给下一任总统的备忘录 – 美国西部水危机的新视角

by Benjamin Deniston

“目前[加州] 水库里的存水量只剩一年左右,而我们的战略备用水源–地下水,正快速的消失。加州对目前持续干旱的现象并没有应急计划(更何况是持续20多年的特大乾旱),如今只剩下,继续目前的紧急模式和祈雨。”

这是(2015年) 3月12日美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)的水文专家Jay Famiglietti在洛杉矶时报专栏中提出的评估。

过去数十年来,林登桢拉鲁旭和他所属的全球策略讯息杂志已经刊登多篇[1]加州(以及美国整个西南方)水情危机的文章,并为确保该地区未来的水情也提出新的建议。尽管拉鲁旭和他的同事反覆举办活动、刊登文章、提出警告,这个问题一直没有解决,我们正在研究危机中新阶段深处的起点。

农牧业已经受到巨大的打击,去年有50多万英亩全国最有生产力的农场休耕,今年大概有百万英亩休耕。中央山谷的农民一般都接受国家的两个主要水工程分配水资源,如今他们只分到零到百分之二十的水。如果这一趋势不扭转,East Porterville等镇就快没有水了,一旦加州的农业和整个人口中心被迫关闭,我们也可以预见人们迁移出美国这个最大、最有生产力的州。现在这个长期建设的危机,已经达到临界点了。

如今,我们将再次面对这项挑战,但是这一次是从有利的新观点来看。

而加州(和这个国家)的许多人正忍受不作为的后果,我们将看看全世界有一个已经采取行动,着手解决自己水危机的地区,就是中国。林登桢拉鲁旭日前指出,中国的行动可以作为解决加州、德州和(美国)西南方水资源挑战的参考基准点。美国需要的不只是一个水资源计划,而且需要转变思维—-充分清楚的表达中国执行的方针,是透过登月计划往太空发展,以及通过这些方针提供的全新视角。从本文作者的观点来看,这需要人类以当前最高的视角来应对危机,从星际的高度来看。

我们会再从这个有力的观点检视以及解决西部水资源危机的可能性。[2]

当美国停滞时,中国在不断进步

前两年,林登桢拉鲁旭逐渐强调,中国的活动是美国西部了解如何处理当前水危机的参考点。近年,中国已完成一些有史以来规模最大,最重要的水资源管理项目。

1930年代富兰克林湿罗斯福透过胡佛水坝和大古力水坝引导美国经济大飞跃,今天中国的(长江)三峡大坝成为中国经济飞速发展的象征。三峡是世界上最大的电力生产设施,[3]

容量为225万□,远高于胡佛水坝的21万□和大古力的68万□。在蓄水容量方面,三峡的40立方公里超过胡佛的35立方公里和大古力的12立方公里。

三峡大坝是人类有史以来进行的最大的水利开发项目过程中的一部分,目前的进程是在中国。他们南水北调:河流改道工程只完成三条调水线路的东线、中线和西线(第三条的西线,仍在规划)。

将这些开发、利用中国长江和黄河流域的项目,和美国早期开发科罗拉多河、沙加缅度河和圣华金河的项目比较。这五项工程(全美洲大运河, 科罗拉多河引水工程,中央河谷工程,加州水资源计画和亚利桑那中央运河工程)可以分流20立方公里的水,让 6,500至8,000万人直接受益。

中国的东线和中线计划预计分流比27立方公里更大的水量,让4亿人直接受益。中国南水北调计划中的西线将调动45立方公里的水,是美国西南部五个城市计划的二倍以上。

1960年以来美国西南部一直没有启动类似规模的新计划;过去几十年,中国已经在推动各项计划,并且在近十年陆续完工(图1)。

这些工程从某种更深层次来说,本身就是如影随形一个接着另一个。

加州、德州和其他西部各州却走向更深的水危机,不是因为他们已经用尽了各种可以解决西部水资源危机的可行方案或计划。肯尼迪总统时代,曾经规划并研发核能海水淡化计划,而且自那时起,已建立更先进的核能海水淡化工厂。1960年代,北美水电联盟(NAWAPA)已经规划将(阿拉斯加和加拿大)西北地区大量淡水的一小部分引导穿过西南方直奔西部各州,以满足整个西部地区水资源的需求。

所以,尽管美国在1930年代到60年代已经有了未来的方向,加州却被国家拒之于门外,而如今中国已经超越我们过去的成就。显然,问题不在于计画和项目,而是致力于创造未来的精神。

林登桢拉鲁旭强调,中国抓紧创建未来的太空计划可以在此进一步阐述。中国一旦完成自己的探月计划,接着就要执行开发月球的计画,带领人类与太阳系建立新关系。他们潜在的主要驱动力体现在开发月球氦-3资源作为先进聚变发电系统的燃料充满兴趣。

虽然这些计画彼此似乎不相关,却开拓更广阔的概念性见解,也更深刻、更根本的理解全球水系统提供了所需的制高点:这些洞察力可以帮助我们面对加州和美国西部的水危机。。

由上而下的(星系)透视

我们在此将重新思考,加州水资源危机实际上面临的问题。

改善生活是人类在地球上的使命和义务:藉由了解、管理和提高运作中的系统和流程,发展和改善地球环境,是人类天生就应该要做,必须继续做的事,而全球水系统已经进入关键的情况。

最重要的是,水文循环是一个单一的全球系统。对于人类而言,最基本的特性是海水蒸发后、输送大气中的水蒸气、然后凝结大气中的水落入土中,最终地表水和地下水将回流海洋。[4]

这是世界各地绝大多数利用水资源的方式,也是过去数千年来,人类管理和改善这些循环所面临的挑战。

最早的灌溉系统始于人类开始利用小溪和河流,再扩展到开发更大规模的水库和防洪系统。到了20世纪初,美国为田纳西河流域管理局和科罗拉多河(连同其他令人印象深刻的项目)设定管理和分流的标准。

今日,中国已经以高于其三峡大坝和南水北调的工程计画,回应过去50年经济和科技发展所创造的需求。未来,为了持续自然开发的过程,我们需要类似北美水电联盟(NAWAPA)这种更大型的(国际级、大陆级)系统;同时,我们还要有新的飞跃性理解,以便更好地控制这些循环(不仅仅是范围更大,质量上也有更高的水平)。

我们要从宇宙(太阳和银河系)的角度,更明确得来看中国的太空计划。

地球和它本身所有的系统(包括水),从来都不是孤立存在的。

从大宗能源输入来看,来自太阳的电磁辐射以蒸发的方式抽取大气中的水蒸汽,进而带动整个地球的水循环。地球自转则是太阳系另一个有助于大气中水汽循环的过程。

虽然这些都是众所周知宇宙驱动的气候和水循环,但是越来越多的证据显示,星系运动是宇宙另一个起到显著作用的因素。例如,最近一项新的研究表明,地球气候的周期性变化相当於太阳系穿越银河系的运动。由於太阳系围绕银河系运动,太阳系在银河盘面之上和之下的振荡,将进入不同的星系环境。作者针对这项最新的研究表示,地球气候的变动出现在这些星系运动的周期大约3200万年(图2)。[5]

许多人会问这样(3200万年)缓慢而长期的变化,和我们眼前的水危机有何关系,由其是加州只剩一年的水可用?

在最基本的意义上说,了解这个因素意味着更进一步了解地球气候系统的基本性质,更具体地说,这个银河的有利位置,可能会让我们看到加州、德州和其他缺水地区的新解决方案。

一项解释太阳系星系环境和地球气候之间相互作用的创新理论,虽然细节仍在研究中,但是指向高能银河系宇宙射线,对于控制低层大气中的离子和电性质有一定的作用,是影响云气生成和大气中水蒸气凝结的因素。

如果我们能够进一步了解这些微观物理的过程,也许我们就可以掌控影响云气形成和凝结过程大气中电子和离子的状态。如果可以进行适当的控制,我们将不再受限于搜寻已经落到地面的水(每年平均约113,000立方千米水量沉淀到土中),而可以汲取大气中水量大得多的水气,包括储存在海洋上空的水气(海洋每年平均蒸发约413,000立方千米水气,其中90%只是落回海洋并未流向陆地)。

以加州为例,太平洋上方的湿气就可以成为美国有史以来最大的水库。这不是单纯的投机行为。以下将讨论并列举说明的内容虽然还有更多的工作需要完成,但是各种系统已经成功地利用这些技术产生降雨(图3)。

现在就是解决的时候

近日一项分析加州长期水文系统的报告,指出星系观点的重要性。报告中指出加州(和其他地区)现有水文系统和降水模式是随着时间(几年、几十年、几百年)变化而非一成不变,强调供水管理必须超越地方和区域需求,并在供水量上寻求更高水平的控制系统。

开发和研究美国加州过去数千年的气候和水文的各种记录,最近的研究表明,20世纪的资料并不是平均的状况,反而是更显异常[6]。相较于过去数千年,20世纪的加州普遍多雨,而且更稳定,之前数百年相对而言变化更极端,包括持续几十年以上的定期特大旱灾和特大洪水(已知的是水淹遍整个中央谷地!)。

目前,有一个严重的问题,加州有可能出现长期干旱,平均降水明显减少,整个20世纪人们已经习惯河流流量稀少。

宇宙因素(例如,太阳活动和银河宇宙射线造成的差异)和陆地因素(例如,区域海洋温度和火山活动周期)都会影响气候变化。目前正试图确定这些不同效应造成的相对强度,其实底线也很明确:美国加州,和美国大部分的西部地区,不能单纯依靠地方,甚至区域水循环。

美国西部未来的降水和供水可用的两类方法,取决于人口增加和变化。首先,将区域水资源管理和分流系统扩展到整个北美大陆(第一类)。第二,超越管理地表水和地下水(即其中已经沉积入地表者),进入海洋和大气中为陆地带来新的淡水流量和循环(第二类)。

第一类

(北美)大陆水资源管理

本文致力于重振北美水电联盟(NAWAPA)(从1980年代到今天)工程,该工程大胆的将北美地区西北方的水分流到美国西南方而大大改善了整个北美的水循环。这不仅让加州和德州拥有稳定而足够的水,而且美国内华达州整个大盆地地区都因此受益。该工程的规模浩大,平均每年可以潜在转移130到200立方千米(中国整个南水北调工程每年只有45立方公里。)[7]

北美水电联盟(NAWAPA)工程(图4)有丰富的资料。[8]

第二类

A.海水淡化

确保沿海地区稳定供应淡水的其中一种方法就是经由海水淡化的程序进一步净化海水。这是另一种将海水引入陆地的方法,可以创造新且有效的人造水循环。透过人为淡化海水将海水引入陆地需要投入各种生物和经济的过程,最终才回到海洋(以及大部分的陆地水)。因此这和自然界的水循环基本上类似,却没有自然界循环的限制(或变化),脱盐(至少在沿海地区)让人类可以生产和控制自己需要的水循环的时间,和所需的水量。

虽然一般认为通过反渗透过程汲取海水需要密集的能量,但是目前(以每单位生产淡水所需的能量计)这是最有效的方法。[9]

扩大利用这种产能的关键就是增加国民经济的能[量]通量密度,如同测量后的人均功率和每平方公里的功率,是降低功率成本,让大型脱盐的过程成为资源开发的模式,进入经济实惠的选择领域。今天要这么做就要快速扩充先进的核电系统,以及最可能来自拉鲁旭在经济政策备忘录呼吁美国发展核聚变发电的紧急程序。[10]

B. 以电离为基础的天气改造

其他现存的途径中,直接引入大气中的水分较少人探讨,但是如果开发成功潜力就相当大。如上所述,90%太阳蒸发的海水都凝结落回海洋,未参与任何陆地上的生产性活动。这种凝结落在海洋的水量是落在陆地的三倍以上。

由於太阳已经消耗大量能量蒸发(海水淡化和运输)这些水气,如果我们知道如何引用这些水,潜存的水气就是更有效的资源。

这就把我们带回全球水系统的星际观点。如果高能银河宇宙射线对大气中的水汽和云的形成过程有重要的影响,那么我们为什么不能以电离的方式进行类似和相关行动?

现在,有一些地方(墨西哥、澳大利亚、以色列、阿曼和阿布达比等)已经开发并使用地面大气电离系统。[11] 这个系统只需要相当少量的功率穿过一个导线系统连接一个小型塔阵,就可以改变当地大气中的电离。我们面临的挑战是调整这个将水引入大气水库的系统所需的正确电离和电场效应。

从已经证实的结果显示,其中一些系统可以诱使冷凝和降雨涵盖的范为半径超过100公里,而且,更重要的是,可以利用一些据点(从海洋)创造压力梯度引入更多大气中的水分到内陆。

想要进一步控制、开发天空的这座水库,也许还有电离之外的方法和科技可以运用。这将是另一种产生新的水循环,这些水气在一个循环之后回归海洋,将会比自然界单独提供水分更稳定和持续为陆地带来更多水分,参与具生产性的生物和经济活动。

采取行动的时候了

以加州和德州目前的情况来看,相关沿海地区应尽快采用海水淡化和大气电离的方法。

我们知道核动力海水淡化系统能正常运作,如果是在核融合驱动计划效果是最好──可以提高经济的能量通量密度,并提供所需的关键实体经济增长因素让我们的国家走出目前包括水危机在内的经济崩溃。

这些设施一般都比较小且构造相对简单,因此几乎可以立即开始示范和测试以电离为基础的天气改造系统。只要几千万美金,就可以构建和利用示范的设施,让人们进一步了解这些系统的可行性和潜力。

这些方法至少可以确保加州和德州沿海地区可以持续稳定的取得供水。

运用北美水电联盟的设计做一些变化,最终也可以满足整个大陆的需求,也同时解决海水淡化和电离工程无法有效到达大盆地高海拔内陆地区的需求。

我们现在已经又回到起点,现存客观的解决方案是对未来缺水的承诺。就在这几十年,中国已经证明,可以成功的采取行动,美国则未曾有效地完成任何事情。

采取行动(或不作为)的鲜明区别是更深层次的问题,人类很快就会超越(或缺乏)文化上的认知,了解人类在地球上具有独特的创造力。随着这个内在动力而来的责任是改善,而不是维修。

人类是地球上可以展开这样大工程的唯一物种,我们可以因此改变太阳系到银河系的关系,并提高世人的生活水平。现在是我们采取相应行动的时候。

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[1] 拉鲁旭政治行动委员会自成立起即参与其中

[2] 这是作者在2014年开发所做更长时期的分析,请参见2015年1月30日英文全球策略信息 2014年12月1日英文全球策略信息特别报导:“新丝绸之路成为世界大陆桥”

[3] 不仅是最大的水力电厂,也是各式电厂中最大者。

[4] 当然,全球水系统还有很多其他方面的观点,也有各种子周期,但是这只是提供基本概念所需要的框架。如需更多相关讯息,请参阅本文作者在2014年12月1日英文全球策略信息的特别报导:“新丝绸之路成为世界大陆桥”

[5] “显生宙气候是否有太阳系星系运动的烙印?” Nir J. Shaviv, Andreas Prokoph, 和 J□ Veizer合著,刊登在2014年8月自然科学报告杂志6150期。

[6] “”(美国)西部缺水:由过往的水灾、旱灾和其他的气候线索看未来” Lynn Ingram 和Frances Malamud-Roam合著,2015年2月12日加州大学出版社发行。

[7]中国南水北调大西线可能再延伸,使整个系统每年再增加200立方千米。

[8] 参见2015年1月30日全球策略信息“解决世界水危机”;2012年拉鲁旭政治行动委员会特别报导“北美水电联盟XXI”;和 2013年二十一世纪科学与技术专题报导“核北美水电联盟 XXI:通向融合经济之路”。

[9] 尽管能源密集与当前经济阶段有关,值得注意的是人造脱盐实际上比自然脱盐效率更高。当太阳蒸发海洋中的水气,将(脱盐的)淡水通量到大气中,我们一生在陆地上使用的全部(或绝大多数)淡水也是在脱盐的过程中消失。比较太阳到达地球海洋(~60,000万亿瓦)的整体能量,和以太阳能淡化海水的能量(~每年413,000立方千米),平均效率为每立方米约4700兆焦耳。如果我们在陆地只用太阳能脱盐的水,整个系统的平均效率将少于一个数量级,每立方米约48,000兆焦耳。现代人造海水淡化厂的效率是100到1000多倍,约以每立方米 10至15兆焦耳运转。

[10] “拯救美国的四个新法!不是选项,是及时且必要 “,2014年6月10日林登桢拉鲁旭着。

[11]“扩大北美水电联盟 XXI:改造天气 停止饥饿”,2013年8月9日全球策略信息,及本文作者刊于2014年12月1日全球策略信息特别报导的”新丝绸之路成为世界大陆桥”。