Ядрена зима - хипотеза, създадена от учените, за да принуди политиците да започнат разоръжаване

Въпросът дали ядрената зима е възможна или вероятна, зависи от няколко малко вероятни фактора, коментира в Quora Алън Хол (Allen Hall), участник в мозъчен тръст с цел да допринесе за изследването на ядрената зима. Той преглежда значителното количество скорошни изследвания от последното десетилетие и открива много неточности в някои от академичните изследвания в миналото.

Ядрената война през 21 век няма да е краят на Русия или САЩ и със сигурност не на човечеството

Много от нас могат да си спомнят времето, когато заплахата от взаимно гарантирано ядрено унищожение си беше много реална заплаха. Съдбата на всеки сякаш висеше на конец и във всеки момент, по грешка или умисъл, всички можехме да сме мъртви след 30 минути... или по-малко.

През 70-те и 80-те години на миналия век световните ядрени арсенали нараснаха до невероятни размери както по отношение на количества, така и по отношение на разрушителна сила. Нямаше съмнение, че светът бе на крачка от ядрения Армагедон. Той щеше да сложи край на цялото човечество и да превърне Земята в постапокалиптичен ад за онези, които нямаха късмета да загинат веднага.

През 2017 г. много неща вече бяха различни

Вече разрушителната сила на всички ядрени оръжия в света е нищожна част от онова, което е била някога. Изненадващо тихо, САЩ и Русия са демонтирали над 50 000 ядрени оръжия през последните 30 години. Ядрените материали от тези бомби и други запаси от оръжейни материали са били рециклирани и използвани в производството на ядрена енергия през последните 20 години. [1]

Факт, за който малцина знаят, е че ситуацията всъщност срива пазара на уран в началото на 2000-те години. Пренасищането с предлагано гориво намалява търговската стойност на свободния пазар от 20 долара за паунд до близо 2 долара за паунд по това време. Така че много неща са се променили от времето, когато мнозина си спомнят за реалната заплаха от взаимно гарантирано унищожение.

ЯДРЕНАТА ЗИМА

Като най-тежко и фатално за живота на Земята следствие от една мащабна ядрена война се смята т.нар. „ядрена зима“. Ядрената зима е глобална промяна на климата на планетата към охлаждане до арктическите температури навсякъде по света. Някои учени предполагат, че този ефект ще настъпи след обширни огнени бури по време на експлозията на няколкостотин ядрени бойни глави.

Хипотезата се основава на предположението, че подобни пожари, ускорени от освободената ядрена енергия могат да изстрелят дим и сажди чак в стратосферата, където те да попречат на част от пряката слънчева светлина да достигне повърхността на Земята. Предполага се, че тези ефекти ще причинят недостиг в производството на храни и масов  глад.
Но доколко е реалистичен този сценарий и дали картината не е представена в по-тъмни краски, за да се стреснат политиците?

ОГНЕНИТЕ БУРИ

Създаването на реални огнени бури не е лесно. По време на Втората световна война само един от 25 опита е довел до огнена буря. Огнените бури са ограничени от законите на физиката на пожарите и атмосферата: обикновено са с диаметър не повече от 5 км. Ако са по-големи, вятърът, който задвижва огромните въздушни потоци, губи силата си и вместо в огнено торнадо се превръщат в обикновени пожари. Трябва вятърът да духа от всички посоки към центъра, за да не се запалят обширни съседни зони, което би отслабило силите на вятъра, задвижващи огнената буря. Освен това началните условия изискват около 70% от материалите да горят едновременно. В противен случай резултатът е пожар, а не огнена буря. Ключовата разлика е, че огнените бури имат потенциала да вкарат сажди в горната стратосфера, докато пожарите успяват да предизвикат само незначително изхвърляне на сажди в долната стратосфера, като времето за задържане е под 18 месеца.

Освен това е малко вероятно ядрените оръжия да създадат необходимите условия за огнена буря. Техните ефекти не създават необходимите специфични условия. Моделите, подкрепящи теорията за ядрената зима, се основават на предположението, че пожарите започват през отворени прозорци, разпалвайки запалими материали в помещението. Този сценарий разчита в голяма степен на случайността. Освен това ударната вълна от ядрен взрив обикновено потушава пожарите, а строителните отломки по-скоро тлеят, отколкото горят бурно. Заради тези фактори концепцията за ядрена зима изглежда преувеличена в много изследователски статии и откровено измислена в други, подчертава Алън Хол.

Други интересни детайли включват текущи изследвания и проучвания на пирокумулативните облаци (pyrocumulonimbus), нови модели на атмосферна конвекция, изследвания на климатичните промени.

National Nuclear Security Administration/Nevada Site OfficeСхема на механизма на възникване (1) пожар, (2) конвективен стълб, (3) силен поривист вятър, (A) пирокумулативен облак. Кредит: Wikimedia Commons. Тъй като въздухът в конвекционната колона се издига, той се охлажда и влагата в горната част може да започне да кондензира, освобождавайки латентна топлина, което увеличава конвекцията и води до образуването на купесто-дъждовни или купесто-дъждовни пирокумулативни облаци. При повишена конвекция отделните пожари при определени условия могат да започнат да се обединяват в един огромен, което води до огнена буря. По време на огнена буря силата на интензивните възходящи и низходящи течения вече започва да влияе върху повърхностните ветрове и разпространението на огъня. Конвективният стълб от издигащ се въздух при огнена буря може да достигне височина от 10-15 км  и няколкостотин метра в диаметър. Често издигащите се въздушни течения могат да се завихрят, за да образуват топлинен циклон. Въздушните потоци, засмукани в източника на пожара, ограничават разширяването на зоната на пожара в ширина, което значително отличава огнените бури от другите видове големи пожари.

Допълнителна яснота дават и документираните случаи на големи горски и храстови пожари, които вкарват сажди в долната стратосфера при мащабни пожари и самостоятелно издигане от слънчево нагряване.

МОЩНОСТТА НА ЯДРЕНИТЕ ОРЪЖИЯ

Средният размер на бойната глава в арсенала на САЩ е 330 KT. Средната стойност за Русия е по-висока, но не достатъчно, за да промени много изводите. За да се предизвика ядрена зима, облаците от отломки и димът трябва да се издигнат над тропосферата във високата стратосфера. Всякакви частици или дим, които се изхвърлят в тропосферата (под 20 000 метра), бързо се разпръскват в атмосферата в рамките на няколко дни до максимум седмица.

Зависимостта между мощността на ядрените оръжия и пораженията на околната среда не е линейна. Например бомба с мощност 1 мегатон, въпреки че е с 10 пъти повече енергия от бомба с мощност 100 КТ, не означава, че произвежда 10 пъти повече разрушения. Топлинното излъчване отслабва с отдалечаването от епицентъра разделено на квадрата на разстоянието, докато взривът намалява делено на куба на разстоянието от точката на детонация. Голяма част от тази допълнителна топлина и енергия се издига право нагоре и бързо намалява с увеличаване на разстоянието от точката на детонация. При по-малките мощности енергията не е достатъчна, за да пробие стратосферата, а при бомбите, които не са многомегатонни, Земята има свой собствен защитен механизъм за частиците, освободени в тропосферата, наречен метеорологично време, и той е изключително ефективен.

Единственият начин да се накарат частиците да се задържат по-дълго във въздуха е да се взривят значително по-високо от 20 000 метра. Причината, поради която това няма да се случи днес, е че САЩ и Русия премахнаха мегатонните оръжия от стратегическите сили с висока степен на готовност („ICBM“ - междуконтинентални балистични ракети) и („SLBM“ - балистични ракети, изстрелвани от подводница). Малките количества, останали от гравитационната бомба B-83 с променлива мощност ≈ 20 КТ - 1,2 МТ, са предвидени за изваждане от употреба през 2025 г.

За да достигне нещо над 20 000 метра в атмосферата, е необходима мощност значително над 1 мегатон. Бомбите, които се използват днес, ще изхвърлят частици не по-високо от 15 000 - 18 000 метра в атмосферата и всичко това ще падне обратно на земята след часове и дни в близост до мястото на детонацията.

National Nuclear Security Administration/Nevada Site OfficeВисочината на ядрената гъба като функция на мощността на експлозията. Както е показано на диаграмата, за издигане на прах/отлагания в стратосферата са необходими мощности поне в диапазона на един мегатон. Озонът достига максималната си концентрация на около 25 км надморска височина. Друг начин за навлизане в стратосферата са ядрени детонации на голяма надморска височина, един пример за които включва 10,5 килотонният съветски тест № 88 от 1961 г., детониран на км. Американските тестове в горната част на атмосферата се в бежово и оранжево и също е показан потенциала им за унищожаване на озона. 0 = Приблизителна надморска височина на полета на граждански самолет; 1 = Fat Man; 2 = Castle Bravo. Кредит: Wikimedia Commons.

ОГНЕНИ БУРИ И ДРУГИ НЕПРАВИЛНИ НАУЧНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ, ДОВЕЛИ ДО ПОГРЕШНИ ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Много от новите познания за образуването на пирокумулативни облаци и сажди в долната стратосфера все още се интерпретират. До началото на 2000 г. се смяташе, че граничният слой между тропосферата и стратосферата представлява по-голяма бариера за дима, но въпреки това са наблюдавани стълбове дим, издигащи се в долната стратосфера. Това показва, че има дълготраен ефект, но все още не е изяснено до каква степен.

Проучване на Американското метеорологично дружество от 2010 г. е първият съвременен опит за количествено определяне на тези ефекти. В своя доклад те проследяват въздействието на 17 стратосферни димни потоци през 2002 г. Установено е, че средното време, през което присъствието на димните потоци в стратосферата е било забележимо, е било само около 2 месеца. В доклада се посочва, че частиците въглеродни сажди започват да се струпват в определен момент след взаимодействие със слънчевата светлина и след това бързо изпадат от стратосферата. [2] Това се случва за седмици, а не за години, което е в сериозно противоречие с предпоставките на теориите за ядрената зима.

Не е известно дали съществува критична точка на равновесие, която би задържала саждите във въздуха, ако те са достатъчно много. Така че, както при много други неща, и тук има известен елемент на неизвестност.

Представа на художник за ядрената зима. Кредит: DeviantArt (CC BY 3.0)

TTAPS

Най-популярния модел на ядрената зима е от 80-те години на миналия век и е известен като TTAPS - наречен е на имената на своите участници: Ричард Турко, Оуен Тун, Томас Акерман, Джеймс Полак и Карл Сейгън.

Изследването TTAPS става известно благодарение на Карл Сейгън и неговия екип. То е използвало преувеличени количества сажди и дим в своя модел. Предположенията им за ядрена зима значително се разминават с изчисленията и през 1990 г. първоначалният екип до голяма степен оттегля изследването си като невалидно[3].

През 2011 г. Американският институт по физика заявява, че обявяването на резултатите през 1983 г. на екипа на TTAPS „беше с изричната цел за насърчаване на международния контрол върху оръжията“.  „Компютърните модели бяха толкова опростени, а данните за дима и другите аерозоли пък бяха толкова компроментирани, че нищо не може да се каже със сигурност“.[4]

Ключови правителствени проучвания оттогава насам показват, че наличните горивни материали, използвани в моделите на TTAPS, са значително завишени и това опорочава всички изследвания оттогава насам, които използват изследването на TTAPS като основа на работата си.

Теорията за ядрената зима се основава в голяма степен на най-лошия сценарий за поредица от събитията, които биха се развили по време на обмен на ядрени удари, и като такава преувеличава драстично ефекта. [5] Съвременен пример за прогнозиране, което не моделира точно реалността, е прогнозата за ефекта от запалването на 600 петролни платформи от иракчаните през 1991 г.

Изглед към горящите петролни кладенци, Кувейт, 1991 г. Кредит: Allan Tannenbaum/Getty Images

След нахлуването на Ирак в Кувейт и отправените от иракчаните заплахи за запалване на около 800-те петролни кладенеца в страната, спекулациите за кумулативния климатичен ефект от това, представени на Световната конференция по климата в Женева през ноември 1990 г., варират от сценарий от типа на ядрена зима, до силни киселинни дъждове и дори краткосрочно незабавно рязко глобално затопляне.

Както бе заявено, кладенците бяха подпалени от отстъпващите иракчани през март 1991 г., а около 600-те успешно подпалени кувейтски петролни кладенци бяха напълно изгасени едва на 6 ноември 1991 г., осем месеца след края на войната. През това време те изгаряха приблизително шест милиона барела петрол дневно при максимален интензивност.

Горящите петролни кладенци в Кувейт. Сателитна снимка. Кредит: Matt Radcliffe, NASA

В статии, отпечатани във вестниците „Wilmington morning star“ и „Baltimore Sun“ през януари 1991 г., изтъкнати автори на статии, посветени на ядрената зима - Ричард П. Търко (Richard P. Turco), Джон У. Бъркс (John W. Birks), Карл Сейгън (Carl Sagan), Алън Робок (Alan Robock) и Пол Кръцен (Paul Crutzen) - единодушно заявяват, че очакват катастрофални последици, подобни на ядрената зима, с континентални мащаби на температури „под точката на замръзване“, в резултат на това, че иракчаните са изпълнили заплахите си да запалят 300 до 500 петролни кладенци под налягане, които впоследствие биха могли да горят в продължение на няколко месеца. [6]

По-късно Карл Сейгън признава в книгата си „Свят, населен с демони“, че прогнозите му очевидно не са се оказали верни: „по обяд бе тъмно и температурите спаднаха с 4-6 °C над Персийския залив, но не достигна много дим до стратосферните височини и Азия бе пощадена“.

Проблемите с моделите, с които започва дебатът за ядрената зима, моделите, използвани от Сейгън и други екипи от учени по това време, са очевидни при вглеждате в детайлите. Анализът е направен при изключително ниска разделителна способност и без обратна връзка. Това е двуизмерен, а не триизмерен модел, така че обемът и височината на частиците, топлинният поток, насищането със запалими материали никога не са били реално изчислени. Числата са били уеднаквени и включени като един и същ резултат за целия свят. Така че топлинният поток, насищането с гориво, саждите, димът и отломките са били приети еднакви, независимо дали градът е Фарго, Северна Дакота или Лос Анджелис.

Това бе изначално погрешно и фатално погрешно, изтъква Алън Хол. [7] [8]

Атмосферният учен, натоварен от Националната научна фондация с изучаването на атмосферния ефект от кувейтските пожари, Питър Хобс (Peter Hobbs), заявява, че скромното въздействие на пожарите подсказва, че „някои числа (използвани в подкрепа на хипотезата за ядрената зима)... вероятно са малко пресилени“. [9]

В документ на Министерството на вътрешната сигурност на САЩ, финализиран през 2010 г., експертите по пожарите заявяват, че поради естеството на съвременния дизайн и строителство на градовете, вземайки за пример САЩ, е малко вероятно след ядрена детонация в съвременен град да възникне огнена буря. Това не означава, че след детонацията няма да възникнат пожари на голяма площ, но че пожарите няма да се обединят и да образуват така важния за стратосферата огнен стълб, който статиите за ядрената зима изискват като предпоставка в своите климатични компютърни модели. Допълнителни неотдавнашни изследвания на димните стълбове показват, че почти всеки възможен сценарий за пожар води до малко или никакво впръскване на дим в стратосферата. [10]

Ядрената бомбардировка на Нагазаки например не е довела до огнена буря. Това е отбелязано по аналогичен начин още през 1986-1988 г., когато е установено, че предполагаемото количество гориво „насищането с гориво“ (количеството гориво на квадратен метър) в градовете, залегнало в основата на моделите за ядрена зима, е твърде високо и умишлено създава прогноза за топлинни потоци, които издигат дима в долната стратосфера, но оценките „по-характерни за условията“, които се намират в реалните съвременни градове, са установили, че насищането със запалими материали, а оттам и топлинният поток, който се получава в резултат на горенето, рядко ще издигнат дима много над тропосферата. [11]

Сценариите, допринасящи за огнена буря, зависят и от мощностtа на използваните бомби. Само бомби с мощност над 1 мегатон биха запалили достатъчно голяма площ, за да се образуват огнени бури, които да преминат от рядко разположени райони с високо насищане със запалими материали в райони с по-ниско насищане с горивото в модел на смесен град, като Нешвил. [12][13]

Кредит: National Nuclear Security Administration/Nevada Site Office

Операция Doorstep (1953), показваща останките от дървена къща след ядрения взрив. Кредит: Wikimedia Commons.

Въпреки първоначалната изпепеляваща топлина и взривоопасното свръхналягане тази типична американска къща с дървена конструкция не е изгоряла при излагането на внезапна топлина 25 вата на квадратен сантиметър. Насищането с гориво и строителните материали на съвременните американски градове, има само 20% от необходимото гориво за предизвикване на огнена буря. Повечето пожари в Хирошима могат да бъдат проследени до преобърнати печки за дървени въглища, използвани широко по това време за готвене в жилищните сгради[14], което се усложнява от плътно разположените жилища на тесни улици, които са били силно натоварени със запалими материали.

Огнена буря след бомбардировката над Хирошима. Кредит: Wikimedia Commons.

Ръсел Зайц (Russell Seitz), сътрудник на Центъра за международни отношения към Харвардския университет, твърди, че предположенията на моделна ядрената зима дават резултати, които изследователите искат да постигнат. Зайц критикува теорията за това, че се основава на последователни най-лоши събития. [15]

Бележки, публикувани в Science, v222, 1983, pp1283-92, че намален 2,5 пъти, климатичният ефект вероятно ще бъде незначителен.

Като се има предвид реалният терен, който заобикаля най-вероятните цели, вероятният вид на експлозиите (наземни взривове срещу укрепени военни съоръжения), припокриването на целите и условията, които биха могли да намалят запалителния потенциал на топлинния импулс, критиците на доклада смятат, че количеството дим от извънградски пожари вероятно е надценено поне 10 пъти (Cresson Kearny, Fire Emissions and Some of Their Uncertainties, Presented at the Fourth International Seminar on Nuclear War, Erice, Sicily, August 19-24, 1984). Ратхенс и Сигел (Issues in Science and Technology, v1, 1985 г., стр. 123-8) смятат, че вероятно ще има четири пъти по-малко дим и осем пъти по-малко сажди от градовете, отколкото е изчислено в проучването на Националния изследователски съвет."  [16]

Нека разгледаме пожарите при ядрена война от друга гледна точка. Всяка година на Земята горските пожари поглъщат 350 000 000 - 450 000 000 хектара гори, пасища и постройки и водят до средно 339 000 смъртни случая в света. [17] Това се равнява на 4 000 000 квадратни километра, които изгарят всяка година по света, което е почти половината от площта на Съединените щати.

В документ, озаглавен „Кой би спечелил във война между Русия и САЩ“ Алън Хол представя хипотетичен сценарий, при който всяка съществуваща ядрена бомба, с изключение на пенсионираните, се разпределя равномерно при гъстота 1 бомба на всеки 100 квадратни мили, което е приблизително 4 бомби на 1000 кв.км. Така можем да пресметнем 10 000 бомби / 4 х 1000 кв.км = 2.5 милиона кв. км. При този сценарий покритието на бомбите се простира само върху 1/4 от сушата на САЩ (САЩ около 10 милиона квадратни километра).

Всяка година пожарите на нашата планета се разпростират на по-голяма площ, без това да доведе до ядрена зима на климата. Това също се равнява на половината от CO2, отделян от изгарянето на изкопаеми горива годишно. [18] При горските пожари се отделят огромни количества енергия в мащаби, еквивалентни на ядрените оръжия. Пожарът Чишолм, причинен от човека горски пожар в Едмънтън, Алберта, Канада през 2001 г., освобождава енергия, еквивалентна на 1200 атомни детонации в Хирошима. [19] Огнената буря след бомбардировката на Хирошима освобождава 200 пъти повече енергия от самата атомна бомба.

Като се вземе предвид всичко това, като се вземе предвид наличният мегатонаж в днешните арсенали и като се коригира предполагаемото атмосферно натоварване от сажди, получаваме, че 5 тераграма се издигат в долната стратосфера, което води до спад на температурата с 2-3 °C за няколко месеца, а в най-лошия случай - за няколко години. Това няма да е ядрена зима, може би ядрена есен... и дори това е спорно, тъй като доказателствата сочат, че димът се задържа в стратосферата за много по-кратко време и че предположението за неконтролируеми огнени бури е неоснователно въз основа на наблюденията на бомбите, хвърлени през 1945 г.

Докато в Хирошима е имало огнена буря, в Нагазаки не е имало. Нагазаки е бил град с много повече горими материали, отколкото повечето съвременни градове. Големият недостатък на първоначалните модели на ядрената зима е, че те предполагат еднакво високо насищане с гориво за всички градове и че на всички тези места ще възникнат пожарни бури. Огнената буря не е гарантирана и се счита за малко вероятна в съвременните градове и по този начин теорията е погрешна от горе до долу.

За съжаление, все още се публикуват изследвания, които макар и направени професионално, се основават на допусканията на екипа на Карл Сейгън, въпреки че самият Сейгън признава, че моделът му не работи, без да се поставя под съмнение насищането с гориво и нивата на генерирания дим в атмосферата и без да се предлага никакво обяснение за механизма на пренос на дим и сажди в стратосферата. [20]

Затова Алън Xол призовава към здрав скептицизъм:

„Ядрената зима винаги е била нагласена, защото изводите са необосновани и никога не сме разполагали с достатъчно мощни бомби в реалността, за да я предизвикаме някога, но със сигурност през 2017 г., защото не разполагаме с такива в необходимия диапазон на висока мощност в рамките на активните стратегически ядрени арсенали на Русия или САЩ. Китай разполага с около 50, което не е достатъчно, за да промени резултата, и всъщност не се счита дори за надеждна заплаха за континенталната част на САЩ.".[21]

Справка:

    [1] Against Long Odds, MIT’s Thomas Neff Hatched a Plan to Turn Russian Warheads into American Electricity
    [2] http://www.frstrategie.org/publications/notes/web/documents/2016/201601.pdf
    [3] http://belfercenter.hks.harvard.edu/files/is3004_pp007-044_lieberpress.pdf
    [4] „Wintry Doom“. history.aip.org. Archived from the original on 2016-12-02. Retrieved 2016-12-02.
    [5] https://fas.org/blogs/security/2012/10/strategicstability/
    [6] https://fas.org/programs/ssp/nukes/nuclearweapons/DOD2012_RussianNukes.pdf
    [7] https://fas.org/sgp/crs/nuke/R41219.pdf
    [8] http://www.belfercenter.org/sites/default/files/legacy/files/is3004_pp007-044_lieberpress.pdf]
    [9] http://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/00963402.2016.1145901
    [10] http://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/00963402.2016.1170359
    [11] https://www.ifri.org/sites/default/files/atoms/files/proliferation_paper_Fedorov1.pdf
    [12] https://fas.org/issues/nuclear-weapons/nuclear-notebook/
    [13] https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/00963402.2017.1363995?needAccess=true
    [14] Worldwide deployments of nuclear weapons, 2014
    [15] Worldwide deployments of nuclear weapons, 2014
    [16] https://www.nrdc.org/sites/default/files/taking-stock-report-1998.pdf
    [17] http://U.S. Nonstrategic Nuclear Weapons - The Center for Arms Control and Non-Proliferation (http://armscontrolcenter.org/u-s-nonstrategic-nuclear-weapons/
    [18] https://www.nrdc.org/sites/default/files/taking-stock-report-1998.pdf
    [19] U.S. Missile Defense Programs at a Glance
    [20] The Intermediate-Range Nuclear Forces (INF) Treaty at a Glance
    [21] Deterrence and Nuclear Targeting in the 21st Century

Източник: Is nuclear winter a myth?, Allen Hall, Quora