Глава 2. Атомное оружие

Существует огромное количество исследований по атомному оружию и последствиям его применения. Здесь мы можем предложить читателю только краткий и неполный обзор основных выводов, рассмотренных исключительно только с точки зрения того, может ли тем или иным способом то или иное применение ядерного оружия привести к человеческому вымиранию. Отмечу, что значительная часть информации о ядерном оружии по-прежнему секретна, и в силу этого предлагаемые выводы не могут быть абсолютно достоверными.

Классическим примером угрозы человеческой цивилизации и самому существованию людей является угроза ядерной войны. Обычно о ядерной войне говорят, что она приведёт к «уничтожению всей земной жизни». Однако, судя по всему, это утверждение является некоторым преувеличением. Ядерное оружие имеет три потенциальных фактора глобального поражения: непосредственный поражение всей площади Земли, радиоактивное заражение всей Земли и эффект «ядерной зимы». (Кроме того, ядерное оружие может инициировать некие другие опасные процессы, что мы обсудим позже). Далее мы покажем, что хотя каждый из этих эффектов может в исключительных обстоятельствах привести к вымиранию человечества, обычная ядерная война, скорее всего, не приведёт к полному вымиранию (хотя жертвы будут огромны).

Классическая ядерная война не предполагает атаки на все места проживания людей, а только на противника и его союзников, а значит, не может привести к вымиранию людей за счёт непосредственных поражающих факторов ядерного оружия. Однако, можно рассмотреть гипотетическую ситуацию, когда ядерный удар наносится по всем местам проживания людей. Оценим, какое количество боеголовок необходимо, чтобы уничтожить всех без исключения людей, если ядерные удары будут равномерно и одновременно нанесены по всей поверхности Земли. Для уничтожения всех людей на суше потребовалось бы не менее (а вероятно, и значительно более) 100 000 боеголовок мегатонного класса. (Если считать, что одна боеголовка поражает площадь в 1000 кв. км, что вероятно, является завышенной оценкой. Гарантированное уничтожение потребует гораздо большего числа зарядов, поскольку даже в районе эпицентра взрыва в Хиросиме были выжившее – в 500 метрах от точки взрыва.) В тоже время, огромные участки суши необитаемы. Разумно предположить, что 100 000 боеголовок поставят людей на грань выживания, хотя и не уничтожат всех людей гарантировано, так как останутся выжившие на кораблях, самолётах, и в подземных убежищах. Гарантированное уничтожение всех людей, возможно, потребует миллионов боеголовок. Следует отметить, что на пике холодной войны ведущие державы обладали количеством боеголовок порядка 100 000, а накопленные запасы плутония (2000 тонн [Bostrom 2001], хотя не весь он «оружейный», то есть, чистый по изотопному составу плутоний-239; однако, проведённые в США испытания показали, что и не оружейный плутоний можно использовать для ядерных взрывов, но с меньшим выходом энергии[Garwin 1998] позволяют произвести ещё несколько сот тысяч боеголовок. (Впрочем, эти утверждения подвергаются сомнению[20], и точные данные о том, какова должна быть чистота реакторного плутония и каким образом его можно использовать в военных целях по понятным причинам засекречены.) Вместе с тем, ни один сценарий ядерной войны не предполагает равномерного удара по всей площади планеты. С другой стороны, теоретически возможно создать такое количество бомб и средств доставки, чтобы нанести удар по всей площади. К аналогичным выводам – о том, что ядерная война сама по себе не может привести к человеческому вымиранию, приходят и другие исследователи [Johnston 2003]. Кроме того, отсутствуют публикации, которые указывали бы на риски полного человеческого вымирания в результате непосредственного воздействия ядерных взрывов обычной мощности (а не последующих эффектов в виде радиоактивного заражения и ядерной зимы.)

2.1 «Ядерная зима»

В отношении ядерной зимы есть два неизвестных фактора: во-первых, насколько она будет длительной и холодной, а во-вторых, в какой мере ядерная зима означает вымирание человечества. В отношении первого фактора существуют различные оценки: от крайне суровых (Н.Н. Моисеев, Карл Саган) до относительно мягких концепций «ядерной осени». Существующая критика концепции ядерной зимы сосредотачивается вокруг следующих вопросов:

· Какое количество сажи возникнет и будет выброшено в тропосферу в случае крупномасштабной ядерной войны?

· Какое влияние она окажет на температуру Земли?

· Как долго она будет находиться в верхних слоях атмосферы?

· Какое влияние окажет падение температуры на выживание людей?

Отдельные исследования сосредотачиваются на анализе каждого из этих факторов, принимая как данность результаты предыдущего. Например, недавнее американское исследование проблемы влияния ядерной зимы на климат принимает в качестве исходных данных количество сажи в тропосфере, равное 150 млн. тонн. В исходном анализе Н. Н. Моисеева [Моисеев 1985] это количество было 4 млрд. тонн, и соответственно, падение температуры составило 20, а не 50 градусов, как у Н.Н. Моисеева. В статье И.М. Абдурагимова "О несостоятельности концепции "ядерной ночи" и "ядерной зимы" вследствие пожаров после ядерного поражения" [Абдурагимов 2009] приводится жёсткая критика именно по количеству сажи, которая выделится в результате полномасштабной ядерной войны. При лесном пожаре сгорает в среднем только 20% от горючей массы, из неё только половина является по массе чистым углеродом, и бóльшая часть этого углерода сгорает полностью, то есть, – без образования частичек угля. При этом, только часть сажи будет настолько мелкодисперсной, что сможет висеть в тропосфере и затемнять землю. Чтобы транспортировать эту сажу в тропосферу, где она может «зависнуть» по причине отсутствия там конвекции, требуется возникновение специфического явления – огненного торнадо (поскольку сам шар ядерного гриба, уходящий высоко в тропосферу, имеет настолько большую температуру, что в нём все частички сажи сгорают). Огненное торнадо образуется не при всех ядерных взрывах, Оно не должно образовываться в современных городах, построенных таким образом, чтобы избежать этого эффекта, например, в городах бывшего СССР. И, кроме того, оно резко улучшает сгорание, как меха в плавильной печи, в силу чего сажи в нём гораздо меньше.

Эти особенности отличают сажу при ядерной зиме от обычной вулканической пыли, которая буквально выстреливается в стратосферу из жерла вулкана. При этом, вулканическая пыль состоит из более тяжёлого оксида кремния и гораздо быстрее выпадает из тропосферы.

Однако, всё же можно представить себе гипотетическую ситуацию, когда в тропосфере оказались сотни миллионов тонн мелкодисперсного углерода. Можно представить себе и альтернативные ядерной войне сценарии попадания его туда, например, попадание астероида в залежи каменного угля, или вулканический взрыв под такими залежами, или результат некой человеческой деятельности, или даже неконтролируемое размножение нанороботов, заслоняющее солнечный свет, как предполагает Фрейтас [Freitas 2000]. Исходные расчеты Н. Н. Моисеева делались для площади сгоревших городов и лесов в 1 млн. кв. км. Суммарная площадь лесов на земле составляет примерно 40 млн. кв. км, и они содержат около 240 млрд. тонн древесины. Это означает теоретическую возможность очень большого выброса сажи в атмосферу даже при гораздо меньшей доли образования сажи, но только в случае намеренного уничтожения цивилизации, так как вряд ли в ходе обычной ядерной войны будут бомбить леса.

Время нахождения сажи в тропосфере оценивается по-разному, но обычная оценка – от нескольких месяцев до 10 лет [Robock 2007]. Есть также и альтернативные теории воздействии ядерной войны на климат, например, теория о том, что за счёт парникового эффекта от сгоревшего углерода и образования окислов азота и их влияния на озоновый слой [Геворкян, Геворкян 2006] температура Земли резко повысится.

Также следует сказать, что внезапные и длительные похолодания не обязательно означают человеческое вымирание. Например, США и Швейцария имеют не менее чем пятилетний стратегический запас продовольствия[Бекенов 2003], хотя в целом сведения о стратегических запасах относятся к секретным, плюс топливо в виде лесов, печи и навыки выживания при зимних температурах. Я полагаю, что чтобы привести к гибели всех людей, ядерная зима должна длиться не менее ста лет с антарктическими температурами, и то этого может быть недостаточно, с учётом человеческой способности приспосабливаться. (Если считать, что ядерная зима будет единственным неблагоприятным фактором, что неверно.)

Наиболее современные исследования климатических последствий полномасштабной ядерной войны опубликованы в статье Алана Робока с соавторами «Ядерная зима в современной модели климата при существующих ядерных арсеналах: последствия по-прежнему катастрофичны» [Robock 2007]. Статья содержит обзор предыдущих исследований и разумные варианты ожидаемого выброса сажи. Расчет выполнен на основании современной метеорологической модели, проверенной на других приложениях. В результате получается, что при полномасштабной войне современными (то есть, сокращёнными со времён холодной войны) ядерными арсеналами среднее снижение температуры по всей Земле составит около 7 °С в течение нескольких лет, а последствия ядерной зимы будут ощущаться около 10 лет. Время очищения (в е раз) верхней тропосферы от сажи составит 4,6 лет. При этом, над континентами снижение температуры составит до 30 °С, и в частности, над Украиной не будет положительных температур в течение трёх лет. Это сделает невозможным ведение классического (не в теплицах) сельского хозяйства почти по всей Земле в течение нескольких лет. С другой стороны, над тропическими островами (Куба, Мадагаскар, Шри-Ланка) снижение температуры составит только 5-7 °С. Очевидно, что значительное число людей могли бы пережить такое похолодание, однако при этом начнётся борьба за оставшиеся ресурсы, которая повысит риски дальнейших катастроф. Серия крупных вулканических извержений (вулканический пепел уходит из тропосферы с характерным временем в 1 год) могла бы дать такой же эффект.

Учитывая неопределенность в моделях, а также возможность затяжной ядерной войны и других причин затемнения атмосферы, можно предположить следующие теоретические варианты ядерной зимы:

1) падение температуры на один градус на один год, не оказывающее значительного влияния на человеческую популяцию. Как после извержения вулкана Пинатубо в 1991 году.

2) «ядерная осень» – снижение температуры на 2-4 °С в течение нескольких лет; имеют место неурожаи, ураганы.

3) «год без лета» – интенсивные, но относительно короткие холода в течение года, гибель значительной части урожая, голод и смерть от холода в некоторых странах. Это уже происходило после крупных извержений вулканов в VI веке нашей эры [Волков 2007], в 1783 г., в 1815 г.

4) «десятилетняя ядерная зима» – падение температуры на всей земле примерно на 10 лет на 30-40 °С. Этот сценарий подразумевается моделями ядерной зимы. Выпадение снега на большей части земли, за исключением некоторых экваториальных приморских территорий. Массовая гибель людей от голода, холода, а также оттого, что снег будет накапливаться и образовывать многометровые толщи, разрушающие строения и перекрывающий дороги. Гибель большей части населения Земли, однако миллионы людей выживут и сохранят ключевые технологии. Риски: продолжение войны за тёплые места, неудачные попытки согреть землю с помощью новых ядерных взрывов и искусственных извержение вулканов, переход в неуправляемый нагрев ядерного лета. Однако даже если допустить этот сценарий, окажется, что одного только мирового запаса рогатого скота (который замёрзнет на своих фермах и будет храниться в таких естественных «холодильниках») хватит на годы прокорма всего человечества, а Финляндия имеет стратегический запас еды (зерна) на 10 лет.

5) новый ледниковый период. Является гипотетическим продолжением предыдущего сценария, в ситуации, когда отражающая способность земли возрастает за счёт снега, и начинают нарастать новые ледяные шапки от полюсов и вниз, к экватору. Однако часть суши у экватора остаётся пригодной для жизни и сельского хозяйства. В результате цивилизации придётся радикально измениться. Трудно представить огромные переселения народов без войн. Много видов живых существ вымрет, но большая часть разнообразия биосферы уцелеет, хотя люди будут уничтожать её ещё более безжалостно в поисках хоть какой-либо пищи. Люди уже пережили несколько ледниковых периодов, которые могли начаться весьма резко в результате извержений сверхвулканов и падений астероидов (извержение вулкана Тоба, Элатинская кометная катастрофа).

6) Необратимое глобальное похолодание. Оно может быть следующей фазой ледникового периода, при наихудшем развитии событий. На всей Земле на геологически длительное время установится температурный режим, как в антарктиде, океаны замерзнут, суша покроется толстым слоем льда. Только высокотехнологичная цивилизация, способная строить огромные сооружения подо льдом, может пережить такое бедствие, но такая цивилизация могла бы, вероятно, найти способ обратить вспять этот процесс. Жизнь может уцелеть только около геотермальных источников на морском дне. Последний раз Земля вошла в это состояние примерно 600 млн. лет назад, то есть до выхода животных на сушу, и смогла выйти из него только благодаря накоплению СО в атмосфере [Hoffman, Schrag2000]. В то же время, за последние 100 000 лет было четыре обычных оледенения, которые не привели ни к необратимому обледенению, ни к человеческому вымиранию, а значит, наступление необратимого обледенения является маловероятным событием. Наконец, в случае, если бы Солнце вообще перестало светить, наихудшим исходом было бы превращение всей атмосферы в жидкий азот, что выглядит абсолютно невероятным.

Хотя варианты 5 и 6 относятся к самым маловероятным, они несут в себе наибольший риск. Эти варианты могли бы быть возможными при экстраординарно большом выбросе сажи и при наихудшем развитии событий, многие из которых мы сейчас не можем предвидеть.

Можно предположить, что если бы некая сила задалась целью устроить ядерную зиму нарочно, то она может её организовать, взорвав водородные бомбы в каменноугольных шахтах или в тайге [Roland 1984]. Это, возможно, даст неизмеримо больший выброс сажи, чем атака на города. Если установить водородные бомбы с таймером на разные сроки, то можно поддерживать ядерную зиму неограниченно долго. Теоретически, таким образом можно достичь устойчивого состояния «белого холодного шарика», отражающего весь солнечный свет, с полным вымерзанием океанов, которое станет самоподдерживающимся состоянием.

Инициация извержения сверхвулкана с помощью ядерного оружия также приведёт к аналогу «ядерной зимы» – к вулканической зиме. Попытки людей исправить ситуацию с помощью искусственной ядерной зимы или искусственного ядерного лета, могут только усугубить проблемы за счёт перехода климата в режим раскачки.

Обращу внимание, что точная вероятность и продолжительность ядерной зимы и её последствий невычислимы по ряду причин. В частности, потому что мы, по определению, не можем поставить эксперимента, а также точно определить, насколько, например, Н.Н. Моисеев и К. Саган были заинтересованы преувеличить опасность ядерной зимы, чтобы способствовать ядерному разоружению. То есть, хотели ли они создать «само-несбывающееся» пророчество.

Отдельно можно выделить теорию «ядерного лета» [Roland 1984] которая предполагает, что после ядерной зимы, а может быть и вместо неё, наступит значительное увеличение температуры Земли, которое может опасно суммироваться с уже имеющимся эффектом глобального потепления, переведя его в закритическую стадию с ростом температуры на десятки градусов (см. далее). Выпадение сажи на ледники, образование окислов азота при взрывах, разрушающих озоновый слой и ведущих к вымиранию растительности, поглощающей диоксид углерода, изменение альбедо в силу опустынивания и выделение диоксида углерода при пожарах являются факторами, могущими привести к ядерному лету. Кроме того, перестанет работать барьер, не дающий водяному пару попасть в стратосферу, а затем, когда он снова включится, десятки миллиардов тонн воды окажутся заперты в стратосфере, и они смогут создать парниковый эффект в дополнительные 8ºС величиной, как утверждает Рональд в своей статье «Ядерная зима и другие сценарии» [Roland 1984]. Кроме того, он предполагает, что ядерную зиму можно использовать как оружие, в которой побеждает страна, накопившая наибольшие запасы продовольствия и имеющая наилучшее тёплое жильё. Ядерное лето гораздо опаснее ядерной зимы, так как человек легче переносит охлаждение, чем нагрев (то есть, если принять комнатную температуру за 20ºС, то человек вполне переносит мороз на улице в минус 50ºС, то есть на 70ºС ниже, но сможет выдержать подъём температуры не более чем, на 30ºС, то есть не выше 50ºС на улице). Кроме того, системы обогрева могут работать автономно (уцелевшие леса как источник дров + печка), а холодильники требуют наличия устойчивой централизованной инфраструктуры (производство холодильников + электроэнергии). Хранение продуктов питания при резком потеплении станет крайне затруднено – они сгниют, будут испорчены вредителями или сгорят. Таким образом ядерное лето создаёт гораздо больший риск вымирания, чем ядерная зима.

2.2 Полное радиоактивное заражение

Следующий сценарий – глобальное радиоактивное заражение. Можно выделить два вида заражения – краткосрочное заражение, возникающее в первые часы и дни после взрыва и вызываемое короткоживущими элементами, и долгосрочное, связанное с долгоживущими элементами, и длящееся годами. Краткосрочное заражение, связанное с обычной ядерной войной, приведёт к значительным жертвам, но будет достаточно локальным явлением, зависящим от розы ветров в поражённой стране. Его можно также без труда пересидеть в бомбоубежищах, пещерах, шахтах, – и поэтому мы не рассматриваем его как возможную угрозу полного человеческого вымирания. Наибольшую угрозу представляет глобальное радиоактивное заражение, однако в случае обычной ядерной войны оно не может привести к человеческому вымиранию. (Например, потому что тысячи воздушных испытаний атомных бомб в 50-60-е годы не создали сколько-нибудь значительного увеличения глобального радиационного фона.) Однако возможно неконвенциональное применение ядерного оружия, которое всё-таки приведёт к глобальному радиоактивному заражению. Особенность глобального заражения в том, что оно способна равномерно распространиться по всей поверхности Земли и проникнуть всюду за счёт естественной конвекции атмосферы, а также в том, что оно настолько длительно, что его нельзя переждать в существующих сейчас автономных убежищах. Наиболее известный сценарий такого рода – применение кобальтовых бомб, то есть бомб с повышенным выходом радиоактивных веществ. Кобальтовые бомбы представляют собой водородные бомбы, окружённые оболочкой из кобальта-59, превращающегося в радиоактивный изотоп кобальт-60[21]. Проект бомбы, способной заражать целые континенты, предложил Лео Сцилард в 1950 г. Однако 1 грамм кобальта имеет радиоактивность порядка 50 кюри. Если распылить 1 грамм на 1 кв. км, то этого недостаточно для гарантированной смерти всех людей, хотя и потребует эвакуации с этой территории по современным нормам безопасности. Кобальт-60 имеет период полураспада 5,26 года, поэтому загрязнение, создаваемое им, будет длительным и его будет трудно пересидеть в бункере. Тем не менее, даже такое заражение потребует всего только 500 тонн кобальта на всю Землю. Косвенно это количество можно оценить в 100 бомб типа Царь-бомбы в 50 мегатонн, взорванной на Новой Земле в 1961 г. Если бы на этой бомбе была урановая оболочка, она дала бы дополнительные 50 мегатонн, и мощность взрыва составила бы 100 мегатонн, но оболочка была заменена на свинцовую с целью снижения силы взрыва. Масса прореагировавшего урана, которая дала бы выход энергии 50 мегатонн, примерно равна 5 т. Можно предположить, что если бы эта бомба имела кобальтовую оболочку, она дала бы примерно 5 тонн радиоактивного кобальта. По другим оценкам, проводившимся в США после выступления Лео Сцилларда о возможности истребления жизни на земле с помощью кобальтовой бомбы, выяснилось, что это действительно возможно, но устройство должно быть в 2,5 раза тяжелее линкора «Миссури» [Smith 2007]. Водоизмещение «Миссури» – 45 000 т. Итак, мы получаем две оценки веса этого устройства – 2 700 тонн и 110 000 тонн. Разница между ними не принципиальна с точки зрения вопроса, возможно ли такое устройство и сколько оно будет стоить. Поскольку вес обычных энергетических реакторов составляет несколько тысяч тонн, то вполне реально сделать устройство, весящее и 100 000 тонн, как 20 реакторов. Если один реактор стоит около миллиарда долларов по современным ценам, то такое устройство будет стоить порядка 20 миллиардов. Эта сумма меньше военного бюджета США в 20 раз. Другой ориентир: вес реактора ИТЭР – 30 000 тонн, цена 12 миллиардов долларов. Итак, создание атомной бомбы судного дня технически реально для крупного государства, обладающего ядерной программой, и потребует нескольких лет работы.

Не менее опасен печально известный изотоп полоний-210. Он является гораздо более мощным источником радиации, чем кобальт, так как имеет меньший период полураспада (примерно в 15 раз). Он обладает способностью накапливаться в организме, поражая изнутри, что повышает его эффективность ещё примерно в 10 раз. Смертельная его доза – около 0,2 мкг. Это означает, что полное смертельное заражение Земной поверхности потребует только 100 тонн этого опасного вещества (или сотен килограмм в худшем случае – если учесть его способность накапливаться в организмах, а также повторное отравление за счёт высокой концентрации в среде).

Требуются более точные подсчёты, учитывающие скорости осаждения радиоактивного вещества из атмосферы, вымывания его в океан, распада, связывания и сродства с элементами в человеческом теле, а также способности людей мутировать и приспосабливаться к радиации, чтобы определить какое минимальное количество какого именно изотопа может привести к вымиранию всех людей на Земле или к длительной непригодности всей суши для сельского хозяйства и невозможности в связи с этим вернуться в доиндустриальную фазу развития.

Для того чтобы радиоактивное вещество распространилось достаточно далеко, бомба должна взорваться на высоте 10-20 км, а чтобы бомба была достаточно мощной, она должна быть тяжёлой. В конечном счёте, такая машина смерти может представлять собой стационарное устройство весом в тысячи тонн, с силой взрыва в сотни мегатонн, в ходе которого образуются тонны опасного изотопа, выбрасываемые силой взрыва высоко в воздух.

Кроме того, заражение короткоживущим изотопом можно пересидеть в бункере. Теоретически возможно создание автономных бункеров со сроком самообеспечения в десятки лет. Гарантированное вымирание может произойти в случае смешения, долгоживущих и короткоживущих изотопов. Короткоживущие уничтожат большую часть биосферы, а долгоживущие сделают Землю непригодной для жизни для тех, кто переждёт заражение в бункере.

Если некая страна, обладающая ядерными технологиями, окажется под угрозой внешнего завоевания, она может решиться создать такую бомбу. Особенно, если системы ПРО у противника не дадут шансов применить ракетное оружие для обороны. Тем более, что, возможно, для такой бомбы не потребуется много урана или плутония – только несколько килограммов на запал. (Но потребуется очень много дейтерия). Однако, если после создания такой бомбы на данную страну гарантированно никто никогда не нападёт, то её создание может быть дешевле, чем содержание вооружённых сил. Отсюда следует, что системы ПРО не повышают безопасность в мире, так как побуждают более слабые страны создавать кобальтовые стационарные бомбы в качестве последнего средства обороны. Или же, наоборот сосредотачиваться на разработке биологических и прочих альтернативных видах вооружения.

Отметим, что полный взрыв современного ядерного реактора не угрожает выживанию человечества, как это следует из последствий взрыва на Чернобыльской АЭС. С другой стороны, можно предположить возникновение в будущем неких гипотетических установок с гораздо большим выходом радиации в случае полного разрушения. Например, есть предположения, что в бланкете (оболочке камеры) термоядерного реакторы будут накапливаться значительно большие (в 100 раз) количества радиоактивных веществ с повышенным содержанием опасных изотопов вроде кобальта-60, которые в случае разрушения реактора высвободятся в атмосферу[22]. Выход цепной реакции из-под контроля в некой установке также мог бы значительно увеличить заражение.

2.3 Иные опасности атомного оружия