Тепловое воздействие на материалы.

Энергия светового импульса, падая на поверхность предмета, частично отражается его поверхностью, поглощается им и проходит через него, если предмет прозрачный. Поэтому характер (степень) поражения элементов объекта зависит как от светового импульса и времени его действия, так и от плотности, теплоемкости, теплопроводности, толщины, цвета, характера обработки материалов, расположения поверхности к падающему световому излучению, — всего, что будет определять степень поглощения световой энергии ядерного взрыва.

 

Световой импульс и время высвечивания светового излучения зависят от мощности ядерного взрыва. При продолжительном действии светового излучения происходит больший отток тепла от освещенной поверхности в глубь материала, следовательно, для нагрева ее до той же температуры, что и при кратковременном освещении, требуется большее количество световой энергии. Поэтому, чем выше тротиловый эквивалент, тем больший световой импульс требуется для воспламенения материала. И, наоборот, равные световые импульсы могут вызвать большие поражения при меньших мощностях взрывов, так как время их высвечивания меньше (наблюдаются на меньших расстояниях), чем при взрывах большой мощности.

 

Тепловое воздействие проявляется тем сильнее в поверхностных слоях материала, чем они тоньше, менее прозрачны, менее теплопроводны, чем меньше их сечение и меньше удельный вес. Однако если световая поверхность материала быстро темнеет в начальный период действия светового излучения, то остальную часть световой энергии она поглощает в большем количестве, как и материал темного цвета. Если же под действием излучения на поверхности материала образуется большое количество дыма, то его экранирующее действие ослабляет общее воздействие излучения.

 

К материалам и предметам, способным легко воспламеняться от светового излучения, относятся: горючие газы, бумага, сухая трава, солома, сухие листья, стружка, резина и резиновые изделия, пиломатериалы, деревянные постройки.

 

Пожары на объектах и в населенных пунктах возникают от светового излучения и вторичных факторов, вызванных воздействием ударной волны. Наименьшее избыточное давление, при котором могут возникнуть пожары от вторичных причин, — 10 кПа. Возгорание материалов может наблюдаться при световых импульсах 125 кДж и более. Эти импульсы светового излучения в ясный солнечный день наблюдаются на значительно больших расстояниях, чем избыточное давление во фронте ударной волны

 

10 кПа. Так, при воздушном ядерном взрыве мощностью 1 Мт в ясную солнечную погоду деревянные строения могут воспламеняться на расстоянии до 20 км от центра взрыва, автотранспорт—до 18 км, сухая трава, сухие листья и гнилая древесина в лесу — до 17 км. Тогда, как действие избыточного давления 10 кПа для данного взрыва отмечается на расстоянии

 

11 км. Большое влияние на возникновение пожаров оказывает наличие горючих материалов на территории объекта и внутри зданий и сооружений. Световые лучи на близких расстояниях от центра взрыва падают под большим углом к поверхности земли; на больших расстояниях — практически параллельно поверхности земли. В этом случае световое излучение проникает через застекленные проемы в помещения и может воспламенять горючие материалы, изделия и оборудование в цехах предприятий (большинство сортов хозяйственных тканей, резины и резиновых изделий загорается при световом импульсе 250—420 кДж/м2.

 

Распространение пожаров на объектах народного хозяйства зависит от огнестойкости материалов, из которых возведены здания и сооружения, изготовлено оборудование и другие элементы объекта; степени пожарной опасности технологических процессов, сырья и готовой продукции; плотности и характера застройки.

 

С точки зрения производства спасательных работ пожары классифицируют по трем зонам: зона отдельных пожаров, зона сплошных пожаров и зона горения и тления в завалах. Зона пожаров представляет территорию, в пределах которой в результате воздействия оружия массового поражения и других средств нападения противника или стихийного бедствия возникли пожары.

 

Зоны отдельных пожаров представляют собой районы, участки застройки, на территории которых пожары возникают в отдельных зданиях, сооружениях. Маневр формирования между отдельными пожарами без средств тепловой защиты возможен.

 

Зона сплошных пожаров — территория, на которой горит большинство сохранившихся зданий. Через эту территорию невозможен проход или нахождение на ней формирований без средств защиты от теплового излучения или проведения специальных противопожарных мероприятий по локализации или тушению пожара.

 

Зона горения и тления в завалах представляет собой территорию, на которой горят разрушенные здания и сооружения I, II и III степени огнестойкости. Она характеризуется сильным задымлением: выделением окиси углерода и других токсичных газов и продолжительным (до нескольких суток) горением в завалах. Сплошные пожары могут развиться в огневой шторм, представляющий собой особую форму пожара. Огневой шторм характеризуется мощными восходящими вверх потоками продуктов сгорания и нагретого воздуха, создающими условия для ураганного ветра, дующего со всех сторон к центру горящего района со скоростью 50—60 км/ч и более. Образование огненных штормов возможно на участках с плотностью застройки зданиями и сооружениями III, IV и V степени огнестойкости не менее 20 %. Последствием воспламеняющего действия светового излучения могут быть обширные лесные пожары. Возникновение и развитие пожаров в лесу зависит от времени года, метеорологических условий и рельефа местности. Сухая погода, сильный ветер и ровная местность способствуют распространению пожара. Лиственный лес летом, когда деревья имеют зеленые листья, загорается не так быстро и горит с меньшей интенсивностью, чем хвойный. Осенью световое излучение ослабляется кронами меньше, а наличие сухих опавших листьев и сухой травы способствует возникновению и распространению низовых пожаров. В зимних условиях возможность возникновения пожаров уменьшается в связи с наличием снежного покрова.

 

Климатические эффекты

Долгое время при планировании военных действий с использованием ядерного оружия человечество тешило себя иллюзией, что атомная война может в итоге окончиться победой одной из враждующих сторон. Исследования последствий ядерных ударов, ведущиеся с 80-х годов двадцатого века разрушили эти иллюзии и установили, что самым страшным последствием будет являться не наиболее предсказуемое радиоактивное поражение, а климатические последствия, о которых менее всего задумывались прежде. Изменение климата будет настолько сильным, что человечество не в состоянии его пережить.

В большинстве исследований до 1983 года ядерный взрыв ассоциировался с извержением вулкана, представлявшегося природной моделью ядерного взрыва. При извержении, как и при взрыве в атмосферу выбрасывается огромное количество мелких частиц, не пропускающих солнечный свет, а, следовательно, понижающих температуру атмосферы. Последствия взрыва атомной бомбы приравнивались к взрыву вулкана Тамбор в 1814 году, имевшего большую взрывную силу, чем заряд, сброшенный на Нагасаки. После этого извержения в северном полушарии были зарегистрированы самые низкие температуры в летнее время.

Пожар представляет собой цепную реакцию. В процессе горения более легких веществ, создаются условия для возгорания более плотных, а затем и еще более плотных. При неограниченном притоке горючего материала, а им вполне может быть кислород, горение может не только не ослабевать, но становиться все интенсивнее. В итоге гореть может не только бумага или дерево, но даже и металл.

Массовые пожары в городах порождают так называемые огненные торнадо. В пламени огненных смерчей горит практически любой материал. А одной из их страшных особенностей является выброс в верхние слои атмосферы большого количества сажи. Поднимаясь в атмосферу, сажа практически не пропускает солнечный свет. Свойства её были довольно полно изучены немецкими учеными после бомбардировок во время Второй мировой войны Дрездена и Гамбурга, где как раз и образовались первые огненные торнадо из-за массированных бомбардировок союзных войск. На основе этих данных позднее учеными в США были смоделированы несколько сценариев развития последствий массовых ядерных бомбардировок. В основу этих гипотез легло предположения, что ядерная бомба может служить "спичкой", поджигающей город. Современных запасов ядерного оружия должно хватить на то, чтобы вызвать огненные смерчи в более чем тысяче городов в северном полушарии нашей планеты.

Современные города предоставляют огромное количество горючих веществ для возможных пожаров. И это не только дерево, уголь, пластмассы и асфальт. Это так же металл, бетон, который тоже сгорает при достижении критических температур. Многоэтажные здания и длинные прямые улицы обеспечат достаточную тягу для непрерывного доступа кислорода к местам возгораний. Ученые смогли подсчитать примерное количество сажи, которая будет выброшена в атмосферу при пожарах в тысяче городов. А оценка оптических свойств облаков, которые при этом появятся, и особенностей оседания сажи дали неожиданные результаты. Взрыв бомб общим эквивалентом около 7 тысяч мегатонн тротила создаст над северным полушарием сажевые и пылевые облака, пропускающие не более одной миллионной доли солнечного света, обычно достигающего земли. На земле наступит постоянная ночь, вследствие чего, поверхность ее, лишенная света и тепла, начнет быстро остывать. Публикация этих выводов ученых породила новые термины "ядерная ночь" и "ядерная зима". Выводы сделанные в то время составляют ныне отдельное направление научных исследований.

Летом 1983 года в СССР были проведены машинные эксперименты, основанные на сценариях ядерных взрывов, с целью выяснения влияния ядерных взрывов в целом на климат на планете Земля в первый год после ядерной войны.

По эксперимент показал, что в результате образования сажевых облаков, лишенная обогрева солнечными лучами поверхность земли станет быстро остывать. Уже в течение первого месяца средняя температура у поверхности суши опустится примерно на 15-20 градусов, а в удаленных от океанов зонах на 30-35 градусов. В дальнейшем, не смотря на то, что облака начнут рассеиваться, в течение еще нескольких месяцев, температура будет уменьшаться, а освещенность будет по-прежнему оставаться низкой. Наступят "ядерная ночь" и "ядерная зима". Престанут выпадать осадки в виде дождя, а поверхность земли промерзнет на несколько метров в глубину, лишая уцелевших живых существ, пресной питьевой воды.

Биосфере будет нанесен такой удар, что нет надежды ее полного восстановления в исходное состояние. За год после ядерной войны будут разрушены практически все устоявшиеся трофические связи. Наиболее сильны последствия будут в экваториальной зоне, вся жизнь которой подчинена постоянству температур. Даже если леса не будут полностью сожжены, то многие сложноорганизованные формы жизни вымрут полностью.

В северных районах обстановка будет зависеть больше от того в какое время года случатся ядерные удары. В холодные зимние месяцы большая часть северной флоры и часть фауны находится в состоянии сна. И теоретически вполне может выжить на тех территориях, что будут менее подвержены пожарам.

Если же война разразится летом, то большая часть растений, не успев приспособиться к резко изменившимся условиям, погибнет. Одновременно погибнут и практически все высшие формы жизни. Шанс на выживание будет лишь у низших.

В любом случае, после ядерной катастрофы исчезнет большая часть современных видов растений и животных.

При этом все эти последствия возникнут не только в северном полушарии - потенциальном месте боевых действий, но и в южном, даже если там и не будет массированных ядерных бомбардировок. Сажевые облака постепенно под действием циркуляции в атмосфере воздуха сольются в одно, покрывающее всю планету.

В северном полушарии произойдет перестройка движения воздушных потоков. Полностью прекратится циркуляция воздуха от экватора к полюсу горячего воздуха, нагретого солнцем, и обратно холодного воздуха, остывшего на полюсе, поскольку исчезнет ее основной источник - солнечное тепло, подогревающее экватор. Сажевое облако постепенно "стечет" в южное полушарие, т.к. там циркуляция воздуха все еще будет проходить по обычным путям. В итоге и там наступит "ядерная зима" и "ядерная ночь". Однако перепад температур там будет значительно ниже. Температура упадет в среднем только на 10-12 градусов, против 25 градусов в северном полушарии.

Но понижение температуры над поверхностью океана, занимающего большую часть южного полушария, и обладающего большой теплоемкостью, окажется лишь 1-2 градуса. А такая разность температур вызовет обвал на прибрежные районы мощных и жестоких штормов и ураганов.

При чем не стоит ожидать быстрого оседания сажевого облака. И восстановления теплообмена.

Из-за темного облака сажи и пыли отражающая способность планеты значительно уменьшится. Поэтому Земля начнет отражать меньше солнечной энергии, чем обычно. Тепловой баланс нарушится и увеличится поглощение солнечной энергии. Тепло же это будет концентрироваться в верхних слоях атмосферы, заставляя сажу вместо того, чтобы оседать подниматься вверх.

Постоянный приток дополнительного тепла очень сильно разогреет верхние слои атмосферы. Нижние слои будут оставаться по-прежнему холодными и остывать еще больше. Образуется значительный вертикальный перепад температур, не вызывающий движения воздушных масс, а напротив, дополнительно стабилизирующий состояние атмосферы. Следовательно, выпадение сажи замедлится еще на порядок. А в месте с этим затянется и "ядерная зима".

Конечно, все будет зависеть от мощности ударов. Но взрывы средней мощности (около 10 тысяч мегатонн) способны почти на год лишить планету солнечного света необходимого всему живому на земле.