一场小型核战争将如何改变整个地球
印度在 2013 年测试了它的烈火 5 火箭，该火箭能够携带核弹头。图片来源：Pallava Bagla/Corbis via Getty
这一切都始于 2025 年，因为印度和巴基斯坦之间的紧张局势在有争议的克什米尔地区升级。当恐怖分子袭击印度的一个地点时，该国派遣坦克越过与巴基斯坦的边界。
第二天，印度引爆了自己的原子弹，几天之内，各国开始轰炸数十个军事目标，然后轰炸数百个城市。数以千万计的人在爆炸中丧生。
这种可怕的场景只是一个开始。来自焚烧城市的烟雾高高地升入大气层，将地球包裹在一层阻挡太阳光线的烟灰中。地球陷入了深深的寒意。多年来，从加利福尼亚到中国，庄稼都枯萎了。饥荒在全球范围内开始。
这种对可能未来的严峻愿景来自关于核战争如何改变世界气候的最新研究。他们建立在关于“核冬天”的长期研究的基础上——研究人员预测，全球严重降温将发生在一场重大核战争之后，例如在美国和俄罗斯之间飞行的数千枚炸弹。但更可能发生的小得多的核冲突也可能在世界范围内产生毁灭性影响。
研究人员报告称，印巴核战争可能导致数十个国家的农作物歉收——破坏超过 10 亿人的粮食供应。其他研究表明，核冬天将极大地改变海洋的化学成分，并可能摧毁珊瑚礁和其他海洋生态系统。这些结果源于迄今为止最全面的努力，以了解核冲突将如何影响整个地球系统，从海洋到大气，再到陆地和海洋中的生物。
科学家们想要了解这些问题，因为核威胁正在增长。从朝鲜到伊朗，各国都在建设自己的核能力。包括美国在内的一些国家正在退出军控努力。纽约市全球灾难风险研究所执行主任塞思鲍姆说，了解核冲突可能对环境造成的后果有助于决策者评估威胁，他研究了引发核冬天的风险。“详细说明可能造成不良影响的方式的细节对于帮助做出决策很有价值，”他说。
冷战预测
冷战期间出现了核冬天研究，当时美国和苏联储存了数万枚核弹头以准备全面进攻。对领导人好战的言论感到震惊，科学家们在 1980 年代开始模拟核战争如何在爆炸造成最初的可怕死亡后改变地球。包括美国行星科学家和传播者卡尔·萨根在内的研究人员描述了来自焚烧城市的烟雾如何阻挡阳光，并使地球大部分地区陷入持续数月的深度冰冻，即使在夏天也是如此。后来的研究稍微缓和了预测，发现降温幅度稍微不那么剧烈. 尽管如此，苏联领导人米凯尔·戈尔巴乔夫仍将核冬天列为促使他努力削减该国核武库的一个因素。
1991年苏联解体后，世界核武器库存持续下降。但由于仍有数千枚核弹头存在，而且随着越来越多的国家成为核大国，一些研究人员认为，核战争——以及核冬天——仍然是一种威胁。他们已经转向研究核战争的后果。
这包括印巴战争的可能性，科罗拉多大学博尔德分校的大气物理学家布Toon说，他从萨根的学生开始就一直从事核冬季研究。两国都拥有大约 150 枚核弹头，并且都在有争议的克什米尔边境地区投入巨资，去年一名自杀式炸弹袭击者在该地区杀死了数十名印度士兵。“这是一个不稳定的情况，”Toon 说。
印度和巴基斯坦都在 1998 年进行了核武器试验，凸显了日益加剧的地缘政治紧张局势。到 2000 年代中期，Toon 正在探索一个场景，即各国引爆 100 颗广岛大小的原子弹，造成约 2100 万人死亡。他还与新泽西州新不伦瑞克市罗格斯大学的大气科学家 Alan Robock 建立了联系，后者研究火山爆发如何以与核冬天相同的方式冷却气候。科学家们使用先进的 NASA 气候模型计算了从被焚烧的城市中升起的烟灰将如何环绕地球。在黑暗寒冷的地球周围，农作物将逐渐减少。
但在关于该主题的大量出版物之后，Robock、Toon 和他们的同事努力寻找资金来继续他们的研究。最后，在 2017 年，他们从旧金山的一个私人资助组织 Open Philanthropy Project 获得了价值近 300 万美元的赠款，该组织支持对全球灾难性风险的研究。
目标是分析核冬天的每一步——从最初的风暴和其烟雾的蔓延，到农业和经济影响。“我们第一次将所有这些部分组合在一起，”Robock 说。
该小组研究了几种情况。范围从涉及世界上大部分核武库的美俄战争，将 1.5 亿吨烟尘排放到大气中，再到 100 弹头的印巴冲突，将产生 500 万吨烟尘6。事实证明，煤烟是核冬天会变得多糟糕的关键因素。原子弹爆炸三年后，在第一种情况下，全球气温将下降 10°C 以上——超过上一个冰河时代的降温幅度——但在第二种情况下会下降 1°C 多一点。
Toon、Robock 和他们的同事利用 2017 年对加拿大不列颠哥伦比亚省主要野火的观测结果来估计燃烧城市产生的高烟雾会上升到大气中的程度。在野火期间，阳光加热了烟雾，使其飞得更高，并在大气中持续的时间比科学家们预期的要长。核战争后也可能发生同样的现象。
加州大学伯克利分校的地球物理学家和核武器政策专家 Raymond Jeanloz 说，结合这些估计是了解核冬天会发生什么的关键一步。“这是交叉检查模型的好方法，”他说。
与巨型野火的比较也有助于解决有关潜在影响规模的争议。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的一个团队认为，Robock 的团队高估了燃烧城市会产生多少烟灰以及烟雾会达到多高。
洛斯阿拉莫斯小组使用自己的模型来模拟印度和巴基斯坦引爆 100 颗广岛大小的炸弹对气候的影响。科学家们发现，进入高层大气的烟雾比 Toon 和 Robock 报告的要少得多。由于减少了使天空变暗的烟灰，洛斯阿拉莫斯团队计算出气候变化要温和得多——而且没有核冬天。
两组之间的差异归结为他们如何模拟一场大火消耗的燃料量以及燃料如何转化为烟雾。“核武器爆炸后，事情变得极其复杂，”领导洛斯阿拉莫斯团队的物理学家Jon Reisner说。“我们有能力对源进行建模，我们也了解燃烧过程。我认为我们对可能产生多少烟灰有更好的感觉。” 赖斯纳现在还在研究加拿大的野火，看看他的模型如何很好地再现了从焚烧森林进入大气的烟雾量。
Robock 和他的同事在以牙还牙的期刊回应中进行了回击。他们说，除其他外，洛斯阿拉莫斯团队模拟了对绿色空间的燃烧，而不是对人口稠密的城市。
黑暗的海洋
虽然这场辩论很激烈，但罗博克的小组已经公布了结果，显示核爆炸的各种影响。
科罗拉多大学博尔德分校的海洋学家 Nicole Lovenduski 说，这包括观察海洋影响，这是第一次这样做。当 Toon 第一次找她参与这个项目时，她说，“我想，‘这似乎是一个黯淡的话题’。” 但她对这项研究的展开方式很感兴趣。她通常研究海洋在逐渐变暖的世界中是如何变化的，而不是在核冬天的快速冷却中。
Lovenduski 和她的同事使用领先的气候模型来测试美俄战争情景。“这是锤子箱，你可以在其中锤击整个地球系统，”她说。她发现，在核战争后的一到两年内，全球降温会影响海洋吸收碳的能力，导致它们的 pH 值飙升。这与今天正在发生的事情相反，因为海洋吸收了大气中的二氧化碳，海水变得更加酸性。
她还研究了文石会发生什么，文石是海水中的一种矿物质，海洋生物需要在自己周围建造贝壳。研究小组报告说，在核冲突后的两到五年内，寒冷的黑暗海洋中的霰石含量将开始减少，从而使生物体处于危险之中。
在模拟中，文石的一些最大变化发生在珊瑚礁所在的地区，例如西南太平洋和加勒比海。这表明已经受到海水变暖和酸化压力的珊瑚礁生态系统在核冬天可能会受到特别严重的打击。“这些是以前没有人真正考虑过的海洋系统变化，”Lovenduski 说。
这些并不是唯一的海洋效应。罗格斯大学的研究生 Joshua Coupe 说，在核战争的几年内，“核尼诺”将席卷太平洋。这是被称为厄尔尼诺现象的涡轮增压版本。在美俄核战争的情况下，黑暗的天空会导致信风逆转，水会在东太平洋汇集。Coupe 去年 12 月在美国地球物理联盟的一次会议上报告说，与厄尔尼诺现象一样，干旱和大雨可能会困扰世界许多地区长达七年。
在海洋之外，研究小组发现了对陆地作物和粮食供应的重大影响。Jonas Jägermeyr 是美国宇航局纽约市戈达德太空研究所的食品安全研究员，他使用六种主要的作物模型来评估农业对核冬天的反应。他和他的同事本周在美国国家科学院院刊1上报告说，即使是规模相对较小的印巴战争也会对世界其他地区产生灾难性影响。在五年内，玉米（玉米）产量将下降 13%，小麦产量将下降 11%，大豆产量将下降 17%。
最严重的影响将出现在中纬度地区，包括美国中西部和乌克兰等粮仓地区。粮食储备将在一两年内消失。Jägermeyr 说，大多数国家将无法从其他地区进口粮食，因为它们也将面临作物歉收。他说，这是对核战争后果如何影响粮食供应的最详细研究。研究人员没有明确计算有多少人会挨饿，但表示随之而来的饥荒将比有记载的历史上任何一次都严重。
明尼苏达大学圣保罗分校的食品安全研究员迪帕克·雷 (Deepak Ray) 表示，农民可能会在全球受核冬天影响较小的部分地区种植玉米、小麦和大豆。这些变化可能有助于缓解粮食冲击——但只是部分。底线仍然是，一场涉及不到世界核武库 1% 的战争可能会破坏地球的粮食供应。
“令人惊讶的发现”，Jägermeyr 说，“即使是一场小规模的战争也会对全球造成毁灭性的影响”。
自然 579, 485-487 (2020)
doi：https://doi.org/10.1038/d41586-020-00794-y
本文编译自Nature，有删改
文章仅用于分享交流不作商业用途
如有侵权请联系后台删除
每一个最后的睡姿
都是一首提前为自己祭悼的
长长的诗
严肃阅读，读懂中国
Make A China Again
一个可能不讨好人的公号
这里只与常识和读知有关