Alan Robock

(Department of Environmental Sciences,Rutgers University,New Brunswick,N.J.,USA)

2010年4月8日,美国总统贝拉克·奥巴马与俄罗斯总统德米特里·梅德韦杰夫签署了美利坚合众国与俄罗斯联邦之间关于进一步削减和限制战略性进攻武器的条约,规定美国和俄罗斯将其核武器的数量减少至低于20世纪80年代冷战时期最高水平的5%。该条约被称为“新战略武器削减条约(New START)”,因为它是1991年战略武器削减条约(START)之后的新条约。2010年4月14日,冰岛艾雅法拉火山开始了其强烈喷发阶段,使欧洲的航空运输关闭了6天,在后续的1个月的时间里继续受到干扰。

那么核武器爆炸与火山喷发之间有什么共同之处呢?当核武器击中城市和工业区时,将产生大火、造成黑乎乎的浓烟云。火山喷发会喷射灰烬微粒和二氧化硫,在大气中形成硫酸盐悬浮微粒。因此,核武器爆炸和火山喷发都会产生可以从源地被输送至遥远地方的颗粒,进而影响天气和气候。

这些悬浮微粒都会对气候产生直接影响,但其次生效应的联系更为重要。这两个事件都告诉我们它们对有内在联系的食物获取网的影响会冲击人类文明。一次较小的火山喷发就减少了欧洲对新鲜食品的进口。一次使用量小于现存核武库1%的“较小的”核战争则可能会切断食品贸易,影响数十亿人口。

“新战略武器削减条约”朝着正确方向迈出了值得赞扬的一步,但同时,这一条约本身并不会保护我们摆脱人类和地球上大多数其他物种所面临的巨大威胁,即核武器对气候的影响。即使在“新战略武器削减条约”全面实施之后,美国和欧洲之间的核战争仍然可以产生核冬天,即使在夏天也会使地面温度骤然降到冰点以下,使农业生产在几年之内被彻底摧毁,造成绝大多数人因饥荒而死亡。比如,在印度和巴基斯坦之间发生一场攻击城市和工业目标的核战争,即使使用了当前核武库中的极小一部分,如不超过1%,大火中产生的烟雾也可以导致超出人类历史有记载以来的气候变化。

火山爆发通过向大气中喷发悬浮微粒及其前体来影响气候。火山灰颗粒,也叫火山灰,存在的时间较短,通常在对流层中存在几天,在平流层中存在几天到几个星期。它们都吸收和散射太阳光,由此使大气层变热,使地面变冷,但是,由于其存在时间较短,它们对气候的影响较小。但另一方面,SO2氧化形成硫酸气溶胶雾滴,如果这种雾云存在足够长的时间,它将对气候产生深远的影响。硫在对流层中的e倍衰减时间(一个量减小到原量的1/e倍所用的时间)约为一周,但在平流层中约为1年。

例如,1991年菲律宾的皮纳图博火山爆发,向下平流层喷射了约20兆吨(20×1012克)SO2,形成了持续约2年的云雾,使1992年全球平均地面气温降低了约0.5 K。另一方面,在几周的时间里,艾雅法拉火山每天向对流层中喷射几千吨SO2。由于喷发物总量相差1000倍、存续时间相差50倍,所以,艾雅法拉火山对气候的影响比皮纳图博火山小50000倍,因此,在大气的混沌气象噪声中不能被探测到。

核武器大火中产生的浓烟由小的黑色颗粒组成,它们能够非常有效地吸收太阳光、使大气层变热、使地表变冷,其效率比颜色较为浅淡的火山灰高得多。如果被喷射到上对流层中,这种灰粒将被太阳光加热并上升到上平流层中,在那里,其e倍衰减时间约为5年。如果在巴基斯坦和印度“只”使用100枚广岛规模的核武器来打击能产生最大烟量的目标,全球的平均地面气温将降至低于公元17世纪至19世纪小冰河期的水平。平流层中的烟雾将吸收大量的太阳光,以致造成大规模的臭氧耗竭,地表紫外线也会增强,这是由源自悬浮微粒的平流层变热和源自对流层的缺少臭氧的空气和破坏臭氧层的化学物质的喷射所致。地表将变得寒冷、黑暗和干旱,对农业产生严重影响。南北半球中纬度的农业产区的作物生长季节将缩短几周。美国、乌克兰、中国、澳大利亚、阿根廷和其他许多地方的作物将会减产或者绝收。恐慌可能使所有的农业贸易停止,造成短缺和饥荒。假使冰岛火山造成的贸易中断持续数年,人们会开始担心是否能够种植足够的粮食,因而他们会将其所拥有的粮食储藏起来。假使美俄之间爆发一场核战争,并使用现有武器库存,或者仅仅使用按照“新战略武器削减条约”削减后的武器库存,那将仍然会造成核冬天,使中部大陆的地表气温即使在夏天也会骤然降到冰点以下。

但是你可能会说:“核冬天一说很早以前就被证明是错误的”,或者说“20世纪80年代军备竞赛的终结也结束了核冬天的威胁”。然而,这两种看法都是错误的。过去几年,我同核冬天研究领域的先驱Brian Toon、Richard Turco和 Geo rgiy Stenchikov以及我们以前的两位学生Luke Oman和Charles Bardeen,一起重新审视过这个问题。20世纪80年代计算的气候效应在很大程度上具有不确定性,原因是气候模型太简单以及我们所使用的计算机受到限制。这些模型没有模拟烟雾上升和在空中持续停留的时间,也未能给出海洋重新回暖所需要的时间长度。利用与模拟全球变暖相同的气候模型,现在我们确实发现气候效应不仅可以达到利用较简单模型所得到的最大值,而且会比以前所想象的持续更长的时间。尽管我们永远不可能做实验来检测我们的模型,但是自然界中的许多类似现象,包括火山喷发和森林大火,使我们相信我们现在的模型可以很好地模拟相关过程。

如同3年前我们在EOS和Science上讨论过的,核武器绝对不能使用。既然如此,为什么现在美国和俄罗斯均计划要继续在核武库中保存数千枚的核武器呢?其他拥有核武器的国家没有一个拥有超过约200枚的核武器。为什么中国、法国、英国和以色列决定在这个数量上止步?总之,你需要在敌方首都的上空投掷几枚核武器才可以阻止它来攻击你?难道一枚还不够吗?我们从拥有核武器的这些其他国家中应学习什么?

20世纪80年代全球性的关于核冬天的热烈讨论使世界认识到持续的核军备集结的疯狂性。当时揭示核战争的气候效应的研究是由美俄科学家联合进行的,这就发出了一个强烈的信号,即这门科学当时没有被用于宣传目的。前苏联领导人米哈伊尔·戈尔巴乔夫在1994年的一次采访中叙述了他在掌握苏联的核武库之后的感觉:“也许对它也有感性的一面。……但我所积累的有关核武器的威力的知识很快使我从这种感性认识中调整过来。其千分之一的力量就足以毁灭地球上的所有生物。我知道关于‘核冬天’的报告”。在2000年他说道:“俄罗斯和美国科学家的模型表明,一次核战争将导致对地球上所有生命极具破坏性的核冬天;这种认知在很大程度上会促使我们、促使具有荣誉感和道德责任感的人就此行动起来”。为此,他在前苏联解体之前开始了裁军进程。

艾雅法拉火山的喷发警示我们,现在应该再次对核武器带来的威胁给予关注。我们必须把“新战略武器削减条约”看作一个迈向Carl Sagan称之为“基本洁净的行星”的重要一步,但仅此还远远不够。美国和俄罗斯应当立即把他们的核武库削减到与其他联合国安理会常任理事国相同的规模。这将消除核冬天的可能性,并使更艰难的全面削减核武器的谈判得以继续。核冬天理论现在表明,不仅超级大国仍然威胁着世界其他国家的生存,而且新出现的核强国也在威胁着从前的超级大国,这种威胁也许不是灭绝性的,但会带来包括干旱和饥荒的严重后果。消除这种气候灾难的可能性的唯一办法就是消除核武器。