Ядерная зима — это суровый и продолжительный глобальный климатический эффект охлаждения, который, как предполагается [1] [2], происходит после широкомасштабных огненных бурь после крупномасштабной ядерной войны . [3] Гипотеза основана на том факте, что такие пожары могут выбрасывать сажу в стратосферу , где она может блокировать часть прямого солнечного света от достижения поверхности Земли. Предполагается, что результирующее охлаждение приведет к широкомасштабному неурожаю и голоду . [4] [5] При разработке компьютерных моделей сценариев ядерной зимы исследователи используют обычные бомбардировки Гамбурга и огненный шторм в Хиросиме во время Второй мировой войны в качестве примеров случаев, когда сажа могла быть выброшена в стратосферу, [6] наряду с современными наблюдениями за естественными крупномасштабными лесными пожарами — огненными бурями. [3] [7] [8]
«Ядерная зима», или, как ее изначально называли, «ядерные сумерки», начали рассматривать как научную концепцию в 1980-х годах после того, как стало ясно, что более ранняя гипотеза, предсказывающая, что выбросы NOx, генерируемые огненными шарами, разрушат озоновый слой , теряет свою достоверность. [9] Именно в этом контексте климатические эффекты сажи от пожаров стали новым фокусом климатических эффектов ядерной войны. [10] [11] В этих модельных сценариях предполагалось, что различные облака сажи, содержащие неопределенные количества сажи, образуются над городами, нефтеперерабатывающими заводами и более сельскими ракетными шахтами . После того, как исследователи определились с количеством сажи, затем моделируются климатические эффекты этих облаков сажи. [12] Термин «ядерная зима» был неологизмом, придуманным в 1983 году Ричардом П. Турко в отношении одномерной компьютерной модели, созданной для изучения идеи «ядерных сумерек». Эта модель прогнозировала, что огромное количество сажи и дыма будет оставаться в воздухе в течение нескольких лет, вызывая резкое падение температуры на всей планете.
После провала прогнозов относительно последствий кувейтских нефтяных пожаров 1991 года , сделанных основной группой климатологов, отстаивающих эту гипотезу, прошло более десятилетия без новых опубликованных работ по этой теме. Совсем недавно та же группа выдающихся модельеров 1980-х годов снова начала публиковать результаты компьютерных моделей. Эти новые модели дают те же общие выводы, что и их старые, а именно, что зажигание 100 огненных бурь, каждая из которых по интенсивности сопоставима с той, что наблюдалась в Хиросиме в 1945 году, может привести к «малой» ядерной зиме. [6] [13] Эти огненные бури приведут к выбросу сажи (в частности, черного углерода ) в стратосферу Земли, создавая антипарниковый эффект , который снизит температуру поверхности Земли . Сила этого охлаждения в модели Алана Робока предполагает, что совокупные продукты 100 из этих огненных бурь могут охладить глобальный климат примерно на 1 °C (1,8 °F), в значительной степени исключив величину антропогенного глобального потепления на следующие примерно два или три года. [14] Робок и его коллеги смоделировали эффект на мировое производство продовольствия и прогнозируют, что впрыскивание более 5 Тг сажи в стратосферу приведет к массовой нехватке продовольствия, сохраняющейся в течение нескольких лет. Согласно их модели, животноводство и производство водных продуктов питания не смогут компенсировать сокращение производства сельскохозяйственных культур почти во всех странах, а меры адаптации, такие как сокращение пищевых отходов, окажут ограниченное влияние на увеличение доступных калорий. [15] [16]
Поскольку для возникновения огненного шторма не обязательно взрывать ядерные устройства, термин «ядерная зима» является не совсем правильным. [17] Большинство статей, опубликованных по этой теме, утверждают, что без качественного обоснования причиной моделируемых эффектов огненного шторма являются ядерные взрывы. Единственное явление, которое моделируется компьютером в статьях о ядерной зиме, — это климатически воздействующий агент огненной сажи, продукт, который может быть воспламенен и сформирован множеством способов. [17] Хотя это редко обсуждается, сторонники гипотезы утверждают, что тот же эффект «ядерной зимы» возник бы, если бы было зажжено 100 крупномасштабных обычных огненных штормов. [18]
Гораздо большее количество огненных бурь, в тысячах, [ неудачная проверка ] было первоначальным предположением компьютерных моделей, которые ввели этот термин в 1980-х годах. Предполагалось, что это может быть возможным результатом любого крупномасштабного применения контрмеры ядерного оружия с воздушным взрывом во время американо-советской тотальной войны . Это большее количество огненных бурь, которые сами по себе не моделируются, [12] представлено как вызывающее условия ядерной зимы в результате дыма, введенного в различные климатические модели, с глубиной сильного охлаждения, продолжающегося до десятилетия. В течение этого периода летние падения средней температуры могут составлять до 20 °C (36 °F) в основных сельскохозяйственных регионах США, Европы и Китая и до 35 °C (63 °F) в России. [19] Это охлаждение будет вызвано 99%-ным сокращением естественной солнечной радиации, достигающей поверхности планеты в первые несколько лет, постепенно очищаясь в течение нескольких десятилетий. [20]
На фундаментальном уровне, с момента появления фотографических свидетельств высоких облаков, [21] было известно, что огненные бури могут выбрасывать сажу, дым/ аэрозоли в стратосферу, но долговечность этого множества аэрозолей была главным неизвестным. Независимо от команды, которая продолжает публиковать теоретические модели ядерной зимы, в 2006 году Майк Фромм из Военно-морской исследовательской лаборатории экспериментально обнаружил, что каждое естественное возникновение массивного лесного пожара, намного большего, чем тот, что наблюдался в Хиросиме, может вызывать незначительные эффекты «ядерной зимы» с кратковременным, примерно в один месяц, почти неизмеримым падением температуры поверхности, ограниченным полушарием, в котором они сгорели. [22] [23] [24] Это в некоторой степени аналогично частым вулканическим извержениям, которые выбрасывают сульфаты в стратосферу и тем самым вызывают незначительные, даже незначительные, эффекты вулканической зимы .
Набор спутниковых и авиационных приборов для мониторинга сажи и огненных бурь находится на переднем крае попыток точно определить продолжительность жизни, количество, высоту впрыска и оптические свойства этого дыма. [25] [26] [27] [28] [29] Информация относительно всех этих свойств необходима для того, чтобы по-настоящему определить продолжительность и интенсивность охлаждающего эффекта огненных бурь, независимо от прогнозов компьютерной модели ядерной зимы. [ необходима ссылка ]
В настоящее время, по данным спутникового слежения, стратосферные дымовые аэрозоли рассеиваются в течение периода времени, составляющего около двух месяцев. [27] Наличие точки невозврата в новое стратосферное состояние, при котором аэрозоли не будут удалены в течение этого периода времени, еще предстоит определить. [27]
Сценарий ядерной зимы предполагает, что 100 или более городских огненных бурь [30] [31] будут вызваны ядерными взрывами , [32] и что огненные бури поднимут большие объемы дыма с сажей в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу за счет движения, создаваемого пирокумуло-дождевыми облаками, которые образуются во время огненной бури. На высоте 10–15 километров (6–9 миль) над поверхностью Земли поглощение солнечного света может еще больше нагреть сажу в дыму, подняв ее часть или всю в стратосферу , где дым может сохраняться годами, если не будет дождя, который бы ее вымывал. Этот аэрозоль частиц может нагреть стратосферу и помешать части солнечного света достичь поверхности, что приведет к резкому падению температуры поверхности. В этом сценарии прогнозируется [ кем? ] , что температура воздуха у поверхности будет такой же или холоднее, чем зима данного региона в течение месяцев или лет подряд.
Смоделированный устойчивый инверсионный слой горячей сажи между тропосферой и высокой стратосферой, который создает антипарниковый эффект, был назван «Дымосферой» Стивеном Шнайдером и др. в их статье 1988 года. [2] [33] [34]
Хотя в климатических моделях принято рассматривать городские огненные бури, они не обязательно должны быть вызваны ядерными устройствами; [17] более обычными источниками воспламенения могут быть искры огненных бурь. До ранее упомянутого эффекта солнечного нагрева высота впрыска сажи контролировалась скоростью высвобождения энергии из топлива огненной бури, а не размером первоначального ядерного взрыва. [31] Например, грибовидное облако от бомбы, сброшенной на Хиросиму, достигло высоты шести километров (средняя тропосфера) в течение нескольких минут, а затем рассеялось из-за ветров, в то время как отдельным пожарам в городе потребовалось почти три часа, чтобы сформироваться в огненную бурю и создать пирокучевое облако, облако, которое, как предполагается, достигло верхних высот тропосферы, поскольку за несколько часов горения огненная буря выделила, по оценкам, в 1000 раз больше энергии бомбы. [35]
Поскольку зажигательные эффекты ядерного взрыва не представляют собой каких-либо особенно характерных черт, [36] те, кто имеет опыт стратегических бомбардировок, подсчитали, что, поскольку город был опасен огненным штормом, ту же силу пожара и ущерб зданиям, которые были вызваны в Хиросиме одной 16-килотонной ядерной бомбой с одного бомбардировщика B-29, можно было бы вызвать при обычном использовании около 1,2 килотонн зажигательных бомб с 220 B-29, распределенных по городу. [36] [37] [38]
В то время как огненные бури в Дрездене и Хиросиме, а также массовые пожары в Токио и Нагасаки произошли в течение нескольких месяцев в 1945 году, более интенсивный и традиционно освещенный огненный шторм в Гамбурге произошел в 1943 году. Несмотря на разделение во времени, ярость и площадь выжженных территорий, ведущие разработчики гипотезы утверждают, что эти пять пожаров потенциально вынесли в стратосферу на пять процентов больше дыма, чем гипотетические 100 ядерных пожаров, обсуждаемых в современных моделях. [18] Хотя считается, что смоделированные эффекты охлаждения климата от массы сажи, выброшенной в стратосферу 100 огненными бурями (от одного до пяти миллионов метрических тонн ), можно было бы обнаружить с помощью технических приборов во время Второй мировой войны, пять процентов от этого количества было бы невозможно наблюдать в то время. [18]
Точные временные рамки того, как долго сохраняется этот дым, и, следовательно, насколько сильно он влияет на климат после того, как достигает стратосферы, зависят как от химических, так и от физических процессов удаления. [12]
Самым важным механизмом физического удаления является « выпадение осадков », как во время фазы « конвективной колонны, вызванной огнем », которая производит « черный дождь » вблизи места пожара, так и выпадение осадков после рассеивания конвективного шлейфа , где дым больше не концентрируется, и поэтому «влажное удаление» считается очень эффективным. [39] Однако эти эффективные механизмы удаления в тропосфере избегаются в исследовании Робока 2007 года, где солнечное нагревание моделируется для быстрого подъема сажи в стратосферу, «вытесняя» или отделяя более темные частицы сажи от более белого водяного конденсата пожарных облаков . [40]
Попав в стратосферу, физические механизмы удаления, влияющие на временные рамки пребывания частиц сажи, определяются тем, насколько быстро аэрозоль сажи сталкивается и коагулирует с другими частицами посредством броуновского движения [12] [ 41] [42] и выпадает из атмосферы посредством сухого осаждения под действием силы тяжести [42] , а также временем, необходимым для « форетического эффекта » для перемещения коагулированных частиц на более низкий уровень в атмосфере. [12] Независимо от того, происходит ли это посредством коагуляции или форетического эффекта, как только аэрозоль частиц дыма оказывается на этом нижнем уровне атмосферы, может начаться засев облаков , что позволяет осадкам вымывать дымовой аэрозоль из атмосферы посредством механизма влажного осаждения .
Химические процессы , влияющие на удаление, зависят от способности атмосферной химии окислять углеродистый компонент дыма посредством реакций с окислительными видами, такими как озон и оксиды азота , которые присутствуют на всех уровнях атмосферы [43] [44] и которые также происходят в более высоких концентрациях , когда воздух нагревается до высоких температур.
Исторические данные о времени пребывания аэрозолей, хотя и другой смеси аэрозолей , в данном случае стратосферных серных аэрозолей и вулканического пепла от извержений мегавулканов , по-видимому, находятся в пределах одного-двух лет, [45] однако взаимодействие аэрозоля и атмосферы все еще плохо изучено. [46] [47]
Сажеобразные аэрозоли могут иметь широкий спектр свойств, а также сложную форму, что затрудняет определение их эволюционирующего значения оптической глубины атмосферы . Условия, присутствующие во время создания сажи, считаются весьма важными с точки зрения их конечных свойств, при этом сажа, образующаяся в более эффективном спектре эффективности горения, считается почти «элементарной сажей », в то время как в более неэффективном конце спектра горения присутствуют большие количества частично сгоревшего /окисленного топлива. Эти частично сгоревшие «органические вещества», как их называют, часто образуют смоляные шарики и коричневый углерод во время обычных лесных пожаров низкой интенсивности, а также могут покрывать более чистые частицы черного углерода. [48] [49] [50] Однако, поскольку сажа наибольшего значения представляет собой ту, которая выбрасывается на самые высокие высоты пироконвекцией огненного шторма — пожара, питаемого штормовыми ветрами воздуха — предполагается, что большая часть сажи в этих условиях представляет собой более окисленный черный углерод. [51]
Исследование, представленное на ежегодном собрании Американского геофизического союза в декабре 2006 года, показало, что даже маломасштабная региональная ядерная война может нарушить глобальный климат на десятилетие или больше. В сценарии регионального ядерного конфликта, где две противоборствующие страны в субтропиках каждая использовала бы по 50 единиц ядерного оружия размером с Хиросиму (около 15 килотонн каждая) по крупным населенным пунктам, исследователи подсчитали, что будет выброшено до пяти миллионов тонн сажи, что приведет к охлаждению на несколько градусов на больших территориях Северной Америки и Евразии, включая большинство регионов выращивания зерновых. Похолодание будет длиться годами и, согласно исследованию, может быть «катастрофическим», [20] [56] нарушив сельскохозяйственное производство и сбор продовольствия, в частности, в странах, расположенных на более высоких широтах. [57] [15]
Ядерные взрывы производят большое количество оксидов азота , разрушая воздух вокруг себя. Затем они поднимаются вверх тепловой конвекцией. Достигая стратосферы, эти оксиды азота способны каталитически разрушать озон, присутствующий в этой части атмосферы. Истощение озонового слоя позволит гораздо большей интенсивности вредного ультрафиолетового излучения от солнца достичь земли. [58]
Исследование Майкла Дж. Миллса и др., опубликованное в Трудах Национальной академии наук в 2008 году , показало, что обмен ядерным оружием между Пакистаном и Индией с использованием их нынешних арсеналов может создать почти глобальную озоновую дыру , вызвав проблемы со здоровьем людей и нанеся ущерб окружающей среде в течение как минимум десятилетия. [59] В компьютерном моделируемом исследовании рассматривалась ядерная война между двумя странами, в которой участвовало бы 50 ядерных устройств размером с Хиросиму с каждой стороны, вызывая массивные городские пожары и поднимая до пяти миллионов метрических тонн сажи примерно на 50 миль (80 км) в стратосферу . Сажа поглотила бы достаточно солнечной радиации, чтобы нагреть окружающие газы, увеличивая разрушение стратосферного озонового слоя, защищающего Землю от вредного ультрафиолетового излучения, с потерей озона до 70% в северных высоких широтах. [60]
«Ядерное лето» — это гипотетический сценарий, в котором после того, как ядерная зима, вызванная аэрозолями, выброшенными в атмосферу, которые не дадут солнечному свету достичь нижних уровней или поверхности, [61] ослабнет, возникнет парниковый эффект из-за углекислого газа, выделяемого при сгорании, и метана, выделяемого при распаде органического вещества, например, трупов, замерзших во время ядерной зимы. [61] [62]
Другой более последовательный гипотетический сценарий, после того как большинство аэрозолей осядет в течение 1–3 лет, охлаждающий эффект будет преодолен нагревающим эффектом от парникового потепления , что быстро повысит температуру поверхности на много градусов, достаточно, чтобы вызвать гибель значительной части, если не большей части жизни, пережившей похолодание, большая часть которой более уязвима к более высоким, чем нормальные температуры, чем к более низким, чем нормальные температуры. Ядерные взрывы высвободят CO2 и другие парниковые газы от горения, а затем еще больше высвободятся от распада мертвого органического вещества. Взрывы также внесут оксиды азота в стратосферу, что затем истощит озоновый слой вокруг Земли. [61]
Существуют и другие, более простые гипотетические версии гипотезы о том, что ядерная зима может смениться ядерным летом. Высокие температуры ядерных огненных шаров могут разрушить озоновый газ средней стратосферы. [62]
В 1952 году, за несколько недель до испытания бомбы Ivy Mike (10,4 мегатонны ) на острове Элугелаб , возникли опасения, что аэрозоли, поднятые взрывом, могут охладить Землю. Майор Норайр Луледжиан, ВВС США , и астроном Натараджан Вишванатан изучали эту возможность, сообщая о своих выводах в работе «Влияние супероружия на климат мира» , распространение которой строго контролировалось. Этот отчет описан в отчете Агентства по сокращению угроз обороны США за 2013 год как первоначальное исследование концепции «ядерной зимы». В нем не было указано существенной вероятности изменения климата, вызванного взрывом. [69]
Последствия для гражданской обороны многочисленных поверхностных взрывов мощных водородных бомб на островах Тихоокеанского испытательного полигона, таких как Айви Майк в 1952 году и Касл Браво (15 Мт) в 1954 году, были описаны в отчете 1957 года « Влияние ядерного оружия » под редакцией Сэмюэля Гласстоуна . В разделе этой книги под названием «Ядерные бомбы и погода» говорится: «Известно, что пыль, поднимаемая при сильных извержениях вулканов , таких как извержение Кракатау в 1883 году, вызывает заметное уменьшение количества солнечного света, достигающего Земли... Количество [почвенного или другого поверхностного] мусора, остающегося в атмосфере после взрыва даже самого крупного ядерного оружия, вероятно, не превышает примерно одного процента или около того от того, что было поднято извержением Кракатау. Кроме того, записи солнечной радиации показывают, что ни один из ядерных взрывов до настоящего времени не привел к какому-либо обнаруживаемому изменению прямого солнечного света, зафиксированного на Земле». [70] В 1956 году Бюро погоды США считало возможным, что достаточно крупная ядерная война с поверхностными взрывами мощностью в мегатонны может поднять достаточно почвы, чтобы вызвать новый ледниковый период . [71]
В меморандуме корпорации RAND 1966 года «Влияние ядерной войны на погоду и климат» , написанном Э. С. Баттеном, в первую очередь анализируя потенциальные эффекты пыли от поверхностных взрывов, [72] отмечается, что «в дополнение к эффектам от обломков обширные пожары, вызванные ядерными взрывами, могут изменить поверхностные характеристики местности и местные погодные условия... однако для определения их точной природы, масштабов и величины необходимы более глубокие знания атмосферы». [73]
В книге Национального исследовательского совета США (NRC) «Долгосрочные глобальные последствия множественных взрывов ядерного оружия», опубликованной в 1975 году, говорится, что ядерная война с использованием 4000 Мт из существующих арсеналов , вероятно, выделит гораздо меньше пыли в стратосфере, чем извержение Кракатау, рассудив, что эффект пыли и оксидов азота, вероятно, будет заключаться в небольшом похолодании климата, которое «вероятно, будет находиться в пределах нормальной глобальной климатической изменчивости, но нельзя исключать возможность климатических изменений более драматического характера». [63] [74] [75]
В докладе 1985 года « Влияние на атмосферу крупного ядерного обмена » Комитет по атмосферным эффектам ядерных взрывов утверждает, что «правдоподобная» оценка количества стратосферной пыли, выброшенной после поверхностного взрыва мощностью 1 Мт, составляет 0,3 тераграмма, из которых 8 процентов будут находиться в микрометровом диапазоне . [76] Потенциальное охлаждение от почвенной пыли было снова рассмотрено в 1992 году в докладе Национальной академии наук США (NAS) [77] по геоинженерии , в котором подсчитано, что для смягчения потепления от удвоения содержания углекислого газа в атмосфере , то есть для охлаждения примерно на 2 °C, потребуется около 10 10 кг (10 тераграмм) стратосферной почвенной пыли с размерами частиц от 0,1 до 1 микрометра. [78]
В 1969 году Пол Крутцен обнаружил, что оксиды азота (NOx) могут быть эффективным катализатором разрушения озонового слоя/ стратосферного озона . После исследований потенциальных эффектов NOx, генерируемых теплом двигателей в стратосферных сверхзвуковых транспортных самолетах (SST) в 1970-х годах, в 1974 году Джон Хэмпсон предположил в журнале Nature , что из-за создания атмосферных NOx ядерными огненными шарами полномасштабный ядерный обмен может привести к истощению озонового щита, возможно, подвергая Землю ультрафиолетовому излучению в течение года или более. [74] [79] В 1975 году гипотеза Хэмпсона «прямо привела» [11] к тому, что Национальный исследовательский совет США (NRC) сообщил о моделях истощения озона после ядерной войны в книге « Долгосрочные мировые эффекты множественных взрывов ядерного оружия» . [74]
В разделе этой книги NRC 1975 года, посвященном проблеме образования NOx в результате огненных шаров и потери озонового слоя в результате этого, NRC представил модельные расчеты с начала до середины 1970-х годов по последствиям ядерной войны с использованием большого количества взрывов мощностью в несколько мегатонн, которые дали выводы о том, что это может снизить уровень озона на 50 процентов или более в северном полушарии. [63] [80]
Однако, независимо от компьютерных моделей, представленных в работах NRC 1975 года, статья в журнале Nature 1973 года изображает уровни стратосферного озона во всем мире, наложенные на количество ядерных взрывов в эпоху атмосферных испытаний. Авторы приходят к выводу, что ни данные, ни их модели не показывают никакой корреляции между приблизительно 500 Мт в исторических атмосферных испытаниях и увеличением или уменьшением концентрации озона. [81] В 1976 году исследование экспериментальных измерений более раннего атмосферного ядерного испытания, поскольку оно повлияло на озоновый слой, также показало, что ядерные взрывы не вызывают истощения озона, после поначалу тревожных модельных расчетов того времени. [82] Аналогичным образом, статья 1981 года показала, что модели разрушения озона в результате одного испытания и проведенные физические измерения не согласуются, поскольку никакого разрушения не наблюдалось. [9]
В общей сложности около 500 Мт были взорваны в атмосфере между 1945 и 1971 годами [83] , достигнув пика в 1961–1962 годах, когда 340 Мт были взорваны в атмосфере Соединенными Штатами и Советским Союзом. [84] Во время этого пика, с многомегатонными взрывами серии ядерных испытаний двух стран, в эксклюзивном исследовании, был высвобожден общий выход энергии, оцениваемый в 300 Мт. Из-за этого, как полагают, в стратосферу попало 3 × 10 34 дополнительных молекул оксида азота (около 5000 тонн на Мт, 5 × 10 9 граммов на мегатонну) [81] [85] , и хотя истощение озона на 2,2 процента было отмечено в 1963 году, снижение началось до 1961 года и, как полагают, было вызвано другими метеорологическими эффектами . [81]
В 1982 году журналист Джонатан Шелл в своей популярной и влиятельной книге «Судьба Земли » представил общественности веру в то, что NOx, генерируемый огненным шаром, разрушит озоновый слой до такой степени, что урожай погибнет от солнечного ультрафиолетового излучения, а затем аналогичным образом описал судьбу Земли, как вымирание растений и водной жизни. В том же 1982 году австралийский физик Брайан Мартин , который часто переписывался с Джоном Хэмпсоном, который внес большой вклад в изучение генерации NOx, [11] написал краткий исторический обзор истории интереса к эффектам прямого NOx, генерируемого ядерными огненными шарами, и при этом также изложил другие нетрадиционные точки зрения Хэмпсона, в частности те, которые касаются большего разрушения озона от взрывов в верхних слоях атмосферы в результате любой широко используемой системы противоракетной обороны ( ПРО-1 «Галош »). [86] Однако Мартин в конечном итоге приходит к выводу, что «маловероятно, что в контексте большой ядерной войны» деградация озонового слоя будет вызывать серьезную озабоченность. Мартин описывает взгляды на потенциальную потерю озона и, следовательно, увеличение ультрафиолетового излучения , приводящее к широкомасштабному уничтожению сельскохозяйственных культур, как отстаивал Джонатан Шелл в «Судьбе Земли» , как крайне маловероятные. [63]
Более поздние расчеты удельного потенциала разрушения озонового слоя видами NOx намного меньше, чем предполагалось ранее на основе упрощенных расчетов, поскольку, по данным Роберта П. Парсона, полученным в 1990-х годах, ежегодно образуется «около 1,2 миллиона тонн» природных и антропогенных стратосферных NOx. [87]
Первое опубликованное предположение о том, что похолодание климата может быть следствием ядерной войны, по-видимому, было первоначально выдвинуто Полом Андерсоном и Ф. Н. Уолдропом в их рассказе «Дети завтрашнего дня» в выпуске журнала Astounding Science Fiction за март 1947 года . История, в первую очередь о команде ученых, охотящихся на мутантов , [88] предупреждает о « Фимбулвинтере », вызванном пылью, которая блокировала солнечный свет после недавней ядерной войны, и предполагает, что это может даже спровоцировать новый ледниковый период. [89] [90] Андерсон опубликовал роман, частично основанный на этой истории, в 1961 году, назвав его « Сумеречный мир» . [90] Аналогичным образом в 1985 году Т. Г. Парсонс отметил, что рассказ «Факел» К. Энвила, который также появился в журнале Astounding Science Fiction , но в выпуске за апрель 1957 года, содержит суть гипотезы «Сумерки в полдень»/«ядерная зима». В рассказе ядерная боеголовка поджигает нефтяное месторождение, а образовавшаяся сажа «экранирует часть солнечного излучения», что приводит к арктическим температурам для большей части населения Северной Америки и Советского Союза. [12]
Публикация Лаборатории геофизики ВВС 1988 года « Оценка глобальных атмосферных эффектов крупной ядерной войны» Х.С. Мюнча и др. содержит хронологию и обзор основных отчетов по гипотезе ядерной зимы с 1983 по 1986 год. В целом, эти отчеты приходят к схожим выводам, поскольку они основаны на «одних и тех же предположениях, одних и тех же исходных данных», с небольшими различиями в коде модели. Они пропускают этапы моделирования оценки возможности пожара и начальных огненных шлейфов и вместо этого начинают процесс моделирования с «пространственно однородного облака сажи», которое нашло свой путь в атмосферу. [12]
Хотя это никогда открыто не признавалось междисциплинарной группой, которая является автором самой популярной модели TTAPS 1980-х годов, в 2011 году Американский институт физики заявил, что объявление результатов группой TTAPS (названной по именам ее участников, которые ранее работали над явлением пылевых бурь на Марсе или в районе столкновений с астероидами : Ричард П. Турко , Оуэн Тун , Томас П. Акерман, Джеймс Б. Поллак и Карл Саган ) в 1983 году «было явно направлено на содействие международному контролю над вооружениями». [91] Однако «компьютерные модели были настолько упрощены, а данные о дыме и других аэрозолях были все еще настолько скудными, что ученые не могли ничего сказать наверняка». [91]
В 1981 году Уильям Дж. Моран начал обсуждения и исследования в Национальном исследовательском совете (NRC) по воздействию пыли и почвы на воздух при крупном обмене ядерными боеголовками, увидев возможную параллель в воздействии пыли войны с воздействием границы КТ , созданной астероидом , и его популярным анализом годом ранее Луиса Альвареса в 1980 году. [92] Исследовательская группа NRC по этой теме встречалась в декабре 1981 года и апреле 1982 года в рамках подготовки к выпуску NRC книги « Влияние на атмосферу крупного обмена ядерными ударами» , опубликованной в 1985 году. [74]
В рамках исследования по созданию окисляющих видов , таких как NOx и озон в тропосфере после ядерной войны, [10] начатого в 1980 году журналом Ambio , Королевской шведской академии наук , Пол Дж. Крутцен и Джон В. Биркс начали подготовку к публикации в 1982 году расчета воздействия ядерной войны на стратосферный озон, используя новейшие модели того времени. Однако они обнаружили, что в результате тенденции к более многочисленным, но менее энергичным ядерным боеголовкам субмегатонного диапазона (которая стала возможной благодаря маршу по повышению точности боеголовок МБР ), опасность для озонового слоя была «не очень значительной». [11]
Именно после того, как они столкнулись с этими результатами, они «случайно» натолкнулись на идею, как на «запоздалую мысль» [10] о ядерных взрывах, вызывающих массовые пожары повсюду, и, что особенно важно, о дыме от этих обычных пожаров, который затем поглощает солнечный свет, вызывая резкое падение температуры поверхности. [11] В начале 1982 года они распространили черновик статьи с первыми предложениями об изменениях в краткосрочном климате из-за пожаров, предположительно возникших после ядерной войны. [74] Позже в том же году специальный выпуск Ambio, посвященный возможным экологическим последствиям ядерной войны, был озаглавлен Крутценом и Бирксом и во многом предвосхитил гипотезу ядерной зимы. [93] В статье рассматривались пожары и их климатическое воздействие, а также обсуждались твердые частицы от крупных пожаров, оксид азота, истощение озонового слоя и влияние ядерных сумерек на сельское хозяйство. Расчеты Крутцена и Биркса показали, что частицы дыма, выбрасываемые в атмосферу пожарами в городах, лесах и на нефтяных месторождениях, могут помешать до 99 процентам солнечного света достичь поверхности Земли. Эта темнота, по их словам, может существовать «до тех пор, пока горят пожары», что, как предполагалось, займет много недель, с такими эффектами, как: «Нормальная динамическая и температурная структура атмосферы... значительно изменится на большой части Северного полушария, что, вероятно, приведет к важным изменениям температур поверхности земли и ветровых систем». [93] Последствием их работы было то, что успешный ядерный обезглавливающий удар может иметь серьезные климатические последствия для виновника.
После прочтения статьи Н. П. Бочкова и Е. И. Чазова [94] , опубликованной в том же издании Ambio , где была опубликована статья Крутцена и Биркса «Сумерки в полдень», советский атмосферный учёный Георгий Голицын применил свои исследования пылевых бурь на Марсе к саже в атмосфере Земли. Использование этих влиятельных моделей марсианских пылевых бурь в исследованиях ядерной зимы началось в 1971 году [95] , когда советский космический аппарат Марс-2 прибыл на красную планету и наблюдал глобальное пылевое облако. Орбитальные приборы вместе с посадочным модулем Марс-3 1971 года определили, что температуры на поверхности красной планеты были значительно ниже температур в верхней части пылевого облака. После этих наблюдений Голицын получил две телеграммы от астронома Карла Сагана , в которых Саган просил Голицына «изучить понимание и оценку этого явления». Голицын рассказывает, что примерно в это же время он «предложил теорию [ которая? ], объясняющую, как может образовываться марсианская пыль и как она может достигать глобальных размеров». [95]
В том же году Александр Гинзбург, [96] сотрудник института Голицына, разработал модель пылевых бурь для описания явления охлаждения на Марсе. Голицын почувствовал, что его модель будет применима к саже, после того как он прочитал шведский журнал 1982 года, посвященный последствиям гипотетической ядерной войны между СССР и США. [95] Голицын использовал в значительной степени немодифицированную модель пылевого облака Гинзбурга, предполагая сажу в качестве аэрозоля в модели вместо почвенной пыли, и в идентичном полученным результатам, при вычислении охлаждения пылевого облака в марсианской атмосфере облако высоко над планетой будет нагреваться, в то время как планета внизу резко остынет. Голицын представил свое намерение опубликовать эту марсианскую модель-аналог Земли в инициированном Андроповым Комитете советских ученых в защиту мира от ядерной угрозы в мае 1983 года, организации, в которой Голицын позже будет назначен заместителем председателя. Создание этого комитета было осуществлено с выраженного одобрения советского руководства с намерением «расширить контролируемые контакты с западными активистами «ядерного замораживания» ». [97] Получив одобрение этого комитета, в сентябре 1983 года Голицын опубликовал первую компьютерную модель зарождающегося эффекта «ядерной зимы» в популярном « Вестнике Российской академии наук» . [98]
31 октября 1982 года модель Голицына и Гинзбурга и их результаты были представлены на конференции «Мир после ядерной войны», проходившей в Вашингтоне, округ Колумбия [96]
И Голицын [98], и Саган [99] интересовались охлаждением пылевых бурь на планете Марс в годы, предшествовавшие их сосредоточению на «ядерной зиме». Саган также работал над проектом A119 в 1950–1960-х годах, в котором он пытался смоделировать движение и долговечность шлейфа лунного грунта.
После публикации «Сумерек в полдень» в 1982 году [100] команда TTAPS заявила, что они начали процесс проведения одномерного компьютерного моделирования атмосферных последствий ядерной войны/сажи в стратосфере, хотя они не публиковали статью в журнале Science до конца декабря 1983 года. [101] Фраза «ядерная зима» была придумана Турко непосредственно перед публикацией. [102] В этой ранней статье TTAPS использовала основанные на предположениях оценки общего объема выбросов дыма и пыли, которые могли бы возникнуть в результате крупного обмена ядерными ударами, и с этого начала анализировать последующие эффекты на радиационный баланс атмосферы и структуру температуры в результате этого количества предполагаемого дыма. Для расчета эффектов пыли и дыма они использовали одномерную микрофизическую/радиационно-переносную модель нижней атмосферы Земли (вплоть до мезопаузы), которая определяла только вертикальные характеристики глобального возмущения климата.
Однако интерес к экологическим последствиям ядерной войны в Советском Союзе продолжался и после сентябрьской статьи Голицына, а Владимир Александров и Г.И. Стенчиков также опубликовали статью в декабре 1983 года о климатических последствиях, хотя в отличие от современной статьи TTAPS, эта статья была основана на моделировании с трехмерной моделью глобальной циркуляции. [54] (Два года спустя Александров исчез при загадочных обстоятельствах). Ричард Турко и Старли Л. Томпсон оба критиковали советские исследования. Турко назвал их «примитивными», а Томпсон сказал, что в них использовались устаревшие американские компьютерные модели. [103] Позже они отказались от этой критики и вместо этого приветствовали новаторскую работу Александрова, заявив, что советская модель разделяет слабости всех остальных. [12]
В 1984 году Всемирная метеорологическая организация (ВМО) поручила Голицыну и NA Phillips провести обзор состояния науки. Они обнаружили, что исследования, как правило, предполагали сценарий, в котором будет использована половина мирового ядерного оружия, ~5000 Мт, что уничтожит около 1000 городов и создаст большое количество углеродистого дыма – 1–Наиболее вероятным является значение 2 × 10 14 г , диапазон составляет 0,2–6,4 × 10 14 г (NAS; предполагается TTAPS2,25 × 10 14 ). Образующийся дым будет в значительной степени непрозрачным для солнечного излучения, но прозрачным для инфракрасного, таким образом охлаждая Землю, блокируя солнечный свет, но не создавая потепления за счет усиления парникового эффекта. Оптическая глубина дыма может быть намного больше единицы. Лесные пожары, возникающие из-за негородских целей, могут еще больше увеличить производство аэрозолей. Пыль от поверхностных взрывов против укрепленных целей также вносит свой вклад; каждый взрыв мегатонного эквивалента может высвободить до пяти миллионов тонн пыли, но большая часть быстро выпадет; пыль на больших высотах оценивается в 0,1–1 миллион тонн на мегатонный эквивалент взрыва. Сжигание сырой нефти также может внести существенный вклад. [104]
Одномерные радиационно-конвективные модели, использованные в этих [ каких? ] исследованиях, дали ряд результатов, с охлаждением до 15–42 °C между 14 и 35 днями после войны, с «базовой линией» около 20 °C. Несколько более сложные расчеты с использованием трехмерных GCM дали похожие результаты: падение температуры около 20 °C, хотя и с региональными вариациями. [54] [105]
Все [ какие? ] расчеты показывают значительный нагрев (до 80 °C) в верхней части дымового слоя на высоте около 10 км (6,2 мили); это подразумевает существенное изменение циркуляции там и возможность адвекции облака в низкие широты и южное полушарие.
В статье 1990 года под названием «Климат и дым: оценка ядерной зимы» TTAPS дал более подробное описание краткосрочных и долгосрочных атмосферных последствий ядерной войны с использованием трехмерной модели: [106]
Первые один-три месяца:
Через один-три года:
.jpg/1280px-KuwaitiOilFires-STS037-152-91-(2).jpg)
Одним из основных результатов работы TTAPS 1990 года было повторение модели группы 1983 года, согласно которой 100 пожаров на нефтеперерабатывающих заводах было бы достаточно, чтобы вызвать небольшую, но все же глобально губительную ядерную зиму. [109]
После вторжения Ирака в Кувейт и угроз Ирака поджечь около 800 нефтяных скважин в стране, предположения о совокупном климатическом эффекте этого, представленные на Всемирной климатической конференции в Женеве в ноябре 1990 года, варьировались от сценария типа ядерной зимы до сильных кислотных дождей и даже краткосрочного немедленного глобального потепления. [110]
В статьях, напечатанных в газетах Wilmington Morning Star и Baltimore Sun в январе 1991 года, известные авторы работ о ядерной зиме – Ричард П. Турко, Джон У. Биркс, Карл Саган, Алан Робок и Пол Крутцен – коллективно заявили, что они ожидают катастрофических последствий, подобных ядерной зиме, с последствиями континентального масштаба из-за отрицательных температур в результате того, что иракцы реализуют свои угрозы поджечь от 300 до 500 нефтяных скважин под давлением, которые впоследствии могут гореть в течение нескольких месяцев. [111] [112]
В ответ на угрозу отступающие иракцы подожгли скважины в марте 1991 года, и около 600 горящих нефтяных скважин были полностью потушены только 6 ноября 1991 года, через восемь месяцев после окончания войны [113] , и они потребляли примерно шесть миллионов баррелей нефти в день при максимальной интенсивности.
Когда в январе 1991 года началась операция «Буря в пустыне» , совпавшая с первыми несколькими возгораниями нефти, доктор С. Фред Сингер и Карл Саган обсуждали возможные экологические последствия пожаров нефтяных месторождений в Кувейте в программе ABC News Nightline . Саган снова утверждал, что некоторые последствия дыма могут быть похожи на последствия ядерной зимы, когда дым поднимается в стратосферу, начиная примерно с 48 000 футов (15 000 м) над уровнем моря в Кувейте, что приводит к глобальным последствиям. Он также утверждал, что, по его мнению, чистые последствия будут очень похожи на извержение вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 году, в результате чего 1816 год стал известен как «Год без лета ».
Саган перечислил результаты моделирования, которые прогнозируют эффекты, распространяющиеся на Южную Азию , а возможно, и на Северное полушарие. Саган подчеркнул, что этот результат был настолько вероятен, что «он должен повлиять на военные планы». [114] Сингер, с другой стороны, ожидал, что дым поднимется на высоту около 3000 футов (910 м), а затем будет вымыт дождем примерно через три-пять дней, тем самым ограничив продолжительность существования дыма. Обе оценки высоты, сделанные Сингером и Саганом, оказались неверными, хотя рассказ Сингера был ближе к тому, что произошло, при этом сравнительно минимальные атмосферные эффекты оставались ограниченными регионом Персидского залива, а дымовые шлейфы, в целом, [107] поднимались примерно на высоту 10 000 футов (3000 м), а некоторые даже до 20 000 футов (6100 м). [115] [116]
Саган и его коллеги ожидали, что «самовыброс» сажистого дыма произойдет, когда он поглотит тепловое излучение солнца, при этом практически не будет происходить никакого вытеснения, в результате чего черные частицы сажи будут нагреваться солнцем и подниматься/подниматься все выше и выше в воздух, тем самым выбрасывая сажу в стратосферу, позиция, в которой они утверждали, что потребуются годы, чтобы эффект блокировки солнца этим аэрозолем сажи выпал из воздуха, и вместе с этим, катастрофическое охлаждение на уровне земли и сельскохозяйственные последствия в Азии и, возможно, в Северном полушарии в целом. [117] В последующем исследовании 1992 года Питер В. Хоббс и другие не обнаружили никаких существенных доказательств предсказанного группой ядерной зимы огромного эффекта «самовыброса», а облака дыма от нефтяных пожаров содержали меньше сажи, чем предполагала группа моделирования ядерной зимы. [118]
Питер В. Хоббс, специалист по атмосфере, которому Национальный научный фонд поручил изучить атмосферное воздействие пожаров в Кувейте , заявил, что скромное воздействие пожаров предполагает, что «некоторые цифры [используемые для поддержки гипотезы ядерной зимы]... вероятно, были немного преувеличены». [119]
Хоббс обнаружил, что на пике пожаров дым поглощал от 75 до 80% солнечного излучения. Частицы поднимались на высоту до 20 000 футов (6 100 м), и в сочетании с очисткой облаками дым имел короткое время пребывания в атмосфере, максимум несколько дней. [120]
Таким образом, довоенные заявления о широкомасштабных, долгосрочных и значительных глобальных экологических последствиях не подтвердились и оказались значительно преувеличенными средствами массовой информации и спекулянтами [121] , а климатические модели тех, кто не поддерживал гипотезу ядерной зимы во время пожаров, предсказывали только более локализованные эффекты, такие как падение дневной температуры примерно на 10 °C в радиусе 200 км от источника. [122]
Позднее Саган признал в своей книге «Мир, полный демонов» , что его предсказания, очевидно, не оправдались: « в полдень было совсем темно, а температура над Персидским заливом упала на 4–6 °C, но стратосферных высот достигло немного, и Азия была пощажена». [123]
Идея о том, что дым от нефтяных скважин и нефтяных месторождений, выбрасываемый в стратосферу, служит основным источником сажи ядерной зимы, была центральной идеей ранних климатологических работ по этой гипотезе; они считались более вероятным источником, чем дым от городов, поскольку дым от нефти имеет более высокое соотношение черной сажи, таким образом поглощая больше солнечного света. [93] [101] Хоббс сравнил предполагаемый в работах «коэффициент эмиссии» или эффективность образования сажи от воспламененных нефтяных залежей и обнаружил, что при сравнении с измеренными значениями от нефтяных залежей в Кувейте, которые были крупнейшими производителями сажи, выбросы сажи, предполагаемые в расчетах ядерной зимы, все еще были «слишком высокими». [120] После того, как результаты кувейтских нефтяных пожаров не соответствовали основным ученым, продвигающим ядерную зиму, работы по ядерной зиме 1990-х годов в целом пытались дистанцироваться от предположений о том, что дым от нефтяных скважин и нефтяных месторождений достигнет стратосферы.
В 2007 году исследование ядерной зимы отметило, что современные компьютерные модели были применены к кувейтским нефтяным пожарам, обнаружив, что отдельные дымовые шлейфы не способны поднимать дым в стратосферу, но что дым от пожаров, охватывающих большую площадь [ количественно ] , как некоторые лесные пожары, может поднимать дым [ количественно ] в стратосферу, и последние данные свидетельствуют о том, что это происходит гораздо чаще, чем считалось ранее. [7] [22] [124] [125] Исследование также предположило, что пожары сравнительно небольших городов, которые, как ожидается, последуют за ядерным ударом, также поднимут значительные объемы дыма в стратосферу:
Stenchikov et al. [2006b] [126] провели детальное моделирование дымового шлейфа с высоким разрешением с помощью региональной климатической модели RAMS [например, Miguez-Macho, et al., 2005] [127] и показали, что отдельные шлейфы, такие как от нефтяных пожаров в Кувейте в 1991 году, не должны были бы подниматься в верхние слои атмосферы или стратосферу, потому что они становятся разбавленными. Однако гораздо более крупные шлейфы, такие как те, которые могут быть созданы городскими пожарами, производят большое, неразбавленное движение массы, которое приводит к подъему дыма. Новые результаты моделирования больших вихрей с гораздо более высоким разрешением также дают подъем, аналогичный нашим результатам, и не дают мелкомасштабной реакции, которая бы препятствовала подъему [Jensen, 2006]. [128]
Однако приведенное выше моделирование содержало в себе предположение, что сухого или влажного осаждения не произойдет. [126]
В период с 1990 по 2003 год комментаторы отметили, что не было опубликовано ни одной рецензируемой статьи по теме «ядерная зима». [109]
На основе новых работ, опубликованных в 2007 и 2008 годах некоторыми из авторов оригинальных исследований, было выдвинуто несколько новых гипотез, в первую очередь оценка того, что всего лишь 100 огненных штормов приведут к ядерной зиме. [3] [20] Однако гипотеза далека от того, чтобы быть «новой», она привела к тому же выводу, что и более ранние модели 1980-х годов, которые также считали угрозой около 100 городских огненных штормов. [129] [130]
По сравнению с изменением климата за последнее тысячелетие, даже самый незначительный смоделированный обмен погрузил бы планету в температуры, более холодные, чем Малый ледниковый период (период истории между примерно 1600 и 1850 годами нашей эры). Это произошло бы мгновенно, и сельское хозяйство оказалось бы под серьезной угрозой. Большее количество дыма вызвало бы более серьезные изменения климата, сделав сельское хозяйство невозможным на годы. В обоих случаях новые климатические модели моделирования показывают, что последствия будут длиться более десятилетия. [32]
Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research в июле 2007 года под названием «Ядерная зима пересмотрена с использованием современной климатической модели и текущих ядерных арсеналов: все еще катастрофические последствия» [19] , использовало современные климатические модели для изучения последствий глобальной ядерной войны с участием большинства или всех текущих ядерных арсеналов мира (которые авторы оценили как один из размеров мировых арсеналов двадцать лет назад). Авторы использовали модель глобальной циркуляции, ModelE из Института космических исследований имени Годдарда НАСА , которая, как они отметили, «была широко протестирована в экспериментах по глобальному потеплению и для изучения влияния вулканических извержений на климат». Модель использовалась для исследования последствий войны с участием всего текущего глобального ядерного арсенала, который, как прогнозируется, выпустит около 150 Тг дыма в атмосферу, а также войны с участием около одной трети текущего ядерного арсенала, который, как прогнозируется, выпустит около 50 Тг дыма. В случае 150 Тг они обнаружили, что:
Глобальное среднее поверхностное похолодание от −7 °C до −8 °C сохраняется в течение многих лет, и спустя десятилетие похолодание все еще составляет −4 °C (рис. 2). Учитывая, что глобальное среднее похолодание на глубине последнего ледникового периода 18 000 лет назад составило около −5 °C, это было бы беспрецедентным по скорости и амплитуде изменением климата в истории человечества. Наибольшие изменения температуры наблюдаются над сушей .... Похолодание более чем на −20 °C происходит на больших территориях Северной Америки и более чем на −30 °C на большей части Евразии, включая все сельскохозяйственные регионы.
Кроме того, они обнаружили, что это охлаждение вызвало ослабление глобального гидрологического цикла, сократив глобальные осадки примерно на 45%. Что касается случая 50 Тг, включающего одну треть нынешних ядерных арсеналов, они заявили, что моделирование «вызвало климатические реакции, очень похожие на те, что были в случае 150 Тг, но с примерно половиной амплитуды», но что «временной масштаб реакции примерно тот же». Они не обсуждали последствия для сельского хозяйства подробно, но отметили, что исследование 1986 года, которое предполагало отсутствие производства продовольствия в течение года, прогнозировало, что «большинство людей на планете к тому времени останутся без продовольствия и умрут от голода», и прокомментировали, что их собственные результаты показывают, что «этот период отсутствия производства продовольствия необходимо продлить на много лет, что сделает последствия ядерной зимы даже хуже, чем считалось ранее».
В 2014 году Майкл Дж. Миллс (из Национального центра атмосферных исследований США , NCAR) и др. опубликовали статью «Многодесятилетнее глобальное похолодание и беспрецедентная потеря озона после регионального ядерного конфликта» в журнале Earth's Future . [131] Авторы использовали вычислительные модели, разработанные NCAR, для моделирования климатических эффектов облака сажи, которые, по их мнению, могли бы стать результатом региональной ядерной войны, в которой 100 «малых» (15 кт) боеприпасов будут взорваны над городами. Модель имела следующие результаты, связанные с взаимодействием облака сажи:
...глобальные потери озона на 20–50% над населенными районами, беспрецедентные уровни в истории человечества, будут сопровождать самые низкие средние температуры поверхности за последние 1000 лет. Мы рассчитываем летние повышения индексов УФ на 30–80% над средними широтами, что предполагает широкомасштабный ущерб здоровью человека, сельскому хозяйству, а также наземным и водным экосистемам. Смертельные заморозки сократят вегетационный период на 10–40 дней в году на 5 лет. Температура поверхности будет снижаться более чем на 25 лет из-за тепловой инерции и эффектов альбедо в океане и расширенного морского льда. Совместное охлаждение и усиление УФ окажут значительное давление на мировые запасы продовольствия и могут спровоцировать глобальный ядерный голод.
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории опубликовали результаты многомасштабного исследования климатического воздействия регионального ядерного обмена, того же сценария, который рассматривали Робок и др. и Тун и др. в 2007 году. В отличие от предыдущих исследований, это исследование моделировало процессы, при которых черный углерод будет подниматься в атмосферу, и обнаружило, что очень мало будет поднято в стратосферу, и, как следствие, долгосрочные климатические воздействия были намного ниже, чем предполагали эти исследования. В частности, «ни одно из моделирования не дало эффекта ядерной зимы», и «вероятность значительного глобального похолодания из сценария ограниченного обмена, как предполагалось в предыдущих исследованиях, крайне маловероятна». [132] Это исследование противоречит результатам нескольких последующих исследований, утверждающих, что исследование 2018 года было некорректным. [133] [134] [135] [136]
Исследование, опубликованное в рецензируемом журнале Safety, показало, что ни одна страна не должна иметь более 100 ядерных боеголовок из-за обратного эффекта для населения страны-агрессора из-за «ядерной осени». [137] [138]
В 2019 году были опубликованы два исследования по ядерной зиме, которые основаны на предыдущем моделировании и описывают новые сценарии ядерной зимы при меньших обменах ядерным оружием, чем те, которые моделировались ранее.
Как и в исследовании Робока и др. 2007 года [19] , исследование Купе и др. 2019 года моделирует сценарий, в котором 150 Тг черного углерода выбрасывается в атмосферу после обмена ядерным оружием между Соединенными Штатами и Россией, когда обе страны используют все договоры по ядерному оружию, которые им разрешают. [139] Это количество черного углерода намного превышает то, что было выброшено в атмосферу всеми извержениями вулканов за последние 1200 лет, но меньше, чем удар астероида, который вызвал массовое вымирание 66 миллионов лет назад. [139] Купе и др. использовали « модель климата всего атмосферного сообщества версии 4» (WACCM4), которая имеет более высокое разрешение и более эффективна при моделировании аэрозолей и стратосферной химии, чем моделирование ModelE, используемое Робоком и др . [139]
Модель WACCM4 моделирует, что молекулы черного углерода увеличиваются в десять раз по сравнению с нормальным размером, когда они достигают стратосферы. ModelE не учитывала этот эффект. Эта разница в размере частиц черного углерода приводит к большей оптической глубине в модели WACCM4 по всему миру в течение первых двух лет после первоначального впрыскивания из-за большего поглощения солнечного света в стратосфере. [139] Это приведет к повышению температуры стратосферы на 100 К и приведет к истощению озонового слоя, которое будет немного больше, чем предсказывала ModelE. [139] Другим следствием большего размера частиц является ускорение скорости, с которой молекулы черного углерода выпадают из атмосферы; через десять лет после впрыскивания черного углерода в атмосферу, WACCM4 предсказывает, что останется 2 Тг, в то время как ModelE предсказывала 19 Тг. [139]
Модели 2019 года и 2007 года предсказывают значительное снижение температуры по всему миру, однако повышенное разрешение и моделирование частиц в 2019 году предсказывают большую аномалию температуры в первые шесть лет после инъекции, но более быстрое возвращение к нормальным температурам. В период между несколькими месяцами после инъекции и шестым годом аномалии WACCM4 предсказывает более низкие глобальные температуры, чем ModelE, с температурами более чем на 20 К ниже нормы, что приводит к заморозкам в летние месяцы на большей части северного полушария, что приводит к 90% сокращению сельскохозяйственных вегетационных периодов в средних широтах, включая средний запад Соединенных Штатов. [139] Моделирование WACCM4 также предсказывает 58% сокращение глобальных годовых осадков от нормальных уровней в третий и четвертый годы после инъекции, что на 10% больше, чем прогнозировалось в ModelE. [139]
Toon et al. смоделировали ядерный сценарий в 2025 году, где Индия и Пакистан участвуют в ядерном обмене, в котором 100 городских районов в Пакистане и 150 городских районов в Индии подвергаются атаке с применением ядерного оружия мощностью от 15 кт до 100 кт, и изучили воздействие черного углерода, выбрасываемого в атмосферу при взрыве только в воздухе . [5] Исследователи смоделировали атмосферные эффекты, если бы все оружие было мощностью 15 кт, 50 кт и 100 кт, предоставив диапазон, в который, вероятно, попал бы ядерный обмен, учитывая недавние ядерные испытания, проведенные обеими странами. Предоставленные диапазоны велики, поскольку ни Индия, ни Пакистан не обязаны предоставлять информацию о своих ядерных арсеналах, поэтому их масштабы остаются в значительной степени неизвестными. [5]
Toon et al. предполагают, что после каждого взрыва оружия произойдет либо огненный шторм , либо пожар , и количество черного углерода, выброшенного в атмосферу в результате двух этих взрывов, будет эквивалентным и значительным; [5] в Хиросиме в 1945 году, как прогнозируется, огненный шторм выделил в 1000 раз больше энергии, чем было выделено во время ядерного взрыва. [6] Такая большая площадь, которая будет сожжена, выделит в атмосферу большое количество черного углерода. Количество выброшенного углерода варьируется от 16,1 Тг, если все оружие было мощностью 15 кт или меньше, до 36,6 Тг для всего оружия мощностью 100 кт. [5] Для оружия мощностью 15 кт и 100 кт исследователи смоделировали глобальное сокращение осадков на 15–30%, снижение температуры на 4–8 К и понижение температуры океана на 1–3 К. [5] Если бы все использованное оружие было 50 кт или более, циркуляция ячеек Хэдли была бы нарушена и привела бы к 50% снижению осадков на американском Среднем Западе. Чистая первичная продуктивность (ЧПП) для океанов снижается с 10% до 20% для сценариев 15 кт и 100 кт соответственно, в то время как ЧПП суши снижается между 15% и 30%; особенно пострадали сельскохозяйственные регионы средних широт в Соединенных Штатах и Европе, испытывающие 25-50% снижение ЧПП. [5] Как предсказывает другая литература, как только черный углерод будет удален из атмосферы через десять лет, температуры и ЧПП вернутся к норме. [5]
Coupe et al. сообщают о моделировании эффекта Эль-Ниньо , длящегося несколько лет после шести ядерных сценариев в диапазоне от 5 до 150 Тг сажи в рамках модели CESM-WACCM4. Они называют это изменение «ядерным Ниньо» и описывают различные изменения в океанских течениях. [140]
Согласно рецензируемому исследованию, опубликованному в журнале Nature Food в августе 2022 года, [15] полномасштабная ядерная война между Соединенными Штатами и Россией , которые вместе владеют более чем 90% мирового ядерного оружия, убьет 360 миллионов человек напрямую и более 5 миллиардов косвенно от голода во время ядерной зимы. [144] [145]
Другая статья, опубликованная в том же году, была написана ученым-землеведом из Университета Тохоку Кунио Кайхо, который сравнил влияние сценариев ядерной зимы на морскую и наземную жизнь животных с историческими событиями вымирания . Кайхо подсчитал, что небольшая ядерная война (которую он определил как ядерный обмен между Индией и Пакистаном или событие эквивалентной величины) сама по себе вызовет вымирание 10–20% видов, в то время как крупная ядерная война (определяемая как ядерный обмен между Соединенными Штатами и Россией ) вызовет вымирание 40–50% видов животных, что сопоставимо с некоторыми из событий массового вымирания «Большой пятерки». Для сравнения, то, что он считал наиболее вероятным сценарием антропогенного изменения климата , с потеплением на 3 °C (5,4 °F) к 2100 году и на 3,8 °C (6,8 °F) к 2500 году, приведет к вымиранию около 12–14% видов животных по той же методологии. [146]
С 2023 года Национальная академия наук, инженерии и медицины США проводит Независимое исследование потенциальных экологических последствий ядерной войны. Целью является оценка всех исследований ядерной зимы, а окончательный отчет будет опубликован в 2024 году. [147]
Пять основных и в значительной степени независимых основ, по которым концепция ядерной зимы подвергалась и продолжает подвергаться критике, рассматриваются как: [132] [148]
В то время как высоко популяризированные первоначальные прогнозы одномерной модели TTAPS 1983 года широко освещались и критиковались в СМИ, отчасти потому, что каждая последующая модель предсказывает гораздо меньший «апокалиптический» уровень охлаждения, [149] большинство моделей продолжают предполагать, что некоторое пагубное глобальное похолодание все равно произойдет, при условии, что большое количество пожаров произойдет весной или летом. [109] [150] Менее примитивная трехмерная модель Старли Л. Томпсона середины 1980-х годов , которая, в частности, содержала те же самые общие предположения, привела его к созданию термина «ядерная осень», чтобы более точно описать климатические результаты сажи в этой модели, в интервью перед камерой, в котором он отвергает более ранние «апокалиптические» модели. [151]
Основная критика предположений, которые продолжают делать эти результаты модели возможными, появилась в книге 1987 года « Навыки выживания в ядерной войне» ( NWSS ), руководстве по гражданской обороне Крессона Кирни для Национальной лаборатории Оук-Ридж . [152] Согласно публикации 1988 года «Оценка глобальных атмосферных эффектов крупной ядерной войны» , критика Кирни была направлена на чрезмерное количество сажи, которое, по предположениям разработчиков моделей, достигнет стратосферы. Кирни сослался на советское исследование, согласно которому современные города не будут гореть как огненные бури, поскольку большинство легковоспламеняющихся городских предметов будут погребены под негорючими обломками, и что исследование TTAPS включало в себя значительную переоценку размера и масштаба негородских лесных пожаров, которые возникнут в результате ядерной войны. [12] Авторы TTAPS ответили, что, помимо прочего, они не верили, что планировщики намеренно разрушат города, превратив их в руины, а вместо этого утверждали, что пожары начнутся в относительно неповрежденных пригородах, когда пострадают близлежащие объекты, и частично согласились с его точкой зрения относительно негородских лесных пожаров. [12] Доктор Ричард Д. Смолл, директор по термическим наукам в Pacific-Sierra Research Corporation, также решительно не согласился с предположениями модели, в частности с обновлением TTAPS 1990 года, в котором утверждается, что в общей ядерной войне между США и СССР сгорит около 5075 Тг материала, поскольку проведенный Смоллом анализ чертежей и реальных зданий показал максимум 1475 Тг материала, который можно было бы сжечь, «предполагая, что все доступные горючие материалы были фактически воспламенены». [148]
Хотя Кирни придерживался мнения, что будущие более точные модели «укажут, что будут еще меньшие снижения температуры», включая будущие потенциальные модели, которые не так легко принимают, что огненные бури будут происходить так же надежно, как предполагают разработчики моделей ядерной зимы, в NWSS Кирни суммировал сравнительно умеренную оценку охлаждения не более чем на несколько дней [152] из модели «Переоценка ядерной зимы» 1986 года Старли Томпсона и Стивена Шнайдера . [153] Это было сделано в попытке донести до своих читателей, что вопреки распространенному в то время мнению, по заключению этих двух климатологов, «на научных основаниях глобальные апокалиптические выводы первоначальной гипотезы ядерной зимы теперь можно свести к исчезающе низкому уровню вероятности». [152]
Однако в статье Брайана Мартина 1988 года в журнале Science and Public Policy [150] говорится, что, хотя в Nuclear Winter Reappraised сделан вывод о том, что американо-советская «ядерная зима» будет гораздо менее суровой, чем изначально предполагалось, а авторы описывают последствия скорее как «ядерную осень», другие заявления Томпсона и Шнайдера [154] [155] показывают, что они «сопротивлялись интерпретации, что это означает отказ от основных положений, высказанных относительно ядерной зимы». В статье Алана Робока и др. 2007 года они пишут, что «из-за использования термина «ядерная осень» Томпсоном и Шнайдером [1986], хотя авторы ясно дали понять, что климатические последствия будут значительными, в политических кругах теория ядерной зимы считается некоторыми преувеличенной и опровергнутой [например, Мартин, 1988]». [19] В 2007 году Шнайдер выразил свою предварительную поддержку охлаждающим результатам ограниченной ядерной войны (Пакистан и Индия), проанализированным в модели 2006 года, заявив: «Солнце гораздо сильнее в тропиках, чем в средних широтах. Поэтому гораздо более ограниченная война [там] может иметь гораздо больший эффект, потому что вы помещаете дым в наихудшее возможное место», и «все, что вы можете сделать, чтобы отговорить людей от мысли, что есть какой-либо способ выиграть что-либо с помощью ядерного обмена, является хорошей идеей». [156]
Вклад дыма от возгорания живой непустынной растительности, живых лесов, трав и т. д., вблизи многих ракетных шахт, является источником дыма, который изначально предполагался очень большим в первоначальной статье «Сумерки в полдень», а также был обнаружен в популярной публикации TTAPS. Однако это предположение было изучено Бушем и Смоллом в 1987 году, и они обнаружили, что сжигание живой растительности может лишь внести очень незначительный вклад в предполагаемое общее «негородское производство дыма». [12] Поскольку потенциал растительности поддерживать горение вероятен только в том случае, если она находится в радиусе одного -двух от поверхности ядерного огненного шара, что находится на расстоянии, на котором также будут наблюдаться экстремальные порывистые ветры , которые повлияют на любые такие пожары. [157] Это снижение оценки опасности дыма за пределами города подтверждается более ранней предварительной публикацией «Оценка ядерных лесных пожаров» 1984 года [12] и полевыми исследованиями 1950–1960-х годов выжженных, изуродованных , но не сгоревших тропических лесов на близлежащих островах из точек взрывов в ходе серий испытаний «Операция Замок» [158] и «Операция Красный Вингинг» [159] [160] .
В докладе Министерства внутренней безопасности США , завершенном в 2010 году, говорится, что после ядерного взрыва, нацеленного на город, «если пожары способны разрастаться и объединяться, может развиться огненный шторм, который будет вне возможностей пожарных контролировать. Однако эксперты предполагают, что природа современного проектирования и строительства городов в США может сделать бушующий огненный шторм маловероятным». [167] Например, ядерная бомбардировка Нагасаки не вызвала огненный шторм. [168] Это также было отмечено еще в 1986–1988 годах, когда предполагаемое количество топлива «массовая загрузка» (количество топлива на квадратный метр) в городах, лежащих в основе зимних моделей, было обнаружено слишком высоким и намеренно создает тепловые потоки , которые поднимают дым в нижнюю стратосферу, однако оценки, «более характерные для условий», которые можно найти в реальных современных городах, показали, что загрузка топлива, а следовательно, и тепловой поток, который возникнет в результате эффективного сжигания, редко будут поднимать дым намного выше 4 км. [12]
Рассел Зейтц, сотрудник Центра международных отношений Гарвардского университета, утверждает, что предположения зимних моделей дают результаты, которых хотят достичь исследователи, и являются случаем «анализа наихудшего случая, вышедшего из-под контроля». [150] В сентябре 1986 года Зейтц опубликовал статью «Сибирский пожар как руководство по «ядерной зиме»» в журнале Nature , в которой он исследовал сибирский пожар 1915 года, который начался в начале летних месяцев и был вызван сильнейшей засухой в истории региона. В конечном итоге пожар опустошил регион, сжег крупнейший в мире бореальный лес размером с Германию. Хотя в течение недель пожара под дымовыми облаками наблюдалось примерно 8˚C дневного летнего похолодания, не произошло увеличения потенциально разрушительных ночных заморозков в сельском хозяйстве. [169] После своего расследования сибирского пожара 1915 года Зейтц раскритиковал результаты модели «ядерной зимы» за то, что они основаны на последовательных событиях наихудшего случая:
Невероятность серии из 40 таких подбрасываний монеты, выпадающих орлом, приближается к вероятности роял-флеша . Тем не менее, это было представлено как «сложная одномерная модель» — использование, которое является оксюмороном, если только не применяется к [британской модели Лесли Лоусон] Твигги . [149]
Зейтц процитировал Карла Сагана, добавив акцент: « Почти в любом реалистичном случае, включающем ядерные обмены между сверхдержавами, глобальные изменения окружающей среды, достаточные для того, чтобы вызвать событие вымирания, равное или более серьезное, чем то, что произошло в конце мелового периода , когда вымерли динозавры и многие другие виды, вероятны». Зейтц комментирует: «Зловещая риторика, выделенная курсивом в этом отрывке, ставит даже сценарий в 100 мегатонн [первоначальный огненный шторм в 100 городов] ... в один ряд со взрывом астероида в 100 миллионов мегатонн, ударяющегося о Землю. Это [является] астрономической мега-ажиотажем ...» [149] Зейтц заключает:
По мере того, как наука прогрессировала и более аутентичная сложность достигалась в новых и более элегантных моделях, постулируемые эффекты пошли под откос. К 1986 году эти наихудшие эффекты растаяли от года арктической темноты до более теплых температур, чем прохладные месяцы в Палм-Бич ! Возникла новая парадигма разорванных облаков и прохладных пятен. Некогда глобальный сильный мороз отступил обратно в северную тундру . Сложная гипотеза г-на Сагана пала жертвой менее известного Второго закона Мерфи : Если все ДОЛЖНО пойти не так, не делайте ставку на это. [149]
Оппозиция Зейтца заставила сторонников ядерной зимы выступить с ответами в СМИ. Сторонники считали, что просто необходимо показать только возможность климатической катастрофы, часто наихудшего сценария, в то время как противники настаивали на том, что для того, чтобы воспринимать ее всерьез, ядерная зима должна быть показана как вероятная при «разумных» сценариях. [170] Одна из этих областей разногласий, как разъясняет Линн Р. Анспо, касается вопроса о том, какой сезон следует использовать в качестве фона для моделей войны США и СССР. Большинство моделей выбирают лето в Северном полушарии в качестве начальной точки для создания максимального подъема сажи и, следовательно, возможного зимнего эффекта. Однако было отмечено, что если бы такое же количество огненных бурь произошло в осенние или зимние месяцы, когда гораздо меньше интенсивного солнечного света для подъема сажи в стабильную область стратосферы, величина охлаждающего эффекта была бы незначительной, согласно январской модели, запущенной Кови и др. [171] Шнайдер признал существование этой проблемы в 1990 году, заявив, что «война поздней осенью или зимой не будет иметь заметного [охлаждающего] эффекта». [148]
Анспо также выразил разочарование тем, что, хотя управляемый лесной пожар в Канаде 3 августа 1985 года, как говорят, был зажжен сторонниками ядерной зимы, и пожар потенциально служил возможностью провести некоторые основные измерения оптических свойств дыма и соотношения дыма к топливу, которые помогли бы уточнить оценки этих критических модельных входных данных, сторонники не указали, что какие-либо такие измерения были сделаны. [171] Питер В. Хоббс , который позже успешно получил финансирование для полета и взятия образцов дымовых облаков от кувейтских нефтяных пожаров в 1991 году, также выразил разочарование тем, что ему было отказано в финансировании для взятия образцов канадских и других лесных пожаров таким образом. [12] Турко написал 10-страничный меморандум с информацией, полученной из его заметок и некоторых спутниковых снимков, утверждая, что дымовой шлейф достигал 6 км в высоту. [12]
В 1986 году ученый-атмосферник Джойс Пеннер из Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе опубликовала статью в журнале Nature , в которой она сосредоточилась на конкретных переменных оптических свойствах дыма и количестве дыма, остающегося в воздухе после городских пожаров. Она обнаружила, что опубликованные оценки этих переменных различаются настолько широко, что в зависимости от того, какие оценки были выбраны, климатический эффект может быть незначительным, незначительным или огромным. [172] Предполагаемые оптические свойства черного углерода в более поздних работах по ядерной зиме в 2006 году по-прежнему «основаны на тех, которые предполагались в более ранних моделированиях ядерной зимы». [19]
Джон Мэддокс , редактор журнала Nature , во время своего пребывания в должности опубликовал ряд скептических комментариев относительно исследований ядерной зимы. [173] [174] Аналогично С. Фред Сингер долгое время открыто критиковал эту гипотезу в журнале и в телевизионных дебатах с Карлом Саганом. [175] [176] [12]
В 2011 году в ответ на более современные статьи по этой гипотезе Рассел Сейтц опубликовал комментарий в Nature, в котором оспаривает утверждение Алана Робока о том, что не было никаких реальных научных дебатов о концепции «ядерной зимы». [177] В 1986 году Сейтц также утверждает, что многие другие неохотно высказываются из-за страха быть заклейменными как «скрытый доктор Стрейнджлавс »; физик Фримен Дайсон из Принстона, например, заявил: «Это абсолютно отвратительная часть науки, но я совершенно отчаялся прояснить ситуацию для общественности». [149] Согласно Rocky Mountain News, некоторые сторонники разоружения назвали Стивена Шнайдера фашистом за то, что он написал свою статью 1986 года «Переоценка ядерной зимы». [152] Метеоролог Массачусетского технологического института Керри Эмануэль также написал в обзоре в Nature , что концепция зимы «печально известна отсутствием научной честности» из-за нереалистичных оценок, выбранных для количества топлива, которое может сгореть, и неточных моделей глобальной циркуляции, которые использовались. Эмануэль заканчивает тем, что утверждает, что доказательства других моделей указывают на существенное вымывание дыма дождем. [178] Эмануэль также высказал «интересное замечание» о сомнении объективности сторонников, когда дело доходит до сильных эмоциональных или политических взглядов, которых они придерживаются. [12]
Уильям Р. Коттон , профессор атмосферных наук в Университете штата Колорадо, специалист по моделированию физики облаков и один из создателей весьма влиятельной [179] [180] и ранее упомянутой модели атмосферы RAMS , в 1980-х годах работал над моделями выпадения сажи [12] и поддерживал прогнозы, сделанные его собственными и другими моделями ядерной зимы. [181] Однако с тех пор он изменил эту позицию, согласно книге, соавтором которой он был в 2007 году, заявив, что, среди других систематически исследованных предположений, произойдет гораздо больше выпадения сажи/влажного осаждения, чем предполагается в современных работах по этой теме: «Мы должны дождаться внедрения нового поколения GCM , чтобы количественно изучить потенциальные последствия». Он также показывает, что, по его мнению, «ядерная зима была в значительной степени политически мотивирована с самого начала». [2] [34]
Во время Карибского кризиса Фидель Кастро и Че Гевара призвали СССР нанести первый ядерный удар по США в случае вторжения США на Кубу. В 1980-х годах Кастро оказывал давление на Кремль, чтобы тот занял более жесткую позицию в отношении США при президенте Рональде Рейгане , даже выступая за потенциальное применение ядерного оружия. Прямым результатом этого стало то, что в 1985 году на Кубу был направлен советский чиновник с группой «экспертов», которые подробно описали экологические последствия для Кубы в случае ядерных ударов по Соединенным Штатам. Вскоре после этого, как рассказывает советский чиновник, Кастро избавился от своей прежней «ядерной лихорадки». [182] [183] В 2010 году Алан Робок был вызван на Кубу, чтобы помочь Кастро продвигать его новую точку зрения о том, что ядерная война приведет к Армагеддону. 90-минутная лекция Робока позже была показана на общенациональном государственном телеканале страны. [184] [185]
Однако, по словам Робока, в плане привлечения внимания правительства США и влияния на ядерную политику он потерпел неудачу. В 2009 году вместе с Оуэном Туном он выступил с речью в Конгрессе США , но из нее ничего не вышло, а тогдашний советник президента по науке Джон Холдрен не ответил на их запросы в 2009 году или на момент написания статьи в 2011 году. [185]
В статье в «Бюллетене ученых-атомщиков» за 2012 год Робок и Тун, которые обычно смешивали свою пропаганду разоружения с выводами своих статей о «ядерной зиме», [19] утверждают в политической сфере, что гипотетические последствия ядерной зимы требуют замены доктрины, которая, по их мнению, действует в России и США, « взаимно гарантированного уничтожения » (ВГУ), их собственной концепцией «самогарантированного уничтожения» (СГУ) [32] , поскольку, независимо от того, чьи города сгорят, последствия ядерной зимы, которую они пропагандируют, будут, по их мнению, катастрофическими. В том же духе в 1989 году Карл Саган и Ричард Турко написали статью о политических последствиях, опубликованную в Ambio , в которой предполагалось, что, поскольку ядерная зима является «устоявшейся перспективой», обе сверхдержавы должны совместно сократить свои ядерные арсеналы до уровня « канонических сил сдерживания » в 100–300 отдельных боеголовок каждая, чтобы «в случае ядерной войны [это] минимизировало вероятность [экстремальной] ядерной зимы». [189]
Первоначально засекреченная межведомственная разведывательная оценка США 1984 года гласит, что как в предшествующие 1970-е, так и в 1980-е годы советские и американские военные уже следовали « существующим тенденциям » в миниатюризации боеголовок , более высокой точности и меньшей мощности ядерных боеголовок. [190] Это видно при оценке наиболее многочисленных физических пакетов в арсенале США, которыми в 1960-х годах были B28 и W31 , однако оба они быстро стали менее заметными с массовым производством в 1970-х годах 50-килотонн W68 , 100-килотонн W76 и в 1980-х годах с B61 . [191] Эта тенденция к миниатюризации, ставшая возможной благодаря достижениям в области инерциального наведения и точной навигации GPS и т. д., была мотивирована множеством факторов, а именно желанием использовать физику эквивалентного мегатоннажа, которую предлагала миниатюризация; освобождения места для размещения большего количества боеголовок РГЧ и ложных целей на каждой ракете. Наряду с желанием по-прежнему уничтожать защищенные цели , но при этом снижать серьезность сопутствующего ущерба от радиоактивных осадков , выпадающих на соседние и потенциально дружественные страны. Что касается вероятности ядерной зимы, диапазон потенциального теплового излучения, вызванного пожарами, уже был сокращен с миниатюризацией. Например, в самой популярной статье о ядерной зиме, статье TTAPS 1983 года, описывалась контрсиловая атака мощностью 3000 Мт на объекты МБР , при этом каждая отдельная боеголовка имела приблизительно одну Мт энергии; однако вскоре после публикации Майкл Альтфельд из Мичиганского государственного университета и политолог Стивен Чимбала из Пенсильванского государственного университета утверждали, что уже разработанные и развернутые тогда меньшие, более точные боеголовки (например, W76) вместе с более низкими высотами детонации могли бы произвести тот же контрсиловой удар с общим расходом всего 3 Мт энергии. Они продолжают, что если модели ядерной зимы окажутся репрезентативными для реальности, то произойдет гораздо меньшее похолодание климата, даже если в списке целей будут области, подверженные огненным штормам , поскольку более низкие высоты взрыва, такие как поверхностные взрывы, также ограничат диапазон горящих тепловых лучей из-за маскировки рельефа и теней, отбрасываемых зданиями, [192] а также временно поднимут гораздо больше локализованных осадков по сравнению с воздушными взрывами.взрывание – стандартный способ применения против незащищенных целей.
Эта логика аналогичным образом отражена в первоначально засекреченной оценке Межведомственной разведки 1984 года , которая предполагает, что планировщикам нацеливания просто придется учитывать горючесть цели вместе с мощностью, высотой взрыва, временем и другими факторами, чтобы уменьшить количество дыма и защититься от потенциальной ядерной зимы. [190] Таким образом, в результате попытки ограничить опасность возгорания цели путем уменьшения диапазона теплового излучения с помощью взрывателя для поверхностных и подповерхностных взрывов , это приведет к сценарию, в котором гораздо более концентрированные и, следовательно, более смертоносные локальные осадки, которые образуются после поверхностного взрыва, в отличие от сравнительно разбавленных глобальных осадков, образующихся при взрывании ядерного оружия в режиме воздушного взрыва. [192] [199]
Альтфельд и Чимбала также утверждали, что вера в возможность ядерной зимы фактически сделает ядерную войну более вероятной, вопреки взглядам Сагана и других, потому что это послужит еще одной мотивацией следовать существующим тенденциям , в направлении разработки более точного и даже менее мощного ядерного оружия. [197] Поскольку зимняя гипотеза предполагает, что замена тогдашнего стратегического ядерного оружия в диапазоне мощности в несколько мегатонн на оружие с мощностью взрыва, близкой к тактическому ядерному оружию , такое как Robust Nuclear Earth Penetrator (RNEP), защитит от потенциала ядерной зимы. С последними возможностями тогдашнего, в значительной степени все еще концептуального RNEP, специально упомянутыми влиятельным аналитиком ядерной войны Альбертом Вольштеттером . [200] Тактическое ядерное оружие, находящееся на нижнем конце шкалы, имеет мощность, которая перекрывается с большим обычным оружием и поэтому часто рассматривается «как стирающее различие между обычным и ядерным оружием», что делает перспективу его использования «более легкой» в конфликте. [201] [202]
В интервью в 2000 году Михаил Горбачев (лидер Советского Союза с 1985 по 1991 год) сделал следующее заявление: «В 1980-х годах вы предупреждали о беспрецедентной опасности ядерного оружия и предприняли очень смелые шаги, чтобы обратить вспять гонку вооружений», на что Горбачев ответил: «Модели, созданные российскими и американскими учеными, показали, что ядерная война приведет к ядерной зиме, которая будет крайне разрушительной для всей жизни на Земле; знание этого было для нас, людей чести и морали, большим стимулом действовать в этой ситуации». [203]
Однако Межведомственная разведывательная оценка США 1984 года выражает гораздо более скептический и осторожный подход, заявляя, что гипотеза не является научно убедительной. В докладе предсказывалось, что советская ядерная политика будет заключаться в сохранении своей стратегической ядерной позиции, такой как размещение ракеты SS-18 с высоким забрасываемым весом , и они просто попытаются использовать гипотезу в пропагандистских целях, таких как привлечение внимания к части США в гонке ядерных вооружений . Более того, в нем выражается убеждение, что если бы советские чиновники начали серьезно относиться к ядерной зиме, это, вероятно, заставило бы их потребовать исключительно высоких стандартов научных доказательств для гипотезы, поскольку ее последствия подорвали бы их военную доктрину — уровень научных доказательств, который, возможно, не мог бы быть достигнут без полевых экспериментов. [204] Неотредактированная часть документа заканчивается предположением о том, что существенное увеличение запасов продовольствия для советской гражданской обороны может быть ранним признаком того, что ядерная зима начала влиять на мышление советских высших эшелонов. [190]
В 1985 году журнал Time отметил «подозрения некоторых западных ученых, что гипотеза ядерной зимы была выдвинута Москвой, чтобы дать антиядерным группам в США и Европе новые боеприпасы против наращивания вооружений Америкой». [205] В 1985 году Сенат США собрался, чтобы обсудить науку и политику ядерной зимы. Во время слушаний в Конгрессе влиятельный аналитик Леон Гуре представил доказательства того, что, возможно, Советы просто повторили западные отчеты, а не сделали уникальные выводы. Гуре выдвинул гипотезу, что советские исследования и обсуждения ядерной войны могут служить только советским политическим планам, а не отражать реальные мнения советского руководства. [206]
В 1986 году в документе Агентства по ядерной обороне «Обновление советских исследований и эксплуатации ядерной зимы 1984–1986 гг. » был обозначен минимальный [общественный] исследовательский вклад в изучение и использование советской пропагандой феномена ядерной зимы. [207]
Существуют некоторые сомнения относительно того, когда Советский Союз начал моделировать пожары и атмосферные последствия ядерной войны. Бывший советский разведчик Сергей Третьяков утверждал, что по указанию Юрия Андропова КГБ изобрел концепцию «ядерной зимы», чтобы остановить развертывание ракет НАТО Pershing II . Говорят, что они распространяли среди групп сторонников мира, экологического движения и журнала Ambio дезинформацию, основанную на фальшивом «докладе о конце света» Академии наук СССР Георгия Голицына, Никиты Моисеева и Владимира Александрова относительно климатических последствий ядерной войны. [208] Хотя и принято считать, что Советский Союз использовал гипотезу ядерной зимы в пропагандистских целях, [207] неотъемлемое утверждение Третьякова о том, что КГБ направлял дезинформацию в Ambio , журнал, в котором Пол Крутцен и Джон Биркс опубликовали статью 1982 года «Сумерки в полдень», не было подтверждено по состоянию на 2009 год . [100] В интервью, проведенном в 2009 году Архивом национальной безопасности , Виталий Николаевич Цыгичко (старший аналитик Академии наук СССР и военный математической моделист) заявил, что советские военные аналитики обсуждали идею «ядерной зимы» задолго до американских ученых, хотя они и не использовали этот точный термин. [209][update]
Было предложено несколько решений для смягчения потенциального вреда от ядерной зимы, если она окажется неизбежной. Проблему атаковали с двух сторон; некоторые решения направлены на предотвращение роста пожаров и, следовательно, на ограничение количества дыма, которое достигает стратосферы в первую очередь, а другие сосредоточены на производстве продовольствия при уменьшении солнечного света, с предположением, что самые худшие результаты анализа моделей ядерной зимы окажутся точными, и никаких других стратегий смягчения не будет.
В отчете от 1967 года методы включали различные методы применения жидкого азота, сухого льда и воды для тушения пожаров, вызванных ядерной энергией. [210] В отчете рассматривалась попытка остановить распространение пожаров путем создания противопожарных полос путем взрыва горючего материала из области, возможно, даже с использованием ядерного оружия, наряду с использованием превентивных ожогов для снижения опасности . Согласно отчету, одним из наиболее многообещающих исследованных методов было инициирование дождя путем засева массовых пожарных грозовых облаков и других облаков, проходящих над развивающимся, а затем стабильным огненным штормом.
В книге « Накормить всех, несмотря ни на что » в прогнозах наихудшего сценария ядерной зимы авторы представляют различные нетрадиционные возможности питания. К ним относятся бактерии, переваривающие природный газ, наиболее известная из которых Methylococcus capsulatus , которая в настоящее время используется в качестве корма в рыбоводстве ; [211] хлеб из коры , давняя еда для голодающих, использующая съедобную внутреннюю кору деревьев, и часть скандинавской истории во время Малого ледникового периода ; возросшее выращивание грибов или грибов, таких как опёнок , которые растут прямо на влажной древесине без солнечного света; [212] и вариации производства древесного или целлюлозного биотоплива , которое обычно уже создает съедобные сахара / ксилит из несъедобной целлюлозы в качестве промежуточного продукта перед заключительным этапом получения спирта. [213] [214] Один из авторов книги, инженер-механик Дэвид Денкенбергер, утверждает, что грибы теоретически могли бы кормить всех в течение трех лет. Водоросли, как и грибы, также могут расти в условиях слабого освещения. Одуванчики и иглы деревьев могут обеспечить витамин C, а бактерии могут обеспечить витамин E. Более традиционные культуры, предназначенные для холодной погоды, такие как картофель, могут получать достаточно солнечного света на экваторе, чтобы оставаться жизнеспособными. [215]
Чтобы прокормить части цивилизации во время ядерной зимы, необходимо будет создать большие запасы продовольствия до наступления события. Такие запасы следует разместить под землей, на возвышенностях и вблизи экватора, чтобы смягчить воздействие ультрафиолетового излучения и радиоактивных изотопов на больших высотах. Запасы также следует разместить вблизи населения, которое с наибольшей вероятностью переживет первоначальную катастрофу. Одним из соображений является то, кто будет спонсировать создание запасов. «Может возникнуть несоответствие между теми, кто наиболее способен спонсировать создание запасов (т. е. богатыми до катастрофы), и теми, кто наиболее способен использовать запасы (бедными сельскими жителями до катастрофы)». [216] Минимальный годовой объем мирового хранения пшеницы составляет приблизительно 2 месяца. [217]
Несмотря на название «ядерная зима», ядерные события не являются необходимыми для создания смоделированного климатического эффекта. [17] [31] В попытке найти быстрое и дешевое решение для прогноза глобального потепления, по крайней мере, на 2 ˚C поверхностного потепления в результате удвоения уровней CO 2 в атмосфере, посредством управления солнечной радиацией (форма климатической инженерии) основной эффект ядерной зимы рассматривался как, возможно, имеющий потенциал. Помимо более распространенного предложения о впрыскивании соединений серы в стратосферу для приближения эффектов вулканической зимы, инъекция других химических веществ, таких как выброс определенного типа частиц сажи, для создания незначительных условий «ядерной зимы», была предложена Полом Крутценом и другими. [218] [219] Согласно пороговым компьютерным моделям «ядерной зимы», [3] [14] если от одного до пяти тераграммов сажи, образующейся в результате огненного шторма [30], впрыскивается в нижнюю стратосферу, то, как моделируется, через антипарниковый эффект, стратосфера нагревается, а нижняя тропосфера охлаждается и происходит охлаждение на 1,25 °C в течение двух-трех лет; а через 10 лет средние глобальные температуры все еще будут на 0,5 °C ниже, чем до впрыска сажи. [14]
Похожие климатические эффекты «ядерной зимы» следовали за историческими извержениями супервулканов , которые выбрасывали сульфатные аэрозоли высоко в стратосферу, и это известно как вулканическая зима . [223] Эффекты дыма в атмосфере (коротковолновое поглощение) иногда называют «антипарниковым» эффектом, и сильным аналогом является дымчатая атмосфера Титана . Поллак, Тун и другие участвовали в разработке моделей климата Титана в конце 1980-х годов, в то же время, когда они проводили свои ранние исследования ядерной зимы. [224]
Аналогичным образом, считается, что удары комет и астероидов уровня вымирания породили ударные зимы из-за распыления огромного количества мелкой каменной пыли. Эта измельченная порода может также вызывать эффекты «вулканической зимы», если сульфатсодержащая порода ударяется при ударе и поднимается высоко в воздух, [225] и эффекты «ядерной зимы», когда тепло от более тяжелых выброшенных пород зажигает региональные и, возможно, даже глобальные лесные пожары. [226] [227]
Эта глобальная гипотеза «огненных бурь ударного действия», первоначально поддержанная Венди Вольбах, Х. Джеем Мелошем и Оуэном Туном, предполагает, что в результате массированных ударных событий небольшие фрагменты выброса размером с песчинку могут метеоритно вернуться в атмосферу, образуя горячий покров глобального мусора высоко в воздухе, потенциально раскаляя все небо на несколько минут или часов, и вместе с этим сжигая весь глобальный запас надземного углеродистого материала, включая дождевые леса . [228] [229] Эта гипотеза предлагается в качестве средства для объяснения серьезности события вымирания мелового-палеогенового периода, поскольку столкновение с Землей астероида шириной около 10 км , которое ускорило вымирание, не считается достаточно энергичным, чтобы вызвать уровень вымирания только из-за первоначального высвобождения энергии удара.
Однако в последние годы (2003–2013) глобальная зима огненных штормов была подвергнута сомнению Клэр Белчер, [228] [230] [231] Тамарой Голдин [232] [233] [234] и Мелош, которые изначально поддерживали эту гипотезу, [235] [236], и эта переоценка была названа Белчер «дебатами о мелово-палеогеновых огненных штормах». [228]
_-_Meteorite.gif/1280px-Meteoroid_-_Meteor_(Bolide)_-_Meteorite.gif)
Вопросы, поднятые этими учеными в ходе дебатов, касаются предполагаемого низкого количества сажи в осадке рядом с мелкозернистым слоем астероидной пыли, богатой иридием , было ли количество возвращающихся выбросов абсолютно глобальным, покрывая атмосферу, и если да, то какова была продолжительность и профиль нагрева при возвращении, был ли это сильный тепловой импульс тепла или более продолжительный и, следовательно, более испепеляющий нагрев « духовки » [235] и, наконец, насколько «эффект самозащиты» от первой волны теперь уже остывших метеоров в темном полете способствовал уменьшению общего тепла, полученного на земле от более поздних волн метеоров. [228]
Отчасти из-за того, что меловой период был эпохой с высоким содержанием кислорода в атмосфере , с концентрациями, превышающими современные, Оуэн Тун и др. в 2013 году критически отнеслись к переоценкам этой гипотезы. [229]
Трудно успешно установить процентный вклад сажи в геологическую летопись отложений этого периода от живых растений и ископаемого топлива, присутствовавших в то время, [237] во многом так же, как трудно определить долю материала, воспламенившегося непосредственно в результате падения метеорита.
изменения окружающей среды, вызванные дымом от огненных бурь.
+ потребовалось бы 220 B-29, несущих 1200 тонн зажигательных бомб, 400 тонн фугасных бомб и 500 тонн противопехотных осколочных бомб, если бы использовалось обычное оружие, а не атомная бомба. Сто двадцать пять B-29, несущих 1200 тонн бомб (страница 25 ), потребовались бы для приблизительного расчета ущерба и потерь в Нагасаки. Эта оценка предполагала бомбардировку в условиях, аналогичных тем, которые существовали, когда были сброшены атомные бомбы, и точность бомбометания, равную средней, достигнутой Двадцатой воздушной армией за последние 3 месяца войны
Крутцен, конечно, знал о работе Хэмпсона, а также получал письма от Хэмпсона около 1980 года. Его собственное впечатление было таково, что ядерные взрывы над стратосферой, вероятно, не приведут к образованию оксидов азота на достаточно низкой высоте, чтобы разрушить много озона.
{{cite web}}: CS1 maint: others (link)высвобождают частицы сажи, создавая незначительные условия "ядерной зимы"
Помимо серных инъекций, некоторые другие химические вещества были предложены для инъекций в стратосферу. Например, инъекция частиц сажи в результате ядерного конфликта изучалась в сценариях "ядерной зимы"... (стр. 87)