自然災害發生前能否阻止?火山噴發、熱帶氣旋、地震皆有解決之道

全球每年都有成千上萬人死於自然災害，那麼在自然災害發生前，我們能否阻止它們呢？

如何阻止火山爆發

位於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模爆發的超級火山。在過去的幾百萬年裡，這座火山曾發生過三次巨大的爆發。最近一次爆發發生在63萬年前，噴發出的火山灰覆蓋了美國大部分地區，留下了一個巨大的火山口——黃石火山口，直徑超過70千米。火山釋放到大氣中的大量硫磺氣體會遮住陽光，導致全球氣溫驟降，並引發持續數年的火山冬天。

但現在的黃石火山仍然躁動不安。地震很常見，地面反覆起伏，到處都是沸騰的泉水、熱泥漿和間歇泉。一個巨大的巖漿體仍然潛伏在火山下面，所以在未來的某個時刻可能會發生另一次大規模的爆發。人們擔心由此造成的火山冬天可能會摧毀人類文明，但如果我們能提前採取行動，在爆發前阻止它，那麼就不會有這種擔心了。

這正是美國宇航局噴氣推進實驗室的一組研究人員一直研究的課題。他們提出的一個計劃是，在黃石火山上鑽洞，然後一直不停地向裡面泵入冷水。許多人會認為，這就像在大象屁股上扎了小圖釘，幾乎沒什麼效果。但事實上，這是一項耗費數百年，甚至數千年的大規模地球工程，並且是完全可行的。

在美國宇航局的計劃中，這個圖釘變成了一個8千米深的鑽孔，可以鑽進黃石火山的熱液系統中。這個熱液系統是個巨大的地下熱水，它包裹著巖漿庫，為泉水和間歇泉提供水源。熱液系統吸收了巖漿產生的三分之二以上的熱量。研究人員計劃，把大量的冷水由鑽孔泵入熱液系統中，幫助熱液系統吸收更多來自巖漿的熱量，這樣巖漿會冷卻，變得粘稠，並開始凝結。最終，因為巖漿的粘性太大，無法上升到地面，也就無法導致火山爆發。

研究人員認為，如果黃石火山準備好要爆發了，那麼就需要把大約為熱液系統總體積35%的冷水泵入其中，來阻止火山爆發。但這項工程的成本估計會高達35億美元，而且可能需要數百年，甚至數千年的時間才能完成。不過，有一種辦法可彌補大部分成本。具體的做法是，把熱液系統中的熱水抽到地面上，用它來驅動汽輪機產生電力，給周圍地區供電。

當然，這項工程也是有危險的。比如，鑽孔這個行為很有可能會觸發火山突然開始爆發。但是，鑑於這座超級火山的爆發會給人類帶來極具災難性的後果，這將是我們不得不冒的風險。

如何阻止熱帶氣旋

熱帶氣旋是發生在熱帶、亞熱帶地區海面上的氣旋性環流，不同地區的熱帶氣旋有不同的稱呼。例如，發生在西北太平洋及其沿岸地區的熱帶氣旋稱為「颱風」，而大西洋和東北太平洋及其沿岸地區的熱帶氣旋則稱為「颶風」。

隨著全球氣候變化越來越嚴重，強熱帶氣旋出現得越來越頻繁。例如在2017年，先後在墨西哥灣和加勒比海生成的三個颶風——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4500億美元的經濟損失。於是，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。

英國海洋工程師史蒂芬·索爾特和美國億萬富翁慈善家比爾·蓋茨為一個被稱為「索爾特水槽」的發明申請了專利。該發明的內容是，讓數千個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明能夠把海面溫度降低到這一溫度以下，那麼熱帶氣旋就不可能形成。

蓋茨和其他人還提出了這個發明的改進型，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的約翰·萊瑟姆和他的同事提出的一項計劃更具創新。他們設想是，讓一支無人駕駛的船隊在熱帶大西洋上漫遊，這些船會把海水抽上來，然後以水霧的形式噴向大氣中。這一操作會增加雲中水滴的數量，雲中的水滴越多，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雲層的地球工程計劃可能會給全球氣候帶來不可預知的影響。因此，一種風險較小的方法是利用一種現有的技術——風力發電。來自美國史丹福大學的工程師們就想到了一種辦法。他們認為，如果選址得當，海上風電場可以保護海岸線免受熱帶氣旋的侵襲。工程師們使用計算機模型模擬了近年來襲擊北美最具破壞性的三場颶風，然後他們把海上風電場設定在颶風經過的近海上，並進行模擬。他們發現，大型海上風電場可以顯著地減緩颶風的風速，還能把颶風帶來的暴風雨強度減弱為原來的60%至80%。

看來，海上風電場聽起來像是一箭雙鵰的好辦法，既可以發電，又可以阻擋熱帶氣旋。問題是，風電場中風力發電機的數量必須足夠多才管用。例如，要想有效抑制類似2005年颶風卡特裡娜那樣的五級颶風，得需要大約78000颱風力發電機。目前，裝機數量最多的一個海上風電場位於北海，由不到1500颱風力發電機組成。儘管如此，如果我們想用這種很保險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世紀內發生的各個地震及海嘯總共奪走了大約75萬人的性命。將來，很有可能會發生一次地震造成百萬人死亡這樣的慘劇。

幾十年來，地震學家一直在努力研究如何預測地震，然而至今仍毫無進展。不過，如果我們能提前阻止地震的發生，那麼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「大地震」中。然而，這種辦法是未經驗證的，研究人員得需要對其進行更多的研究。

但還有另一種思路，那就是利用科技手段來隔離地震波，保護建築物不受其破壞。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鑽出了一排鑽孔，這些鑽孔的排列方式使得土層具有反射大部分地震波的能力。藉助人工生成的地震波，他們證明了地震波穿過這排鑽孔後，其強度消減了80%。

他們還對此方法做了改進，無需鑽孔，認為只要適當地改變建築物周圍土壤的密度和其他性質，就可以形成一個護盾，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築物。對此，古納佑等人還找到了另一種解決方案——所謂的「地震波隱形鬥篷」。

近年來出現了很多關於隱形鬥篷的研究，這些隱形鬥篷可以讓光線像水流一樣繞過物體並繼續向前傳播，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。那麼，這種辦法對地震波有效嗎？古納佑認為這是可以的，並且已經把相關的理論解決了。他認為，在建築物地基的周圍合理地放置混凝土柱子，就可以起到隱形鬥篷的作用，能讓地震波像水流一樣繞過建築物並繼續向前傳播，這樣建築物就不會受到地震波的破壞。要做到這一點，在設計建築的地基時，只需要做一些修改即可。

此外，還有一種更為環保的方法對抗地震——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。古納佑等人經過研究後發現，種植一片由高低不同的樹木構成的樹林，這片樹林就可以把瑞利波轉換成一種破壞性較小的波，並讓它們朝地下傳播。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計，來阻止破壞性地震波。例如最近，古納佑等人發表了一片論文，認為經過特殊設計的彎曲街道或建築物街區，可以讓地震波繞過城市的敏感區域，比如發電廠、醫院、體育場和學校等。

在這些技術被用來預防真正的地震之前，還需要進行大量的研究，但如果這些技術被證明是可行的，那麼其影響將是巨大的。