Каковы последствия региональных и глобальных войн

Последствия региональных неядерных войн

За последние годы силы НАТО участвовали в четырехрегиональных войнах: операция «Буря в пустыне» против Ирака в 1991 г., против Югославии в 1999 г., против Афганистана в 2001 г. и операция «Шок и трепет» против Ирака в 2003 г. Последняя война была наиболее масштабной.Остановимся на ней подробнее.

Война началась 20 марта 2003 г. и продолжалась около трех недель.

В военных действиях со стороны антииракской коалиции приняли участие более 1 тыс. самолетов, 35 носителей крылатых ракет (КР) с 1 100 ракетами на борту и 6 авианосцев. Суммарная масса использованных взрывчатых веществ составила около 15 кт. Для сравнения укажем, что расход взрывчатых веществ в течение Первой и Второй мировых войн приближался к 5 и 10 Мт, соответственно.

Военные действия в Ираке сопровождались вылетами 2 тыс. самолетов, полетами 1 тыс. крылатых ракет (а значит, инжекцией продуктов сгорания топлива и акустической энергии), горением нефтяных скважин и хранилищ нефтепродуктов, а также пожарами в городах. Впервые для подавления электронных средств противника была применена электромагнитная бомба (Е-бомба) мощностью около 10 ГВт.

Автором построена модель физических процессов и экологических последствий, сопровождающих региональные неядерные военные действия, а также выполнены детальные расчеты физических эффектов и экологических последствий, сопровождавших военные действия в Иракев марте–апреле 2003 г. Основные результаты сводятся к следующему.

Полеты самолетов и КР привели к инжекции, соответственно, 100–200 и 1 кт продуктов сгорания топлива.

Суммарная энергия акустических колебаний, вызванных полетами самолетов и КР, составила 2 000–7 500 и 40 ГДж, соответственно. Частотный спектр акустического излучения был достаточно широк. Движение летательных аппаратов и струй реактивных двигателей обусловило значительное усиление излучения в частотных диапазонах 3–30 и 400–700 Гц.

При взрывах всех боеприпасов разрушено примерно 3 Мт вещества. Масса аэрозолей при этом составилаоколо 0,3 Мт, примерно четвертая часть которых (75 кт),по-видимому, заброшена взрывами и конвекционными процессами на достаточно большие высоты (1–2 км), где время жизни аэрозолей составляет 1–10 суток.

Взрывы сопровождались электризацией пыли и продуктов взрыва, генерацией возмущений в электрическом поле атмосферы. Величина суммарного электрического заряда достигала 100 Кл. Возмущения электрического поля в окрестности взрыва были порядка сотен кВ/м,продолжительность отдельного возмущения изменялась в пределах нескольких сотен секунд.

Взрывам сопутствовала генерация акустических колебаний в диапазоне частот ~ 1–10 Гц. Их суммарная энергия составила около 3 000 ГДж, а средняя мощность — 6 МВт.

Энергия сейсмических волн, сгенерированных взрывами, не превышала 600 ГДж. Их энергия была недостаточной для активизации естественных сейсмических процессов в литосфере, для инициирования землетрясений.

Поражение радиоэлектронного оборудования электромагнитным излучением Е-бомбы было возможным на расстояниях от долей до нескольких десятков километров.Повреждение и «зависание» компьютеров было вероятным на несколько больших (1–100 км) удалениях от места подрыва бомбы. Вывод из строя медицинского оборудования типа сердечных стимуляторов был возможен в пределах прямой видимости на удалениях в несколько сот километров.

Взрывы привели к эффекту экранирования солнечного излучения. Энергия сопутствующих вторичных процессов превышала энергию первичного процесса (взрыва) примерно на 3–5 порядков.

Мощность и энерговыделение отдельного городского пожара достигали 10 МВт и 1 000 ГДж. Суммарное энерговыделение было около 400 ТДж (1 ТДж = 1000 ГДж) при средней мощности, близкой к 4 ГВт. При этом в атмосферу было выброшено около 1 кт дыма и 0,5 кт сажи.

Энергия и мощность вторичных процессов, обусловленных экранированием солнечного излучения, составили около 1,7·1014 Дж и 1,7·1012 Вт.

Величина акустической энергии, сгенерированной городскими пожарами, достигала 1012 Дж при средней мощности 10 МВт.

Горение нефтяных скважин — самый интенсивный источник возмущения параметров околоземной среды и процессов в ней. Мощность, выделяемая при горении скважины, составляла десятки ГВт, энерговыделение —десятки ПДж (1 ПДж = 1 млн ГДж), а высота потоков горячего воздуха (термика) — 3 км. Суммарное количество сгоревшей нефти приблизилось к 40 Мт, энерговыделение — к 1015 Дж при средней мощности около 1012 Вт. В результате горения нефтяных скважин (около 50 штук) в атмосферу было выброшено почти 4 Мт дыма и 2 Мт сажи.Это привело к эффекту экранирования солнечного излучения, из-за которого земная поверхность недополучилаоколо 1022 Дж энергии солнечного излучения. Мощность этого вторичного процесса составила около 7·1012 Вт. Горение нефтескважин сопровождалось генерацией акустико-гравитационных волн (АГВ) с энергией около 4,5 ПДж и средней мощностью около 2 ГВт.

При пожарах на нефтехранилищах сгорело почти 1 Мт нефти, в атмосферу выброшено около 80 кт дыма и 40 кт сажи. Суммарное энерговыделение составило 3·1013 Дж при средней мощности 100 ГВт. Энергия и мощность вторичных процессов, связанных с экранированием солнечного излучения, составили 4·1019 Дж и 1014 Вт.

Горение нефтехранилищ сопровождалось генерацией АГВ с энергией около 1014 Дж и мощностью 0,3 ГВт.

При пожарах в частотном спектре АГВ должно было иметь место усиление составляющих на частотах 0,002;0,1 и 1 Гц при среднем диаметре пламени около 10 м.

Кроме нарушения теплового и динамического режимовв системе «подстилающая поверхность — атмосфера», кнегативным экологическим последствиям привели выбро-сы углеводородов (около 10–100 % от фонового значенияво всей атмосфере) и кислот HCl, H2SO4 и HNO3 (около10 % от фонового значения во всей атмосфере).

Интенсивные пожары, выбросы наэлектризованной пыли и аэрозолей, инжекция радиоактивного веществав результате использования слабо обогащенного урана должны были привести к существенному возмущению электрических параметров атмосферы над Ираком и глобальной электрической цепи в целом.

Значительная энергетика АГВ обусловила нарушение режима взаимодействия нижней и верхней атмосфер. По- видимому, имели место и другие каналы воздействия про­цессов в приземной атмосфере на верхнюю атмосферу, ионосферу и магнитосферу.

Катастрофические последствия глобальной ядерной войны

Ниже описаны возможные последствия глобальной ядерной войны для атмосферы, климата и экосистем. Их изучение стало возможным в результате математического моделирования ожидаемых процессов, а также экстра­поляции (т. е. расширения) результатов наблюдения гло­бальных природных катастроф.

Общие сведения. В арсеналах ядерных держав (а их девять — США, Россия, Великобритания, Франция, Китай, Индия, Пакистан, КНДР и Израиль) накоплены десятки тысяч ядерных зарядов с энерговыделением от единиц килотонн (кт) до единиц мегатонн (Мт). Суммар­ное энерговыделение составляет величину около 10 Гт (Гт — гигатонна) или 51019 Дж. Оно соответствует энергии сильнейшего землетрясения, взрыва вулкана, циклона или астероида с диаметром около 1 км. Таким образом, человечество впервые за свою историю овладело оружи­ем с мощью космических масштабов.

По мнению экспертов, если третья мировая война нач­нется, она может перерасти в глобальную ядерную войну. Основным театром военных действий, скорее всего, ста­нет Северное полушарие. При этом будет использовано большинство имеющихся ядерных боеприпасов, которые будут взорваны вблизи поверхности Земли. На первый взгляд, воздействие на планету кажется незначительным. Так, при энерговыделении в 51019 Дж, температура атмос­ферного газа с массой 51018 кг увеличится на 0.01°.

Если бы вся энергия ядерных боеприпасов ушла на нагрев Мирового океана, то температура воды увеличи­лась бы всего на 0,00001°.

Всей энергии взрывов достаточно для плавления льда массой 1,61014. Такую массу имеет куб льда со стороной около 6 км.

Таким образом, полученные оценки свидетельствуют о том, что энерговыделение всех накопленных ядерных бо­еприпасов не приведет к заметным изменениям окружаю­щей среды. Но, к сожалению, это не так. Дело в том, что энергетического подхода здесь явно недостаточно. Взры­вы приведут к длительному радиоактивному заражению атмосферы, почвы и воды, продолжительным изменени­ям климата, разрушению экосистем, демографической катастрофе и другим тяжелейшим последствиям. Более того, относительно слабые первичные процессы, вызван­ные массовыми взрывами, могут привести к существенно более сильным вторичным и третичным процессам. Эти и другие вопросы рассмотрим несколько подробнее.

Масштабы воздействия. Ядерное оружие обладает следующими тремя основными поражающими фактора­ми: ударная волна (перепад давления воздуха), тепловое воздействие и радиоактивное заражение.

Ударная волна — причина разрушений. Ядерный заряд в 1 Мт вызывает разрушения на площади около 500 км2, все накопленные боеприпасы — на площади 6 млн км2. Напом­ним, что площадь, например, Европы составляет 10 млн км2.

При взрыве ядерной бомбы выбрасываются радиоак­тивные вещества. Для заряда в 1 Мт число распадов в се­кунду составляет 1022 с-1. При энергии 10 Гт имеем число распадов 1026 с-1. Величина заражения может оказаться значительно большей из-за разрушения атомных электро­станций и других ядерных объектов. При мощности АЭС в 1 ГВт выбрасывается радиоактивное вещество с числом распадов 41019 с-1, а при мощности 103 ГВт их число — 4-1022 с-1. Хотя начальная активность продуктов разруше­ния АЭС ниже, чем при взрыве, продолжительность радио­активного заражения существенно выше, что обусловлено большим количеством долгоживущих изотопов в топливе атомных электростанций. Из таблицы видно, что в первые месяцы и годы площадь зоны необитаемости порядка пло­щади всей земной поверхности — 500 млн км2. Лишь через десятки лет она уменьшится на порядок.

В центре ядерного взрыва температура вещества со­ставляет десятки миллионов градусов. Столь высокие тем­пературы приведут к сильнейшим пожарам. При взрыве за­ряда в 1 Мт они возникают на площади в 100-300 км2, при взрыве всех ядерных боеприпасов пожаром будет охвачена территория в 1-3 млн км2. Удары в первую очередь, по-види­мому, будут наноситься по крупным городам, где удельная масса горючих материалов достигает 300 кг/м2. Около 70 % населения США, Канады, Европы и России живет в городах. Число городов с населением более 1 млн человек — около 120. Считая среднюю площадь такого города равной 300 км2, получим, что масса горючих материалов в городах, затрону­тых театром военных действий, примерно 1013 кг Средняя удельная теплотворная способность горючих материалов равна 4107 Дж/кг. При полном сгорании топлива массой 1013 кг выделится количество теплоты, близкое к 41020 Дж. Пожары неизбежно перекинутся на леса, площадь которых в Северном полушарии составляет 5 млн км2. При удельной массе 20 кг/м2 и теплотворной способности 107 Дж/кг коли­чество теплоты составит 1021 Дж. Суммарное значение те­плоты близко к 1,41021 Дж. Пожары — вторичные процессы. Их энергия в 30 раз больше энергии первичных процессов, т. е. взрывов боеприпасов. Продолжительность горения ле­сов зависит от их протяженности и средней скорости ветра и составляет около 10 суток. Мощность вторичных процес­сов равна 1,41015 Вт. Для первичных процессов средняя мощность близка к 5-1016 Вт.

Последствия для атмосферы. За счет вторичных процессов, а именно горения лесов и городов, атмосфере будет дополнительно передано около 1021 Дж тепла. При этом величина нагрева атмосферы, равная 0,01°, увели­чится в 30 раз и достигнет 0,3°. Это не очень значительный нагрев атмосферы в глобальных масштабах. Локальный нагрев — над пожарами — значительно сильнее (около 100-1000 К).

Другим важным последствием является 50 %-е разру­шение озоносферы. Дело в том, что при взрыве бомбы в 1 Мт образуется около 1032 молекул окислов азота, кото­рые переносятся в стратосферу, вступают в реакцию с О3 и разрушают озоносферу. Ее восстановление займет не­сколько лет.

Третье и наиболее значимое последствие связано с выбросом грунта при наземных ядерных взрывах. Масса раздробленного грунта составит около 51014 кг. Примерно 10 %, или 51013 кг составляет масса пыли, выброшенной в стратосферу на высоту 10-30 км. Важно, что около 10 % общей массы пыли (т. е. 51012 кг) приходится на частицы с размером менее 10-6 м. Они очень медленно (со скоростью 10-7-10-3 м/с) оседают из стратосферы на землю, время их оседания — не менее 100 суток. Сильно запыленная ат­мосфера непрозрачна для солнечного света. К подобному эффекту приведет также «задымленность» атмосферы. Как известно, дым состоит из мелких частиц неполностью сгоревшего топлива. Масса дыма составляет около 2-8 % от массы топлива. Если последняя равна 1013 кг при горе­нии городов и 1014 кг при лесных пожарах, то масса дыма изменяется в пределах 1011-1012 кг и 1012-1013 кг, соответст­венно. Масса углерода при этом равна около 1/4-1/3 от мас­сы дыма. Именно он и поглощает солнечное излучение. Следовательно, общая масса мелкой пыли и частиц дыма достигает величины около 1013 кг. Сначала она распро­странится на площади порядка 1014 м2 (площадь суши в Северном полушарии) и в объеме около 2-1018 м3. Средняя концентрация пыли составит 510-6 кг/м3. Сначала прозрач­ность атмосферы для солнечного излучения уменьшится в миллионы раз. После распространения пыли во всей зем­ной атмосфере, т. е. в объеме 1019 м3, прозрачность атмос­феры уменьшится «всего» в 20 раз.

Таким образом, «запыленность» и «задымленность» атмосферы делают ее непрозрачной для солнечной ра­диации. Данное явление названо «ядерной ночью». При этом нарушается сложившийся баланс тепла. Подавляется парниковый эффект, связанный с тем, что газовая оболоч­ка Земли более прозрачна для солнечного (длина волны 0,1-1 мкм), чем для теплового (длина волны 10 мкм) из­лучения. Атмосфера выступает в качестве «одеяла» для поверхности Земли. За счет подавления парникового эф­фекта температура последней, а также приземного возду­ха, понизится примерно на 30-40°, и возникнет явление, получившее название «ядерной зимы». Она наступит че­рез несколько недель после конфликта. В отличие от нее «ядерная ночь» наступит уже через несколько дней после начала военных действий и температура атмосферы, на­против, возрастет на 5-20° над сушей и над Мировым океа­ном, соответственно. Температура океана существенно не изменится из-за его большой теплоемкости. Он-то и будет способствовать нагреву вышележащей атмосферы. В ре­зультате «ядерной зимы» поверхность планеты в течение года недополучит солнечную энергию в объемах, равных 41023 Дж. Величина мощности при этом составит 1016 Вт.

Таким образом, энергия третичных процессов суще­ственно (в 8 тыс. раз) превосходит энергию первичных процессов.

Это не может не сказаться на перестройке климата Земли (см. ниже).

Четвертое последствие массированных ядерных взры­вов для атмосферы заключается в возникновении огненных штормов над горящими городами. Дело в том, что над ин­тенсивным пожаром температура газа значительно выше, чем в ненагретой области. Это приводит к подъему масс воздуха с огромной скоростью, т. е. к конвекции. Расчеты показывают, что эта скорость составляет 30-100 м/с. Для сравнения добавим, что скорость ураганного ветра равна 30-40 м/с. Важно, что конвекция существенно развивается лишь при значительных вертикальных потоках тепла (не ме­нее 10 кВт/м2). При горении городов плотность потока тепла близка к 1 МВт/м2, а при лесных пожарах и времени полного выгорания топлива, равного 5103 с, она достигала 40 кВт/м2.

Огненные штормы наблюдались в годы Второй мировой войны при бомбардировке Гамбурга в июле 1943 г., Дрезде­на в феврале 1945 г., а также Хиросимы и Нагасаки в авгу­сте 1945 г. При этом дым поднимался на высоту 10 — 12 км.

Огненные штормы сопровождаются сильными ливня­ми, другими серьезными изменениями погоды.

Как уже отмечалось, вариации температуры воздуха над океаном и сушей будут существенно отличаться. Это неизбежно приведет к изменению системы ветров, струк­туры и частоты образования вихрей, т. е. к перестройке динамического режима атмосферы.

Следствием остывания суши и одновременного нагре­ва атмосферы будут подавление конвекции над сушей и значительное ослабление турбулентного перемешивания, полное или частичное подавление циклонообразования.

Заметную часть осадков на сушу приносят цикло­ны. Нарушение процесса циклонообразования вызовет уменьшение уровня осадков. Есть и вторая причина их уменьшения. Она связана с нагревом атмосферы, паде­нием ее относительной влажности, а значит, ухудшением условий конденсации водяных паров.

Уменьшение уровня осадков продлит «запыленность» и «задымленность» атмосферы, затягивая похолодание и нарушение режима осадков. В этом состоит одно из про­явлений синергетической, т. е. совместной, деятельности различных процессов.

Последствия для Южного полушария. Если ядерная война начнется в Северном полушарии, ее последствия в несколько ослабленном виде скажутся и в Южном полу­шарии. Пыль и частички дыма распространятся по всему земному шару за характерное время около 20 суток.

Последствия для климата. Климат, как известно, фор­мируется в результате взаимодействия атмосферы, ги­дросферы, литосферы, криосферы и биосферы.

В результате ядерной войны сильнее всего изменится состояние атмосферы, в меньшей степени — состояние других оболочек. Этого уже достаточно для катастрофи­ческих климатических изменений.

В первые дни после бомбардировок в Северном по­лушарии следует ожидать быстрого падения темпера­туры поверхности грунта и приземных слоев воздуха на 15-20°. Примерно через месяц она заметно понизится и в Южном полушарии. Например, в Центральной Аф­рике — на 50°, в бассейне Амазонки и в Юго-Восточной Азии — на 40°, в то время как в Европе и Сибири — на 30°. В Северном полушарии температура будет ниже нормы примерно на 10° даже через полгода.

Значительные климатические отклонения через не­сколько месяцев постепенно уменьшатся. За это вре­мя в основном очистится атмосфера. Но последствия разрушения поверхности литосферы и биосферы рас­тянутся на десятки лет. Это означает, что на Земле по существу установится новый климатический режим, возможно, сильно отличающийся от нынешнего.

Разрушение экосистем. Ядерное оружие — глобаль­ное биосферное оружие. В результате его применения существенно изменятся сложившиеся экосистемы. Этому будут способствовать следующие факторы:

• во-первых, радиационное заражение. Дозы радиации порядка 10-102 Дж/кг приведут к гибели большинства млекопитающих и птиц, к поражению хвойных деревьев. Насекомые, микроорганизмы, травы, почвенная флора и фауна способны перенести дозы в 10-100 раз большие;

• во-вторых, пожары. Выгорит 2-3 млн км2 лесов Север­ного полушария. В огне погибнет значительная часть фло­ры и фауны;

• в-третьих, «ядерная ночь» и «ядерная зима». Прои­зойдет прекращение фотосинтеза, вымораживание расти­тельности, гибель многих популяций животных;

• в-четвертых, усиление воздействия ультрафиоле­та. Разрушение озоносферы приведет после окончания «ядерной зимы» к увеличению потока ультрафиолетово­го излучения Солнца примерно в 4 раза, а следователь­но, к угнетению иммунной системы биоорганизмов, к рас­пространению раковых заболеваний;

• в-пятых, выпадение кислотных дождей (снегов). Ядерные взрывы приведут к образованию примерно 1011 кг азотной кислоты. Выбросы оксидов серы и азота при горении городов и лесов увеличат массу кислот на порядок.

Как же изменятся экосистемы?

В Северном полушарии погибнет около половины хвойных и еще больше лиственных лесов. Лесные экосис­темы заменятся травяными и болотами.

Степи пострадают относительно мало. Возникнет за­силье сорняков.

В Северном полушарии погибнет более 30 % живот­ных и растений саванн, муссонных лесов, субтропиков и тропиков. Содержание углекислого газа в атмосфере воз­растет на 15 %.

Экологические последствия в Южном полушарии бу­дут выражены слабее.

Экосистемы океана пострадают сравнительно мало. В результате «ядерной ночи» почти полностью прекратит­ся фотосинтез, уменьшится количество фитопланктона и погибнут многие виды рыб.

Удары по портам приведут к загрязнению примерно на 10 % общей площади морей и океанов нефтяной пленкой.

Разрушение сложившихся экосистем вызовет массо­вую гибель флоры и фауны, исчезновение некоторых их видов, ускорится вымирание и уменьшится видовое раз­нообразие. В результате всего этого произойдет снижение устойчивости биосферы в целом. Вновь сложившаяся через десятки лет биосфера может оказаться неприемле­мой для человека.

Демографическая катастрофа. Демография, как из­вестно, изучает закономерности развития народонаселения.

В течение ядерной войны погибнет около 1 млрд человек. «Ядерную ночь» и «ядерную зиму» не пере­несут примерно 2 млрд человек. Затем еще 1-2 млрд людей вымрут из-за недостатка нормальной пищи. Возможно, что в Северном полушарии вообще никто не выживет. Не исключено, что это же произойдет и в Южном полушарии.

Последствиями глобальной ядерной войны станут повышение уровня смертности, падение рождаемости, увеличение числа неполноценных детей, рост онкологи­ческих заболеваний, усиление наследственных заболева­ний, снижение иммунитета и т. д.

«Закрытие» ядерной бомбы. Выше продемонстриро­вано, что глобальная ядерная война приведет к катастро­фическим экологическим последствиям, полный прогноз которых осуществить в настоящее время не представля­ется возможным.

Не случайно в конце ХХ в. появилось высказывание о том, что физики открыли ядерную бомбу, а математики ее «закрыли». Коллектив математиков под руководством Н. Н. Моисеева — крупного специалиста по глобальной экологии — путем численного моделирования доказал невозможность использования ядерных арсеналов, по­скольку оно самоубийственно для человечества. Возник­новение глобального ядерного конфликта означало бы конец человеческой цивилизации, а возможно, и исчезно­вение человека как вида.

Удачно об этом высказался российский физик акаде­мик Е. П. Велихов: «Теперь стало всем ясно, что ядерное оружие уже не инструмент политики и даже не инструмент войны. Это инструмент самоубийства».