Ядерная зима

     На  то, что аналогия между ядерным  взрывом и извержением вулкана  некорректна, что дело тут главным  образом не в мощности взрывов, одним из первых обратил внимание директор института имени М. Планка (ФРГ) П. Крутцен. Вероятно, то обстоятельство, что этим заинтересовались именно здесь, не случайно. У немцев в памяти были катастрофические последствия бомбардировок Гамбурга и Дрездена с их чудовищными пожарами, уничтожившими больше людей, чем атомные взрывы в Хиросиме и Нагасаки, где, несмотря на гигантскую удельную энергию взрывов, пожары были не столь разрушительными. Крутцен проанализировал протекающие при этом процессы самоподдерживающейся реакции и пришел к выводу, что главная причина сравнительно более сильных пожаров — более высокая этажность немецких городов: на относительно узких улицах с высокими домами создавались условия для мощнейшего подсоса воздуха, который обеспечивал возникновение самораспространяющейся реакции с постоянным повышением температуры (до 1000- 1200 градусов Цельсия) и, соответственно, с загоранием все новых материалов. Возникающее атмосферное явление Крутцен назвал «огненным торнадо». Одно из отличительных его свойств в условиях города с высокой этажностью — огромная мощность и высота (до 20 километров) восходящих потоков воздуха, приводящая к выбросу в атмосферу до самой тропопаузы огромных количеств сажи и других продуктов сгорания.

     В современных городах сосредоточено огромное количество горючих материалов (по некоторым расчетам, 10-40 граммов на квадратный сантиметр площади), и не просто горючих, а способных образовывать гигантские массы сажи и других темных продуктов сгорания пластики, нефть в нефтехранилищах и т. п. А высокая этажность современных городов создает идеальные условия для подсоса воздуха. Крутцен подсчитал, что если сегодня в результате «огненного торнадо» сгорит крупный город с населением в несколько миллионов человек, прозрачность атмосферы на достаточно большой площади понизится в 10 миллионов раз.

     Эти расчеты, выполненные в 1978-1979 годах, заставили ученых изменить взгляды  на климатические последствия ядерной  войны и на опасность «климатической сверхбомбы». Стало ясно, что в современных условиях климатические последствия взрывов зависят не столько от их мощности, сколько от того, где они произойдут. А при любых сценариях ядерного конфликта одной из главных целей оказываются именно города.

     Важность  результатов Крутцена одним из первых оценил известный американский астроном и популяризатор науки К. Саган, возглавляющий лабораторию планетной астрономии в Корнеллском университете. По его собственным словам, интерес к этой проблеме у него вызвали данные о пыльных бурях на Марсе, приводящих к глобальному запылению атмосферы планеты (о них еще будет сказано ниже), а также высказанная недавно гипотеза о причинах вымирания динозавров и многих других биологических видов (ряд ученых полагают, что они вымерли из-за резкого похолодания на Земле, вызванного столкновением нашей планеты с крупным метеоритом или астероидом, и долговременным загрязнением атмосферы пылевыми выбросами). Под руководством Сагана группа ученых, используя данные Крутцена об «огненном торнадо», разработала сценарий, точнее, целый набор сценариев воздействия разных «вариантов» ядерной войны на атмосферу и климат Земли.

     По  основному («базовому») сценарию происходит обмен ядерными ударами суммарной  мощностью в 5000 Мт, 20 процентов которой  приходится на промышленные районы, в том числе на тысячу крупных городов. В остальных сценариях мощность варьируется от 100 до 25000 Мт, а доля, приходящаяся на города и индустриальные районы,- от 10 до 33 процентов (бомбардировка городов, по мнению авторов сценария, основанному на тщательном изучении соответствующей литературы, неизбежна: слишком много приоритетных военно-промышленных целей расположено в городах или поблизости от них, а «хирургические» удары по этим изолированным целям технически невозможны из-за большой — свыше 100 кт — мощности стратегических боеголовок). Авторы сценария оценили масштабы выброса пыли и сажи и возможные глобальные последствия этого выброса для климата: при всех возможных сценариях неизбежно быстрое и резкое похолодание. Климатические изменения по отдельным зонам и периодам не рассчитывались сколько-нибудь точно: как заметили авторы в статье на страницах журнала «Science», даже падения температуры на 5-10 градусов, соответствующего самым «мягким» сценариям охлаждения, вполне достаточно, чтобы превратить лето в зиму.

     Общий вывод Сагана и его сотрудников  по всем сценариям выражался двумя  понятиями: «ядерная зима» и «ядерная ночь».

     «Сценарий Сагана» получил сравнительно широкую  известность, и в марте 1983 года около  ста ученых из разных стран собрались  в Кембридже (Массачусетс), чтобы обсудить его. Один из авторов настоящей статьи, участвовавший в обсуждении, привез экземпляр сценария в ВЦ АН СССР, и мы решили пойти дальше: посмотреть на математической модели, как же будут развиваться события, если «базовый сценарий» воплотится в жизнь. ВЦ АН СССР был, пожалуй, единственным учреждением в мире, где можно было выполнить соответствующие расчеты: там уже имелась математическая модель «климатической машины» нашей планеты, создававшаяся на протяжении нескольких лет как подсистема глобальной модели биосферы. Она представляет собой систему математических моделей, отражающих в весьма укрупненном и обобщенном виде основные процессы, которые определяют климат нашей планеты, и их взаимовлияние. Эта модель специально рассчитана на то, чтобы ставить на ней математические эксперименты типа «А что, если…», и на ней оказалось возможным подсчитать более долговременные последствия глобального катаклизма.

     Лето 1983 года сектор климатических моделей  ВЦ АН СССР провел в многовариантных расчетах по «сценарию Сагана». Выяснилось, в частности, что двумя основными факторами, влияющими на динамику климата, будут замутнение атмосферы и полная перестройка циркуляции атмосферы из-за громадной разницы температур между различными регионами. В обычных условиях воздушные бассейны над Северным и Южным полушариями образуют две изолированные «климатические ячейки», разделенные экваториальной зоной; после образования над Северным полушарием ядерного облака формируется единый мощный воздушный поток, охватывающий оба полушария. В результате этих процессов, несмотря на гигантское выделение тепла при пожарах, уже в середине первого месяца после конфликта температура в Северном полушарии упадет на 15-20 градусов, а в отдельных районах и гораздо больше — с этого утверждения и началась наша статья. К тому же времени из-за изменений в циркуляции воздуха черное облако начнет проникать в Южное полушарие, где через некоторое время температура почти уравняется с температурой Северного полушария. При этом верхние слои задымленной атмосферы нагреваются гораздо сильнее, чем до взрывов: ведь альбедо Земли уменьшается. Но только верхние. Подстилающая поверхность и нижние слои атмосферы прогреваются куда медленнее.

     Отсутствие  вертикальной конвекции (более легкие горячие слои и так располагаются над более холодными) резко затормозит осаждение пыли. Еще больше затормозит его практически полное отсутствие осадков: из-за слишком большого количества пылинок в атмосфере капли влаги просто не смогут конденсироваться до нужного размера, да и относительная влажность перегретой атмосферы будет невелика. Однако, хотя осадков во внутренних районах континентов не будет, примерно через полгода после конфликта очень вероятны мощнейшие наводнения континентальных масштабов: на высоте 6-8 километров температура поднимется до нескольких десятков градусов выше нуля, и начнется бурное таяние ледников.

     Океан в отличие от суши и атмосферы  над ней охладится всего на несколько градусов — теплоемкость его слишком велика. И разница  между температурой суши и океана приведет к невиданной силы ураганам.

     Но  мы не станем поражать воображение  читателя, нагнетая ужасы. Мы расскажем  о другом — об усилиях «международной бригады» ученых разных специальностей, пытавшихся, как бы принимая друг от друга эстафету, выявить еще одну, и, как нам кажется, главную, опасность, которую несет человечеству гонка ядерных вооружений.  

     Выполненные нами расчеты и были представлены на международную конференцию «Мир после ядерной войны», которая  была созвана группой американских естествоиспытателей — противников гонки вооружений в Вашингтоне 31 октября — 1 ноября 1983 года под председательством видного американского эколога Г. Вудвелла К. Саган и П. Крутцен рассказали о проведенных ими расчетах «ядерной ночи» и «огненного торнадо». Эколог П. Эрлих, один из самых популярных в Америке ученых, известный своими яркими и острыми выступлениями в печати и по телевидению, сообщил о прогнозах прямых экологических последствий ядерных ударов.

     Но  все же, как нам кажется, главным  «гвоздем» конференции были доклады о климатических последствиях войны. В общем виде их анализ содержался уже в докладе К. Сагана, прочитанном в первый день конференции. На следующий день были заслушаны два «модельных» доклада, о которых мы говорили. Модель, созданная в Национальном центре атмосферных исследований, существенно отличалась от нашей: она гораздо детальнее описывала динамику атмосферы, но никак не учитывала влияния океана — слишком большая детализация не позволяла даже на таких мощных ЭВМ, которыми располагали наши американские коллеги, представить динамику атмосферы и океана в едином блоке: модель оказывалась «необозримой». Инерционное влияние океана начинало сказываться к концу третьей недели, и расчеты американской группы охватывали лишь первые 20 дней после взрывов. Наши расчеты охватывали первые 380 дней. При этом, несмотря на куда более общий и «приближенный» характер нашей модели, наши расчеты на первые 20 дней, как уже отмечалось, до мелочей совпали с американскими, основанными на куда более детальных представлениях. Это означало, что выбранная нами степень приближения была оптимальна: точность описания не страдала, а широта охвата возросла во много раз. Это было убедительным подтверждением обоснованности всей нашей концепции «минимальной модели» и самого принципа системного анализа, как мы его понимаем, ориентации на математическое моделирование комплекса наиболее существенных факторов и их взаимодействий.

     На  той же конференции был заслушан еще один «климатический» доклад, подготовленный членом-корреспондентом АН СССР Г. С. Голицыным и А. С. Гинзбургом. Он в известном смысле содержал «эмпирическое подтверждение» наших и американских расчетов. К счастью, лишь косвенное подтверждение. Оно было получено при изучении марсианских пыльных бурь, тех самых, которые навели К. Сагана на мысль о разработке «сценария загрязнения». Явления, происходящие в марсианской атмосфере во время этих бурь, можно рассматривать как определенный аналог изменений в атмосфере нашей планеты при ядерном конфликте. Наблюдения с помощью радиотелескопов и измерения, проведенные американскими станциями «Маринер» и «Викинг», свидетельствуют, что спустя всего восемь дней после начала бури пыль разносится по всей атмосфере Марса. При этом она нагревается на 30 градусов, а поверхность планеты остывает на 10-15 градусов. А когда с помощью специально разработанного математического аппарата был сделан пересчет собранных данных на «земные условия», оказалось, что эти данные довольно близки тем, которые получаются в ходе математических экспериментов над «сценарием Сагана».

     Один  из вариантов сценария предусматривал, что на города сбрасывается не 5000-6000 Мт, а всего 100 Мт — примерно столько, сколько составляют в сумме ядерные  боеголовки ракет на одной подводной  лодке США. После конференции  мы посчитали и этот вариант. По климатическому эффекту он оказался очень близким «базисному сценарию». Правда, оптическая плотность атмосферы при этом увеличивается не на семь порядков, а «только» на три, но для нескольких месяцев «ядерной зимы», столь же суровой, что и при первом варианте, этого достаточно.

     Казалось  бы, как ни поражают воображение  расчеты климатических последствий  ядерной войны, значение их скорее теоретическое. О том, что ядерная война ужасна, чудовищна, несет гибель цивилизации  и всему человечеству, написано достаточно, и какие-то дополнительные ужасы ничего качественно нового к этой картине не добавляют. На самом деле это не так Результаты расчетов заставляют взглянуть на всю проблему ядерной войны по-новому по крайней мере в двух отношениях.

     Во-первых, до сих пор можно было рассчитывать, что ужасы ядерной войны обойдут  какие-то уголки, что потери будут  громадными, но все же ограниченными, что какие-то регионы вообще не будут  затронуты войной и смогут даже что-то выиграть от взаимного ослабления или уничтожения участников конфликта. Цифры показывают, что надеяться на это не приходится. В отличие от непосредственных фактов ядерного поражения факторы климатические носят глобальный характер. «Ядерная зима» и «ядерная ночь», отсутствие света, пищи, пресной воды, отравление атмосферы токсичными газами затронут всю планету в равной степени. В этой войне не может быть не только победителей и побежденных, но даже нейтральных. Причем роковым может оказаться и сравнительно небольшой ядерный конфликт. Значит, приобщение каждой новой страны к ядерным арсеналам увеличивает угрозу не только для ее потенциальных противников, но и для всего мира, становится предметом законной озабоченности всех остальных стран — и ядерных, и неядерных.

     Еще важнее другое — меняется само представление о главных источниках опасности для того, кто первым «нажмет кнопку». До сих пор представление о риске первого ядерного удара связывалось в основном с пониманием неотвратимости возмездия. Теперь ясно: всякий достаточно мощный ядерный удар производится по всему человечеству, в том числе и по тем, кто его наносит. Возмездие — автоматическое и неотвратимое — заложено уже в самом этом ударе. И тем более страшное, чем удар страшнее, эффективнее, точнее. Грань между ядерным убийством и ядерным самоубийством, преступлением и наказанием попросту стирается: по ком бы ни звонил колокол ядерной смерти, он всегда будет звонить по тебе.  

     Но  запрет на применение ядерного оружия мало «вычислить». Необходимо добиться, чтобы он из «модельного запрета» — граничного условия модели — превратился в абсолютный политический, нравственный, военный императив. И значит, просветительная функция науки оказывается едва ли не самой главной из ее функций. Ученые, собравшиеся в отеле «Шератон», хорошо это понимали. И после конференции их усилия были направлены прежде всего на то, чтобы донести эти новые представления до осознания народов, политических и военных деятелей.

     Сразу по окончании конференции совместными  усилиями советских и американских специалистов был организован телемост Москва — Вашингтон. С помощью спутника связи была установлена прямая телевизионная связь между залом «Шератона» и телестудией в Останкине. Большие группы советских и американских ученых имели возможность обсудить результаты своих исследований, обменяться информацией, уточнить данные. Но главная цель «моста», разумеется, в другом. Проходившая дискуссия была записана на видеомагнитофон и показана по телевидению в обеих странах (правда, в США только по кабельному телевидению, охватывающему куда меньшую аудиторию, чем обычные телепрограммы).

     Вскоре  группа советских ученых в составе  вице-президента АН СССР академика  Е. П. Велихова, академика АМН СССР А. С. Павлова, В. В. Александрова и С. П. Капицы была приглашена вместе со своими американскими коллегами выступить в сенате США и официально сообщить там новые данные о климатических и других глобальных последствиях ядерной войны. Сам факт этого приглашения показателен: никогда прежде советского ученого, да и вообще советского человека, не приглашали давать официальные показания в высшем законодательном органе США. Во время слушаний выявилось полное совпадение позиций советских и американских ученых. Сенатор-республиканец Хаттфилд даже поделился в этой связи одним наблюдением, которое показалось ему удивительным и вместе с тем глубоко симптоматичным. Оказывается, когда советский или американский ученый во время беседы или публичного выступления не мог сразу подобрать нужные слова и на помощь ему приходили коллеги, подсказанное ими слово или выражение оказывалось в точности тем самым, которое ученый силился найти. Так бывало и тогда, когда американец подсказывал русскому или русский — американцу. Видимо, заметил сенатор, ученые, на зависть политикам, сумели выработать единый и точный язык, не зависящий от государственных границ.