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發生核戰真的等於人類終結嗎?讓核子冬天理論來告訴你為什麼——《Warnings!》

聯經出版_96
・2019/11/29 ・3336字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 541 ・八年級
  • 作者/理查‧克拉克(Richard A. Clarke)、R. P.艾迪(R. P. Eddy);譯者/吳國卿

羅伯克是一位氣象學家,一九七〇年代他在麻省理工學院取得氣象學學位。在一九八〇年代,他開始思考全球天氣和可能對它造成不利影響的主要方式。他從歷史紀錄檢驗大型火山爆發的影響。

在同一段期間,一位著名的天文學家薩根(Carl Sagan)成為一群科學家的代表人物,他們為美國與蘇聯如果爆發核子戰爭對全球氣候模式可能的變化設計模型。這個團體被稱為 TTAPS,取自五位科學家姓氏的字首:圖爾科(Richard P. Turco)、湯(Owen Toon)、艾克曼(Thomas P. Ackerman)、波拉克(James B. Pollack)和薩根。

TTAPS 中之一的科學家,卡爾.薩根 (Carl Sagan)。圖/Wikimedia Commons

不是針對你,我是說在座各位,都會灰飛煙滅

TTAPS 在一九八二年說,美國和蘇聯若發生核子戰爭(在當時似乎有可能),造成的破壞將遠超過兩國和歐洲的盟國(且可能包括亞洲)被摧毀。這幾位科學家說,那可能意謂人類完全被終結。

在一九八三年,薩根聚集包括美國和俄羅斯的二十八位科學家,在華盛頓舉行核戰長期全球生物後果會議。會議的結論於一九八四年出版成《寒冷與黑暗:核戰後的世界》(The Cold and the Dark: The World after Nuclear War)這本書。我們後面將提到,這本書獲得媒體以及華府和莫斯科政府最高層的廣泛注意。

現在回想這似乎令人費解:為什麼在人類首度使用核子武器近四十年,在兩大超級強權已建造數千枚核子武器後,世界最強大的國家仍未真正了解它們對彼此使用核武的影響?

重大災難在一瞬間就能帶來傷害。圖/GIPHY

畢竟,它們曾幾度危險地瀕臨爆發核子戰爭,一九六二年的古巴飛彈危機就是著名的例子。兩國的核子飛彈都已進入備戰狀態,隨時可能在接獲命令後立即發射。在平常時期,美國裝備核武的 B-52 轟炸機會在俄羅斯領空邊緣巡邏,每一架都已預先設定目標,只等待「發射命令」下達。

儘管已大規模部署核子武器,我們對它們卻有許多不了解的事,其中之一是電磁脈衝(EMP)一直到毗鄰拉斯維加斯的幾次核子試爆「燒壞」試爆場許多哩外的電子裝置後,科學家才發現核子爆炸發出的電磁波可以傳至爆炸半徑很遠的地方,摧毀電子裝置的電路。

薩根等人說,另一件世人不了解的事是,核子戰爭造成無數同時發生的火風暴(firestorms)對全球氣候的影響。

火風暴可能讓整個城市都陷入火海。圖/Pexels

雖然許多人現在已把兩大超級強權的重大核戰可能意謂世界終結視為理所當然,但在當時美國和蘇聯的領導人,甚至大多數國家的領導人並不相信如此。

不管多麼異想天開,美國和蘇聯當時都有度過核子戰爭並展開重建的計畫。兩國都投入龐大資源在興建萬一爆發核戰時使用的避難所和重建國家計畫。像巴西和印度等國可能有人認為,他們的國家有可能在後核戰世界變成新世界超級強權。

不過,薩根等人說,倖存和重建都不可能發生,也不會有取而代之的超級強權。因為無數強烈火風暴造成的氣候效應是,大多數、甚至全部人類都將逐漸死亡。這是令人毛骨悚然的預測,而且它來自科學家和專家。這個預測被稱為核子冬天理論

嚇到吃手手!世界末日般的核子冬天理論

這個理論雖然牽涉複雜的全球氣候電腦模型,卻很容易解釋。第一,它假設核子戰爭的指揮官將以城市為目標。美國戰略家委婉地稱之為反價值攻擊(countervalue strike),以對照所謂的反力攻擊(counterforce strike),意即攻擊彼此的核子軍力和軍事基礎設施。

第二,它引證從核子試爆和直接來自日本經驗的原則,即在城市發生的核子爆炸會製造一場火風暴,在地面造成極強烈的大火帶來的上升氣流,把強大且高速的風吸進火中,進而延續其燃燒。高溫將點燃幾乎一切東西,把火焰移動並散播到整個城市。火焰帶來的極度高溫把其他可燃物質烤乾,再引燃其他東西並把火散播得更遠。

二次大戰期間盟軍在漢堡、德勒斯登、名古屋、橫濱、東京、大阪和神戶投擲燃燒彈,在廣島和長崎投擲原子彈都造成這種火風暴。此外,一場全面核子戰爭將牽涉在許多主要城市引爆遠比廣島原子彈強大許多的武器。

1954 年 3 月 26 日試爆的 1 千 1 百萬噸巨型戰略核彈 ROMEO。圖/wikimedia

第三,TTAPS 團體解釋說,這種大火將燒盡建築物和裡面的一切東西,製造一種藉由上升氣流帶進高層大氣的煙塵。龐大數量的這種煙塵將隨著火風暴往上噴發,在同時爆炸的天然氣管線和油槽助威下,使數十個或數百個城市短時間內灰飛煙滅。

他們的第四個假設是,這些煙塵將停留在高空,因為它們將被陽光加熱,且高於可形成雨的雲層。它們將隨著全球的風模式散布,最後覆蓋北半球和南半球。

他們的第五個假設也是所有假設中最具破壞性的。煙塵將阻擋陽光,使氣溫下降,導致仰賴光合作用的有機體死亡,也就是供養地球大部分生命的植物。此外,臭氧層將遭到破壞,讓更多紫外線輻射和宇宙線進入地球生物圈,進一步摧毀作物和傷害大部分有機體的 DNA。這可以用複雜的公式和模型推算,但結論是一場大型核子戰爭將意謂倖存者將羡慕死者,且可能比他們預期的更快加入死者的行列。TTAPS 的成員之間看法不一致的地方是,大核戰的結果會是人類在地球作為一種生命形式的終結,或者只是我們今日所知的人類文明的終結。

圖/GIPHY

部分科學家不同意他們的看法,宣稱 TTAPS 的計算有瑕疵,或至少他們根據的是未經證明的假設。薩根回應說,要像一般科學的要求那樣完全驗證這個假設不可能辦到,因為尚未發生核子戰爭。

歐洲和美國的反核武團體一直尋求達成「核子凍結」協議,禁止再製造任何核子武器。核子冬天理論為這些倡議分子帶來額外的推力,使他們的運動變成大西洋兩岸一股強大的政治力量。

薩根和 TTAPS 夥伴圖爾科在另一本書《無人想過的道路:核冬天和武器競賽的終結》(A Path Where No Man Thought: Nuclear Winter and the End of the Arms Race)陳述他們的主張,呼籲進一步減少核子武器。他們在書中回顧埃斯庫羅斯(Aeschylus)的戲劇《阿伽門農》(Agamemnon)中訴說的卡珊德拉故事:

「沒有人注意……他們不想聽……若在今日她會被貶斥為末日理論者……她無法了解為什麼她的災難預測—如果有人相信,有些是可以避免的—被忽視。」他們節錄古代特洛伊城領導人對卡珊德拉說的話:「我們無法確定,而如果我們無法確定,我們將忽視它。」

圖/GIPHY

薩根和圖爾科回顧卡珊德拉的命運說:「卡珊德拉忍受的對悲慘預言的抗拒,在今日依然一樣頑強。」他們嘗試想像為什麼災難預測至今仍被忽視。「減緩或規避危險可能需要時間、努力、金錢、勇氣。我們可能必須改變生活的優先順序。」因此,這兩位科學家認為典型的反應是:「不可能。末日理論者。我們從未經歷過有一點類似的事。企圖驚嚇所有人。打擊公眾信心。」兩位作者表示,領導人往往有一種「自然、有點難以適應的傾向,想排斥整件事。

這需要更明確的證據……他們傾向淡化、貶抑、忘記」,也許是因為他們感覺被怪罪坐視這種情況的發展。薩根和圖爾科有能力寫出你現在正在閱讀的書,因為他們的觀察適用於許多類別的潛在卡珊德拉,例如羅伯克。

——本文摘自《Warnings!:AI、基因編輯、瘟疫、駭客、暖化……全球災難警告,用科學方法洞悉真相》,2019 年 5 月,聯經出版

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聯經出版公司創立於1974年5月4日,是一個綜合性的出版公司,為聯合報系關係企業之一。 三十多年來已經累積了近六千餘種圖書, 範圍包括人文、社會科學、科技以及小說、藝術、傳記、商業、工具書、保健、旅遊、兒童讀物等。


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推開地獄之門?冰島開挖全球首座「火山岩漿井」,開啟地球科學新篇章!

安比西林_96
・2021/10/20 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

水井、石油井和天然氣井大家都知道,但你有聽過「岩漿井」嗎?最近,冰島著手開挖全球第一座「火山岩漿井」。這似乎是一個瘋狂的主意,滾燙的岩漿可高達攝氏上千度,還可能伴隨著可怕的火山災害。不過這個前所未有的大膽計劃,不僅具備新興可再生能源的巨大潛能,更有望開啓地球科學的新篇章!

冰與火之地——冰島,100% 依靠可再生能源的國家

落在北極圈邊緣的冰島(Iceland),擁有壯闊冰川與絢麗極光,同時也是地球上火山活動最頻繁的地區之一,可謂名副其實的「冰與火的國度」。這座大約 1500 萬年前才因火山活動形成的年輕島嶼,因位在大西洋中洋脊[註1]之上,受到歐亞大陸板塊與北美洲板塊往各自方向的拉扯,而有著 32 個活躍的火山系統,且平均每 4 年就會發生噴發。

圖/wikimedia

除了令人屏息的天然極地美景,冰島更是全球綠能國家中的模範生。得天獨厚的地理條件,讓冰島超過 99% 的電力都是依靠可再生能源,其中 73% 的電力源自水力發電,另 26.8% 則來自地熱能。在可再生能源,尤其是地熱能的開發應用技術上領先世界的冰島,在地發電厰不單是觀光旅游的賣點之一,更吸引了不少國外的投資入駐,以降低企業的碳足跡。

延伸閲讀:利用地球的熱情發電吧:深層地熱發電

通往「地獄」之門,也是推開科學新研究的大門

地熱能開發技術純熟的冰島,在 2009 年的一次鑽探中,卻遇到了意想不到的變故:原本想開挖深達 4500 公尺下的熱水,沒想到卻在 2100 公尺處挖到了一個岩漿庫[註2]!這此的開挖位於冰島北部的 Krafla 火山口附近,一個較小火山口 Víti (冰島語中正是「地獄」之意)邊上。

大量的蒸汽與玻璃從鑽孔中噴湧而出,在鑽探套管報廢之前,還觀測到破紀錄的 900°C 高溫。原先的計劃被迫喊停,但科學家卻從中看到進行地科研究的大好機會。

2009 年時,原先要鑽探地熱井的冰島團隊,卻意外挖到了一口岩漿井。圖/science.org

這起事故,促成了克拉夫拉岩漿試驗臺( Krafla Magma Testbed,簡稱 KMT)研究計劃的誕生。時隔多年籌備,這個備受矚目與期待的計劃,在國際大陸科學鑽探計劃(International Continental Scientific Drilling Program)與多個科研機構的支持資助下,終於於今年展開。這一次,科學家們帶著更堅實的鑽探工具,與明確的鑽研目標,要來敲開通往「地獄」的大門。

「我們曾去過火星,也到過金星,但我們從未觀測過地表下的岩漿。」意大利國家地理物理與火山學的研究主任 Paolo Papale 如是説道。

過去火山學家一直缺乏直接觀測地底岩漿的機會,只能仰賴地震儀、GPS 感測系統和雷達衛星,來推測岩漿的運動。儘管他們可以調查噴發到地表的熔岩,但這些已固化的樣本,早已失去大部分原本所含有的氣體。這些氣體是驅動火山噴發,影響岩漿原始溫度、壓力與成分的關鍵。

自 2009 年與這口岩漿井打交道以來,科學家確認它的脾氣相當溫和,並無噴發的太大風險,加上位處偏僻無人居住之地,因此非常適合進行研究。未來若從 KMT 取得新鮮熱辣的岩漿樣本,將可用來驗證過去科學家對於岩漿的認知是否屬實。

地底下的岩漿,揭開大陸形成的秘密

地球大部分海床,都是由玄武質熔岩[註3]構成,冰島也不例外 。然而組成大陸地殼的花崗岩,卻是由另一種更粘稠、富有二氧化矽的流紋質岩漿而來,而 KMT 岩漿井底下的就是流紋質岩漿。

為什麽構成海床與大陸地殼的熔岩種類有所差異?科學家相信,探究以玄武岩為主要構成的冰島上的流紋質岩漿樣本,將揭秘這個地質科學中很基本,卻未解決的問題。

要長期監測岩漿井的溫度、氣壓、化學成分等參數,實實在在地挑戰人類科技的極限,因為靠近岩漿處的溫度可是超過攝氏一千度。鑽探團隊正測試各種能耐高溫及膨脹的器械,而科學家也在研發各種可抵抗高溫高壓的新型偵測器。

這些研究成果不僅能用於地球科學,有朝一日更可能造福太空探索,如被運用在登陸太陽系中環境最惡劣的金星上。

水手 10 號拍攝的金星,由可見光與紫外光影像疊合而成,可見其表面被一層厚厚的硫酸雲遮蓋。圖/維基百科

一口岩漿井,將成為世界重要的火山學中心

KMT 引領科技的創新,也為冰島的地熱能產業帶來突破的機會。越靠近熾熱的岩漿,利用地熱能發電的效率便會增倍,這麽一來便可減少為了滿足能源需求而開挖的地熱井數量,降低對周圍環境造成的衝擊。光是在 2009 年意外挖掘的這一口岩漿井,就具備可以供應一整個小鎮電力的潛能。

開挖岩漿井時,需要注入大量的水來冷卻與潤滑鑽頭,這個對火山系統進行擾動的過程,也提供科學家一個瞭解火山運動的絕佳觀測機會。進行鑽探後,地震波速度發生的改變,也可透露岩漿流動的範圍。透過探究這些細微的火山運動變化,科學家能更好預測火山的噴發,讓我們能建立更整全的火山預警系統。

「十年後,這裏將可能成為火山學的中心。」冰島地熱研究中心科學主管 Ottó Elíasson 這麽認為。觀察地底下流動的岩漿,就像在瞭解地球的脈動,可以告訴人類更多關於這顆星球的故事,更能帶領我們走向更多科學新的可能性。

註釋

  1. 大西洋中洋脊(Mid – Atlantic Ridge,又稱中大西洋帶),是橫跨大西洋及北冰洋、大部分地區位於海底的山脈。
  2. 岩漿庫(Magma chamber,又稱岩漿房),是地球表面下一至十公里處由熔岩和火山灰氣體形成聚集之處。由於其內的岩漿密度比周圍的母岩來得低,因此會產生使岩漿往上移動的浮力。如果出現可讓岩漿通往地表的管道,便會造成火山噴發。
  3. 玄武岩(basalt),由基性岩漿噴發凝結而成,主要成分是矽鋁酸鈉或矽鋁酸鈣,是一種細粒緻密的黑色火成岩。玄武岩質熔漿被認為源自地球的上部地函。

延伸閱讀

參考資料

  1. Forget oil or water. In Iceland, well diggers seek to tap a volcano’s magma
  2. VisitIceland – Geography of Iceland
  3. VisitIceland – Renewable energy
  4. Magma chamber
  5. Krafla Magma Testbed
  6. Rhyolite
  7. Basalt

安比西林_96
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