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, армия сша, конфликты стран

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.

война в иране, американцы в иране, военные дейтсвия
конфликт в ираке, взрыв, конфликт стран
последствия войны, военные в ираке, армия сша
Последствия военных действий в Ираке (март-апрель 2003 г.)

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.

взрыв хиросима, последствия ядерного взрыва, ядерное оружие
разрушение хиросимы, бомбардировка японии, вторая мировая война
атомная бомбардировка, ядерный гриб, ядерное оружие сша
Катастрофические последствия бомбардировки г. Хиросима

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.

последствия взрыва, энергия взрыва, смертельное оружие

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 климатаКлимат, 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.

бомбардировка нагасаки, применение ядерного оружия, вторая мировая война
атомная бомбардировка, ядерный гриб, ядерное оружие сша
Катастрофические последствия бомбардировки г. Нагасаки

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».

 

Статья была опубликована в майском номере журнала "Наука и техника" за 2016 год.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!