火与冰-第8章
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核战争产生的烟尘数量
核爆炸所产生的尘埃数量在很大程度上取决于爆炸时火球是否接触地面。对100万吨当量的爆炸来讲，如果引爆高度高于两英里，这就意味着散开的尘埃便会迅速下降。因此，破坏性最大的“空爆”也只会卷起少量的尘埃。据估计一次“地爆”后升入固定云层中的尘埃量为每100万吨爆炸当量产生20万吨到50万吨尘埃。国家科学研究会认为可能性最大的尘埃数量是每100万吨当量产生30万吨尘埃，这正好与TTAPS小组的估计是一致的。国家科学研究会对升入大气层的尘埃总量估计为3。3亿吨至8。25亿吨，比TTAPS小组估计的9。6亿吨低许多。这正好反映了国家科学研究会认为“地爆”所占比例较小的假设。
然而，在国家科学研究会的85亿吨当量的设想中，又有4亿到10亿吨尘埃将被抛入大气层，并且，几乎所有这些尘埃都将直接卷入同温层。
要估计一场全面核战争所产生的浓烟数量更加困难。毫无疑问，核战后，会发生熊熊烈火。但大火将蔓延到哪些地区，城乡的易燃物有多少会转化为浓烟，以及烟粒子冲出核蘑菇云的速度和规模等是无法确定的。联邦德国马克斯－普拉恩克化工学院的鲍尔·克鲁兹，是第一个把世界的注意力引向核战争产生的浓烟会对气候产生极大影响的人。他在一篇发表在瑞士皇家科学院《环境》杂志上的文章里，估计57亿吨当量的核战争将产生3。4亿吨浓烟。这比TTAPS小组在基线方案中所估计的2。25亿吨要高得多。国家科学研究会估计，他们的最低方案中，65亿吨当量的爆炸可以产生高达1。8亿吨的浓烟。然而，由于存在许多不可靠因素，他们认为浓烟数量可能在2000万吨到6。5亿吨的范围之内变化。这正是国家科学研究会建议从事广泛研究的诸多方面内容之一。这样，人们对核战争中可能发生的城市以及森林、荒野火灾等便可能有更深的了解和认识。只有浓烟数量处在国家科学研究会所估计的范围内偏低的一端，比如少于5000万吨时，才可能避免对气候造成重大影响。因而，几乎在国家科学研究会估计的整个数位范围内，都可能发生严重的后果。烟尘会上升多高，它们又会停留多久？
在对核冬天的可能性进行估计时，实际上我们关心的只是那些体积不到1微米（1／1000毫米）的尘烟微粒，因为正是这些微粒最有效地吸收和散射了阳光。
甚至在大气核实验的初期，就通过有人和无人驾驶飞机从核烟云中收集到炸弹碎片标本。使用无人驾驶飞机的优点在于在原子弹爆炸后几小时内便可以采集到核烟云标本。进行了这些研究，一场核爆炸中被掀入大气层的尘埃微粒的分布便可以测出了。在稳定的核烟云中，半径不到1微米的尘埃所占的比重，典型的数字是8％。这是国家科学研究会所引用的数字。而在特科等人的研究中，也恰好使用了同一数字。国家科学研究会提供的这个比重，范围是百分之几到20％。
确定核烟云中微粒大小的是燃烧物和火焰的种类。大多数浓烟是由很小（半径不到1／50微米）的石墨晶体和不同量的油类以及焦油组成。在不含水的浓烟中炭晶体凝结成了大小为1／10微米的链状结构。在含油的浓烟中，一滴滴有机重液粘着烟粒，可达2／10微米或更大。森林火灾烟粒的大小绝大部分不会超过1微米，城市火灾烟尘的情况可能也是如此。然而，另外有几种影响容易改变其粒度组成。烟粒易于凝结在一起，所以它们的平均粒度会随时间而增大。尽管如此，还没有人认为烟粒会增大到小于1微米这个临界值。国家科学研究会采用的典型的烟粒大小为1／10微米。另一个影响是，上升的烟柱中形成的水滴和冰晶体，在人们称为“净化”的过程中易于吸收烟灰和半焦微粒。而后，这些东西作为“黑雨”落到地面，这一现象曾在广岛和长崎出现过。即使水珠在云层里会再次蒸发，而这时烟灰微粒已经凝结在一起，烟粒的粒度组成也已改变。然而，森林火灾却不产生黑雨，而且这种净化过程对排除小于1微米的烟粒，无论如何也不可能很有效。国家科学研究会估计，来自核烈火的浓烟有50％会立即形成黑雨，这是他们所进行的最低估计，并认为这是一种保守的假设。
烟尘所达的高度对核冬天持续的时间将起关键性的作用。到达同温层（在中纬度大气正常条件下，高度约为8英里）的微粒不再因降雨而被冲到地面，只能靠地心引力缓慢下降。半径为1微米的微粒落到地面大约需要1个月。而半径1／10微米的微粒则需一年左右。
TTAPS小组估计，在核爆炸后，抛射进大气中的1微米以下的尘粒，有80％可能到达同温层。而国家科学研究会的估计却不到40％。这恰好反映了后者的基线研究没有包括爆炸量大于150万吨当量的武器，而TTAPS小组却将威力高达1000万吨当量的武器计算在内。这种比较大型的武器能更有效地将扬起的尘埃掀入同温层。由于国家科学研究会的基线研究，包括许多威力较小的“地爆”，所以他们对被卷起来的尘埃总量的估计比TTAPS小组要低些。他们估计在同温层，颗粒小于1微米的尘埃只有1000万至2300万吨，可TTAPS小组估计的则有6500万吨。但国家科学研究会却也考虑过更为严重的情况，即还有100枚2000万吨当量的武器用于轰炸超级坚固目标，这样又会有3000万吨至8000万吨颗粒小于1微米的尘埃注入同温层。
森林和城市火灾烟柱上升的高度业已测出。森林火灾的烟柱常可高达4英里或更高。猛烈的城市火灾的烟柱会上升得更高。国家科学研究会设想来自核火灾的浓烟柱会普遍地保持在6英里左右。他们估计只有在特殊情况下，大面积的城市火灾才会把浓烟注入同温层。TTAPS小组预计，森林火灾的烟柱可高达4英里，城市火灾的烟柱高5英里，而且有5％的城市火灾会酿成熊熊烈火。这时烟柱将高达12英里。
要预测核冬天持续的时间，最重要的一步是要估计出被雨水冲刷掉的烟尘的数量。TTAPS小组估计这种现象出现在整个大气层的下部（对流层）。在高度为8英里的范围内，冲刷速度与高度的上升成反比。在对流层上面的同温层，由于很少有雨云形成，估计不会有冲刷现象发生。但这种推测没有考虑含烟尘的核云会导致大气温度降低这一现象。正如尘埃吸收太阳的辐射那样，尘埃使大气层上部的温度增高，这种温度的逆转使对流层和同温层之间的交界面高度下降许多。这就意味着3英里高度以上的烟尘不容易被雨水冲掉。因此，国家科学研究会在他们的计算中是把这一变化列进去了。但是在低温层，他们采用的冲刷率比TTAPS小组高许多。国家科学研究会还计算了“尘埃骤雨”情况，在此计算中他们按其认为合理的最大冲刷量确定了烟尘被冲掉的速度。
为了估计核烟云的影响，现在有必要预测尘埃和烟粒吸收和扩散阳光的性能。国家科学研究会所采用的数值与TTAPS小组的数字很接近，而且他们也指出所设想的数值的误差系数是2～3。按这一估计，即使烟尘颗粒吸收和散射光线的效率要低一些，核冬天效应也是不会消失的。除非抛入大气中的烟量比他们基线研究所估计的还要低得多。
根据基线研究关于烟尘数量及其在大气中的分布，冲降速度和微粒性能等方面的估计，国家科学研究会在忽略风和海洋影响的条件下，计算出核战争后不同时间，内陆地面可能出现的温度。假设尘埃只局限在北纬30～27度地区（因为绝大多数炸弹会在这里爆炸），并假设在这一范围内，尘埃均匀地分布在经线上，他们通过计算得出，气温在25天内将下降31℃（56F），76天后温度又会再下降此温度的一半。如果这些烟尘被扩散到整个北半球上空，气温则会在17天内下降21℃（38F），51天后则会再下降此温度的一半。尽管这些数字并不像TTAPS小组的基线情况那样严酷，但也足以证实几个月内气温将骤然下降——这一核冬天的景象。请记住1816年吧，由于在3个月内温度平均下降仅3℃（5F），人们便失去了这一年的夏天。
烟尘是怎样均匀地扩散开的？
烟柱最初的覆盖面是由烈火的数目、大小、持续时间以及平均风速、风向变化决定的。大多数城市火灾的烟柱会向上扩散，到达对流层，狂风会把烟雾刮到几百英里以外。所以有理由认为欧亚大陆和北美的大部分地区首先会被烟云笼罩。最初两天，由于本地风向的变化，原来烟云不曾笼罩的地区也飘浮着烟尘，大约三天后，原来空空如也的北大西洋上空，也是烟云密布了。俄勒冈州立大学使用三维电子计算机进行了模拟地球大气进行估算，其预测结果表明，三天之后，苏联、欧洲、北非和北美大部分地区，都被连续不断的核烟尘云所笼罩。在北半球有20％以上的地区，日照的强度将下降到还不及原来正常日照的1％。在上百万平方公里或更大面积的土地上，日照的强度将下降到不到平时的1亿分之一，或者说日照已不复存在，四处一片漆黑。在这些土地上，气温的骤降将比我们上面所提到的平均降温更为急剧。
这些核烟尘是否会蔓延到南半球，还是尚未解决的问题。有迹象表明，核烟尘带来的大气循环的改变，有助于浓烟和尘埃进入南半球。在火山爆发后，人们曾观察到，尘埃在两半球之间传播的情况，尽管这可能仅仅是那些到达同温层的尘埃。在TTAPS的基线预测里，在核战中产生的到达同温层的尘埃，其本身并不致于使气候发生急剧的变化。对南半球在一场核战争后的情景进行较为可靠的估计，只能在这场大灾难后用三维电子计算机模拟大气，对核烟尘云变化进行数月的追踪观察后才能作出。
在第三章里我们知道，世界气候，特别是从温暖的海洋吹向寒冷大陆的风的影响，会减缓核战争后气温的急剧下降。在亚洲和北美大陆内地，仍有可能出现异常严寒的气温，但是像西欧和加利福尼亚这样的沿海地区，也许几乎不会有如此严重的情况。
这些细致的大气模拟有多大可靠性？气候变化是比这里预测的好些还是更严酷呢？必须指出的是，三维电子计算机对地球大气层的模拟，在一些方面是很粗糙的，大多数不能跟踪风和大气循环对核烟云产生的影响。它们不能把凝聚和冲刷这类有助于从大气层中清除尘埃的详细过程包括进去。他们忽略了海洋降温和海洋循环的冷却作用。烟尘微粒的红外线辐射和阳光的散射也被忽视了。到目前为止，差不多没有人对核战争后气候的变化将随开战的季节不同而有差异作过任何调查。
然而，我认为以上这些影响并不会大大地改变模拟的结论。尽管人们很清楚，为了要正确地了解核冬天的影响，弄清所产生浓烟的数量，从大气中清除烟雾的速度等一些没有把握的问题，还要做许多工作，而不是计算机的模拟。核冬天会出现吗？它会危及地球上的生命吗？
最后我们不得不提出这个问题：在举出了讨论中涉及到的所有这些不定因素之后，是否还能说一场核战争之后很可能伴随着一个核冬天？为了试图回答这个问题，根据美国国家科学研究会的论文《重大核交换对大气的影响》，我列了一个表，来说明一场核战争可能带来的后果。我已经指出了与国家科学研究会的基线预测相似的各种情况的严重性，这一因素是可以用来估计一场核战争所产生的浓烟的数量的，虽然其它因素可以起类似的影响，比如烟柱吸收光的效率。浓烟在大气中存留的时间是影响核冬天效应严酷性的另一个重要因素。而我无意把烟云生存的时间与烟云团的各种可能的组合全部罗列出来。我显示的只是烟云寿命随着情况的加重而递增的关系。北半球各地典型的气温下降却是一种近似值，而有一些情况则更不过是猜测而已。在估计不同情况对生物的影响中，主要的问题是在1983年华盛顿会议上，与会的几位生物学家决定只调查最极端的情况，因而以他们的结论来推及不是那么严重的情况，是不容易的。
总而言之，由于存在着诸多不确定因素，因而有这样的可能性，即同1816年坦博腊火山喷发所造成的那一年夏季的消失相比，一场核战争后的气候影响也许算不了什么。然而，也存在着相反的可能性，即这种气候的变化是如此的剧烈，以致于严重�
