Журнал "Пожарное дело"

На главную      Список статей по процессам горения

И.М. Абдурагимов

"О несостоятельности концепции "ядерной ночи и "ядерной зимы" вследствие пожаров после ядерного поражения"


          Анализ исходных данных новой концепции последствий ядерной катастрофы изложенной в статье Олега Морозова "Формула предостережения" ( Литературная газета № 52 (5066) от 25 декабря 1985 года ) и статье академика Н. Моисеева "Система "Гея" и проблема "запретной черты" (журнал "Наука и жизнь" №1, 1986 г. ).
          Острота и актуальность проблемы глобальной катастрофы в случае применения атомного (или ядерного ) оружия, которого уже накоплено в мире в десятки раз больше, чем это необходимо для полного уничтожения жизни на земле, совершенно очевидно. Она действительно касается всех и каждого, от главы правительства до рядового члена общества. Поэтому вполне естественно то внимание и та тревога, с которыми все цивилизованное человечество реагирует на любые сообщения, а тем более новые концепции в этой области. В частности, новую концепцию академика Н.Н. Моисеева: "Поразительно, что до позапрошлого года человечество не подозревало о главных последствиях атомной войны. Как могло так получиться? Это само по себе достойно анализа" Сам Никита Николаевич Моисеев объясняет это так:
          "- понимаете, был всеобщий гипноз взрыва… Вспышка, ударная волна, гриб, раддицация…все сметено на десятки километров… Чего же еще? Не учли главного - пожаров…" ( Литературная газета №52 от 25. 12. 85 г.) /1/. Далее, в журнале "Наука и жизнь" №1 за 1986 г./2/ академик Н.Н. Моисеев в своей статье по этому поводу говорит следующее: "Ученые - медики, физики, биологи - затратили немало усилий чтобы оценить последствия возможной ядерной войны. Прямые разрушения и гибель людей от взрывов, смертоносная радиация, генетические последствия - все это подробно проанализировано и неоднократно обсуждалось на международных форумах. Но эти обсуждения обладали одним недостатком - в них недоставало точных наукой обоснованных количественных оценок, которые показали бы, что более или меее благополучный для кого -либо исход ядерной войны невозможен. Невозможен в принципе!" И далее "и вот впервые на страницах журналов, пока еще научных, появились выражения "Ядерная ночь" и "Ядерная зима". Эти выражения вполне оправданы, поскольку под покрывалом сажевых облаков действительно устанавливается ночь постоянная, самая темная… Не получая своей порции солнечных лучей, очень быстро под этими облаками начнет остывать Земля". ("Наука и жизнь" №1, 1986 г. с. 66). "В самом деле, как показали Карл Саган и его коллеги черные облака поднимутся над разрушенными городами, и их окутает ночь и холод ядерной зимы" (там же). Такой вариант исхода ядерной катастрофы объясняется тем, "что огромная территория северного полушария уже в первые часы войны окажется под покровом практически непроницаемых для света сажевых облаков" (там же). И тем, что "в 1982 году было подсчитано количество сажи, которое поступит в атмосферу, если в огненном вихре сгорит большой город. Ученые определили также возможные оптические свойства облака сажи, которое поднимается над городом. Оказалось, что сквозь это облако проходит столь мало света, что под ним темнее, чем в самую темную безлунную ночь" ("Наука и жизнь" №1, 1986 г. с. 64), что "если в начальный момент толщина сажевого облака была такова, что оно пропускало одну миллиардную долю солнечного света, то даже через год атмосфера полностью не очиститься" ("Наука и жизнь" №1, 1986 г. с. 65). Далле на этой же странице сказано: "Правде надо уметь смотреть прямо в лицо. Надо знать реальность такой, какова она есть. И самое главное, избегать иллюзий и не думать, что все как-то образуется, пройдет где-то стороной и нас не коснется. Только правда, только ясное понимание опасности, которая ждет, дает человечеству силы, помогает найти правильный выход в критических ситуациях и энергию в борьбе за этот выход".
          Полностью разделяя эту точку зрения, более того, именно ею руководствуясь хотел бы высказать опасение, что профессор астрономии Корнельского университета Карл Саган и его сотрудники (США), а вслед за ними и академик Н.Н. Моисеев с сотрудниками, приняли в основу развития своей новой концепции последствий ядерной катастрофы весьма неточные данные профессора Пауля Крутцена (институт имени Планка, ФРГ)
          Оставляя в стороне ряд неточностей и упрощенных трактовок процесса горения в условиях "послеядерного пожара", приписываемых в статье ("Наука и жизнь" №1, 1986 г.). Профессуру П. Крутцену (возможно эти огрехи в его исследованиях действительно имеют место), остановимся лишь на более существенных ошибках искажающих конечный результат в десятки и более раз.
          Главным поражающим фактором, главной конечной, непосредственной причиной ядерной катастрофы в новой концепции считается послеядерный пожар, "вселенский пожар", который приведет к выбросу в высокие слои атмосферы миллиарды тонн сажи (до 4 млад. тонн одновременно). А эта сажа в свою очередь приведет к резкому снижению теплового и светового потока к поверхности земли на очень длительный период времени (до года и более). А отсюда: "ядерная зима" "ядерная ночь" и прочее, с понижением температуры на 50 и более градусов на всем полушарии или даже на всем земном шаре, с полным мраком на всем земном шаре в течение года и т.д. (со снижением светового потока на поверхности земли в "миллиарды раз"). И все это - вследствие пожара, в результате пожара, а следовательно вследствие его параметров, размеров, продолжительности, интенсивности и т.д.
          В связи с тем, что главным и основным процессом на пожаре является процесс горения, все указанные выше параметры пожара определяются именно параметрами процесса горения, физико-химией процесса горения и совокупной динамикой пожара, обусловленной теми же основными закономерностями процесса горения при пожаре. Поэтому рассмотрим более подробно физику и химию процессов горения в условиях пожара. В послеядерном пожаре гореть будет все, что в принципе способно гореть в атмосфере воздуха, т.е. горючие вещества и материалы во всех трех агрегатных состояниях и горючие газы и горючие жидкости и твердые горючие материалы (ТГМ). Но главную массу горючего составят очевидно именно ТГМ.
          Поэтому наиболее подробно рассмотрим параметры воспламенения и горения именно этого вида горючего. Здесь следует отдельно рассматривать все три фазы процесса горения: воспламенение ТГМ, как начало процесса горения и возникновения пожара, условия распространения и развития процесса горения по ТГМ, количество и состав продуктов горения, и третью (последнюю фазу) прекращение процесса горения, т.е. прекращение пожара
          В рассматриваемой концепции все три фазы процесса горения изложены неправильно. Не верен способ предоставления условий воспламенения, как функции количества тепла, приходящегося на единицу площади поверхности твердого тела (кДж/см2). Процесс горения ТГМ возникает только в том случае, если достаточной толщины слой горючего материала прогреется до определенной температуры, обеспечивающей образование газообразной горючей смеси продуктов пиролиза ТГМ с воздухом, и температура поверхностного слоя будет выше температуры воспламенения (поджигания) этой газообразной горючей смеси. Но только мощность, именно удельная мощность теплового потока энергии (кДж/м2 с), при достаточной продолжительности его воздействия на поверхность ТГМ, может реализовать всю сложную совокупность физико-химических процессов перечисленных выше и привести к его воспламенению за время порядка нескольких секунд. Абсолютные значения удельной мощности теплового потока и времени его воздействия зависят от вида горючего материала, его состояния, дисперсности, состояния и и цвета поверхности и других параметров. Но для практически важных случаев, в большинстве обычных сухих твердых горючих материалов тепловой поток мощностью 50 - 100 {кДж/м2с} или 50 - 100 кВт/м2, способен воспламенить большинство твердых горючих материалов за время порядка 1-й секунды. Да, это соответствует плотности энергии указанной в работах /1,2/ порядка 15 - 20 кДж/см2, но такая плотность энергии способна произвести не "самовоспламенение", как указано в этих работах, а принудительное зажигание ТГМ тепловым импульсом лишь пир достаточной мощности источника поджигания и достаточной продолжительности его воздействия.
          Для выбранной в работе /2/ можности еденичного поражающего элемента 0,4 мегатонны при наземном или подземной взрыве, площадь поверхности на которой может возникнуть горение ТГМ (в зависимости от вида и состояния ТГМ) составляет велечину порядка от 30 до 300 кв. километров. Именно на этой площади может возникнуть процесс горения твердых горючих материалов (леса, городские застройки и прочие). Тогда при суммарной расчетной мощности порядка 5000 мегатонн, принятой в работе (2), таких источников поражения должно быть 10 - 2 тысяч "штук". А соответственно суммарная "начальная" площадь пожара будет порядка миллиона квадратных километров.
          Но даже при такой огромной площади пожара в статье неверно оценено дымообразование при горении лесных пожаров. Цифра "4 миллиарда тонн сажи" с площади в один миллион квадратных километров завышена примерно в десять раз. Как справедливо отмечается в статье /2/ при лесных пожарах "выгорает только двадцать процентов горючего вещества". Правда, объяснение этого факта дано совершенно неверно. Это при пожаре в лесу-то "недостаток доступа кислорода (из за плохой тяги)…".
          Наоборот, и воздуха и кислорода при лесных пожарах, скорее "избыток", с точки зрения физики процесса горения. Именно недостаточная "объемная", пространственная плотность размещения горючего материала в лесу, т.е. кг/м3 зона горения спасает нас от полного выгорания всей лесной горючей массы. Т.е. не "большая концентрация энергии", послужившая контрапунктом всей идеи профессора Крутцена и его последователей, а недостаточная объемная концентрация энергии в лесу приводит к его выгоранию всего на 20 процентов и менее, а вовсе не недостаток кислорода - его как раз более чем достаточно.
          По данным старейшей науки о лесных пожарах - лесной пирологии величина горючей нагрузки наиболее густых лесных массивов лежит в пределах 25-45 кг/м2; (т.е. Pг.н.л » 50 кг/м2; но это данные по влажной "зеленой массе" леса. В этой древесине в среднем до 60 % влаги. Значит твердой горючей массы ~ 0,4 от Pг.н. 20 кг/м2 » 20 кг/м2. Как справедливо утверждают сами авторы "ядерной ночи" и "ядерной зимы", в лесных пожарах выгорают всего 20% горючей массы (по разъясненным мной выше причинам).
          Это значит, что при лесном пожаре выгорит всего 0,2 всей твердой горючей массы древесины, т.е. Pвыг. 20 кг/м2 » 0,2 20 » 4 кг/м2. т.е. всего четыре килограмма с метра квадратного площади лестного пожара.
          Но по химическому составу ТГМ древесного происхождения, содержит всего 49% С; 6% Н2 и 44% О2, значит всего углерода в лесной древесине около 50% ее сухой массы Pc » 0,5 Pвыг. » 0,5 4 » 2 кг/м2. Но в продуктах сгорания древесины будет в основном газообразная двуокись углерода СО2; куда войдет основная масса углерода, содержащегося в древесине при горении образуется и некоторое количество окиси углерода СО, на что также израсходуется часть углерода, содержащегося в древесине. А самый большой физический и химический недожег, при лесных пожарах - b » 0,1-0,2 кг/м2. так что максимально возможные "производительность" лесного пожара по твердым частицам сажи в отходящих дымовых газах, с одного метра квадратного лесного пожара Pтв.(с) » (0,1-0,2) Pс » 0,2-0,4 кг/м2. Т.е. в самом "страшном" случае любого лесного пожара - в 10-20 раз меньше, чем принято в расчетах авторов "ядерной ночи" и "ядерной зимы". Т.е. фактически твердых частиц, снижающих оптическую прозрачность дымовых газов при лесных пожарах будет примерно в 20 - 100 раз меньше чем принято в расчетах ядерной катастрофы. Так как из физики и химии горения известно, что процент сажи (т.е. твердых углеродных частиц) в газообразных продуктах сгорания ТГМ составляет около 0,6 - 1,3% от сухой массы сгоревшего материала. То есть Pс » (0,06-1,3)4000/100=2,5-50 г/м2. . И эта же "расчлененность", распределенность и рассредоточенность горючей нагрузки и неполнота ее выгорания в современных городах, не позволяет предполагать возникновения в них огненного шторма, даже в результате атомной бомбардировки или массированного ракетно-ядерного удара. Как будет показано ниже, в городах концентрация энергии не выше, чем в лесах в 5-8 раз, а примерно столько же сколько в лесных массивах. Но плюс к этому, она рассредоточена по "ячейкам", - комнатам, затем квартирам, затем домам и т.д. Ячейкам, изолированным друг от друга негорючими каменными, бетонными и железобетонными перегородками: стенами перекрытиями и т.д. Поэтому и в неразрушенных домах и тем более в разрушенных домах эти очаги горения горючих веществ и материалов, разделенные негорючими (никогда не горючим!, вопреки утверждениям авторов новой концепции) преградами, не сольются в один сплошной пожар, обязательно приводящий к огненному шторму, как это было в Гамбурге и в Дрездене. Вероятность его возникновения очень невелика и даже позиция О. Морозова: "Сколько раз мы слышали, что ядерная война грозит уничтожением всего живого на Земле. В общем-то, это воспринималось как гипербола: ясно, что такая война, - дело страшное: никто не взыщет, если слегка сгустить краски. Сейчас, однако, становится очевидно, что никакого преувеличения тут нет: утверждение о возможной всеобщей гибели выверено с математической точностью.", обязывает тем не менее соблюдать определенные меры и степени допущений и "сгущений", тем более, если высокая математическая точность не обеспечена соответствующей физико-химической обоснованностью и даже просто инженерной логикой. По крайней мере, настолько, чтобы они не перечеркнули, не заслонили чего-то более существенного, более опасного, более смертоносного и страшного, чем задымления атмосферы после пожара. Тем более, что такой плотности задымления как принято в работе /2/ скорее всего не будет.
          Еще больше ошибка получиться, если предположить образование огненного шторма ("огненного торнадо", как пишет Н.Н. Моисеев), так как при этом из за интенсивного притока воздуха в зону турбулентного диффузионного горения, коэффициент полноты сгорания b резко возрастет, а интенсивность сажеобразования, соответственно, резко снизиться. (Даже если учесть, что при снижении коэффициента химического недожега может несколько возрасти физический недожег). Даже при сгорании в огневом шторме всех 20 кг горючей массы, получиться едва ли более 50 грамм сажи с квадратного метра площади пожара.
          Тем более численное значение сажеобразования снизиться, если учесть, что значительная часть площади из этого "расчетного" миллиона кв. км площади пожара сгорит под непосредственным воздействием тех десятков тысяч атомных взрывов, которые послужат источником зажигания. На этих участках вообще никакой сажи практически образовываться не будет. Наиболее интенсивно она будет образовываться при распространении пожара от очага зажигания, по механизму диффузионного горения лесной массы горючего материала.
          Но в случае образования огненного шторма зона первичного пожара может быть даже частично локализована, т.к. огненный шторм может не только способствовать интенсивному распространению пожара, но и его частичной локализации по схеме издревле известного "встречного пала". "Встречного" выжигания горючей массы вокруг образовавшейся вертикальной оси в центре огненного смерча.
          Кстати, сам факт образования огненного шторма не безусловен. Проведенные в нашей стране исследования и обзор зарубежных данных по возникновению этого пресловутого "торнадо" (при массовых пожарах в лесах Австралии, Франции, Канады и др.) свидетельствует о том, что вероятность го возникновения не безусловна и больше зависит от вида и состояния горючего материала, климатических условий и в значительно меньшей степени - от мощности первичного источника зажигания. (Даже если это взрыв атомной бомбы большой мощности). А, строго говоря, с учетом физики горения ТГМ и аэродинамики образования огненного шторма (этого самого варианта "торнадо"), - вероятность его возникновения вообще не зависит напрямую от мощности первичного источника поджигания. Она зависит от вида, характера, и количества горючей нагрузки (т.е. вида и состояния горючего материала го распределения по площади размещения и в объеме зоны горения) зависит от времени свободного развития процесса горения и площади пожара. Нечто подобное уже имело место при возникновении огненного шторма на пожаре в Хиросиме, где огненный шторм возник через 20 минут свободного развития пожаров в городе. Т.е. через 20 минут после взрыва. А в Нагасаки огненный шторм так и не возник, в связи с особенностью рельефа местности и характером городской застройки. Там он не возник, и не мог возникнуть независимо от мощности первичного источника зажигания.
          Совершено неверно также утверждение в работах /1/ и /2/ об условиях горения горючей нагрузки при пожарах в городах. "Совсем иная ситуация в городах. Благодаря высотным зданиям в городах образуется сильная тяга - как в хорошей печке с высокой трубой "Как говорят, возникает эффект "крупномасштабной тяги". В результате и образуется огненное торнадо, в котором выгорает все, что может гореть, практически на все 100 процентов горючего вещества." Вот почему облака сажи над городами будут плотнее облаков сажи после лесных пожаров по меньшей мре раз в 100" ("Наука и жизнь" №1, 1986 г. с 64). Это неверно по многим причинам. Во-первых, неверно утверждении на стр.63 ("Наука и жизнь" №1, 1986 г.): "такой пожар вспыхнет не только в лесах, но и в городах, где сейчас очень много горбчего материала, (его плотность в современных городах в пять восемь раз больше чем в лесу). Горючая нагрузка в городах соизмерима с горючей нагрузкой в лесах, она составляет величину порядка 30-50 килограмм на метр кв. Т.е. всего в полтора два раза выше средней горючей нагрузки в лесном массиве, т.е. меньше указанной работе /2/ в три пять раз. Во-вторых, никогда она не выгорит полностью, как указано выше (что "может выгореть практически на все 100% горючего вещества.) При пожарах в зданиях его выгорает едва более 50 %, а с учетом неизбежных завалах при атомном взрыве и того меньше. Так что эта цифра так же завышена более чем в десять раз, а предполагаемая интенсивность задымления завышена, соответственно, примерно в 100 раз. В-третьих, огненный шквал (или "торнадо") в современных городах с застройкой домами I, II степени огнестойкости - вообще невозможен. И совершенно, к сожалению, неверно утверждение: "кстати, сильнее других будут гореть американские города с их небоскребами", как говорит Моисеев". (Литературная газета №52 от 25 декабря 1985 года). Небоскребы и высотные здания будут гореть интенсивно (те которые не разрушаться) или разрушаться лишь частично), но не те не другие не третьи, - т.е. полностью разрушенные не приведут к образованию огненного шквала.
          Для краткости не стану перечислять всех неточностей и грубых ошибок при анализе причин и условий возникновения огненного шквала в Дрездене и Гамбурге. Именно там, а не в современном городе с домами из железа бетона, и именно при методичной и многочасовой эшелонированной бомбардировке фугасными и зажигательными бомбами (начиненными, кстати, отнюдь не тротилом, как указано в статье /2/), мог возникнуть огненный смерч.
          В Нагасаки он возникнуть и не мог, из-за недостаточной концентрации горючего материала и интенсивности его выгорания, также, как и не может возникнуть при атомной бомбардировке современных городов. (Более подробно с точки зрения физики горения и взрыва это изложено в другой моей работе).
          Таким образом, расчеты Карла Сагана и группы исследователей под руководством академика Н.Н. Моисеева построены на ошибочных, на мой взгляд, даных. Это ошибки в десятки и сотни раз, которые существенно искажают и полученная ими результаты и выводы. Поэтому хочется вновь вернуться к статье О.Мороза в "Литературной газете": "Теперь это кажется очевидным: мегатонные взрывы, огненные смерчи, кромешная тьма, пятидесятиградусный мороз... Но когда Александров впервые принес Моисееву то, что выдала машина, тот не поверил: "Не может быть! В науке в таких случаях говорят: нетривиальный результат".
          Думаю, что прав был Н.Моисеев, когда воскликнул:"Не может быть!", потому, что этот результат не только нетривиальный, но и неправильный. (По крайней мере мне так кажется на основании моих исследований и данных , которыми я располагаю о результатах Пауля Крутцена, К.Сагана с соавторами, взятых мной из статьи Н.Н. Моисеева и других публикация).
          Поэтому, исходя из тезиса академика Н.Н.Моисеева, что "Правде надо уметь смотреть прямо в лицо. Надо знать реальность такой, какова она есть" ("Наука и жизнь №1 1986 год , с.65), я бы вновь вернулся к статье в "Литературной газете", где сказано:
          "Говорят, Уайнбергер собирается опровергнуть исследования" начатые Крутценом и завершенные Саганом, Александровым и Стенчиковым. Американский министр обороны распорядился провести всестороннее изучение последствий ядерной войны". Думаю, что ответ, данный академиком Моисеевым, на вопрос корреспондента газеты О. Мороза: "А если результаты окажутся иными?", излишне категоричен и недостаточно обоснован.
          Учитывая, что проблема, о которой идет речь, слишком серьезна, чтобы полагаться только на авторитет двух трех ученых (даже если это академики!), а последствия ошибки могут быть непоправимыми, считаю своим долгом высказать сомнение в правильности концепций построенных на явно ошибочных исходных посылках.

© И.М. Абдурагимов Правообладателями данного произведения являются авторы. Полное или частичное использование материалов без разрешения авторов запрещено Федеральным законом РФ от 9 июля 1993 г. N 5351-I "Об авторском праве и смежных правах"

Партнеры      Дочерние журналы       Спонсоры
Пожарный Клуб