火与冰-第3章
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核冬天的真实景象
核冬天的威力对刚刚经受了直接核打击而幸免于难的人们意味着什么呢？在每一个核爆炸地点上空，都会腾起一股巨大的由尘土和烟灰构成的柱状云团。这股云团上升到大气层5～10英里乃至更高的地方，然后沿着水平方向四处扩散，很像暴风雨来临前的“铁钻”状积雨云，接着又合拢到一块。核打击次日的清晨将没有黎明，中午时分天空仍会一片漆黑，这种黑暗将持续若干星期。在此期间，气温将日复一日地下降。在大陆内地，气温总计可能下降40℃（72F），这足以变夏日为冬日，变冬日为北极的冰天雪地。至于在沿海地区，例如在英国大部分地区，气温下降会少得多，可能只下降15℃（27F）。这是由于海洋温室效应的缘故。但即便如此，沿海地区气温的变化也足以变夏季为冬季了。要知道在正常情况下，英国四季的气温差本来就不像大陆性气候那样明显，这当然也是出于海洋温室效应的作用。
我们已得知，坦博腊火山喷发造成的灾难性后果是1816年夏季的消失，那么不难想象，核冬天引起的后果将更为严重。在春季或夏季，日照的锐减和严寒的侵袭将使大部分庄稼、植物和树木遭到毁灭。河流和山涧都将封冻，许多动物会死于饥饿和寒冷。在热带地区，不管是哪个季节，核冬天的影响对当地的动植物都是一场巨大的灾难。日照水平和气温至少要三个月才可能恢复到正常。生物学家把核冬天看作是一场可能发生的大规模的物种灭绝的灾变，这绝不是危言耸听。
就整个人类来说，核冬天造成的后果将格外严酷。除非核战争发生在没有庄稼生长的冬季，而且随之而来的气候异常持续时间很短，否则整个北半球的庄稼将注定无收成。这意味着不仅北半球的许多居民将忍饥挨饿，南半球许多靠粮食进口的国家也要出现饥荒。即使北半球有相当多的人在核战争的直接杀伤下得以死里逃生，也很难想象他们还能够应付得了随之而来的寒冷、饥饿、电力缺乏、供水不足、污水系统中断、交通运输困难、流行病、医疗救援匮乏、战后人们承受的心理压抑等一大堆问题。
诚然，核战争的主要打击目标位于北半球，然而，放射性黑色烟云在几周之内就将蔓延至整个地球上空，使交战国和中立国同样都饱尝战争的痛苦。据估计，正常状态下的地球气候形势将发生变化，放射性烟云将很快蔓延至南半球。事实上，很难说南半球就不存在核攻击的目标。难道说南非的铀矿和海军基地就不是被打击的目标吗？超级大国各自在南半球的盟国难道就不会被对方看作是成胁吗？不管核武器是否会投掷到南半球的大地上，有一点是极为可能的，那就是人们将在核冬天所造成的众多灾难中痛苦地前熬。
第三章 什么引起了核冬天
核尘埃及核烟云
为了在核爆炸地点造成最大可能的破坏，如攻击像导弹地下仓库及雷达设施等具体军事目标，核弹需要在接近地面时引爆。核战略家们创造了一个恰当的名词“地爆”来称谓它。作为核爆炸的形式之一，地爆的声响就好似一场大暴雨或是气球炸裂时发出的声音。此外，在日本广岛和长崎投下的原子弹是在远离地面的空中爆炸的，被称作“空爆”。“空爆”的杀伤范围更大，但它的点爆炸威力却较弱。
在地爆时，地面被炸出一个巨大的弹坑，大量的泥土和碎石被抛向空中。在“爆心投影点”，即爆点附近，爆炸的威力可以使岩石水分蒸发，甚至将其熔化。在间隔一段时间后，离爆心较远的岩石也将被粉碎，从弹坑中散射出来。这一过程的发生，连同烧焦了的弹体和弹壳的残骸，都加剧了核火球把大量的尘埃带入到大气层中，被蒸发了的岩石和金属以及被熔化成液态状的岩石很快就凝缩成极小的尘埃微粒。核爆炸的强烈放射性使得一切都变成了带有放射性沾染的废墟。放射性持续的时间取决于是什么样的放射材料。为了增加放射性强度，核弹表面可涂上一层像钚那样具有高度放射性的物质，这种核弹常被称作“脏弹”。而最大的“洁弹”是中子弹。它爆炸时产生的能量几乎全部都变成具有很大杀伤力的中子束，而不是冲击波，就像放射性一样，具有致命的杀伤力，它使所有与中子冲撞的东西也具有放射性。但中子弹的目标是杀伤人，而建筑设备却完好无损。一般说来，既消灭敌人的有生力量，同时占领敌人的城市（在放射性允许的条件下），是夺取战争胜利的理想方式，正是基于这种考虑，人们才研制中子弹。
被核爆炸掀起的大石块虽然很快从空中落回地面，但是一个巨大的、由放射性微粒构成的烟柱却腾空而起，一直进入大气层。核爆炸会产生一股强大的向上对流的空气，这股气流有助于把核尘埃带到地球大气层中的逆温层顶部，即人们所熟知的对流层顶。对流层顶以下就是对流层。在这里，空气的温度随着高度的下降而降低并且易于形成不稳定的对流。大多数气候现象都在对流层生成，如云、暴风雪、锋（即冷热团的分界处）等。对流层顶以上是同温层。空气的温度在这里随着高度的增加而升高，而空气的运动变得相对稳定。地面至对流层顶的高度，在极地为6英里，在赤道则为11英里。同时，对流层顶在不同地区上空的高度还根据不同气候条件的变化而有所不同。当核尘埃烟柱到达对流层顶时，便开始沿水平方向向四周扩散，形成人们所熟知、然而却决不愿亲历目睹的蘑菇状烟云。它非常像在冷锋中积雨云的风暴云层加速展开的情景，当其升到对流层顶时，同样也是水平地向四周扩散，从而形成一个“铁钻”的形状。在爆炸当量为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
