Ядерный малый ледниковый период: ученые смоделировали мир после войны России и США

В эпоху острого противостояния России и западного мира нет ничего удивительного в появлении научной работы, в которой анализируются возможные последствия ядерной войны между Россией и США. В конце концов почему бы ученым не писать про это, если уж власти Нью-Йорка в этом июле сделали ролик о том, как вести себя при ядерном ударе? (Пожалуйста, не надо повторять рекомендации из этого видео в жизни, они не очень правильные.)

Однако важен не только вопрос «как встретить ядерный удар». Поскольку большинство населения стран-участниц ядерной войны после нее выживет, появляется не менее значимый: что будет происходить потом?

Когда наступит глобальное оледенение

Авторы работы анализировали возможный конфликт не с позиций потерь обеих стран в войне. Их больше интересует долговременное состояние океана. И такой интерес оправдан. В конечном счете именно от того, что происходит с Мировым океаном,  зависит потенциальная опасность любого события, угрожающего снижением температур. Более того, только реакция океана и может угрожать существованию рода человеческого на планете Земля. О чем именно идет речь?

Полвека назад советский ученый Михаил Будыко первым в мире пришел к выводу о неизбежности глобального потепления из-за антропогенного СО₂. Когда он провозгласил это на конференции Всемирной метеорологической организации, шум был большой: ни советские, ни западные ученые не смогли с ним согласиться. Уж слишком радикальными казались его выводы. Сейчас они вряд ли кому-то кажутся таковыми: любой житель России, проживший на свете хотя бы лет 20, может заметить процесс потепления своими собственными глазами.

Поэтому стоит заранее прислушаться и к другим выводам советского климатолога. Среди них есть очень важный: климат современной Земли при одних и тех же «вводных» — солнечном излучении, содержании СО₂ и так далее — может находиться более чем в одном устойчивом состоянии. Иначе говоря, наша планета способна быть и в состоянии глобального оледенения, и в состоянии глобального отсутствия ледников. То, какая из этих фаз наблюдается в данный момент, во многом дело случайных, «исторических» обстоятельств.

Как отмечал Будыко, стоит водам северного океана однажды серьезно охладиться по каким-то случайным причинам, как там возникают многолетние льды. Они отражают подавляющее большинство солнечных лучей обратно в космос, резко уменьшают количество тепла, получаемого Землей. Это провоцирует образование ледников уже на суше — сперва в горах Скандинавии, затем — и более обширных, континентальных ледниковых щитов. Всего 20 тысяч лет назад такие щиты километровой стеной нависали над территорией нынешней Московской области или землями севера США. Естественно, ледники отражают еще больше солнечных лучей в космос, отчего разрастаются еще дальше. Где конец этой истории?

Будыко отмечал, где именно: в низких широтах. Он первым в истории науки установил: как только ледники достигают тропических и околоэкваториальных широт, отражающая способность Земли становится настолько высокой, что она приобретает стабильный глобальный ледниковый покров. Такое уже было на планете: 600-700 миллионов лет назад следы оледенения, обнаруженные геологами, видны по всему земному шару. И состояние это длилось долго: как минимум, десятки миллионов лет.

Интересно, что, по расчетам Будыко, в последнюю ледниковую эпоху климат был всего на 1-2 градуса теплее, чем нужно, для сваливания в стабильное глобальное оледенение. Следует четко понимать: в таком состоянии на планете не останется заметных количеств высших растений и наземных млекопитающих. Цивилизация в такой ситуации вряд ли выживет.

В свете этого понять беспокойство американских ученых за судьбу океана в случае ядерной войны можно. Что если она сможет вернуть нас в ледниковый период — или даже на 1-2 градуса ниже, накрыв весь мир толстым ледниковым щитом?

Что показало моделирование

Авторы новой работы смоделировали ряд сценариев ядерной войны, в крупнейшем из которых происходит полный расход атомных арсеналов США и России. Исследователи предположили, что в этом случае пожары после ядерных ударов вынесут в стратосферу 150 миллионов тонн сажи.

Работа констатирует, что в случае попадания такого количества сажи в атмосферу 70 процентов солнечного излучения перестанет достигать поверхности Земли. Это значит, что в самый ясный полдень на поверхности будет пасмурно, в пасмурный день — как глубоким вечером, а утро и вечер будут выглядеть скорее как современная ночь.

В итоге в первые месяцы после ядерной войны среднемировая температура упадет на 7 градусов Цельсия, а к третьему году войны — на 10 градусов. Причем в северном полушарии падение будет более выраженным, чем в южном: здесь много больше площадь континентов. А те остывают намного быстрее, чем океаны (у воды ведь очень высокая теплоемкость). Соответственно, у нас температуры упадут на 10+ градусов.

Кажется, что 10+ градусов — это немного. Но это только так кажется. Скажем, разница среднегодовых температур между Волгоградом (или Воронежем) и Магаданом — как раз тот самый десяток градусов. То есть после ядерной войны США и России, по мысли авторов работы, в самых урожайных районах России климат на годы станет примерно как в Магадане. Где, напомним, зерновые культуры в открытом грунте практически не выращивают. В Сочи температура будет примерно как в Мурманске, так что на урожаи из Краснодарского края тоже надеяться не стоит.

Океан, однако, обладает колоссальной тепловой инерцией. Поэтому там падение средней температуры воды на поверхности будет лишь 6 градусов Цельсия и только к четвертому году после ядерной войны. Правда, в отдельных морях похолодание будет более тяжелым — температура поверхности Южно-Китайского моря, например, упадет на минус 25 градусов Цельсия.

Но в среднем просадка выйдет не более 6,4 градуса Цельсия. Это неплохо: если бы поверхность океана стала холоднее сразу на десяток градусов, то ушла бы за тот самый порог «ниже последнего ледникового периода». А это — большой риск глобального (и постоянного) оледенения.

Но и восстановление температур в океанах будет идти много медленнее. К концу 15-летней симуляции тот так и не вернулся к довоенным температурам (на некоторых глубинах все еще был холоднее на пару градусов). Очевидно, морские организмы тоже будут крайне серьезно «придавлены» ядерной зимой.

Площадь морских льдов Арктики расширится на 10 миллионов квадратных километров, то есть более чем в полтора раза. Общая толщина льдов более чем удвоится, и более половины поверхности таких морей, как Японское, Южно-Китайское и Балтийское, рискуют покрыться морскими льдами — с соответствующими последствиями для климата прилегающих к ним стран.

Что особенно интересно: новое расширенное состояние морских льдов в Арктике является устойчивым. То есть вплоть до окончания симуляции никакого отступления их — или снижения их толщины — не происходит. Причиной авторы работы считают обратную связь: большая площадь льдов повышает отражательную способность Арктики, отчего она охлаждается, а льды — не тают.

Ученые отмечают, что более мелкие сценарии ядерной войны, например между Индией и Пакистаном, не дают выброса сажи достаточно большого, чтобы перевести льды Арктики в стабильно расширенное состояние. То есть технически можно говорить о наступлении «малого ядерного ледникового периода» для северных широт именно вследствии крупного атомного конфликта.

Ни глобального оледенения, ни глобального потепления

Авторы работы не фиксируют в ней таких изменений, которые могли бы перевести климатическую систему в фазу глобального оледенения. Да, новое устойчивое — и более холодное — состояние мирового климата они прогнозируют. Но расширение льдов будет недостаточным, чтобы образовать крупные наземные ледники и тем более недостаточным для того, чтобы те начали двигаться в тропики, как это уже было в криогении, 600-700 миллионов лет назад.

Но и глобальное потепление, считают исследователи, не сможет вернуть климатическую систему во вполне довоенное состояние. Ученые ссылаются на то, что крупная ядерная война приведет к резкому снижению выбросов углекислого газа, что приостановит — а то и повернет вспять — текущее глобальное потепление.

Однако эту идею легко поставить под сомнение. Не секрет, что в блоке НАТО и России проживает всего лишь одна восьмая населения Земли, и подавляющее большинство выбрасываемого планетой СО₂ формируется никак не здесь. Поскольку ядерная война с большой вероятностью не затронет страны за пределами этого региона — Китай уже заявлял, что не будет ввязываться в такие конфликты, — то мировые выбросы углекислого газа могут снизиться не кардинально.

А что насчет достоверности?

При всей небезынтересности этой работы отметим и некоторые ее вполне очевидные ограничения. Для начала стоит задуматься: а как вообще в мире появилась идея ядерной зимы, на которую опирается эта новая научная статья?

Впервые эта концепция появилась не в рецензируемом журнале, а в фантастическом рассказе Пола Андерсона «Завтрашние дети», написанном в далеком 1947 году (то есть в этому году у этой идеи 75-летний юбилей). Правда, там «Фимбулвинтер» после атомной войны вызвана пылью, а не сажей. Однако и вариант с сажей фантасты разобрали за десятки лет до ученых: в 1957 году вышел «Факел» Кристофера Энвила, где атомные удары приходятся в нефтяные поля, а уже горящая нефть дает сажу, запускающую многолетнюю искусственную ядерную зиму.

В научной сфере общие рассуждения о возможности такого рода появляются в начале 1980-х. Особенно продвигал их Карл Саган, но делал это без серьезной опоры на расчеты. За это коллеги серьезно его критиковали. 

А советский математик Владимир Александров к 1983 году провел моделирование такого процесса — во всей, насколько позволяли тогдашние возможности, полноте. И все его модели были довольно убедительны. Настолько, что работа вызвала заметный резонанс и в США, и в мире в целом. Александрова приглашали с докладами на эту тему на различные  конференции, на одной из которых, в 1985 году, он и исчез загадочным образом и при невыясненных обстоятельствах.

Но тут надо заметить, что и модель Александрова, и практически все остальные модели ядерной зимы никогда не учитывали, сколько же сажи от «ядерных пожаров» после обмена атомными ударами, попадет в стратосферу. Почему именно в нее? Дело в том, что в тропосфере достаточно тепло, чтобы оттуда шли дожди. А дожди быстро и эффективно «вымывают» сажу из атмосферы. Так что без попадания именно в стратосферу, то есть выше 11 километров, никакой ядерной зимы быть не может.

Откуда же взялись цифры по массе сажи в атмосфере? А из обычных «качественных» (то есть не количественных, не полученных строгими расчетами) оценок. Например, в 1984 году Голицын и Филипс оценили массу сажи в 100-200 миллионов тонн, то есть в сущности в те же 150 миллионов тонн, что мы видим в работе в AGU Advances в 2022 году.

Правда, ядерные арсеналы США и СССР в ту эпоху были несопоставимо больше, чем сегодня у всех стран мира вместе взятых. Голицын и Филипс пишут про 5 тысяч мегатонн тротилового эквивалента, которые полностью уничтожат примерно тысячу городов. Сажа от них и могла, как тогда считали, достичь стратосферы.

Наука хороша тем, что позволяет сделать проверяемые прогнозы. Даже без самой ядерной зимы сходные с ней результаты должны дать поджигания крупных нефтяных месторождений и нефтехранилищ. В 1980-х сторонники этой гипотезы точно посчитали: поджога ста нефтяных скважин хватит, чтобы устроить пусть и смягченную, но близкую к реальности версию ядерной зимы. Карл Саган и его единомышленники прямо пообещали это в январе 1991 года в прессе. В случае поджига нефтяных скважин они ожидали морозов в Индии.

Только вот в 1991 году, во время Войны в Заливе, иракцы подожгли одновременно 600 нефтяных скважин. Все они в норме были под внутренним давлением, и после начала пожара не прекращали гореть восемь месяцев. На пике в них сгорал примерно миллион тонн нефти в день.

Тем не менее никаких морозов — и даже похолодания — в Индии не было. Сажа от пожаров не достигла высот выше 6,1 километра. То есть так и осталась в тропосфере, откуда ее, разумеется, вскоре вымыло дождями. Кажется, этот «эксперимент» должен был поставить под серьезное сомнение ту гипотезу, о которой мы говорили выше: все работы 1980-х упирали именно на нефтяные скважины как на главные источники сажи после ядерной войны. Причины этого в том, что при горении нефти сажи образуется намного больше, чем при городских или лесных пожарах. Главное же — нефть может гореть подолгу, что позволяет саже подняться максимально высоко. Никакой городской пожар после атомного удара не будет длиться ни восемь месяцев, ни даже восемь недель: это технически нереально.

Однако сторонники модели ядерной зимы решили, что сама гипотеза верная, просто надо посчитать как-то по-другому, чтобы решение сошлось с ответом. Правда, после Кувейта 12 лет придумать такое решение не удавалось. Но ученые — люди изобретательные, и через много лет они все же выяснили, как именно надо «считать правильно»: они заявили, что города больше нефтяного месторождения, а саже от более крупных очагов пожаров проще будет достигать стратосферы.

Предположение креативное, но оно тоже вызывает серьезные вопросы. Где примеры таких городских пожаров? В 1987 году специалист по взрывам Крессон Кирни выпустил книгу «Навыки выживания в ядерной войне», в которой довольно остро прошелся по этой ключевой слабости всех моделей ядерной зимы.

Во-первых, отметил Кирни, после взрывов здания будут в основном обрушены, в результате чего большинство сгораемых материалов завалит материалами негорючими — обломками стен. Другие авторы тоже отмечали: модели ядерной зимы говорят о сгорании до 5 миллиардов тонн горючих материалов при ударе по городам. Однако источник этой цифры не называют. А анализ чертежей указывает, что общий объем горючих материалов в городах стран-противников — менее 1,5 миллиарда тонн. Откуда же взялись 5 миллиардов? Ответа на этот вопрос так никто никогда и не дал.

Во-вторых, вообще неясно, почему после ядерных ударов непременно должны случиться мощные пожары, в которых сгорит буквально всё. Откуда взялась эта идея? Да, в Хиросиме после удара бомбы было много пожаров. В домах с фактически бумажными стенами в ту пору готовили на древесном угле, на жаровнях: никакого газа в домах японцев не было. Естественно, после атомного взрыва уголь во множестве домов с жаровен слетел, отчего возникли мелкие пожары. Затем уже они переросли в общегородской пожар.

Но вот уже в более современном городе Нагасаки никакого общегородского пожара не было. Хотя и в этом городе было немало зданий с деревянно-бумажными стенами — и все-таки их не хватило для такого события. Так что же заставляет ожидать, что современные города будут гореть лучше Нагасаки? Пока ответа на этот вопрос нет.

Что касается вообще концепции ядерной зимы в целом, то ее в свое время довольно точно оценил Фримен Дайсон, человек, немало сделавший для противостояния идеям о применении ядерного оружия.

«Это [гипотеза ядерной зимы] абсолютно отвратительно сделанное научное исследование, но я считаю, что исправить ситуацию публично невозможно… Кто захочет, чтобы его объявили сторонником атомной войны?»

Само собой, Naked Science тоже этого не хочет. Поэтому прямо здесь мы и поставим точку.