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热带气旋，在大西洋沿岸地区被称为飓风，是自然界最猛烈的表现之一，能够释放相当于 10,000 颗核弹的能量。“卡特里娜”飓风夷平了新奥尔良和密西西比州墨西哥湾沿岸，造成 1,800 多人死亡；“莫拉克”台风造成的死亡人数和对台湾的破坏超过了有记录以来当地的任何其他风暴；纳尔吉斯气旋重创了缅甸（Burma），造成至少 146,000 人死亡。
这些风暴系统的形成可以通过技术手段得到缓和甚至阻止吗？
今年 6 月，一项旨在降低飓风的强度和频率的计划以比尔·盖茨（以及许多其他人）名下的专利申请形式泄露给了公众，重新引发了自 20 世纪 60 年代以来断断续续提出的方案的猜测。该想法的核心仍然相同：将为热带气旋提供燃料的温暖地表水与下方较冷的水混合，以耗尽风暴的能量。但现在，爱丁堡大学工程设计荣誉退休教授斯蒂芬·萨尔特提出了一种新的——可能更现实的——混合方法。
萨尔特在一篇工程论文中概述了一种直径 100 米的漂浮结构的设计——基本上是由捆绑在一起的废旧轮胎（以降低成本）组成的圆形筏。它将支撑一个直径 100 米、长度 200 米的薄塑料管。当部署在开阔的海洋中时，该管将垂直悬挂，穿过温暖、充分混合的海洋上层，并在被称为温跃层的较深水柱部分终止，那里的水温急剧下降。该设计的目的是将温暖的地表水转移到海洋较深、较冷的区域，将两者混合在一起，并有望冷却海面。萨尔特的设计相对简单，使用最少的材料，以便使其每个装置的建造价格低廉（全球每年丢弃数百万个废旧轮胎）；他的方案还需要部署数百个此类装置。
利用海面上的水平波浪作用，被动式止回阀将通过在波浪通过后关闭来捕获能量，从而允许每个装置的圆形内部将装置内的海水水位平均升高 20 厘米。聚集的温暖水的重量将因此产生向下的压力，将其向下推入管中。
这个想法是，数百个此类漂浮式波浪动力海水泵将全年部署在热带气旋通常产生或强度增加的区域，例如热带东大西洋和墨西哥湾。（正如广泛猜测的那样，这些装置不会仅部署在已经形成的风暴路径上。）
萨尔特说，他在看到卡特里娜飓风造成的破坏后，受到启发发明了他的装置。“我被叫到[知识产权公司]知识产权投资公司参加会议，他们想谈论飓风，他们对此非常热情，”他说。
这些泵被该公司命名为 Salter Sink，该公司已为其申请了专利。知识产权投资公司首席执行官内森·梅尔沃德表示，比尔·盖茨也出席了萨尔特提出这些泵的会议，该公司的政策是将出席头脑风暴会议的所有人列为因会议成果而提交的专利的作者。
生物生产力可能是意外的好处
萨尔特认为，通过全年将温暖的海面水与下方较冷的水混合，这些泵可以将海面温度保持在 26.5 摄氏度的阈值以下，超过该阈值，飓风的频率和强度将显着增加。萨尔特和一些原始专利的共同作者认为，这种泵甚至可能提高其部署海域的生物生产力，因为它会将富含营养物质的深水与温暖、相对贫营养的地表水混合。来自海洋深处的营养物质将被带到距海面 100 米以内，这是阳光可以穿透并为构成海洋食物链基础的光合浮游植物提供能量的最深处。这将有利于热带海洋生态生产力低下的“生物荒漠”中的鱼类种群，而飓风正是在那里产生，这些装置也将部署在那里。在这些区域，很少发生混合，浮游植物（以及鱼类）的数量受到可用营养物质的限制。
然而，俄勒冈州立大学的微生物海洋学家里卡多·莱特里尔指出，增加海洋中可用营养物质的影响可能是不可预测的。“如果你让泵持续运行……你可能会让浮游植物大量繁殖，”他说。“如果你这样做的时间太长，你就会得到一个演替模式，其中食草动物接管并回收营养物质。而这就是我们在铁施肥实验中遇到的问题之一——生物系统的反应不是线性的。”
莱特里尔警告说，深海水中溶解的二氧化碳比地表水多得多，因为垂死的浮游植物会沉入水柱中，几乎就像森林地面上腐烂的树叶一样。此外，二氧化碳在水中的溶解度随着深度和温度的降低而增加。因此，混合海洋的这两层水不可避免地会导致二氧化碳从地球上最大的碳汇——海洋——大量转移到大气中。这个过程类似于打开碳酸饮料时发生的情况——压力的下降导致溶解的二氧化碳从溶液中释放出来并进入空气。
热效应是否足以阻止新生的风暴？
俄勒冈州立大学海洋与大气科学学院海洋混合小组的成员、物理海洋学家比尔·史密斯说，即使泵成功了，将地表水带到海洋深处对海面温度的影响也很小。那是因为温跃层以上最初的 20 到 100 米的海洋已经混合得很好了。
史密斯说：“如果你从地表带走 20 吉瓦的热量，你认为这肯定会冷却它，但这不一定是真的。” “实际上，它要做的是提高混合层的底部。如果底部在 50 米处，你抽走海洋的上层 1 米，那么混合层将向下延伸到 49 米。并不是说 20 吉瓦的热量消失在稀薄的空气中。只是它在改变海面温度方面没有任何作用。”
萨尔特反驳说，他的泵将部署的许多区域，例如加勒比海，其温跃层开始于地表以下浅至 10 到 15 米的深度，因此需要显着减少抽水才能从顶层剥离温暖的水。
萨尔特说：“这仅仅意味着你需要泵送更长的时间，但随后[效果]会持续更长时间。”
海洋热力系统对于这种技术来说是否太大了？
莱特里尔认为，根据萨尔特目前的计划，任何足以对海洋温度产生足够影响以改变飓风的部署规模都将是不切实际的。他可能知道自己在说什么，因为他曾参与过一项不同的海洋泵送计划，该计划涉及长长的、一米宽的塑料管，旨在从深处吸水。该项目在夏威夷仅持续了 48 小时后于 2006 年失败，但一家名为 Atmocean 的公司仍在继续进行。
莱特里尔说：“如果萨尔特的工作需要，我不会感到惊讶，至少每平方公里需要一个这样的泵才能产生影响。” “这是一项巨大的努力。你基本上做不到。”
但萨尔特估计，Salter Sink 从海面到深处的平均年输送速率为每秒 150 立方米海水，或 9.5 吉瓦功率——相当于 10 个大型核电站或燃煤电厂（尽管已证明这种热能难以收集）。因此，他计算出，为了改变飓风，他的计划将需要数百个沉降器，而不是其他海洋泵送计划中提出的数百万个，包括莱特里尔参与的计划。
然后，还有切变流
另一个担忧是切变流。俄勒冈州立大学的海洋学家乔纳森·纳什也是海洋混合小组的成员，他指出，在海洋温暖的地表水和下方较冷的水的界面处，各种竞争和增强的海底水流会导致强大的切变流，其中海洋的不同层以每秒 20 至 50 厘米的速度朝相反方向移动。
纳什说：“这些水流会带着这个管子并将其横向推开。它会在剪切层存在的地方被压扁。”
萨尔特断言，有可能制造一个由更硬的材料制成的向下管，但莱特里尔说，即使是非常坚固的结构也可能不够。
莱特里尔说：“在开阔的海洋中，水柱上层 50 米（混合层）发生的剪切量是不可思议的力量。” “海洋中直径 100 米、深度 100 米的系统对于这些水流来说是一堵巨大的墙。”
下一步：资金
尽管史密斯和莱特里尔都对该计划表示担忧，但他们认为值得做更多工作来解决现有提案中的问题。不幸的是，建造萨尔特装置之一的资金尚未实现。“我们正在进行早期原型来测试这个想法，但我们的商业模式是发明，”知识产权投资公司发言人谢尔比·巴恩斯说。“我们根本没有资金进行下一阶段所需的深入研究，但如果有更多资源，我们的发明家将有兴趣合作。”
也就是说，知识产权投资公司实际上并没有建造其专利的任何想法，尽管梅尔沃德和其他参与其中的人拥有大量财富，这意味着有意愿的被许可人必须承担该项目。
未来版本的 Salter Sink 的一个用途可能是实验，以检查海洋微生物群落对混合的反应。莱特里尔说，如果 Salter Sink 要发展成为一种实用的地球工程方案，那么这种初步实验绝对是必要的。
史密斯说：“在思考中存在一些相当大的漏洞，需要弥补。” “在科学领域，我们尽量不说任何事情是不可能的，也不干涉任何人的好主意，但剥离海洋的整个风混合层——这是一项艰巨的任务。”