如何阻止自然灾害

示怜云

全球每年都有成千上万人死于自然灾害，那么在自然灾害发生前，我们能否阻止它们呢？

如何阻止火山爆发

位于美国西部的黄石火山可不是一座普通的火山，而是能够引起超大规模爆发的超级火山。在过去的几百万年里，这座火山曾发生过三次巨大的爆发。最近一次爆发发生在63万年前，喷发出的火山灰覆盖了美国大部分地区，留下了一个巨大的火山口——黄石火山口，直径超过70千米。火山释放到大气中的大量硫磺气体会遮住阳光，导致全球气温骤降，并引发持续数年的火山冬天。

但现在的黄石火山仍然躁动不安。地震很常见，地面反复起伏，到处都是沸腾的泉水、热泥浆和间歇泉。一个巨大的岩浆体仍然潜伏在火山下面，所以在未来的某个时刻可能会发生另一次大规模的爆发。人们担心由此造成的火山冬天可能会摧毁人类文明，但如果我们能提前采取行动，在爆发前阻止它，那么就不会有这种担心了。

这正是美国宇航局喷气推进实验室的一组研究人员一直研究的课题。他们提出的一个计划是，在黄石火山上钻洞，然后一直不停地向里面泵入冷水。许多人会认为，这就像在大象屁股上扎了小图钉，几乎没什么效果。但事实上，这是一项耗费数百年，甚至数千年的大规模地球工程，并且是完全可行的。

在美国宇航局的计划中，这个图钉变成了一个8千米深的钻孔，可以钻进黄石火山的热液系统中。这个热液系统是个巨大的地下热水，它包裹着岩浆库，为泉水和间歇泉提供水源。热液系统吸收了岩浆产生的三分之二以上的热量。研究人员计划，把大量的冷水由钻孔泵入热液系统中，帮助热液系统吸收更多来自岩浆的热量，这样岩浆会冷却，变得粘稠，并开始凝结。最终，因为岩浆的粘性太大，无法上升到地面，也就无法导致火山爆发。

研究人员认为，如果黄石火山准备好要爆发了，那么就需要把大约为热液系统总体积35%的冷水泵入其中，来阻止火山爆发。但这项工程的成本估计会高达35亿美元，而且可能需要数百年，甚至数千年的时间才能完成。不过，有一种办法可弥补大部分成本。具体的做法是，把热液系统中的热水抽到地面上，用它来驱动汽轮机产生电力，给周围地区供电。

当然，这项工程也是有危险的。比如，钻孔这个行为很有可能会触发火山突然开始爆发。但是，鉴于这座超级火山的爆发会给人类带来极具灾难性的后果，这将是我们不得不冒的风险。

如何阻止热带气旋

热带气旋是发生在热带、亚热带地区海面上的气旋性环流，不同地區的热带气旋有不同的称呼。例如，发生在西北太平洋及其沿岸地区的热带气旋称为“台风”，而大西洋和东北太平洋及其沿岸地区的热带气旋则称为“飓风”。

随着全球气候变化越来越严重，强热带气旋出现得越来越频繁。例如在2017年，先后在墨西哥湾和加勒比海生成的三个飓风——哈维、厄玛和玛丽亚——一起夺走了300多人的性命，总共造成了约4500亿美元的经济损失。于是，人们开始研究如何减弱热带气旋，甚至直接阻止热带气旋的形成。

英国海洋工程师斯蒂芬·索尔特和美国亿万富翁慈善家比尔·盖茨为一个被称为“索尔特水槽”的发明申请了专利。该发明的内容是，让数千个橡胶圈漂浮在热带大西洋上，它们都连着许多很粗的管道，这些管道可以将表层温暖的海水排到深海中，还能把深层冰冷的海水引到海面上。热带气旋需要至少26.5℃的海面温度才能形成，如果索尔特和盖茨的发明能够把海面温度降低到这一温度以下，那么热带气旋就不可能形成。

盖茨和其他人还提出了这个发明的改进型，用一排驳船而不是橡胶圈来浮起这些管道。不过，由英国曼彻斯特大学的约翰·莱瑟姆和他的同事提出的一项计划更具创新。他们设想是，让一支无人驾驶的船队在热带大西洋上漫游，这些船会把海水抽上来，然后以水雾的形式喷向大气中。这一操作会增加云中水滴的数量，云中的水滴越多，它就越白，反射的阳光也越多，使海水变冷，阻碍热带气旋的形成。

然而，这些影响海面温度或云层的地球工程计划可能会给全球气候带来不可预知的影响。因此，一种风险较小的方法是利用一种现有的技术——风力发电。来自美国斯坦福大学的工程师们就想到了一种办法。他们认为，如果选址得当，海上风电场可以保护海岸线免受热带气旋的侵袭。工程师们使用计算机模型模拟了近年来袭击北美最具破坏性的三场飓风，然后他们把海上风电场设定在飓风经过的近海上，并进行模拟。他们发现，大型海上风电场可以显著地减缓飓风的风速，还能把飓风带来的暴风雨强度减弱为原来的60%至80%。

看来，海上风电场听起来像是一箭双雕的好办法，既可以发电，又可以阻挡热带气旋。问题是，风电场中风力发电机的数量必须足够多才管用。例如，要想有效抑制类似2005年飓风卡特里娜那样的五级飓风，得需要大约78000台风力发电机。目前，装机数量最多的一个海上风电场位于北海，由不到1500台风力发电机组成。尽管如此，如果我们想用这种很保险的方式来抑制热带气旋，原则上我们完全可以做到。

如何阻止地震

随着全球城市化的加剧，生活在地震带上的城市人口越来越多，地震活动的威胁也越来越大。到目前为止，21世纪内发生的各个地震及海啸总共夺走了大约75万人的性命。将来，很有可能会发生一次地震造成百万人死亡这样的惨剧。

几十年来，地震学家一直在努力研究如何预测地震，然而至今仍毫无进展。不过，如果我们能提前阻止地震的发生，那么将会解决我们所有的问题。一种可能的方法是，将水抽到岩层断裂处，用其润滑断裂面，使岩层移动得更加容易和频繁。这将会产生许多小型的、不具破坏性的地震，而不是把所有的能量都储存在一个“大地震”中。然而，这种办法是未经验证的，研究人员得需要对其进行更多的研究。

但还有另一种思路，那就是利用科技手段来隔离地震波，保护建筑物不受其破坏。2012年，来自法国菲涅耳研究院的塞巴斯蒂安·古纳佑和他的同事在阿尔卑斯山脉脚下钻出了一排钻孔，这些钻孔的排列方式使得土层具有反射大部分地震波的能力。借助人工生成的地震波，他们证明了地震波穿过这排钻孔后，其强度消减了80%。

他们还对此方法做了改进，无需钻孔，认为只要适当地改变建筑物周围土壤的密度和其他性质，就可以形成一个护盾，能反射大部分地震波。不过，被反射走的地震波仍具有破坏性，可能会破坏在路径上遇到的其他建筑物。对此，古纳佑等人还找到了另一种解决方案——所谓的“地震波隐形斗篷”。

近年来出现了很多关于隐形斗篷的研究，这些隐形斗篷可以让光线像水流一样绕过物体并继续向前传播，这样物体就不会留下任何反射、折射或阴影，从而使物体变得隐形。那么，这种办法对地震波有效吗？古纳佑认为这是可以的，并且已经把相关的理论解决了。他认为，在建筑物地基的周围合理地放置混凝土柱子，就可以起到隐形斗篷的作用，能让地震波像水流一样绕过建筑物并继续向前传播，这样建筑物就不会受到地震波的破坏。要做到这一点，在设计建筑的地基时，只需要做一些修改即可。

此外，还有一种更为环保的方法对抗地震——通过种树对抗瑞利波。瑞利波是一种沿着地表传播的地震波，具有很大的破坏性。古纳佑等人经过研究后发现，种植一片由高低不同的树木构成的树林，这片树林就可以把瑞利波转换成一种破坏性较小的波，并让它们朝地下传播。这样，树林除了具有绿化作用以外，它还能起到抗震的作用。

而在未来，整座城市可以通过精心的设计，来阻止破坏性地震波。例如最近，古纳佑等人发表了一片论文，认为经过特殊设计的弯曲街道或建筑物街区，可以让地震波绕过城市的敏感区域，比如发电厂、医院、体育场和学校等。

在这些技术被用来预防真正的地震之前，还需要进行大量的研究，但如果这些技术被证明是可行的，那么其影响将是巨大的。