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火与冰-第3部分
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憧佳厮椒较蛳蛩闹芾┥ⅲ纬扇嗣撬熘⑷欢淳霾辉盖桌慷玫哪⒐阶囱淘啤Ｋ浅Ｏ裨诶浞嬷谢暝频姆绫┰撇慵铀僬箍那榫埃逼渖蕉粤鞑愣ナ保彩撬降叵蛩闹芾┥ⅲ佣纬梢桓觥疤辍钡男巫础Ｔ诒ǖ绷课�100万吨级或更大威力的核爆炸中，核尘埃将升入同温层，抵达15英里的高空，当爆炸当量为50百万吨级时， 核尘埃则上升到30英里的高空。
地爆产生的核尘埃是引起核冬天的第一个因素。引起核冬天的第二个因素，是核爆炸后的遍地大火所产生的烟灰。一颗氢弹爆炸时的火球足以把方圆数英里内它所能点燃的一切都化为灰烬。在乡村，草木、粮食、植物都会燃烧并导致持续数星期的烈焰焚地。在城区，住房、工厂、加油站、化工企业也在劫难逃。这些大火所产生的浓烟升腾到数英里的高空。—旦形成风暴性大火，浓烟有可能被吸至同温层。
当然，要估计出在一场全面核战争中究竟会产生多少尘埃和烟灰，这决非易事。但有一些线索可以为我们提供帮助。首先，是1963年部分禁止核试验条约签订之前所进行的大气层氢弹试验。这些试验表明，当量为100万吨级的核弹在地爆时所产生的蘑菇云中含有1～6吨尘埃。同时，它还显示出核尘埃典型粒度是十分之几微米（1微米为1／1000毫米）。
要对核战争引起的大火进行预测，我就不得不依据对下述情况所做的种种测算，如：地震等自然灾害引起的城市火灾，战争期间投掷燃烧弹导致的城市大火，广岛、长崎所经历的核火灾，森林火灾以及为研究火势蔓延和烟尘而人为制造的实验性大火。
地震引起城市火灾主要是通过震破煤气管道、震裂燃料储藏罐、使电线短路而引起明火蔓延。大地震时，要想有效地扑灭火灾是很困难的，如1905年的旧金山和1923年的东京大地震所引起的巨大火灾。然而，核爆炸引起的大火威胁会远远地超过一次大地震。
第二次世界大战期间，在1943年7月27日至28日和1945年2月13日至14日，汉堡和德累斯顿分别遭到常规轰炸。这两次轰炸表明，在城市中爆发一场火灾是多么轻而易举。数平方英里的土地上一片火海，并形成风暴性大火。在火区之内，所有建筑物被烧毁，一切可烧之物都化为灰烬，乌黑滚滚的浓烟遮天蔽日，升入4至8英里的高空。在日本广岛，原子弹爆炸也造成了风暴性大火，尽管在长畸，由于丘陵地形的缘故，火势不是那么猛烈。
法国和美国已开始进行大规模人为大火的实验性研究。这些研究有助于我们了解预想的核尘埃可能上升的高度以及产生风暴性大火的条件。过去100年里发生的许多次灾难性森林大火都被记录在案。火灾烧毁了约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�
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