气候变暖可能导致北极闪电频发

在加拿大育空地区的一场风暴中，一道闪电划过天空。摄影：PRISMA BY DUKAS PRESSEAGENTUR GMBH/ALAMY STOCK PHOTO

撰文：ALEJANDRA BORUNDA

曾几何时，北极的闪电非常罕见，以至于人们一生都看不到一道闪电。但这片地区正在迅速变暖，闪电变得越来越常见，甚至可能影响北极以外的地方。

最近一项研究预测，到本世纪末，北极地区的闪电发生频率可能会翻一番。另一项研究表明，仅仅过去十年时间，北极闪电的次数就增加了两倍，不过一些研究人员对这个结果存疑。

科学家说，随着气候变化加速，闪电增加令人担忧；他们也担心未来的情况：更多闪电可能会引起一连串生态变化，将存储在北极的大量碳释放到大气中，进一步加速气候变暖。

加州大学欧文分校的研究员陈阳说：“以前（闪电的）数量很少，但带来的气候影响却很大。”他是其中一项研究的首席著者，这项研究发表于《自然气候变化》。

闪电引发的火灾在增加

2002年，研究人员采访了加拿大西北部北极社区的原住民长者，在他们的记忆中，一生中没见过几次雷雨。一位长者回忆说，她只在20世纪30年代见过一次风暴，当时她只有5岁。

当时，科学家也没有想过北极会有闪电：这种现象非常罕见，即便是在北极地区工作了几十个夏天的研究人员可能也从未见过闪电。

“我第一次来费尔班克斯时，看到雷暴，感到很惊讶，”阿拉斯加大学费尔班克斯分校的气象学家Uma Bhatt说。她在阿拉斯加州生活了22年，一直在研究北极地区的闪电情况。

2014年和2015年，有记录以来规模最大的火灾席卷了阿拉斯加和加拿大西北地区的大片土地。和北极地区90%以上的火灾一样，这些火灾都是雷击引起的。

随着北极气候变暖又干燥，植物也变得越来越易燃。但2014年和2015年之后，阿姆斯特丹自由大学的气候科学家、最近一篇论文的合著者Sander Veravebeke在思考另一个因素：引发火灾的闪电是否也变得越来越普遍？

“我检查了这些年的闪电数据发现，好吧，这不是巧合，”Veravebeke说：“闪电增加几乎直接导致了火灾增加。”

在2017年的论文中，他和同事发现，自1975年以来，在阿拉斯加和西北地区，闪电引发的火灾数量增加了一倍多；在2014年和2015年的灾难性季节里，两地的火灾次数都打破了记录。

更多闪电？

但在整个北极地区，闪电的发生频率真的更高吗？这是一个很难回答的问题，因为在北极范围内，没有持续的闪电记录。

1995年发射的一颗卫星记录了极地闪电，但2000年这颗卫星退役了。新的闪电感应卫星只能观测到遥远的南方和北方，以及中纬度地区的情况，无法直接观测极地。

地面网络使用的传感器则可以探测到闪电产生的无线电波，现在几乎可以记录世界各地的闪电。Bhatt利用阿拉斯加的区域网络发现，从1986年至2015年，闪电增加了17%。

但北极地区的记录匮乏，只有不到20年，不足以证明这是一种稳定发展的趋势，气候科学家说。

最近，华盛顿大学的一个研究团队研究了全球闪电定位网络的数据；这是一个陆地传感器网络，自2004年开始运行。他们发现，在北纬65度记录到的闪电次数从2010年不到5万次，增加到2020年约25万次。研究人员表示，部分原因在于传感器数量增加，但据估计，在过去10年里，该地区的闪电数量是原来的三倍。

然而，由维萨拉公司运营的另一个全球闪电探测网络却没有捕捉到这种大幅增加。2012年，全球闪电数据库360（GLD360）开始运行，因此与华盛顿团队相比，他们的记录时间较短，但这个网络更敏感，记录到了更多更微弱的闪电。

维萨拉公司的研究工程师Ryan Said说，从2012年到2020年，他们没有记录到闪电活动有明显增加；但这并不意味着不存在这种趋势，只是科学家需要更多时间观察，从而弄清楚天气模式的变化。

“这一切才刚刚开始，”他说。

近年来，维萨拉公司的闪电网络探测到一些不同寻常的活动。2019年和2020年夏季，GLD360记录到在北纬85度发生超过100次闪电，包括在距离北极不到555公里的地方发生一连串闪电现象，极其罕见。

未来或将有更多闪电

陈阳说，无论这些变化是否已经发生，几乎可以肯定的是，气候变化意味着北极将迎来更多闪电。

闪电的形成需要特别因素，而这些在遥远的北方很罕见，但气候变化可能让它们变得更为普遍。

首先，地面的空气必须是温暖的，充满水分，可以迅速浮起。上方空气的温度则必须足够低，当温暖的空气急速上升时，水分凝结成小冰粒。整个系统非常动荡，空气旋转、扰动，冰粒在其中猛烈翻滚，使电子互相碰撞，冰粒带电。最后，在云层内部，或者云层和地面之间，发生大规模放电。

从 历史 上看，北极寒冷、相对稳定的大气并不适合发生雷暴。但在过去30年里，这里气温上升了1至2度，比地球上其他所有地方的上升速度更快。

陈阳和同事，包括Veravebeke在内，都想知道，到本世纪末，这些气候条件的变化还会引发多少闪电。他们对比了20世纪90年代卫星记录下的北极闪电数据，以及同一时期的天气数据，寻找哪种大气条件与罕见的闪电最为匹配。

气候模型预测了利于产生闪电的条件，并通过闪电的延伸（与雷暴的整体可能性略有不同），发现未来苔原地区发生闪电的频率约为原来的1.5倍，在北方森林地区几乎翻倍。而美国大陆的闪电发生概率预计将增加50%，相比之下，北极地区的数字要大得多。一些研究表明，到2100年，全球闪电活动总数将有所下降，部分因为闪电频发的热带地区可能会升温，降低了冰晶形成的频率。

陈阳和同事用来估测闪电的卫星数据与用来探测最近闪电活动的地面网络无法匹配，因此两个结果不能直接进行对比或整合。但它们都突显了“北极地区的闪电正变得越来越重要，”Veravebeke说。

但最令人担忧的不是闪电本身，而是闪电可能带来的影响。全世界任何地方的野火都会释放森林和土壤存储的碳。例如，2020年的澳大利亚野火释放了超过8亿吨二氧化碳，近乎该国全年总排放量的1.5倍。

野火不仅仅燃烧地面上的木头。“燃烧是立体的，”北亚利桑那大学的生态学家、北极问题专家Michelle Mack解释说。在表面的火焰之下，土壤里的有机物也被燃烧，而与世界其他地方的土壤相比，北极的土壤里碳含量高得多。几十年积累的碳往往就在最上面的十几厘米里。吞噬了表层土壤的北极大火会释放出至少2倍于加州大火的碳，Veravebeke说。

这项研究表明，到本世纪末，由于更多闪电引发更多火灾，北极的燃烧面积和碳释放量将比现在火灾导致的年均释放量（约340万吨）增加150%以上。

但情况可能更糟。大火改变了生态系统，为森林和灌木开辟了新的生长空间，促使它们向北移动。这又会反过来增加火灾的可能性，因为树木比苔原更容易着火。

森林也会变暖，比苔原更易着火，因为它们颜色更深，会吸收更多的阳光。陈阳和同事发现，如果闪电引发的火灾增加，加速森林向北迁移，那么碳释放量将比现在增加570%，每年向大气中释放约2300万吨二氧化碳，相当于2020年加州大火的五分之一。

对此，研究团队只是概述，没有进行详细计算：北极地区的永久冻土面积1300万平方公里，闪电引发的火灾也会危及富含碳的永久冻土，并加速融化，释放冻土中存储的大量碳。换言之，碳排放将增加570%，“这还只是我们估计的下限”，陈阳说。

（译者：Sky4）

美国各州最好的大学

大约16000年前，人类通过白令海峡陆桥接近或到达美洲时，人口激增。请注意，地图上标明了已知的带有古代人类遗骸（红色圆圈）和考古遗址（黑色十字架）的遗址。（?Potter等人，Sci。Adv.2018；

4、eaat5473）

第一批居住在美洲的人是在穿越白令海峡后拥抱海岸还是在两块巨大冰原之间更远的内陆旅行这个问题困扰了研究人员几十年。现在，对考古学、地质学、人类学和遗传学数据的回顾证明了这两种观点，尤其是后者：史前人类似乎更喜欢内陆路线，尽管有些人后来沿着所谓的沿海海带公路旅行，新的评论说，

，但并不是所有人都相信这是事实。最近的一些研究表明海岸线是首选的路径。这是因为在冰原退去之前，内陆的条件太过恶劣，一些研究表明，直到美国第一个定居点建立之后，才出现这种情况。[北极的远古野兽]

第一批美国人开始了他们在东北亚和西伯利亚南部的旅程。然后，根据最新的评论，在25000年到20000年前，今天的美洲原住民的祖先从东亚人中分离出来，

接下来发生了什么引起了激烈的争论。有可能这群人立即穿越现在被淹没的白令海峡陆桥，或者他们在白令岛上逗留——这一概念被称为白令岛停滞假说。Beringia是一个术语，描述了一个巨大的区域，包括俄罗斯的部分地区，称为西部Beringia；阿拉斯加，称为东部Beringia；以及两者之间的古老陆桥。

评论作者还有另一个想法：也许这群人留在了东北亚，但是在某种程度上导致了这个群体在基因上与那里的其他人群隔离开来。然后，当他们穿过陆桥到达阿拉斯加后，人们就可以通过一条新的无冰路线大部分时间往内陆旅行。（不过，科学家们对这条无冰路线何时开通存在分歧。）

这张地图显示的是距今13000年（灰色）、距今10000年至13000年（白色）的考古遗址和距今13300年至15700年的地质/生物样品。请注意，内陆地区的遗址通常比沿海地区要古老。（Potter等人，Sci。美国阿拉斯加州大学费尔班克斯分校（University of Alaska Fairbanks）的系主任兼考古学教授本·波特（Ben Potter）说，2018年4月4日：eaat5473

随着人们接近或到达美洲，其人口在16000年前激增，波特在一次新闻发布会上说：“数据显示，这些美洲原住民的祖先在相当长的一段时间前——大约25000年前——与东亚人分离，并有一段隔离期，基因隔离。”。后来，当这些人踏上他们不可思议的旅程时，“我们看到了16000年前和14000年前人口扩张的证据，当时我们看到了美洲最早的明确遗址。”

此外，还有从阿留申群岛到雅库塔湾（现在是阿拉斯加的一部分）的最古老的考古遗址，研究人员在评论中写道，这一时期可以追溯到大约8000年前，比最早的白令大陆内部遗址的年代晚了6000多年。研究人员说，这表明第一批移民走的是内陆路线，因为这些遗址的考古年代比较早。

大多数考古学家都认为，到13000年至12600年前，古希腊文化的先民们已经生活在现在的新墨西哥了。考古学家对这个问题争论已久。为了在20世纪的大部分时间里，科学家们认为古代人是在两块巨大冰原之间的北美无冰走廊上内陆旅行的。但在过去20年里，更多的考古学家青睐沿海海带公路的想法。这在一定程度上是因为目前还不清楚这条无冰走廊是否出现得足够早，足以与美洲已知考古遗址的年代吻合，也不清楚这条走廊是否能支持一批迁徙的人类。[在照片中：索诺拉的新克洛维斯遗址]

，但新的证据表明，这条无冰走廊比研究人员先前意识到的更早开放，评论作者说最后一个脱胶部分是无冰和无冰湖至少15000年前，“波特说该地区的植物和动物（大型化石）可以追溯到大约15000年前。我想强调一下这些都是极小值。这条走廊的可行性可能会更大；这只是我们掌握的第一个实际日期。无论如何，这些数据将这条走廊作为殖民路线的假设再次引起争论。

其他因素也指向内陆路线：这些早期美国人来自西伯利亚和东北亚的所有古代文化都是内陆的它们不是沿海的，也不是海上的。“他们在猎杀猛犸象、野牛和马，”波特说最早的白令人也在做同样的事情。

考古学家在白令挖掘一个古代遗址。（图像信用：Ben A. Potter）沿海路线“KDSPS”，虽然有一些考古遗址沿贝林亚海岸，他们比内陆的年轻，研究人员指出：“KDSPE”“KDSPS”的沿海路线假说支持者说，许多沿海网站确实存在可能现在水下或没有幸存的因素。但是波特和他的同事们认为，冰河时期的大片沿海地区仍然在水面上，调查没有发现超过12600年的沿海遗址，这使得它们比“贝吉尼亚内陆最早的明确遗址”要年轻1600年左右，研究人员在评论中写道。因此，如果人们走的海岸线那么远，应该有更多的证据幸存下来。

然而，也有可能是今天的美洲原住民祖先的人口密度很低，留下了一些小遗址，要么是没有保存下来，要么是考古学家很难找到，贾斯汀·塔克尼说，另外，在过去20年中，一些考古学家认为，克洛维斯人并不是美洲的第一个文化，而前克洛维斯则存在于他们之前，Tackney说。但研究人员称，在克洛维斯之前并没有太多的遗址。相反，塔克尼指出，这些遗址代表着“失败的迁徙，对后来的美洲原住民在基因或文化上贡献甚微”，或者它们可能被误认，实际上是直接克洛维斯祖先的遗址。Tackney告诉LiveScience：“这篇评论还跳过了一些网站，这些网站的日期不可靠。

“这不是对文献的公正评论，人们应该意识到这一点。”。然而，研究人员确实揭示了“海岸线的考古支持是如何存在需要探索和解释的弱点的，”他说。

这篇评论昨天（8月8日）在线发表在《科学进展》杂志上。

来自阿拉斯加贝林加一个早期古印度遗址的观点。（本·A·波特）

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位置: Grinnell

总体评级: A+

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位置: Lawrence

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　十八、LOUISIANA:杜兰大学

位置: New Orleans

总体评级: A

学术: A+

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　十九、MAINE:鲍登学院

位置: Brunswick

总体评级: A+

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　二十、MARYLAND:约翰?霍普金斯大学

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总体评级: A+

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录取率: 18%

　二十一、MASSACHUSETTS:麻省理工学院

位置: Cambridge

总体评级: A+

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　二十二、MICHIGAN:密歇根大学安娜堡分校

位置: Ann Arbor

总体评级: A+

学术: A+

录取率: 37%

　二十三、MINNESOTA:卡尔顿学院

位置: Northfield

总体评级: A+

学术: A+

录取率: 21%

　二十四、MISSISSIPPI:密西西比州立大学

位置: Starkville

总体评级: A

学术: B+

录取率: 65%

　二十五、MISSOURI:华盛顿大学-圣路易斯

位置: St. Louis

总体评级: A+

学术: A+

录取率: 16%

　二十六、MONTANA:卡罗大学

位置: Helena

总体评级: B+

学术: B+

录取率: 53%

　二十七、NEBRASKA:克瑞顿大学

位置: Omaha

总体评级: A-

学术: A-

录取率: 77%

　二十八、NEVADA:内华达大学里诺分校

位置: Reno

总体评级: B

学术: B

录取率: 84%