Военное разрушение биосферы. Возможные экологические последствия ядерной войны

      Последние работы учёных показывают, что даже небольшие арсеналы несут угрозу для людей далеко от места конфликта  из-за изменений в окружающей среде, вызванных дымом от пожаров. Между  тем, современные модели климата  показывают, что прогнозы последствий  ядерной зимы были, пожалуй, в 1980х годах недооценены.

      Договор  о  сокращении  стратегических  наступательных потенциалов  –  Договор  CНП, от  2002  года  обязывает  США и Россию к сокращению численности  стратегических ядерных зарядов, развернутых  в боеспособном состоянии до  1700-2200  единиц к  декабрю  2012  года.  Договор  имеет  много  особенностей: сокращаются  боеголовки, а  не  средства  доставки;  меры  по контролю  не  уточняются;  постоянных  сокращений  арсенала не  требуется;  боеголовки  не  должны  быть  уничтожены; обе стороны  могут  быстро  «отыграть  назад»;  договор  истекает  в тот  же  день,  когда  сокращение  арсеналов  должно  быть  достигнуто. Тем не менее, в результате сокращений, предусмотренных в СНП, избыточные боеголовки будут уничтожены, и останется только около 6% от имеющихся в 1986 году 70 000боеголовок. Принимая во внимание такие большие сокращения,  на  первый  взгляд,  можно  сделать  предположение  о  существенном  снижении  числа  смертных  случаев  от потенциальной  ядерной  войны  и  вероятности  серьезных экологических  последствий,  которые  угрожают  большей части  человечества.  К  сожалению,  это  предположение  неверно.  В  действительности  же,  по  нашим  оценкам,  прямые последствия  применения  арсеналов  в  2012  году  приведут  к сотням миллионов жертв. А косвенный эффект, вероятно, уничтожит большую часть человеческой популяции.

      В  ядерном  конфликте  может  быть  поражена  любая  из  нескольких  стратегических  целей.  Например,  в  «рациональной»  войне  лишь  немного оружия нацеливается на символически важные цели. И наоборот, «counterforce»война (стратегия противодействия, заключающаяся в нанесении ударов по военнослужащим противника, его силам и средствам)влечет за собой массированные атаки на ключевые военные, экономические и политические цели. Мы рассмотрим «countervalue» стратегию(стратегия, заключающаяся в нанесении ударов по городам и гражданскому населению), в которой целями выступают городские районы, чтобы, главным образом, уничтожить экономическую и социальную инфраструктуру с точки  зрения  способности  к  войне  и  восстановления после конфликта. В  любом  случае,  когда  в  конфликте  задействовано большое количество  оружия,  различие  между «countervalue»  и «counterforce» стратегиями уменьшается потому, что военные, экономические и политические цели, как правило, находятся в городских районах.

Рисунок  показывает  прогноз  погибших  и  количества  сажи,  поднятой  в  верхние  слои атмосферы,  в  результате  нанесения  ядерных  ударов  по  нескольким  странам  в  регионе  с  участием  50  блоков  мощностью  15  килотонн  и  суммарной  мощностью  0.75  мегатонн. Рисунок  также  иллюстрирует  прогноз  людских  потерь  и количества  сажи,  вызванных  войной  с  участием  арсеналов, оставшихся после выполнения  договоренностей по  СНП.

      При таком конфликте (СНП-конфликт) мы полагаем, что Россия нацелит 1000 боезарядов на США и по 200 боеголовок на Францию, Германию, Индию, Японию, Пакистан и  Великобританию.  Мы  предполагаем,  что   США  нацелит  по 1100 боеголовок  на Китай и Россию. Мы  не  учитываем 1000 боезарядов,  находящихся в Великобритании,  Китае,  Франции, Израиле,  Индии,  Пакистане и,  возможно,  в  Северной  Корее.(О ядерных арсеналах мира см. Приложение 1) Сценарии войны, проиллюстрированные на рисунке, используют широкий набор возможных вариантов нанесения ударов, исключая однако максимальный и минимальный ущербы, которые  могли бы произойти.

      Как показывает рисунок 1, война между  Индией и Пакистаном, в которой  каждая из сторон использует боезаряды суммарно в 0.75 мегатонн, привела бы к гибели около 44 миллионов  и  выбросу  около  6.6  триллионов  граммов  (Tg)  сажи.

      СНП-конфликт с участием 4400 ядерных взрывов  суммарной мощностью 440 мегатонн привел бы к  770  миллионам  смертей  и выбросу 180 Tg  сажи.  Цифры  СНП-сценария  являются меньшими  пределами,  поскольку  при  моделировании  мы использовали  оружие  мощностью  100  килотонн;  в действительности  среднее  значение общей выходной мощности СНП-сценария будет больше. Результаты могут быть относительно нечувствительны к распределению ударов по различным странам, поскольку удары по малонаселенным районам вызывают  меньшее  количество  сажи.  Например,  нанесение 100  ударов  по  Франции  и  100  ударов  по  Бельгии  приведет примерно  к  такому  же  количеству  образованной  сажи,  что  и применение 200 зарядов по одной только Франции. С другой стороны, применение  меньшего  количества  оружия  в  густонаселенных  регионах  типа  Индии  и  Китая  ведет  к  сокращению образования сажи.

      4400  взрывов, которые нами рассмотрены,  на 1000  взрывов больше,  чем  это возможно при снижении  до минимальных размеров ядерных  арсеналов по Договору СНП.  Однако, даже  если  США  и   России  удастся  достичь   этого  нижнего предела,  примененное   ядерное  оружие  приведет  к  выбросу такого же количества сажи и людским потерям, которые будут подобны только что описанным. Поскольку мир урбанизирован, СНП-конфликт может непосредственно влиять на  большие  группы  населения.  Например,  в  результате подрыва 1000  боезарядов  в США, 48%  от  общей численности населения и 59% городского населения может погибнуть примерно  в 5  км  от  эпицентра; 20%  от  общей численности населения и 25% городского населения могут быть убиты сразу, а дополнительные 16% от общей численности населения и 20% городского населения могут оказаться ранеными.

Рисунок 2 иллюстрирует, как количество потерпевших и погибших, а также  количество выброшенной сажи повышаются в Китае, России и США вместе с  увеличением числа взрывов мощностью 100 Кт. При построении рисунка мы предполагали, что нацеливание по регионам производится в порядке убывания плотности населения в радиусе 5,25 км от эпицентра. Бомбардировки Китая  имели  бы  самые тяжелые последствия,  поскольку   в этой  стране  есть  много  густонаселенных  городских  центров.

      Действительно, бомбардировка густонаселенных  городских кварталов  относительно  небольшим  количеством  зарядов  влечет  за  собой  большее  число  пострадавших  и  сажи.  Например, 50%  общего  количества  сажи,  выброшенной  в  результате  подрыва  2000  зарядов,  было бы результатом  510 взрывов в Китае,547 взрывов в России,661в США. Одна подводная лодка США, несущая 144 головные части мощностью 100 Кт, могла бы привести к выбросу около 23Tg сажи и 119 миллионам пострадавших при атаке по  городским районам Китая и почти 10Tg сажи и 42 миллионам пострадавших при атаке на российские города.

      В  конце  1980х,  Брайан  Буш,  Ричард  Смол  с  коллегами  оценили  выбросы  сажи  в  ядерном  конфликте.

      Их  работа затрагивала контрсиловую атаку России на США. Они предположили, что заряды мощностью по 500 Кт запланированы по 3030 конкретным целям, таким как американские армейские,  морские  и  военно-воздушные  базы,  склады  топлива, заводы  и  порты,  а  не  ракетные  шахты  или  пункты управления пуском. В этих сценариях нападения города не выступали явными мишенями, но, в конце концов, 50% американских городов были уничтожены.

      Буш и его коллеги оценивали 7Tg выброшенного дыма, который содержит не только поглощающую свет черную копоть, но и непоглощающие органические вещества и другие соединения, которые оказывают меньшее воздействие на климат, чем сажа. Используя нашу методику оценки выбросов во время горения, которая учитывает сажу, выпадающую вместе с дождем, мы приходим к результату, эквивалентному примерно 21Tg выбросов сажи.  

      Во  время моделирования «countervalue»(противоценностного) нападения с применением 1000 единиц ядерного оружия мощностью 100 Кт, мы обнаружили, что было произведено 28Tg сажи. Полученная область горения несколько больше, и на нее приходится больше выбросов сажи. Короче говоря, в обоих сценариях воздействию подвергаются аналогичные городские территории, и создается примерно то же количество сажи.

      Однако  Буш  и   коллеги  предполагали  в  3  раза  большее количество  единиц  оружия  и в 15  раз большую суммарную взрывную мощность,  чем   использовали  мы. Из-за нацеливания по  несколько зарядов на  некоторые объекты,  а также перекрытия  зон взрывов, в их сценарии используется встроенный  коэффициент  избыточности  горения  величиной  около 8.7;  наша же  модель  не  принимает  избыточность  в  расчет.

      По  сути, в своем анализе из 3030 конкретных целей в США Буш с коллегами  выделили лишь 348 уникальных, с непересекающимися  зонами взрывов. Такой существенный уровень избыточности примененных средств поражения является симптоматичным для иллюстрации огромных излишков оружия, развернутого супердержавами в 80х годах XX века. 
 

      Воздействие выброса сажи  на окружающую среду

Рисунок 3а показывает средние глобальные изменения осадков и температуры как функцию выброса сажи, которые были посчитаны с помощью последней версии главной климатической модели США.

        Относительно небольшого количества  сажи в размере 5Tg, которое могло  бы быть получено в результате обмена ударами между Индией и Пакистаном, было бы достаточно для получения  таких  низких  температур,  которые  Земля пережила  в  последние  1000  лет    ниже,  чем  в  период  постсредневекового  Малого  ледникового  периода,  или  в  1816году,  в так называемый  Год без лета. При 75 Tg сажи, а это менее половины  того,  что мы  прогнозируем  в гипотетическом  СНП-конфликте,  температура будет такая же, как во время последнего полного Ледникового периода, а глобальные осадки в среднем сократятся более чем на 25%. С помощью расчетов, проведенных в 1980х годах,  уже  было предсказано  довольно  большое  охлаждение  в  результате выброса  150 Tg. Наши новые результаты,  однако, показывают,  что  сажа  поднимается  на  гораздо  большую  высоту,  чем предполагалось  ранее  –  в  действительности,  значительно выше  высот, которые исследовали модели, используемые в 1980х. В результате, время, необходимое для того, чтобы масса сажи уменьшилась в e раз, составляет около пяти лет в нашей модели, в отличие от примерно одного года, как предполагалось в 1980х. Это увеличенное время жизни сажи делает  изменение  климата  более  драматичным  и  более  стабильным. 

      Изменения температуры, представленные на рис.3а, будут оказывать большое воздействие  на сельское хозяйство в средних  и  высоких  широтах.  Изменение  режима  осадков,  с другой  стороны,  будет  иметь  наибольшее  влияние в тропиках. Даже 5Tg выбросов сажи привело бы к 40% сокращению осадков в Азиатском регионе муссонов. Южная Америка и Африка увидели бы уменьшение количества осадков в результате конвекции в восходящих потоках циркуляции Хэдли, являющейся основной глобальной меридиональной ветровой системой, связывающей тропики и субтропики. Изменения в динамике циркуляции Хэдли могут вообще повлиять на климат в глобальном масштабе.Дополнением  к  изменению  температуры  является  воздействие  радиации,  изменение  потока  энергии.  Рисунок  3b показывает,  как  ядерная  сажа  изменяет  воздействие  солнечной  радиации  на  поверхность  Земли,  и  сравнивает  эти  эффекты  с  двумя  хорошо  известными  явлениями: с потеплением, связанным с парниковыми газами, и извержением вулкана  Пинатубо в 1991  году, крупнейшим в XX веке. Со времени промышленной  революции парниковые  газы  привели  к  увеличению  потока  энергии  на 2,5  Вт/м2.

      В  результате  извержения  вулкана  Пинатубо  максимальное  изменение  потока  энергии  кратковременно  достигало  около  -4  Вт/м2 (знак  минус  означает,  что  поток уменьшился).  Одним  из  выводов  по  рисунку является факт, что даже региональная война между Индией и Пакистаном может вызвать изменения климата в гораздо большей степени, чем в результате воздействия парниковых газов, которые являются предметом  больших  опасений  по  части  изменения климата в обозримом будущем.

      Конечно,  продолжительности  воздействий  различны: радиационное  воздействие  ядерного  оружия,  вызывающего выброс  сажи,  может  сохраняться  в  течение  десятка  лет.  Что же касается парниковых газов,  то,  как ожидается, это может продлиться в течение столетия или даже больше, оставляя время для реагирования климатической системы на эти воздействия. Таким образом, несмотря на то, что температуры Ледникового периода  (рис. 3)  могли  бы  привести  к  увеличению  морских  льдов  и  континентального  снега, этот фактор, вероятно, не будет достаточно стойким для того, чтобы вызвать глобальное нарастание ледниковых покровов.

      Сельское  хозяйство зависит от продолжительности  вегетационного периода, температуры  во время вегетационного периода, уровня освещенности, осадков и других факторов. В 1980е  годы  были  проведены  систематические исследования изменений в сельском хозяйстве, ожидаемые в результате ядерной войны, но такие исследования были выполнены без использования современных климатических моделей. Рисунок 4 представляет результаты наших расчетов по снижению продолжительности вегетационного  периода, т.е. времени между температурами замерзания, на второе лето после выброса сажи в результате ядерного конфликта. Даже 5Tgвыброшенной сажи сокращает вегетационный период до кратчайших сроков, наблюдавшихся на Среднем Западе США в районах выращивания кукурузы. В результате ранее проведенных исследований последствий полномасштабного ядерного конфликта известно следующее:«Что можно сказать с уверенностью,... это то, что человеческая популяция на Земле имеет гораздо большую уязвимость по отношению к косвенным последствиям ядерной войны [в том числе ущерб для сельского хозяйства, транспорта, энергетики, медицины, политической и социальной инфраструктуры], особенно опосредованное воздействие на производство продовольствия и доступность продуктов питания, чем прямые последствия самой ядерной войны». И как следствие,«косвенное воздействие может привести к потере от одного до нескольких миллиардов человек.»Так как сажа, связанная с обменом ядерными ударами, выбрасывается в верхние слои атмосферы, стратосфера нагревается и происходит нарушение стратосферной циркуляции. В результате воздействия 5Tg сажи, вызванной региональными конфликтами, температура в стратосфере будет оставаться  повышенной  на  30°С  после  четырех  лет 6.