一場小規模核戰爭對地球的影響_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2020-04-27 16:50
隨着部分擁核國家的地緣政治衝突一再升級，科學家正在模擬核戰爭對全球的影響。
撰文 | Alexandra Witze
來源：Natrue自然科研
一切都要從2025年説起。那時，印度和巴基斯坦圍繞克什米爾有爭議地區的衝突進一步升級。一名恐怖分子偷襲了印度某地，迫使印度派坦克越過印巴邊境。為了震懾印方的挑釁，巴方決定引爆幾顆小型核炸彈。
翌日，印度也投擲了核炸彈。短短几天裏，雙方互相轟炸了幾十個軍事目標，幾百座城市，導致數千萬人在炮火中喪生。
這可怕的一幕只是個開始。被點燃的城市濃煙滾滾直衝雲霄，整個地球籠罩在一片厚厚的煙塵中，太陽光線也無法穿透。地球瞬間陷入極寒。接下來的幾年裏，從加利福尼亞到中國，糧食作物全部枯萎。全球陷入了大饑荒。
這一可能出現的殘酷場景，來自關於核戰爭對全球氣候影響的最新研究。這些成果基於長期以來圍繞“核冬天”的研究。所謂“核冬天”，是指大規模核戰爭後可能會出現的全球大幅降温。大規模核戰可能是美國和俄羅斯之間“你來我往”的幾千枚炸彈，但小規模核戰其實更容易發生，但也會給世界帶來毀滅性的災難。
近日，有研究稱一場印巴核戰可能會讓幾十個國家的作物顆粒無收——相當於破壞了10多億人口的糧食供應[1]。其他研究還顯示，核冬天可能會急劇改變海洋的化學組成，大面積摧毀珊瑚礁和其他海洋生態系統[2]。這些結論來自迄今最完整的研究——全面分析了核衝突會如何影響整個地球系統，從海洋到大氣，從陸地到海洋生物。
科學家之所以想要搞清楚這些，是因為全球的核威脅正在增加。從朝鮮到伊朗，許多國家都在擴充自己的核能力。而包括美國在內的一些國家，卻在削減自己的核武器軍控。Seth Baum是位於紐約市的全球災難風險研究院執行主任，他研究過核冬天的風險，他認為了解核衝突可能帶來的環境後果，可以幫助政策制定者對威脅規模做出評估。“用更多細節闡明事情會可怕到哪種地步，可以為決策提供非常重要的指引。”他説。
冷戰預測
核冬天的研究興起於冷戰時期，當時，美國和蘇聯為可能發生的全面進攻儲存了幾萬枚核彈頭。震驚於美蘇領導人的好戰言論，科學家在80年代便開始通過模擬方式來評估核爆除了會造成慘重傷亡外，還會給地球帶來哪些影響[3, 4]。美國行星科學家和科普作家Carl Sagan等研究人員稱，燃燒起來的城市會釋放大量煙霧，阻擋陽光照射，讓地球上的大部分地區陷入長達幾個月的深凍期，包括在夏天[4]。之後的研究對這些預測做出了一些修正，發現冷卻效應比預想的輕一點[5]。不過，蘇聯領導人戈爾巴喬夫依然稱核冬天是他努力推動國家削減核武器的一大因素。
1991年蘇聯解體後，全球的核武器儲備量一直在下降。不過，全球各國依然存有成千上萬枚核彈頭，擁核的國家也越來越多，這讓一些研究人員認為，核戰爭以及核冬天依然是人類面臨的威脅。現在，他們已經轉而研究比美蘇全面開戰規模更小的核戰爭的後果。
Brian Toon認為這包括印巴之間可能發生的戰爭。Toon是科羅拉多大學博爾德分校的大氣物理學家，曾是Sagan的學生，從那時起，他就一直從事着核冬天的研究。印度和巴基斯坦各自擁有約150枚核彈頭，且都在有爭議的克什米爾邊界地區重兵部署。去年，發生在此處的一起自殺性爆炸事件炸死了幾十名印度士兵。“那裏的情況岌岌可危。”Toon説。
印巴兩國都在1998年開展過核武器試驗，突顯出不斷升級的地緣政治衝突。2005年左右，Toon模擬研究了兩國引爆100枚廣島級原子彈、造成2100萬人死亡的場景。他還聯絡了美國羅格斯大學的大氣科學家Alan Robock，後者研究的是火山噴發和核冬天如何以相同的方式冷卻地球氣候。兩位科學家利用前沿的NASA氣候模型，計算了燃燒的城市所升起的煙塵會如何籠罩地球。在暗黑陰冷的地球上，農作物產量越來越少。
在該問題上發表了一系列研究結果後，兩位科學家與同事遇到了研究經費無以為繼的困難。最後，他們在2017年從“開放慈善項目”（Open Philanthropy Project）獲得了近300萬美元，這是一家位於舊金山的私立組織，專門支持對全球災難性風險的研究。
我們的目標是把核冬天的每一階段都分析一遍，從最初的核爆和煙霧擴散，一直到對農業和經濟的衝擊，“我們首次把這些因素全部整合了起來。”Robock説。
他們的團隊分析了多個不同場景。大到動用全球一半以上核武器的美俄戰爭——可能會向大氣釋放1.5億噸煙塵；小到引爆100枚核彈頭的印巴衝突——可能會產生500萬噸煙塵[6]。煙塵其實是決定核冬天嚴酷程度的關鍵因素。在第一個場景下，核爆三年後的全球氣温會下降10 °C以上，超過末次冰期；但在第二個場景下，降温幅度只是略高於1 °C。
Toon、Robock和同事利用2017年加拿大不列顛哥倫比亞省大規模山火的觀察數據，估算了燃燒的城市會揚起多高的煙霧[7]。山火期間，陽光增加了煙霧的温度，使煙霧衝得更高，在大氣中停留的時間也更久，其程度超過了科學家的預期。Robock説，核戰爭後可能會出現相同的一幕。
Raymond Jeanloz是加州大學伯克利分校的地球物理學家、核武器政策專家，他説整合這些估算數據是理解核冬天的關鍵一步，“這是檢驗模型的絕佳方式。”
與大規模山火進行類比，還有助於平息有關潛在影響程度的爭議。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）的一支團隊稱，Robock團隊高估了燃燒的城市所產生的煙霧量，以及煙霧會達到的高度[8]。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室的團隊使用自己的模型，模擬了印巴引爆100枚廣島級核彈會產生的環境影響，發現核爆後進入高層大氣的煙霧比Toon和Robock報道的要少得多。如果遮蔽天空的煙塵變少了，根據洛斯阿拉莫斯國家實驗室團隊的計算，對氣候的改變也會小很多——核冬天也不會出現。
歸根結底，兩個團隊的結果差異在於他們如何模擬核爆消耗的燃料數量，以及這些燃料如何轉化為煙霧。“核武器引爆後的事情非常複雜。”洛斯阿拉莫斯國家實驗室團隊的帶頭人、物理學家Jon Reisner説，“我們有能力模擬爆炸源，也能理解整個燃燒過程。我認為我們對可能產生的煙塵數量的估計更為準確。”Reisner也在研究加拿大的那場山火，藉此檢測他的模型是否能精確計算出燃燒的森林會向大氣中釋放多少煙霧量。
Robock和同事在期刊回覆中也採取了回擊[9]。他們指出，洛斯阿拉莫斯國家實驗室團隊模擬燃燒的是一些綠化更多的地區，而不是一座人口稠密的都市。
漆黑深海
就在雙方爭執不下的時候，Robock的團隊發表了研究結果，報告了核爆炸會產生的一系列影響。
其中包括對海洋的影響，這也是首次對這方面開展分析，團隊成員、科羅拉多大學博爾德分校的海洋學家Nicole Lovenduski説。當Toon第一次想找她一起做這個項目時，她説，“我想的是，‘這看起來是個毫無生氣的課題。’”但她被研究的潛在前景打動了。她通常研究的是海洋如何在一個逐漸變暖的世界發生改變，而不是一個快速冷卻的世界。
Lovenduski和她的同事採用一個前沿氣候模型測試了美俄戰爭的場景。她説：“這是一個錘打場景，你要錘打整個地球系統。”她發現，核戰爭之後的一到兩年，全球變冷會削弱海洋的碳吸收能力，導致它們的pH值飆升。這與當前發生的情況正好相反——目前，海洋不斷吸收大氣二氧化碳，海水的酸性也持續增加。
她還在研究這對文石的影響。文石是海水中的一種礦物質，海洋生物需要用它生成外殼，保護自己。團隊發現，核衝突發生的兩到五年後，在漆黑寒冷的海洋裏，文石會越來越少，讓生物面臨生存風險[2]。
模擬顯示在珊瑚礁區域，比如太平洋西南部和加勒比海，文石發生的某些變化最大。這説明那些已經受制於氣候變暖和海水酸化壓力的珊瑚礁生態系統，可能會在核冬天受到極其嚴重的影響。“海洋系統的這些變化，以前從沒有人考慮過。”Lovenduski説。
對海洋的影響還不止這些。羅格斯大學研究生Joshua Coupe説，核戰爭之後的幾年裏，“核尼諾”（Nuclear Niño）現象會席捲整個太平洋。“核尼諾”是厄爾尼諾的加強版。如果真的發生美俄核戰，灰暗的天空會讓信風轉向，太平洋東部水量增加。就像發生厄爾尼諾一樣，乾旱和暴雨會侵襲世界的大部分地區，時間可達7年之久，這是Coupe去年12月在美國地球物理學會（American Geophysical Union）會議上的報告。
除了海洋以外，研究團隊發現陸地作物和糧食供應也會受到極大的影響。NASA食品安全研究員Jonas Jägermeyr利用6個前沿作物模型，評估了農業將如何度過核冬天。他和同事不久前在《美國科學院院報》（PNAS）上發表了他們的研究結果[1]：即使是相對小規模的印巴戰爭，也會給世界其他地方帶來災難性的後果。在五年時間裏，玉米將減產13%，小麥減產11%，大豆減產17%。
受到衝擊最大的可能是中緯度地區，包括美國中西部和烏克蘭這些糧食主產區。糧食儲備會在一到兩年內耗盡。Jägermeyr表示，大部分國家可能無法從其他地區進口食物，因為這些地區基本也是顆粒無收。他説這是迄今分析核戰爭後續對糧食供應影響的最詳實的一項研究。研究人員沒有計算到底有多少人會捱餓，但表示接踵而至的饑荒將打破歷史紀錄。
明尼蘇達大學的食品安全研究員Deepak Ray説，農民可能會改在全球受核冬天影響較少的地區種植玉米、小麥和大豆。這種應變也許有助於緩衝糧食所受的衝擊，但只能帶來部分緩解。本質上，發動一場動用不到全球1%核武器的戰爭也會重創地球的糧食供應。
Jägermeyr説：“最驚人的發現是，即使是一場小規模核戰，也會給全球造成災難性的影響。”
參考文獻
[1] Jägermeyr, J. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA https://doi.org/10.1073/pnas.1919049117 (2020).
[2] Lovenduski, N. S. et al. Geophys. Res. Lett. 47, 3 (2020).
[3] Crutzen, P. J. & Birks, J. W. Ambio 11, 114–125 (1982).
[4] Turco, R. P., Toon, O. B., Ackerman, T. P., Pollack, J. B. & Sagan, C. Science 222, 1283–1292 (1983).
[5] Schneider, S. H. & Thompson, S. L. Nature 333, 221–227 (1988).
[6] Toon, O. B. et al. Sci. Adv. 5, eaay5478 (2019).
[7] Yu, P. et al. Science 365, 587–590 (2019).
[8] Reisner, J. et al. J. Geophys. Res. Atmos. 123, 2752–2772 (2018).
[9] Robock, A., Toon, O. B. & Bardeen, C. G. J. Geophys. Res. Atmos. 124, 12953–12958 (2019).
本文經授權轉載自微信公眾號“Nature自然科研”。原文以How a small nuclear war would transform the entire planet 為標題發表在2020年3月16日的《自然》新聞特寫版塊，點擊 https://www.nature.com/articles/d41586-020-00794-y 閲讀英文原文。
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