科学家创建美国首幅“地电风险”地图

太阳风暴不仅会引发极光，还会产生扰乱电网的电涌。

资料来源:vichie81/iStockphoto

当停电发生时，原因通常是区域性的:美国东北部的冰暴或美国东南部的飓风。现在，一项新的研究表明，美国中西部有自己独特的风暴类型，它破坏了电网空间天气。研究发现，就太阳带电粒子风暴造成的损害而言，该地区处于最危险的境地。带电粒子风暴将撞击地球，并沿着电力线发送浪涌电流，熔化变压器并引发停电。根据这项研究，明尼苏达州北部和威斯康辛州的风暴潮比美国其他地区强100倍。

几十年来，科学家们一直试图预测地电风暴，但由于缺乏数据，他们受到了阻碍。现在，研究人员已经为美国大陆的大部分地区绘制了第一张“地电风险”地图。新的地图旨在预测大规模地电风暴最严重的地方，而不是提供当地的建议，使电网更安全或大风暴的短期预警。这项研究最近发表在《地球物理评论快报》上。这张地图使用了关于这种风暴强度的两个最大因素的数据——空间天气和地球磁场之间可能的相互作用以及地壳的导电性。

地球物理学家、《美国地质调查局》(USGS)的首席作者杰弗瑞洛夫(JeffreyLove)表示，目标是帮助电力公司为地电风暴不可避免的影响做好准备。许多公司依靠美国*的数据来保证电网的安全。例如，美国国家海洋和大气管理局将提供空间天气预报，提前通知一些即将到来的风暴。然而，科学家认为它可以做得更好。“在我看来，这个领域的每个人都意识到了这个问题的重要性，并试图尽快解决它。”没有参与这项研究的美国天主教大学空间物理学家齐戈梅兹·翁维拉说。

对人类来说，太空天气造成的问题最早可以追溯到1859年。那时，太阳喷射出的大规模等离子体与地球相撞，导致电流流过电缆而不是岩石。所谓的卡灵顿事件烧焦了北美和欧洲的电线，电晕甚至烧毁了一些电报员。今天，尽管电力网络已经取代了电报电缆，但它们也很脆弱。一项新的研究表明，今天，像卡灵顿事件这样严重的太阳风暴将造成约2万亿美元的损失。

新绘制的地图将美国中西部的北部边缘，尤其是明尼苏达州和威斯康星州，列为易受地电风暴影响的地区。这基于两个原因。首先，地球磁场的形状导致空间天气对高纬度地区的影响更大。当太阳喷射的物质和能量撞击地球的环形磁场时，其中一些发生了位移，但其余的被“转移”到磁极附近的地面上。这种物质与地球磁场相互作用，产生极光和浪涌，流过地球表面。电网离两极越近，在地电风暴中就越有可能出现问题。利用地磁观测站网络的历史数据，研究人员能够计算出特定区域内这种风暴的强度。

然而，这并不是唯一起作用的因素:地壳的某些区域比其他区域更导电。在过去的几年里，美国国家科学基金会资助了一项全国大部分地区的大地电磁测量。研究人员把电压表放在地下，测量它们之间的电流。除了美国地质勘探局所做的工作之外，这些数据还帮助研究人员构建了一幅电如何流经地球的图像。一般来说，岩石的导电性不是很好。这也是为什么来自太阳风暴的电流通常通过电网基础设施的金属形成完整的电路。

然而，岩石的类型确实至关重要。例如，美国中西部有两种岩石，可以共同为电力创造极好的机会。更具传导性的沉积岩位于致密、绝缘的火成岩残余物之下，这些火成岩残余物形成于11亿年前的某个时候。那时，北美几乎被分成两半，火成岩从下面升起。今天，这两种岩层之间的对比使得在地电风暴期间形成强大的局部海流成为可能。

然而，研究人员尚未调查美国所有地区的电导率。一旦资金有了保证，爱渴望把新绘制的地图扩展到新英格兰。这不仅是因为该地区有着古老而复杂的地质条件，这可以揭示出意想不到的电导率对比，还因为它远在北方，足以从地电风暴中获得更多的能量。Ngwira表示，这些数据将有助于电力公司保护纽约、波士顿和其他主要城市的电网。"在此之前，我们的科学家和工程师有他们自己的工作."“现在科学家开始理解信息工程师需要我们做什么，”他说。(慢慢编译)

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