火与冰-第5部分
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毁了约1万平方英里的森林。1871年的佩什蒂戈大火，席卷了威斯康星州格林贝两岸的3000平方英里土地，形成的烟雾使太阳在200英里以内暗淡无光，甚至在中午也是如此。这种情况持续了一星期。1933年，美国俄勒冈州蒂拉穆克镇大火产生的烟雾高达8英里，这是美国历史上最严重的火灾之一。1957年的阿拉斯加大火烧毁了1万平方英里的森林。这些灾难性的森林大火一般是在树木特别干燥、易着火的时候发生的。核战争引起的森林大火，尽管可在森林的许多不同地点点燃，但蔓延起来却也不那么容易。一个更有代表性的历史事件或许应属发生于1908年6月30日的通古斯陨石事件了。 该陨石爆炸的能量相当于10百万吨级梯恩梯，大约有800平方英里的西伯利亚森林被夷为平地。目击者形容：“燃烧的树一棵又一棵倒下，到处是一片火海”。这场大火连续烧了5天。
根据对一场核战争所产生的核烟尘数量的估算，TTAPS科学小组的专家们估计：一颗核弹在一个城市上空爆炸后，每百万吨的核爆炸可造成100平方英里以上的火区，而一般说来，烈火在农村蔓延的区域则要小一些。在城市火区，每平方英里的大火大约会产生200吨核烟尘，而农村的大火大约只产生70吨左右的烟尘。另据TTAPS小组的科学家们计算，在超级大国之间展开的大规模核战争中，如果总共爆炸当量为50亿吨级，就会有2。25亿吨核烟灰和6500万吨的核尘埃被抛入地球的大气层。这同估计的坦博腊火山爆发后抛入大气层的火山灰数量2亿吨非常接近。但是核爆炸产生的烟雾更容易吸收阳光，使地球变冷。因此，核冬天引起的后果将远甚于坦博腊火山的爆发。
核尘埃与核烟云能滞留多长时间
诚然，工厂、日常大火和大风每时每刻都在向大气层排放烟尘，据估计每年约有200百万吨（2亿吨）。但是，在通常情况下，这些烟尘微粒不会升得很高，而是落回到地面上来，或是在数天之内，被雨雪冲刷掉。我们大家都注意到，雨后的天空格外明朗洁净，其原因就在于此。然而，在核战争的情况下，假如烟尘微粒被带到较高的对流层的话（大约5到10英里高），它们落回到地面的时间就会更长，需要几个星期乃至更长的时间，如果烟尘微粒升到同温层，即升到距地面10英里或更高的空中，那它们就会在那儿滞留一年或更长的时间，因为雨云很难在这里生成，微粒落回地面主要靠地球的引力作用。由于微粒很小，分量很轻，因此，下落将是非常缓慢的。
自然发生的大火将烟灰带入3至4英里的空中。正如人们所知，城市大火所产生的烟灰上升的高度为前者的2倍。而在一场核战争中，由于两种力量的作用将把烟灰送入更高的空中。首先，大规模的核爆炸将引发一场前所未有的大火；其次，对流的上升气流与风暴性大火相接。这种大火是由于在一个比较小的区域里爆炸了几颗原子弹而产生的。TTAPS的科学家的精确计算表明，一场核战争产生的烟雾大约有5％会到达同温层。
核爆炸产生的尘埃究竟能上升多高取决于核弹的大小。一颗当量为100万吨级的核弹爆炸，能炸出一个直径为数百码的坑，抛出的碎石达几百万吨，其中1万至3万吨极小的核尘埃微粒将上升到同温层。核战略家们喜欢把10万吨级的爆炸称作“低威力爆炸”，一次这样的爆炸（其威力仅比广岛原子弹爆炸的威力高5倍）不可能将任何核尘埃送入同温层。
除了核烟尘上升的高度外，还有另外两个因素对核冬天时间持续的长短产生影响。其一是（这个因素特别重要），当厚厚的核烟云以羽毛状上升时，烟尘微粒将开始凝聚而构成较大的颗粒，这样一来，这种较大的颗粒将会比较快地落回到地面，另一方面，这种颗粒的半径可能会变得比临界的1微米还大，而尘埃粒度小于1微米时其吸收和分散阳光的效力才最大。其二是，如我们前面已提到，尘埃和烟云微粒通过空气中的水滴聚合在一起，然后再经雨水的冲刷被带回到地面。上述两种情况，都会直接影响到核烟尘吸收和散射阳光的效应，它们都在TTAPS科学小组的计算中被考虑到了。
根据TTAPS的科学家们的计算，最后的结论是，一场核战争后，天空始终是昏暗朦胧的，时间从1～6个月不等。而决定的因素是，对所使用的核弹头数量和威力、烟尘的性质和粒度以及它们被冲洗的速率等等所做出的种种假设。
核尘埃与核烟云屏幕的扩展
如果你把围绕地球运转的宇宙空间站上看到的景象记录下来，你会发现，原子弹爆炸的每一个地方都升起一个由尘埃和黑烟形成的柱体，并向四周扩散。这些烟尘渐渐融汇成为一个巨大的环绕北纬地区的尘埃屏带。开始这条尘埃屏带显得非常凌乱，遭受核打击的国家上空成为最黑暗的区域。但几天以后，这条屏带将形成环状包绕地球并开始朝北向北极和朝南向赤道扩展。数星期以后，南半球也被黑云覆盖，核冬天所造成的这一后果将使全世界所有地区无一幸免。
那么，在这一期间内，地球上究竟有多黑暗呢？在TTAPS的科学家们所设定的最佳核赌注的“基线”情况下，他们估计，只有相当于正常光照的3％可以到达地面，这将比一个无光多云的冬日更昏暗。这种阴暗的结果几乎全部是由大气层中这些核烟云引起的，因为它们最容易吸收可见辐射。此外，尘埃往往有分散和反射阳光的作用，因而，这种辐射仍有相当数量到达地面。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
