Юрий Мизун - Озонные дыры и гибель человечества

Напомним, что через месяц после извержения вулкана Эль-Чичон в 1982 году количество частиц стратосферного аэрозоля, размером менее одного микрометра, составило 23 миллиона тонн. Спустя шесть месяцев их осталось там 8,3 миллиона тонн. При извержении вулкана Кракатау образовалось около 30 миллионов тонн частиц (всех размеров). Поясним, что способность частиц рассеивать солнечный свет зависит от их размеров. Поэтому, чтобы рассчитать способность всего облака частиц разных размеров рассеивать и поглощать солнечный свет, надо знать, сколько в облаке частиц разных размеров. Другими словами, надо знать распределение частиц по размерам и количество частиц каждого размера, или размеров «от» и «до». Этот вопрос для специалистов, рассчитывающих последствия ядерных взрывов, является одним из основных.

В других расчетах за начальные условия были приняты такие, когда у поверхности Земли производятся больше ядерных взрывов, чем в предыдущем сценарии, но мощность каждого из них значительно меньше. Получается, что в нижней атмосфере (в тропосфере) в результате этих взрывов может находиться 200–500 Мт пыли. Это частицы всех размеров. Среди них будет находиться примерно 8 % (то есть 17–40 Мт по массе) частиц с размерами меньше одного микрометра, которые особенно эффективно рассеивают солнечное излучение. Из нижней части тропосферы пыль вымывается осадками достаточно быстро. Но в верхней тропосфере выше погодного слоя занесенная туда пыль продержится в несколько раз дольше.

В одном из сценариев «было взорвано» 100 водородных бомб, каждая мощностью 20 Мт. Расчеты показывают, что радиационное облако от такого коллективного взрыва должно остановиться (стабилизироваться) на высотах между 19 и 37 км. Это значит, что в этом случае вся поднятая с поверхности Земли пыль окажется на высотах стратосферы. Причем ее там окажется немного. Если считать, что на 1 Мт взрывной мощности поднимается (образуется) 0,3 Мт пыли, то это значит, что в случае взрыва 100 водородных бомб мощностью 20 Мт каждая в стратосфере окажется от 200 до 1000 Мт пыли. Из этих тысячи миллионов тонн пыли примерно 50 миллионов тонн составят высокодисперсные (мелкие) частицы, размеры которых меньше одного микрометра. Кстати, время жизни частиц в стратосфере, так же как и в тропосфере, зависит от их размеров. Если частицы выпадают вниз, то их жизнь в стратосфере заканчивается. Так определяется время жизни.

Время жизни частиц зависит от количества их соседей, от частоты столкновений с ними. Другими словами, оно зависит от плотности атмосферного газа, которая быстро убывает с ростом высоты. Дольше всего живут на всех высотах частицы с размерами от одной десятой микрометра до одного микрометра. Их время жизни между тропосферой и стратосферой достигает нескольких месяцев, а то и лет. Чем ниже, тем плотность атмосферы больше, тем больше вероятность гибели частицы. Так, те частицы, которые в стратосфере жили бы в течение нескольких месяцев, на высоте полутора километра живут всего одну неделю. Очень мелкие частицы (меньше одной десятой микрометра) живут недолго потому, что они объединяются (коагулируются) с другими более крупными частицами. Что же касается частиц, размер которых превышает один микрометр, то они также живут меньше. Дело в том, что они служат эффективными центрами конденсации. На них образуется снег, град, капли дождя. А дальше они осадками вымываются из атмосферы. Если же частицы вообще крупные (размером больше 10 микрометров), то они без всяких осадков под действием силы тяжести выпадают вниз. Поэтому их время жизни в атмосфере невелико. Это называется гравитационным осаждением. Часть частиц выпадает в результате турбулентного движения воздушных масс. Это так называемое «сухое» осаждение частиц. Оно происходит со скоростью 0,5–0,8 см/с.

Специалисты рассчитывают также показатель преломления пылевых облаков. Смысл этого показателя известен из школьных учебников. Чем больше показатель преломления, тем больше луч света отклоняется от своего первоначального направления. Был измерен комплексный показатель преломления ряда скальных и вулканических пород. Кстати, он зависит и от длины волны падающего света. Измерения показали, что в диапазоне волн видимого света реальная часть комплексного показателя преломления этих пород находится в пределах от 1,47 до 1,57. Мнимая часть показателя для вулканического стекла составляла 2 × 10 -5, а для скальных пород — 1 × 10 -3(андезит). Поэтому проводя расчеты различных сценариев, специалисты берут для пыли следующее значение комплексного показателя преломления: m = 1,5–0,01 i.

Как уже говорилось, дым пожаров, вызванных ядерны-ми взрывами, создаст в атмосфере слой аэрозолей, который ослабит солнечное излучение, достигающее поверхности Земли. Эта схема понятна и логична. Но надо все грамотно рассчитать. А для того, чтобы такие расчеты дали реальные результаты, надо знать, какое количество дыма поступит в атмосферу, как высоко и далеко он распространится, как долго он будет существовать в атмосфере. Но для того, чтобы это знать, надо иметь сведения о тех пожарах, которые возникнут, надо знать данные о законах горючего материала, о распространении пожаров, о поступлении дыма, о его оптических и физических свойствах, о распределении частиц дыма по размерам и еще данные о многом другом.

Нельзя сказать, что теория крупномасштабных пожаров, вызванных ядерной войной, уже разработана полностью. Работа над ней продолжается. Ведь только в 1982 году специалисты обратили внимание на то, что в результате пожаров в атмосферу должно поступить большое количество дыма. Некоторое представление о крупных пожарах дает нам история. Так, во время правления Нерона в 94 году пожар в Риме продолжался 9 дней. Он уничтожил большую часть города с миллионным населением. Надо иметь в виду, что основная часть городских построек была каменной. Деревянные города вспыхивают как спички. На Руси это встречалось не редко. Судьба больших и малых деревянных городов была одинаковой — они выгорали дотла. Пожар, который вспыхнул в сентябре 1666 года в Лондоне, уничтожил более 13 тысяч домов. Москва горела в 1812 году. Огромный пожар в 1871 году охватил Чикаго. Известно, что он был вызван одним-единственным источником огня.

Большие современные города очень уязвимы для пожаров. Сильные землетрясения вблизи таких городов неизбежно вызовут массовые пожары. Ведь землетрясение разрушает газопроводы, вызывает короткие замыкания в электрических цепях, разрывает нефтепроводы и т. п. Землетрясение в Сан-Франциско в 1906 году вызвало особенно сильные пожары. То же самое произошло и в Токио в 1923 году. При определенных условиях пожары в городах распространяются быстро и охватывают большие территории.