核小冰河時代：科學家在俄羅斯和美國之間的戰爭之後模擬了世界
在西方研究人員發表在 AGU Advances 上的一篇新論文中，他們認為這種衝突的後果將持續數千年，並將影響整個地球。而一些問題將成為永恆，例如北極冰層的巨大膨脹和增厚。然而，他們的分析存在許多嚴重的瓶頸。似乎作者仍然受到這位在 1980 年代神秘失蹤的蘇聯科學家的爭議思想的影響。為什麼失蹤的研究人員錯了，我們應該從核衝突中真正期待什麼？
在俄羅斯與西方世界激烈對抗的時代，分析俄美核戰爭可能後果的科學著作的出現並不令人意外。
然而，「如何應對核打擊」這個問題很重要。既然參加核戰爭的國家的大多數人口在核戰爭後將倖存下來，那麼一個同樣重要的問題出現了：接下來會發生什麼？
全球冰川何時到來
該作品的作者分析了可能的衝突，而不是從兩國在戰爭中的損失的角度來看。他們對海洋的長期狀況更感興趣。這種興趣是有道理的。歸根結底，任何可能導致氣溫下降的事件的潛在危險都取決于海洋發生了什麼。而且，只有海洋的反應才能威脅到地球上人類的生存。我們到底在說什麼？
半個世紀前，蘇聯科學家米哈伊爾·布迪科（Mikhail Budyko）是世界上第一個得出結論認為由於人為CO 2導致全球變暖是不可避免的。當他在世界氣象組織會議上宣布這一點時，噪音很大：蘇聯和西方科學家都無法同意他的觀點。他的結論似乎過於激進。現在在任何人看來，他們幾乎不是那樣的：任何人在世界上生活至少 20 年輕的俄羅斯居民都可以親眼看到變暖的過程。
因此，值得提前聽聽蘇聯氣候學家的其他結論。其中有一個非常重要的：具有相同「入門」的現代地球氣候——太陽輻射、CO 2含量等——可以處於不止一種穩定狀態。換句話說，我們的星球既可以處於全球冰川化狀態，也可以處於全球沒有冰川的狀態。目前觀察到的這些階段中的哪一個在很大程度上是隨機的「歷史」情況的問題。
許多科學家認為，在地球上的赤道地區，存在著某種低溫技術。然而，目前這只是一個假設：沒有跡象表明它們存在。但這一時期低緯度地區的冰川作用跡象已被完全檢測到。
正如 Budyko 所指出的，一旦北部海洋的水域由於某種隨機原因而嚴重冷卻，那裡就會出現常年冰。它們將絕大多數太陽光線反射回太空，大大減少了地球接收的熱量。這引發了已經在陸地上形成的冰川——首先是在斯堪的納維亞半島的山區，然後是——以及更廣泛的大陸冰蓋。就在兩萬年前，這樣的盾牌就像一公里長的牆，懸掛在現在的莫斯科地區或美國北部的土地上。自然地，冰川將更多的太陽光線反射到太空中，這就是它們生長得更遠的原因。這個故事的結局在哪裡？
Budyko 準確地指出了位置：在低緯度地區。他是科學史上第一個確定一旦冰川到達熱帶和近赤道緯度，地球的反射率就會變得如此之高，以至於它獲得了一個穩定的全球冰蓋。這已經在地球上發生了：600-7 億年前，地質學家發現的冰川作用的痕迹遍布全球。而這種狀態持續了很長時間：至少有幾千萬年。
根據科學家的說法，所有海洋水域的一半變成了冰
有趣的是，根據 Budyko 的計算，在上一個冰河時代，氣候僅比陷入穩定的全球冰川期所需的溫度高 1-2 度。應該清楚地理解：在這種狀態下，地球上不會出現明顯數量的高等植物和陸生哺乳動物。在這種情況下，文明是不可能生存的。
有鑒於此，美國科學家對核戰爭後海洋命運的擔憂也就不難理解了。如果它可以帶我們回到冰河時代——甚至更低 1-2 度，用厚厚的冰蓋覆蓋整個世界，會怎樣？
模擬顯示了什麼
新工作的作者模擬了許多核戰爭情景，其中最大的一個是完全消耗美國和俄羅斯的核武庫。研究人員建議，在這種情況下，核打擊後的火災會將 1.5 億噸煙灰帶入平流層。
這項工作指出，如果如此多的煙灰進入大氣層，70% 的太陽輻射將停止到達地球表面。這意味著在最晴朗的中午，它的表面會是多雲的，在多雲的日子裡，它看起來像深夜，而早晚看起來更像是一個現代的夜晚。
在 1 兆噸核彈的情況下對紐約進行模擬打擊的後果（這是可以擊中這座城市的所有彈藥中的最大當量）。黃色、橙色和紅色顯示放射性沉降物，只有紅色區域會危及生命。
結果，在核戰爭後的頭幾個月，世界平均氣溫將下降 7 攝氏度，到戰爭的第三年，將下降 10 攝氏度。而且，在北半球，下降會比在南半球更明顯：這裡的大陸面積要大得多。並且那些比海洋冷卻得更快（水具有非常高的熱容量）。因此，我們的溫度將下降 10 度。
好像10 度不算多。但這就是它看起來的樣子。假設伏爾加格勒（或沃羅涅日）和馬加丹之間的年平均氣溫相差十度。也就是說，根據該工作的作者，在美國和俄羅斯之間發生核戰爭之後，在俄羅斯最肥沃的地區，氣候將與馬加丹的氣候相似多年。我們記得，糧食作物實際上不是在開闊地種植的。在索契，溫度將與摩爾曼斯克大致相同，因此您也不應該寄希望於克拉斯諾達爾地區的作物。
然而，海洋具有巨大的熱慣性。因此，那裡的地表平均水溫僅下降 6 攝氏度，而且僅在核戰爭後的第四年。誠然，在某些海域，降溫會更加嚴重——例如，南海的表面溫度將下降負 25 攝氏度。
但平均而言，下降幅度不會超過 6.4 攝氏度。這還不錯：如果海洋表面一下子變冷十度，那將超過「低於最後一個冰河時代」的門檻。這是全球（和永久性）冰川作用的巨大風險。
但海洋溫度的恢復會慢得多。到 15 年模擬結束時，它從未恢復到戰前的溫度（在某些深度它仍然冷了幾度）。顯然，海洋生物也會被核冬天極其嚴重地「碾壓」。
北極海冰面積將擴大1000萬平方公里，也就是一倍半以上。冰的總厚度將增加一倍以上，日本、華南和波羅的海等海面的一半以上有被海冰覆蓋的風險——對鄰近國家的氣候產生相應的影響給他們。
根據工作計算，世界海洋溫度下降
特別有趣的是：北極海冰的新擴張狀態是穩定的。也就是說，直到模擬結束，它們都沒有後退——或者它們的厚度減少——發生。該工作的作者認為，原因是反饋：大面積的冰增加了北極的反射率，這就是為什麼它會變冷，而冰不會融化。
科學家們指出，較小的核戰爭情景，例如印度和巴基斯坦之間的核戰爭，不會釋放足夠大的煙灰，以使北極冰層進入穩定擴張的狀態。也就是說，從技術上講，可以說北緯地區「小核冰河時代」的開始正是一場重大核衝突的結果。
沒有全球冰川，沒有全球變暖
這項工作的作者沒有在其中記錄可能使氣候系統進入全球冰川階段的變化。是的，他們預測世界氣候將出現新的穩定且更冷的狀態。但是冰的膨脹不足以形成大型陸地冰川，更不足以讓它們開始向熱帶遷移，就像 600-7 億年前的低溫一樣。
但研究人員認為，即使全球變暖，也無法將氣候系統完全恢復到戰前狀態。科學家們指出，一場大規模的核戰爭將導致二氧化碳排放量急劇下降，這將阻止——甚至逆轉——當前的全球變暖。
然而，這個想法很容易受到挑戰。眾所周知，地球上只有八分之一的人口居住在北約和俄羅斯集團，而地球排放的絕大多數 CO 2都不是在這裡形成的。由於核戰爭不太可能影響該地區以外的國家——中國已經表示不會捲入此類衝突——全球碳排放量可能不會大幅下降。
可信度呢？
對於這項工作的所有興趣，我們還注意到它的一些非常明顯的局限性。首先，值得考慮的是：這篇新科學文章所依據的核冬天的想法是如何在世界上產生的？
這個概念第一次出現並不是在同行評議的期刊上，而是出現在波爾安德森的奇幻小說《明日之子》中，寫於 1947 年（也就是今年這個想法誕生了 75 周年）。沒錯，原子戰後的 Fimbulwinter 是由灰塵引起的，而不是由煤煙引起的。然而，科幻作家早在科學家幾十年前就用煤煙拆除了這個版本：1957 年，克里斯托弗·安維爾 (Christopher Anvil) 的《火炬》(Torch) 發布，原子彈襲擊了油田，已經燃燒的石油產生了煤煙，從而引發了長期的人工核冬天。
在科學領域，關於這種可能性的一般猜測出現在 1980 年代初期。他們是由卡爾·薩根特別提拔的，但他並沒有嚴重依賴計算。為此，同事們嚴厲批評了他。
Vladimir Aleksandrov，蘇聯數學家（1938-？）
到 1983 年，蘇聯數學家弗拉基米爾·亞歷山德羅夫（Vladimir Alexandrov）對這樣一個過程進行了模擬——總而言之，只要當時的可能性允許，就是完整性。他所有的模型都非常有說服力。如此之多，以至於這項工作在美國和整個世界都引起了明顯的反響。亞歷山德羅夫受邀在各種會議上就這一主題發表演講，其中一次是在 1985 年，他在不明情況下神秘失蹤。
但在這裡應該注意的是，亞歷山大羅夫模型和幾乎所有其他核冬季模型都從未考慮過原子打擊交換後「核火」產生的煙灰有多少會落入平流層。為什麼在裡面？事實是對流層足夠溫暖，可以讓雨水從那裡來。降雨迅速有效地從大氣中「洗掉」煙灰。所以不進入平流層，也就是11公里以上，就不可能有核冬天。
大氣中煤煙質量的數字是從哪裡來的？並從通常的「定性」（即不是定量的，不是通過嚴格計算得出的）估計。例如，在 1984 年，Golitsyn 和 Philips估計煙塵的質量為 100-2 億噸，這實質上與我們在 2022 年AGU Advances的工作中看到的 1.5 億噸相同。
向高層大氣釋放大量抗溫室化合物確實很危險。6600 萬年前，一顆小行星向空氣中釋放了 3250 億噸硫磺，產生了約萬億噸二氧化硫，導致平均氣溫高達下降 27°C。但一萬億噸仍不是 1.5 億噸 。
誠然，美國和蘇聯在那個時代的核武庫比今天世界上所有國家的總和要大得多。Golitsyn 和飛利浦編寫了大約 5000 兆噸的 TNT 當量，這將徹底摧毀大約一千個城市。正如當時人們認為的那樣，它們的煙灰可以到達平流層。
科學是好的，因為它可以讓你做出可檢驗的預測。即使沒有核冬天本身，燃燒大型油田和儲油設施也會產生類似的結果。在 1980 年代，這一假設的支持者準確地計算出：放火燒掉 100 口油井就足以安排一個核冬天，儘管這是一個軟化但接近現實的版本。1991 年 1 月，卡爾·薩根和他的支持者在媒體上直接承諾了這一點。如果油井著火，他們預計印度會出現霜凍。
僅在 1991 年海灣戰爭期間，伊拉克人同時放火燒了600 口油井。他們都處於正常的內部壓力之下，並且在火災開始後他們沒有停止燃燒八個月。在他們的巔峰時期，他們每天燃燒大約一百萬噸石油。
西方聯盟的飛機以其中一口燃燒的油井為背景。1991 年的此類火災持續了數月而沒有停止，有數百起
儘管如此，印度沒有霜凍，甚至沒有降溫。火災產生的煙灰沒有達到6.1 公里以上的高度。也就是說，它保留在對流層中，當然，它很快就被雨水沖走了。看來，這個「實驗」應該對我們上面談到的假設提出嚴重質疑：1980 年代的所有工作都準確地集中在油井作為核戰爭後煤煙的主要來源。造成這種情況的原因是，與城市或森林火災相比，石油燃燒過程中形成的煙灰要多得多。最主要的是油可以燃燒很長時間，這可以讓煙灰儘可能地上升。原子彈襲擊後的城市火災不會持續八個月，甚至八周：這在技術上是不現實的。
然而，核冬天模型的支持者認為這個假設本身是正確的，只是需要以某種方式進行不同的計算，以便解決方案與答案一致。誠然，在科威特呆了 12 年後，不可能想出這樣的解決方案。但科學家是足智多謀的人，多年後他們仍然弄清楚如何「正確計數」：他們說城市比油田還大，大火產生的煙灰更容易到達平流層。
1991 年的衛星照片確實顯示了大氣中明顯的煙塵污染。但它從未到達平流層，儘管從理論上講，炎熱的氣候是導致煤煙上升的主要原因（在寒冷的氣候中，對流過程通常較弱）。
這個假設是有創意的，但它也提出了嚴重的問題。這種城市火災的例子在哪裡？1987 年，炸藥專家克雷森·科爾尼 (Cresson Kearney) 出版了《核戰爭生存技能》一書，該書非常尖銳地指出了所有核冬季模型的這一關鍵弱點。
首先，科爾尼指出，爆炸後，建築物大多會倒塌，導致大部分可燃材料被不可燃材料——牆體碎片填滿。其他作者也指出，核冬天模型談到在襲擊城市時燃燒多達 50 億噸可燃材料。但是，這個數字的來源沒有命名。而圖紙分析表明，敵國城市的可燃物總量不足15億噸。50億從哪裡來？從來沒有人回答過這個問題。
菲律賓皮納圖博火山噴發後（如圖），超過百億噸物質噴發到天空，其中大部分到達了平流層。儘管如此，地球上的溫度僅下降了兩年，僅下降了 0.5°C。沒有什麼比新作品中所描述的距離進入大氣層只有幾度的承諾只有 1.5 億噸。但最有趣的是，核冬天假說的支持者甚至都沒有試圖解釋這一明顯的矛盾 。
其次，完全不清楚為什麼在核打擊之後必然會發生強烈的火災，實際上一切都會被燒毀。這個想法是從哪裡來的？是的，炸彈襲擊後廣島發生了很多火災。在當時實際上是紙牆的房子里，他們用木炭、火盆做飯：日本人的房子里沒有煤氣。自然，原子彈爆炸後，煤從許多房屋的火盆中飛出，引發了小火。然後他們變成了全市的大火。
但現在在更現代化的長崎市，沒有全市範圍的火災。雖然這座城市有很多木牆和紙牆的建築物，但仍然不足以舉辦這樣的活動。那麼是什麼讓我們期望現代城市比長崎燃燒得更好呢？到目前為止，這個問題還沒有答案。
至於整個核冬天的概念，弗里曼·戴森（Freeman Dyson ）非常準確地評估了這一概念，他為反對使用核武器的想法做了很多工作。
「這個[核冬天假說]絕對是令人作嘔的科學研究，但我認為不可能公開糾正這種情況......誰願意被宣布為核戰爭的支持者？」
