。大家看看下面這位扁桃體肥大的患者，這么大的扁桃體，基本上把咽部都堵住了，這該有多影響生活啊。
扁桃體過度肥大 圖片來源：參考文獻
但說歸說，大家自己有一個基本的判斷后，還是應該到醫院去看看，畢竟每個人的情況都不一樣，謹遵醫囑才是最靠譜的選項。
“殘余器官”也很重要
不過，大家有沒有思考過這樣一個問題：扁桃體真的是人類演化過程中的“殘余器官”嗎？
其實不僅是扁桃體切除術，當前有許多手術都涉及切除一些身體“多余”的部位，比如闌尾、膽囊，甚至子宮(在生育年齡以后)。我們有著許多正當的理由去進行這些切除手術，并且許多患者在切除這些器官后，依舊可以過得很好。
但我們也聽過這樣一句話：存在很多時候就意味著合理，這些過去在人們眼中看似多余的器官，其實并非毫無用處。
前面我們已經提到，扁桃體在我們兒時具有很重要的免疫作用，最近的一項研究表明，扁桃體的影響或許不僅限于此?？茖W家們對一百二十萬名切除或保留了扁桃體的丹麥兒童進行了10-30年的隨訪調查，發現5%在9歲之前切除了扁桃體的兒童患呼吸道疾病的概率是一般人的2-3倍，同時，這些沒有扁桃體的孩子們也更容易過敏和患上哮喘等疾病。或許扁桃體在我們小時候發揮免疫作用以外，對免疫系統還有持久性的影響。
闌尾和扁桃體類似，也有著人們意想不到的作用。2007年的一項研究指出，當腸道菌群失調時，闌尾作為益生菌的安全屋，可以對腸道的菌群進行補充。四年后的另外一項研究支持了這一說法，切除了闌尾的患者感染梭狀芽胞桿菌的概率是普通人的兩倍多，因為腸道缺乏有益菌來對抗有害細菌的快速繁殖。
看來，割或不割，才不是挨一刀那么簡單??！
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作者單位：北京大學生命科學學院
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北極沒有企鵝嗎?其實曾經是有的
作者：EVEE發布時間：2022-08-11北極熊吃沒吃過企鵝，這是一個問題
為什么北極熊不吃企鵝？這個腦筋急轉彎大家肯定不陌生，答案也不復雜，北極沒有企鵝，同樣的，南極也沒有北極熊。
北極熊和企鵝 圖片來源：pbs.org
這個答案總得來說并沒有什么問題，但大家可能不知道，南極的企鵝曾隨著冒險者到訪過北極。不僅如此，在100多年前，北極還存在著一種和企鵝長得很像的海鳥，也被人們稱作“北極的企鵝”。
隨著海王星號來到北極的旅客
在上個世紀30年代，一位叫做拉爾斯·克里斯滕森的探險家來到南極洲，在這里，他見到了世界上最大的企鵝—帝企鵝。值得一提的是，這位老哥不僅具有冒險精神，還精通炒作，很有經濟頭腦。在看到這些在冰上一腳深一腳淺踱步的企鵝之后，克里斯滕森馬上意識到，賺錢的機會來了。
海王星號 圖片來源：discover.hubpages.com
在返航的時候，他在海王星號里藏了9只帝企鵝，將它們帶到了挪威北部寒冷的羅弗敦群島。至于為什么選擇羅弗敦群島，原因也很簡單，北極熊、北極狐等掠食者無法到達這些島嶼，在上面飼養企鵝總體上比較安全。不得不說，這些帝企鵝在這里度過了一段還算安逸的時光，人們在島上制作了圍欄，在企鵝筑巢期間，當局還發布了通告，不允許人們上島。
當局禁止人們上島的通告 圖片來源：nrk.no
事實上，克里斯滕森確實獲得了成功，由于媒體的廣泛報道，這些“南極來客”受到了人們的廣泛關注，給他帶來了不菲的收入。
嘗到甜頭的克里斯滕森決定再做一筆更大的買賣，在1938年，也就是初次引進企鵝的兩年后，他再次從南半球引進了60只企鵝。為了保持人們對企鵝的新鮮感，這次他選擇了另外兩種企鵝，馬可羅尼企鵝和巴布亞企鵝。
當地媒體對于引進帝企鵝的報道 圖片來源：nrk.no
這些企鵝最初時還是被圈養在圍欄中，但是隨著人們對企鵝熱情的消退，克里斯滕森覺得自己無利可圖，企鵝們吃的比讓自己掙的還多，這讓他坐不住了。
養不起還能咋樣，都放了唄，這些從南方遠道而來的旅客們自由了。盡管挪威的氣候和它們家鄉的一樣寒冷，但這些不會飛的海鳥卻在被放歸野外后遭遇了悲慘的命運。
一個小男孩在飼養企鵝 圖片來源：nrk.no
南極和北極雖然都是冰天雪地，但截然不同的地理環境決定了它們擁有完全不同的生態系統，南極洲是被海洋包圍的陸地，相反，北極則是被陸地包圍的海洋。在南極洲，企鵝只要不下水，幾乎就沒有任何天敵，只有在水下，它們才可能被海豹和虎鯨獵殺。
事實上，在南極洲之外的其他企鵝的分布區，陸地上同樣沒有強大的捕食者。習慣了安逸環境的企鵝突然來到北極，當然就是羊入虎口了，至少，北極熊們不會對這些行動緩慢的美味們視而不見。
南極和北極 圖片來源：NASA
根據報道，在1954年，人們最后一次目擊了這批被放生的企鵝，企鵝短暫的北極之旅就此落下帷幕，就像110年前，最后一只大海雀的消失一樣，令人嘆息。
北極“企鵝”的消亡18世紀，在蘇格蘭海岸附近的一個小島，玄武巖組成的峭壁在陽光下閃閃發光，冰冷的海水不住地拍擊著。在海浪里漂浮著一種黑白相間的大鳥，它們正在等待合適的時機登陸，盡管它們長著翅膀，但卻不能依靠翅膀飛翔，這些大鳥被稱為大海雀。倘若它們到今天還沒有滅絕，肯定會有人把它們當做北極的“企鵝”。
蘇格蘭的Stac an Armin，大海雀曾經的棲息地 圖片來源：zmescience.com
最后一只大海雀于1844年被三名漁民殺死，它的尸體被漁民們賣給了博物館，對于一種不會飛翔，被人類大肆獵殺而走向滅絕的海鳥而言，這似乎是一個悲慘但又恰如其分的結局。
在大約500萬年前，大海雀就已經在北極的“土地”上漫游，這遠早于古代人類出現的時間。大海雀的身高大約為75-80厘米，體重可以達到5千克，背部為黑色，腹部則是白色，它們的外表和行為和企鵝十分相似，但二者之間并不存在親緣關系。
大海雀的標本 圖片來源：zmescience.com
由于大海雀滅絕的時間過早，現代科學家們從未在野外真正觀察過大海雀的行為和生活，不過基于對其親戚刀嘴海雀的研究，科學家們對這種不會飛的海鳥的行為也有了一定的了解。大海雀的天敵可能是逆戟鯨、北極熊或者白尾鷹，但這些天敵幾乎沒有一個會到大海雀生活的島嶼上。
當然，這也不是絕對的，16 世紀到 19 世紀的小冰河時代。冰川活動劇烈，擴張的冰川使得北極熊更容易接近大海雀，這讓大海雀的種群數量出現了一定的下降，但大海雀的適應力讓它們挺了過來，直到人類進入了它們的領地，才宣告了這一物種的悲慘命運。
島嶼上遍布的大海雀 圖片來源：zmescience.com
考古和歷史記錄表明，人類狩獵大海雀的歷史十分悠久。在史前時期，北美的貝奧圖克人、格陵蘭的因紐特人，甚至是尼安德特人都獵殺過大海雀；公元16世紀，歐洲的海員們在紐芬蘭的漁場開始了對大海雀的密集狩獵；在18世紀末期，大海雀羽毛的貿易使得狩獵行為進一步加劇，而大海雀的稀缺進一步激發了私人和博物館的收藏欲望。
終于，大海雀迎來了滅絕。
毫無疑問，人類的狩獵是大海雀滅絕的重要原因，但也有人認為大海雀的數量可能由于環境變化而開始下降。不過，最近的一項關于大海雀的研究表明，即便不存在環境變化的影響，人類的狩獵已經足以讓這種大鳥走向滅亡。
無需甩鍋，人類就是兇手
在2019年一項發表在期刊《eLife》上的研究中，科學家們通過整合遺傳數據和洋流數據，以及歷史上對于大海雀的狩獵記錄，研究了人類狩獵對于大海雀滅絕的影響。具體而言，研究人員在大海雀分布范圍內收集了它們的遺骸，從中提取出DNA對線粒體基因組進行測序，推測了這一物種的歷史種群動態，并在其曾經的分布區內投放配備有GPS的漂流倉，以推測大海雀的潛在遷移路線。
推測的大海雀可能的遷移路線 圖片來源：參考文獻
倘若環境變化會對大海雀的生存產生很大的影響，那么其遺傳信息中就會有所體現。事實上，科學家們發現大海雀在更新世時(距今4萬多年前)經歷過種群的減少，但隨后大海雀的種群恢復了過來，在此之后其有效種群大小就沒有經歷過明顯的下降，這意味著環境對其滅絕的影響微乎其微。
進一步，科學家們估計了狩獵對于大海雀滅絕的可能影響。結果表明，只要每年狩獵21萬只大海雀和撿走不到2萬6千個大海雀的卵就可以導致大海雀在350年里徹底消失。而人類對于大海雀的狩獵強度可能遠遠超過21萬只每年。根據史料記載，在芬克島海岸附近的一次捕獵活動中，有1000只大海雀在半個小時內被兩艘漁船捕獲并殺死。
長期以來，人類和環境變化在導致物種滅絕中的作用一直存在爭議，但毫無疑問，人類對于大海雀的滅絕有著不可推卸的責任，甩鍋給環境顯然是一種極不負責的行為。
一位叫做亞倫·托馬斯的英國皇家海軍水兵曾寫下這樣的句子：
“如果你為了它們的羽毛而來，你不必去費心殺死它們，只需要將那根最好的羽毛摘下來，然后讓這些可憐的‘企鵝’們隨波逐流?！?/span>
鳥兒長著羽毛，有什么錯嗎？
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作者單位：北京大學生命科學學院 -
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激光雷達，揭開土地上的“神秘面紗”
作者：海里的咸魚發布時間：2022-07-12亞馬遜河流域森林中，古代城市遺跡的面貌，是怎么被“看到”的？
人類在地球上渺小而又頑強地繁衍著，在這廣袤的大地上，我們的祖先是如何生活的呢？他們種植糧食、搭建房屋、組成部落、建立城市，留下了存在過的痕跡。通過對古跡的勘探，我們能夠推測古人的生活方式、社會文化以及技術發展水平。不過，歷經千百年的時光，尋找古人留下的遺跡可不是一件容易的事情。
因為滄海桑田，原本的建筑可能已經被深埋在地底下，不論是廣袤的植被還是茂密的森林，它們都能輕易阻擋我們對地下世界的探索。不過，激光雷達技術的出現卻能幫助我們揭開土地上的“面紗”，讓我們看見大地最原始的“面貌”。
激光雷達，勘探遺跡的利器
20世紀初，英國探險家珀西·福斯特（Percy Fawceet）多次深入亞馬遜地區，尋找曾經存在于那片土地上的古文明，卻在尋找遺跡的行動中，永遠迷失在亞馬遜的密林中。于是，亞馬遜地區的歷史遺跡就同那一支探險隊一起從人們的視野中消失了。
不過，最近《自然》雜志上刊登了一篇論文，科學家們利用激光雷達，終于得到了亞馬遜河流域森林中，古代城市遺跡的面貌圖。讓我們先看看遺跡長什么樣：
圖片來源：參考文獻1
圖中顯示的這些建筑是由卡薩拉貝社區于公元500-1400年間建造的，是以前的房屋、梯田、圍墻等人造事物的痕跡。這張圖片是直升機搭載激光雷達在森林上空進行勘探并經過后期圖像處理得到的。
不過也許你會發現，這張圖似乎和平時的航拍圖片有些不一樣，其實最大的區別就在于——樹林不見了。
左：航拍相機獲取的森林圖片
右：同一地點激光雷達探測得到的圖片
圖片來源：參考文獻1
沒有了樹林的遮蔽，古建筑遺存下的痕跡變得一覽無余?？脊殴ぷ饕簿妥兊庙樌嗔?，想想激光雷達出現之前，為了勘探森林中的遺跡，還要先學會野外生存，實地考察時還要在熱帶森林里上躥下跳（考古學家：我太難了）。
現在有了激光雷達，考古學家們就可以避開樹木的干擾，更清晰的觀察古建筑遺址了。那么，排除樹木干擾的地形圖是怎樣繪制出來的呢？
主動成像，照亮幽暗角落
茂密的森林，樹葉遮擋了大部分的陽光，很少有陽光能夠照射到樹林下的地面，從天上觀察的時候，普通的相機幾乎沒辦法獲得地面的影像，葉子的縫隙處多是黑漆漆的陰影。
相機是一種被動的成像裝備，相機接收外界事物發出或者反射的光線后，才能形成照片；激光雷達則是主動的探測器，它自己會發出激光去探測外界的形貌。
對于森林這種復雜形貌，依然有不少激光光線能夠到達樹林下的地面，激光雷達探測得到的點云數據會被送入計算機，計算機識別哪些數據點是森林的，哪些是地面的，接著濾除森林的點云數據，剩下的就是地面的形貌數據啦。
激光雷達獲得的原始點云數據
圖片來源：answers.usgs.gov
計算機對點云進行分類（黑色點為植被的數據點，彩色點為地表的數據點）
圖片來源：參考文獻2
濾除植被點云后獲得的地形表面裸土圖像，又稱為數字高程模型（DEM）
圖片來源：answers.usgs.gov
激光雷達在地形繪制方面的“超能力”，讓全世界的考古學家都喜歡上了它。2016年，pacaunam計劃對位于危地馬拉的瑪雅生物圈保護區進行了大規模的激光雷達調查，調查發現了六萬余座古建筑，一百多公里的堤道，這一結果表明該區域存在過由數百萬人口構成的瑪雅文明。
良渚古城的勘測考察工作也用到了這項技術，激光雷達掃描良渚古城遺址，濾除地面的植被后，古城的水利設施，外郭等結構都顯現了出來。
不僅能發現過去，還能預警未來
除了利用激光雷達探測遺跡，激光雷達對地形地貌的清晰呈現也讓它在預防山體滑坡中發揮了作用。
山體滑坡是常見的地質災害之一，每年都有人因為山體滑坡損失財產甚至失去生命。了解山體滑坡的產生機制，觀察山體滑坡的發生前兆，建立相應的滑坡預測系統，是減輕山體滑坡危害的重要手段。
利用激光雷達測繪得到的高精度數字高程模型（HRDEM）是幫助地質學家分析山體滑坡機理，建立預警模型的得力幫手。
研究山體滑坡，需要大量的滑坡數據作為研究素材?？茖W家們利用遙感衛星、激光雷達、航空相機等觀測手段建立了滑坡清單地圖。
地圖標示出了各個地區以往滑坡的位置，滑坡的形貌，還包含該地區的降雨、土壤類型，地震震動程度等信息。利用滑坡清單地圖，人們可以計算各區發生滑坡的可能性。
基于激光雷達測繪得到的滑坡清單地圖，不同顏色的區域代表不同類型的山體滑坡右下角小地圖中的紅色色塊代表深層滑坡，藍色色塊代表淺層滑坡。
圖片來源：參考文獻3
山體滑坡發生之前，滑坡底部會形成一定高度的隆起，坡面會產生裂紋。由于植被的覆蓋，沒辦法憑肉眼或攝像機觀測這些征兆，但借助激光雷達就可以很好的解決這個問題。
在山體滑坡高發的地方部署搭載激光雷達的無人機群，對坡面的表面形貌進行不間斷的掃描觀測，觀測數據將有效提高我們預測山體滑坡的能力與準確性。
想要探尋某塊土地過去發生的活動遺跡不是一件簡單的事情，隨著時間的流逝，不論是人類活動還是地殼變化留下的痕跡都會逐漸被大自然淹沒。但是，激光雷達卻給了我們重新認識“過去”的機會，讓我們從“過去”的遺跡中尋找到對未來的啟發。
參考文獻：
[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：科普中國
作者：海里的咸魚
監制：中國科普博覽
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微笑有益于身心健康，那假笑呢？
作者：鴨哥科普發布時間：2022-07-06假笑與真笑有何區別？假笑能迷惑大腦，產生積極效應嗎？
當我們看一個人笑得開心，我們會說他“笑得像個不經世事的孩子”，并不是說孩子沒有煩惱，而是這種發自內心的笑容往往讓人覺得溫暖、純凈。
這種由愉悅情緒導致的自然微笑益處多多，既能調整自身心態傳遞友善，還能向別人展現自己的自信，散發魅力迷倒眾人。
（動圖）圖片來源：GIPHY官網
只不過除了真實的笑容，我們也經?？吹健捌ばθ獠恍Α钡募傩Α热缟险n遲到面對老師嚴厲的目光你臉上緩緩擠出的尷尬一笑。與真實的笑容相比，假笑并非發自內心愉悅，表情也顯得刻意虛偽。
（動圖）圖片來源：GIPHY官網
那假笑與真笑有何區別？假笑能迷惑大腦，產生積極效應嗎？還是說因為假笑太過刻意，會帶來不良的生理反應？
真正的微笑=杜興微笑
要了解假笑，首先我們要知道何為真笑。通過臉部42塊肌肉的不同組合、收縮和扭曲，我們呈現給世界的面孔在不斷變化。人類可以產生數千種不同的面部表情——其中包括19種不同類型的微笑。
然而，根據美國心理學家保羅·艾克曼（Paul Ekman）的研究，其中只有一個是“真正的”微笑，即“杜興微笑”（Duchenne Smile）。
杜興微笑 圖片來源：wikipedia- Eric McGregor
杜興微笑由法國解剖學家杜興于1862年發現，但直到上世紀五六十年代才得到重視。
杜興通過研究發現，“真正的”微笑主要有兩塊臉部肌肉參與，即連著嘴角的顴[quán]大肌和眼眶周圍的眼輪匝肌。前者收縮能讓嘴角上提，后者能牽動蘋果肌向上運動，且讓眼睛顯得更彎，與此同時，有些人的眼角會出現笑紋，或者臥蠶更加明顯。
你暴露了，你在假笑
相比之下，假笑就顯得“稍許平靜”。假笑的唇角運動與真笑相同，但不涉及眼睛周圍肌肉引起的變化。如果把假笑時的臉部下方遮擋起來，你就會發現，假笑的眼神暗淡無光，眉毛不會弓起來。
杜興微笑（左）與非杜興微笑（右） 圖片來源：參考文獻[3]
杜興在曾經的研究中證實了這一點。他用電擊刺激實驗對象的顴大肌，如下圖左側所示，這讓被試者嘴角抽動，但眼部的神情令人感覺怪異；接下來他跟被試者說了一些高興的事情，讓他自發地笑了出來，右圖就是被試者發自內心的笑容。
同樣一位被試者，右圖的笑容明顯讓人感覺更加自然、更加快樂，笑得就像和你收到期末考試取消或者假期延長十天的消息時一樣燦爛。所以，真正的微笑會讓眼輪匝肌運動，這會導致眼睛微微閉合。
假笑（左）與真笑（右） 圖片來源：G.-B. Duchenne de Boulogn
真笑vs假笑:你真能分辨嗎？
有了上述知識，那么是否可以斷言，只要眼部沒有任何閉合，就一定是假笑？其實不然，如果故意做出一個夸張的笑容，同樣會帶動眼角閉合；而真實的微笑如果僅僅淺笑，也不會讓眼孔變窄。
所以，要想分辨對面的人到底是真笑假笑，還得尋找更微妙的細節，比如輕微降低的眉毛、眉毛之間的皮膚和上眼瞼的狀態等等。
圖片來源：參考文獻[4]
你可能會問，如果有人能主動控制這些面部肌肉，豈不是完全分辨不出真笑還是假笑了？理論上沒錯，但是根據艾克曼的研究，基本沒有人能主動收縮眼輪匝肌(Orbicularis oculi)，它是難以主動收縮的肌肉中的一部分。
人體面部肌肉及眼輪匝?。∣rbicularis oculi）位置 圖片來源： openstax.org
眼輪匝肌由兩部分構成：內圈用來緊繃眼瞼和眼瞼下的皮膚，外圈則環繞眼窩，可以使眉毛和眉毛下的皮膚下拉且使眼睛下的皮膚上抬，并提高臉頰。
嚴格來講，使眼瞼繃緊的內圈肌肉是每個人都可以控制的，缺少了這個動作我們并不能揭穿假笑，但外圈的眼輪匝肌則很難控制。
長久以來，人們認為能在照片中露出“杜興微笑”是一種天賦，假笑也笑得好看也許是一種因人而異的技能。但是這幾年的研究似乎反駁了這一觀點：只要加以練習，就算是假笑，你也可以笑得好看笑得真誠（至少看起來是這樣）。
在這項模擬杜興微笑的研究中，即使參與者聽到了不那么高興的消息，也還是有24%的人能夠露出“杜興微笑”（發自內心露出杜興微笑的比例是31%）。并且，當研究者讓這些人模仿杜興微笑的時候，有71%的人都成功了。
此外，許多演技優秀的演員在笑起來的時候好像真的會感到快樂，他們可能是極少數可以控制外圈眼輪匝肌的人，當然，也可能是回想引發了包含愉悅情緒的記憶，從而產生出真實的表情。
假笑可以，但不要“貪杯”哦
眾所周知，“笑一笑，十年少”，保持笑容對健康有益。當我們大笑時，我們的面部肌肉會做出反應，帶動我們的神經產生相應的激素、引發一連串消除壓力的反應。那么當我們假笑時，是否也會有同樣的效果呢？
答案是肯定的。雖然發自內心的笑容具有最強的影響功效，但有證據表明，即使是假笑，也有相似的效果。根據荷蘭代爾夫特理工大學的研究，假笑通過一種稱為面部反饋假設效應（FFH, Facial Feedback Hypothesis）來實現這一點：人為地表現某種面部表情，能導致與其相應的情緒體驗的產生或增強。
圖片來源：Veer圖庫
假笑能減壓，也能帶來“以假亂真”的生理效果，但長期假笑不利于身心健康。為了工作需要或是社交需要，很多人不得不長期假笑，一直維持營業性的“標準笑容”。
長期以往，這種職業式微笑壓抑了人的真實感情，反而會讓“微笑”成為一種負擔，久而久之甚至有發展為抑郁的可能，常常表現為內心深處感到非常焦慮壓抑，但外在表面卻若無其事、面帶微笑。
圖片來源：pixabay
發自內心的笑容讓人感到神清氣爽，猶如春風拂面，但這不代表假笑“一無是處”。假笑既是一種社交禮儀，也能帶來和真笑近似的良性反應。
只不過假笑猶如藥，必要時才可取，經常勉強假笑只會讓自己感到勞累?？傊?，我們沒有必要對假笑帶有負擔，最重要的是，真誠地去笑，做一個“笑得沒心沒肺的人”！
參考資料：
[1]面部表情、行為一致性，教你識別假笑到底假在哪？ http://jysh.people.cn/n1/2019/0918/c404390-31358734.html
[2] Duchenne de Boulogne. https://en.wikipedia.org/wiki/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. https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E4%BF%9D%E7%BD%97%C2%B7%E8%89%BE%E5%85%8B%E6%9B%BC
[6]Smiling with Your Eyes: What Exactly Is a Duchenne Smile? https://www.healthline.com/health/duchenne-smile
[7]Fake Smile or Genuine Smile? The importance of the Duchenne smile. https://www.paulekman.com/blog/fake-smile-or-genuine-smile/
[8]Duchenne Smile, A genuine smile that involves the muscles around the eyes. https://www.newscientist.com/definition/duchenne-smile/
[9]如何分辨假笑？3種科學方式幫你看穿朋友們的演技 https://www.bilibili.com/read/cv1709480/
[10]一拍照就不會笑了？為什么照片里的笑容看起來總像是在被迫營業？https://mp.weixin.qq.com/s/OnH78RZh6e7CZRHc634eJQ
出品：科普中國
作者：鴨哥科普
監制：中國科普博覽
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鍛煉最好選早上還是晚上？
作者：張仁美發布時間：2022-06-15不論早上還是晚上鍛煉，只要你運動就一定會有所收獲！
最近，伴隨著《本草綱目》的歌聲，一股新的運動熱潮正在興起，在達成從床上爬起來運動這個初步目標以后，劉畊宏女孩們開始向更高階的目標前進——實現更高質量的運動。于是有人提出了這樣一個問題：到底是早上運動效果好，還是晚上運動效果好？
圖片來源：veer
這個問題十分復雜，不過，科學界已經做了不少實驗，讓我們一起來看看目前的一些觀點吧！
大鼠實驗：早上運動控血糖，晚上運動減脂肪 近期，一項在大鼠身上開展的研究為“早上運動好還是晚上運動好”的問題提供了全新的討論角度[2]，該論文由多國科學家共同完成，發表在《細胞-代謝》期刊上。
在這項研究中，大鼠們被放在一個旋轉的籠子里奔跑一小時，之后再對它們進行解剖。
研究人員將這些大鼠分成兩組，一組在早上醒來后立即投入運動，另一組則在傍晚入睡前運動。此外，還設置了一個對照組，對照組的大鼠們也在類似的籠子中進行飼養，但旋轉籠子被鎖住了，所以它們不能像之前兩組一樣大量運動。
然后，研究人員從大鼠的血液、肌肉、肝臟、大腦、白色脂肪和棕色脂肪細胞中提取出它們體內的數百種激素和物質，并對其含量逐一檢測。此外，還對大鼠體內的幾個基因表達水平進行了詳細的評估。
結果如何呢？
研究發現，當大鼠進行充分體力鍛煉時，無論鍛煉的時間段具體是在什么時候，它們體內的數百種物質都會同步發生含量變化。肌肉、肝臟和脂肪組織中的無數物質齊聲響應，仿佛是在相互配合。
那難道不同時段運動沒區別嗎？
不是的，在不同的時間段，變化的物質種類及含量確實有所不同。
仔細分析后，研究人員發現，如果大鼠在醒來后立即運動，燃燒碳水化合物的生化過程將被激活。而如果大鼠在入睡前進行鍛煉，被激活的則是一系列與燃燒脂肪相關的體內物質。
雖然我們無法將脂肪代謝和碳水化合物代謝完全區分開來，因為這兩者在哺乳動物體內本來就是一個相輔相成的體系，但從結果來看，更高水平的脂肪代謝有利于體重減輕，更高水平的碳水化合物代謝有利于控制血糖。
如果對應到鍛煉時間，不嚴謹地說，對于大鼠來說，睡醒后運動有利于控制血糖，入睡前運動有利于體重減輕。
圖片來源：參考文獻2
雖然這些結論是在實驗性動物身上獲得的，它們與人類具有不一樣的生理特點，但研究人員認為，在兩者中觀察到的代謝機制是相似的，這也為闡明早晨和晚上不同的運動效果提供了線索。
不過，在真實的人類實驗中，我們無法像針對實驗動物那樣進行如此多指標全系統的分析，并且本次實驗的結論和目前已經有過的類似研究間似乎還存在一些矛盾。
人類實驗：早晚運動減重差異不大 2019年，美國曾經進行過一項有趣的研究[1]。研究人員招募了88名肥胖（BMI25或以上）的志愿者，并將其分為四組，以測試各組每天的運動時間與體重減輕之間的關系。
圖片來源：veer
這四組中，第一組的運動時間被安排在7點到12點間，第二組在下午17點到23點之間，第三組運動時間自由，而第四組則完全不進行運動。
10個月后，研究人員們在四組之間觀察到了明顯的差異。那些在早上鍛煉的人體重減輕最多，而那些在晚上鍛煉的人體重減輕的量相對要少一點。不過兩者之間的差異其實不是很大，約為5%。
還記得我們前面說的在大鼠身上做的研究嗎？這兩項研究的差異，除了研究對象的不同之外，還在于直接關注的身體數據不同。在對大鼠的研究中，關注的不是體重，而是血糖水平和脂肪酸代謝等，并非是實際的體重指標。
不過，這也不難解釋，因為營養素代謝和體重之間的關系比較復雜。例如，超重并不一定意味著你的血糖水平超高。有些人很瘦，但血糖水平非常高，而有些人看上去很胖，血糖水平卻比較低。
因此，各項研究之間結果存在不一致也并不令人驚訝，只能說人體是個超級復雜的系統，我們對自己身體的認識仍需要繼續。
而且，即便是針對體重的研究中，也可以看出早晚鍛煉所能帶來的減重差異其實沒有那么大，所以每個人都應該根據自身的工作和作息情況安排合適的運動時間。
我們到底應該早上鍛煉還是晚上鍛煉？ 根據目前的研究，其實沒必要糾結早上鍛煉還是晚上鍛煉，因為多項證據證明，每天堅持鍛煉是增加健康壽命的良好生活習慣。
說到這里，肯定又有朋友要問，那應該鍛煉多長時間？我們已經對運動的好處進行了大量的研究，常態化的運動應該每周至少三次，最好是五次以上，每次延續大約30分鐘。至于什么類型的運動，也并不重要。
需要補充的是，運動強度應該隨著年齡進行調整，以盡可能地實現運動效果的最大化。
圖片來源：veer
告訴大家一個小秘訣——評價運動強度是否合理的指標，也就是運動過程中我們的脈搏應該大約能夠達到（220-年齡）的0.6倍。
例如，假如老劉今年50歲，那么，220減50等于170,再乘以0.6等于102，也就是說，他運動時，每分鐘脈搏達到102次的話，就達到合理的運動強度了。所以，運動方式的選擇因人而異，對于50歲的老劉來說，散步等過分和緩的運動可能并不是最合理的運動方式。
此外，大家不必刻意追求每次運動的時間，但每周進行運動的次數應該盡可能多，同時要長期保持規律鍛煉。
最后，我們可以看出，不論早上還是晚上鍛煉，只要你運動就一定會有所收獲！所以不要再糾結什么時候鍛煉啦，只管動起來就是！
參考文獻：
[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：科普中國
作者：張仁美
監制：中國科普博覽
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蓮為何出淤泥而不染？
作者：陳瑩婷發布時間：2022-06-22蓮葉的自潔本領確實存在，但用它來解釋“出淤泥而不染”就是牛頭不對馬嘴了
“予獨愛蓮之出淤泥而不染，濯清漣而不妖，中通外直，不蔓不枝，香遠益清，亭亭凈植，可遠觀而不可褻玩焉?！?/span>
經過九年義務教育的我們,如今一提起蓮,腦海里總會條件反射般地跳出北宋文官周敦頤的千古名篇《愛蓮說》。只是,背得那么熟、記了這么久,你有沒有想過蓮之出淤泥而不染的原因呢?
有人會不屑一顧:老生常談啦,多少科普文早已說明,原因是蓮葉具有“自潔(self-cleaning)效應”。
自潔效應,聽起來不明覺厲,可惜,這樣回答的人都答錯了!
微雨過,小荷翻。榴花開欲然。玉盆纖手弄清泉,瓊珠碎卻圓?！K軾《阮郎歸·初夏》 (圖片來源:en.wikipedia.org/wiki/Lotus_effect)
為什么說“答錯了”?
首先,我們花點時間重溫下“蓮葉自潔效應”。
在電子顯微鏡下,會發現蓮葉的上表皮由一個個特殊的表皮細胞組成。細胞的表面布滿了高10~20μm(微米),寬10 ~15μm的突起(參照物:一根亞洲人頭發的直徑是80~120μm),同時被覆著一層疏水的蠟。如此特殊的微米結構使得水滴落在蓮葉上時,會被突起和蠟隔離開表皮細胞,進而滾動形成“玉盆瓊珠”,同時把葉表面的臟東西黏住、帶走,最終實現自潔。
蓮葉表皮的微米結構 (圖片來源:en.wikipedia.org/wiki/Lotus_effect)
蓮葉的自潔本領確實存在,但用它來解釋“出淤泥而不染”就是牛頭不對馬嘴了。稍微分析便能發現這個解釋無法站穩腳跟:假設蓮葉發揮了自潔效應而使蓮免受淤泥污染,那蓮葉剛從水底的淤泥里鉆出來時,是不是應該呈現展開的盾形葉模樣?否則,如何通過葉表面特殊的結構來排水除污呢?
靈魂拷問:你見過在泥土里展開的蓮葉嗎?!
不染淤泥的真相原來這么簡單!
看懂了上述以訛傳訛的邏(科)輯(普)漏(忽)洞(悠),我們再來搞明白,蓮出淤泥而不染的真正秘訣。
其實很簡單,看一張實拍照即可解謎:剛鉆出淤泥的蓮葉長這樣——
(圖片來源:bergenwatergardens.com/how-to-pot-lotus-tubers/ )
發現了嗎?幼葉被芽鱗(片)嚴嚴實實地包裹著,直至鉆出淤泥。這意味著幼葉不管出土還是在土里,都根本接觸不到淤泥!
不僅蓮的葉,蓮的花也差不多如此——在出淤泥之前,花也是被芽鱗包裹的!
小紅箭頭指向部位藏著早期極幼小的花芽,放大后如下圖所示
I 幼葉。剝除了芽鱗之后,位于葉柄基部的花芽早期生長過程
(圖片來源:journals.ashs.org/hortsci/view/journals/hortsci/49/4/article-p516.xml)
既然根本接觸不到,又談何不染?
所以,“出淤泥而不染”和“自潔效應”完全風馬牛不相及。唯一能沾上邊的句子其實是“亭亭凈植”的“凈植”。出泥后不久,花葉就迅速生長壯大,撐開了芽鱗(片)。顯然芽鱗的作用是保護花蕾和幼葉。
這正是:綠荷生微突,滾珠清泥污。穢不染幼葉,何處談自潔?
順帶聊聊蓮的“妖氣”
“出淤泥而不染”和下一句“濯清漣而不妖” 共同組成了在時間和空間上畫面遞進變化的蓮之花葉生長過程.GIF:先出泥,再出水。出泥的姿態剛講過了,那出水的姿態如何呢?也很簡單,還記得那首義務教育必背古詩“小荷才露尖尖角,早有蜻蜓立上頭”嗎?這句詩早已點明答案。
蓮葉伸出水面之前,在水里一直保持如下模樣——像一把鎬頭歪掉的十字鎬。直至出水后接觸陽光,蓮才快速展開葉片,呈現盾形葉之貌(盾形葉是指葉柄的一頭與葉片的中心相聯結,整片葉好像美國隊長自衛的神器“圓盾”)。
剛出水的蓮葉(攝影:@自源)
再次靈魂拷問:這樣內卷的造型,怎么沾染淤泥?
蓮葉慢慢展開(攝影:@自源)
完全展開的成熟的盾形葉(攝影:@自源)
而蓮的花剛出水的姿態是這樣:
蓮蕾出浴(攝影:@自源)
我國古人對蓮的觀察、欣賞和利用可謂巔峰造極。僅從古人給蓮的身體各部位都取了專屬稱呼即能體會一二:
果期膨大的海綿質花托特稱為蓮蓬,蓮子又叫澤芝;葉特稱為荷(hé)或“蕸(xiá)”,立葉之柄叫“茄(jiā)”,柄細長,卻高舉大葉片立于水中,“荷”字由此產生“負荷(hè)”之意;花的昵稱更多,有荷花/華、(水)芙蓉、菡萏(hàn dàn)、水華、水蕓、水芝、澤芝、藕花等等,其中,菡萏表示待放之花蕾,芙蓉表示綻放之花貌;蓮、芙蕖、芰(jì)荷則指整個植株……
追本溯源,荷與芙蕖是古代中國的“正宗”叫法,而“蓮”是隨佛教文化傳入中國后興起的俗名。不過明代的中藥專著《本草綱目》解釋道:“蓮者連也,花實相連而出也?！狈浅７线@種獨一無二的水生開花植物的外觀形態和生長習性。所以《中國植物志》選用“蓮”作為它的正式中文名。
惟有綠荷紅菡萏,卷舒開合任天真?！钌屉[《贈荷花》
(圖片來源:www.needpix.com/photo/1333115/lotus-flower-bud-old-leaf)
其實若認真品,“濯清漣而不妖”很值得玩味。這句話應該脫胎于周敦頤的先輩、詩仙李白的“清水出芙蓉,天然去雕飾?！?/p>
首先,蓮只有不妖的氣質嗎?李白不僅創造了“出水芙蓉”,也寫過蓮的其他姿態,如“碧荷生幽泉,朝日艷且鮮。秋花冒綠水,密葉羅青煙?！薄扮R湖三百里,菡萏發荷花。五月西施采,人看隘若耶?！薄叭粢缮徟?笑隔荷花共人語。日照新妝水底明,風飄香袂空中舉?！笨雌饋磉@些蓮都充滿了“妖氣”呢。
事實上,李白筆下的蓮形象要比周敦頤的豐富太多。周敦頤雖言“予獨愛蓮”,可他的傳世作品中僅有兩篇專門“詠蓮”,一篇為《愛蓮說》,另一篇叫《贊蓮》:陸上百花競芬芳,碧水潭泮默默香。不與桃李爭春風,七月流火送清涼?！澳恪?、“七月”說明該詩的蓮花處于盛放狀態。但愛蓮愛到盲目的周敦頤依舊賦予盛蓮不妖的氣質。這樣的文學形象,像不像當代明星的完美人設?
植物在夏季開花的遠少于春季,因此經常霸占整個池塘的蓮也霸占了整個夏天的目光。
(圖片來源:veer圖庫)
其次,濯清漣和妖不妖有邏輯關系嗎?沒有。不管在“清水”還是無毒的濁水,蓮的生長過程和狀態都大同小異;即使生于濁水,花骨朵照樣不妖;即使生于“清水”,盛花照樣妖艷。
有趣的是,蓮并不能生長在沒有泥沙的純粹的清水之中,反而扎根淤泥才可以茁壯成長;養過水生花卉、插過鮮切花的朋友都知道,植物長期身處純水,將造成清水變濁、植物營養不良而病死。許多荷塘的水不清,甚至渾不見底,但不表示水質差、沒營養、有毒害。事實證明,出淤泥的蓮總比不染泥的清水芙蓉要長得好;純水培的蓮光長葉、不開花,其浸水部分的表面容易滋生細菌、代謝掉后留存水中會污染純水。
那為什么古人常寫芙蓉出自清水呢?因為清水之下有淤泥——給養花的水加入土壤,由于土壤微生物可以分解水里的大分子化合物,大顆粒雜質也能沉淀至底,被土壤穩固,久而久之水便變得清澈,植物也活得健康了。
簡單粗暴地講:凈化污水的是泥,污染清水的是蓮。這里頭的曲徑通幽之味,就留待你品、你細細品了。
小荷才露尖尖角??
(圖片來源:www.ecns.cn/hd/2019-06-10/detail-ifziyumy2112304.shtml)
參考文獻：
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Lotus_effect
[2] https://doi.org/10.21273/HORTSCI.49.4.516
[3] https://baike.baidu.com/item/經亂離后天恩流夜郎憶舊游書懷贈江夏韋太守良宰
[4] https://ctext.org/zh
[5]《見過真正的“出淤泥而不染”嗎?動圖帥炸》,果殼?,2015-03-11
[6]《中國蓮》,中國科學院武漢植物研究所 著,1987
作者:陳瑩婷 中國科學院植物研究所
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