В океане на Земле, когда вы погружаетесь на глубину более 600 метров, ядерные взрывы практически не оставляют видимых поверхностных свидетельств взрыва.
Давление воды настолько велико, что уже через одну секунду вода уже сжимает огненный шар обратно до точки размером всего в метр в поперечнике. Это быстрое сжатие вызывает цикл отскока и схлопывания, поскольку вода несколько раз отскакивает от схлопывания, пока энергия не рассеется.
Описание подводных ядерных взрывов
Подводный ядерный взрыв, если он не пробивается на поверхность в виде пузыря горячего газа, не оставляет никаких следов, кроме горячей радиоактивной воды, поднимающейся снизу. Так всегда происходит при взрывах на глубине более 600 м.
Во время такого взрыва пузырь горячего газа быстро схлопывается, потому что:
- · Давление воды на глубине более 600 метров огромно.
- · Расширение снижает давление газа, что приводит к снижению температуры.
- · Нестабильность Рэлея-Тейлора на границе газ/вода приводит к тому, что вода проникает в пузырь, увеличивая площадь граничной поверхности.
- · Вода несжимаема.
- · Огромное количество энергии поглощается при фазовом переходе (вода превращается в пар на границе раздела фаз).
- · Расширение быстро становится неустойчивым, поскольку количество выталкиваемой наружу воды увеличивается пропорционально кубу радиуса взрывного пузыря.
Поскольку вода не поддается легкому сжатию, перемещение такого большого ее количества так быстро поглощает огромное количество энергии — вся эта энергия возникает из-за давления внутри расширяющегося пузыря. В конце концов, давление воды снаружи пузыря заставляет его снова схлопнуться в небольшую сферу, а затем отскочить и снова расшириться. Это повторяется несколько раз, но каждый отскок составляет лишь около 40% энергии предыдущего цикла. При максимальном диаметре (во время первого колебания) очень большая ядерная бомба, взорвавшаяся на очень большой глубине, создает пузырь диаметром около километра примерно за одну секунду, а затем сжимается (что также занимает одну секунду).
Взрывные пузыри от глубоководных ядерных взрывов примерно за шесть секунд превращаются в горячую воду и не оставляют «обычных» пузырей, всплывающих на поверхность. Это происходит быстрее, чем взрывные пузырьки от обычных взрывчатых веществ.
Эта резкая потеря энергии между циклами частично вызвана чрезвычайной силой ядерного взрыва, выталкивающей стенку пузыря наружу со сверхзвуковой скоростью (быстрее, чем скорость звука в соленой воде). Это вызывает нестабильность Рэлея-Тейлора. То есть гладкая внутренняя поверхность стенки пузыря становится турбулентной и фрактальной, в пузырь проникают капли холодной океанской воды. Эта холодная вода охлаждает горячий газ внутри и вызывает его конденсацию. Пузырь становится менее сферическим и больше похож на знаменитую Крабовидную туманность, отклонение которой от сферической формы также связано с неустойчивостью Рэлея-Тейлора.
- Как и следовало ожидать, пузыри от крупных неглубоких взрывов расширяются быстрее, чем от глубоких и меньшей мощности.
- Глубинные взрывы имеют более длительные колебания.
- Давление воды за пределами пузыря резко меняется.
Несмотря на прямой контакт воды со взрывной волной, она не кипит. Это происходит потому, что давление внутри пузыря превышает (намного) давление океанской воды. Вода, соприкасающаяся с поверхностью пузыря, может закипать только во время сжатия. Это кипение похоже на испарение, охлаждающему стенки пузыря, и это еще одна причина того, что колеблющийся взрывной пузырь обладает только 40% энергии, которую имел в предыдущем цикле.
Во время этих колебаний горячего газа пузырь постоянно поднимается («мигрирует») по той же причине, по которой поднимается грибовидное облако при наземном ядерном взрыве: он менее плотный. Из-за этого взрывной пузырь никогда не бывает идеально сферическим. Вместо этого дно пузыря более плоское, и во время сжатия оно даже имеет тенденцию «тянуться вверх» к центру взрыва. В последнем цикле сжатия нижняя часть пузыря касается верха до того, как стороны полностью схлопываются, и пузырь в последнюю секунду своего существования становится тором (бубликом). После этого всё, что остается от мощного ядерного взрыва, - это масса горячей воды, медленно поднимающейся из холодных глубин океана.
А что произойдет, если на дне Марианской впадины взорвется нечто вроде советской ЦАРЬ-бомбы?
Используя это уравнение, вы можете определить размер подводного огненного шара:
Пузырь вырастет примерно до километра в поперечнике за пару секунд. Вода наверху вздувается, хотя и незначительно, на большой площади. Затем давление 10 километров воды сверху заставляет его разрушиться. В течение нескольких секунд пузырь сжимается до минимального размера, затем «отскакивает» назад и снова расширяется наружу в течение нескольких циклов. В результате создания и рассеивания такого глубоководного закрытого пузыря не возникнет никакой поверхностной волны, имеющей какие-либо последствия.
Интересный замедленный снимок крошечного подводного взрыва… однако отчетливо виден отскок первоначального схлопывания пузыря со вторичной вспышкой, вызванной нагревом газа при коллапсе.
- Изображения из открытого доступа (CC BY). Текст распространяется по лицензии CC Attribution (CC BY). Кому надо, пользуйтесь на здоровье, но не забывайте делать на нас ссылку!
- Не забудьте подписаться на «Аква-Космос» в Telegram. Там мы пишем и даем картинки того, о чём нельзя писать и чего нельзя показывать здесь, на Дзене.