新戰略武器削減條約、艾雅法拉火山與核冬天＊

Alan Robock

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

2010年4月8日,美國總統貝拉克·奧巴馬與俄羅斯總統德米特里·梅德韋杰夫簽署了美利堅合眾國與俄羅斯聯邦之間關于進一步削減和限制戰略性進攻武器的條約,規定美國和俄羅斯將其核武器的數量減少至低于20世紀80年代冷戰時期最高水平的5%。該條約被稱為“新戰略武器削減條約(New START)”,因為它是1991年戰略武器削減條約(START)之后的新條約。2010年4月14日,冰島艾雅法拉火山開始了其強烈噴發階段,使歐洲的航空運輸關閉了6天,在后續的1個月的時間里繼續受到干擾。

那么核武器爆炸與火山噴發之間有什么共同之處呢?當核武器擊中城市和工業區時,將產生大火、造成黑乎乎的濃煙云。火山噴發會噴射灰燼微粒和二氧化硫,在大氣中形成硫酸鹽懸浮微粒。因此,核武器爆炸和火山噴發都會產生可以從源地被輸送至遙遠地方的顆粒,進而影響天氣和氣候。

這些懸浮微粒都會對氣候產生直接影響,但其次生效應的聯系更為重要。這兩個事件都告訴我們它們對有內在聯系的食物獲取網的影響會沖擊人類文明。一次較小的火山噴發就減少了歐洲對新鮮食品的進口。一次使用量小于現存核武庫1%的“較小的”核戰爭則可能會切斷食品貿易,影響數十億人口。

“新戰略武器削減條約”朝著正確方向邁出了值得贊揚的一步,但同時,這一條約本身并不會保護我們擺脫人類和地球上大多數其他物種所面臨的巨大威脅,即核武器對氣候的影響。即使在“新戰略武器削減條約”全面實施之后,美國和歐洲之間的核戰爭仍然可以產生核冬天,即使在夏天也會使地面溫度驟然降到冰點以下,使農業生產在幾年之內被徹底摧毀,造成絕大多數人因饑荒而死亡。比如,在印度和巴基斯坦之間發生一場攻擊城市和工業目標的核戰爭,即使使用了當前核武庫中的極小一部分,如不超過1%,大火中產生的煙霧也可以導致超出人類歷史有記載以來的氣候變化。

火山爆發通過向大氣中噴發懸浮微粒及其前體來影響氣候。火山灰顆粒,也叫火山灰,存在的時間較短,通常在對流層中存在幾天,在平流層中存在幾天到幾個星期。它們都吸收和散射太陽光,由此使大氣層變熱,使地面變冷,但是,由于其存在時間較短,它們對氣候的影響較小。但另一方面,SO2氧化形成硫酸氣溶膠霧滴,如果這種霧云存在足夠長的時間,它將對氣候產生深遠的影響。硫在對流層中的e倍衰減時間(一個量減小到原量的1/e倍所用的時間)約為一周,但在平流層中約為1年。

例如,1991年菲律賓的皮納圖博火山爆發,向下平流層噴射了約20兆噸(20×1012克)SO2,形成了持續約2年的云霧,使1992年全球平均地面氣溫降低了約0.5 K。另一方面,在幾周的時間里,艾雅法拉火山每天向對流層中噴射幾千噸SO2。由于噴發物總量相差1000倍、存續時間相差50倍,所以,艾雅法拉火山對氣候的影響比皮納圖博火山小50000倍,因此,在大氣的混沌氣象噪聲中不能被探測到。

核武器大火中產生的濃煙由小的黑色顆粒組成,它們能夠非常有效地吸收太陽光、使大氣層變熱、使地表變冷,其效率比顏色較為淺淡的火山灰高得多。如果被噴射到上對流層中,這種灰粒將被太陽光加熱并上升到上平流層中,在那里,其e倍衰減時間約為5年。如果在巴基斯坦和印度“只”使用100枚廣島規模的核武器來打擊能產生最大煙量的目標,全球的平均地面氣溫將降至低于公元17世紀至19世紀小冰河期的水平。平流層中的煙霧將吸收大量的太陽光,以致造成大規模的臭氧耗竭,地表紫外線也會增強,這是由源自懸浮微粒的平流層變熱和源自對流層的缺少臭氧的空氣和破壞臭氧層的化學物質的噴射所致。地表將變得寒冷、黑暗和干旱,對農業產生嚴重影響。南北半球中緯度的農業產區的作物生長季節將縮短幾周。美國、烏克蘭、中國、澳大利亞、阿根廷和其他許多地方的作物將會減產或者絕收。恐慌可能使所有的農業貿易停止,造成短缺和饑荒。假使冰島火山造成的貿易中斷持續數年,人們會開始擔心是否能夠種植足夠的糧食,因而他們會將其所擁有的糧食儲藏起來。假使美俄之間爆發一場核戰爭,并使用現有武器庫存,或者僅僅使用按照“新戰略武器削減條約”削減后的武器庫存,那將仍然會造成核冬天,使中部大陸的地表氣溫即使在夏天也會驟然降到冰點以下。

但是你可能會說:“核冬天一說很早以前就被證明是錯誤的”,或者說“20世紀80年代軍備競賽的終結也結束了核冬天的威脅”。然而,這兩種看法都是錯誤的。過去幾年,我同核冬天研究領域的先驅Brian Toon、Richard Turco和 Geo rgiy Stenchikov以及我們以前的兩位學生Luke Oman和Charles Bardeen,一起重新審視過這個問題。20世紀80年代計算的氣候效應在很大程度上具有不確定性,原因是氣候模型太簡單以及我們所使用的計算機受到限制。這些模型沒有模擬煙霧上升和在空中持續停留的時間,也未能給出海洋重新回暖所需要的時間長度。利用與模擬全球變暖相同的氣候模型,現在我們確實發現氣候效應不僅可以達到利用較簡單模型所得到的最大值,而且會比以前所想象的持續更長的時間。盡管我們永遠不可能做實驗來檢測我們的模型,但是自然界中的許多類似現象,包括火山噴發和森林大火,使我們相信我們現在的模型可以很好地模擬相關過程。

如同3年前我們在EOS和Science上討論過的,核武器絕對不能使用。既然如此,為什么現在美國和俄羅斯均計劃要繼續在核武庫中保存數千枚的核武器呢?其他擁有核武器的國家沒有一個擁有超過約200枚的核武器。為什么中國、法國、英國和以色列決定在這個數量上止步?總之,你需要在敵方首都的上空投擲幾枚核武器才可以阻止它來攻擊你?難道一枚還不夠嗎?我們從擁有核武器的這些其他國家中應學習什么?

20世紀80年代全球性的關于核冬天的熱烈討論使世界認識到持續的核軍備集結的瘋狂性。當時揭示核戰爭的氣候效應的研究是由美俄科學家聯合進行的,這就發出了一個強烈的信號,即這門科學當時沒有被用于宣傳目的。前蘇聯領導人米哈伊爾·戈爾巴喬夫在1994年的一次采訪中敘述了他在掌握蘇聯的核武庫之后的感覺:“也許對它也有感性的一面。……但我所積累的有關核武器的威力的知識很快使我從這種感性認識中調整過來。其千分之一的力量就足以毀滅地球上的所有生物。我知道關于‘核冬天’的報告”。在2000年他說道:“俄羅斯和美國科學家的模型表明,一次核戰爭將導致對地球上所有生命極具破壞性的核冬天;這種認知在很大程度上會促使我們、促使具有榮譽感和道德責任感的人就此行動起來”。為此,他在前蘇聯解體之前開始了裁軍進程。

艾雅法拉火山的噴發警示我們,現在應該再次對核武器帶來的威脅給予關注。我們必須把“新戰略武器削減條約”看作一個邁向Carl Sagan稱之為“基本潔凈的行星”的重要一步,但僅此還遠遠不夠。美國和俄羅斯應當立即把他們的核武庫削減到與其他聯合國安理會常任理事國相同的規模。這將消除核冬天的可能性,并使更艱難的全面削減核武器的談判得以繼續。核冬天理論現在表明,不僅超級大國仍然威脅著世界其他國家的生存,而且新出現的核強國也在威脅著從前的超級大國,這種威脅也許不是滅絕性的,但會帶來包括干旱和饑荒的嚴重后果。消除這種氣候災難的可能性的唯一辦法就是消除核武器。