Цивилизация
Как выглядит глобальное похолодание?
В массовой культуре ледниковый период зачастую изображают как царство вечной зимы — бескрайние снежные равнины от полюсов до экватора и сибирские морозы в любое время года. Этот яркий образ хорошо подходит для научной фантастики, но климатологи подразумевают под глобальным похолоданием гораздо более скромные перемены. Так, во время максимума последнего оледенения 18 тыс. лет назад, когда климат был холоднее на 6,5 градусов, вечные ледники доходили лишь до современных северных границ США, покрывали Скандинавию, район Балтийского моря и северную часть современной России. Нынешняя средняя полоса, центральная Европа, Франция и Украина были покрыты степями и тундрой, а южнее начиналась лесостепь.
Во время малого ледникового периода XIV-XIX веков на западе Европы стали обыденными снежные зимы, а летний период зачастую выходил дождливым и пасмурным. Это периодически приводило к неурожаям и массовому голоду, а на пике холодов температура в Европе снизилась на 1-2 градуса, так что однажды зимой лед появился даже на Адриатическом море. Если бы в наши дни глобальное потепление неожиданно сменилось новым малым ледниковым периодом, он бы нанес экономике большой урон, но вряд ли бы стал бы экзистенциальным вызовом для цивилизации.
Наконец, уже в эпоху научных наблюдений за климатом прошли «учения» с имитацией небольшой ядерной зимы. В 1815 году извергся индонезийский вулкан Тамбора, что по мощности (но не по последствиям) было эквивалентно взрыву 800-мегатонной атомной бомбы. Из земли было выброшено более 150 км3 породы, а пепел на несколько дней полностью затмил небо в радиусе сотен километров от вулкана. В атмосферу попало много оксида серы, из которого образовались сульфатные аэрозоли, отражающие солнечный свет.
В результате глобальная температура упала на 0,4-0,7 градуса, крестьяне столкнулись с неурожаем из-за заморозков и снегопадов, а 1816-й стал «годом без лета».
Лишь однажды в истории Земли она почти превратилась в снежок — 700-600 млн лет назад, когда ледники доходили до тропических широт. Однако по современным данным либо в глобальном ледяном покрове были крупные полыньи, либо ледовый щит был значительно меньше и заканчивался намного выше экватора.
Кто придумал концепцию ядерной зимы?
Впервые о влиянии ядерных взрывов на климат задумались еще в начале «холодной войны». В 1952 году американцы намеревались произвести первый в мире испытательный взрыв водородной бомбы мощностью около 10 мегатонн в ходе испытаний Ivy Mike, и ряд ученых выразили озабоченность в связи с возможным глобальным похолоданием. Согласно отчету майора ВВС США Луледжиана от того же года, взрывы мощностью 10-100 мегатонн поднимают в стратосферу много пыли и правда способны значительно повлиять на инсоляцию земной поверхности, даже если проводить испытания раз в несколько лет.
С тех пор среди ученых регулярно шли дискуссии, могут ли ядерные взрывы породить ледниковый период, но на новый уровень их вывел американский физик-астроном Карл Саган в начале 1980-х годов. Изначально он получил известность благодаря исследованиям космоса: в частности, Саган вычислил, что поверхность Венеры очень суха и горяча задолго до советских миссий на планету, а также предположил, что спутник Юпитера Европа обладает внутренним океаном (и оказался прав). Саган приложил руку практически ко всем американским космическим зондам, от первого в мире межпланетного венерианского «Маринера-2» и марсианских «Викингов» до «Вояджеров», исследовавших планеты-гиганты.
Карл Саган рядом с макетом «Викинга» на испытаниях в Калифорнии. Астроном помогал выбирать место для посадки аппарата на Марсе и участвовал в составлении научной программы
NASA/JPLПервой известной работой Сагана о возможных последствиях третьей мировой войны стала статья «Ядерная зима: глобальные последствия множественных ядерных взрывов», опубликованная в журнале Science в 1983 году (первый автор — Ричард Турко, но Саган стал главным публичным лицом этой концепции). В ней он и его коллеги использовали три модели: для оценки количества пыли и дыма от ядерных взрывов, модель поведения выброшенных микрочастиц в атмосфере и радиационно-конвективную модель, которая позволяет связать атмосферные твердые частицы с количеством тепла, достигающим земли.
Согласно моделированию, при обмене ядерными ударами общей мощностью 5000 мегатонн и выше, пыль и дым затмят солнце, и похолодание наступит очень быстро. Если взять за основу среднюю температуру полушария в 13 градусов, то спустя три недели после взрывов она может опуститься до -23 градусов.
Это намного холоднее ледникового периода каменного века и действительно похоже на сценарий апокалипсиса. Минусовые температуры должны продержаться около двух-трех месяцев, а полного возвращения к исходным значениям не ожидается даже к 300-му дню.
График из статьи 1983 года. Изменение температуры с течением времени из-за ядерных ударов разной мощности
Turco et al./ScienceПри этом авторы сразу оговариваются: указанные значения справедливы для абстрактного ультра-континентального климата. Океан работает как гигантский аккумулятор тепла, поэтому в прибрежных районах падение температуры должно быть слабее на 70%, а вдали от берега — на 30%. Однако океан не запасает солнечный свет, и потому многомесячное затенение в любом случае должно убить множество растений или сильно нарушить их рост.
Примерно в это же время, в первой половине 1980-х годов, аналогичные расчеты провели советские ученые Георгий Голицын и Александр Гинцбург. Их статьи почти не содержат однозначных утверждений, но в общем виде подтверждают выводы Сагана и его коллег.
Нефтяная зима и «Буря в пустыне»
Человечеству скоро выдался шанс проверить методологию подобных расчетов. В 1990 году диктатор Ирака Саддам Хусейн захватил Кувейт и угрожал поджечь около 800 нефтяных скважин в случае, если западная коалиция начнет против него войну.
Услышав об этом, Саган и Ричард Турко заявили, что если иракцы выполнят угрозу, это грозит миру глобальной катастрофой, аналогичной «году без лета».
Ключевой момент для глобального похолодания — подъем частиц сажи в стратосферу. Сажа от горящей нефти имеет черный цвет, легко нагревается солнцем и поднимается вверх. Эффект от пожаров на нефтяных скважинах может походить на ядерную зиму, считали ученые.
Западная коалиция начала наступательную операцию «Буря в пустыне», Саддам выполнил угрозу, и пожары не могли потушить многие месяцы. В результате никакой глобальной климатической катастрофы ни в 1991, ни 1992 году не случилось, что легко могут подтвердить люди старшего поколения.
Горение нефтяных скважин в Кувейте
Wikimedia CommonsКак выяснил физик Питер Хоббс, дым от пожаров имел незначительное глобальное воздействие, поскольку 1) частиц сажи было выброшено меньше, чем ожидалось 2) дым был не таким черным, как ожидалось 3) дым не поднимался высоко в атмосферу, а оставался на высоте менее 6 километров 4) частицы сажи висели в атмосфере недолго и оседали за несколько дней. Похолодание было лишь локальным и ограничивалось падением полуденной температуры на пару градусов. В итоге, по мнению Хоббса, некоторые цифры, используемые для поддержки гипотезы ядерной зимы, оказались раздутыми. Как потом поняли ученые, чтобы достичь стратосферы, поток дыма должен подниматься с большой площади, а нефтяные скважины — все же точечный объект.
Можно ли предсказать эффект атомного взрыва?
При моделировании последствий ядерного конфликта у ученых нет выбора, кроме как опираться на предположения. Современные климатические модели, описывающие влияние аэрозолей и сажи на климат, считаются надежными и точными. Однако чтобы выводы были корректными, необходимо заложить в них нужное количество сажи на разных высотах. Для этого необходимо понять, сколько твердых частиц поднимется в стратосферу из-за пожаров в городах. В свою очередь, перед этим нужно выяснить, сколько городов будет разбомблено и насколько хорошо они горят.
Да и будут ли бомбить города? Напротив, логично, что первостепенной целью при любой ядерной войне станет вражеский арсенал атомных бомб. Горение ракетных шахт, аэродромов, военных баз и позиций войск заведомо не способно произвести нужное для ядерной зимы количество дыма.
Если же города все-таки будут гореть, то как они будут это делать, также неясно. Например, по версии отечественного исследователя пожаров Иосифа Абдурагимова, ядерный взрыв захоранивает горючий материал под руинами зданий. Также ученый сомневается в том, что атомная бомба породит огненный шторм по образцу Хиросимы в современном мегаполисе.
«Горючая масса рассредоточена по «ячейкам», — комнатам, затем квартирам, затем домам и т.д. Ячейкам, изолированным друг от друга негорючими каменными, бетонными и железобетонными перегородками. Поэтому в неразрушенных домах (и тем более в разрушенных) эти очаги горения горючих веществ и материалов, разделенные негорючими преградами, не сольются в один сплошной пожар, обязательно приводящий к огненному шторму»,
— пишет Абдурагимов. В научном сообществе есть и другой взгляд на этот вопрос, но окончательную точку сможет поставить либо натурный эксперимент, либо полноценная многофакторная модель городского пожара.
Что думают современные ученые?
В целом исследователи давно отказались от модели Сагана и Турко, которая предсказывала апокалиптическое похолодание на 20-30 градусов. В одной из недавних статей Оуэн Тун и его коллеги рассчитали последствия обмена сотней ядерных ударов по городам между Индией и Пакистаном. Авторы исходят из полного выгорания горючего материала на всей площади пожара и не моделируют, как именно сажа попадает в стратосферу, а прикидывают, исходя из результатов предыдущих исследований. Расчеты на основе этих допущений показали, что средняя глобальная температура суши по итогам такой войны должна упасть на 4-8 градусов, а всей Земли — на 2-5 градусов. Это сравнимо с ледниковым периодом каменного века, но продлится такая ядерная зима примерно десяток лет.
Описанная выше точка зрения доминирует в современных работах, но ей есть сильная и легитимная оппозиция, которую составляют признанные ученые. Например, с концепцией ядерной зимы не согласны специалисты Лос-Аламосской лаборатории, где и было создано ядерное оружие. Их статья от 2018 года опирается на «пирамиду» из проверенных физических моделей: модель воздействия огненного шара взрыва на окружающую среду xRage, модель развития пожара HIGRAD-FIRETEC и климатическая модель CESM. Мишенью для виртуальной бомбардировки стал один из пригородов американского мегаполиса Атланты, а для оценки влияния на климат авторы предположили, что подобных ударов нанесено 100.
Моделирование столба дыма без учета влияния щебня от разрушенных здания и с ним
Reisner et al./JGR AtmospheresКак выяснили ученые, лишь небольшая доля сажи оказывается в стратосфере.
«Из исходной массы частиц углерода, большая часть которых выбрасывается на высоты ниже 9 километров, 70% выпадает в виде дождя в течение первого месяца и 78% удаляется в течение первых 2 месяцев. Остаток переносится на высоту более 12 километров в течение первой недели», — пишут авторы.
В итоге ядерная зима в модели не возникает. Глобальное похолодание в среднем ограничивается половиной градуса и в основном скажется на приполярных районах, хотя и этот эффект сойдет на нет в течение пяти лет.