今天小編分享的科學經驗：全球水循環平衡首次被打破！一半以上的糧食危險了，歡迎閱讀。
大家好，這裡是環境小喇叭欄目的第 20 期。這一期，我們為大家搜羅了以下值得一看的環境研究和新聞：
1）南極洲變 " 綠 " 了！冰雪皚皚的景象正在加速消失
2）太陽活動進入極大期，朋友圈又要秀極光了
3）大海缺氧了？人們往海裡灌氧氣
4）在鐵軌上鋪太陽能板？還拿火車來鋪？
5）全球水循環首次失衡
南極洲變 " 綠 " 了！
最近，發表在期刊《自然 · 地球科學》（Nature Geoscience）的研究發現，随着全球變暖，南極洲部分地區正在飛速變綠，原本白雪皚皚的凍原逐步被植物占領。
放眼望去，南極被苔藓植物覆蓋 | Dan Charman
南極半島位于南極洲最北端。它向北延伸，與南美洲最南端相隔約 1000 公裡。為了研究南極半島的變化，研究人員通過衛星獲取了1986 年至 2021 年南極半島每年 3 月的衛星影像。
之所以選取 3 月的影像，是因為此時正值當地夏季，适宜植物生長。一般情況下，植物生長時會吸收大量的紅光，并反射大量近紅外光。為了研究土地植被覆蓋的情況，研究人員着重關注了衛星影像裡紅光與近紅外光的測量結果。
結果發現，南極半島上植物覆蓋的面積從 1986 年的不到 1 平方公裡增加到 2021 年約 12 平方公裡。從 2016 年到 2021 年，植被攻占地盤的速度還加快了。
南極洲 " 變綠 "，背後的驅動力是氣候變化。1950 年以來，南極半島的氣溫已經上升了 3 ℃左右，遠遠超過了地球大部分地區。植被的擴張可能會改變當地的土壤狀況，讓土壤更有利于其他生物的生長。不過，當地的生物早已習慣過去極端嚴寒的條件，它們得被迫重新适應新的環境了。
太陽活動進入極大期
10 月 10 日至 12 日，北半球多地又迎來了絢麗多彩的極光秀。10 月 12 日，美國國家航空航天局（NASA）、美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）以及國際太陽周期預測小組（SCPP）的代表宣布，太陽活動正式進入了有記錄以來的第 25 個極大期，這個現象可能會持續一年。這意味着地磁風暴發生的頻率将更加頻繁，居住在高緯度地區的人們都有機會一飽眼福。
10 月 10 日，蓋茨黑德（Gateshead）——英國東北部城市迎來極光 |Lee Smith/REUTERS
地磁風暴的產生與太陽活動日益劇烈有關。太陽活動的過程中會釋放大量能量，這些能量以光、輻射以及帶電粒子流的形式向外傳播。平日裡，在地球磁場和大氣層的保護下，大部分帶電粒子流和輻射都無法到達地球表面。然而，當太陽活動增強時，地球的保護便逐漸失效，太陽活動釋放的大量帶電粒子流和輻射得以突破地球防護，引發地磁風暴。
地磁風暴的爆發容易對無線電通信和 GPS 信号帶來幹擾，影響航空器以及飛機的正常航行，此外，電網在風暴中也可能因變壓器過載而停電。但總體而言，地磁風暴并不會給人們的生活帶來較大影響。
大海缺氧了？
在氣候變化的影響下，海洋水溫升高，氧氣在水中的溶解度降低。同時，海水的富營養化讓藻類過度繁殖，消耗海水中溶解的氧氣，這讓海洋脫氧的問題越發嚴重。
波羅的海由于海藻過多被消耗了大量氧氣 | phys.org
為解決當地海洋脫氧的問題，瑞典斯德哥爾摩大學（Stockholm University）、法國公司 Lhyfe 以及芬蘭公司 Flexens 的研究人員開展了一項名為 "BOxHy" 的合作項目，通過海上生產氫氣來讓波羅的海重新充滿氧氣。
這個項目初步的設想在海洋上搭建海上平台，建立綠色制氫裝置。在電解海水制成氫氣的同時，工藝還能生成大量氧氣。一方面，氫氣作為綠色能源能夠被應用在許多場景，生成的氧氣則注入海洋中，解決海洋脫氧的問題。
Lhyfe 公司預計波羅的海需要約 30 個海上平台來進行氧氣回注 | phys.org
在項目中，大家各盡其能。斯德哥爾摩大學提供專業實驗室，在研究領網域探究海洋營養化與海洋脫氧的影響；芬蘭公司 Flexens 調查海洋缺氧地區現狀并規劃海上風電場的建設；法國公司 Lhyfe 則負責海上制氫平台的裝置研發與建設。
目前，芬蘭公司已經規劃出三個潛在氧氣回注區網域，并設計了海上風電場的規模；法國公司則在法國試運行了世界上第一個海上綠色氫生產設施。不過，現有裝置產生的氧氣都直接釋放到了大氣裡。在未來的實際建設中，這些氧氣會被注入水中。
BOxHy 項目計劃在 2025 年運行一個試點項目，對氧氣回注的方式、速度以及後續生态影響進行深入研究。
在鐵軌上鋪太陽能板？
來鋪設一條 " 太陽能 " 鐵路！瑞士初創企業 Sun-Ways 設計了可拆卸太陽能電池板，并将其安裝到鐵軌之間，讓鐵路在保證其交通運輸功能的同時，還能進行太陽能發電。
光伏電池板安裝示意圖 | Sun-Ways
作為新型的太陽能電池板，它的安裝過程也是特别。太陽能電池板的安裝将由專門設計的火車來實現。火車在鐵軌上行駛的同時，底部裝載的光伏電池板便逐漸展開，裝填到兩道鐵軌之間。固定好的電池板将利用陽光進行發電，最終傳輸到電網中為家庭供電。列車設計公司 Scheuchzer 表示，列車每天能夠安裝約 1000 平方米的太陽能電池板。
對 Sun-Ways 來說，他們希望太陽能電池板能鋪多少就鋪多少。瑞士的鐵路網有足足 5317 公裡長，若是全部鋪上太陽能電池板，其發電面積将約等于 760 個足球場大小，生產的電量能夠占瑞士能源消耗總量的 2%。但這還不夠，該公司還在西班牙、羅馬尼亞等國家商談類似的項目建設。
不過，這樣的電池板也有潛在的問題等待解決。變幻莫測的天氣可能讓電池板表面覆上雪、灰塵等，怎麼清潔、維護電池板還有待進一步規劃。另一個問題是，太陽能電池板的反光可能幹擾火車司機駕駛。團隊還需要考慮如何降低反光帶來的駕駛風險。
全球水循環首次失衡
根據全球水經濟委員會（GCEW）新發布的一項報告，人類有史以來首次打破了全球水循環的平衡。
全球水循環中 " 綠水 " 和 " 藍水 " 都有參與 | GCEW
報告指出，全球水循環其實由兩大部分共同構成：" 藍水 " 和 " 綠水 "。其中，" 藍水 " 是指湖泊、河流以及含水層中的液态水，" 綠水 " 則指儲存在土壤和植物中的水分。過去，人們往往只關注到藍水在水循環中的重要性，卻忽略了綠水的作用。綠水通過植物的蒸騰作用返回到大氣中，并參與雨雪的形成。陸地上近一半的降雨都來自綠水的供應。
水循環的穩定性對于維持氣候變化和支持碳匯植被至關重要。碳匯植被，如森林和溼地，能夠吸收和儲存大量的二氧化碳，從而幫助減緩全球變暖。然而，當前的溼地破壞和森林砍伐行為正在削弱這些自然碳匯的能力，導致更多的溫室氣體留在大氣中，加劇了全球變暖的趨勢。
随着全球變暖的加劇，高溫天氣變得更加頻繁和極端，這不僅加速了水分的蒸發，還增加了幹旱的發生頻率。幹旱條件下，植被更加脆弱，更容易受到火災的威脅。因此，高溫和幹旱共同作用，提高了火災爆發的風險，這不僅破壞了植被，還進一步減少了碳匯的能力，形成了一個惡性循環。
報告表示，全球近 30 億人口和一半以上糧食都位于幹旱地區或水資源總量不穩定地區。水危機恐怕會讓全球一半以上糧食生產面臨風險。到 2050 年，在水平衡被打破的影響下，各國 GDP 平均可能下降 8%，低收入國家的損失甚至可能高達 15%。
參考文獻
[ 1 ] https://www.nature.com/articles/d41586-024-03219-2
[ 2 ] https://phys.org/news/2024-10-geomagnetic-storm-earth-space-scientist.html
[ 3 ] https://science.nasa.gov/science-research/heliophysics/nasa-noaa-sun-reaches-maximum-phase-in-11-year-solar-cycle/
[ 4 ] https://phys.org/news/2024-10-reoxygenating-oceans-startups-baltic-sea.html
[ 5 ] https://flexens.com/leading-the-battle-against-anoxia-in-the-baltic-sea-the-boxhy-project/
[ 6 ] https://www.euronews.com/green/2024/10/14/solar-panels-could-be-installed-in-the-spaces-between-railway-tracks-in-world-first
https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/10/532156.shtm
作者：小小澤
編輯：黃線狹鳕
題圖來源：Lee Smith/REUTERS
本文來自果殼自然（ID：GuokrNature）
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