Новые исследования подтверждают, что в результате даже сравнительно небольшой по масштабам ядерной войны в атмосферу поднимутся огромные облака дыма и пыли, которые могут вызвать глобальную «ядерную зиму».
Вступление
С тех пор как четыре десятилетия назад началась гонка ядерных вооружений, повсеместно утвердилось представление, что если между США и СССР разразится крупномасштабная ядерная война, то наибольшее число людских жертв будет в тех районах Северного полушария, где находятся основные мишени для ядерного удара.
Хотя очевидно, что вследствие такой войны социально-экономическая структура этих государств была бы полностью разрушена, высказывались мнения, что опасность — как непосредственная, так и косвенная — не будет угрожать большинству наций, не вовлеченных в ядерный конфликт, т.е. фактически большей части населения земного шара.
В течение многих лет дискутировалась проблема возможного глобального распространения косвенных, долгосрочных последствий ядерной войны, в частности таких как длительное выпадение радиоактивных осадков, частичное разрушение защитного озонового слоя в верхних слоях атмосферы, а также неблагоприятные изменения климата.
Однако вплоть до недавнего времени те немногие серьезные исследования, которые велись в этом направлении, в общем имели тенденцию к недооценке этих последствий, преуменьшение их значения. Иногда делались ссылки на неопределенность, якобы присущую любым попыткам предсказать суммарные последствия многочисленных ядерных взрывов.
Такой относительно оптимистический взгляд на потенциальные глобальные последствия ядерной войны сейчас может быть пересмотрен. Результаты недавно проведенной нами совместной работы, подтвержденные исследователями в США, СССР и Западной Европе дают основания полагать, что долгосрочные климатические последствия крупномасштабной ядерной войны могут оказаться гораздо более губительными, чем считалось ранее.
В результате этой войны обширные районы Земли надолго окутает тьма и они подвергнутся продолжительному воздействию аномально низких температур, ураганных штормов, токсичного смога, выпадающих радиоактивных осадков; иными словами, наступит так называемая «ядерная зима».
В 1982 г. комиссия Национальной академии наук США, учитывая аналогии между пылевыми образованиями, возникающими в результате ядерных взрывов и других катаклизмов, таких как вулканические извержения и столкновения с метеоритами, предложила нам изучить возможные климатические эффекты пылевых облаков, образующихся после применения ядерного оружия.
Приступив вплотную к изучению этой проблемы, мы получили в наше распоряжение усовершенствованные численные модели как мелко-, так и крупномасштабных атмосферных явлений. В предшествующем десятилетии такие модели были разработаны прежде всего для изучения происхождения частиц в атмосфере, их свойств и обусловленных ими различных эффектов.
Научное объяснение последствий
Для оценки климатических последствий ядерной войны необходимо знать, каким образом поддерживается радиационный баланс у поверхности Земли. Количество солнечной энергии, поглощаемой атмосферой и поверхностью Земли, усредненное по времени, равно количеству тепловой энергии, отдаваемой Землей космическому пространству.
В связи с тем, что изменение интенсивности теплового излучения пропорционально температуре в четвертой степени, температура как поверхности Земли, так и атмосферы может достаточно быстро достигать величины, необходимой для поддержания нормального общего энергетического баланса между энергией, получаемой от Солнца, и энергией, отдаваемой в виде тепла.
Если бы Земля была лишена атмосферы, ее поверхность излучала бы поглощенную солнечную энергию непосредственно в космическое пространство. В этом случае средняя глобальная температура Земли была бы значительно ниже точки замерзания воды и жизнь в известных нам формах не могла бы существовать на нашей планете.
К счастью, Земля имеет атмосферу, которая поглощает и удерживает некоторую часть тепла, излучаемого ее поверхностью. В результате средняя температура поверхности Земли значительно выше точки замерзания, что создает благоприятную среду для всех форм жизни, включая человека, существование которых немыслимо без воды.
Атмосферная термоизоляция поверхности Земли — «парниковый эффект» — объясняется тем, что солнечный свет проходит через атмосферу легче, чем тепловое излучение. Большая часть солнечной энергии приходится на видимую область электромагнитного спектра, в то время как тепловое излучение от поверхности Земли сконцентрировано в его инфракрасной области.
Главными составляющими атмосферы, удерживающими и поглощающими инфракрасные лучи, являются вода (в виде кристаллов льда, жидких капелек и пара), а также молекулы газообразной двуокиси углерода; оба этих вещества почти прозрачны для солнечных лучей.
Таким образом, для солнечного света атмосфера является как бы окном, а для теплового излучения — своеобразным одеялом.
Атмосфера
Атмосферные частицы могут по-разному влиять на радиационный баланс Земли — поглощая солнечный свет, отражая его обратно в космическое пространство, а также поглощая или испуская инфракрасное излучение.
В общем случае облако мельчайших частиц, так называемого аэрозоля, увеличивает температуру того слоя атмосферы, в котором оно находится, однако оно либо нагревает, или охлаждает лежащие ниже атмосферные слои и поверхность Земли в зависимости от того, насколько интенсивнее частицы поглощают инфракрасное излучение, чем отражают и/или поглощают солнечный свет.
Максимальный антипарниковый эффект создают частицы аэрозоля, имеющие высокую поглощательную способность в видимой области спектра. Таким свойством обладают темные частицы, например частицы сажи.
Более светлые частицы, такие как частицы почвенной пыли, в основном рассеивают свет. Поэтому если аэрозоль будет состоять из темных частиц, то поверхности Земли достигнет гораздо меньше солнечного света, чем если бы аэрозоль состоял из более светлых частиц.
Следовательно, при оценке возможных климатических последствий ядерной войны особое внимание должно быть обращено на частицы сажи, образующиеся в результате пожаров. Именно сажа представляет собой один из немногих распространенных материалов, которые в гораздо большей степени поглощают излучение в видимой области спектра, чем в инфракрасной.
Насколько сильно аэрозоль будет охлаждать (задерживая солнечный свет) или нагревать (увеличивая парниковый эффект) поверхность Земли, зависит от размера самих частиц.
Если средний размер частиц меньше типичной длины волны инфракрасного излучения (т.е. примерно 10 мкм), то коэффициент непрозрачности аэрозоля будет меньше для инфракрасной, чем для видимой области спектра. Соответственно аэрозоль, состоящий из очень мелких частиц, пусть даже слабо поглощающих солнечный свет, вызовет значительное понижение температуры нижних слоев атмосферы и земной поверхности.
Влияние ядерных взрывов на природу
Ядерные взрывы над лесами и степью могут вызвать обширные пожары, истинные масштабы которых трудно оценить. Факторы, определяющие размеры пожаров в не населенных районах, включают в себя влажность воздуха, содержание влаги в горящем материале, количества этого материала и скорость ветра.
Приблизительно треть всей суши в зоне умеренных широт Северного полушария покрыта лесами, и примерно такую же площадь занимают подлески и степи. Известно, что сильные лесные пожары могут охватывать пространства в десятки тысяч квадратных километров. В обычных условиях такие огромные пожары случаются примерно раз в десятилетие.
Лесные пожары, вызванные ядерными взрывами, вначале будут охватывать непосредственно прилегающую к эпицентру взрыва площадь, на которую простирается действие интенсивной световой вспышки. Весьма вероятно, что более интенсивные пожары возникнут вследствие многочисленных ядерных взрывов, направленных против шахтно пусковых устройств (ШПУ) баллистических ракет.
Общее количество дыма в результате ядерных взрывов определяется прежде всего суммарной мощностью ядерных боезарядов, взорванных над различного рода целями, интенсивностью световой вспышки, порождающей пожары, площадью возгорания, рассчитанной на мегатонну заряда, средним количеством воспламеняющихся материалов в зоне светового облучения, долей полностью сгоревших материалов, отношением количества выделившегося дыма к количеству сгоревшего топлива и, наконец, той долей дыма, которая осталась в атмосфере и участвует в глобальной циркуляции атмосферы после вымывания дыма локальными осадками.
В соответствии со сценарием ядерной войны, в котором используется менее 40% стратегических арсеналов двух главных ядерных держав, мы произвели расчеты и установили, что наиболее вероятное общее количество дыма в результате крупномасштабной ядерной войны наверняка превысит 100 млн. тонн.
Подчеркнем, что во всех отношениях это весьма осторожная оценка. Пауль Крутцен и его коллеги (доктор Айэн Галбалли из австралийской Научно-промышленной исследовательской организации CSIRO и доктор Кристоф Брюль из Института им. Макса Планка) рассчитали, что общее количество дыма, выброшенного в атмосферу в результате крупномасштабной ядерной войны, составит около 300 млн. тонн.
Если 100 млн. тонн дыма равномерно распределить над поверхностью всего земного шара, го это облако на 95% уменьшит количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли.
Изначально образующиеся облака сажи, конечно, не покроют всю поверхность земного шара. Обширные районы Северного полушария, особенно те, где сосредоточены основные стратегические цели, будут затемнены гораздо больше: в полдень освещенность в этих районах будет такой же, как в лунную ночь.
«Ядерная ночь», если она будет продолжаться в течение недель или месяцев, повлечет за собой климатическую катастрофу. Подчеркнем, что весьма существенные климатические изменения могут быть вызваны и гораздо меньшими количествами дыма.
Дым от лесных пожаров обычно поднимается на высоту 5—6 км. Большие городские пожары, выбрасывают дым в верхнюю тропосферу, т.е. на высоту до 12 км. Беспрецедентные масштабы пожаров, вызванных мощными ядерными взрывами, и сложная конвекция приведут к тому, что часть дыма поднимется еще выше. Динамика крупных пожаров показывает, что отдельные столбы дыма могут подниматься на высоту до 20 км.
