火与冰-第5章
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这种情况，就像一片云从太阳前经过所看到的情景一样，尽管日轮看不见了，阳光的直接照射降到很低的水平，但天空也不可能立刻变得漆黑一团，因为云中的微小水滴分散阳光，使相当多的阳光仍可到达地面。
当一场核战争所产生的厚厚的烟尘持续扩展连成一片时，地球上的广大地区都被比通常的乌云更黑的云层所遮盖。在这些地区，到达地面的阳光总量可能下降到正常情况下阳光量的1％，这大约只相当于一个月夜的水平。这种情况将使植物为了生长从阳光中吸收能量的过程中止。如果这种白夜持续数星期或数月的话，那么，一场气候变化所造成的大灾难比我上面所提到的“基线”情况还要严重得多。
天气将变得多冷
在全部测算中最复杂的部分之一，就是计算出核冬天到来时，地球的气候到底会变得多冷。这对于这种现象的严重性的整个争论也是至关重要的。碰巧，我在过去10年左右的时间里，一直在研究核尘埃与烟云是如何吸收星球所发出的光的。当一颗像太阳这样的恒星开始走向死亡时，它的体积急剧膨胀，变成一个巨大的红色星球（扫校者注：汗……这是我第N次见到红巨星被译成巨大的红色星球），并且开始在强大的宇宙旋风中抛甩掉其外层部分。当旋风所裹挟的气体一旦飘移到离开太阳足够远的地方，像硅、镁、铝、铁以及氧这些物质就会结合起来并且凝结成小颗粒的硅酸铝和硅酸镁，它们同地球上的岩石成分相似。因此，这颗恒星是处在吸收其光亮的硅酸盐云层的包围之中。假如这颗星球含碳量非常高的话，那么，这种化学变化过程就会稍有不同。氧和碳相结合构成一氧化碳，而过量的炭则凝结为细小的灰粒。
在判断硅酸盐尘埃或烟云对于星光的作用时，天文学家们一展其专长，这一专长也可用于对核冬天的预测。当然核尘埃的几何形状与硅酸盐有很大不同。核冬天的预测表明，届时地球将完全被尘埃与烟云所笼罩，根本看不见阳光。然而，我们已经在对穿透尘埃的外界星体的辐射量进行测算方面取得了成功，这样，在关于核冬天情况下光和热的辐射能的测算方面，我们增加了某种信心。
耍弄准一场核屠杀后的地球表面温度是多少，并不是一件轻而易举之事。让我们尝试着用一种简便的方法对此作个估量。能量守恒定律告诉我们：当地球接受太阳的能量时，它一定会将这些能量再释放出来。而地球这样的行星所释放的能量又取决于它的温度。释放能量的最佳近似值是地球绝对零度以上的那个温度的四次幂（这被称之为斯忒藩定律，以奥地利物理学家约瑟夫·斯忒藩的名字命名）。现在已知绝对零度约为摄氏零下273度，如果我们取地球平均温度是13℃，那么以绝对零度为尺度的地球温度就是绝对零度以上286度。现在假定在核冬天中，照射到地面上的辐射量减少系数为30，即处在TTAPS科学家们所揭示的基线情况下，30的四次方根是2。2，因此地球在此时的温度应当降至绝对零度以上129度，即－144℃。这将意味着地球上一切生命的立即死亡。然而，上述假设中忽略了某个最重要的因素，这就是尘埃云通过红外线波所释放出的能量。能量守恒定律也适用于烟云和尘埃微粒，它们同样要把从太阳吸收的热能释放出来，这种释放能量的过程是通过红外线波长来进行的。因此，地球实际上是沐浴在红外线辐射之中。它在一定程度上补偿了被烟云所剥夺的我们可直接感受到的照射。
另一个简单的计算结果表明，还存在着第二个需要考虑的复杂因素。上面我曾提到地球的平均温度，是地球表面的和全年的平均温度，约为13℃。而运用斯忒藩定律所能求得的期望值应是－23℃（即绝对零度以上25℃），在这个温度下，地球辐射的热就可以平衡它从太阳所吸收的热能。可见，地球通过其它一些不可思议的方式所释放的能量，比它从太阳所吸收的还要多70％。
出现这种奇特现象其实是因为地球拥有一个大气层。空气中的分子，特别是二氧化碳和水分子既能够被可见光所穿透，又对红外线辐射有很强的吸附力。当地球在释放其红外辐射能时，是不可能全部散发出去的。这种红外线辐射的很大一部分被大气层中的分子所吸收，然后通过红外线波将其再度放射出来。而当大气分子向四面八方辐射时，其中大约一半将再返回到地面。这样，地球就比理论预期的要温暖得多。地球受到阳光的直接照射，又被大气层所加热，这种现象被称之为“温室效应”，这与普通温室的情形相类似。对真正的温室来说，它的玻璃墙和屋顶在吸收“温室”里的植物和其它物体的红外线辐射方面就起着地球大气分子的作用。
事实上，如果在一个特定高度的烟尘微粒吸收阳光并由此变热的话，它们就会将周围的空气分子加热，并且同这些分子分享阳光的能量。与烟尘微粒相比，空气分子发出红外辐射的效能更高，所以，地球的暖热主要是因为大气层变热以及它所产生的“温室”作用使之变热，而不是尘埃和烟云直接加热所致。
因此，在核冬天里，地球的平均温度主要由以下相互制约的因素所决定：由于被尘埃烟云吸收和反射回宇宙空间的太阳光的直接照射而丧失的热能；来自尘埃云的热能；地球大气层提供的热能。尘埃和烟云升到很高的高空，如同温层，同停留在很低的高度有着很大的区别。地球大气层75％的部分的高度低于6英里。高度在1英里以上的尘埃和烟云都处在大部分大气层以下，而高度在10英里以上的尘埃和烟云则位于大气层主体部分之上。在后者的情况下，被尘埃和烟云（以及它们已经加热的空气分子）反射回地面的红外辐射能将被大气层所充分吸收，与前者，即尘埃和烟云处于低空时所造成的地面温度相比要冷得多。附录例A介绍了在两种极端情况下，尘埃和烟云使日光变暗程度不同时，简要计算地表温度的方法，也介绍了中间情况下的计算方法。应该说，这种中间情形对核冬天更具有代表性。在这种情形中，尘埃和烟云被设想为既不是在大气层之上，也不是在大气层之下，而是穿过大气层的主体部分来扩散。这说明，处在低水平高度上的尘烟云层即便遮断全部直射阳光，地球的平均气温也不过下降24℃（43F）。然而，若是遮断全部阳光的尘烟云处在高空，地球的平均温度就可能下降大约75℃。而作为中间的，更为现实的情形则是，当所有阳光都被尘烟云所吸收时，温度最多下降46℃（83F）。核冬天的测算表明，直接照射的阳光将变暗，平均来说，变化幅度将处于正常值的35％～0。0001％之间，随爆炸的原子弹数量、攻击目标的类型、以及产生的核尘烟云的数量而定。附录显示对高空的尘烟云来说，既便是在35％的可见阳光透射到地面上来的乐观情况下，地面平均温度也将下降39℃（70F）；而低空的尘烟云则仅仅使温度下降14℃（25F）；而在中间情形下，附录表明温度将下降26℃（47F）。TTAPS的科学家在进行详细计算的考虑到了许多被附录A所忽略了的因素。首先，我们必须考虑到现有的各种不同类型的微粒吸收或分散（反射）阳光的程度；其次，他们的模型还考虑到了穿行于大气中的核尘埃的实际分布。TTAPS的科学家们发现，在基线情况下，一场核战争后的头两个星期里，大陆内陆的地面平均气温大约要下降35℃（63F），在三个月左右的时间里，温度不可能回升到冰点以上。正像我们将会看到的，这将给世界上大多数动植物带来灾难性的影响。在另一种极端但同样也有可能发生的情况下，温度在几星期之后估计会下降50℃（90F）或低于零下40℃（－40F），并将持续数月之久。在上述这些更为严重的情况下，在一场核屠杀之后，要想指望温度回升到冰点以上，没有一年的时间是根本不可能的。
对地球气候的影响
上面提到的对温度的预测仅仅考虑了光照的消失对地面温度的直接影响，也可以被看作是对处于中纬度的内陆地区气温发生影响的典型情况。然而，地球上每一天和各个具体地区的实际气候的形成则是非常复杂的，它们要取决于大气和海洋的循环。地球表面约有70％为海洋所覆盖，其平均深度超过2英里。海洋的储热能力之大，可由下列事实说明，这就是，即便地球在一年里都照不到阳光，海水的平均温度也仅仅下降1℃（2F）。因此，海洋可以使温度不至发生大的变化。同样海洋还起着调节由太阳热能的增减所引起的陆地温度变化的作用，这种调节作用是通过海洋洋流的大规模循环来实现的。洋流把来自热带的温暖水流分别向南北高纬度地区输送。我们这些居住在英国的人是这些大规模循环之一的墨西哥湾流的直接受益者。在墨西哥暖流和常见西风的共同作用下，英国比它处的纬度位置相同的地区的温度平均要高9℃（16F）。陆地与海洋，赤道与极地之间气温的差异，同样也在地球大气中形成一个巨大的循环，这就是风。这些风也起着平衡和调节气温的作用。例如，照射到赤道地区地面的太阳能的平均值是地球其它地区日照量的两倍。如果全部转换成当地温度，那么赤道地区的平均气温就不是实际测量到的25℃～30℃（77F～86F），而是67℃（153F）。实际情况之所以不是这样，是因为大气层的下部（对流层）中大规模不稳定的对流使暖空气沿垂直方向爬升，并能把处在高纬度的冷空气带到低纬度地区来。在热带地区，大气层中这种大规模的循环被称作“哈德莱环流圈”。
每当太阳西落，夜幕降临时，大地开始变得凉爽起来。地球上内陆地区的气温主要是由直射到地面上的日光能决定的。这些地区昼夜的温差是10℃～15℃（18F～27F）。另一方面，在沿海地区，如英国的大部地区，昼夜的平均温差仅为4℃或5℃（9F）。在季节的温差变化中，我们也可发现类似于内陆和沿海地区的差别。例如，美国内地冬至那一天（12月22日）的平均气温要比夏至那一天（6月22日）大约低35℃（63F），而在英国，同样情况下温差仅仅为10℃（18F）。
那么，核冬天是怎样改变气候的呢？这是一个非常复杂、还不能作出圆满回答的问题。科学家们已经成功地制造出了全球气候高度简化的计算机模拟系统，它可以再现世界各地平均天气的主要特征。苏英两国科学小组，把笼罩北纬地区上空的核尘烟云层对气候可能产生的影响的各种数据输入到计算机模拟系统中，并对具体结果进行了测算，结果证实了气候将发生剧烈的变化。美国方面的研究，是由在科罗拉多博尔德的国家大气研究小心（NCAR）的考特·科维尔、斯蒂芬·什奈德、斯达利·汤姆森等人进行的。他们认为，假定的情况并不像TTAPS设定的基线情况那么严重，并在这场假设的核战争后，对其引起的变化跟踪了三个星期。他们发现，一场夏季核战争10天之后，地球气温平均将下降15℃～20℃（27F～36F），北半球的大部分地区，尤其是北美和苏联的温度远远低于冰点。苏联方面的研究主要是由莫斯科苏联科学院计算中心大气研究室的负责人弗拉基米尔·阿列克赛德洛夫及其同事进行的。他们的研究结论比TTAPS所设定的基线情况还要严重，并对温度变化跟踪达一年多。他们认为，核战40天后，从北纬30度到北纬60度地区，气温将平均下降15℃（27F）到20℃不等。北半球的广大地区，在核战争后的第一个月里，气温将下降30℃～40℃（54F～72F），甚至在8个月之后，北半球平均气温仍然比正常值低10℃（18F）。同时，这个模型的一个重要的测算告诉我们：大气温度的变化必然大幅度地降低对流层顶的高度，从而使气流相对稳定、云雨难以生成的同温层扩展到比通常低得多的高度，这样一来，尘埃和烟云微粒就不可能像TTAPS科学家们所设想的那样快的从大气层中被雨雪冲洗掉，从而有可能使“核冬天”进一步延长。
遗憾的是，上述这种大气中核尘烟云对气候影响的模拟还不能测试出大气环流对云的作用。尤其是它们还不能解答一个关键问题，即尘烟云层是否能跨越赤道上空（假设南半球没有核打击目标），并且覆盖全球。但已经有明显的迹象表明，在热带地区，正常形式的大气环流将遭到破坏。通常在春季或夏季，赤道上空热空气上升，然后分为两股空气流，一股向北流动，一股向南流动，构成了热带大气环流模式，这就是我们在前面提到�
