[what if]第121期:河流结冰

提问:

如果在盛夏时节美国所有的河流都在一瞬间冰冻起来会发生什么?

—— Zoe Cutler

回答:

这是又一个结局比我预想的要惨的问题。

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(你这话说的我心中一凉)

首先,河流里几乎所有的生物都会死去。结果是好几种鱼类将会彻底灭绝(你可以在这个网站上找到只存在于密西西比河及其支流里的鱼类),还有很多种鱼类将会受到重创。

随后这些冰块会开始融化。冰在融化的过程中会吸收许多热量,但是在现在这个情况中全美所有河流上都只有薄薄的一层冰冰,因而融化速度会快上许多。[1]这会导致局部地区的空气温度下降,但是整个环境系统实在是太大了,区区这点热量根本不足为提。[4]

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(这也不怎么样)

我们可以用冰山融化速率来估算每条河流的解冻速率。小溪流上的冰块将会在几天时间内全部融化完毕,而在那些最为寒冷的地区,大河流中的冰块将会耗费更长时间才能全部融化。

但在这发生之前,一些诡异的事情将会发生。

为了回答这个问题,我去询问了福蒙特州的博物学家Charlie Hohn,他的研究兴趣是河流特性。我把Zoe的问题告诉了他,他的回答很有意思。

他指出那些汇入河流的水源——比如整个流域上的小溪、雨水和冰川融水——都会在瞬间发现它们流入河流的道路被冰块堵住了。

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(你该不会把我推到制冷器里吧)

但这些水总要有一个去处。如果河床已经去不了了,那么水就会流到其他地方去。

“任何出现降雨或者融雪的地方都将会发生严重的洪灾,因为这些水无处可去。”Charlie告诉我说,“水会沿着狭窄的峡谷奔腾而下,当水流到泛滥平原时,就很有可能会流入古老的河道中,但在很多地方这些水会流入小镇和农场。”

当冰块从上游至下游慢慢开始融化并崩裂时,情况会变得更糟。漂浮在水面上的浮冰会堆积起来,挡住水流并形成巨大的堰塞湖。

Charlie指出即使是很小的冰坝也会带来灾难性的洪灾。1992年当佛蒙特州威努斯基河(Winooski river)被冰坝阻挡住后,水漫过了河岸,下游的蒙彼利埃在几分钟之内就被淹没于水下。而威努斯基河只是一条小河,Charlie说道,“威努斯基河小到你可以把石头扔到对岸去,它的深度一般来说也只有几英寸。在干旱的年份,你甚至可以在夏天穿着短裤穿过河流而不沾湿裤子。想想看冰坝出现在密西西比河上会发生什么,那里的冰层可以有12英寸呢。”

150年来蜿蜒的密西西比河一直试图没过河岸沿着阿查法拉亚河的河道向下游流去,因为阿查法拉亚河到墨西哥湾的河道更加陡峭。而密西西比河的河水一旦真的流入了阿查法拉亚河,那么新奥尔良和巴吞鲁的主要港口就会远离河流,水流也会枯竭。美国陆军工程兵团一直在避免这种情况发生

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(这其实是他们在下很大一盘棋,最终想要说服这条河不要沿着任何一条路流到墨西哥湾,而是掉头流回到位于明尼苏达的发源地)

Charlie表示如果密西西比河被冻结实了,“阿查法拉亚灾难毫无疑问就会发生。”而受难的将不仅限于密西西比河流域,“加州三角洲地区也会爆发洪灾,加州大部分的水系统也将崩溃——就算沟渠和水库里的水都冻住了,三角洲里的水流不过来也无济于事。”

如果人造水库里的水真的冻住了(取决于你把不把它当作“河流”),涡轮发电机里冰冻的水体积膨胀会损坏大坝,[5]损坏的大坝可能决堤,造成灾难性的洪水。而在那些没有大坝的地方,浮冰会形成冰坝……当冰坝崩裂时,产生的后果相当壮观

根据Charlie的说法,河流两岸的植被能够很好地抵御这突如其来的冰冻,但对于更一般意义上的生态系统来说,后果将会极其复杂。“如果河流里有三文鱼,棕熊会在河流解冻后抓三文鱼吃。但之后随着渔业的崩溃,会有一群饥饿的棕熊绝望地到处乱跑。”

他还提到三文鱼在一生中会有一部分时间呆在大海中,因而一些三文鱼能够逃过这场浩劫。“但它们的食物都不见了,渔业还是会崩溃。不过,由于所有大坝都被毁了,对于三文鱼来说或许是件好事……这真是太可悲了。”

虽然农业会受到重创,但人类还是能够勉强活下来。我们不会没有水喝,地底的蓄水层里有大量的水,大部分地表还有充足的可以在短时间内融化的冰。即使是在最坏的情况下,人们还可以用电吹风来融化冰,花费仅有每人每天几美分。人类将会艰难度过这一灾难,并从海外进口食物。

至少,大部分人能活下来。

我觉得这次夏日冰冻事件最吓人的地方不在于它大规模的长期灾难性影响,而在于一些会立即发生的后果。

我小时候一直在弗吉尼亚州的詹姆士河(James River)游泳。现在,都怪Zoe的问题,我每次踏入这条河的时候……

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(在这个世界里,只有一件事是绝对的……那就是每个东西都会冻结起来!)
……我都会觉得背后一凉。

  • 注1:奇怪的是,固态冰的融化速度要比雪更快——不仅融化的重量上是这样,而且每天融化的英寸数亦是如此。[2]这看上去有点违背直觉,因为冰的密度比雪大上许多,因而融化相同体积的冰应该会比雪需要更多的热量。但是雪反射光的能力比冰强很多,这样就能够减少吸收的热量。其次,雪层中的空洞还能起到防热层的作用,把剩余的雪和热量隔离开来。如果冰在融化的过程中一直与水接触,那么融化的进程会被加快,因为水的导热性比空气更好。你可以通过一个简单的家庭实验来证实这一点。相比较而言,雪就不太会受到这种影响,因为雪层边缘的导热性并不好。
  • 注2:用厘米也行。[3]
  • 注3:哇,我可以一直嵌套下去哎……
  • 注4:为了估计河流的流量,我找到了一本书,里面(第二章)列举了全球河流中所有表面水的体积的估测值。虽然这个数字并没有各大洲的细分数据,但是每个大洲的流出量倒是有具体的数字,因而我用它来估算各大洲河流容量要如何分配,最终我得出的结果是北美洲占16.5%。如果按地表面积来分配这些水量的话(我在某一页上看到加拿大占了全世界淡水流出量的9%,看上去还差不多。虽然在这里用两个代表不同含义的数据很有可能会带来一些误差,但我还是将就着用吧),那么除了加拿大之外还剩下7.5%。把这7.5%的水按照美国和中美洲面积的比例划分一下,美国分得5%,也就是有77立方千米的水。
  • 注5:我和Charlie争论了很久如果米德湖(Lake Meade)结冰的话,胡佛大坝会不会被膨胀的冰块撑坏。我感觉是不会,但我不太确定,也许我们该实地试验一下?

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