第十七章 核冬天

事实和不确定性

这一章紧接温室效应一章似乎很自然。上一章与我们倒入大气层的额外温室气体所造成的气候后果有关。那些气体降低了地球把我们从太阳获得的热量送回太空的能力，最后使地球变得比以前温暖。本章则是关于阻挡原来的太阳辐射从而使地球变冷。两者都归因于技术，尽管我们目前所担心的问题是核战争也许会导致遮蔽太阳，但大自然在没有我们的帮助的情况下过去就做过这件事了。

在太平洋的边缘，构成地壳的一些构造板块在互相挤压，火山很常见。火山爆发创造岛屿又毁灭岛屿——夏威夷群岛就是由火山造成的——而火山的爆发可以非常剧烈。在板块边缘的附近几乎到处都有火山，但在印度尼西亚最为集中，在历史上，那里已知有 100 座火山曾喷发过。太平洋边缘曾被

称作火圈，世界上 800 座左右的火山中有四分之三都位于这个地区。一座火山可以非常安静地喷发，只影响到所在地区，或许会降落火山灰，或许会有熔岩流。在另一个极端，火山喷发也许会使天空布满岩屑，这些岩屑会落到很远的地方。已知一次喷发所产生的熔岩最多有几立方英里（俄勒冈州南部的火山口湖的容量，该湖是 7000 年前的一次火山喷发形成的）。飞到空中的岩屑可以与此相比较，可以部分地挡住全球的阳光。

现代最著名的火山爆发是在 1833 年印度尼西亚的巽他海峡中的喀拉喀

托岛上（所以排除了维苏威火山，它把庞贝城埋在 50 英尺的火山灰下面）。它几乎完全摧毁了这个岛，掀去了岛的顶部，并把岛的基座留在水平面以下1000 英尺的地方。随之而来的海啸使临近岛屿上成千上万的人丧命，大气中的岩屑遍布全球，在两年的时间里人们看到的只能是美丽的日落，但对气候没有造成显著后果。

在 68 年以前的 1815 年，松巴哇岛上的坦博拉火山发生了一次更为剧烈的喷发，很可能是几个世纪中最大的喷发，同样它的岩屑环绕全球。次年欧洲的夏天异常寒冷（拜伦有一首诗记载了这件事），最近发现的一些中国古老的记载表明当时中国也异常寒冷。那一年，即 1816 年，被称作无夏之年。除了日落以外，其他的全球天气现象是否来自火山喷发是另一码事。目前有影响的专家认为它们不是，但火山喷发给大气带来的岩屑是可怕的。我们将会看到，这可以与一次核大战所带来的岩屑的数量相比。但那是另一种物质了。

已知的造成这种后果的另一个自然事件是大约 7000 万年前一块巨大的星外物体的影响，它在大气中散布了非常多的岩屑，造成动物种类的广泛灭绝，其中包括恐龙。仍然有人怀疑这件事是否曾发生，但证据非常确实。因此，自然现象会影响大气的阻光度，有充分的理由相信一个较严重的事件会影响气候。这里不存在什么魔术，只是地球复杂的热量平衡，正像上一章中所讨论的，它与温室效应有关。

在一次核大战中——我们和苏联人各有成千上万的核武器——一定会有巨大的全球性火灾向大气中喷发烟雾和岩屑，极大地影响保持地球温度的脆弱的辐射平衡。这一观点首先是由保罗·克鲁森和约翰·伯克斯于 1982 年宣布的，即刻被命名为“核冬天”。据目前的估恻，在一次核交流（核战争的

一个礼貌用词）以后的头几天中，大约会有 1 亿吨的烟雾产生。其中大部分将以小粒子的碳（烟灰）的形式出现（它们会有效挡住太阳的辐射，它们比火山灰要能干得多。黑烟的颜色将非常之深。

在进入技术细节和不确定性之前，必须先对这一论题的重要性作一些技术性评论，下面两段是本作者的一些个人观点（当然和本书其余部分一样）， 但这些观点在专家当中并不罕见。

自从核时代开始以来我们就知道核武器会造成巨大的火灾——1945 年它发生了迄今为止唯一的一次，当时核武器被在愤怒中使用。 1982 年的新观点是大国之间的核战争所造成的火灾将非常巨大，可能产生的全球性影响，远远超过本来就已经很可怕的核战争后果。有些极端观点认为这样一次战争会清除地球上所有的生物，或至少是人类的生命，但这些观点的基础是寻找政治后果，而不是科学。

这一论题接着吸引了科学团体中一些最著名的人物，这些人又普及了这一论题，使之成为避免核战争并努力实现核裁军的又一原因。本作者（主持了这个领域的一个政府委员会）总是对表达这些观点的强烈性感到困惑，似乎演讲者刚刚发现核战争是坏事，他并不知道在任何地方有任何一个人支持核战争，但那些言辞似乎表明是针对这样的人的。许多人一生认真负责地从事预防核战争的工作，他们很容易对一些好心的知名人士刚刚发现一个原因就有相反的建议感到非常讨厌。核战争的预防，是仅次于人口过剩的对人类的真实和直接的威胁，它需要的是工作，不是夸夸其谈。过去 40 年的记载表明我们迄今为止一直成功地阻止了大的战争。和本书所讨论的其他风险一样，没有任何理由可以自满。

幸运的是，理解核冬天现象的问题与理解天气、气候和温室效应的问题相似，因此一流科学家中的有经验的群体可以研究这一论题。下面的讨论将以他们的工作为基础。

整个场景非常简单，尽管它显然是“最坏情况”。由于某些原因，多年来阻止了大国间核战争的抑制因素瓦解了，美国和苏联之间发生了一次大规模的核交流，这两个国家是唯一武装得可以造成全球后果的校国家。其他国家是否参加对整个场景来说不重要；这已经够糟的了。计算（以及仅有的一点经验）表明受到袭击的大城市将燃烧，也许森林和大部分灌木丛也会燃烧。这将是无边的大火，其规模在人类历史上前所未有。森林大火较为常见，但地球上陆地的很大一片地区同时起火并不常见，而且，文明使城市和其他地区积存了大量可燃烧的物质。此时，美国在全国储存了大约 4 亿桶石油及其

产品（一桶石油相当于 42 加仑），相当于每人 70 加仑。这些石油的大部分

会燃烧，而另一方的相当数量的石油供应也会燃烧。美国每人拥有 4 只汽车

和卡车的轮胎，它们大部分也会燃烧，等等。这已经是 5000 多万吨的可燃物，

而可燃的森林和农田我们估计将很容易使烟雾达到 1 亿吨。

如果这样大量的烟雾在很短的时间中释放，而大海的那一边也发生类似的事，它必将使天空变暗，把白天变成黑夜。这是数量极其庞大的物质，尽管想起燃烧矿物燃料每年会把 50 倍以上的碳排放到大气之中，我们应该对这种烟雾还能抱一些希望。然而，那是透明的二氧化碳气体的形式，不是黑烟。

对这一威胁的有效反应很显然——避免核战争——当然即使没有核冬天提供额外的动机也应避免核战争。

对注入这么多烟雾的后果的早期运算被称之为单维运算，这就是说它没

有妥善处理烟雾的扩散。这些计算也没有处理其他减轻作用，例如被雨水冲刷。部分是由于过分简单化，计算出来的结果具有戏剧性，预测黑暗会持续几个星期或几个月，环绕全球，造成中纬度地区夏季的温度大大低于冰点。而这一地区正是世界上大部分人口居住的地方。这样的温度将严重破坏给我们提供食品的生态系统，尽管地方的超级市场也许还有其他原因在核大战后无视正常的作息时间。核战争的终极灾难将会更为深远。

核冬天现象是真实的，剩下的未知数要求进行更好的计算，不管从上面的讨论中推断出什么结论，我们都应该努力以最大的限度学习有关这个论题的知识，哪怕只是为了更好地作出决策，因此自从 1982 年开始这一论题的研究以来，很显然地需要进行更多的研究，不仅通过更好的计算，而且通过对大范围火灾：现象的研究。我们可以使用在美国部分地区横行的大范围森林火灾，还可以使用为了烧掉日后也许会加剧不可控制的火灾而故意有控制地燃放的大火。（对于后者有人表示强烈抗议，有些人遭蒙蔽认为燃放大火是为了研究核冬天。）

大规模火灾的一个不太被了解的特征是它会造成所谓的风暴性大火，这种大火非常之大，其上方的热空气把周围地面的空气吸了进去，既给大火提供燃料又煽动了火焰。这种状态能自我维持到再没有可供燃烧的东西为止， 而在大火燃烧的过程中要进行控制基本上是不可能的。一场普通的大火也许很可能烧掉现场的一切东西，风暴性大火一定也会这样。

在壁炉中升起的规模较小的火有着与风暴性大火相同的许多特性。通过烟囱上升的热空气造成一个气流，把新鲜空气吸人火的底部，这又提供了炉火需要的新的氧气。每个人都知道好的气流对生好人很重要，当然空气的流动也把烟抽出房屋。风暴性大火在大气中建造一个自己的无形的烟囱，而吹到底部的风的力量会超过飓风。来自风暴性大火的烟可以排入大气的高层， 在那里它会延伸到最远的地方，也会保持最长的时间。

很难预测一场大火什么时候会越过无形的临界点变成风暴性大火。许多大城市过去都燃烧过——堆满了可燃物质的城市——伦敦 1666 年，芝加哥

1871 年，旧金山 1906 年，东京烧过几次，另外还有几十个其他的例子。很难从这些大火的目击者的记忆中得知是否有过完全的风暴性大火，也许有些是。

在第二次世界大战对城市的轰炸中，人们注意到更多的破坏——轰炸的目标就是破坏——是由火灾引起的，而不是普通炸弹造成的。于是空袭不久以后就以放火为目的，以风暴性大火作为可能的奖赏。在德国对英国考文垂的空袭中有 25%的燃烧弹，对德国科隆和德累斯顿的空袭燃烧弹分别占 40% 和 75%，而美国对东京的大空袭则使用了 100％的燃烧弹。有时造成了风暴性大火，造成巨大的破坏，有时没有造成。对汉堡的空袭（25％的燃烧弹）引起了能形成飓风式大风的风暴性大火。没有风暴性大火的空袭已经很糟糕了，而风暴性大火使得破坏更为彻底，向内的大火禁闭了大火，并给大火提供燃料。风暴性大火还可以把烟排到同温层那么高。

与常规炸弹不同，核爆炸总是会引起大火。爆炸本身就很热，比太阳要热得多，而可燃材料接触到来自炸弹的辐射在很远的地方就会燃起大火。对一个百万吨级的炸弹来说，它能燃起立英里开外的大火。唯一的直接核经历又是来自二次大战。长崎燃起大火，但没有风暴性大火，而广岛则在爆炸几小时以后发生了风暴性大火，持续了大约 12 小时，烧掉了方圆 4 至 5 英里之

内市中心剩下的一切。一场核大战一定会造成巨大的火灾，至少有一些会变成大规模的风暴性大火。除此之外还有核冬天。

在这给定的标准场景中，对于注入大气中的黑烟重量的预测基本上是正确的。这并不意味误差在 10％以内，而是意味着期望预测超过实际的 10 倍那么高是不合理的。这是双方核武器完全交流后产生的任意场景，这种交流会持续到底。

“一旦烟雾进入上层大气，它一定会遮暗所有地区。同样也肯定会延伸到全球，正如喀拉喀托的火山灰那样。要花多少时间取决于烟雾在大气层的哪一部分，但这种时间是用星期计算的。还没有答案的大问题是云层是否能坚持那么长的时间与足够的纯净空气混合从而有效地阻挡阳光，是否会被雨水清除，形成块状落到地上或落入大海，或者遇到其他的命运。

答案不很清楚——这是个真正复杂的问题，给最优秀的计算机和智慧带来压力——但计算在不断修正，把越来越多的对大气环境和较小规模的大气现象的了解考虑进去。随着知识的积累，专家的预测导致预计的气候后果越来越小。这些预测依然令人惊恐，因为对这些后果的基础理论是完全正确的。但与早期引起所有公众注意的单维模式所显示的结果相比，现象没有那么简单，后果也没有那么严重。有些专家建议把核冬天的名词改为核秋天，因为现在对中纬度地区夏天的温度预测更像秋天。

这是此时此刻的核冬天的故事。它是真实的，但它是努力防止核战争的一个较为不重要的原因。