В современных городах сосредоточено огромное количество горючих материалов (по некоторым расчетам, 10-40 граммов на квадратный сантиметр площади), и не просто горючих, а способных образовывать гигантские массы сажи и других темных продуктов сгорания пластики, нефть в нефтехранилищах и т. п. А высокая этажность современных городов создает идеальные условия для подсоса воздуха. Крутцен подсчитал, что если сегодня в результате «огненного торнадо» сгорит крупный город с населением в несколько миллионов человек, прозрачность атмосферы на достаточно большой площади понизится в 10 миллионов раз.
Эти расчеты, выполненные в 1978-1979 годах, заставили ученых изменить взгляды на климатические последствия ядерной войны и на опасность «климатической сверхбомбы». Стало ясно, что в современных условиях климатические последствия взрывов зависят не столько от их мощности, сколько от того, где они произойдут. А при любых сценариях ядерного конфликта одной из главных целей оказываются именно города.
Важность результатов Крутцена одним из первых оценил известный американский астроном и популяризатор науки К. Саган, возглавляющий лабораторию планетной астрономии в Корнеллском университете. По его собственным словам, интерес к этой проблеме у него вызвали данные о пыльных бурях на Марсе, приводящих к глобальному запылению атмосферы планеты (о них еще будет сказано ниже), а также высказанная недавно гипотеза о причинах вымирания динозавров и многих других биологических видов (ряд ученых полагают, что они вымерли из-за резкого похолодания на Земле, вызванного столкновением нашей планеты с крупным метеоритом или астероидом, и долговременным загрязнением атмосферы пылевыми выбросами). Под руководством Сагана группа ученых, используя данные Крутцена об «огненном торнадо», разработала сценарий, точнее, целый набор сценариев воздействия разных «вариантов» ядерной войны на атмосферу и климат Земли.
По основному («базовому») сценарию происходит обмен ядерными ударами суммарной мощностью в 5000 Мт, 20 процентов которой приходится на промышленные районы, в том числе на тысячу крупных городов. В остальных сценариях мощность варьируется от 100 до 25000 Мт, а доля, приходящаяся на города и индустриальные районы,- от 10 до 33 процентов (бомбардировка городов, по мнению авторов сценария, основанному на тщательном изучении соответствующей литературы, неизбежна: слишком много приоритетных военно-промышленных целей расположено в городах или поблизости от них, а «хирургические» удары по этим изолированным целям технически невозможны из-за большой — свыше 100 кт — мощности стратегических боеголовок). Авторы сценария оценили масштабы выброса пыли и сажи и возможные глобальные последствия этого выброса для климата: при всех возможных сценариях неизбежно быстрое и резкое похолодание. Климатические изменения по отдельным зонам и периодам не рассчитывались сколько-нибудь точно: как заметили авторы в статье на страницах журнала «Science», даже падения температуры на 5-10 градусов, соответствующего самым «мягким» сценариям охлаждения, вполне достаточно, чтобы превратить лето в зиму.
Общий вывод Сагана и его сотрудников по всем сценариям выражался двумя понятиями: «ядерная зима» и «ядерная ночь».
«Сценарий Сагана» получил сравнительно широкую известность, и в марте 1983 года около ста ученых из разных стран собрались в Кембридже (Массачусетс), чтобы обсудить его. Один из авторов настоящей статьи, участвовавший в обсуждении, привез экземпляр сценария в ВЦ АН СССР, и мы решили пойти дальше: посмотреть на математической модели, как же будут развиваться события, если «базовый сценарий» воплотится в жизнь. ВЦ АН СССР был, пожалуй, единственным учреждением в мире, где можно было выполнить соответствующие расчеты: там уже имелась математическая модель «климатической машины» нашей планеты, создававшаяся на протяжении нескольких лет как подсистема глобальной модели биосферы. Она представляет собой систему математических моделей, отражающих в весьма укрупненном и обобщенном виде основные процессы, которые определяют климат нашей планеты, и их взаимовлияние. Эта модель специально рассчитана на то, чтобы ставить на ней математические эксперименты типа «А что, если…», и на ней оказалось возможным подсчитать более долговременные последствия глобального катаклизма.
Лето 1983 года сектор климатических моделей ВЦ АН СССР провел в многовариантных расчетах по «сценарию Сагана». Выяснилось, в частности, что двумя основными факторами, влияющими на динамику климата, будут замутнение атмосферы и полная перестройка циркуляции атмосферы из-за громадной разницы температур между различными регионами. В обычных условиях воздушные бассейны над Северным и Южным полушариями образуют две изолированные «климатические ячейки», разделенные экваториальной зоной; после образования над Северным полушарием ядерного облака формируется единый мощный воздушный поток, охватывающий оба полушария. В результате этих процессов, несмотря на гигантское выделение тепла при пожарах, уже в середине первого месяца после конфликта температура в Северном полушарии упадет на 15-20 градусов, а в отдельных районах и гораздо больше — с этого утверждения и началась наша статья. К тому же времени из-за изменений в циркуляции воздуха черное облако начнет проникать в Южное полушарие, где через некоторое время температура почти уравняется с температурой Северного полушария. При этом верхние слои задымленной атмосферы нагреваются гораздо сильнее, чем до взрывов: ведь альбедо Земли уменьшается. Но только верхние. Подстилающая поверхность и нижние слои атмосферы прогреваются куда медленнее.
Отсутствие вертикальной конвекции (более легкие горячие слои и так располагаются над более холодными) резко затормозит осаждение пыли. Еще больше затормозит его практически полное отсутствие осадков: из-за слишком большого количества пылинок в атмосфере капли влаги просто не смогут конденсироваться до нужного размера, да и относительная влажность перегретой атмосферы будет невелика. Однако, хотя осадков во внутренних районах континентов не будет, примерно через полгода после конфликта очень вероятны мощнейшие наводнения континентальных масштабов: на высоте 6-8 километров температура поднимется до нескольких десятков градусов выше нуля, и начнется бурное таяние ледников.
Океан в отличие от суши и атмосферы над ней охладится всего на несколько градусов — теплоемкость его слишком велика. И разница между температурой суши и океана приведет к невиданной силы ураганам.
Но мы не станем поражать воображение читателя, нагнетая ужасы. Мы расскажем о другом — об усилиях «международной бригады» ученых разных специальностей, пытавшихся, как бы принимая друг от друга эстафету, выявить еще одну, и, как нам кажется, главную, опасность, которую несет человечеству гонка ядерных вооружений.
Выполненные нами расчеты и были представлены на международную конференцию «Мир после ядерной войны», которая была созвана группой американских естествоиспытателей — противников гонки вооружений в Вашингтоне 31 октября — 1 ноября 1983 года под председательством видного американского эколога Г. Вудвелла К. Саган и П. Крутцен рассказали о проведенных ими расчетах «ядерной ночи» и «огненного торнадо». Эколог П. Эрлих, один из самых популярных в Америке ученых, известный своими яркими и острыми выступлениями в печати и по телевидению, сообщил о прогнозах прямых экологических последствий ядерных ударов.
Но все же, как нам кажется, главным «гвоздем» конференции были доклады о климатических последствиях войны. В общем виде их анализ содержался уже в докладе К. Сагана, прочитанном в первый день конференции. На следующий день были заслушаны два «модельных» доклада, о которых мы говорили. Модель, созданная в Национальном центре атмосферных исследований, существенно отличалась от нашей: она гораздо детальнее описывала динамику атмосферы, но никак не учитывала влияния океана — слишком большая детализация не позволяла даже на таких мощных ЭВМ, которыми располагали наши американские коллеги, представить динамику атмосферы и океана в едином блоке: модель оказывалась «необозримой». Инерционное влияние океана начинало сказываться к концу третьей недели, и расчеты американской группы охватывали лишь первые 20 дней после взрывов. Наши расчеты охватывали первые 380 дней. При этом, несмотря на куда более общий и «приближенный» характер нашей модели, наши расчеты на первые 20 дней, как уже отмечалось, до мелочей совпали с американскими, основанными на куда более детальных представлениях. Это означало, что выбранная нами степень приближения была оптимальна: точность описания не страдала, а широта охвата возросла во много раз. Это было убедительным подтверждением обоснованности всей нашей концепции «минимальной модели» и самого принципа системного анализа, как мы его понимаем, ориентации на математическое моделирование комплекса наиболее существенных факторов и их взаимодействий.
На той же конференции был заслушан еще один «климатический» доклад, подготовленный членом-корреспондентом АН СССР Г. С. Голицыным и А. С. Гинзбургом. Он в известном смысле содержал «эмпирическое подтверждение» наших и американских расчетов. К счастью, лишь косвенное подтверждение. Оно было получено при изучении марсианских пыльных бурь, тех самых, которые навели К. Сагана на мысль о разработке «сценария загрязнения». Явления, происходящие в марсианской атмосфере во время этих бурь, можно рассматривать как определенный аналог изменений в атмосфере нашей планеты при ядерном конфликте. Наблюдения с помощью радиотелескопов и измерения, проведенные американскими станциями «Маринер» и «Викинг», свидетельствуют, что спустя всего восемь дней после начала бури пыль разносится по всей атмосфере Марса. При этом она нагревается на 30 градусов, а поверхность планеты остывает на 10-15 градусов. А когда с помощью специально разработанного математического аппарата был сделан пересчет собранных данных на «земные условия», оказалось, что эти данные довольно близки тем, которые получаются в ходе математических экспериментов над «сценарием Сагана».