谢选骏：水尽气绝的现代文明

《生命奥秘：没有水我们可以活多久？》（BBC 2020年12月22日）报道：

水是地球上生命不可或缺的要素之一。如果我们突然无法获得宝贵的生命之水，会有什么事发生在我们身上？

赞比西河就在咫尺之遥。查兹·鲍威尔（Chaz Powell）可以看到河水在他下面几百公尺深的峡谷中冲击着巨大卵石翻滚咆哮，但河水虽近在眼前，他却无法抵达。“我无法形容我有多么的干渴，”鲍威尔说道。那时，他身子发抖，站在赞比西河峡谷高高的悬崖边缘。他的水已喝完，但没有办法下到深深的河谷取水喝。鲍威尔回想他身处危险的那个时刻，为找水解渴救命而焦虑不已，他当时感受到巨大的恐慌。他回忆说，“那个时候，我开始感到非常难受。我身体开始过热，体温达到了疯狂的程度。”鲍威尔是一位来自英国什罗普郡的探险向导，他即将体验到没有了这种我们大多数人认为理所当然拥有的物资而陷入生死一线困境的滋味。

在大多数发达国家，获得干净的水很简单，只需打开水龙头就行了。这些国家的居民每天刷牙、淋浴和冲厕所，不加思量地把大量的水倒进下水道。但是，全世界却大约有11亿人缺乏安全的饮用水，而且全世界共有27亿人一年至少有一个月缺水。

水是地球上生命的基本成分之一，我们的身体主要由水组成。当我们陷入缺水状况时，形势会急剧恶化。

鲍威尔在沿着赞比西河顺流而下独自徒步两个月的旅行中亲身体验了这一点。他的旅行始于赞比亚河的源头，然后沿着赞比西河穿过安哥拉东部，越过纳米比亚和博茨瓦纳的边界，到达赞比亚和津巴布韦边界的峡谷河段，最后抵达维多利亚瀑布。在这里，地形崎岖险峻，徒步穿越变得很困难。鲍威尔说，“赞比西河峡谷在大地上深深地凿出长达150英里的悬崖绝壁。”当时是2016年8月，是当地一年中最热的时候，白天的气温高达50摄氏度。”但当年38岁的鲍威尔不得不在这个最炎热的时候上路，以避开上游巴罗茨洪泛平原的泛滥期。因为赞比西河流域的这个上游湿地，除了这个时候，一年90%的时间都被淹在水下。

鲍威尔的长途跋涉一直进展顺利，他每天大约走36公里。但一进到峡谷地带，鲍威尔的的速度就慢了很多。他说，“我每天大概只能走几英里，这几里路就是不断翻越河岸的大卵石。速度实在太慢了。”以如此缓慢的速度，鲍威尔估计需要一个月才能走到峡谷的另一端，由于方圆几英里都没有人烟，他的干粮得不到补给开始耗尽。他说，“我走到那里，唯一看到的是在扔石头的狒狒，以及穿过这个巨大峡谷的浩荡急流。”

经过两周的探路，鲍威尔决定他需要找到另一条路线穿过峡谷。在他的地图上，他可以看到另一条流入赞比西河的支流，看起来这条河也相当大。他说，“我对自己说，我能爬上峡谷顶上，到另一条河大概要20公里。但当时我并不知道悬崖上会是什么样子，我只是想'这可能需要4个小时的快走，我办得到'。”

鲍威尔凌晨4点出发，带着装有两公升水的瓶子爬出峡谷。沿河而行时，他已经习惯了直接喝赞比西河的河水，所以他没有预见到两公升不够，需要带更多的水。动身之时，气温已经是48摄氏度，三个小时后，他成功爬出了峡谷，他认为走了大约是750公尺到1000公尺的上坡路。这时，他只剩下一瓶水。但当他到达峡谷崖顶时，情况却出乎他的意料。鲍威尔说，“在我的脑海中，峡谷上方的路会非常平坦，很容易走，但实际是荆棘丛生，而且是通到峡谷的连绵起伏的山丘。”寻找道路转了三个小时的圈后，他的水喝完了。他说，“看来，我大概只走了两公里，我甚至还没有走出峡谷，所以我决定试着下坡回到原来峡谷底的河岸。”但他已经不在刚才爬上来的缓坡，他是在陡峭的悬崖边。他可以看到河流在他下面很深的峡谷中，但他没有办法下到谷底。

一般来说，水分约占人体的60-70% ，至于究竟多少很大程度上取决于年龄。我们的身体通过尿液、汗液、粪便和呼吸排出水分，所以我们必须不断地通过吃喝来补充水分，我们消耗的水大约有三分之一来自食物。如果不补充，我们的身体就会脱水。

脱水的第一阶段是感到口渴，体重下降2%的时候口渴就会出现。研究液体和电解质平衡的胃肠外科教授迪利普·洛博（Dileep Lobo）说，“出现口渴的时候，你的身体会抓住所有剩余的水分。因此肾脏输送到膀胱的水分会减少，导致尿液颜色变暗。出汗越少，体温就会上升。你的血液变得粘稠缓慢。为了维持体内的含氧量，心率会升高。”

脱水的速度因身体所处的极端环境而异，如果在50摄氏度的气候下不能补充水分，再加上极端运动，脱水很快就会致命。洛博说，“人类的耐热性有一个上限，超过这个上限，我们就会中暑，甚至死亡。死亡率在极寒冷的日子里会上升，但在极炎热的日子里上升更快。”

在炎热的天气中运动，人体每小时会因为出汗而流失1.5到3升的水分。另外还会因呼吸释放水分到空气中而流失200到1500毫升，流失多少取决于空气的湿度。

脱水对人体的影响很严重。即使是轻微的脱水也会让我们感到疲惫，身体活动能力也会下降。当失去更多的水分，我们通过出汗为身体降温的能力也会下降，这就增加了身体过热的危险。

由于身体水分的失去多于补充，人体血液就会开始变稠，变得更集中，这意味着我们的心血管系统必须更加努力工作来防止血压下降。

在脱水状态下，肾脏会减少排尿来保留更多的水分，水也会从我们的细胞中涌进血液，导致细胞缩小。因脱水体重减少4%之时，血压就会下降，人就会晕倒。

脱水第三个阶段是器官损伤，这时体重会减少7%。洛博说，这时“你的身体无法维持血压。为了生存，身体会减缓血液向非重要器官的流动，比如肾脏和肠道，从而对这些器官造成损害。如果你的肾脏无法过滤你的血液，细胞废物会迅速堆积。你就要为缺少一杯水而死。”

然而，有些人不仅能在严重的脱水情况下生存，甚至还能保持高水平的体能。1984年洛杉矶奥运会马拉松比赛，天气闷热，出赛的长跑选手兼田径教练阿尔贝托·萨拉查（Alberto Salazar）每小时出汗约3.06升，体重减少了8%。不过，萨拉查在马拉松比赛后身体很快就补充了水分，并有一个医疗专家小组照顾他。但鲍威尔的情况就很危急，由于找不到水源，他决定寻求帮助。他激活了随身携带的一个SOS卫星电话，这个紧急呼救电话是联到一家提供紧急救援服务的美国公司。但当他终於接通电话，却获知他所在之处附近没有人家，他无法得到帮助。恐慌开始袭来。

绝望之下，鲍威尔在干燥的土地上挖了一个洞藏身，以保持凉爽，并开始喝自己的尿液，他将尿液和一小袋脱水补液盐混合在一起饮用。

一个健康的成年人的尿液95%是水，其余是肾脏排出的代谢废物，如无机盐和尿素。当一个人脱水时，尿液中水的含量会明显减少，此时喝尿就像喝海水一样。洛博说，“虽然短期内喝尿补充水分可能是安全的，但脱水时人体的生理反应是保存身体的盐分和水分。排尿量因此减少，最终会导致急性肾损伤和无法排尿。因此，脱水中期的尿液量将不足以提供所需水量。”

在大量缺水的情况下添加补液盐可以帮助鲍威尔补充电解质，但这也有可能导致身体水盐平衡进一步失衡。在极端情况下，盐含量失衡可能导致癫痫发作，甚至脑出血。鲍威尔躲在他的洞穴里，身体凉快下来，但脱水也加快。他记得自己看过一部纪录片《远征尼罗河》（Walking the Nile），在这部纪录片中，记者利维森?伍德（Levison Wood）在沿着尼罗河流域徒步探险时中暑死亡。鲍威尔说，“我记得当时我想很快这事就会发生在我身上。认为事情进展得很快。所以，在我的脑海中，我想'我身体过热了，这正发生在我身上，我真的病了。”

最后SOS服务告诉鲍威尔，他们可以派一架直升机去接他，但这需要4个小时。鲍威尔回忆说，“再过四个小时我就要死了。最后，我对自己说，我宁愿跌落悬崖而死，也不愿在这里坐以待毙。”他查看了一下自己身处的悬崖，发现岩壁上有几根暴露在外的树根可以抓住，于是决定往下爬，但一下就跌落了15英尺，划破了他的鼻子。

他会作出攀下悬崖的大胆决定，部分原因可能是出于脱水反应。当脱水恶化时，会影响大脑的工作方式，扰乱我们的情绪和清晰思考的能力。流向大脑的血液，以及大脑的容量都会减少。轻度至中度脱水时，身体水分会流失2%或更多，这会损害我们的短期记忆、警惕性、算术能力和协调能力，尤其是在高温环境下进行剧烈活动时更是如此。一些主要针对老年患者的研究还发现，脱水也可能导致幻觉。

然而，在肾上腺素和求生欲望的刺激下，鲍威尔抓住悬崖上任何他能抓住的东西，继续往下攀爬。他到达一个突出的地方时，昏了过去，昏迷了一会儿又苏醒过来。他说，“我的手在流血，满脸也全是血，我的腿也被擦伤。”即便如此，鲍威尔还是在将近一个小时的时间里不断从悬崖向下爬，他最终回到了河边。他不得不在河边坐了一个小时，一边冷却身体，一边喝水，直到他能够通过卫星电话告诉救援人员他已安全了。

在伦敦工作的急救医疗培训医生娜塔莉·库克森（Natalie Cookson）说，“鲍威尔找到了水和阴凉的地方而保住了命。阴凉处休息可以降低体温，减缓脱水过程。”她说，最重要的是，鲍威尔终於喝到水，补充了他失去的水分，“脱水是可逆的，通过补充体内水分，身体可以完全恢复。”

如果鲍威尔没有及时补充水分，他的肾脏就会开始衰竭。如果没有足够的水量通过肾脏，毒素就会在肾脏积聚，导致肾脏停止正常运作。这可能导致一种称为急性肾小管坏死的肾脏损害，即使补水也需要数周才能恢复。脱水时心脏承受的额外压力还会导致心跳不规则、血压下降，甚至痉挛。脱水还会导致心血管系统的重要部分，如血管硬化，增加心脏病发作的风险。

在炎热的气候下脱水只会使问题更加严重。库克森说，因为“天气炎热，身体无法调节，会破坏正常代谢起关键作用的酶，结果会导致像大脑、心脏和肺这样的器官失去功能。”最终会造成癫痫、昏迷，随后器官衰竭，甚至死亡。

人类在没有水的情况下究竟能活多久？对此问题，至今争议很大。大多数科学家认为，没有食物和水，人只能活几天而已。1944年，两名科学家拿自身做戒水实验，分别戒了三天和四天，其间只吃干燥食物。在实验的最后一天，这对科学家出现了吞咽困难，他们的脸变得“紧绷和苍白”，好在他们早在情况恶化到危险的程度之前就停止了实验。

不同的人在缺水情况下生存的能力也有很大差异。例如，有一些证据表明，人体可以调整适应个人所需的摄水量。

已知的最长时间不喝水的人是奥地利的泥瓦匠安德烈亚斯·米哈维奇。1979年，这位当年18岁的男子被警察关在牢房里长达18天没有食物和饮水，因为执勤的警察完全忘记关他这回事。他的个案甚至被载入了吉尼斯世界纪录。虽然世上很少有人会有这种极度脱水的经历，但全球大约有40亿人每年至少会有一个月严重缺水。而且气候变化也可能使世界上许多地方获得清洁水更为困难。据估计，到2025年，多达三分之二的世界人口将面临水资源短缺。

至于鲍威尔，他遭受了酷热中10个小时滴水不进的磨难。但他有幸活了下来。回到维多利亚瀑布旁的小镇利文斯顿休息一周后，他身体复原，能够继续其旅程，但走的是另一条路线。他最终用137天走完了赞比西河全程。鲍威尔這次历险给他上了一堂忍受磨练的课，也让他明白水对于人的生命来说是多么生死攸关。他说，“我肯定不会再认为有水喝是理所当然的一回事。”

谢选骏指出：空气和水是人体存活最需要的物质，但由于获得容易而遭到忽略。可是现代文明正在耗尽地球环境中的空气尤其是水，所以，我们正在面对一个“水尽气绝”的现代文明。

《取水新概念：从空气中的巨大湖泊里取水喝》（BBC 2018年9月21日）报道：

从干燥的沙漠到潮湿的城市，所有空气中都含有水汽，全球估计有3,100立方英里（1.29万立方千米）的水以湿气的形式漂浮在我们周围的空气里，水量多于北美最大的湖泊苏必利尔湖（Lake Superior，1.16万立方千米），或者差不多相当于5个维多利亚湖（Lake Victoria，非洲最大湖泊，2700立方千米）。或者，是尼斯湖（Loch Ness）的418倍之巨。

但我们说的并不是云，而是我们所呼吸的空气中的湿气，它可以化成冷饮杯身上的水珠，或是草叶上的晨露。将这些湿气作为饮用水加以采集的技术竞赛，眼下正在展开。如果新出现的“空气水”设备能够破解这个难题，将会在解决世界淡水问题上大有作为。

到2025年，世界三分之二的人口（而且在快速增长中）将严重缺水。目前，已经有21亿人缺乏干净的饮用水。最贫穷的人明知道水不安全却别无选择不得不喝，并为此付出了高昂的代价，受污染的饮用水每年导致50万人死于腹泻。而富裕些的国家，因为集约化的农业和工业，比贫穷国家消耗的水量更多，地下水和地表水的消耗速度均超过了补给速度。

除此之外，还有信任问题，民众怀疑当局在水质安全上不说实话。在美国密歇根州弗林特市，人们发现自来水含有放射性物质，以及砷和铅。中产阶级转而喝瓶装水。自2013年以来，全球瓶装水市场每年增长10%，2017年销售量达到3910亿升（比15万个奥运游泳池的水量加起来还要多）。

减少疾病和贫困迫切需要一个可行的、无需电网供电的淡水来源，而且对富裕消费者也很有吸引力。在美国密歇根州弗林特市，民众对水质的担忧引发了大规模抗议。

从无形的空气中抽出水来并不是什么新概念，你家里可能有除湿机，它就在做这件事。但它收集的水不干净，也不含人体所需的矿物质，耗能对于满足一户家庭的用水需求也是不现实的，就更别说整个社区了。

不过，有几家企业采用了除湿机的技术来收集饮用水。机械除湿设备包含充满了制冷气体的制冷金属盘管，跟厨房的冰箱非常像，制造出一个“露点”（指空气中的水汽饱和，水从气态变成液态的温度，冰镇饮料杯身上的水珠就是这种变化）。进入空气水装置的水汽以相同的方式冷凝在制冷盘管里，但还要经过过滤、紫外线消毒、矿化，然后才储存在食品级的水箱中以供饮用。

加拿大的水务顾问沃尔格伦（Roland Wahlgren）一直在自己的网站Atmoswater.com上更新着空气水的最新成果。在他数据库中保持活跃的71家企业当中，有64家专注于机械制冷，令机械制冷成为了市场的主流技术。沃尔格伦估计，耗电量大多为每升水0.4千瓦时（按美国目前的电费计算为每升水5.2美分）。

以南非企业Water from Air为例，它生产的家用空气水饮水机每天可以生产32升水。与传统饮水机相比，好处是不用总换塑料水桶，它可以自己从无形的空气里汲取水。还有印度的WaterMaker公司，产品型号从小型到大卡车尺寸的都有，后者"适合村庄（和）封闭社区"。

然而，要想发挥最佳效能，很多设备还需要一些重要条件。比如，效率高低通常取决于相对湿度——空气中的水分含量与达到饱和所需水量的百分比。对于大多数设备而言，相对湿度超过60%才能获得最理想的效果，如果你住在哥斯达黎加就没问题，湿度通常达到90%甚至更高；如果你住在伊朗，就不那么理想了，伊朗的湿度可能会降到17%。但一家名为Requench的英国新企业将于今年（2018年）晚些时候进入市场，它推出的设备大小相当于一个集装箱，据说在相对湿度只有15%的情况下也能运转。样机在潮湿环境下每天可生产2000升水，即使气候干燥也不少于500升。

另一种解决方案则可能采用完全不同的空气水技术。它不使用制冷盘管，改用“干燥剂”材料，像一块化学海绵般从空气里吸收水分，而且零耗能。这种技术最近才从研发走向商品化，沃尔格伦说：“干燥剂系统可以采用更便宜的原材料，所以生产同样多的水，成本可能比机械除湿技术更低……（而且）对湿度的要求也没那么高。”

2014年，美国亚利桑那州立大学（Arizona State University）材料科学副教授弗里森（Cody Friesen）创办了Zero Mass Water公司，产品Source是一块小型屋顶太阳能板（他称之为“水力板”），里面放入了干燥剂。“我们的干燥剂由我在亚利桑那州立大学的研究小组研发，”弗里森说。他在亚利桑那的荒漠环境里长大，对节水天生就感兴趣。“需要一种能在湿度极低时吸收水分的东西，哪怕湿度只有5%。”例如，如果不盖上糖碗的盖子，糖就会结块。糖是一种天然的干燥剂，但速度很慢。试想现在有一种工程材料，干燥的速度非常快。

干燥剂的材料成分是商业机密，不过他说里面混合了氯化锂和有机离子。太阳能板本身含有光伏材料，发动一个小风扇将空气吸入系统，但制水主要是靠太阳能将水从“化学海绵”中蒸发出来，以便冷凝和收集。它不需要制冷盘管来冷凝，因为外部的"环境"温度本身就低于太阳能板的温度。水力板利用太阳能从"化学海绵"中吸出水分，而海绵则从空气中吸收水气。

Source的售价从4000美元起（约合3100英镑），平均每天生产3～5升水，远远少于机械方式。但它的能耗也少得多，仅需要100瓦的太阳能供电，无需电网（相比之下，Water From Air的造水机每天生产25～30升水需要电网供电500瓦和80%～95%的湿度）。Source设计感和功能性兼备，弗里森希望它能够吸引那些每年已经在瓶装水上花费数百美元的消费者。他说：“全球每年售出的瓶装水有5000亿升，产生了大量的碳排放和塑料垃圾。”

使用5年后，Source生产每升水的平均价格约为16美分，还替代了大约3万个500毫升的塑料瓶。到目前为止，美国和澳大利亚的农村家庭买的最多，墨西哥的一些学校、黎巴嫩的一所孤儿院和波多黎各的一个消防站也有购买（2017年的飓风过后，一名消防队员告诉弗里森，“军队撤离后……我们唯一能喝的就是这个水。”）

还有一种空气水的收集方法也不需要用电——不管是太阳能发电还是其他方式——这是为世界上最贫困地区设计的。在埃塞俄比亚和多哥乡村，伫立着近10米高的瓦尔卡塔（Warka Tower），很快在海地也会有。这是一个巨大的花瓶状竹架，上面有数百平方米的细密化纤网，像是格拉斯顿伯里音乐节（Glastonbury Festival，世界上规模最大的露天音乐节）上的东西。细网收集晨雾，并通过一个用石头搭建的过滤系统将水滴入地下水箱。它的设计者、意大利建筑师维托里（Arturo Vittori）在为美国国家航空航天局（NASA）设计月球基地时，产生了这个想法。“为外太空那样的极端环境做设计时需要从地球带水去，然后在封闭的系统中回收和再利用，”维托里解释说：“同样的事情也发生在地球上——水循环为我们自然而然做了这个事情。”

一座意大利制造的瓦尔卡塔，它能从清晨的薄雾中吸收水分。第一座瓦尔卡塔于2015年在埃塞俄比亚建成。当雾季到来时，塔就会不断地生产水。“但即使没有雨和雾，夜间时冷凝也会发生，”维托里说：“（我们的）水箱容量从1600升到10万升不等。”这座塔由当地村民按传统方法、用当地的竹子建造。“在海地和多哥，我们正在试验其他当地材料……包括棕榈叶。”瓦尔卡塔是"另一种"获取空气水的方式，他说：“要理解当地的传统和材料……并不仅仅是部卡车送来的机器。它零耗能，没有机械部件，一切都只依靠重力、空气和风来完成。”

不过，这样的露水采集方法需要非常高的湿度和浓雾。沃尔格伦认为，这种又名“辐射冷却”的方法“很挑地点……全球只有极少数地方合适”。对于这些极少数地方来说，瓦尔卡塔的方式很值得赞赏——它易于维护，使用的是本地技术和材料。维托里希望，当地工匠能在无需他参与的情况下，继续在周边的城镇和村庄建造更多这样的塔。但如果最终目标是为无法获得洁净水的21亿人服务，仅仅指望瓦尔卡塔是不可能解决问题的。

维托里估计，一座（小型）水塔可以满足约50人的用水需求，（5米高的塔）前期建设成本至少为3000美元。一座更大、25米高的塔将耗资3万美元，可以满足约250人的需求（显然会对景观造成重大改变）。在特别干燥的夜晚，就没有水滴到塔下面的水箱，但使用制冷剂和干燥剂则可以持续获取更多的水。它们虽然不是零能耗，但像Zero Mass Water这样的太阳能方案能自行发电不用电网，算是能量中立，在不久的将来，可能会成为主要的淡水供应方式。

也许未来还会出现更多新发明。国际XPRIZE创新大赛前几年就已经包含了人工智能和亚轨道飞行项目，目前拿出175万美元（约合140万英镑）奖励“从空气中获得淡水”的最佳新发明。甚至有人建议将空气水项目扩大到海水淡化厂或太阳能发电厂的规模。

空气水会有什么不利影响吗？会影响当地的降水和云的形成吗？在亚利桑那州跟我通话的弗里森笑了起来。他说，即使每个人都拥有一台空气水设备，也消耗不完交通尾气产生的水蒸气，“所以绝对不会影响天气系统。”也许重新布线的冰箱、化学海绵和从空气中收集水的巨大竹塔现在看起来很奇怪，但目前地下水系统每况愈下，我们需要新的解决方案。

谢选骏指出：上述末日方案似乎聪明，但却没有想到，从空中取水之后，人们无形之中就可以继续破坏地球环境了，直到把天空也变成一个大染缸——那时候，水源耗尽的现代文明就会进化成为一个气源耗尽的后现代文明。那样一来，水尽气绝的文明，就能把人类送入彻底的圆寂状态了。所以我想，在使用那个“从空气中收集水”的末日方案真正实行之前，人们就该及早抽身出来，不要一步步走到死胡同的尽头！