如何阻止自然災(zāi)害

示憐云

全球每年都有成千上萬人死于自然災(zāi)害，那么在自然災(zāi)害發(fā)生前，我們能否阻止它們呢？

如何阻止火山爆發(fā)

位于美國西部的黃石火山可不是一座普通的火山，而是能夠引起超大規(guī)模爆發(fā)的超級火山。在過去的幾百萬年里，這座火山曾發(fā)生過三次巨大的爆發(fā)。最近一次爆發(fā)發(fā)生在63萬年前，噴發(fā)出的火山灰覆蓋了美國大部分地區(qū)，留下了一個(gè)巨大的火山口——黃石火山口，直徑超過70千米?；鹕结尫诺酱髿庵械拇罅苛蚧菤怏w會遮住陽光，導(dǎo)致全球氣溫驟降，并引發(fā)持續(xù)數(shù)年的火山冬天。

但現(xiàn)在的黃石火山仍然躁動不安。地震很常見，地面反復(fù)起伏，到處都是沸騰的泉水、熱泥漿和間歇泉。一個(gè)巨大的巖漿體仍然潛伏在火山下面，所以在未來的某個(gè)時(shí)刻可能會發(fā)生另一次大規(guī)模的爆發(fā)。人們擔(dān)心由此造成的火山冬天可能會摧毀人類文明，但如果我們能提前采取行動，在爆發(fā)前阻止它，那么就不會有這種擔(dān)心了。

這正是美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的一組研究人員一直研究的課題。他們提出的一個(gè)計(jì)劃是，在黃石火山上鉆洞，然后一直不停地向里面泵入冷水。許多人會認(rèn)為，這就像在大象屁股上扎了小圖釘，幾乎沒什么效果。但事實(shí)上，這是一項(xiàng)耗費(fèi)數(shù)百年，甚至數(shù)千年的大規(guī)模地球工程，并且是完全可行的。

在美國宇航局的計(jì)劃中，這個(gè)圖釘變成了一個(gè)8千米深的鉆孔，可以鉆進(jìn)黃石火山的熱液系統(tǒng)中。這個(gè)熱液系統(tǒng)是個(gè)巨大的地下熱水，它包裹著巖漿庫，為泉水和間歇泉提供水源。熱液系統(tǒng)吸收了巖漿產(chǎn)生的三分之二以上的熱量。研究人員計(jì)劃，把大量的冷水由鉆孔泵入熱液系統(tǒng)中，幫助熱液系統(tǒng)吸收更多來自巖漿的熱量，這樣巖漿會冷卻，變得粘稠，并開始凝結(jié)。最終，因?yàn)閹r漿的粘性太大，無法上升到地面，也就無法導(dǎo)致火山爆發(fā)。

研究人員認(rèn)為，如果黃石火山準(zhǔn)備好要爆發(fā)了，那么就需要把大約為熱液系統(tǒng)總體積35%的冷水泵入其中，來阻止火山爆發(fā)。但這項(xiàng)工程的成本估計(jì)會高達(dá)35億美元，而且可能需要數(shù)百年，甚至數(shù)千年的時(shí)間才能完成。不過，有一種辦法可彌補(bǔ)大部分成本。具體的做法是，把熱液系統(tǒng)中的熱水抽到地面上，用它來驅(qū)動汽輪機(jī)產(chǎn)生電力，給周圍地區(qū)供電。

當(dāng)然，這項(xiàng)工程也是有危險(xiǎn)的。比如，鉆孔這個(gè)行為很有可能會觸發(fā)火山突然開始爆發(fā)。但是，鑒于這座超級火山的爆發(fā)會給人類帶來極具災(zāi)難性的后果，這將是我們不得不冒的風(fēng)險(xiǎn)。

如何阻止熱帶氣旋

熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶、亞熱帶地區(qū)海面上的氣旋性環(huán)流，不同地區(qū)的熱帶氣旋有不同的稱呼。例如，發(fā)生在西北太平洋及其沿岸地區(qū)的熱帶氣旋稱為“臺風(fēng)”，而大西洋和東北太平洋及其沿岸地區(qū)的熱帶氣旋則稱為“颶風(fēng)”。

隨著全球氣候變化越來越嚴(yán)重，強(qiáng)熱帶氣旋出現(xiàn)得越來越頻繁。例如在2017年，先后在墨西哥灣和加勒比海生成的三個(gè)颶風(fēng)——哈維、厄瑪和瑪麗亞——一起奪走了300多人的性命，總共造成了約4500億美元的經(jīng)濟(jì)損失。于是，人們開始研究如何減弱熱帶氣旋，甚至直接阻止熱帶氣旋的形成。

英國海洋工程師斯蒂芬·索爾特和美國億萬富翁慈善家比爾·蓋茨為一個(gè)被稱為“索爾特水槽”的發(fā)明申請了專利。該發(fā)明的內(nèi)容是，讓數(shù)千個(gè)橡膠圈漂浮在熱帶大西洋上，它們都連著許多很粗的管道，這些管道可以將表層溫暖的海水排到深海中，還能把深層冰冷的海水引到海面上。熱帶氣旋需要至少26.5℃的海面溫度才能形成，如果索爾特和蓋茨的發(fā)明能夠把海面溫度降低到這一溫度以下，那么熱帶氣旋就不可能形成。

蓋茨和其他人還提出了這個(gè)發(fā)明的改進(jìn)型，用一排駁船而不是橡膠圈來浮起這些管道。不過，由英國曼徹斯特大學(xué)的約翰·萊瑟姆和他的同事提出的一項(xiàng)計(jì)劃更具創(chuàng)新。他們設(shè)想是，讓一支無人駕駛的船隊(duì)在熱帶大西洋上漫游，這些船會把海水抽上來，然后以水霧的形式噴向大氣中。這一操作會增加云中水滴的數(shù)量，云中的水滴越多，它就越白，反射的陽光也越多，使海水變冷，阻礙熱帶氣旋的形成。

然而，這些影響海面溫度或云層的地球工程計(jì)劃可能會給全球氣候帶來不可預(yù)知的影響。因此，一種風(fēng)險(xiǎn)較小的方法是利用一種現(xiàn)有的技術(shù)——風(fēng)力發(fā)電。來自美國斯坦福大學(xué)的工程師們就想到了一種辦法。他們認(rèn)為，如果選址得當(dāng)，海上風(fēng)電場可以保護(hù)海岸線免受熱帶氣旋的侵襲。工程師們使用計(jì)算機(jī)模型模擬了近年來襲擊北美最具破壞性的三場颶風(fēng)，然后他們把海上風(fēng)電場設(shè)定在颶風(fēng)經(jīng)過的近海上，并進(jìn)行模擬。他們發(fā)現(xiàn)，大型海上風(fēng)電場可以顯著地減緩颶風(fēng)的風(fēng)速，還能把颶風(fēng)帶來的暴風(fēng)雨強(qiáng)度減弱為原來的60%至80%。

看來，海上風(fēng)電場聽起來像是一箭雙雕的好辦法，既可以發(fā)電，又可以阻擋熱帶氣旋。問題是，風(fēng)電場中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)量必須足夠多才管用。例如，要想有效抑制類似2005年颶風(fēng)卡特里娜那樣的五級颶風(fēng)，得需要大約78000臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)。目前，裝機(jī)數(shù)量最多的一個(gè)海上風(fēng)電場位于北海，由不到1500臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成。盡管如此，如果我們想用這種很保險(xiǎn)的方式來抑制熱帶氣旋，原則上我們完全可以做到。

如何阻止地震

隨著全球城市化的加劇，生活在地震帶上的城市人口越來越多，地震活動的威脅也越來越大。到目前為止，21世紀(jì)內(nèi)發(fā)生的各個(gè)地震及海嘯總共奪走了大約75萬人的性命。將來，很有可能會發(fā)生一次地震造成百萬人死亡這樣的慘劇。

幾十年來，地震學(xué)家一直在努力研究如何預(yù)測地震，然而至今仍毫無進(jìn)展。不過，如果我們能提前阻止地震的發(fā)生，那么將會解決我們所有的問題。一種可能的方法是，將水抽到巖層斷裂處，用其潤滑斷裂面，使巖層移動得更加容易和頻繁。這將會產(chǎn)生許多小型的、不具破壞性的地震，而不是把所有的能量都儲存在一個(gè)“大地震”中。然而，這種辦法是未經(jīng)驗(yàn)證的，研究人員得需要對其進(jìn)行更多的研究。

但還有另一種思路，那就是利用科技手段來隔離地震波，保護(hù)建筑物不受其破壞。2012年，來自法國菲涅耳研究院的塞巴斯蒂安·古納佑和他的同事在阿爾卑斯山脈腳下鉆出了一排鉆孔，這些鉆孔的排列方式使得土層具有反射大部分地震波的能力。借助人工生成的地震波，他們證明了地震波穿過這排鉆孔后，其強(qiáng)度消減了80%。

他們還對此方法做了改進(jìn)，無需鉆孔，認(rèn)為只要適當(dāng)?shù)馗淖兘ㄖ镏車寥赖拿芏群推渌再|(zhì)，就可以形成一個(gè)護(hù)盾，能反射大部分地震波。不過，被反射走的地震波仍具有破壞性，可能會破壞在路徑上遇到的其他建筑物。對此，古納佑等人還找到了另一種解決方案——所謂的“地震波隱形斗篷”。

近年來出現(xiàn)了很多關(guān)于隱形斗篷的研究，這些隱形斗篷可以讓光線像水流一樣繞過物體并繼續(xù)向前傳播，這樣物體就不會留下任何反射、折射或陰影，從而使物體變得隱形。那么，這種辦法對地震波有效嗎？古納佑認(rèn)為這是可以的，并且已經(jīng)把相關(guān)的理論解決了。他認(rèn)為，在建筑物地基的周圍合理地放置混凝土柱子，就可以起到隱形斗篷的作用，能讓地震波像水流一樣繞過建筑物并繼續(xù)向前傳播，這樣建筑物就不會受到地震波的破壞。要做到這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)建筑的地基時(shí)，只需要做一些修改即可。

此外，還有一種更為環(huán)保的方法對抗地震——通過種樹對抗瑞利波。瑞利波是一種沿著地表傳播的地震波，具有很大的破壞性。古納佑等人經(jīng)過研究后發(fā)現(xiàn)，種植一片由高低不同的樹木構(gòu)成的樹林，這片樹林就可以把瑞利波轉(zhuǎn)換成一種破壞性較小的波，并讓它們朝地下傳播。這樣，樹林除了具有綠化作用以外，它還能起到抗震的作用。

而在未來，整座城市可以通過精心的設(shè)計(jì)，來阻止破壞性地震波。例如最近，古納佑等人發(fā)表了一片論文，認(rèn)為經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的彎曲街道或建筑物街區(qū)，可以讓地震波繞過城市的敏感區(qū)域，比如發(fā)電廠、醫(yī)院、體育場和學(xué)校等。

在這些技術(shù)被用來預(yù)防真正的地震之前，還需要進(jìn)行大量的研究，但如果這些技術(shù)被證明是可行的，那么其影響將是巨大的。