Вот уже 40 лет над человечеством витает угроза ядерной катастрофы. И ученые разных специальностей и всех стран пытаются оценить ее возможные размеры. Прямые разрушения и массовая гибель людей во время атомных взрывов, убийственная радиация, болезни и многое другое, ожидающее человечество в исходе ядерной войны, многократно подвергались тщательному анализу. Выводы оказались ужасающими и всколыхнули огромные массы людей. Антивоенное движение получило сегодня широкое распространение по всему земному шару. Но все эти исследования, несмотря на их важнейшее научное и политическое значение, на мой взгляд, имеют два существенных недостатка. Во-первых, им явно недостает обоснованных количественных оценок и поэтому публичное обсуждение возможных последствий ядерной войны носило, как правило, больше эмоциональный, чем научный, характер. Во-вторых, опубликованные результаты не давали однозначного ответа на вопрос о возможной судьбе человеческой цивилизации после ядерной войны. Создавалось впечатление, что ядерная война вроде бы может закончиться и победой одной нз воюющих стран. Это порождало иллюзии и могло служить источником трагических замыслов. Именно такая иллюзия лежит в основе американской военной стратегии.
Новые исследования вносят в эти вопросы необходимую ясность. Они показывают, что основная опасность идет с той стороны, о которой до сих пор меньше всего думали. Ядерная война будет иметь такие климатические последствия, которые человечество ни в коем случае не переживет!
Долгое время этими климатическими последствиями никто всерьез не интересовался, поскольку ядерный взрыв уподоблялся извержению вулкана. Казалось, что именно вулкан является естественной моделью ядерного взрыва. При извержении вулкана так же, как и при ядерном взрыве, в атмосферу выбрасывается огромное количество аэрозольного материала. Этот материал экранирует солнечный свет и тем самым понижает температуру атмосферы. Считалось, что климатические последствия ядерного взрыва и крупного извержения будут сопоставимы.
Самое большое извержение вулкана, зарегистрированное человеком, произошло в 1814 г. в Индонезии. Тогда взорвался вулкан Тамбор. По оценкам геофизиков, он выбросил в атмосферу более 100 кубических километров пыли и пепла. Это в тысячи раз больше того, что было выброшено во время атомных взрывов. Появление в атмосфере такого количества аэрозольного материала не могло не сказаться на климате. И действительно, в 1815 г. в северном полушарии Земли было зарегистрировано холодное и дождливое лето — лето без лета! Однако эти последствия не носили катастрофического характера, были недолговременными и не выходили за пределы фоновых колебаний. По этой причине ученые и не придавали серьезного внимания анализу климатических последствий ядерной войны, считая, что они носят второстепенный характер.
Однако постепенно пришлось полностью пересмотреть этот взгляд. Оказалось, что не сам ядерный взрыв, а ядерный взрыв в атомной войне не имеет никаких аналогий с извержением вулканов н их последствия несопоставимы. И сегодня мы уже знаем, что именно климатические последствия окажутся той основной причиной, которая сделает ядерную войну, если она произойдет, последним актом истории человеческой цивилизации. Это новое знание возникло лишь в 1983 г., и ему, вероятно, будет суждено сыграть важную роль в истории человечества. О том, как возникло такое знание, мы теперь и расскажем. Ведь это не просто интересно, а свидетельствует еще и об усложнении алгоритмов развития, которыми должно ныне овладеть человечество.
Еще в 60-х годах в печати стали высказываться соображения о том, что наиболее вероятными объектами ядерных ударов окажутся города. Но тогда ядерные взрывы наряду с прямым разрушением строений, транспорта, ландшафта и т. д., наряду с интенсивной радиацией и другими многочисленными катастрофическими последствиями вызовут также и пожары. Значит, в верхние слои тропосферы поднимутся не только облака пыли, как при извержении вулканов, но и огромное количество сажи. А она обладает совершенно иными свойствами.
Может быть, подобные рассуждения оказались наводящими соображениями, но, так или иначе, в конце 70-х годов в Институте физической химии им. Макса Планка (ФРГ) начали серьезно изучать явления крупномасштабных пожаров.
Пожар — это своеобразная цепная реакция. При достижении некоторого критического значения температуры (точнее, платности энергии) возгорается бумага. Если эта плотность энергии выше, начинает гореть дерево, если еще выше — то и каменный уголь. При очень высоких плотностях горит уже металл. Может гореть даже железобетон (конечно, не его силикатная начинка, а металлическая арматура). Горят, естественно, и пластик, и все то огромное количество горючего материала, которое накопила биосфера. Поскольку реакция пожара является цепной, она, пока имеется материал, способный гореть, а также нелимитированный доступ кислорода, не только поддерживается, но и непрерывно интенсифицируется. Явление возникновения и развития крупномасштабного пожара при достаточном количестве кислорода (например, в лесу при сильном ветре) получило название огненного торнадо. Конечно, чтобы вызвать его, вовсе не обязательно прибегать к ядерному взрыву. Так, уже в самом конце второй мировой войны, когда ее судьба была практически решена, англоамериканская авиация подвергла интенсивнейшей за всю войну бомбардировке Дрезден. Несколько раньше (в 1943г.) подобной бомбардировке подвергся Гамбург. И в этих городах возникли явления, получившие название огненного торнадо. В огненном вихре пожаров погибло не меньше людей, чем при атомной бомбардировке Хиросимы и Нагасаки. Может быть, именно осмысление событий 1943—1945 гг. и побудило профессора Крутцена и его коллег по Институту физической химии им. М. Планка поставить вопрос о развитии и последствиях пожаров, которые могут возникнуть в период ядерной войны. Постановка этого вопроса стала причиной соответствующего детального анализа.
Огненные смерчи — торнадо — обладают следующей особенностью: они выбрасывают в верхние слон атмосферы и в стратосферу огромное количество сажеобразного материала. Поднявшаяся в атмосферу сажа практически не пропускает солнечный свет. Немецкие ученые изучали оптические свойства этой сажи, скорость ее выпадения на Землю и другие физические свойства тех аэрозолей, которые образуются при интенсивных пожарах. Эти данные были использованы К- Саганом и его коллегами по Kopнельскому университету (США) для построения нескольких сценариев развития последствий широкомасштабного ядерного взрыва.
Основа всех этих сценариев — предположение о том, что ядерная бомба может играть роль «спички», которая поджигает, однако, не клочок бумаги, а крупный город. Зная, какая энергия необходима для образования огненного смерча, нетрудно подсчитать, сколько городов, скажем, северного полушария можно поджечь суммарным ядерным зарядом в 5 или 10 тыс. мегатонн.
В мире накоплены огромные запасы ядерного оружия. Эксперты оценивают их цифрой порядка 40 ты.с. мгт. Вспомним, что первые ядерные бомбы имели мощность порядка 10—15 клт. Таким образом, сегодня мировой запас ядерного оружия примерно в 4 млн раз превосходит мощность бомбы, сброшенной над Хиросимой. И если сегодня начнется мировая ядерная война, то, как считают специалисты в области исследований операций, ее наиболее эффективной стратегией будет использование ядерных средств уже в первые ее часы или, может быть, даже минуты. При этом основными целями, вероятнее всего, будут города, поскольку военные объекты (тем более пусковые установки) обычно хорошо замаскированы среди большого количества ложных целей (например, пустых шахт). В городах уже сейчас проживает большинство населения — основной потенциал, основная ценность любой страны, любого народа. Эвакуировать или как-то защитить живущих в городах от последствий ядерных взрывов практически невозможно.
Вот почему люди, разрабатывавшие сценарии возможной ядерной войны, и посчитали города наиболее вероятными целями. Что же произойдет, если один из сценариев будет осуществлен?
К. Саган и его сотрудники разработали серию сценариев, где потенциальные противники обмениваются ударами мощностью от 100 до 10 тыс. и более мгт взрывчатого вещества. Зная, сколько ядерного горючего необходимо, чтобы вызвать в городе того или иного размера огненное торнадо, нетрудно подсчитать количество городов, которые в рамках того или иного сценария подвергнутся ядерным атакам. Так, согласно одному из базовых сценариев в том случае, если будет использовано 10 тыс мгт, ядерным ударам будет подвержено около 1 тыс. крупнейших городов северного полушария.
Сегодня в городах сосредоточено огромное количество горючего материала. Это не только дерево, запасы угля, пластики, асфальт, покрывающий более половины городской территории. Это и металл, который тоже сгорает в огненных торнадо, и даже железобетон. Современные многоэтажные здания (особенно башенного типа) обеспечивают благодаря эффекту «тяги» (как в печах с высокими трубами) нелимитированный доступ кислорода.
Саган и его сотрудники подсчитали, опираясь на данные ученых из указанного выше Института им. М. Планка, количество сажеобразного материала, которое будет выброшено в атмосферу в результате сгорания 1 тыс. городов. Они оценили оптические свойства облаков, которые появятся над северным полушарием, а также проанализировали процесс осаждения сажи на поверхность Земли. Таким образом они сумели оценить и характер просветления атмосферы Опубликованные результаты оказались совершенно неожиданными. Например, взрыв ядерных бомб общим эквивалентом 5—7 тыс. мгт тротила, распределенный определенным образом над городами северного полушария, создает над ними такие сажепылевые облака, которые будут пропускать меньше одной миллионной доли солнечного света, в обычное время достигающего поверхности Земли. Другими словами, на поверхности Земли под пологом этих облаков даже в самый солнечный день будет темнее, чем в ненастную безлунную ночь.
Естественно, что, не получая света и тепла, поверхность Земли под облаками сажи начнет быстро остывать. После публикации этих результатов весной 1983 г. в печати стали появляться совершенно новые термины — «ядерная зима» и «ядерная ночь». Подробное обсуждение этих результатов, их уточнение и оценки экологических последствий подобного катаклизма начались с конца 1983 г. и составляют в настоящее время целое специальное направление научных исследований.
Расчеты группы К. Сагана носили статический характер. Они не учитывали движения атмосферы, выпадения осадков, изменений температуры и т. д. И самое главное, оставалось неясным, как эти апокалиптические облака будут распространяться над поверхностью Земли. Что случится на экваторе, в южном полушарии? Выживут ли, например, австралийцы? Что произойдет с океанами?
Поэтому сразу, как только был опубликован сценарий Сагана, в Вычислительном центре АН СССР было решено провести машинный эксперимент на той системе моделей, о которой я рассказывал выше, чтобы выяснить, как локальные эффекты, рассчитанные Саганом, будут расползаться над всей поверхностью Земли и что произойдет с земным климатом в первый год после обмена ядерными ударами. Эти расчеты были проведены В. В. Александровым и Г. С. Стенчиковым летом 1983 г.
Результаты исследований ученых из Института им. М. Планка и сценарий ученых из Корнельского университета впервые позволили начать научное обсуждение той ситуации, которая ожидает человечество в случае ядерного конфликта. Они послужили поводом для проведения весьма представительной международной конференции, которая была созвана в Вашингтоне и получила название «Мир после ядерной войны». Конференция работала 31 октября и 1 ноября 1983 г. Мы тоже участвовали в ее работе. Вычислительным центром АН СССР был представлен доклад, который сделал В. В. Александров — непосредственный руководитель основных климатических расчетов. Позднее В. В. Александров был приглашен выступить в сенате США с повторением этого доклада. Подробное изложение содержащихся в нем результатов, как и документации модели и проведенных расчетов, были недавно опубликованы. Поэтому здесь я ограничусь лишь перечислением нескольких отдельных фактов.
Как уже говорилось, после образования сажевых облаков поверхность Земли перестанет обогреваться солнечными лучами, на ней резко понизится температура. Согласно нашим расчетам, уже в первый месяц средняя температура поверхности суши в северном полушарии может уменьшиться на 15—20 и даже на 25 °С, а в некоторых местах, удаленных от океанов, — на 30—35 0C. И хотя уже в начале второго месяца освещенность земной поверхности начнет увеличиваться, температура будет продолжать понижаться еще в течение нескольких месяцев. В северном полушарии наступят «ядерная зима» и «ядерная ночь». Осадки в виде дождя прекратятся полностью, а земная поверхность промерзнет на глубину нескольких метров и лишит людей, уцелевших после ядерных пожаров, пресной воды.
Мы описали ситуацию, которая возникнет в северном полушарии. А что же произойдет в южном полушарии? Оказывается, что и здесь наступят «ядерная ночь» и «ядерная зима», поскольку сажевые облака, которые образуются над городами, подвергшимися ядерным ударам, постепенно сольются в одно облако. Оно постепенно окутает плотным покрывалом всю Землю. Произойдет полная перестройка атмосферной циркуляции. В нормальных условиях циркуляции в атмосфере северного и южного полушарий относительно независимы, они не очень влияют друг на друга. Еще в XVIII в. географы установили существование так называемых циклов Гадлея. На экваторе за счет интенсивного солнечного нагрева воздух поднимается вверх и оттуда растекается в направлениях полюсов. В полярных зонах он охлаждается, опускается вниз и начинает двигаться назад, к экватору. Конечно, это простая схема весьма приближенна, но все же качественно она отражает реальное положение дел, вскрывает структуру атмосферных циркуляций.
После ядерных взрывов и огненных торнадо, которые образуют над северным полушарием непроницаемое саже-образное облако, структура атмосферной циркуляции принципиально изменится. За счет существующих циклонов часть этого облака уже в первые недели закроет экваториальную зону, и «ядерная зима» надвинется и на эту область земного шара. В результате и экваториальная зона перестанет получать обычное тепло, а циклы Гадлея разрушатся, поскольку исчезнет их источник — интенсивное прогревание этой зоны. Расчеты показывают, что вместо циклов Гадлея установится один цикл. Верхние слои атмосферы начнут двигаться с севера на юг. В результате то черное покрывало, которое образовалось на севере, закроет и южное полушарие. И там наступит «ядерная зима». Правда, перепады температур там будут несколько ниже, но в Южной Америке и Австралии они упадут на 10—12 °С.
Особую роль будет играть океан. Из-за крайней инерционности всех процессов, протекающих в нем, и очень высокой теплоемкости воды поверхность океана охладится всего лишь на 1,5—2 °С (в первые месяцы). Между этой поверхностью и сушей возникает огромная разность температур, в результате чего прибрежные районы окажутся подверженными жесточайшим штормам.
Чтобы закончить описание той ситуации, которая возникнет на Земле после ядерных взрывов суммарной мощностью порядка 5—10 тыс. мгт, обратим внимание на еще одну особенность. Поскольку планета окажется окутанной черным покрывалом, ее альбедо (отражательная способность) уменьшится, вероятно, во много раз: ведь сажа — это практически черное тело. Таким образом, Земля начнет отражать в космическое пространство значительно меньше солнечной энергии, нежели обычно. Ее установившийся тепловой баланс нарушится, и она начнет усваивать значительно больше солнечной энергии. Но если сегодня основной поток солнечной энергии достигает поверхности Земли — атмосфера практически прозрачна для солнечного излучения — и нагревает ее, то в описываемом случае вся эта энергия будет концентрироваться в верхних слоях атмосферы, которые очень сильно прогреются.
К чему это приведет? Понять то, что может случиться, не очень сложно. Земная атмосфера будет нагреваться, но не от подстилающей поверхности (тверди и океана), как сейчас, а сверху — будут нагреваться ее верхние слои, т. е. «черная» часть атмосферы. Нижние же слои останутся холодными и даже в течение месяцев будут остывать еще больше. Создается значительный вертикальный перепад температур, который, однако, не вызовет каких-либо движений атмосферы, подобных циклонам, образующимся из-за разности температур океана и суши. Более того, этот перепад стабилизирует состояние атмосферы — более холодные и плотные ее слои окажутся внизу. Вертикальное перемешивание воздуха, столь интенсивное сегодня, практически исчезнет, поскольку исчезнет источник конвективной неустойчивости атмосферы. Благодаря возросшей устойчивости атмосферы выпадение сажи будет происходить значительно медленнее, чем по предварительным расчетам Сагана и его коллег. Конечно, оно будет зависеть от мощности ядерных ударов. Тем не менее состояние «ядерной ночи», по нашим данным, продлится довольно долго. Так, при общей мощности в 10 тыс. мгт даже через год еще оптическая толщина атмосферы будет выше нормальной. При ударе порядка сотен мегатонн также наступят «ядерная зима» и «ядерная ночь», но они продлятся 3—4 месяца.
Так как исчезнет конвекция, прогревание атмосферы будет происходить только за счет механизма теплопроводности, т. е. также значительно медленнее, чем это предполагалось по исходным сценариям.
В результате биосфера получит такой удар, что ей вряд ли удастся оправиться и вернуться в исходное состояние. Действительно, в течение года будут разорваны все привычные трофические связи. Особенно пострадает экосистема экваториальной зоны, которая настроена практически на постоянные температуры. В ней, даже если леса и не будут сожжены, высшие формы жизни исчезнут, по-видимому, полностью или почти полностью. Но и в северных районах ситуация окажется иной и весьма сложной. Здесь многое будет зависеть от того, в какое время года произойдет ядерная война, о зимние месяцы значительная часть фауны и флоры находится в состоянии анабиоза. И если война разразится зимой, эта часть в принципе может выжить в районах, не подверженных пожарам. Если же катастрофа произойдет летом, то весь животный и, может быть, растительный мир погибнет, сохранятся разве что низшие формы жизни. В самом деле, например, сосна или лиственница переносят зимой пятидесятиградусные морозы. Однако они погибают уже при минусовых температурах в 3—4°, если их подвергнуть охлаждению летом, когда в них циркулируют жизненные соки. Поэтому, если жизнь и сможет сохраниться на суше после ядерной катастрофы, то она окажется в очень ущербном виде. Во всяком случае, высшие животные этой катастрофы не выдержат.
Можно думать, что такая же судьба постигнет и живой мир океана. Действительно, ведь исходным звеном всех океанических трофических цепей является фитопланктон. Но он, вероятнее всего, погибнет, хотя температура океана изменится совсем незначительно. Причина его гибели будет иной: в течение более чем года фитопланктон будет лишен солнечного света — основы своей жизнедеятельности. Сможет ли выжить фитопланктон в этих условиях? Очень сомнительно.
Ядерный удар по биосфере можно рассматривать как бифуркацию, которая резко меняет путь ее эволюции, выводит ее на качественно новый режим. Как мы это знаем из первой главы, последствия любой бифуркации в принципе нельзя предсказать во всех деталях. Однако мы можем оценить некоторые особенности биосферы, которые она приобретает после ядерного удара. Прежде всего биосфера, по-видимому, не исчезнет совсем. В ней, однако, произойдет такая качественная перестройка, которая исключит возможность дальнейшего существования высших животных и растений, которые погибнут, вероятно, еще во время «ядерной зимы». Само собой разумеется, такая же судьба постигнет и человека, где бы он ни находился — в США или СССР, Южной Африке или Австралии. Где бы, в какой бы части света ни произошел ядерный удар, с ответным ударом или без него, его климатическим последствием будет «ядерная зима», которую человечество пережить не сможет. Никому не будет дано увидеть «послеядерной весны».
Выше я говорил только о климатических последствиях ядерного удара. Но ведь к ним надо добавить уничтожающие концентрации радиации, которые на значительной территории поверхности Земли превзойдут смертельную дозу, взрывы атомных электростанций, эпидемии и многое другое. Образное описание всех этих кошмаров можно теперь предоставить писателям и художникам. Кстати, однажды это уже было проделано в гениальном стихотворении Байрона «Тьма», великолепный перевод которого на русский язык принадлежит И. С. Тургеневу.
В заключение отметим, что идея оценить возможные климатические последствия ядерной войны после того, как широкую известность получили исследования, проведенные в ФРГ в Институте им. М. Плаика под руководством Крутцена, и были опубликованы сценарии К Сагана, пришла в голову не только нам. В Национальном центре климатических исследований США (г. Боулдер, штат Колорадо) также была предпринята подобная попытка. Американские ученые, работавшие независимо от нас, располагали гораздо более подробной моделью динамики атмосферы (их модель была девятислойной, наша — только двухслойной). Однако эта модель не была объединена с моделью океана, как это было сделано в системе Вычислительного центра АН СССР. Конечно, в распоряжении американских специалистов имелась, наверное, и отдельная, достаточно совершенная модель океана. Но объединение обеих моделей в единую систему требовало дополнительной работы и времени. А этого как раз у американских специалистов не было. Сценарий Сагана был опубликован в марте 1983 г., а международная конференция «Мир после ядерной войны» состоялась осенью того же года. Кроме того, в результате простого объединения двух достаточно сложных моделей для атмосферы и для океана получилась бы модель, вероятно чересчур сложная для проведения массовых расчетов.
Без учета взаимодействия океана и атмосферы исследования оказываются значительно менее интересными. Ведь океан, как уже говорилось, обладает очень большой тепловой инерцией — это огромный резервуар тепла, и пренебречь его влиянием на климатические процессы можно только на самой начальной стадии машинного эксперимента.
Американские ученые смогли провести количественный анализ только самого начального периода после ядерного удара (они рассчитали изменения характера атмосферы, которые произойдут в течение первых двадцати четырех дней), когда инерционность океана еще не оказывает решающего влияния. Для этого периода возникла возможность сопоставить результаты наших и американских расчетов, что и было сделано. Результаты оказались почти идентичными.
Наши и соответственно американские исследования проводились на разных вычислительных машинах и на основе качественно различных моделей. И очень важно то, что полученные результаты практически совпали. Это обстоятельство трудно переоценить. Оно свидетельствует в пользу достоверности полученных результатов. Стало ясно, что любая ядерная война, где бы она ни произошла — на Севере или Юге, на Востоке или Западе, грозит тотальной гибелью всему человечеству. Академик Е. П. Велихов очень удачно сказал по этому поводу: «После проведенных расчетов всем становится ясно, что ядерное оружие — это не средство дипломатии и даже не средство войны, это — средство самоубийства».
Нам в Вычислительном центре АН СССР удалось провести расчеты на первый год после катастрофы. Точнее, нам удалось рассчитать изменение климатических параметров (главным образом температуры, прозрачности атмосферы, интенсивности энергопереноса и др.) для различных точек земного шара в течение 380 дней после ядерного удара. Нам казалось интересным определить, чем завершится «ядерная зима». Интерес этот носит, правда, чисто академический характер, поскольку, как уже было сказано, свидетелей этого процесса уже не останется. Но что же все-таки произойдет?
В нормальных условиях нагревание атмосферы идет от Земли и океана: сама атмосфера практически прозрачна для солнечного излучения. В условиях сажевого и пылевого покрывала ее прогрев будет осуществляться сверху. Сначала он скажется на ледниках Гималаев, Анд и других высоких гор, где температура повысится значительно выше нуля. Ледники начнут таять, и те массы воды, которые при этом образуются, хлынут вниз иа равнины. Постепенно и на равнинах образуются зоны повышенных температур. Вообще, по-видимому, впоследствии средние температуры на Земле значительно возрастут. Здесь сыграют свою роль и тепличный эффект (из-за увеличения концентрации углекислоты), и уменьшение альбедо (за счет зон, почерневших от пожаров). Но все это уже никого не будет интересовать на Земле. Жизнь — это космический фактор, и в некоем уголке Вселенной она просто перестанет существовать вследствие локальной бифуркации в мировом процессе развития.
Примечание. Не нужно быть специалистом в области метеорологии или динамики атмосферы, чтобы знать, сколь неточны прогнозы любых метеорологических факторов. Атмосфера чрезвычайно неустойчива, и незначительные различия в начальных условиях приводят к качественно различающимся общим картинам распределения температур, осадков, ветра и т. д. Выше же мы рассказали о расчетах, проведенных на целый год вперед. В этой связи читателю может показаться, что тем самым мы смогли сделать невозможное — дать «прогноз погоды» на целый год! Но «ядерная зима» — совершенно необычное состояние атмосферы. Дело в том, что оно практически не зависит от исходного, т. е. от начального, распределения температур, циклонов и т. д. В результате появления сажевого покрывала возникает некая предельная, крайне устойчивая ситуация, в которую атмосфера попадает уже через несколько дней после ядерного удара.
http://article-factory.ru/biologija/algoritmy-razvitija/882-izuchenie-klimaticheskih-posledstvij-jadernoj-vojny.html
Новые исследования вносят в эти вопросы необходимую ясность. Они показывают, что основная опасность идет с той стороны, о которой до сих пор меньше всего думали. Ядерная война будет иметь такие климатические последствия, которые человечество ни в коем случае не переживет!
Долгое время этими климатическими последствиями никто всерьез не интересовался, поскольку ядерный взрыв уподоблялся извержению вулкана. Казалось, что именно вулкан является естественной моделью ядерного взрыва. При извержении вулкана так же, как и при ядерном взрыве, в атмосферу выбрасывается огромное количество аэрозольного материала. Этот материал экранирует солнечный свет и тем самым понижает температуру атмосферы. Считалось, что климатические последствия ядерного взрыва и крупного извержения будут сопоставимы.
Самое большое извержение вулкана, зарегистрированное человеком, произошло в 1814 г. в Индонезии. Тогда взорвался вулкан Тамбор. По оценкам геофизиков, он выбросил в атмосферу более 100 кубических километров пыли и пепла. Это в тысячи раз больше того, что было выброшено во время атомных взрывов. Появление в атмосфере такого количества аэрозольного материала не могло не сказаться на климате. И действительно, в 1815 г. в северном полушарии Земли было зарегистрировано холодное и дождливое лето — лето без лета! Однако эти последствия не носили катастрофического характера, были недолговременными и не выходили за пределы фоновых колебаний. По этой причине ученые и не придавали серьезного внимания анализу климатических последствий ядерной войны, считая, что они носят второстепенный характер.
Однако постепенно пришлось полностью пересмотреть этот взгляд. Оказалось, что не сам ядерный взрыв, а ядерный взрыв в атомной войне не имеет никаких аналогий с извержением вулканов н их последствия несопоставимы. И сегодня мы уже знаем, что именно климатические последствия окажутся той основной причиной, которая сделает ядерную войну, если она произойдет, последним актом истории человеческой цивилизации. Это новое знание возникло лишь в 1983 г., и ему, вероятно, будет суждено сыграть важную роль в истории человечества. О том, как возникло такое знание, мы теперь и расскажем. Ведь это не просто интересно, а свидетельствует еще и об усложнении алгоритмов развития, которыми должно ныне овладеть человечество.
Еще в 60-х годах в печати стали высказываться соображения о том, что наиболее вероятными объектами ядерных ударов окажутся города. Но тогда ядерные взрывы наряду с прямым разрушением строений, транспорта, ландшафта и т. д., наряду с интенсивной радиацией и другими многочисленными катастрофическими последствиями вызовут также и пожары. Значит, в верхние слои тропосферы поднимутся не только облака пыли, как при извержении вулканов, но и огромное количество сажи. А она обладает совершенно иными свойствами.
Может быть, подобные рассуждения оказались наводящими соображениями, но, так или иначе, в конце 70-х годов в Институте физической химии им. Макса Планка (ФРГ) начали серьезно изучать явления крупномасштабных пожаров.
Пожар — это своеобразная цепная реакция. При достижении некоторого критического значения температуры (точнее, платности энергии) возгорается бумага. Если эта плотность энергии выше, начинает гореть дерево, если еще выше — то и каменный уголь. При очень высоких плотностях горит уже металл. Может гореть даже железобетон (конечно, не его силикатная начинка, а металлическая арматура). Горят, естественно, и пластик, и все то огромное количество горючего материала, которое накопила биосфера. Поскольку реакция пожара является цепной, она, пока имеется материал, способный гореть, а также нелимитированный доступ кислорода, не только поддерживается, но и непрерывно интенсифицируется. Явление возникновения и развития крупномасштабного пожара при достаточном количестве кислорода (например, в лесу при сильном ветре) получило название огненного торнадо. Конечно, чтобы вызвать его, вовсе не обязательно прибегать к ядерному взрыву. Так, уже в самом конце второй мировой войны, когда ее судьба была практически решена, англоамериканская авиация подвергла интенсивнейшей за всю войну бомбардировке Дрезден. Несколько раньше (в 1943г.) подобной бомбардировке подвергся Гамбург. И в этих городах возникли явления, получившие название огненного торнадо. В огненном вихре пожаров погибло не меньше людей, чем при атомной бомбардировке Хиросимы и Нагасаки. Может быть, именно осмысление событий 1943—1945 гг. и побудило профессора Крутцена и его коллег по Институту физической химии им. М. Планка поставить вопрос о развитии и последствиях пожаров, которые могут возникнуть в период ядерной войны. Постановка этого вопроса стала причиной соответствующего детального анализа.
Огненные смерчи — торнадо — обладают следующей особенностью: они выбрасывают в верхние слон атмосферы и в стратосферу огромное количество сажеобразного материала. Поднявшаяся в атмосферу сажа практически не пропускает солнечный свет. Немецкие ученые изучали оптические свойства этой сажи, скорость ее выпадения на Землю и другие физические свойства тех аэрозолей, которые образуются при интенсивных пожарах. Эти данные были использованы К- Саганом и его коллегами по Kopнельскому университету (США) для построения нескольких сценариев развития последствий широкомасштабного ядерного взрыва.
Основа всех этих сценариев — предположение о том, что ядерная бомба может играть роль «спички», которая поджигает, однако, не клочок бумаги, а крупный город. Зная, какая энергия необходима для образования огненного смерча, нетрудно подсчитать, сколько городов, скажем, северного полушария можно поджечь суммарным ядерным зарядом в 5 или 10 тыс. мегатонн.
В мире накоплены огромные запасы ядерного оружия. Эксперты оценивают их цифрой порядка 40 ты.с. мгт. Вспомним, что первые ядерные бомбы имели мощность порядка 10—15 клт. Таким образом, сегодня мировой запас ядерного оружия примерно в 4 млн раз превосходит мощность бомбы, сброшенной над Хиросимой. И если сегодня начнется мировая ядерная война, то, как считают специалисты в области исследований операций, ее наиболее эффективной стратегией будет использование ядерных средств уже в первые ее часы или, может быть, даже минуты. При этом основными целями, вероятнее всего, будут города, поскольку военные объекты (тем более пусковые установки) обычно хорошо замаскированы среди большого количества ложных целей (например, пустых шахт). В городах уже сейчас проживает большинство населения — основной потенциал, основная ценность любой страны, любого народа. Эвакуировать или как-то защитить живущих в городах от последствий ядерных взрывов практически невозможно.
Вот почему люди, разрабатывавшие сценарии возможной ядерной войны, и посчитали города наиболее вероятными целями. Что же произойдет, если один из сценариев будет осуществлен?
К. Саган и его сотрудники разработали серию сценариев, где потенциальные противники обмениваются ударами мощностью от 100 до 10 тыс. и более мгт взрывчатого вещества. Зная, сколько ядерного горючего необходимо, чтобы вызвать в городе того или иного размера огненное торнадо, нетрудно подсчитать количество городов, которые в рамках того или иного сценария подвергнутся ядерным атакам. Так, согласно одному из базовых сценариев в том случае, если будет использовано 10 тыс мгт, ядерным ударам будет подвержено около 1 тыс. крупнейших городов северного полушария.
Сегодня в городах сосредоточено огромное количество горючего материала. Это не только дерево, запасы угля, пластики, асфальт, покрывающий более половины городской территории. Это и металл, который тоже сгорает в огненных торнадо, и даже железобетон. Современные многоэтажные здания (особенно башенного типа) обеспечивают благодаря эффекту «тяги» (как в печах с высокими трубами) нелимитированный доступ кислорода.
Саган и его сотрудники подсчитали, опираясь на данные ученых из указанного выше Института им. М. Планка, количество сажеобразного материала, которое будет выброшено в атмосферу в результате сгорания 1 тыс. городов. Они оценили оптические свойства облаков, которые появятся над северным полушарием, а также проанализировали процесс осаждения сажи на поверхность Земли. Таким образом они сумели оценить и характер просветления атмосферы Опубликованные результаты оказались совершенно неожиданными. Например, взрыв ядерных бомб общим эквивалентом 5—7 тыс. мгт тротила, распределенный определенным образом над городами северного полушария, создает над ними такие сажепылевые облака, которые будут пропускать меньше одной миллионной доли солнечного света, в обычное время достигающего поверхности Земли. Другими словами, на поверхности Земли под пологом этих облаков даже в самый солнечный день будет темнее, чем в ненастную безлунную ночь.
Естественно, что, не получая света и тепла, поверхность Земли под облаками сажи начнет быстро остывать. После публикации этих результатов весной 1983 г. в печати стали появляться совершенно новые термины — «ядерная зима» и «ядерная ночь». Подробное обсуждение этих результатов, их уточнение и оценки экологических последствий подобного катаклизма начались с конца 1983 г. и составляют в настоящее время целое специальное направление научных исследований.
Расчеты группы К. Сагана носили статический характер. Они не учитывали движения атмосферы, выпадения осадков, изменений температуры и т. д. И самое главное, оставалось неясным, как эти апокалиптические облака будут распространяться над поверхностью Земли. Что случится на экваторе, в южном полушарии? Выживут ли, например, австралийцы? Что произойдет с океанами?
Поэтому сразу, как только был опубликован сценарий Сагана, в Вычислительном центре АН СССР было решено провести машинный эксперимент на той системе моделей, о которой я рассказывал выше, чтобы выяснить, как локальные эффекты, рассчитанные Саганом, будут расползаться над всей поверхностью Земли и что произойдет с земным климатом в первый год после обмена ядерными ударами. Эти расчеты были проведены В. В. Александровым и Г. С. Стенчиковым летом 1983 г.
Результаты исследований ученых из Института им. М. Планка и сценарий ученых из Корнельского университета впервые позволили начать научное обсуждение той ситуации, которая ожидает человечество в случае ядерного конфликта. Они послужили поводом для проведения весьма представительной международной конференции, которая была созвана в Вашингтоне и получила название «Мир после ядерной войны». Конференция работала 31 октября и 1 ноября 1983 г. Мы тоже участвовали в ее работе. Вычислительным центром АН СССР был представлен доклад, который сделал В. В. Александров — непосредственный руководитель основных климатических расчетов. Позднее В. В. Александров был приглашен выступить в сенате США с повторением этого доклада. Подробное изложение содержащихся в нем результатов, как и документации модели и проведенных расчетов, были недавно опубликованы. Поэтому здесь я ограничусь лишь перечислением нескольких отдельных фактов.
Как уже говорилось, после образования сажевых облаков поверхность Земли перестанет обогреваться солнечными лучами, на ней резко понизится температура. Согласно нашим расчетам, уже в первый месяц средняя температура поверхности суши в северном полушарии может уменьшиться на 15—20 и даже на 25 °С, а в некоторых местах, удаленных от океанов, — на 30—35 0C. И хотя уже в начале второго месяца освещенность земной поверхности начнет увеличиваться, температура будет продолжать понижаться еще в течение нескольких месяцев. В северном полушарии наступят «ядерная зима» и «ядерная ночь». Осадки в виде дождя прекратятся полностью, а земная поверхность промерзнет на глубину нескольких метров и лишит людей, уцелевших после ядерных пожаров, пресной воды.
Мы описали ситуацию, которая возникнет в северном полушарии. А что же произойдет в южном полушарии? Оказывается, что и здесь наступят «ядерная ночь» и «ядерная зима», поскольку сажевые облака, которые образуются над городами, подвергшимися ядерным ударам, постепенно сольются в одно облако. Оно постепенно окутает плотным покрывалом всю Землю. Произойдет полная перестройка атмосферной циркуляции. В нормальных условиях циркуляции в атмосфере северного и южного полушарий относительно независимы, они не очень влияют друг на друга. Еще в XVIII в. географы установили существование так называемых циклов Гадлея. На экваторе за счет интенсивного солнечного нагрева воздух поднимается вверх и оттуда растекается в направлениях полюсов. В полярных зонах он охлаждается, опускается вниз и начинает двигаться назад, к экватору. Конечно, это простая схема весьма приближенна, но все же качественно она отражает реальное положение дел, вскрывает структуру атмосферных циркуляций.
После ядерных взрывов и огненных торнадо, которые образуют над северным полушарием непроницаемое саже-образное облако, структура атмосферной циркуляции принципиально изменится. За счет существующих циклонов часть этого облака уже в первые недели закроет экваториальную зону, и «ядерная зима» надвинется и на эту область земного шара. В результате и экваториальная зона перестанет получать обычное тепло, а циклы Гадлея разрушатся, поскольку исчезнет их источник — интенсивное прогревание этой зоны. Расчеты показывают, что вместо циклов Гадлея установится один цикл. Верхние слои атмосферы начнут двигаться с севера на юг. В результате то черное покрывало, которое образовалось на севере, закроет и южное полушарие. И там наступит «ядерная зима». Правда, перепады температур там будут несколько ниже, но в Южной Америке и Австралии они упадут на 10—12 °С.
Особую роль будет играть океан. Из-за крайней инерционности всех процессов, протекающих в нем, и очень высокой теплоемкости воды поверхность океана охладится всего лишь на 1,5—2 °С (в первые месяцы). Между этой поверхностью и сушей возникает огромная разность температур, в результате чего прибрежные районы окажутся подверженными жесточайшим штормам.
Чтобы закончить описание той ситуации, которая возникнет на Земле после ядерных взрывов суммарной мощностью порядка 5—10 тыс. мгт, обратим внимание на еще одну особенность. Поскольку планета окажется окутанной черным покрывалом, ее альбедо (отражательная способность) уменьшится, вероятно, во много раз: ведь сажа — это практически черное тело. Таким образом, Земля начнет отражать в космическое пространство значительно меньше солнечной энергии, нежели обычно. Ее установившийся тепловой баланс нарушится, и она начнет усваивать значительно больше солнечной энергии. Но если сегодня основной поток солнечной энергии достигает поверхности Земли — атмосфера практически прозрачна для солнечного излучения — и нагревает ее, то в описываемом случае вся эта энергия будет концентрироваться в верхних слоях атмосферы, которые очень сильно прогреются.
К чему это приведет? Понять то, что может случиться, не очень сложно. Земная атмосфера будет нагреваться, но не от подстилающей поверхности (тверди и океана), как сейчас, а сверху — будут нагреваться ее верхние слои, т. е. «черная» часть атмосферы. Нижние же слои останутся холодными и даже в течение месяцев будут остывать еще больше. Создается значительный вертикальный перепад температур, который, однако, не вызовет каких-либо движений атмосферы, подобных циклонам, образующимся из-за разности температур океана и суши. Более того, этот перепад стабилизирует состояние атмосферы — более холодные и плотные ее слои окажутся внизу. Вертикальное перемешивание воздуха, столь интенсивное сегодня, практически исчезнет, поскольку исчезнет источник конвективной неустойчивости атмосферы. Благодаря возросшей устойчивости атмосферы выпадение сажи будет происходить значительно медленнее, чем по предварительным расчетам Сагана и его коллег. Конечно, оно будет зависеть от мощности ядерных ударов. Тем не менее состояние «ядерной ночи», по нашим данным, продлится довольно долго. Так, при общей мощности в 10 тыс. мгт даже через год еще оптическая толщина атмосферы будет выше нормальной. При ударе порядка сотен мегатонн также наступят «ядерная зима» и «ядерная ночь», но они продлятся 3—4 месяца.
Так как исчезнет конвекция, прогревание атмосферы будет происходить только за счет механизма теплопроводности, т. е. также значительно медленнее, чем это предполагалось по исходным сценариям.
В результате биосфера получит такой удар, что ей вряд ли удастся оправиться и вернуться в исходное состояние. Действительно, в течение года будут разорваны все привычные трофические связи. Особенно пострадает экосистема экваториальной зоны, которая настроена практически на постоянные температуры. В ней, даже если леса и не будут сожжены, высшие формы жизни исчезнут, по-видимому, полностью или почти полностью. Но и в северных районах ситуация окажется иной и весьма сложной. Здесь многое будет зависеть от того, в какое время года произойдет ядерная война, о зимние месяцы значительная часть фауны и флоры находится в состоянии анабиоза. И если война разразится зимой, эта часть в принципе может выжить в районах, не подверженных пожарам. Если же катастрофа произойдет летом, то весь животный и, может быть, растительный мир погибнет, сохранятся разве что низшие формы жизни. В самом деле, например, сосна или лиственница переносят зимой пятидесятиградусные морозы. Однако они погибают уже при минусовых температурах в 3—4°, если их подвергнуть охлаждению летом, когда в них циркулируют жизненные соки. Поэтому, если жизнь и сможет сохраниться на суше после ядерной катастрофы, то она окажется в очень ущербном виде. Во всяком случае, высшие животные этой катастрофы не выдержат.
Можно думать, что такая же судьба постигнет и живой мир океана. Действительно, ведь исходным звеном всех океанических трофических цепей является фитопланктон. Но он, вероятнее всего, погибнет, хотя температура океана изменится совсем незначительно. Причина его гибели будет иной: в течение более чем года фитопланктон будет лишен солнечного света — основы своей жизнедеятельности. Сможет ли выжить фитопланктон в этих условиях? Очень сомнительно.
Ядерный удар по биосфере можно рассматривать как бифуркацию, которая резко меняет путь ее эволюции, выводит ее на качественно новый режим. Как мы это знаем из первой главы, последствия любой бифуркации в принципе нельзя предсказать во всех деталях. Однако мы можем оценить некоторые особенности биосферы, которые она приобретает после ядерного удара. Прежде всего биосфера, по-видимому, не исчезнет совсем. В ней, однако, произойдет такая качественная перестройка, которая исключит возможность дальнейшего существования высших животных и растений, которые погибнут, вероятно, еще во время «ядерной зимы». Само собой разумеется, такая же судьба постигнет и человека, где бы он ни находился — в США или СССР, Южной Африке или Австралии. Где бы, в какой бы части света ни произошел ядерный удар, с ответным ударом или без него, его климатическим последствием будет «ядерная зима», которую человечество пережить не сможет. Никому не будет дано увидеть «послеядерной весны».
Выше я говорил только о климатических последствиях ядерного удара. Но ведь к ним надо добавить уничтожающие концентрации радиации, которые на значительной территории поверхности Земли превзойдут смертельную дозу, взрывы атомных электростанций, эпидемии и многое другое. Образное описание всех этих кошмаров можно теперь предоставить писателям и художникам. Кстати, однажды это уже было проделано в гениальном стихотворении Байрона «Тьма», великолепный перевод которого на русский язык принадлежит И. С. Тургеневу.
В заключение отметим, что идея оценить возможные климатические последствия ядерной войны после того, как широкую известность получили исследования, проведенные в ФРГ в Институте им. М. Плаика под руководством Крутцена, и были опубликованы сценарии К Сагана, пришла в голову не только нам. В Национальном центре климатических исследований США (г. Боулдер, штат Колорадо) также была предпринята подобная попытка. Американские ученые, работавшие независимо от нас, располагали гораздо более подробной моделью динамики атмосферы (их модель была девятислойной, наша — только двухслойной). Однако эта модель не была объединена с моделью океана, как это было сделано в системе Вычислительного центра АН СССР. Конечно, в распоряжении американских специалистов имелась, наверное, и отдельная, достаточно совершенная модель океана. Но объединение обеих моделей в единую систему требовало дополнительной работы и времени. А этого как раз у американских специалистов не было. Сценарий Сагана был опубликован в марте 1983 г., а международная конференция «Мир после ядерной войны» состоялась осенью того же года. Кроме того, в результате простого объединения двух достаточно сложных моделей для атмосферы и для океана получилась бы модель, вероятно чересчур сложная для проведения массовых расчетов.
Без учета взаимодействия океана и атмосферы исследования оказываются значительно менее интересными. Ведь океан, как уже говорилось, обладает очень большой тепловой инерцией — это огромный резервуар тепла, и пренебречь его влиянием на климатические процессы можно только на самой начальной стадии машинного эксперимента.
Американские ученые смогли провести количественный анализ только самого начального периода после ядерного удара (они рассчитали изменения характера атмосферы, которые произойдут в течение первых двадцати четырех дней), когда инерционность океана еще не оказывает решающего влияния. Для этого периода возникла возможность сопоставить результаты наших и американских расчетов, что и было сделано. Результаты оказались почти идентичными.
Наши и соответственно американские исследования проводились на разных вычислительных машинах и на основе качественно различных моделей. И очень важно то, что полученные результаты практически совпали. Это обстоятельство трудно переоценить. Оно свидетельствует в пользу достоверности полученных результатов. Стало ясно, что любая ядерная война, где бы она ни произошла — на Севере или Юге, на Востоке или Западе, грозит тотальной гибелью всему человечеству. Академик Е. П. Велихов очень удачно сказал по этому поводу: «После проведенных расчетов всем становится ясно, что ядерное оружие — это не средство дипломатии и даже не средство войны, это — средство самоубийства».
Нам в Вычислительном центре АН СССР удалось провести расчеты на первый год после катастрофы. Точнее, нам удалось рассчитать изменение климатических параметров (главным образом температуры, прозрачности атмосферы, интенсивности энергопереноса и др.) для различных точек земного шара в течение 380 дней после ядерного удара. Нам казалось интересным определить, чем завершится «ядерная зима». Интерес этот носит, правда, чисто академический характер, поскольку, как уже было сказано, свидетелей этого процесса уже не останется. Но что же все-таки произойдет?
В нормальных условиях нагревание атмосферы идет от Земли и океана: сама атмосфера практически прозрачна для солнечного излучения. В условиях сажевого и пылевого покрывала ее прогрев будет осуществляться сверху. Сначала он скажется на ледниках Гималаев, Анд и других высоких гор, где температура повысится значительно выше нуля. Ледники начнут таять, и те массы воды, которые при этом образуются, хлынут вниз иа равнины. Постепенно и на равнинах образуются зоны повышенных температур. Вообще, по-видимому, впоследствии средние температуры на Земле значительно возрастут. Здесь сыграют свою роль и тепличный эффект (из-за увеличения концентрации углекислоты), и уменьшение альбедо (за счет зон, почерневших от пожаров). Но все это уже никого не будет интересовать на Земле. Жизнь — это космический фактор, и в некоем уголке Вселенной она просто перестанет существовать вследствие локальной бифуркации в мировом процессе развития.
Примечание. Не нужно быть специалистом в области метеорологии или динамики атмосферы, чтобы знать, сколь неточны прогнозы любых метеорологических факторов. Атмосфера чрезвычайно неустойчива, и незначительные различия в начальных условиях приводят к качественно различающимся общим картинам распределения температур, осадков, ветра и т. д. Выше же мы рассказали о расчетах, проведенных на целый год вперед. В этой связи читателю может показаться, что тем самым мы смогли сделать невозможное — дать «прогноз погоды» на целый год! Но «ядерная зима» — совершенно необычное состояние атмосферы. Дело в том, что оно практически не зависит от исходного, т. е. от начального, распределения температур, циклонов и т. д. В результате появления сажевого покрывала возникает некая предельная, крайне устойчивая ситуация, в которую атмосфера попадает уже через несколько дней после ядерного удара.
http://article-factory.ru/biologija/algoritmy-razvitija/882-izuchenie-klimaticheskih-posledstvij-jadernoj-vojny.html
Комментарии (0)