Глобальные проблемы Урок истории

В.П. ПархоменкоВычислительный центр РАН им. А.А. Дородницына

(Москва)

На смену весне, ознаменованной юбилеем Великой Победы, пришло

наше короткое северное лето, которое в нынешнем году не менее бо�

гато памятными датами. 9 июля исполняется 50 лет «Манифесту Рас�

села — Эйнштейна» — выдающемуся философскому и политическому

документу, заложившему основы нового подхода к решению гло�

бальных проблем в ядерную эпоху и ставшему программой деятель�

ности Пагуошского движения ученых за мир, разоружение и между�

народное сотрудничество. А 6 августа мир склонится и замрет, отме�

чая 60�летие атомного апокалипсиса в Хиросиме.

Этот день стал точкой отсчета новой эпохи с ее чудовищной гонкой

вооружений, едва не погубившей планету. Он наглядно продемон�

стрировал и принципиально иные возможности наших воздействий

на природу, которые вскоре воплотились в потрясших биосферу и по�

ложивших начало глобальному экологическому кризису испытаниях

атомных и водородных бомб в Семипалатинске, на Новой Земле

и атолле Бикини. В нем кроются и истоки страшной череды антропо�

генных катастроф: Южный Урал, Тримайл�Айленд, Чернобыль, пос�

ледствия которых так до сих пор до конца и не осмыслены. Главное

же, он дал начало самому страшному в послевоенной истории пе�

риоду — «холодной войне», на протяжении нескольких десятилетий

державшей мир в напряжении и страхе перед возможностью полно�

масштабного ядерного конфликта. В том, что эта страшная угроза не

осуществилась, большая заслуга ученых, в том числе отечественных

математиков из школы, созданной основателем нашего журнала Ни�

китой Николаевичем Моисеевым. Потому в память о событии, пол�

ностью изменившем судьбы мира, мы публикуем сегодня пример

математических прогнозов�предостережений, которые, хотелось бы

верить, никогда не позволят человечеству забыть страшный день

первой атомной бомбардировки и заставят извлечь необходимые

выводы.

46 5(46)’2005Экология и жизнь

Глобальные проблемы Урок истории

Кконцу второй мировой войны все более яв�ным становится противостояние бывшихсоюзников — СССР и США, приведшеев итоге к изнурительной и оказавшейся не�

посильной для нашей страны гонке сперва в разра�ботке, а затем в наращивании производства ядер�ного оружия. Специалисты так и не пришли к еди�ному мнению о том, были ли неизбежны затратына нее, не имевшие прецедентов в истории.

К этому времени нас возвращают рассекречен�ные планы Пентагона по ведению ядерной войныпротив СССР (Kaku M., Axelrod D. To Win A NuclearWar: The Pentagons Secret War Plans. Boston: SouthEnd Press, 1987). Они действовали почти полвека и,естественно, менялись с развитием оружия исредств его доставки.

По предложению одного из создателей советс�кой атомной бомбы академика Г.Н. Флёрова мате�матические модели для оценки возможных послед�ствий использования атомного и ядерного оружия,разработанные нашими учеными во главе с акаде�миком Н.Н. Моисеевым, были применены к плану,утвержденному в США еще в 1954 г. и получивше�му кодовое название «SAC». План предполагал од�новременную атаку 735 стратегических бомбарди�ровщиков с атомными бомбами «Mark VI» на бор�ту (мощностью по 20 кт в тротиловом эквиваленте)на крупнейшие города СССР — в основном в евро�пейской части страны. В то время СССР еще немог нанести ответного удара. В том сценарии, в от�личие от ряда последующих, относящихся к круп�номасштабным ядерным конфликтам с массиро�ванными обоюдными ударами, во�первых, бом�бардировкам подвергался только СССР; во�вто�рых, использовались атомные, а не водородныебомбы; в�третьих, их суммарная мощность (14 Мт)была сравнительно невелика.

Ситуация кардинально изменилась в конце1950�х годов с появлением у нас баллистическихракет, способных достигать любой точки земногошара (самым ярким свидетельством их возможнос�тей стал запуск первого в мире искусственногоспутника Земли в 1957 г.). Безусловно, эти разра�ботки и последовавшее за ними массовое произво�дство ядерных боеголовок и средств доставки (на�ряду со здравым смыслом большинства политикови военных) заметно повлияли на послевоенные от�ношения в мире и в итоге позволили избежать опи�санных ниже катаклизмов.

Всепоглощающий пожар

Во всем мире после трагедий Хиросимы и Нагаса�ки стали изучать возможные последствия возмож�ной атомной войны — разрушения от мощнейшихвзрывов, распространение ударных волн и радиа�ции, биологические поражения. А в 1980�е годынаши математики провели исследование их влия�

ния на климатическую систему планеты (назван�ного позже феноменом «ядерной зимы»).

В крупных городах, избранных стратегическимицелями в упомянутых сценариях атомных конф�ликтов, сопровождающие взрывы очаги пламени(первичные пожары) частично гасятся мощнойвоздушной взрывной волной, однако разлетающи�еся искры, горящие обломки, брызги горящихнефтепродуктов, короткие замыкания в электри�ческих сетях вызывают обширные вторичные по�жары. Взрывная волна, нанося огромные разруше�ния сооружениям и коммуникациям, делает прак�тически невозможной борьбу с огнем в этих усло�виях. Распространяющиеся таким образом пожарымогут продолжаться в городах несколько дней и да�же недель.

Когда множество возникших независимо другот друга очагов пламени сливаются в один, обра�зуется так называемый огненный смерч, способ�ный уничтожить целый город. (Именно такаяучасть постигла Дрезден и Гамбург в конце второймировой войны после массированных бомбарди�ровок американской авиацией, хотя она исполь�зовала обычные бомбы, не сопоставимые по своейразрушительной силе с ядерным оружием.) Ин�тенсивное выделение тепловой энергии в центретакого гигантского пожара поднимает вверх ог�ромные массы воздуха, создавая в то же время вет�ры ураганной силы у поверхности земли, которыеподают все новые порции кислорода к очагу по�жара.

Именно в результате огненного смерча дым,пыль и сажа, поднимающиеся вверх (вплоть достратосферы), образуют черную тучу, практическиполностью перекрывающую доступ к земной пове�рхности солнечному свету. И на Земле наступает«ядерная ночь».

Впервые на роль масштабных пожаров в ходевозможного конфликта с применением ядерногооружия для последующего каскада необратимыхглобальных климатических и экологических изме�нений обратил внимание в 1982 г. немецкий уче�ный Пауль Крутцен.

Модельная война

Новые выводы и оценки потребовали тесного сот�рудничества и взаимопонимания специалистовразличных областей науки: биологов, климато�логов, математиков, физиков, химиков и предста�вителей других дисциплин. Только при таком сис�темном междисциплинарном подходе, ставшемхарактерным для научных исследований в послед�ние годы, удалось понять всю совокупность взаи�мосвязанных явлений, казавшихся ранее разроз�ненными фактами и событиями. Кроме того, фе�номен «ядерной зимы» относится к категории гло�бальных проблем, ставить, а тем более исследовать

47http://www.ecolife.ru

которые ученые научились лишь в последние годы.

Изучение и моделирование глобальных проблемначалось в 1970�е годы в Вычислительном центреАН СССР по инициативе и под руководством ака�демика Н.Н. Моисеева. В основе этих работ лежалопредставление о том, что человек — естественныйэлемент биосферы и его выживание вне биосферынемыслимо. Цивилизация может существовать вотносительно узком диапазоне параметров окру�жающей среды. Возрастающая мощь воздействийна нее человека выдвигает на первый план пробле�му выбора стратегии развития общества, котораяспособна гарантировать не только существование,но и совместную эволюцию (коэволюцию) челове�ка и природы.

Особое место в оценке таких воздействий зани�мают модельные расчеты возможных климатичес�ких последствий ядерной войны, в том числе из�заглобального радиационного заражения вследствиедальнего переноса в атмосфере радиоактивныхпродуктов взрывов.

Существует несколько типов моделей разнойсложности для расчета изменений климата Земли.К числу наиболее совершенных относятся трех�мерные гидродинамические модели, разработан�ные и воплощенные (в конкретных компьютерныхпрограммах) в Главном вычислительном центре

РАН. Расчеты по такой модели дают географичес�кое распределение всех метеорологических харак�теристик в зависимости от времени после «собы�тия», что делает результаты моделирования весьманаглядными.

Локальные выбросы сажи, дыма и пыли в атмос�феру в регионах Северного полушария, подверг�шихся атакам, под влиянием атмосферной цирку�ляции уже через две недели охватили бы все Север�ное полушарие и большую часть Южного. Однимиз важнейших оказывается вопрос, как долго сажаи радиоактивная пыль будут находиться в атмосфе�ре. Частицы аэрозоля удаляются из атмосферы бла�годаря оседанию под действием гравитации и вы�мыванию дождями. Скорость оседания зависит отразмера частиц и высоты. Расчеты показывают, чтоаэрозоль останется в атмосфере гораздо дольше,чем считалось прежде, в том числе из�за следую�щих факторов. Слой сажи будет интенсивно нагре�ваться солнечными лучами и подниматься с нагре�тыми им массами воздуха выше области образова�ния осадков. Приземный воздух окажется холоднеенаходящегося выше, и конвекция, определяющаяиспарение и выпадение осадков (круговорот воды вприроде), будет ослаблена. Осадков станет меньше,и аэрозоль вымываться будет медленнее. Все этоприведет к удлинению «ядерной зимы».

Для решения задачи была разработана модельпереноса сажи и пыли в атмосфере, влияющегона распространение в ней солнечного излучения.В сценарии предполагалось, что радиоактивнаяпыль мгновенно заброшена в верхнюю тропосферуи стратосферу, пожары продолжаются неделю,а пыль и сажа постепенно оседают на Землю поддействием упомянутых механизмов. Радиоактив�ные продукты взрывов также полностью связыва�лись с пылью. Основные радионуклиды — плуто�ний (период полураспада 5000 лет) и йод (две неде�ли). Климатические изменения вызваны поглоще�нием и отражением солнечного излучения сажей ипылью. Радиационное заражение поверхностипроисходит при осаждении на нее пыли.

Несбыточный прогноз или отложенный приговор?

Далее для примера приведены результаты конкрет�ных численных экспериментов в предположении,что атомная атака в упомянутом сценарии («SAC»)произошла бы в июле. Расчеты были проведены насрок два месяца. За это время характеристики оке�ана меняются мало, поэтому данные о температуреего поверхности брались из наблюдений и в моде�ли не рассчитывались.

Как видно из рис. 1, сильнее всего температураупала бы в Восточной Европе (на 7�е сутки послеатаки — более чем на 10 °С). Почти на всей терри�тории бывшего СССР температура понизилась бы

Рис. 1

Рис. 2

не меньше, чем на 5 °С. Но в связи с рассеянием,вымыванием и осаждением сажи и пыли из атмос�феры эти возмущения постепенно затухали бы, ина 30�е сутки похолодание на 5 °С отмечалось бытолько в отдельных частях Северной Америки.

На рис.2 изображены результаты расчетов оп�тических характеристик (по сути — прозрачности)атмосферы, свидетельствующие о том, что из�заособенностей атмосферной циркуляции возмо�жен значительный перенос аэрозолей от очага по�жаров в Европе на восток, север (в Арктику) и юг(почти вся Азия и север Африки). В итоге на 30�есутки загрязненной оказалась бы почти вся атмос�фера Северного полушария. А ведь измененияклимата в этом случае не идут ни в какое сравне�ние с теми, что обнаружились в последующих рас�четах, проведенных для различных сценариевполномасштабного конфликта с обменом ядер�ными ударами.

Но кроме климатических катаклизмов Земляподверглась бы сильнейшему радиоактивному за�ражению (рис.3), в том числе плутонием, имею�щим большой период полураспада. Как видно, вовсем Северном полушарии при таком сценариипревышение составило бы 10–50% ПДК (на пер�вый взгляд не так уж и много, но не стоит забывать,что сохраняется оно, почти не меняясь, десятиле�тиями).

Территория бывшего СССР подверглась бы наи�большему заражению, в частности короткоживу�щим йодом, легко проникающим в организм чело�века (рис. 4), но зараженными оказались бы и всяЕвропа, почти вся Азия, значительная часть Афри�ки и Северной Америки — на 30�е сутки почти всяона оказывается зараженной. (По оценкам специа�листов, общее радиоактивное загрязнение биосфе�ры из�за аварии на Чернобыльской АЭС составля�ет 7·10

6Ки. В представленной таблице показано, во

сколько раз радиоактивное заражение различныхрегионов короткоживущим йодом превысило быаналогичное заражение из�за аварии на ЧАЭС.)Видно, что максимум активности приходится на15�е сутки, затем наступает спад. В зону наиболь�шего заражения попадают территория бывшегоСССР и Азия, однако и Западной Европе тоже дос�танется 33, а Северной Америке — более 40 «Чер�нобылей».

Таким образом, уже первые численные экспери�менты с климатической моделью наглядно показа�ли, что даже достаточно «слабая» (по современнымпонятиям) атомная война против СССР в начале1950�х годов привела бы к заметным климатичес�ким изменениям и радиоактивному заражению нетолько на его территории, но и по всему Северномуполушарию. В конечном итоге это направлениематематического моделирования внесло заметныйвклад в сохранение мира на планете, привело к ны�нешним представлениям о безопасности за счетконтроля, ограничения и сокращения оружия мас�сового поражения, способствовало победе разуманад безумием.

48 5(46)’2005Экология и жизнь

Глобальные проблемы Урок истории

Регион Площадь,млн км

2

Активность (по сравнению с ЧАЭС)

7�й день

15�йдень

30�йдень

Западная Европа

ВосточнаяЕвропа

СредняяАзия

ОстальнаяАзия

СевернаяАфрика

ДальнийВосток

СевернаяАмерика

7,6

8,2

7

30

5,7

30

30

15

138

156

132

27

70

0

33

210

215

360

63

172

38

14

60

52

145

26

96

42

Рис. 3

Рис. 4