Кибернетика, ноосфера и проблемы мира - Коллектив авторов

Исследования естественных изменений климата и антропогенных воздействий на него вследствие развития мирового хозяйства показывают, что климатическая система Земли (океан, суша, атмосфера, льды, биосфера) эволюционирует сравнительно медленно за время порядка десятилетий и более. При изучении эволюции такой сложной многопараметрической системы (с множеством положительных и отрицательных обратных связей), в которой значительную роль играет численное моделирование соответствующих процессов на ЭВМ, следует рассматривать наиболее вероятные изменения окружающей среды и оптимальные пути развития мирового хозяйства в изменяющихся климатических условиях.

При изучении возможных глобальных катастрофических явлений, каким предстает мировой ядерный конфликт, необходимо рассматривать все, даже кажущиеся сейчас маловероятными, механизмы развития региональных и глобальных последствий. Перестройка режима атмосферы и других частей климатической системы Земли может в этом случае развиваться значительно быстрее, чем при естественных и повседневных антропогенных изменениях.

Различные природные процессы можно сравнивать путем сопоставления их энергетики или же посредством изучения вызываемых ими последствий. Энергию ядерных взрывов измеряют обычно в единицах тротилового эквивалента: при взрыве заряда в 1 Мт выделяется энергия 4,2-1015Дж, равная тепловой энергии взрыва 1 млн. т тринитротолуола (тротила).

При взрыве имеющихся арсеналов ядерного оружия (приблизительно 12 тыс. Мт) выделится энергия 0,5-1020 Дж, т. е. равная энергии, получаемой Землей от Солнца менее чем за пять минут. Если, наоборот, измерять солнечную энергию в мегатоннах, то допустимо сказать, что Солнце для Земли служит источником энергии мощностью примерно 40 Мт/с. Ядерный конфликт с использованием всех имеющихся зарядов дает около 0,3 % суточного поступления солнечной энергии.

Основным в атмосферных эффектах при ядерных взрывах не является непосредственное выделение энергии. Так, если бы вся энергия ядерных взрывов пошла бы на разогрев земной атмосферы, то ее средняя температура поднялась бы всего на 0,01 °C, однако локальные разогревы могут быть весьма значительными.

Поскольку ядерная энергия при взрывах расходуется не только на нагрев поверхности и атмосферы, становится понятным, что сами взрывы, как бы разрушительны они ни были, не в состоянии стать причиной кардинальной перестройки энергетики природных процессов, таких, как формирование температурного режима и влагообмена, перестройки и циркуляции атмосферы и океана. Катастрофическими оказываются именно вторичные эффекты ядерных взрывов.

Окислы азота и разрушение озона

В огненном шаре ядерного взрыва образуются большие количества окислов азота, которые вступают в реакцию с атмосферным озоном. В стратосфере эти реакции приводят к разрушению озона на 30–70 % (по разным оценкам в зависимости от сценариев войны), а в нижней тропосфере — к образованию озона. Этот суммарный климатический эффект в отсутствии других изменений мог бы привести к повышению температуры поверхности Земли на несколько градусов за счет увеличения проходящей в тропосферу ультрафиолетовой радиации и усиления парникового эффекта из-за повышения концентрации тропосферного озона[67]. Приблизительно за два-три года озон восстанавливается, а парниковый эффект за то время может еще в полной мере не проявиться вследствие большой термической реакции океана.

Дополнительную и, весьма вероятно, существенную роль в разрушении стратосферного озона должен играть аэрозоль, образующийся в результате ядерных взрывов.

Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что на аэрозольных частицах тоже происходит разрушение озона. Так, после крупных извержений вулканов существенно уменьшается количество озона в слоях, содержащих стратосферный аэрозоль вулканического происхождения.

Группа сотрудников Института физики атмосферы АН СССР предложила объяснение одному эффекту, замеченному советским космонавтом Г. М. Гречко и названному «космические зори». Наблюдая их, Г. М. Гречко обратил внимание на существование выше горизонта синих полос, внутри которых есть более светлые. На основе расчетов синие полосы были отождествлены с прохождением света через стратосферный слой озона. Более светлые — соответствуют уменьшению концентрации озона на определенных высотах. Наиболее убедительной в настоящее время причиной таких уменьшений концентрации представляется разрушение озона в аэрозольных слоях атмосферы[68].

Человечество однажды уже предприняло непреднамеренную попытку разрушить озонный слой, надежно защищающий нас от избыточного ультрафиолетового излучения. Это была последняя серия интенсивных испытаний ядерного оружия в атмосфере в конце пятидесятых — начале шестидесятых годов, когда суммарная мощность взорванных зарядов составила около 300 Мт. Определение эффекта воздействия тех испытаний на общее количество озона по данным мировой озонометрической сети представляет собой сложную задачу, поскольку существует заметная естественная изменчивость озона во времени и пространстве. Однако в 1981 г. с помощью специальной методики обработки исходных данных американскому ученому Г. С. Рейнселу удалось с достаточной степенью уверенности оценить, что за год, следующий за испытаниями, содержание озона в атмосфере уменьшилось на 3±1,5 %[69], что вполне согласуется с теоретическими оценками.

Уменьшение плотности озонного слоя повлечет увеличение ультрафиолетовой радиации на поверхности Земли, что окажет угнетающее воздействие на биосферу, приведет к повышению частоты мутаций, подавлению иммунитета, увеличению заболеваний раком кожи.

Массовые пожары и «ядерная зима»

Основной причиной, которая в случае ядерной войны может привести к глобальной климатической катастрофе, большинство ученых мира, занимающихся этой проблемой, считает огромное количество дыма и сажи в атмосфере из-за массовых пожаров.

При пожарах выход дыма в атмосферу составляет несколько процентов от массы сгоревшего материала. Обычно принимается цифра в 2 %. Если подсчитать, сколько материала может сгореть в городах в результате возможного крупномасштабного ядерного конфликта, то получится порядка 100–200 млн. т дыма. Эти оценки были получены независимо у нас в стране и в США. «Дополнительный вклад» дают лесные пожары. Уже первые оценки голландца П. Крутцена и американца Дж. Беркса в 1982 г. показали, что дым только от лесных пожаров на площади в 1 млн. км2 может ослабить солнечный свет у поверхности Земли в десятки и сотни раз[70]. В дальнейшем эти данные многократно уточнялись, но основной вывод остался неизменным.

Энергия, выделяемая при пожарах, как минимум, на порядок превышает энергию самих взрывов. Если бы все ядерные заряды вызвали крупномасштабные пожары, то энергия этих пожаров оказалась бы равна кинетической энергии ветров в земной атмосфере, что неминуемо привело бы к полной перестройке атмосферной циркуляции и кардинальным изменениям погоды на всей Земле[71]. Ведь даже пожары городов и лесов на ограниченной территории порядка миллиона квадратных километров приводят к катастрофическим последствиям из-за огромных количеств пепла, сажи и дыма, поднятых в атмосферу.

Аэрозольные частицы поглощают и рассеивают солнечное излучение, что соответственно дополняет разогрев атмосферы и уменьшает солнечную энергию у поверхности. К тому же аэрозоль поглощает тепловое излучение от поверхности, т. е. может привести к некоторому увеличению парникового эффекта атмосферы.

Если аэрозоль слабо поглощает солнечное излучение (например, пыль или продукты вулканических извержений), то температурный эффект подобен облачному. Облака днем или летом охлаждают поверхность, отражая и рассеивая часть солнечных лучей, а ночью или зимой уменьшают выхолаживание, задерживая тепловое излучение поверхности.

Изменения средней температуры суши при разных сценариях ядерной войны. 1 — 5000 Мт; 2 — 100 Мт, атака на крупные города; 3 — 10000 Мт, максимальное количество пожаров

В глобальном масштабе увеличение количества рассеивающего аэрозоля приведет к похолоданию из-за увеличения отражательной способности (альбедо) Земли. Это похолодание частично компенсируется увеличением парникового эффекта за счет поглощения аэрозолем теплового излучения поверхности. Эффект, получаемый в результате, зависит от оптических свойств и высоты расположения аэрозольного облака. Но во всех случаях, регулируя потоки солнечного и теплового излучений, аэрозоль, как и облачность, сглаживает температурные контрасты.