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熱帶氣旋，在大西洋沿岸地區被稱為颶風，是自然界最猛烈的表現之一，能夠釋放相當於 10,000 顆核彈的能量。“卡特里娜”颶風夷平了新奧爾良和密西西比州墨西哥灣沿岸，造成 1,800 多人死亡；“莫拉克”颱風造成的死亡人數和對臺灣的破壞超過了有記錄以來當地的任何其他風暴；納爾吉斯氣旋重創了緬甸（Burma），造成至少 146,000 人死亡。
這些風暴系統的形成可以透過技術手段得到緩和甚至阻止嗎？
今年 6 月，一項旨在降低颶風的強度和頻率的計劃以比爾·蓋茨（以及許多其他人）名下的專利申請形式洩露給了公眾，重新引發了自 20 世紀 60 年代以來斷斷續續提出的方案的猜測。該想法的核心仍然相同：將為熱帶氣旋提供燃料的溫暖地表水與下方較冷的水混合，以耗盡風暴的能量。但現在，愛丁堡大學工程設計榮譽退休教授斯蒂芬·薩爾特提出了一種新的——可能更現實的——混合方法。
薩爾特在一篇工程論文中概述了一種直徑 100 米的漂浮結構的設計——基本上是由捆綁在一起的廢舊輪胎（以降低成本）組成的圓形筏。它將支撐一個直徑 100 米、長度 200 米的薄塑膠管。當部署在開闊的海洋中時，該管將垂直懸掛，穿過溫暖、充分混合的海洋上層，並在被稱為溫躍層的較深水柱部分終止，那裡的水溫急劇下降。該設計的目的是將溫暖的地表水轉移到海洋較深、較冷的區域，將兩者混合在一起，並有望冷卻海面。薩爾特的設計相對簡單，使用最少的材料，以便使其每個裝置的建造價格低廉（全球每年丟棄數百萬個廢舊輪胎）；他的方案還需要部署數百個此類裝置。
利用海面上的水平波浪作用，被動式止回閥將透過在波浪通過後關閉來捕獲能量，從而允許每個裝置的圓形內部將裝置內的海水水位平均升高 20 釐米。聚集的溫暖水的重量將因此產生向下的壓力，將其向下推入管中。
這個想法是，數百個此類漂浮式波浪動力海水泵將全年部署在熱帶氣旋通常產生或強度增加的區域，例如熱帶東大西洋和墨西哥灣。（正如廣泛猜測的那樣，這些裝置不會僅部署在已經形成的風暴路徑上。）
薩爾特說，他在看到卡特里娜颶風造成的破壞後，受到啟發發明了他的裝置。“我被叫到[智慧財產權公司]智慧財產權投資公司參加會議，他們想談論颶風，他們對此非常熱情，”他說。
這些泵被該公司命名為 Salter Sink，該公司已為其申請了專利。智慧財產權投資公司執行長內森·梅爾沃德表示，比爾·蓋茨也出席了薩爾特提出這些泵的會議，該公司的政策是將出席頭腦風暴會議的所有人列為因會議成果而提交的專利的作者。
生物生產力可能是意外的好處
薩爾特認為，透過全年將溫暖的海面水與下方較冷的水混合，這些泵可以將海面溫度保持在 26.5 攝氏度的閾值以下，超過該閾值，颶風的頻率和強度將顯著增加。薩爾特和一些原始專利的共同作者認為，這種泵甚至可能提高其部署海域的生物生產力，因為它會將富含營養物質的深水與溫暖、相對貧營養的地表水混合。來自海洋深處的營養物質將被帶到距海面 100 米以內，這是陽光可以穿透併為構成海洋食物鏈基礎的光合浮游植物提供能量的最深處。這將有利於熱帶海洋生態生產力低下的“生物荒漠”中的魚類種群，而颶風正是在那裡產生，這些裝置也將部署在那裡。在這些區域，很少發生混合，浮游植物（以及魚類）的數量受到可用營養物質的限制。
然而，俄勒岡州立大學的微生物海洋學家裡卡多·萊特里爾指出，增加海洋中可用營養物質的影響可能是不可預測的。“如果你讓泵持續執行……你可能會讓浮游植物大量繁殖，”他說。“如果你這樣做的時間太長，你就會得到一個演替模式，其中食草動物接管並回收營養物質。而這就是我們在鐵施肥實驗中遇到的問題之一——生物系統的反應不是線性的。”
萊特里爾警告說，深海水中溶解的二氧化碳比地表水多得多，因為垂死的浮游植物會沉入水柱中，幾乎就像森林地面上腐爛的樹葉一樣。此外，二氧化碳在水中的溶解度隨著深度和溫度的降低而增加。因此，混合海洋的這兩層水不可避免地會導致二氧化碳從地球上最大的碳匯——海洋——大量轉移到大氣中。這個過程類似於開啟碳酸飲料時發生的情況——壓力的下降導致溶解的二氧化碳從溶液中釋放出來並進入空氣。
熱效應是否足以阻止新生的風暴？
俄勒岡州立大學海洋與大氣科學學院海洋混合小組的成員、物理海洋學家比爾·史密斯說，即使泵成功了，將地表水帶到海洋深處對海面溫度的影響也很小。那是因為溫躍層以上最初的 20 到 100 米的海洋已經混合得很好了。
史密斯說：“如果你從地表帶走 20 吉瓦的熱量，你認為這肯定會冷卻它，但這不一定是真的。” “實際上，它要做的是提高混合層的底部。如果底部在 50 米處，你抽走海洋的上層 1 米，那麼混合層將向下延伸到 49 米。並不是說 20 吉瓦的熱量消失在稀薄的空氣中。只是它在改變海面溫度方面沒有任何作用。”
薩爾特反駁說，他的泵將部署的許多區域，例如加勒比海，其溫躍層開始於地表以下淺至 10 到 15 米的深度，因此需要顯著減少抽水才能從頂層剝離溫暖的水。
薩爾特說：“這僅僅意味著你需要泵送更長的時間，但隨後[效果]會持續更長時間。”
海洋熱力系統對於這種技術來說是否太大了？
萊特里爾認為，根據薩爾特目前的計劃，任何足以對海洋溫度產生足夠影響以改變颶風的部署規模都將是不切實際的。他可能知道自己在說什麼，因為他曾參與過一項不同的海洋泵送計劃，該計劃涉及長長的、一米寬的塑膠管，旨在從深處吸水。該專案在夏威夷僅持續了 48 小時後於 2006 年失敗，但一家名為 Atmocean 的公司仍在繼續進行。
萊特里爾說：“如果薩爾特的工作需要，我不會感到驚訝，至少每平方公里需要一個這樣的泵才能產生影響。” “這是一項巨大的努力。你基本上做不到。”
但薩爾特估計，Salter Sink 從海面到深處的平均年輸送速率為每秒 150 立方米海水，或 9.5 吉瓦功率——相當於 10 個大型核電站或燃煤電廠（儘管已證明這種熱能難以收集）。因此，他計算出，為了改變颶風，他的計劃將需要數百個沉降器，而不是其他海洋泵送計劃中提出的數百萬個，包括萊特里爾參與的計劃。
然後，還有切變流
另一個擔憂是切變流。俄勒岡州立大學的海洋學家喬納森·納什也是海洋混合小組的成員，他指出，在海洋溫暖的地表水和下方較冷的水的介面處，各種競爭和增強的海底水流會導致強大的切變流，其中海洋的不同層以每秒 20 至 50 釐米的速度朝相反方向移動。
納什說：“這些水流會帶著這個管子並將其橫向推開。它會在剪下層存在的地方被壓扁。”
薩爾特斷言，有可能製造一個由更硬的材料製成的向下管，但萊特里爾說，即使是非常堅固的結構也可能不夠。
萊特里爾說：“在開闊的海洋中，水柱上層 50 米（混合層）發生的剪下量是不可思議的力量。” “海洋中直徑 100 米、深度 100 米的系統對於這些水流來說是一堵巨大的牆。”
下一步：資金
儘管史密斯和萊特里爾都對該計劃表示擔憂，但他們認為值得做更多工作來解決現有提案中的問題。不幸的是，建造薩爾特裝置之一的資金尚未實現。“我們正在進行早期原型來測試這個想法，但我們的商業模式是發明，”智慧財產權投資公司發言人謝爾比·巴恩斯說。“我們根本沒有資金進行下一階段所需的深入研究，但如果有更多資源，我們的發明家將有興趣合作。”
也就是說，智慧財產權投資公司實際上並沒有建造其專利的任何想法，儘管梅爾沃德和其他參與其中的人擁有大量財富，這意味著有意願的被許可人必須承擔該專案。
未來版本的 Salter Sink 的一個用途可能是實驗，以檢查海洋微生物群落對混合的反應。萊特里爾說，如果 Salter Sink 要發展成為一種實用的地球工程方案，那麼這種初步實驗絕對是必要的。
史密斯說：“在思考中存在一些相當大的漏洞，需要彌補。” “在科學領域，我們儘量不說任何事情是不可能的，也不干涉任何人的好主意，但剝離海洋的整個風混合層——這是一項艱鉅的任務。”