如何用水龍頭拯救北冰洋浮冰？
來自專欄科學新發現
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北冰洋的浮冰正以令人擔憂的態勢迅速消融。為了將它們重新封凍，美國研究人員異想天開地提出利用水泵造冰。
這不啻於一封冰冷的判決書：至遲 20年後，北冰洋的浮冰將在夏天絕跡。近年來，浮冰的面積一直在縮減，但是從未全部消失。即便是現代記錄中最兇險的 2012年 9月，也依然有 350萬平方千米的海域覆有浮冰。
如果這些冰在夏季統統融化，我們或將陷入某種惡性循環。事實上，浮冰的作用異常重要，它會把很大一部分太陽能反射回大氣層：浮冰吸收的光能通常只有 40%，而其餘的 60%則都被反射了。若沒有這些冰，大洋表面的海水將吸收 95%的光能，卻只反射 5%。
而陽光的作用並非只是照明， 它是會帶來熱量的——這意味著一旦浮冰消失，海洋到了夏季就會變熱。而經歷過夏季高燒的海面，在冬季的封凍情況也將不如以往。經過了這麼多年，浮冰的末日終於進入倒計時，它或將永遠消失，無論冬夏、萬劫不復……
製冷泵
如何才能避免這樣的慘況呢？美國亞利桑那州立大學的物理學家史蒂夫·德施（Steve Desch）提出了一個至少在理論上行得通的解決方案……他建議在冬季用水泵從北冰洋取水，然後澆灌在海冰上。這些水在冬季寒風和冰塊的共同作用下，很快就能凍結。
根據史蒂夫·德施的估算，只需一個冬天就能將浮冰增厚 1 米。該方法能使得某些地方的冰層持久封凍，甚至在夏季也不會消融。
理論上，只有想不到沒有做不到：這位美國專家的方法是在大洋中放置浮標，且每個浮標都安上一個風力發電機，用以給水泵供電。汲取的水先暫存在一個有加熱裝置的蓄水池裡（以免在澆灌前就凍結），隨後通過一個管道系統，按需澆灑在浮冰上。
https://www.cnbc.com/2017/04/19/this-physicist-has-a-500-billion-plan-to-refreeze-the-melting-arctic.html當心漂移
按照史蒂夫·德施的計算，一個水泵就可以為大約 10 萬平方米（差不多 13 個足球場大）的浮 冰增厚 1 米。 然而要把這個設想從理論變成現實，還有一大堆難題需要解決。
首先，風力發電機和水泵必須能在極地高寒氣候條件下運轉。換言之，必須能耐受低達 -30℃的平均氣溫！在這樣的溫度下，很多材料——不管是塑料還是金屬——都會結冰甚至凍裂。於是得找到一種非常堅實……或至少能持續加熱的材料。
其次，浮冰可不是靜止的：一年當中，免不了會有大風和洋流令其漂移。如何才能確保水泵不會隨著浮冰一起漂走，而是在指定的位置造冰？或許我們可以試著給浮標配一個錨，但這樣一來，如何保護噴水管道系統，使其不至於被外力扯斷又成了新問題。簡而言之，要維繫這樣一個澆灌系統運作多年，靡費不菲。
除了技術方面的挑戰，還有一個重要的問題：如何把新製成的冰凝聚在一起？要知道，浮冰首先是在寒風的作用下形成的。大洋表面結冰後會因為冰晶無法容納與液態海水等量的鹽，而將之析出在水裡。
此外，浮冰會在兩種自然現象的作用下增厚：下雪（純水構成），或水面通過析出鹽分形成新的浮冰。如果我們泵取極鹹的海水澆灌在溫度極低的冰面（-30℃），毫無疑問會結成冰。
但隨著夏天轉暖，其中的鹽分會析出，形成大把的鹽堆，於是產生了和冬天在道路上撒鹽同樣的現象：鹽使冰塊融化了。大量鹽水坑出現在浮冰上，可能使冰層變得脆弱。目前，沒人能斷言這個新形成的冰層是否真的堅固。
史蒂夫·德施認為，有必要儘快做出一台原型機，用以檢驗這額外打造的 1 米冰層的品質。還有最後一個細節：要想確保北冰洋 10% 洋面上的浮冰得到增厚，就需要製造多達 1000萬套澆灌設備，每個機組都得配備一個水泵、一個風力發電機和一個浮標。研究人員預計，要完成所有設備的安置，得耗時 10 年，每年的預算高達 500 億美元。
全球總動員
這樣的年預算看似巨大，但也不過是蘋果公司資產（約2500 億美元）的五分之一。為了讓這個項目順利實施，史蒂夫·德施打算向全世界求助……無論如何，浮冰消融影響的可不僅僅只有美國、加拿大和俄羅斯這幾個臨近北極的國家，全球氣候都會跟著遭殃。
因為，如果北冰洋大幅變暖，全球海平面的上升將越發洶湧。而氣溫升高同樣也會造成冰川消融——與海冰不同，它們廣佈於各大陸地上。其形成始於降雪，雪花相互堆積凝結，逐漸凍結成冰川。一旦融化，這些淡水就將匯入大海，大大增加海水量……
冰川消融已經成了全球海平面每年上升 3 毫米的主要原因之一。如果北極氣溫繼續攀升，海平面的升高態勢將變得更加嚴重：依照最壞的估計，到 2100 年，海面將上升1.6 米，其中至少有一半是拜冰川融水所賜。
這也正是居住在島嶼或臨海城市的居民所擔憂的。還有其他憂慮：在北極地區，有些土地（西伯利亞、阿拉斯加和格陵蘭島）已經封凍了數千年，我們稱之為永凍土。其中部分土層保存著植物殘渣，是凍土在自然形成過程中累積的。如果這些土層解凍，植物殘渣就會在細菌的作用下腐爛分解，並向大氣中釋放大量氣體，如甲烷和二氧化碳。
根據專家的預估，永凍土中封存著大約 17000 億噸碳，是目前大氣層中所含碳總量的兩倍！而碳正是造成溫室效應以及全球氣溫升高的罪魁禍首……
最後，北冰洋的冰還參與了大型洋流的形成。當然這麼說興許有些過於高估它們的作用了：浮冰在形成時會排出大部分鹽，因此冰層下面的水會越來越咸，而一升鹹水可比一升淡水重多了。
結果鹹水自然會趨於「流動」：每當海面形成大量浮冰，海水含鹽量的同步大增便令厚重的鹹水沉向海底，而洋面的海水會馬上取而代之，形成巨大的洋流。
終結暖冬
這種交換如今正在大西洋北部上演，墨西哥灣暖流也參與其中。該暖流從墨西哥灣出發，其中一股分支進入歐洲後變成了北大西洋暖流，一路兜兜轉轉繼續朝著北冰洋而去——它使得沿途氣候變得更為溫暖。事實上，吹拂歐洲的西風也是在經過墨西哥灣上空時被加熱的，從而溫暖了途徑區域的整個冬季。
如果北極的海水也升溫，那些形成浮冰的地方就會遷移，這將改變、甚至完全阻礙這些洋流的運動，相關地區的氣候也將變得亂七八糟。研究人員很清楚個中利害關係，畢竟不缺前車之鑒。
為了自救，是時候行動起來了！也許史蒂夫·德施的方案還難以落實，但是它把現有的技術條件用到了極致。
如今，他正偕同其團隊致力於盡快打造出一款原型機，力圖從根本上掃除其方案實施的各種障礙，比如安裝和維護等方面的不便。希望從現在開始，國際社會能逐漸認知到拯救浮冰的重要性。既是為了北極熊，也是為了我們自己！
撰文 Romain Raffegeau
編譯 黃冠喬
《新發現（2018年第5期）》【摘要 書評 試讀】- 京東圖書
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