Кибернетика, ноосфера и проблемы мира

АТМОСФЕРНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЯДЕРНОЙ КАТАСТРОФЫ: ПОИСК ПРИРОДНЫХ АНАЛОГОВ _{Г. С. ГОЛИЦЫН, А. С. ГИНЗБУРГ}

Ядерный конфликт отличается от всех известных нам войн и природных бедствий огромными и труднопредсказуемыми вторичными долговременными воздействиями, губительными для тех, кто выживет непосредственно после ядерных взрывов. И хотя сейчас понятны далеко не все возможные последствия ядерной войны для человечества и окружающей среды, совершенно ясно, что уже известные эффекты не оставляют иллюзий на благополучное «послевоенное» будущее даже для отдаленных от «театра военных действий» регионов Земли. В истории Земли и всей Солнечной системы, очевидно, не было таких глобальных катастроф, представляющих собой комплекс дополняющих и усугубляющих друг друга эффектов, которые по тяжелейшим последствиям могли бы сравниться с возможными результатами ядерной войны. Ядерная война — катастрофа для всех без исключения.

Исследования естественных изменений климата и антропогенных воздействий на него вследствие развития мирового хозяйства показывают, что климатическая система Земли (океан, суша, атмосфера, льды, биосфера) эволюционирует сравнительно медленно за время порядка десятилетий и более. При изучении эволюции такой сложной многопараметрической системы (с множеством положительных и отрицательных обратных связей), в которой значительную роль играет численное моделирование соответствующих процессов на ЭВМ, следует рассматривать наиболее вероятные изменения окружающей среды и оптимальные пути развития мирового хозяйства в изменяющихся климатических условиях.

При изучении возможных глобальных катастрофических явлений, каким предстает мировой ядерный конфликт, необходимо рассматривать все, даже кажущиеся сейчас маловероятными, механизмы развития региональных и глобальных последствий. Перестройка режима атмосферы и других частей климатической системы Земли может в этом случае развиваться значительно быстрее, чем при естественных и повседневных антропогенных изменениях.

Различные природные процессы можно сравнивать путем сопоставления их энергетики или же посредством изучения вызываемых ими последствий. Энергию ядерных взрывов измеряют обычно в единицах тротилового эквивалента: при взрыве заряда в 1 Мт выделяется энергия 4,2-10¹⁵Дж, равная тепловой энергии взрыва 1 млн. т тринитротолуола (тротила).

При взрыве имеющихся арсеналов ядерного оружия (приблизительно 12 тыс. Мт) выделится энергия 0,5-10²⁰ Дж, т. е. равная энергии, получаемой Землей от Солнца менее чем за пять минут. Если, наоборот, измерять солнечную энергию в мегатоннах, то допустимо сказать, что Солнце для Земли служит источником энергии мощностью примерно 40 Мт/с. Ядерный конфликт с использованием всех имеющихся зарядов дает около 0,3 % суточного поступления солнечной энергии.

Основным в атмосферных эффектах при ядерных взрывах не является непосредственное выделение энергии. Так, если бы вся энергия ядерных взрывов пошла бы на разогрев земной атмосферы, то ее средняя температура поднялась бы всего на 0,01 °C, однако локальные разогревы могут быть весьма значительными.

Поскольку ядерная энергия при взрывах расходуется не только на нагрев поверхности и атмосферы, становится понятным, что сами взрывы, как бы разрушительны они ни были, не в состоянии стать причиной кардинальной перестройки энергетики природных процессов, таких, как формирование температурного режима и влагообмена, перестройки и циркуляции атмосферы и океана. Катастрофическими оказываются именно вторичные эффекты ядерных взрывов.

В огненном шаре ядерного взрыва образуются большие количества окислов азота, которые вступают в реакцию с атмосферным озоном. В стратосфере эти реакции приводят к разрушению озона на 30–70 % (по разным оценкам в зависимости от сценариев войны), а в нижней тропосфере — к образованию озона. Этот суммарный климатический эффект в отсутствии других изменений мог бы привести к повышению температуры поверхности Земли на несколько градусов за счет увеличения проходящей в тропосферу ультрафиолетовой радиации и усиления парникового эффекта из-за повышения концентрации тропосферного озона[67]. Приблизительно за два-три года озон восстанавливается, а парниковый эффект за то время может еще в полной мере не проявиться вследствие большой термической реакции океана.

Дополнительную и, весьма вероятно, существенную роль в разрушении стратосферного озона должен играть аэрозоль, образующийся в результате ядерных взрывов.

Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что на аэрозольных частицах тоже происходит разрушение озона. Так, после крупных извержений вулканов существенно уменьшается количество озона в слоях, содержащих стратосферный аэрозоль вулканического происхождения.

Группа сотрудников Института физики атмосферы АН СССР предложила объяснение одному эффекту, замеченному советским космонавтом Г. М. Гречко и названному «космические зори». Наблюдая их, Г. М. Гречко обратил внимание на существование выше горизонта синих полос, внутри которых есть более светлые. На основе расчетов синие полосы были отождествлены с прохождением света через стратосферный слой озона. Более светлые — соответствуют уменьшению концентрации озона на определенных высотах. Наиболее убедительной в настоящее время причиной таких уменьшений концентрации представляется разрушение озона в аэрозольных слоях атмосферы[68].

Человечество однажды уже предприняло непреднамеренную попытку разрушить озонный слой, надежно защищающий нас от избыточного ультрафиолетового излучения. Это была последняя серия интенсивных испытаний ядерного оружия в атмосфере в конце пятидесятых — начале шестидесятых годов, когда суммарная мощность взорванных зарядов составила около 300 Мт. Определение эффекта воздействия тех испытаний на общее количество озона по данным мировой озонометрической сети представляет собой сложную задачу, поскольку существует заметная естественная изменчивость озона во времени и пространстве. Однако в 1981 г. с помощью специальной методики обработки исходных данных американскому ученому Г. С. Рейнселу удалось с достаточной степенью уверенности оценить, что за год, следующий за испытаниями, содержание озона в атмосфере уменьшилось на 3±1,5 %[69], что вполне согласуется с теоретическими оценками.

Уменьшение плотности озонного слоя повлечет увеличение ультрафиолетовой радиации на поверхности Земли, что окажет угнетающее воздействие на биосферу, приведет к повышению частоты мутаций, подавлению иммунитета, увеличению заболеваний раком кожи.

Основной причиной, которая в случае ядерной войны может привести к глобальной климатической катастрофе, большинство ученых мира, занимающихся этой проблемой, считает огромное количество дыма и сажи в атмосфере из-за массовых пожаров.

При пожарах выход дыма в атмосферу составляет несколько процентов от массы сгоревшего материала. Обычно принимается цифра в 2 %. Если подсчитать, сколько материала может сгореть в городах в результате возможного крупномасштабного ядерного конфликта, то получится порядка 100–200 млн. т дыма. Эти оценки были получены независимо у нас в стране и в США. «Дополнительный вклад» дают лесные пожары. Уже первые оценки голландца П. Крутцена и американца Дж. Беркса в 1982 г. показали, что дым только от лесных пожаров на площади в 1 млн. км² может ослабить солнечный свет у поверхности Земли в десятки и сотни раз[70]. В дальнейшем эти данные многократно уточнялись, но основной вывод остался неизменным.

Энергия, выделяемая при пожарах, как минимум, на порядок превышает энергию самих взрывов. Если бы все ядерные заряды вызвали крупномасштабные пожары, то энергия этих пожаров оказалась бы равна кинетической энергии ветров в земной атмосфере, что неминуемо привело бы к полной перестройке атмосферной циркуляции и кардинальным изменениям погоды на всей Земле[71]. Ведь даже пожары городов и лесов на ограниченной территории порядка миллиона квадратных километров приводят к катастрофическим последствиям из-за огромных количеств пепла, сажи и дыма, поднятых в атмосферу.

Аэрозольные частицы поглощают и рассеивают солнечное излучение, что соответственно дополняет разогрев атмосферы и уменьшает солнечную энергию у поверхности. К тому же аэрозоль поглощает тепловое излучение от поверхности, т. е. может привести к некоторому увеличению парникового эффекта атмосферы.

Если аэрозоль слабо поглощает солнечное излучение (например, пыль или продукты вулканических извержений), то температурный эффект подобен облачному. Облака днем или летом охлаждают поверхность, отражая и рассеивая часть солнечных лучей, а ночью или зимой уменьшают выхолаживание, задерживая тепловое излучение поверхности.

В глобальном масштабе увеличение количества рассеивающего аэрозоля приведет к похолоданию из-за увеличения отражательной способности (альбедо) Земли. Это похолодание частично компенсируется увеличением парникового эффекта за счет поглощения аэрозолем теплового излучения поверхности. Эффект, получаемый в результате, зависит от оптических свойств и высоты расположения аэрозольного облака. Но во всех случаях, регулируя потоки солнечного и теплового излучений, аэрозоль, как и облачность, сглаживает температурные контрасты.

Дым, сажа и особенно продукты городских пожаров значительно сильнее, чем пыль, уменьшают доступ солнечной энергии к поверхности Земли. Одновременно перечисленные поглощающие аэрозоли могут уменьшить отражательную способность Земли. В результате задымления атмосферы создается ситуация, когда солнечное излучение поглощается в атмосфере, а земную поверхность нагревает не Солнце, а тепловое излучение атмосферы.

В обычных условиях главной примесью, вызывающей в атмосфере парниковый эффект, является водяной пар. Однако 70 % его сосредоточено в нижних 3–4 км атмосферы. И если основное поглощение солнечного излучения будет происходить выше, то парникового эффекта просто не будет.

По мере роста содержания поглощающих частиц в атмосфере сначала преобладает эффект уменьшения альбедо и поверхность прогревается. Но затем при сильном задымлении атмосферы, как показано в работах советских и американских ученых, поверхность суши остывает на десятки градусов, приспосабливаясь к температуре верхнего поглощающего аэрозольного слоя (см. рисунок). Совместное действие продуктов горения и пыли, заброшенной в стратосферу, увеличивает похолодание[72]. Наступает «ядерная зима».

Поверхность суши охладится на 30–40 °C, а поверхность океана — всего на несколько градусов. В то же время атмосфера над океаном и сушей прогреется на 10–20 °C. И над сушей, и над океаном уменьшается скорость понижения температуры с высотой. Ослабляется влагообмен атмосферы с поверхностью, уменьшается количество осадков из средних и верхних слоев тропосферы. Все это приведет к тому, что время пребывания дыма в атмосфере резко увеличится. «Ядерная зима» удлинится.

В начале статьи уже говорилось, что история Земли не знает природных катастроф, по комплексу своих воздействий на человечество и всю живую природу сравнимых с глобальными последствиями ядерной войны. Однако в природе бывают стихийные бедствия и явления, дающие частичное представление о масштабах отдельных эффектов ядерной катастрофы. Рассмотрим некоторые из них, помогающие представить хотя бы частично механизм формирования «ядерной зимы».

Человечество на протяжении своей истории помнит грандиозные пожары, когда горели города и селения, поля и леса. Приведем ряд исторических свидетельств о некоторых лесных пожарах, дым от которых расстилался на огромных площадях.

Русские летописи хранят сведения об огромных лесных пожарах начиная с 1092 г. В «Никоновской летописи» рассказывается, как 1371 г. горели гигантские лесные массивы, когда в густом дыму, стоявшем два месяца, простым глазом были видны пятна на Солнце. К горевшем лесам добавлялся урон от горевших пересохших болот. Дикие звери, потеряв чутье, бродили среди людей[73].

Во время грандиозных пожаров в Сибири в 1915 г. выгорела площадь лесов около 120 тыс. км² (12 млн. га). Из-за сильного дыма хлеба созрели на полмесяца позже, дав мелкие, щуплые зерна. Местами пелена дыма была столь плотной, что на расстоянии пяти-шести шагов не было видно строений[74].

В 1950 г. дым от пожаров в юго-западной канадской провинции Альберта образовал гигантское облако, которое, поднявшись на несколько километров над Землей, стало дрейфовать на восток. Дым был настолько плотен, что когда его шлейф накрыл Буффало, то в городе среди дня пришлось включать электрическое освещение. На востоке США дым вызвал похолодание на несколько градусов. Затем шлейф дыма пересек Атлантический океан и наблюдался в Западной Европе на высоте 8 — 10 км.

В Европе в послевоенные годы, по-видимому, наиболее массовые пожары наблюдались в августе 1972 г., когда пелена дыма принимала континентальные размеры, простираясь от Белого до Черного моря. Временами она принимала лентовидную форму, и гигантская лента шириной в 200–400 км вытягивалась почти на 6 тыс. км от центральных областей европейской территории СССР до озера Балхаш. Количество дыма, определенное по данным советских и американских спутников, превышало 1 млн. т. Высота подъема дыма достигала 5 км. После окончания пожара в течение нескольких месяцев сохранялась пониженная прозрачность атмосферы[75].

Приведенные примеры дальнего распространения дыма от локальных пожаров и их метеорологических эффектов дают частичное представление о процессе глобального распространения дыма от массовых пожаров ядерной войны.

Крупное извержение вулкана — всегда стихийное бедствие для жителей окружающих областей. По различным оценкам за последние 500 лет только число человеческих жертв, вызванных этой причиной, составляет 200 000 человек.

Огромна разрушительная сила вулканов. Например, в результате извержения на греческом острове Санторин около 1500 г. до н. э. остров практически перестал существовать: образовалась кальдера объемом 80 м³. Освобожденная энергия вызвала приливную волну высотой до 30 м, опустошившую остров Крит, спустя несколько часов затопившую дельту Нила и разрушившую порт, удаленный на 1000 км от места извержения. Некоторые исследователи связывают с этим извержением легендарную гибель Атлантиды и библейскую «тьму египетскую».

Сто лет назад, в августе 1883 г., произошло одно из крупнейших известных извержений на островном вулкане Кракатау в Зондском проливе между островами Ява и Суматра, Грохот взрыва был слышен на расстоянии до 4000 км (в Австралии и на Цейлоне), было поднято в воздух около 20 км³ горных пород. Высота вызванных взрывом цунами достигала 40 м, и даже в Ла-Манше зарегистрировали увеличение прилива.

Пепел выпал на площади около 1 млн. км². В Джакарте днем наступила полная темнота. Тончайшая пыль достигла стратосферы и распространилась по всей Земле, вызвав необычайно яркие закаты и восходы Солнца. Прошли годы, пока тонкая пыль осела. В результате частичного экранирования солнечного излучения на больших территориях снизилась среднегодовая температура воздуха[76].

В настоящее время по климатическим рядам температуры установлено, что в годы, следующие за крупнейшими извержениями или сериями извержений вулканов, средняя температура воздуха у поверхности Земли уменьшается на 0,3–0,5 °C. В отдельных регионах похолодание бывает более существенным.

В целях сравнения с ядерными выбросами и пожарами представляют интерес аэрозольные выбросы вулканов и их следствие — климатические эффекты извержения. Как уже отмечалось, аэрозольное облако в первую очередь уменьшает температурные контрасты. Это ярко проявилось при извержении вулкана Сент-Хеленс в мае 1980 г. Облако вулканических выбросов на пути своего следования по территории США понизило дневную температуру на 8 °C и на столько же повысило температуру ночью. Последнее связано с тем, что аэрозоль был достаточно крупный, в десять и более раз, чем частицы дыма, и равным образом влиял как на солнечное, так и на тепловое излучение.

По-видимому, крупнейшим в истории человечества было извержение вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. При взрыве было поднято в воздух 150 км³ вещества. «Годом без лета» был назван последующий за извержением 1816 г. в Северной Америке и Западной Европе. В Новой Англии летом 1816 г. снег выпадал в июне, были заморозки в июле и августе. В Швейцарии и Франции в 1816 г. зарегистрировано самое позднее созревание урожая винограда за период с 1782 г. В Англии, Швейцарии и на севере США лето 1816 г. было самым холодным с начала метеорологических наблюдений.

Необычайно холодное лето вызвало неурожай и голод, особенно в опустошенной наполеоновскими войнами Европе. Не исключено, что одним из возможных последствий извержения Тамборы была пандемия холеры, которая возникла в результате голода в Бенгалии, последовавшим за очень холодным летом 1816 г., достигла Кавказа в 1823 г., а Европы и Северной Америки — в 1830–1832 гг.[77].

Столь губительные действия на обширных территориях Земли может вызвать похолодание в течение одного лета всего лишь на несколько градусов в отдельных регионах[78], приведшее к такому же, если не более значительному охлаждению.). Трудно даже представить последствия похолодания всей суши Земли на десятки градусов в результате «ядерной зимы».

В истории Земли и ее биосферы было одно событие, которое, по всей видимости, может иметь прямое отношение к обсуждаемой теме. Мы имеем в виду массовое и одновременное исчезновение многих рептилий, в частности динозавров, значительного числа групп морских беспозвоночных и больших групп растений около 65 миллионов лет тому назад на границе мелового и третичного периодов геологической истории Земли. Многие поколения ученых, начиная с великого французского палеонтолога и анатома Ж. Кювье в начале XIX в. пытались объяснить это явление. Кювье предложил гипотезу катастроф, однако вскоре большинство ученых отвергло ее и в течение последующих примерно полутора веков она не пользовалась популярностью.

Тем не менее к концу семидесятых годов уже нашего века стало ясно, что биосфера в ее разнообразии наиболее чувствительна к климатическим изменениям, которые легко нарушают цепи питания в природе вследствие различной приспособляемости разных организмов к изменениям температуры, влажности и т. п. К этому же времени в разных частях земного шара бесспорно была установлена одновременность гибели за короткий промежуток времени фитопланктона морских поверхностных вод, многих семейств зоопланктона. Имеются убедительные свидетельства в пользу одновременности исчезновения 65 млн. лет тому назад динозавров и других рептилий, хотя этих данных не так много[79]. В 1979 г. группа сотрудников Калифорнийского университета (Беркли) объявила о том, что обнаружила аномально большие содержания тяжелого элемента иридия в морской формации близ Губбио в Аппенинских горах в Италии[80]. Иридий был лишь в слое глины мощностью 1–2 см, отделяющем морские известняки позднемелового периода от покрывающих их известняков раннетретичного возраста. Известняки под глинами содержат морские организмы, типичные для позднего мела. В глинах не обнаружено никаких организмов. В известняках над слоем глины организмы мелового периода не встречаются, но есть организмы, типичные для третичного периода.

Обогащение глины иридием, обнаруживаемом путем нейтронного активационного анализа, было в 30 раз больше по сравнению с обычными концентрациями в земных породах. Аналогичные результаты по обогащению иридием осадочных пород, датируемых переходом от мелового периода к третичному, были обнаружены в районе Стевнс Клинт, в Дании, где обогащение иридием было в 160 раз больше нормы, в ряде осадочных морских пород по данным глубоководного бурения в Атлантике, Тихом океане и в некоторых пресноводных озерах.

Как тяжелый элемент платиновой группы иридий в земной коре содержится в гораздо меньших концентрациях, чем в веществе солнечной системы, в частности в метеоритах. По всей видимости, он сконцентрирован в ядре Земли. Все это заставило ученых Калифорнийского университета предположить, что в породах, датируемых разделом мелового и третичного периода, иридий внеземного происхождения. Глобальная распространенность иридия дала возможность оценить поперечник упавшего на Землю небесного тела приблизительно в 10 км.

Какой же астероид таких размеров мог столкнуться с Землей 65 млн. лет тому назад и какова частота таких столкновений? Наиболее вероятным кандидатом считается астероид из группы Аполлона. Ее формируют небольшие небесные тела, чьи орбиты пересекают плоскость орбиты Земли. Сейчас известно около 30 объектов с диаметрами от 0,2 до 8 км. Учитывая несистематичность и неполноту их поиска с помощью телескопов и малость размеров, число астероидов в этой группе с диаметром больше 1 км может быть оценено приблизительно в 750. Неизбежно столкновение некоторых из них с Землей.

При таком столкновении на поверхности Земли создается кратер диаметром, примерно в 10 раз большим диаметра падающего тела, и с глубиной до двух его диаметров. Сам астероид практически полностью испаряется, выбрасывая «вместо себя» массу породы порядка сотни масс астероида. Некоторая часть продуктов выброса — мелкоизмельченная порода — может быть заброшена высоко в атмосферу и даже в стратосферу и оставаться там продолжительное время.

Может ли падение такого метеорита привести к глобальным климатическим изменениям, и как вообще это могло повлиять на биосферу? Наиболее полный ответ в настоящее время на этот вопрос дает модель, разработанная американскими учеными[81]. Хотя в их модели искомые величины усреднены по горизонтам, она прослеживает временную эволюцию профиля по вертикали, изменение распределения частиц по размерам вследствие их выпадения, вымывания осадками, коагуляции и т. д. Аккуратно учитывается взаимодействие с частицами солнечной радиации, а также теплового излучения Земли и атмосферы. Модель рассчитывалась отдельно над сушей и над океаном.

Конечно, при подобном математическом моделировании всегда есть много неопределенностей в оценке различных параметров и процессов. Поэтому был рассчитан ряд сценариев. Во всех сценариях учитывается быстрое горизонтальное распространение пыли, благодаря возникновению температурных контрастов между загрязненными частями атмосферы, которые сильно поглощают солнечное излучение и потому разогреваются быстрее в сравнении с еще чистыми ее областями (именно этот механизм способствует быстрому — за одну-две недели — глобальному распространению облаков пыли на Марсе).

Несмотря на разброс, результаты всех рассчетов по различным сценариям показывают, что приблизительно месяц солнечное излучение будет настолько отрезано от поверхности, что там наступит полная тьма, на время до нескольких месяцев станет невозможен фотосинтез, в течение примерно полугода температура поверхности суши окажется ниже 0 С, т. е. ниже точки замерзания воды, а максимальное падение температуры поверхности суши до — 20 °C продлится месяц или больше.

Верхний слой океана вследствие его большой тепловой инерции за время около года, когда пыль оседает из тропосферы и стратосферы, успевает остыть всего лишь на несколько градусов. Перенос тепла из атмосферы над океанами на континенты способен уменьшить похолодание внутри континентов на 20–30 % и вблизи берегов в два-три раза, но в целом температура поверхности суши окажется существенно ниже нуля.

Эти результаты — изменение температуры атмосферы, поверхности суши и океана можно получить не только на больших численных моделях теории климата, общей циркуляции атмосферы и океана, но и с помощью совсем простой модели, доложенной авторами этой статьи на конференции «Мир после ядерной войны» 1 ноября 1983 г. в Вашингтоне. По этой модели авторы рассчитали изменения температуры во время «ядерной зимы» в гипотетическом случае падения астероида на Землю, а также при глобальных пыльных бурях на Марсе.

Результаты модельных расчетов американских авторов и наших собственных согласуются с тем, что вымирание морских организмов на границе мелового и третичного периодов было вызвано временным (на несколько месяцев) прекращением фотосинтеза в морских поверхностных водах и разрывом поэтому цепей питания. Прекращение фотосинтеза и похолодание на суше могло не так сильно повлиять на растения суши, так как они размножаются семенами, которые могли это пережить, а также потому, что цикл углерода на суше имеет время порядка нескольких лет или больше. Крупные животные могли вымереть как от холода, так и потому, что в условиях длительной темноты им было трудно находить пищу. Мелкие животные могли лучше приспособиться к уменьшениям света и температуры, например, зарывшись в землю.

Остается вопрос, есть ли на Земле кратер, который был бы отождествлен с падением такого астероида. В качестве наиболее вероятного кандидата был предложен Карский кратер (вблизи реки Кара, начинающейся на Северном Урале и впадающей в Байдарацкую губу Карского моря), Согласно данным, полученным путем палеонтологического анализа профессором МГУ В. И. Фельдманом, возраст кратера датируется между 60 и 66 млн. лет.

Карский кратер или карская депрессия, по терминологии ленинградского геолога В. Л. Масайтиса, впервые описавшего его как ударный кратер, состоит из двух кратеров: основного (Карского) диаметром 60 км и второго (Усть-Карского) диаметром 25 км, частично уходящего на дно Байдарацкой губы. Интересно, что В. Л. Масайтис отождествил с тем же ударом и третий Каменский кратер около г. Ростова (Ярославского) диаметром приблизительно 5 км. Все эти кратеры находятся на одной дуге большого радиуса и явно произошли от дублета (или триплета), который в космосе был единой системой, связанной своим слабым полем тяготения, но развалившейся в гораздо более сильном поле тяготения Земли по мере приближения к ней. Такая система при столкновении с Землей вполне могла поднять в воздух количество пыли, достаточное по порядку величины, чтобы вызвать описанную экологическую катастрофу, поскольку одновременное соударение двух (или трех) астероидов высвобождает больше энергии и поднимает больше пыли, чем один астероид суммарной массы[82]. В заключение стоит сказать, что гипотеза о падении небольшого астероида (или двух-трех астероидов) представляется достаточно обоснованной для объяснения причин экологической катастрофы 65 млн. лет тому назад. Ясны и физические механизмы воздействия на биосферу: запыление атмосферы, прекращение доступа солнечного света к поверхности, в результате чего прекращается фотосинтез и наступает резкое похолодание поверхности суши. Хотя запыление атмосферы было тогда в сотни раз большим, чем после возможного ядерного конфликта, для резкого падения температуры поверхности суши вовсе не нужно ослабления солнечного света в десятки тысяч раз, как при падении астероида, достаточно ослабления всего в несколько раз, чтобы осуществилось основное понижение температуры.

Реальным и сейчас уже хорошо изученным природным явлением, во многих чертах сходным с последствиями ядерной войны, служат пылевые бури на Марсе. Они вызывают и заметное охлаждение поверхности планеты, и существенный разогрев ее атмосферы.

Пылевые бури на Марсе были хорошо известны и в докосмическую эру по наземным астрономическим наблюдениям начиная с конца XVIII в. Как правило, бури наблюдались в периоды великих противостояний Марса. Во время прохождения планетой перигелия в ее южном полушарии конец весны — начало лета. При этом инсоляция поверхности планеты максимальна и выше средней примерно на 20 % из-за большой вытянутости орбиты Марса. Еще в 1909 г. французский астроном Антониади высказал идею, что желтые облака Марса состоят из частичек пыли.

Во время последнего великого противостояния осенью 1971 г. астрономы уже в середине сентября зафиксировали появление отдельных пылевых облаков. Когда в ноябре 1971 г. к Марсу приблизились межпланетные автоматические станции «Маринер-9», а затем «Марс-2 и -3», их телевизионные камеры зафиксировали, что вся планета покрыта сплошным облаком пыли, сквозь которое выступали лишь вершины четырех самых высоких марсианских гор — древних вулканов. Увиденное пылевое облако рассеялось полностью лишь в феврале 1972 г.

Впоследствии две межпланетные станции «Викинг» и две станции на поверхности планеты во всех деталях произвели как фотографирование развития пылевых бурь, так и разнообразные физические измерения, что и служит основой наших, уже довольно полных знаний о развитии и сущности этого явления.

Облака пыли обладают особенностью — возникать в определенных местах, преимущественно в субтропических и умеренных широтах южного полушария Марса в конце весны — начале лета, проходить дневной цикл развития, сильно разрастаться к концу дня и оседать за ночь. Запыленность атмосферы в среднем здесь повышается. За несколько дней пыль охватывает весь пояс широт, где облака зарождаются. Далее пелена пыли начинает распространяться в меридиональном направлении, и за время порядка десяти дней она покрывает всю планету.

Что же способствует быстрому разносу пыли по горизонтали, так что за одну-две недели пылевая пелена покрывает всю планету? В 1973 г. С. Хесс, П. Гираш и Р. Гуди, Г. С. Голицын независимо друг от друга указали на механизм обратной связи между подъемом пыли и системой ветров в атмосфере. Суть его состоит в следующем. Пыль хорошо поглощает солнечное излучение, и запыленная атмосфера разогревается больше, чем ее соседние, еще чистые области. Это приводит к возникновению дополнительных ветров скоростью до десятков метров в секунду. Усилившийся ветер быстрее разносит пыль, уже находящуюся в атмосфере, и поднимает новые количества пыли с поверхности.

Что же происходит в условиях глобальной пылевой бури?

Данные зондирования атмосферы с орбитальных аппаратов показывают, что атмосфера Марса при этом разогревается примерно на 20–30 °C, а прямые измерения межпланетных станций на поверхности Марса показали, что при приходе пылевого облака температура падает на 10–15 °C. Уже упоминавшаяся простая модель баланса радиации на верхней границе атмосферы и на поверхности планеты хорошо воспроизводит все подобные изменения[83].

Весьма драматичны изменения структуры общей циркуляции марсианской атмосферы при глобальных пылевых бурях, зарегистрированные межпланетными станциями по измерениям на поверхности планеты. Г. С. Голицын в 1970 г. предложил схему общей классификации структуры циркуляции планетных атмосфер. Согласно этой схеме циркуляция марсианской атмосферы должна быть весьма близкой к земной. И, действительно, станции на поверхности Марса зимой регистрировали весьма регулярное прохождение над ними циклонов и антициклонов, более регулярное, чем у нас, по всей видимости, из-за отсутствия океанов на Марсе. Когда приходит пылевая буря, всякая циклоническая активность в марсианской атмосфере прекращается.

Эти процессы были изучены теоретически и подтверждены лабораторными экспериментами[84]. Главная причина изменений характера циркуляции атмосферы — резкое повышение вертикальной устойчивости запыленной атмосферы вследствие ее разогрева и остывания поверхности планеты. Лабораторная модель атмосферы состоит из вращающегося кольцевого сосуда с водой, у которого внутренняя стенка, имитирующая полюс, более холодная, чем внешняя, имитирующая экватор. Меняя скорость вращения и перепад температуры между боковыми стенками, можно добиться того, что в воде в зазоре между стенками образуются многочисленные вихри, аналогичные атмосферным циклонам и антициклонам. Если на чту картину наложить еще и положительный вертикальный градиент температуры (т. е. сделать так, чтобы температура жидкости повышалась ото дна), можно резко уменьшить число вихрей или подавить их совсем. Таково объяснение изменениям структуры общей циркуляции на Марсе в период глобальной пылевой бури.

Рассмотренные основные черты марсианских пылевых бурь позволяют понять, каковы климатические последствия введения в атмосферу планеты больших количеств аэрозоля, рассеивающего и поглощающего солнечное излучение. Явления на Марсе показывают нам механизмы быстрого распространения пыли в глобальном масштабе, сильный нагрев, его атмосферы, заметное охлаждение поверхности и изменение в результате всего этого структуры атмосферной циркуляции.

Конечно, в оцениваемых последствиях ядерной войны всегда будет какая-то неопределенность, зависимая от выбранных сценариев войны, от сезона ее начала, даже от конкретной метеорологической ситуации. Тем не менее, рассмотренные нами природные аналоги уже показывают, что последствия будут весьма грозными и длительными. Наши расчеты и модели согласуются с работами в этой области других ученых — советских и зарубежных. Однако все, кто работает над этими проблемами, надеется, что их труд поможет тому, чтобы предсказанные последствия ядерной войны остались бы лишь предсказаниями.

ЯДЕРНАЯ ВОЙНА И ЖИВАЯ ПРИРОДА _{М. С. ГИЛЯРОВ, Д. А. КРИВОЛУЦКИЙ}

Характеризуя ужасы возможной ядерной катастрофы, мы все чаще обращаемся к слову «пустыня». Но пустыня — это гигантский мир живой природы с огромным разнообразием флоры и фауны, с очень сложными экологическими системами и трофическими связями, складывавшимися и совершенствовавшимися многие миллионы лет. Так что, предупреждая человечество о последствиях глобальной ядерной катастрофы, уместнее употреблять все же не одно слово «пустыня», а словосочетание «мертвая пустыня».

Такого рода уточнение приемлемо для определения состояния всей природы, пережившей ядерную войну и ее последствия. Из живой природа, вполне вероятно, превратится в мертвую, т. е. стерильную, не способную производить и поддерживать жизнь.

Чтобы не быть голословными, напомним историю с атоллом Бикини и попробуем рассмотреть ее с точки зрения ученого биолога.

Итак, на маленьком коралловом острове в Тихом океане, в архипелаге Маршалловых островов, люди жили веками… В 1946 г. катера ВМС США увезли всех его жителей с родных берегов: атолл стал полигоном испытаний ядерного оружия Пентагона.

В 1970 г. Вашингтон «милостиво» разрешил жителям Бикини вернуться на родину. Можно представить, как радовались изгнанники! Тогда они еще не знали, что родные берега несут им не счастье, а смертельную опасность: деревья, пресная вода — все оказалось отравленным радиацией. Сначала жителям Бикини запретили есть созревшие на острове плоды, пить воду из местных источников. А через восемь лет вашингтонские опекуны вновь эвакуировали людей с острова. Разумеется, то была вынужденная мера — специалисты пришли к выводу, что уровень радиации на Бикини будет опасен для здоровья и жизни человека по крайней мере еще более полувека.

Вот вам и еще одно подтверждение знакомого со школьных лет банального тезиса: природа и человеческое общество — единый взаимосвязанный комплекс, цельная система, развивающаяся на основе сложнейшей сети энергетических и информационных связей. Биосфера — отнюдь не монополия какого-то одного государства, она часть нашей планеты, колыбель и дом всего живущего на земле. И неделимость биосферы обусловливает необходимость решения многих проблем охраны природы и использования ее ресурсов не только в национальных, но и в международных масштабах, в том числе и обязательность контроля над применением радиоактивных веществ (или, как говорят специалисты-экологи, излучателей). Для этого, прежде всего, необходимо понять, как, каким образом источники ионизирующего излучения влияют на человека и природу. Всеми этими проблемами и занимается радиоэкология — наука о путях биогенной миграции радионуклидов и экологических последствиях действия ионизирующего излучения, а радиоэкологические исследования стали сейчас непременной составной частью всех работ по охране окружающей среды. Следует сказать, что сам термин «радиоэкология» был предложен в 1956 г. одновременно и независимо друг от друга советским экологом А. А. Передельским и американским профессором Ю. Одумом. Выдающуюся роль в развитии представлений о роли радиоактивных веществ в жизни организмов и закономерностях их миграции в биосфере сыграли и труды основоположника биогеохимии академика В. И. Вернадского и советского агрохимика академика ВАСХНИЛ В. М. Клечковского.

Основной задачей, поставленной перед радиоэкологами, стала разработка основ предвидения последствий радиоактивного загрязнения местности и изыскание результативных путей борьбы с ними. В практическом смысле это означает ни много ни мало как нахождение возможности эффективного ослабления и локализации загрязнения среды, предотвращение миграций радионуклидов по цепям питания к человеку и сельскохозяйственным животным.

Среди многочисленных ныне сводок по охране природы трудно найти такие, где не упоминалось бы о радиоактивном загрязнении среды. В частности, известный американский ученый П. Хаггет среди шестнадцати обычных наиболее распространенных загрязнителей среды называет пять радионуклидов: радиоактивные изотопы стронция, цезия, йода, урана и плутония.

Правда, на нашей планете всегда существовал ионизирующий фон радиации, но интенсивное излучение, создание и рассеивание радиоактивных веществ человеком значительно ее увеличило. А сама радиация, вызывающая изменения в структуре биоценозов и экологии отдельных видов и растений, становится одним из абиотических факторов среды. Изучение влияния на жизнедеятельность организмов ионизирующей радиации проводится, как правило, в районах с повышенным ее фоном, т. е. в тех местах, где высока концентрация естественных радиоактивных элементов или на высокогорье, где несколько увеличено космическое излучение, в отвалах урансодержащих пород атомной промышленности и, наконец, в районах экспериментальных полигонов.

Что же установлено учеными в результате уже проведенных исследований с использованием новейших методик, и, прежде всего модельного и вычислительного эксперимента? Выяснилось, что биологическая опасность радионуклидов, находящихся в биосфере, зависит от их количества, характера излучения, периода полураспада, физического состояния и химических соединений, в которые радионуклиды входят, а также от способности организмов накапливать и выводить эти радионуклиды.

Насколько полученные данные актуальны, можно судить по тому, что наукой с полной достоверностью установлено: в биологический круговорот веществ сегодня самым активным образом включились радиоактивные изотопы, образовавшиеся при ядерных взрывах.

Для начала сообщим: самая незначительная часть радиоактивных веществ выпадает на поверхность земли вместе с дождем и попадает непосредственно на растения, минуя почву. Естественен вопрос: не все ли равно, как, каким образом урожай окажется радиоактивным, а значит, и губительным для человека и животных?

В том-то и дело, что не все равно. В растениях содержание радионуклидов при попадании их с дождем во много раз выше, чем при поступлении тех же радиоактивных веществ через корневую систему. Следствием радиоактивного заражения окружающей среды, передающегося по трофическим связям (цепи питания), станет появление уродливых мутантов. А такие формы в экспериментах, радиоэкологи наблюдали среди животных, растений, микроорганизмов.

Потребление в пищу продуктов растениеводства определяет опасность облучения ставшими радиоактивными зерном, корнеплодами, зеленью. Особенно опасны овощи, очень активно складирующие в своих вегетативных органах продукты радиоактивного распада. Правда, степень поражения овощей, как, впрочем, и другой продукции растениеводства, во многом зависит от того, каким именно радионуклидом они загрязнены. Да и вегетативная фаза развития растения тоже играет свою роль. Так, многолетними исследованиями установлено, что период полураспада (время, за которое количество радиоизотопов в облученном растении сокращается вдвое) в растениях для большинства изученных нуклидов равен от трех до ста суток. Бывает, что уже и через десять дней после обработки радиоактивными растворами плантаций овощей количество нуклидов в них снижается в два-семь раз.

Казалось бы, из всего сказанного выше должен вроде бы последовать довольно оптимистический вывод: если скорость вывода из растений радиоактивных веществ столь обнадеживающе велика, то и радиоактивные дожди при всей их бесспорной вредности для окружающей среды и природы не должны быть все же для нее губительными. Однако такой вывод был бы неверным.

Дело в том, что все, о чем здесь говорилось и будет еще говориться, все данные получены экспериментальным путем посредством моделирования определенных конкретных процессов в конкретных условиях. Но разразись ядерная катастрофа — она разрушит основы всей экологической системы планеты, все ее связи, все биоценозы. И если благодаря своей удивительной жизнеспособности наша природа и окажется способной к возрождению, то на это уйдут столетия, эпохи. Так что модельный эксперимент, даже самый удивительный, — всего лишь слабый отголосок, а вернее, отдельный штрих на той устрашающей картине непоправимых разрушений, что несет ядерная война живой природе Земли.

Вот почему мы и начали свой рассказ о последствиях ядерной катастрофы для живой природы нашей планеты с истории атолла Бикини. Но у этой истории есть еще один аспект. И весьма трагический: главный урон, нанесенный природе этим взрывом, связан с «побочными явлениями». Между тем к «побочным» относится и поражение океанических вод, флоры и фауны океана продуктами ядерного распада. Именно «побочный», вроде бы и незначительный штрих того ядерного хаоса, что разразился над Бикини, принес три десятилетия назад смерть японским рыбакам, вышедшим 1 марта 1954 г. на лов тунца. Они были осыпаны «пеплом смерти», как в Японии назвали радиоактивные осадки, выпавшие после взрывов ядерных бомб.

Мы, советские ученые, ответственно можем сегодня утверждать: для живой природы и человека губительны все последствия ядерных взрывов, безвредных среди них нет и быть не может. Ибо великий круговорот веществ, существующий в природе, разрушенный ядерными взрывами и загрязненный радиоактивными веществами, в случае катастрофы способен превратиться из круговорота жизни в круговорот смерти.

Взять хотя бы маленькое звено этого круговорота: почва — растение — животное. Окажись почва пораженной продуктами ядерного распада — немедленно станет радиоактивной и трава. Значит, облучатся и домашние животные, для которых она — основной корм. А у этой беды уже два аспекта. Во-первых, молоко и мясо животных станут радиоактивными, а значит, и непригодными к употреблению в пищу (и мы, к сожалению, уже наблюдаем нечто похожее на примере продуктов моря, когда японские рыбаки вынуждены уничтожать свои уловы из-за опасной для жизни человека радиоактивности рыбы, мидий, морской травы). А во-вторых, количество сельскохозяйственной продукции, полученной от пораженных лучевой болезнью животных, резко сократится. Ведь их организм мобилизует все свои защитные силы на выживание, резко уменьшив при этом продуктивность, чего, разразись ядерная катастрофа, избежать практически невозможно.

Таковы губительные последствия ядерной катастрофы для каждого отдельного звена сложнейшей экологической цепи взаимосвязанных и взаимообусловленных многочисленных и многоуровневых обратных связей, присущих природе.

Впрочем, кое-что из того, что ожидает нашу прекрасную Землю и ее природу в случае развязывания ядерной войны, мы уже, к сожалению, можем и сегодня прогнозировать. Материала для этого более чем достаточно.

Человечество знакомо с малоутешительными предположениями о последствиях даже неядерной современной войны по работам западноевропейских и американских исследователей. Они выступили с разоблачениями преступлений американской военщины против человека и природы в Индокитае. Книга под названием «Экоцид в Индокитае» обошла мир, став настольной каждого специалиста, серьезно занимающегося вопросами природоохраны[85]. Но почему все-таки экоцид? Да потому, что столь массированное, столь тщательно продуманное уничтожение природы равнозначно ее экоциду, сопоставимому по своему варварству только с геноцидом, т. е. с уничтожением целого народа. Экоцид же означает гибель экологических систем целого региона, не ограниченного рамками одного государства.

Именно это прекрасно понимают сегодня все серьезные исследователи экологических проблем, сопряженных с изучением последствий военных (в том числе и ядерных) действий на окружающую среду. Такими проблемами занимались и занимаются виднейшие ученые США и стран Запада. Более того, многие из исследований проводились и проводятся в рамках программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП).

Во Вьетнаме, Лаосе, Таиланде и Кампучии экоцид проводился путем массированных бомбардировок с применением напалма и химических веществ. Бамбардировки велись круглосуточно по огромным площадям. Согласно американским данным, в Индокитае с 1965 по 1973 г. было применено свыше 15,5 млн. т взрывчатых веществ всех видов — больше, чем использовалось во всех предыдущих войнах, или что эквивалентно взрывной силе 570 атомным бомб, аналогичных сброшенным на Хиросиму и Нагасаки. Это значит, что в течение всего восьмилетнего периода военных действий ежесекундно взрывалось около 50 кг взрывчатых веществ. В результате было перемещено 2,5 млрд. м³ земли, что в десять раз больше объема земляных работ, проведенных при сооружении Суэцкого канала. «Экспериментальное» применение арборицидов (химических препаратов, предназначенных для уничтожения древесной и травянистой растительности) и гербицидов началось с 1961 г., а в 1962 г. они стали главным оружием в глобальной американской стратегии химической и биологической войны во всей Юго-Восточной Азии. Лишь за период с 1965 по 1969 г. было обработано арборицидами и гербицидами 43 % пахотных земель и 44 % площади лесов. Применение дефолиантов привело к гибели урожая, способного прокормить 900 тыс. человек. Так что, если в 1964 г. Южный Вьетнам экспортировал 48,5 тыс. т риса, то в следующем году пришлось импортировать 240 тыс. т. Особенно интенсивно использовался «оранжевый реактив» — диоксин. За период с января 1962 г. по февраль 1971 г. 45 млн. л этого вещества было распылено на площади около 1,2 млн. га. Позднее обнаружилось, что препарат поражает людей зачастую через много лет после отравления и сказывается на потомстве.

В результате бомбардировок образовались обширные площади — около 30 млн. воронок глубиной до 6–9 м. И как последствие — эрозия почв, развитие оползневых процессов, снос массы твердых частиц в долины и русла рек, усиление наводнений, выщелачивание питательных веществ из почв и их истощение, образование ожелезненных (латеритных) корок на почвах, коренное изменение растительности и животного мира на значительных площадях.

Правда, как пишут американские исследователи, влияние различных видов оружия на ландшафты проявляется по-разному. Фугасное оружие нанесет большой урон и почвенно-растительному покрову, и обитателям лесов и полей. Главным стрессовым фактором в этом случае становится ударная волна, которая нарушает однородность почвенного покрова, убивает фауну, микроорганизмы (почвенные), разрушает растительность. Согласно расчетам А. Х. Уэстига, при падении 250-килограммовой бомбы образуется воронка, из которой выбрасывается до 70 м³ почвы. Разлетающиеся осколки и ударная волна убивают всех зверей и птиц на площади 0,3–0,4 га, поражают древостой, который впоследствии становится местом обитания различных вредителей и грибковых заболеваний, окончательно уничтожающих деревья за несколько лет. Разрушается тонкий слой гумуса, часто на поверхности оказываются бесплодные и сильнокислые нижние почвенные или подпочвенные горизонты.

Кратеры от бомб нарушают уровень грунтовых вод. Кроме того, заполняясь водой, эти кратеры создают благоприятную среду для размножения комаров и москитов. В ряде мест происходит затвердение подпочвенных горизонтов, образование железистых корок, на которых растительность восстановиться не может. Воронки сохраняются долгое время и становятся неотъемлемой частью антропогенного рельефа.

Что же говорить о последствиях применения биологического оружия для окружающей среды?

Чтобы понять, какая исключительная опасность кроется для живой природы в словах «биологическая война», достаточно сказать: она рассчитана на совершенно особый вид оружия. Это живые организмы, способные вызвать на огромных площадях эпидемии или заболевания растений. А если учесть, что многие болезнетворные микроорганизмы весьма устойчивы, то наличие их в окружающей среде сравнимо лишь с разрушительными возможностями мощнейшей мины замедленного действия.

Но сколь ни губительны для живой природы воздействия всех вышеназванных здесь видов оружия, ни одно из них по своей разрушающей силе несопоставимо с ядерным. Каждая, из форм освобожденной энергии (термическая, радиоактивная, механическая) способна оказать чудовищное разрушительное действие на экосистемы: прямое (физическое и биологическое) и косвенное — в результате влияния на атмосферу и гидросферу, почву, климат и т. д.

Радиоактивное воздействие является уникальным. Живые организмы по-разному чувствительны к облучению. Насекомые, например, способны выдержать в сотни раз большие дозы радиации, чем те, которые смертельны для людей и большинства позвоночных. Тоже можно сказать и о растительности (наиболее чувствительны к ионизирующей радиации деревья, потом кустарники и травы). Но тут, вероятно, нам вновь придется обратиться к трагической судьбе уже неоднократно упоминавшегося атолла Бикини. Дело в том, что одним из самых бедственных для природы последствий стало включение в естественный биологический круговорот радиоактивных изотопов, образовавшихся в результате взрыва. Наиболее активно в него вписываются, сначала накапливаясь в почве, а затем аккумулируясь в тканях животных и растений, стронций-90, цезий-137, тритий-55 и железо-55. Совсем недавно проведенные исследования выявили у многострадальных жителей Бикини аномально высокое содержание в организме цезия-137 и стронция-90. Это в человеческом-то организме! Что же говорить о животных и растениях? К тому же ядерный вихрь на том же Бикини поднял радиоактивный материал на гигантскую высоту — на 30 тыс. м — и радиоактивный дождь выпал за несколько тысяч километров от «полигона смерти».

Но такое выпадение вовсе не означает, что атмосфера очистилась, освободилась от смертоносного загрязнения. Отнюдь. Продукты ядерного взрыва способны удерживаться в ней долгие годы. И это тоже «мина замедленного действия». И для природы, и для человека.

Но здесь пришла пора сказать о «новейших» направлениях в политике экоцида, избранного американским империализмом. Их несколько. Назовем всего два.

Во-первых, это направленное изменение погоды и климата. Так, в 1963 г. в Индокитае американские агрессоры, стремясь вызвать наводнение в долинных, низменных районах страны (что повлекло бы за собой непроходимость дорог), «засевали» облака йодистым серебром, стимулируя обильные ливни, превращавшие землю в непроходимые топи, смывавшие почву. И это еще не все. Агрессоры с помощью химических веществ вызывали искусственное образование тумана, штормовой погоды. Они создавали (с помощью ракет) «окна» в озоновом экране, многократно усиливая ультрафиолетовую радиацию, запыляя верхние слои атмосферы.

Экологическая война даже в локальном, отдельном регионе Земли — страшное бедствие, катастрофический урон, наносимый всей ее природе. Потому что нет, не существует изолированных экологических систем, а все они связаны, пронизаны сложнейшими взаимопроникающими и взаимообусловливающими «службами» жизнеобеспечения. Ибо природа планеты Земля — единый живой организм, очень легко уязвимый. Сегодня он уже ранен. Но рана еще не смертельна. Еще сильны восстановительные силы природы, и стоит ли человечеству рисковать, столь безрассудно экспериментируя с ними?

Человечество, которому далеко не безразлично состояние его отчего дома — природы Земли — и собственное здоровье, обязано следить за тем, чтобы нерукотворные ее силы не оказались подорванными. И прежде всего двумя самыми опасными факторами: техногенным воздействием на природу и повышенными дозами радиоактивности. Способов для осуществления такого контроля существует много.

Один из путей контроля за действием излучений и излучателей на живую природу — всесторонний анализ структуры и динамики сообщества живых организмов. Они — исключительно благодарный объект радиоэкологических исследований, ибо велика видовая насыщенность, разнообразны экологические связи, а сами животные наиболее чувствительны к действию радиации, ведь они — конечные звенья в цепях питания и концентрируют в своих организмах многие радионуклиды. Роль наземных животных в перераспределении в биогеоценозах искусственных радионуклидов количественно сравнима с переносом их ветром или атмосферными осадками. А если учесть, что на долю животных приходится основная часть видового разнообразия живой природы и именно среди них находятся наиболее чувствительные к действию ионизирующей радиации формы живых организмов, то станет понятным, почему в некоторых случаях охрана окружающей среды в условиях повышенного фона ионизирующих излучений в первую очередь предусматривает охрану животного мира.

А эффект воздействия радиоактивных изотопов зависит от распределения их по органам и тканям животных. Например, до 90 % аккумулированных организмом радиоактивных изотопов стронция и кальция накапливается в скелете. Цезий-137 откладывается главным образом в мышцах и внутренних органах. Радиоактивные фосфор и сера распределяются в организме относительно равномерно. В печени и почках локализуется кобальт-60, а радиоактивный йод-131 депонируется исключительно в щитовидной железе, в мягких тканях значительно больше, чем в скелете животных, урана-238.

При воздействии ионизирующих излучений изменяется продолжительность жизни, плодовитость и другие жизненно важные функции животных. Даже сравнительно небольшие дозы стронция-90 значительно увеличивают смертность в популяции многих оседло живущих животных, насекомых, моллюсков, лесных грызунов и обитателей почвы. Те же дождевые черви, например, погибают в массе. А состояние среды, как известно, служит одним из показателей условий жизни населения. И оценивать условия жизни, безусловно, надежнее всего с помощью системы экологического контроля, системы глобальных масштабов, охватывающей если не все регионы, то хотя бы основные, наиболее уязвимые.

Идея такой системы не нова: английский эколог Чарлз Элтон ратовал за специальную экологическую службу еще в 1942 г. И следует сказать, что кое-что для ее реализации в мире уже делается. Так, многие десятилетия существует, в том числе и в нашей стране, служба контроля за численностью и распространением сельскохозяйственных и лесных вредителей. Давно отлажен контроль за динамикой численности видов животных, имеющих эпидемиологическое значение, например за грызунами в очагах чумы, птицами — распространителями арбовирусов и т. д. Собираются и систематизируются сведения о численности и распространении охотничье-промысловых зверей и птиц. Подобные данные накапливались многими десятилетиями. Так что предпосылки для создания системы экологического контроля за состоянием окружающей человека среды и ее биологическими ресурсами сейчас есть.

А поскольку ионизирующее излучение — один из очень многих физических факторов, воздействующих сегодня на животных, их дифференцированный анализ, установление не только итогового суммарного эффекта, но и вклада в этот эффект каждого фактора в отдельности представляется сегодня одной из насущных задач науки, стоящей на службе здоровья и жизни на планете Земля.

И все же необходима оговорка: даже самые тщательные эксперименты в лаборатории или на опытных делянках в природе не позволяют увидеть действия процессов глобального масштаба. Это касается и эффекта изменения климата, и последствий разрушения экологических связей на больших площадях. Пока что нарушения природы в войнах носили только местный, локальный характер. Пораженные экосистемы восстанавливались за счет нетронутых окружающих земель. А если таковых не останется?

Иначе говоря, отдадим себе отчет, что мы можем только прогнозировать, предполагать, моделировать те страшные последствия, которыми чревата ядерная катастрофа. А они способны оказаться многократно губительней, чем мы их себе представляем. Примеров такого «расхождения между прогнозированием и реальностью» знает в великом множестве и история и современность.

Защита биосферы от загрязнений — часть общечеловеческой, глобальной проблемы борьбы за мир и счастье родной планеты.

ЯДЕРНАЯ ВОЙНА ПОСТАВИТ ПОД СОМНЕНИЕ СУЩЕСТВОВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА КАК БИОЛОГИЧЕСКОГО ВИДА _{А. А. БАЕВ, Н. П. БОЧКОВ}

В настоящее время делаются попытки научно обоснованно ответить на важнейший вопрос: сохранится ли человеческий род и цивилизация на Земле после ядерного конфликта? В связи с этим машинно-математическому анализу подвергаются различные модели — сценарии ядерной войны, построенные на основе некоторых произвольно взятых исходных данных и расчетов.

Сценарии таких войн учитывают три рода целей, равнозначимых в стратегическом отношении: города, т. е. население, промышленные и военные объекты. Однако ядерная война — это, прежде всего массовое уничтожение людей. Предметом нашего рассмотрения будет человек как биологический вид Homo sapiens, сохраняющийся благодаря стационарной системе передачи генетической информации. Попытаемся оценить отдаленные последствия ядерной войны — биологические (в частности, генетико-информационные) и медицинские.

Следует подчеркнуть, что ядерная война не эпизод, а цепь событий, начинающихся со взрыва ядерных устройств и происходящих согласно сценариям в течение короткого времени — часов или в крайнем случае дней. Временные границы отдельных стадий, следующих за ядерной атакой, расплывчаты и условны. Это относится и к периоду, в котором начнут проявляться так называемые отдаленные последствия катастрофы: он начинается в неопределенный момент и простирается на срок от 20 до 100 лет.

Для выживания человечества существенное значение будут иметь в первую очередь те людские потери, которые произойдут при обмене ядерными ударами огромной мощности. Количественная сторона потерь важна не только для последующего восстановления инфраструктуры, экономики и морального состояния потрясенного общества, если это вообще возможно, но и для восстановления его биологического статуса.

Опыт изучения животного и растительного мира свидетельствует о том, что существует некая критическая численность каждой популяции, ниже которой она становится нежизнеспособной. Эта численность зависит от внешних факторов (наличия пищи, подходящих климатических условий, врагов, болезней), но решающими являются свойства вида и присущее популяции генетическое разнообразие.

Для крупных животных (например, копытных) критическая численность 150–300 особей, для грызунов она может быть значительно меньшей. Для человека шансы на выживание гораздо хуже из-за большого генетического груза в виде наследственных болезней, неизбежного возникновения брачных изолятов, увеличивающих число кровнородственных браков и рецессивных наследственных заболеваний (гаргоилизм, пигментная ксеродерма, талассемия и т. д.).

Существующие сценарии ядерной войны позволяют с достаточной достоверностью судить о возможных людских потерях. Так, в случае атомной атаки мощностью 1 Мт на город с населением в 1 млн. человек к исходу первого дня погибнет 200–310 тыс. человек и 350–380 тыс. получат повреждения различной тяжести. Без поражений (по крайней мере в первое время) останутся 450–310 тыс. человек[86].

При глобальном ядерном конфликте, в котором используются, например, ядерные устройства общей мощностью 5742 Мт, потери, разумеется, значительно выше: в Северном полушарии из 1290 млн. населения 750 млн. будут убиты, а 340 млн. выживших получат увечья и радиационные поражения (в Южном полушарии потерь предполагается несколько меньше[87]). Только 200 млн. человек избегнут повреждений и окажутся предоставленными собственной, совсем неясной судьбе. Таким образом, непосредственные людские потери при ядерной войне огромны, но этим события не закончатся.

Какова судьба тех, что уцелеет при ядерной атаке? Лица, получившие травмы и радиационные поражения, практически не будут иметь шансов выжить из-за тяжести повреждений, к тому же нередко комбинированных, из-за дезорганизации медицинской помощи, а также неспособности живых к напряженной деятельности, без которой немыслима ликвидация разрушительных последствий ядерной атаки.

Немногочисленное население, оставшееся в живых без очевидных повреждений, и его потомство станут объектом «отдаленных последствий» ядерной войны.

Наши представления об отдельных эффектах ядерных взрывов в значительной мере основываются на наблюдениях в Хиросиме и Нагасаки. Однако такая экстраполяция правомерна только частично, точнее, имеющиеся данные позволяют судить лишь о качественных характеристиках эффектов и притом лишь ориентировочно. Мощность современного ядерного оружия стала неизмеримо больше, чем у атомных бомб 1945 г. Выжившие после атомной атаки Хиросимы и Нагасаки в среднем были облучены дозой[88] 17 рад (колебания от 0 до 600 рад). По современным расчетам, доза облучения через 25 лет после ядерного конфликта для выживших в Европе в среднем может достичь 100 рад. Более того, если общая мощность взрывов будет около 10000 Мт, только от выпадений осадков каждый человек в течение 40 лет получит не менее 10 рад.

Средний возраст уцелевших после ядерных бомбардировок составит приблизительно 25 лет. Половина из них может иметь детей, т. е. налицо условия для проявления возможных генетических изменений. Продолжительность жизни всех выживших будет достаточной для истечения латентного периода злокачественных новообразований, которые появляются преимущественно через 5 — 10 лет после облучения.

С экологической и гигиенической точек зрения отдаленные последствия ядерной войны будут связаны, с одной стороны, с непосредственным воздействием на людей поражающих факторов ядерного оружия и, с другой стороны, с возникновением на территориях, где имели место взрывы, а возможно и на всей планете, глубоких изменений окружающей среды.

В частности, в результате ядерных взрывов и сопутствующих им пожаров в атмосферу поступит огромное количество токсических веществ. По данным Киевского научно-исследовательского института общей и коммунальной гигиены, хроническое воздействие на организм даже таких «обычных» загрязнителей атмосферы, как сернистый и угарный газы, окислы азота, при превышении их предельно допустимых концентраций в атмосферном воздухе более чем в пять раз существенно увеличивает частоту возникновения хронических неспецифических заболеваний легких и бронхиальной астмы[89]. На основе количественных закономерностей зависимости здоровья населения от характера и степени загрязнения окружающей среды химическими веществами можно оценить, как измененные условия жизни скажутся на здоровье человека. Расчеты показывают, что увеличение загрязненности атмосферы обычными продуктами сгорания в десять раз может вызвать катастрофический рост аллергических заболеваний, болезней нервной системы, органов чувств, заболеваний легких. Практически каждый человек станет хроническим больным.

Что касается отдаленных гигиенических последствий таких событий, как разрушение резервуаров-накопителей высокотоксичных сточных вод, то сейчас это оценить трудно. Однако совершенно очевидно, что для полного оздоровления загрязненных почв и водоемов понадобятся десятки лет.

Водоснабжение населения в экстремальных условиях после ядерных взрывов будет осуществляться преимущественно за счет подземных вод. Между тем в результате изменений естественных гидрологических условий токсические вещества после атомных взрывов попадут в водоносные горизонты и долго там сохранятся, что не может не сказаться на растениях, а через их посредство и на животных.

Не менее опасны гигиенические последствия, которые возникнут в результате разрушения жилищ, коммунального хозяйства в пострадавших от ядерного удара населенных пунктах. Уцелевшие после ядерных ударов люди останутся без пищи, одежды, жилищ, водоснабжения, транспорта, централизованных источников тепла и света, системы очистки от жидких и твердых отбросов и т. д.

Последствия подобного рода, но неизмеримо меньших масштабов, имели место в предыдущих войнах. Известно, например, что блокада Ленинграда самым тяжелым образом отразилась на здоровье жителей этого города, особенно женщин и детей[90]. Так, в 1942 г. заболеваемость среди работающего населения возросла, по сравнению с 1940 г., на 25 %, а средняя продолжительность болезни — показатель тяжести ее течения — увеличилась более чем в два раза. Нарушение здоровья женщин выразилось в аменорее (от 64 до 95 %), до- и послеродовой заболеваемости с высокой смертностью. Дети отставали в физическом развитии, заболеваемость их увеличилась. Почти у всех детей наблюдалась алиментарная дистрофия, нарушение обмена веществ, тяжелые функциональные расстройства нервной и сердечно-сосудистой систем, желудочно-кишечного тракта, почек. Надо еще принять во внимание, что статистика заболеваемости того времени далеко не полностью отражает истинное положение дел.

Эпидемии тифа, дизентерии, холеры, чумы всегда были спутниками войн. Разрушения населенных мест и средств жизнеобеспечения, отсутствие санитарно-гигиенических служб, резкое ослабление защитных сил организма у облученных людей и многие другие следствия ядерных взрывов приведут к росту тяжелых инфекционных заболеваний, в том числе особо опасных. Условия для возникновения и поддержания, эпидемических вспышек будут долго сохраняться после ядерной войны. В настоящее время трудно количественно оценить эпидемические последствия ядерной войны, потому что в истории человечества не было подобных тотальных катастроф. Не вызывает, однако, сомнения ни их неизбежное возникновение, ни их грандиозный масштаб.

Возникновение злокачественных опухолей под влиянием облучения было зарегистрировано уже в 1902 г., вскоре после открытия рентгеновских лучей. К настоящему времени количественные закономерности радиационного канцерогенеза хорошо изучены в эксперименте. В опытах на животных установлена частота возникновения лейкозов и злокачественных опухолей в зависимости от дозы γ-облучения и нейтронов. Многолетние наблюдения за населением Хиросимы и Нагасаки показали, что экспериментальные данные в принципе экстраполируемы на человека. Между радиационным воздействием и возникновением злокачественных новообразований существует так называемый латентный период, длительность которого зависит от формы заболевания.

После облучения раньше других форм рака возникает лейкемия. Так, в Хиросиме и Нагасаки среди перенесших облучение детей уже в 1950 г. наблюдалось повышение частоты лейкозов, у взрослых этот процесс начался несколько позже.

В особенности высока заболеваемость лейкемией у тех, кто получил облучение в дозе более 100 рад. Поскольку средняя доза облучения для выживших после глобальной ядерной войны не менее чем в шесть раз превысит дозу, полученную жителями японских городов, подвергшихся атомной бомбардировке, ожидаемая частота появления индуцированных лейкозов будет во много раз выше и составит 8 — 11 тыс. на 1 млн. населения.

Индукция злокачественных опухолей под влиянием облучения не исчерпывается лейкозами. Длительное нарушение деятельности желез внутренней секреции, существенное угнетение клеточного и гуморального иммунитета, психические стрессы и другие факторы вместе с последствиями облучения, в том числе от инкорпорированных в организм радионуклидов, будут существенными факторами повышенного риска развития опухолей у лиц, перенесших ядерные взрывы.

Несмотря на то, что онкологические последствия ядерных бомбардировок японских городов проанализированы не в полной мере, по некоторым формам рака обнаружено существенное увеличение частоты их появления. Так, в Хиросиме и Нагасаки среди лиц, находившихся на расстоянии 1,5 км от эпицентра взрыва, рак щитовидной железы, легких, молочной железы развивался в несколько раз чаще. Для некоторых форм рака четко показана зависимость от дозы облучения. Например, частота диагностированного при вскрытии рака легких у лиц, получивших дозу в 10 рад, была в два раза выше, чем у лиц, получивших меньшую дозу. Рак щитовидной железы у облученных дозой 50 рад и выше развивался в девять раз чаще, чем в контрольной группе, в то время как у облученных в дозе менее 1 рад — чаще всего лишь в три раза.

В настоящее время получены оценки возможных онкологических последствий ядерных войн с различными сценариями[91].

Согласно расчетам Международного комитета экспертов Всемирной организации здравоохранения, среди выживших в ядерной войне можно ожидать около 19 млн. добавочных случаев злокачественных новообразований.

Экологические и генетические последствия ядерной войны можно отнести к числу самых отдаленных последствий, поскольку они не ограничиваются одним поколением. Губительное действие радиации на потомство облученных родителей известно уже более 50 лет — после опытов Г. Меллера (1927 г.), облучившего рентгеновскими лучами дрозофил. Генетическое действие радиации общепризнано, и в настоящее время известны цитологические и молекулярные основы радиационного повреждения и его репарации.

Само радиационное действие слагается из γ-, β- и нейтронного облучения, т. е. разных типов радиации, первичного облучения при ядерном взрыве и последующего действия локальных, тропосферных и глобальных осадков, а также действия цепей питания. Словом, это не кратковременный эпизод, а цепь событий, захватывающая не одно десятилетие после военных действий. Следует заметить, что глобальная ядерная война — явление беспрецедентное по своим масштабам. Поэтому, пользуясь при оценке тотальной ядерной войны данными по Хиросиме и Нагасаки, едва ли можно получить полную картину грозящего человечеству бедствия — слишком различен масштаб.

Хиросима и Нагасаки были очагами несчастья и разрушения в стране, хоть и потрясенной войной, но еще жизнеспособной и, во всяком случае, готовой помочь своим соотечественникам в беде. При глобальной ядерной войне возникнет обратное положение: в разрушенной и опасной для существования пустыне затеряются жалкие оазисы жизни, обитатели которых, подавленные болезнями, лишениями и страхом, не смогут рассчитывать на действенную помощью извне.

«Память» о ядерных взрывах будет передаваться из поколения в поколение в виде повышенной частоты неблагоприятных исходов беременностей, рождения детей с врожденными пороками развития или наследственными болезнями.

Расчеты зарубежных специалистов показывают[92], что в случае расширенного ядерного конфликта (более 5000 Мт на континент) популяционная генетически значимая доза составит в среднем для каждого выжившего индивидуума детородного возраста не менее 100 бэр[93].

Генетический эффект ионизирующих излучений зависит от характера облучения и типа излучений. Острое облучение в три-пять раз опаснее хронического. Генетическая (или относительная биологическая) эффективность нейтронного облучения в среднем в пять раз выше γ — облучения, а в некоторых случаях она может превышать ее и в 20 раз. Поэтому особенно серьезных биологических и генетических последствий следует ожидать от нейтронных бомб.

Действие ионизирующей радиации на наследственность живых организмов универсально. Такой вывод основан на многочисленных экспериментальных данных. Различия тут могут носить только количественный характер[94].

На современном уровне знаний считается, что так называемый пороговый эффект в действии излучений на наследственность отсутствует, иными словами, безвредных с генетической точки зрения доз не может быть — любая доза вызывает пропорциональное ей число мутаций, которые практически всегда оказывают отрицательное действие в столь приспособленном (фило- и онтогенетически) организме, каковым является человеческий организм.

Генетические изменения под влиянием облучения возникают как в зародышевых, так и в соматических клетках. Радиочувствительность зародышевых клеток ниже, чем соматических, однако отсутствие порога в действии радиации наблюдается и в том случае, когда дело касается индукции наиболее отдаленных последствий — генных мутаций в зародышевых клетках.

Особенно ранимы размножающиеся соматические клетки, такие, например, как клетки костного мозга и вообще кроветворных органов (лимфатические узлы, лимфатическая ткань селезенки). У жителей Хиросимы и Нагасаки, подвергшихся облучению в 1945 г., в течение некоторого времени обнаруживались нарушения в деятельности кроветворной системы, которые впоследствии сглаживались. Однако и через 30 лет сохранился стойкий след радиационного повреждения в виде хромосомных перестроек в лимфоцитах.

В потомстве облученных жителей Хиросимы и Нагасаки не было обнаружено выраженных патологических явлений наследственного характера — состояний, вызванных наследуемыми изменениями ДНК половых клеток облученных родителей. При этом были изучены спонтанные аборты, мертворождения, смертность детей до девяти лет, врожденные пороки развития, общее физическое развитие, цитогенетические аномалии, некоторые белки. Более детальный статистический анализ полученных данных показал некоторую зависимость врожденных пороков развития и мертворождений от дозы, когда были облучены оба родителя. Это дало возможность рассчитать «среднюю» удваивающую дозу. В зависимости от выбранного метода расчета она составила 81 или 172 бэр.

Отсутствие резко выраженных генетических дефектов в потомстве облученного населения Хиросимы и Нагасаки может быть обусловлено целым рядом факторов:

• в небольших популяциях нелегко обнаружить генетические эффекты облучения;

• мощность ядерных устройств, примененных в Хиросиме и Нагасаки, была невелика, и облученное население не подверглось длительному действию радиоактивных осадков, которое будет иметь место в случае термоядерной войны будущего;

• срок наблюдения для человека короток — всего лишь два поколения (к тому же число беременностей и рождений у людей вообще невелико);

• в Хиросиме и Нагасаки выжили люди репродуктивного возраста, главным образом со сравнительно низким уровнем облучения (средняя доза 17 рад), множество людей получили смертельную дозу облучения (более 700 рад) или погибли от причин, не связанных с генетическими нарушениями;

• генетические дефекты могли быть разными путями элиминированы, например абортами, особенно нераспознанными;

• методы выявления генетических дефектов пока несовершенны, и нет уверенности, что все такие дефекты у потомков жителей Хиросимы и Нагасаки обнаружены;

• человеческие популяции в генетическом отношении крайне гетерогенны, и близкородственные браки нельзя считать распространенными, поэтому появление рецессивных гомозигот не частое явление вообще, в том числе и среди потомков жителей Хиросимы и Нагасаки.

Таким образом, наблюдения над облученным и выжившим контингентом Хиросимы и Нагасаки не могут ослабить утверждения о действии ионизирующей радиации над геном. Ионизирующая радиация неизбежно вызывает мутации у человека, причем дозы, удваивающие частоту мутаций, по расчетам различных авторов, колеблются от 16 до 250 рад. Научный комитет по действию атомной радиации при ООН называет в качестве удваивающей дозы 100 рад. Дозу облучения, полученную индивидами, обычно пересчитывают на облученную популяцию в целом. С этой точки зрения для оценки повреждающих последствий дозу удобно выражать в виде произведения числа людей, способных иметь детей, на дозу облучения. Так, получают обобщенную популяционную величину — число людей, облученных дозой 1 бэр.

Опираясь на эти данные, можно определить степень появления генетических дефектов в рамках избранного сценария.

Советские авторы считают, что после тотальной ядерной войны (10000 Мт) суммарная доза радиации (только от глобальных осадков), полученная в течение 20 лет, составит 2,16 бэр на одного индивида. При коэффициенте риска 4-10^-3это даст на 4,4 млрд. населения планеты 380000 случаев наследственной патологии. При учете локальных и тропосферных осадков к приведенному числу нужно добавить еще 6 млн. случаев.

Можно привести также следующие данные. По сценарию, опубликованному в журнале «Амбио», каждый житель Европы в первые 25 лет после войны получит дозу около 100 рад. Генетические последствия при таком сценарии представлены в таблице, при составлении которой использовались коэффициенты риска, предложенные Научным комитетом по действию атомной радиации ООН.

В заключение необходимо подчеркнуть, что можно оценить далеко не все последствия радиационных повреждений механизмов передачи наследственной информации у человека. Однако уже того, что известно, достаточно для определенных выводов. Какие бы аспекты генетического действия возможного применения ядерного оружия ни рассматривались, везде речь идет об очень серьезных последствиях не только для пострадавшего поколения, но и для многих будущих поколений. К этому надо добавить еще и генетические последствия от изменений, которые неизбежно произойдут в окружающей среде в связи с ядерными бомбардировками.

Человек должен будет приспосабливаться к новым видам микроорганизмов, измененным растениям и животным. Сложившееся тысячелетиями равновесие нарушится, и наследственность по-иному будет проявляться в новой среде. Это может привести к неадекватным реакциям на факторы внешней среды и стать источником новых форм болезней, новых бед.

Применение ядерного оружия приведет к резкому уменьшению численности населения, возникнут предпосылки для брачных изолятов. Неизбежно последует увеличение кровнородственных браков. Все это может привести к генетической катастрофе, которая не произошла в Хиросиме и Нагасаки, но неминуема после тотальной ядерной войны.

Мы рассмотрели в довольно общей форме только основные группы отдаленных биологических и медицинских последствий ядерных взрывов (экологические, онкологические, генетические). Приведенные цифры, вероятно, являются лишь нижней границей возможных эффектов. В действительности последствия будут тяжелее. Пока еще даже приблизительной оценке не поддаются такие пострадиационные последствия, как катаракты, ускорение старения, иммунологическая недостаточность, тератогенез, психические болезни.

Однако очевидно, что какие бы отдаленные последствия мы ни рассматривали, они создадут тяжелейшие условия для людей, выживших после ядерной катастрофы, и поставят под сомнение существование человека как биологического вида.