El invierno nuclear es un efecto de enfriamiento climático global severo y prolongado que se plantea [1] [2] como una hipótesis que ocurre después de tormentas de fuego generalizadas posteriores a una guerra nuclear a gran escala . [3] La hipótesis se basa en el hecho de que tales incendios pueden inyectar hollín en la estratosfera , donde puede bloquear parte de la luz solar directa que llega a la superficie de la Tierra. Se especula que el enfriamiento resultante conduciría a una pérdida generalizada de cosechas y hambruna . [4] [5] Al desarrollar modelos informáticos de escenarios de invierno nuclear, los investigadores utilizan el bombardeo convencional de Hamburgo y la tormenta de fuego de Hiroshima en la Segunda Guerra Mundial como casos de ejemplo en los que el hollín podría haber sido inyectado en la estratosfera, [6] junto con observaciones modernas de tormentas de fuego naturales de gran superficie . [3] [7] [8]
El "invierno nuclear", o como se lo denominó inicialmente, "crepúsculo nuclear", comenzó a considerarse como un concepto científico en la década de 1980 después de que quedó claro que una hipótesis anterior que predecía que las emisiones de NOx generadas por bolas de fuego devastarían la capa de ozono estaba perdiendo credibilidad. [9] Fue en este contexto que los efectos climáticos del hollín de los incendios se convirtieron en el nuevo foco de los efectos climáticos de la guerra nuclear. [10] [11] En estos escenarios modelo, se supuso que se formarían varias nubes de hollín que contenían cantidades inciertas de hollín sobre ciudades, refinerías de petróleo y silos de misiles más rurales . Una vez que los investigadores deciden la cantidad de hollín, se modelan los efectos climáticos de estas nubes de hollín. [12] El término "invierno nuclear" fue un neologismo acuñado en 1983 por Richard P. Turco en referencia a un modelo informático unidimensional creado para examinar la idea del "crepúsculo nuclear". Este modelo proyectó que cantidades masivas de hollín y humo permanecerían en el aire durante varios años, causando una severa caída de la temperatura a nivel planetario.
Tras el fracaso de las predicciones sobre los efectos de los incendios de petróleo de Kuwait de 1991 realizadas por el equipo principal de climatólogos que defendían la hipótesis, transcurrió más de una década sin que se publicaran nuevos artículos sobre el tema. Más recientemente, el mismo equipo de destacados modeladores de la década de 1980 ha comenzado de nuevo a publicar los resultados de los modelos informáticos. Estos modelos más nuevos producen los mismos hallazgos generales que los antiguos, a saber, que la ignición de 100 tormentas de fuego, cada una comparable en intensidad a la observada en Hiroshima en 1945, podría producir un "pequeño" invierno nuclear. [6] [13] Estas tormentas de fuego darían lugar a la inyección de hollín (en concreto, carbono negro ) en la estratosfera de la Tierra, lo que produciría un efecto antiinvernadero que reduciría la temperatura de la superficie de la Tierra . La gravedad de este enfriamiento en el modelo de Alan Robock sugiere que los productos acumulados de 100 de estas tormentas de fuego podrían enfriar el clima global en aproximadamente 1 °C (1,8 °F), eliminando en gran medida la magnitud del calentamiento global antropogénico durante los próximos dos o tres años aproximadamente. [14] Robock y sus colaboradores han modelado el efecto sobre la producción mundial de alimentos y proyectan que la inyección de más de 5 Tg de hollín en la estratosfera conduciría a una escasez masiva de alimentos que persistiría durante varios años. Según su modelo, la producción de alimentos ganaderos y acuáticos no podría compensar la reducción de la producción agrícola en casi todos los países, y las medidas de adaptación, como la reducción del desperdicio de alimentos, tendrían un impacto limitado en el aumento de las calorías disponibles. [15] [16]
Como no es necesario detonar dispositivos nucleares para iniciar una tormenta de fuego, el término "invierno nuclear" es un nombre poco apropiado. [17] La mayoría de los artículos publicados sobre el tema afirman que, sin justificación cualitativa, las explosiones nucleares son la causa de los efectos de tormenta de fuego modelados. El único fenómeno que se modela por computadora en los artículos sobre el invierno nuclear es el agente de forzamiento climático de la tormenta de fuego: el hollín, un producto que puede encenderse y formarse por una miríada de medios. [17] Aunque rara vez se discute, los defensores de la hipótesis afirman que el mismo efecto de "invierno nuclear" ocurriría si se iniciaran 100 tormentas de fuego convencionales a gran escala. [18]
Un número mucho mayor de tormentas de fuego, de miles, [ verificación fallida ] fue la suposición inicial de los modeladores informáticos que acuñaron el término en la década de 1980. Se especuló que estas serían un posible resultado de cualquier empleo a gran escala del uso de armas nucleares de explosión aérea de contravalor durante una guerra total estadounidense-soviética . Este mayor número de tormentas de fuego, que en sí mismas no están modeladas, [12] se presentan como causantes de condiciones de invierno nuclear como resultado del humo introducido en varios modelos climáticos, con profundidades de enfriamiento severo que duran hasta una década. Durante este período, las caídas de verano en la temperatura promedio podrían ser de hasta 20 °C (36 °F) en las principales regiones agrícolas de los EE. UU., Europa y China, y hasta 35 °C (63 °F) en Rusia. [19] Este enfriamiento se produciría debido a una reducción del 99% en la radiación solar natural que llega a la superficie del planeta en los primeros años, despejándose gradualmente en el transcurso de varias décadas. [20]
En el nivel fundamental, desde que se obtuvieron evidencias fotográficas de nubes altas, [21] se sabía que las tormentas de fuego podían inyectar humo de hollín/ aerosoles en la estratosfera, pero la longevidad de esta gran cantidad de aerosoles era una gran incógnita. Independientemente del equipo que sigue publicando modelos teóricos sobre el invierno nuclear, en 2006, Mike Fromm, del Laboratorio de Investigación Naval , descubrió experimentalmente que cada ocurrencia natural de una tormenta de fuego masiva, mucho más grande que la observada en Hiroshima, puede producir efectos menores de "invierno nuclear", con una breve duración, aproximadamente un mes de una caída casi inconmensurable en las temperaturas de la superficie, confinada al hemisferio en el que ardieron. [22] [23] [24] Esto es algo análogo a las frecuentes erupciones volcánicas que inyectan sulfatos en la estratosfera y, por lo tanto, producen efectos volcánicos invernales menores, incluso insignificantes .
Un conjunto de instrumentos de monitoreo de hollín de tormentas de fuego basados en satélites y aeronaves están a la vanguardia de los intentos de determinar con precisión la vida útil, la cantidad, la altura de inyección y las propiedades ópticas de este humo. [25] [26] [27] [28] [29] La información sobre todas estas propiedades es necesaria para determinar verdaderamente la duración y la gravedad del efecto de enfriamiento de las tormentas de fuego, independientemente de las proyecciones del modelo de computadora del invierno nuclear. [ cita requerida ]
Actualmente, a partir de los datos de seguimiento por satélite, parece que los aerosoles de humo estratosférico se disipan en un lapso de tiempo inferior a aproximadamente dos meses. [27] Queda por determinar la existencia de un punto de inflexión hacia una nueva condición estratosférica en la que los aerosoles no se eliminarían en este lapso de tiempo. [27]
El escenario del invierno nuclear supone que 100 o más tormentas de fuego en ciudades [30] [31] son encendidas por explosiones nucleares [ 32] y que las tormentas de fuego levantan grandes cantidades de humo de hollín hacia la troposfera superior y la estratosfera inferior por el movimiento ofrecido por las nubes pirocumulonimbus que se forman durante una tormenta de fuego. A 10-15 kilómetros (6-9 millas) sobre la superficie de la Tierra, la absorción de la luz solar podría calentar aún más el hollín en el humo, levantando parte o todo el mismo hacia la estratosfera , donde el humo podría persistir durante años si no hay lluvia para lavarlo. Este aerosol de partículas podría calentar la estratosfera e impedir que una parte de la luz del sol llegue a la superficie, causando que las temperaturas de la superficie caigan drásticamente. En este escenario se predice [¿ por quién? ] que las temperaturas del aire de la superficie serían las mismas que, o más frías, que el invierno de una región determinada durante meses o años.
La capa de inversión estable modelada de hollín caliente entre la troposfera y la alta estratosfera que produce el efecto antiinvernadero fue denominada "Smokeosphere" por Stephen Schneider et al. en su artículo de 1988. [2] [33] [34]
Aunque es común en los modelos climáticos considerar tormentas de fuego en ciudades, no es necesario que estas sean provocadas por dispositivos nucleares; [17] en cambio, las fuentes de ignición más convencionales pueden ser la chispa de las tormentas de fuego. Antes del efecto de calentamiento solar mencionado anteriormente, la altura de inyección del hollín está controlada por la tasa de liberación de energía del combustible de la tormenta de fuego, no por el tamaño de una explosión nuclear inicial. [31] Por ejemplo, la nube en forma de hongo de la bomba lanzada sobre Hiroshima alcanzó una altura de seis kilómetros (troposfera media) en unos pocos minutos y luego se disipó debido a los vientos, mientras que los incendios individuales dentro de la ciudad tardaron casi tres horas en formarse en una tormenta de fuego y producir una nube de pirocúmulos , una nube que se supone que alcanzó alturas troposféricas superiores, ya que durante sus múltiples horas de combustión, la tormenta de fuego liberó aproximadamente 1000 veces la energía de la bomba. [35]
Como los efectos incendiarios de una explosión nuclear no presentan características especialmente características, [36] quienes tienen experiencia en bombardeos estratégicos estiman que, como la ciudad era un peligro de tormenta de fuego, la misma ferocidad del fuego y el daño a los edificios producidos en Hiroshima por una bomba nuclear de 16 kilotones de un solo bombardero B-29 podrían haber sido producidos por el uso convencional de alrededor de 1,2 kilotones de bombas incendiarias de 220 B-29 distribuidos sobre la ciudad. [36] [37] [38]
Mientras que las tormentas de fuego de Dresde e Hiroshima y los incendios masivos de Tokio y Nagasaki ocurrieron en apenas unos meses en 1945, la tormenta de fuego de Hamburgo, más intensa y con iluminación convencional, ocurrió en 1943. A pesar de la separación en el tiempo, la ferocidad y el área quemada, los principales modeladores de la hipótesis afirman que estos cinco incendios potencialmente colocaron cinco por ciento de humo en la estratosfera que los 100 incendios hipotéticos de encendido nuclear discutidos en los modelos modernos. [18] Si bien se cree que los efectos de enfriamiento climático modelados de la masa de hollín inyectada en la estratosfera por 100 tormentas de fuego (de uno a cinco millones de toneladas métricas ) habrían sido detectables con instrumentos técnicos en la Segunda Guerra Mundial, el cinco por ciento de eso no habría sido posible observar en ese momento. [18]
El tiempo exacto durante el cual permanece este humo y, por lo tanto, la gravedad con la que afecta al clima una vez que llega a la estratosfera, depende de procesos de eliminación tanto químicos como físicos. [12]
El mecanismo de eliminación física más importante es la " lluvia ", tanto durante la fase de "columna convectiva impulsada por el fuego ", que produce " lluvia negra " cerca del lugar del incendio, como la lluvia después de la dispersión de la columna convectiva , donde el humo ya no está concentrado y, por lo tanto, se cree que la "eliminación húmeda" es muy eficiente. [39] Sin embargo, estos mecanismos de eliminación eficientes en la troposfera se evitan en el estudio Robock 2007, donde se modela el calentamiento solar para elevar rápidamente el hollín a la estratosfera, "desentrenando" o separando las partículas de hollín más oscuras de la condensación de agua más blanca de las nubes de fuego . [40]
Una vez en la estratosfera, los mecanismos de eliminación física que afectan la escala de tiempo de residencia de las partículas de hollín son la rapidez con la que el aerosol de hollín choca y se coagula con otras partículas a través del movimiento browniano , [12] [41] [42] y cae de la atmósfera a través de la deposición seca impulsada por la gravedad , [42] y el tiempo que tarda el "efecto forético" en mover las partículas coaguladas a un nivel inferior en la atmósfera. [12] Ya sea por coagulación o por efecto forético, una vez que el aerosol de partículas de humo se encuentra en este nivel atmosférico inferior, puede comenzar la siembra de nubes , lo que permite que la precipitación elimine el aerosol de humo de la atmósfera mediante el mecanismo de deposición húmeda .
Los procesos químicos que afectan la eliminación dependen de la capacidad de la química atmosférica para oxidar el componente carbonoso del humo, a través de reacciones con especies oxidativas como el ozono y los óxidos de nitrógeno , ambos encontrados en todos los niveles de la atmósfera, [43] [44] y que también ocurren en mayores concentraciones cuando el aire se calienta a altas temperaturas.
Los datos históricos sobre los tiempos de residencia de los aerosoles, aunque se trata de una mezcla diferente de aerosoles , en este caso aerosoles de azufre estratosférico y cenizas volcánicas de erupciones de megavolcanes , parecen estar en una escala de tiempo de uno a dos años, [45] sin embargo, las interacciones aerosol-atmósfera aún se comprenden poco. [46] [47]
Los aerosoles de hollín pueden tener una amplia gama de propiedades, así como formas complejas, lo que dificulta determinar su valor de profundidad óptica atmosférica evolutiva . Se cree que las condiciones presentes durante la creación del hollín son considerablemente importantes en cuanto a sus propiedades finales, ya que el hollín generado en el espectro más eficiente de eficiencia de combustión se considera casi " negro de carbono elemental ", mientras que en el extremo más ineficiente del espectro de combustión, están presentes mayores cantidades de combustible parcialmente quemado /oxidado. Estos "compuestos orgánicos" parcialmente quemados, como se los conoce, a menudo forman bolas de alquitrán y carbono marrón durante los incendios forestales comunes de menor intensidad, y también pueden recubrir las partículas de carbono negro más puras. [48] [49] [50] Sin embargo, como el hollín de mayor importancia es el que se inyecta a las altitudes más altas por la piroconvección de la tormenta de fuego (un incendio alimentado con vientos de aire con fuerza de tormenta), se estima que la mayoría del hollín en estas condiciones es el carbono negro más oxidado. [51]
Un estudio presentado en la reunión anual de la Unión Geofísica Americana en diciembre de 2006 concluyó que incluso una guerra nuclear regional a pequeña escala podría alterar el clima global durante una década o más. En un escenario de conflicto nuclear regional en el que dos naciones opuestas en los subtrópicos utilizarían cada una 50 armas nucleares del tamaño de Hiroshima (unos 15 kilotones cada una) contra importantes centros de población, los investigadores calcularon que se liberarían hasta cinco millones de toneladas de hollín, lo que produciría un enfriamiento de varios grados en grandes áreas de América del Norte y Eurasia, incluida la mayoría de las regiones productoras de cereales. El enfriamiento duraría años y, según la investigación, podría ser "catastrófico", [20] [56] alterando la producción agrícola y la recolección de alimentos, en particular en los países de latitudes más altas. [57] [15]
Las detonaciones nucleares producen grandes cantidades de óxidos de nitrógeno al descomponer el aire que las rodea, que luego son elevados por convección térmica. Al llegar a la estratosfera, estos óxidos de nitrógeno son capaces de descomponer catalíticamente el ozono presente en esta parte de la atmósfera. La disminución del ozono permitiría que una intensidad mucho mayor de la dañina radiación ultravioleta del sol llegara al suelo. [58]
Un estudio de 2008 de Michael J. Mills et al., publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , concluyó que un intercambio de armas nucleares entre Pakistán y la India utilizando sus arsenales actuales podría crear un agujero de ozono casi global , lo que provocaría problemas de salud humana y causaría daños ambientales durante al menos una década. [59] El estudio modelado por computadora analizó una guerra nuclear entre los dos países que involucrara 50 dispositivos nucleares del tamaño de Hiroshima en cada lado, produciendo incendios urbanos masivos y lanzando hasta cinco millones de toneladas métricas de hollín a unas 50 millas (80 km) hacia la estratosfera . El hollín absorbería suficiente radiación solar para calentar los gases circundantes, aumentando la descomposición de la capa de ozono estratosférico que protege a la Tierra de la dañina radiación ultravioleta, con hasta un 70% de pérdida de ozono en las altas latitudes del norte. [60]
Un "verano nuclear" es un escenario hipotético en el que, después de que haya disminuido un invierno nuclear causado por aerosoles insertados en la atmósfera que impedirían que la luz solar llegue a niveles inferiores o a la superficie, [61] se produce un efecto invernadero debido al dióxido de carbono liberado por la combustión y al metano liberado por la descomposición de la materia orgánica, como los cadáveres que se congelaron durante el invierno nuclear. [61] [62]
Otro escenario hipotético más secuencial, tras la sedimentación de la mayoría de los aerosoles en 1-3 años, el efecto de enfriamiento sería superado por un efecto de calentamiento por efecto invernadero , que aumentaría rápidamente las temperaturas de la superficie en muchos grados, lo suficiente como para causar la muerte de gran parte, si no la mayoría, de la vida que había sobrevivido al enfriamiento, gran parte de la cual es más vulnerable a temperaturas más altas de lo normal que a temperaturas más bajas de lo normal. Las detonaciones nucleares liberarían CO2 y otros gases de efecto invernadero de la combustión, seguidos de más liberación de la descomposición de la materia orgánica muerta. Las detonaciones también introducirían óxidos de nitrógeno en la estratosfera que luego agotarían la capa de ozono alrededor de la Tierra. [61]
Existen otras versiones hipotéticas más sencillas de la hipótesis de que el invierno nuclear podría dar paso a un verano nuclear. Las altas temperaturas de las bolas de fuego nucleares podrían destruir el gas ozono de la estratosfera media. [62]
En 1952, unas semanas antes de la prueba de la bomba Ivy Mike (10,4 megatones ) en la isla Elugelab , existía la preocupación de que los aerosoles levantados por la explosión pudieran enfriar la Tierra. El mayor Norair Lulejian, de la USAF , y el astrónomo Natarajan Visvanathan estudiaron esta posibilidad y publicaron sus hallazgos en Effects of Superweapons Upon the Climate of the World (Efectos de las superarmas sobre el clima del mundo) , cuya distribución estaba estrictamente controlada. Este informe se describe en un informe de 2013 de la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa como el estudio inicial del concepto de "invierno nuclear". No indicó ninguna posibilidad apreciable de cambio climático inducido por una explosión. [69]
Las implicaciones para la defensa civil de numerosas explosiones superficiales de bombas de hidrógeno de alto rendimiento en las islas del Campo de Pruebas del Pacífico , como las de Ivy Mike en 1952 y Castle Bravo (15 Mt) en 1954, se describieron en un informe de 1957 sobre Los efectos de las armas nucleares , editado por Samuel Glasstone . Una sección de ese libro titulada "Bombas nucleares y el clima" afirma: "Se sabe que el polvo levantado en erupciones volcánicas graves , como la del Krakatoa en 1883, causa una reducción notable en la luz solar que llega a la tierra ... La cantidad de desechos [del suelo u otra superficie] que quedan en la atmósfera después de la explosión incluso de las armas nucleares más grandes probablemente no sea más que aproximadamente un uno por ciento de la levantada por la erupción del Krakatoa. Además, los registros de radiación solar revelan que ninguna de las explosiones nucleares hasta la fecha ha resultado en ningún cambio detectable en la luz solar directa registrada en el suelo". [70] En 1956, la Oficina Meteorológica de Estados Unidos consideró concebible que una guerra nuclear lo suficientemente grande, con detonaciones en la superficie del orden de los megatones, pudiera levantar suficiente suelo para causar una nueva era glacial . [71]
El memorando de la corporación RAND de 1966 Los efectos de la guerra nuclear en el tiempo y el clima por ES Batten, si bien analiza principalmente los efectos potenciales del polvo de las explosiones en la superficie, [72] señala que "además de los efectos de los escombros, los incendios extensos iniciados por detonaciones nucleares podrían cambiar las características de la superficie del área y modificar los patrones climáticos locales... sin embargo, es necesario un conocimiento más profundo de la atmósfera para determinar su naturaleza, extensión y magnitud exactas". [73]
En el libro del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos (NRC) Efectos a largo plazo en todo el mundo de las detonaciones de armas nucleares múltiples publicado en 1975, se afirma que una guerra nuclear que involucrara 4.000 Mt de los arsenales actuales probablemente depositaría mucho menos polvo en la estratosfera que la erupción del Krakatoa, juzgando que el efecto del polvo y los óxidos de nitrógeno probablemente sería un ligero enfriamiento climático que "probablemente estaría dentro de la variabilidad climática global normal, pero no se puede descartar la posibilidad de cambios climáticos de naturaleza más dramática". [63] [74] [75]
En el informe de 1985, The Effects on the Atmosphere of a Major Nuclear Exchange (Los efectos en la atmósfera de un gran intercambio nuclear ), el Comité sobre los Efectos Atmosféricos de las Explosiones Nucleares sostiene que una estimación "plausible" de la cantidad de polvo estratosférico inyectado tras una explosión superficial de 1 Mt es de 0,3 teragramos, de los cuales el 8 por ciento estaría en el rango micrométrico . [76] El enfriamiento potencial del polvo del suelo se volvió a examinar en 1992, en un informe de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NAS) [77] sobre geoingeniería , que estimó que se necesitarían alrededor de 10 10 kg (10 teragramos) de polvo de suelo estratosférico inyectado con dimensiones de grano de partículas de 0,1 a 1 micrómetro para mitigar el calentamiento por una duplicación del dióxido de carbono atmosférico, es decir, para producir ~2 °C de enfriamiento. [78]
En 1969, Paul Crutzen descubrió que los óxidos de nitrógeno (NOx) podrían ser un catalizador eficiente para la destrucción de la capa de ozono/ ozono estratosférico . A raíz de los estudios sobre los posibles efectos de los NOx generados por el calor del motor en los aviones de transporte supersónico (SST) que volaban en la estratosfera en la década de 1970, en 1974, John Hampson sugirió en la revista Nature que debido a la creación de NOx atmosférico por bolas de fuego nucleares , un intercambio nuclear a gran escala podría dar lugar al agotamiento de la capa de ozono, posiblemente sometiendo a la Tierra a la radiación ultravioleta durante un año o más. [74] [79] En 1975, la hipótesis de Hampson "condujo directamente" [11] a que el Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos (NRC) informara sobre los modelos de agotamiento del ozono tras una guerra nuclear en el libro Efectos mundiales a largo plazo de las detonaciones de armas nucleares múltiples . [74]
En la sección de este libro de la NRC de 1975 relativa al tema de los NOx generados por bolas de fuego y la pérdida de la capa de ozono a raíz de ello, la NRC presentó cálculos de modelos de principios y mediados de los años 1970 sobre los efectos de una guerra nuclear con el uso de un gran número de detonaciones de rendimiento de varios megatones, que arrojaron conclusiones de que esto podría reducir los niveles de ozono en un 50 por ciento o más en el hemisferio norte. [63] [80]
Sin embargo, independientemente de los modelos informáticos presentados en los trabajos del NRC de 1975, un artículo de 1973 en la revista Nature describe los niveles de ozono estratosférico en todo el mundo superpuestos al número de detonaciones nucleares durante la era de las pruebas atmosféricas. Los autores concluyen que ni los datos ni sus modelos muestran ninguna correlación entre las aproximadamente 500 Mt en pruebas atmosféricas históricas y un aumento o disminución de la concentración de ozono. [81] En 1976, un estudio sobre las mediciones experimentales de una prueba nuclear atmosférica anterior en su efecto sobre la capa de ozono también encontró que las detonaciones nucleares están exoneradas de agotar el ozono, después de los primeros cálculos del modelo alarmantes de la época. [82] De manera similar, un artículo de 1981 encontró que los modelos sobre la destrucción del ozono de una prueba y las mediciones físicas tomadas estaban en desacuerdo, ya que no se observó destrucción. [9]
En total, se detonaron atmosféricamente alrededor de 500 Mt entre 1945 y 1971, [83] alcanzando un máximo en 1961-1962, cuando los Estados Unidos y la Unión Soviética detonaron 340 Mt en la atmósfera. [84] Durante este pico, con las detonaciones de rango multimegatón de la serie de pruebas nucleares de las dos naciones, en examen exclusivo, se liberó una producción total estimada en 300 Mt de energía. Debido a esto, se cree que 3 × 10 34 moléculas adicionales de óxido nítrico (alrededor de 5.000 toneladas por Mt, 5 × 10 9 gramos por megatón) [81] [85] ingresaron a la estratosfera, y aunque se observó un agotamiento del ozono del 2,2 por ciento en 1963, el descenso había comenzado antes de 1961 y se cree que fue causado por otros efectos meteorológicos . [81]
En 1982, el periodista Jonathan Schell, en su popular e influyente libro The Fate of the Earth (El destino de la Tierra) , introdujo al público la creencia de que el NOx generado por las bolas de fuego destruiría la capa de ozono hasta tal punto que las cosechas se arruinarían por la radiación ultravioleta solar y, de manera similar, pintó el destino de la Tierra, con la extinción de la vida vegetal y acuática. En el mismo año, 1982, el físico australiano Brian Martin , que se carteaba frecuentemente con John Hampson, quien había sido en gran medida responsable de gran parte del examen de la generación de NOx, [11] escribió una breve sinopsis histórica sobre la historia del interés en los efectos del NOx directo generado por las bolas de fuego nucleares y, al hacerlo, también describió otros puntos de vista no convencionales de Hampson, en particular los relacionados con una mayor destrucción del ozono por detonaciones en la atmósfera superior como resultado de cualquier sistema de misiles antibalísticos ( ABM-1 Galosh ) ampliamente utilizado. [86] Sin embargo, Martin concluye finalmente que es "poco probable que en el contexto de una gran guerra nuclear" la degradación del ozono sea motivo de grave preocupación. Martin describe las opiniones sobre la posible pérdida de ozono y, por lo tanto, el aumento de la luz ultravioleta que conduce a la destrucción generalizada de cultivos, como defiende Jonathan Schell en El destino de la Tierra , como altamente improbables. [63]
Los datos más recientes sobre el potencial específico de destrucción de la capa de ozono por parte de las especies de NOx son mucho menores que lo que se suponía anteriormente a partir de cálculos simplistas, ya que se cree que cada año se forman "alrededor de 1,2 millones de toneladas" de NOx estratosférico generado de forma natural y antropogénica, según Robert P. Parson, en la década de 1990. [87]
La primera sugerencia publicada de que el enfriamiento del clima podría ser un efecto de una guerra nuclear, parece haber sido originalmente propuesta por Poul Anderson y FN Waldrop en su historia "Tomorrow's Children", en la edición de marzo de 1947 de la revista Astounding Science Fiction . La historia, principalmente sobre un equipo de científicos que caza mutantes , [88] advierte de un " Fimbulwinter " causado por el polvo que bloqueó la luz solar después de una reciente guerra nuclear y especula que incluso podría desencadenar una nueva Edad de Hielo. [89] [90] Anderson publicó una novela basada parcialmente en esta historia en 1961, titulándola Twilight World . [90] De manera similar, en 1985, TG Parsons señaló que la historia "Torch" de C. Anvil, que también apareció en la revista Astounding Science Fiction , pero en la edición de abril de 1957, contiene la esencia de la hipótesis del "Crepúsculo al mediodía" / "invierno nuclear". En la historia, una ojiva nuclear enciende un yacimiento petrolífero y el hollín producido "filtra parte de la radiación solar", lo que da como resultado temperaturas árticas para gran parte de la población de América del Norte y la Unión Soviética. [12]
La publicación del Laboratorio de Geofísica de la Fuerza Aérea de 1988, Una evaluación de los efectos atmosféricos globales de una gran guerra nuclear por HS Muench, et al., contiene una cronología y una revisión de los principales informes sobre la hipótesis del invierno nuclear desde 1983 hasta 1986. En general, estos informes llegan a conclusiones similares, ya que se basan en "las mismas suposiciones, los mismos datos básicos", con solo pequeñas diferencias en el código del modelo. Se saltan los pasos de modelado de evaluación de la posibilidad de incendio y las columnas de fuego iniciales y, en su lugar, comienzan el proceso de modelado con una "nube de hollín espacialmente uniforme" que ha encontrado su camino hacia la atmósfera. [12]
Aunque nunca fue reconocido abiertamente por el equipo multidisciplinario que creó el modelo TTAPS más popular de la década de 1980, en 2011 el Instituto Americano de Física afirma que el anuncio de los resultados del equipo TTAPS (llamado así por sus participantes, que habían trabajado previamente en el fenómeno de las tormentas de polvo en Marte, o en el área de eventos de impacto de asteroides : Richard P. Turco , Owen Toon , Thomas P. Ackerman, James B. Pollack y Carl Sagan ) en 1983 "fue con el objetivo explícito de promover el control internacional de armas". [91] Sin embargo, "los modelos informáticos estaban tan simplificados, y los datos sobre el humo y otros aerosoles eran todavía tan pobres, que los científicos no podían decir nada con certeza". [91]
En 1981, William J. Moran inició discusiones e investigaciones en el Consejo Nacional de Investigación (NRC) sobre los efectos del polvo y el suelo en el aire de un gran intercambio de ojivas nucleares, habiendo visto un posible paralelo en los efectos del polvo de una guerra con el del límite KT creado por asteroides y su análisis popular un año antes por Luis Alvarez en 1980. [92] Un panel de estudio del NRC sobre el tema se reunió en diciembre de 1981 y abril de 1982 en preparación para la publicación del NRC The Effects on the Atmosphere of a Major Nuclear Exchange , publicado en 1985. [74]
En el marco de un estudio sobre la creación de especies oxidantes como el NOx y el ozono en la troposfera después de una guerra nuclear, [10] lanzado en 1980 por Ambio , una revista de la Real Academia Sueca de Ciencias , Paul J. Crutzen y John W. Birks comenzaron a preparar la publicación en 1982 de un cálculo sobre los efectos de la guerra nuclear en el ozono estratosférico, utilizando los últimos modelos de la época. Sin embargo, descubrieron que como resultado de la tendencia hacia ojivas nucleares más numerosas pero menos energéticas, de alcance sub-megatón (que se hizo posible gracias al avance en el aumento de la precisión de las ojivas de los ICBM ), el peligro para la capa de ozono era "no muy significativo". [11]
Fue después de ser confrontados con estos resultados que "se les ocurrió" la idea, como "una ocurrencia tardía" [10] de que las detonaciones nucleares encendieran incendios masivos en todas partes y, fundamentalmente, el humo de estos incendios convencionales luego absorbiera la luz solar, causando que las temperaturas de la superficie cayeran en picado. [11] A principios de 1982, los dos hicieron circular un borrador de documento con las primeras sugerencias de alteraciones en el clima a corto plazo debido a los incendios que se suponía que ocurrirían después de una guerra nuclear. [74] Más tarde en el mismo año, el número especial de Ambio dedicado a las posibles consecuencias ambientales de la guerra nuclear por Crutzen y Birks se tituló "La atmósfera después de una guerra nuclear: el crepúsculo al mediodía", y anticipó en gran medida la hipótesis del invierno nuclear. [93] El documento investigó los incendios y su efecto climático y analizó las partículas de los grandes incendios, el óxido de nitrógeno, el agotamiento del ozono y el efecto del crepúsculo nuclear en la agricultura. Los cálculos de Crutzen y Birks sugerían que las partículas de humo inyectadas en la atmósfera por los incendios en ciudades, bosques y reservas de petróleo podrían impedir que hasta el 99 por ciento de la luz solar llegara a la superficie de la Tierra. Esta oscuridad, dijeron, podría existir "mientras ardieran los incendios", lo que se suponía que serían muchas semanas, con efectos como: "La dinámica normal y la estructura de la temperatura de la atmósfera... cambiarían considerablemente en una gran fracción del hemisferio norte, lo que probablemente conducirá a cambios importantes en las temperaturas de la superficie terrestre y los sistemas de viento". [93] Una implicación de su trabajo fue que un ataque nuclear de decapitación exitoso podría tener graves consecuencias climáticas para el perpetrador.
Después de leer un artículo de NP Bochkov y EI Chazov , [94] publicado en la misma edición de Ambio que incluía el artículo de Crutzen y Birks "Crepúsculo al mediodía", el científico atmosférico soviético Georgy Golitsyn aplicó su investigación sobre las tormentas de polvo de Marte al hollín en la atmósfera de la Tierra. El uso de estos influyentes modelos de tormentas de polvo marcianas en la investigación del invierno nuclear comenzó en 1971, [95] cuando la nave espacial soviética Mars 2 llegó al planeta rojo y observó una nube de polvo global. Los instrumentos en órbita junto con el módulo de aterrizaje Mars 3 de 1971 determinaron que las temperaturas en la superficie del planeta rojo eran considerablemente más frías que las temperaturas en la parte superior de la nube de polvo. Después de estas observaciones, Golitsyn recibió dos telegramas del astrónomo Carl Sagan , en el que Sagan le pedía a Golitsyn que "explorara la comprensión y evaluación de este fenómeno". Golitsyn relata que fue en esa época cuando "propuso una teoría [¿ cuál? ] para explicar cómo se pudo formar el polvo marciano y cómo pudo alcanzar proporciones globales". [95]
Ese mismo año, Alexander Ginzburg [96], un empleado del instituto de Golitsyn, desarrolló un modelo de tormentas de polvo para describir el fenómeno de enfriamiento en Marte. Golitsyn pensó que su modelo sería aplicable al hollín después de leer una revista sueca de 1982 dedicada a los efectos de una hipotética guerra nuclear entre la URSS y los EE. UU. [95] Golitsyn utilizaría el modelo de nubes de polvo de Ginzburg, en gran parte sin modificaciones, asumiendo que el hollín era el aerosol en el modelo en lugar del polvo del suelo y, de manera idéntica a los resultados obtenidos, al calcular el enfriamiento de las nubes de polvo en la atmósfera marciana, la nube que se encuentra muy por encima del planeta se calentaría mientras que el planeta que se encuentra debajo se enfriaría drásticamente. Golitsyn presentó su intención de publicar este modelo análogo a la Tierra derivado de Marte al Comité de Científicos Soviéticos en Defensa de la Paz contra la Amenaza Nuclear instigado por Andropov en mayo de 1983, una organización de la que Golitsyn sería nombrado vicepresidente más tarde. La creación de este comité se hizo con la aprobación expresa de la dirección soviética con la intención de "ampliar los contactos controlados con los activistas occidentales del "congelamiento nuclear ". [97] Tras obtener la aprobación de este comité, en septiembre de 1983 Golitsyn publicó el primer modelo informático sobre el naciente efecto del "invierno nuclear" en el ampliamente leído Herald of the Russian Academy of Sciences . [98]
El 31 de octubre de 1982, el modelo y los resultados de Golitsyn y Ginsburg se presentaron en la conferencia sobre "El mundo después de la guerra nuclear", celebrada en Washington, DC [96].
Tanto Golitsyn [98] como Sagan [99] se habían interesado por el enfriamiento de las tormentas de polvo del planeta Marte en los años anteriores a su enfoque sobre el "invierno nuclear". Sagan también había trabajado en el Proyecto A119 en los años 1950 y 1960, en el que intentó modelar el movimiento y la longevidad de una columna de suelo lunar.
Después de la publicación de "Twilight at Noon" en 1982, [100] el equipo TTAPS dijo que comenzó el proceso de hacer un estudio de modelado computacional unidimensional de las consecuencias atmosféricas de la guerra nuclear/hollín en la estratosfera, aunque no publicarían un artículo en la revista Science hasta fines de diciembre de 1983. [101] La frase "invierno nuclear" había sido acuñada por Turco justo antes de la publicación. [102] En este artículo inicial, TTAPS utilizó estimaciones basadas en suposiciones sobre las emisiones totales de humo y polvo que resultarían de un gran intercambio nuclear y, con eso, comenzó a analizar los efectos posteriores sobre el balance de radiación atmosférica y la estructura de temperatura como resultado de esta cantidad de humo asumido. Para calcular los efectos del polvo y el humo, emplearon un modelo unidimensional de microfísica/transferencia radiativa de la atmósfera inferior de la Tierra (hasta la mesopausa), que definía solo las características verticales de la perturbación climática global.
Sin embargo, el interés por los efectos medioambientales de la guerra nuclear había continuado en la Unión Soviética después del artículo de septiembre de Golitsyn, y Vladimir Alexandrov y GI Stenchikov también publicaron un artículo en diciembre de 1983 sobre las consecuencias climáticas, aunque a diferencia del artículo contemporáneo de TTAPS, este artículo se basaba en simulaciones con un modelo tridimensional de circulación global. [54] (Dos años después, Alexandrov desapareció en circunstancias misteriosas). Richard Turco y Starley L. Thompson criticaron la investigación soviética. Turco la calificó de "primitiva" y Thompson dijo que utilizaba modelos informáticos estadounidenses obsoletos. [103] Más tarde, rescindirían estas críticas y, en su lugar, aplaudieron el trabajo pionero de Alexandrov, diciendo que el modelo soviético compartía las debilidades de todos los demás. [12]
En 1984, la Organización Meteorológica Mundial (OMM) encargó a Golitsyn y NA Phillips que revisaran el estado de la ciencia. Encontraron que los estudios generalmente suponían un escenario en el que se utilizaría la mitad de las armas nucleares del mundo, aproximadamente 5000 Mt, destruyendo aproximadamente 1000 ciudades y creando grandes cantidades de humo carbonoso – 1–Lo más probable es que sea de 2 × 10 14 g , con un rango de 0,2–6,4 × 10 14 g (NAS; se supone que TTAPS)2,25 × 10 14 ). El humo resultante sería en gran parte opaco a la radiación solar pero transparente a los rayos infrarrojos, enfriando así la Tierra al bloquear la luz solar, pero sin crear calentamiento al aumentar el efecto invernadero. La profundidad óptica del humo puede ser mucho mayor que la unidad. Los incendios forestales resultantes de objetivos no urbanos podrían aumentar aún más la producción de aerosoles. El polvo de las explosiones cercanas a la superficie contra objetivos endurecidos también contribuye; cada explosión equivalente a un megatón podría liberar hasta cinco millones de toneladas de polvo, pero la mayoría caería rápidamente; el polvo a gran altitud se estima en 0,1-1 millón de toneladas por megatón equivalente de explosión. La quema de petróleo crudo también podría contribuir sustancialmente. [104]
Los modelos radiativos-convectivos unidimensionales utilizados en estos estudios [ ¿cuáles? ] produjeron una serie de resultados, con un enfriamiento de hasta 15–42 °C entre 14 y 35 días después de la guerra, con una "línea de base" de aproximadamente 20 °C. Cálculos algo más sofisticados utilizando modelos de climatología general tridimensionales produjeron resultados similares: caídas de temperatura de aproximadamente 20 °C, aunque con variaciones regionales. [54] [105]
Todos los cálculos muestran un gran calentamiento (hasta 80 °C) en la parte superior de la capa de humo, a unos 10 km (6,2 mi); esto implica una modificación sustancial de la circulación allí y la posibilidad de advección de la nube hacia latitudes bajas y el hemisferio sur.
En un artículo de 1990 titulado "Clima y humo: una evaluación del invierno nuclear", TTAPS dio una descripción más detallada de los efectos atmosféricos a corto y largo plazo de una guerra nuclear utilizando un modelo tridimensional: [106]
Primeros uno a tres meses:
Después de uno a tres años:
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Uno de los principales resultados del trabajo de TTAPS de 1990 fue la reiteración del modelo del equipo de 1983 de que 100 incendios en refinerías de petróleo serían suficientes para provocar un invierno nuclear de pequeña escala, pero aún así globalmente deletéreo. [109]
Tras la invasión iraquí de Kuwait y las amenazas iraquíes de incendiar los aproximadamente 800 pozos petrolíferos del país, las especulaciones sobre el efecto climático acumulativo de esto, presentadas en la Conferencia Mundial sobre el Clima en Ginebra en noviembre de 1990, variaron desde un escenario de tipo invierno nuclear hasta fuertes lluvias ácidas e incluso un calentamiento global inmediato a corto plazo. [110]
En artículos publicados en los periódicos Wilmington Morning Star y Baltimore Sun en enero de 1991, autores destacados de artículos sobre el invierno nuclear –Richard P. Turco, John W. Birks, Carl Sagan, Alan Robock y Paul Crutzen– declararon colectivamente que esperaban efectos catastróficos similares a los del invierno nuclear, con efectos de tamaño continental de temperaturas bajo cero, como resultado de que los iraquíes cumplieran con sus amenazas de encender entre 300 y 500 pozos de petróleo presurizados que posteriormente podrían arder durante varios meses. [111] [112]
Tal como amenazaron, los pozos fueron incendiados por los iraquíes en retirada en marzo de 1991, y los aproximadamente 600 pozos de petróleo en llamas no se extinguieron por completo hasta el 6 de noviembre de 1991, ocho meses después del final de la guerra, [113] y consumieron aproximadamente seis millones de barriles de petróleo por día en su intensidad máxima.
Cuando comenzó la Operación Tormenta del Desierto en enero de 1991, coincidiendo con el inicio de los primeros incendios de petróleo, el Dr. S. Fred Singer y Carl Sagan analizaron los posibles efectos ambientales de los incendios de petróleo en Kuwait en el programa Nightline de ABC News . Sagan volvió a argumentar que algunos de los efectos del humo podrían ser similares a los de un invierno nuclear, con el humo elevándose hacia la estratosfera, comenzando a unos 48.000 pies (15.000 m) sobre el nivel del mar en Kuwait, lo que daría lugar a efectos globales. También argumentó que creía que los efectos netos serían muy similares a la erupción de 1815 del Monte Tambora en Indonesia, que dio lugar a que el año 1816 fuera conocido como el " año sin verano ".
Sagan enumeró los resultados de los modelos que pronosticaban efectos que se extenderían al sur de Asia y quizás también al hemisferio norte. Sagan destacó que este resultado era tan probable que "debería afectar los planes de guerra". [114] Singer, por otro lado, anticipó que el humo alcanzaría una altitud de aproximadamente 3000 pies (910 m) y luego se disiparía por lluvia después de unos tres a cinco días, lo que limitaría la duración del humo. Ambas estimaciones de altura realizadas por Singer y Sagan resultaron ser erróneas, aunque la narrativa de Singer se acercaba más a lo que sucedió, con los efectos atmosféricos comparativamente mínimos limitados a la región del Golfo Pérsico, con columnas de humo, en general, [107] elevándose a unos 10 000 pies (3000 m) y algunas tan altas como 20 000 pies (6100 m). [115] [116]
Sagan y sus colegas esperaban que se produjera un "auto-elevamiento" del humo de hollín cuando absorbiera la radiación térmica del sol, sin que se produjera prácticamente ningún barrido, por lo que las partículas negras de hollín serían calentadas por el sol y elevadas/elevadas cada vez más alto en el aire, inyectando así el hollín en la estratosfera, una posición en la que sostenían que pasarían años hasta que el efecto bloqueador del sol de este aerosol de hollín desapareciera del aire, y con ello, se producirían catastróficos efectos de enfriamiento a nivel del suelo y de agricultura en Asia y posiblemente en el hemisferio norte en su conjunto. [117] En un seguimiento de 1992, Peter V. Hobbs y otros no habían observado ninguna evidencia apreciable del efecto masivo de "auto-elevación" predicho por el equipo del invierno nuclear y las nubes de humo de los incendios de petróleo contenían menos hollín de lo que había supuesto el equipo de modelado del invierno nuclear. [118]
El científico atmosférico encargado de estudiar el efecto atmosférico de los incendios de Kuwait por la National Science Foundation , Peter V. Hobbs, afirmó que el modesto impacto de los incendios sugería que "algunas cifras [utilizadas para apoyar la hipótesis del Invierno Nuclear]... eran probablemente un poco exageradas". [119]
Hobbs descubrió que en el punto álgido de los incendios, el humo absorbía entre el 75 y el 80% de la radiación solar. Las partículas se elevaban hasta un máximo de 6.100 m (20.000 pies) y, cuando se combinaban con la limpieza de las nubes, el humo tenía un breve tiempo de residencia en la atmósfera de unos pocos días como máximo. [120]
Por lo tanto, las afirmaciones anteriores a la guerra sobre efectos ambientales globales de gran escala, duraderos y significativos no se confirmaron y los medios de comunicación y los especuladores descubrieron que habían sido significativamente exagerados [121] , y los modelos climáticos de quienes no apoyaban la hipótesis del invierno nuclear en el momento de los incendios solo predijeron efectos más localizados, como una caída de la temperatura diurna de ~10 °C dentro de los 200 km de la fuente. [122]
Más tarde, Sagan admitió en su libro El mundo y sus demonios que sus predicciones obviamente no resultaron correctas: "Estaba muy oscuro al mediodía y las temperaturas cayeron entre 4 y 6 °C sobre el Golfo Pérsico, pero no llegó mucho humo a altitudes estratosféricas y Asia se salvó". [123]
La idea de que el humo de los pozos de petróleo y de las reservas de petróleo que se elevan a la estratosfera es un contribuyente principal al hollín de un invierno nuclear fue una idea central de los primeros artículos de climatología sobre la hipótesis; se los consideró un contribuyente más posible que el humo de las ciudades, ya que el humo del petróleo tiene una mayor proporción de hollín negro, por lo que absorbe más luz solar. [93] [101] Hobbs comparó el "factor de emisión" supuesto en los artículos o la eficiencia de generación de hollín de los pozos de petróleo encendidos y encontró que, al comparar con los valores medidos de los pozos de petróleo en Kuwait, que eran los mayores productores de hollín, las emisiones de hollín asumidas en los cálculos del invierno nuclear todavía eran "demasiado altas". [120] Después de que los resultados de los incendios de petróleo de Kuwait estuvieran en desacuerdo con los principales científicos promotores del invierno nuclear, los artículos de invierno nuclear de la década de 1990 generalmente intentaron distanciarse de sugerir que el humo de los pozos de petróleo y de las reservas alcanzaría la estratosfera.
En 2007, un estudio sobre el invierno nuclear señaló que se habían aplicado modelos informáticos modernos a los incendios de petróleo de Kuwait, y se descubrió que las columnas de humo individuales no pueden elevar el humo a la estratosfera, pero que el humo de los incendios que cubren una gran superficie [ cuantificar ], como algunos incendios forestales, puede elevar el humo [ cuantificar ] a la estratosfera, y la evidencia reciente sugiere que esto ocurre con mucha más frecuencia de lo que se pensaba anteriormente. [7] [22] [124] [125] El estudio también sugirió que la quema de ciudades comparativamente más pequeñas, que se esperaría que siguiera a un ataque nuclear, también elevaría cantidades significativas de humo a la estratosfera:
Stenchikov et al. [2006b] [126] realizaron simulaciones detalladas y de alta resolución de columnas de humo con el modelo climático regional RAMS [p. ej., Miguez-Macho, et al., 2005] [127] y demostraron que no se esperaría que columnas individuales, como las de los incendios de petróleo de Kuwait en 1991, se elevaran a la atmósfera superior o la estratosfera, porque se diluyen. Sin embargo, columnas mucho más grandes, como las generadas por los incendios urbanos, producen un gran movimiento de masa sin diluir que da lugar a la elevación del humo. Los nuevos resultados del modelo de simulación de grandes remolinos a una resolución mucho mayor también arrojan una elevación similar a nuestros resultados, y no hay una respuesta a pequeña escala que inhiba la elevación [Jensen, 2006]. [128]
Sin embargo, la simulación anterior contenía en particular el supuesto de que no se produciría deposición seca ni húmeda. [126]
Entre 1990 y 2003, los comentaristas señalaron que no se publicaron artículos revisados por pares sobre el "invierno nuclear". [109]
A partir de nuevos trabajos publicados en 2007 y 2008 por algunos de los autores de los estudios originales, se han propuesto varias hipótesis nuevas, principalmente la evaluación de que tan sólo 100 tormentas de fuego darían lugar a un invierno nuclear. [3] [20] Sin embargo, lejos de ser la hipótesis "nueva", llegó a la misma conclusión que los modelos anteriores de la década de 1980, que también consideraban que unas 100 tormentas de fuego en las ciudades eran una amenaza. [129] [130]
En comparación con el cambio climático del último milenio, incluso el cambio más pequeño que se haya modelado hundiría al planeta en temperaturas más frías que las de la Pequeña Edad de Hielo (el período histórico comprendido entre aproximadamente 1600 y 1850 d. C.). Esto tendría efectos instantáneos y la agricultura se vería gravemente amenazada. Una mayor cantidad de humo produciría cambios climáticos más importantes, haciendo imposible la agricultura durante años. En ambos casos, las nuevas simulaciones de modelos climáticos muestran que los efectos durarían más de una década. [32]
Un estudio publicado en el Journal of Geophysical Research en julio de 2007, titulado "El invierno nuclear revisitado con un modelo climático moderno y los arsenales nucleares actuales: consecuencias aún catastróficas", [19] utilizó los modelos climáticos actuales para analizar las consecuencias de una guerra nuclear global que involucrara a la mayoría o a todos los arsenales nucleares actuales del mundo (que los autores juzgaron que sería similar al tamaño de los arsenales mundiales veinte años antes). Los autores utilizaron un modelo de circulación global, ModelE del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA , que señalaron que "se ha probado ampliamente en experimentos de calentamiento global y para examinar los efectos de las erupciones volcánicas en el clima". El modelo se utilizó para investigar los efectos de una guerra que involucrara a todo el arsenal nuclear global actual, que se proyecta que liberaría alrededor de 150 Tg de humo a la atmósfera, así como una guerra que involucrara a aproximadamente un tercio del arsenal nuclear actual, que se proyecta que liberaría alrededor de 50 Tg de humo. En el caso de 150 Tg, encontraron que:
Durante años persiste un enfriamiento superficial promedio global de -7 °C a -8 °C, y después de una década el enfriamiento sigue siendo de -4 °C (Fig. 2). Considerando que el enfriamiento promedio global en la profundidad de la última edad de hielo hace 18.000 años fue de aproximadamente -5 °C, este sería un cambio climático sin precedentes en velocidad y amplitud en la historia de la raza humana. Los cambios de temperatura son mayores en la tierra... El enfriamiento de más de -20 °C ocurre en grandes áreas de América del Norte y de más de -30 °C en gran parte de Eurasia, incluidas todas las regiones agrícolas.
Además, descubrieron que este enfriamiento provocó un debilitamiento del ciclo hidrológico global, reduciendo las precipitaciones globales en un 45% aproximadamente. En cuanto al caso de 50 Tg, que involucra a un tercio de los arsenales nucleares actuales, dijeron que la simulación "produjo respuestas climáticas muy similares a las del caso de 150 Tg, pero con aproximadamente la mitad de la amplitud", pero que "la escala temporal de la respuesta es aproximadamente la misma". No analizaron en profundidad las implicaciones para la agricultura, pero señalaron que un estudio de 1986 que suponía que no habría producción de alimentos durante un año proyectó que "la mayoría de las personas en el planeta se quedarían sin alimentos y morirían de hambre para entonces" y comentaron que sus propios resultados muestran que "este período de no producción de alimentos debe extenderse por muchos años, lo que hace que los impactos del invierno nuclear sean incluso peores de lo que se pensaba anteriormente".
En 2014, Michael J. Mills (del Centro Nacional de Investigación Atmosférica de Estados Unidos , NCAR), et al., publicaron "Multi-decadal global cooling and unexpected ozone loss following a regional nuclear conflict" en la revista Earth's Future . [131] Los autores utilizaron modelos computacionales desarrollados por el NCAR para simular los efectos climáticos de una nube de hollín que, según sugieren, sería el resultado de una guerra nuclear regional en la que se detonasen 100 armas "pequeñas" (15 Kt) sobre ciudades. El modelo tuvo resultados, debido a la interacción de la nube de hollín:
... pérdidas globales de ozono de entre el 20% y el 50% en áreas pobladas, niveles sin precedentes en la historia de la humanidad, acompañarían las temperaturas superficiales promedio más frías de los últimos 1000 años. Calculamos aumentos de los índices de UV en verano de entre el 30% y el 80% en latitudes medias, lo que sugiere daños generalizados a la salud humana, la agricultura y los ecosistemas terrestres y acuáticos. Las heladas letales reducirían las temporadas de crecimiento entre 10 y 40 días por año durante 5 años. Las temperaturas superficiales se reducirían durante más de 25 años, debido a la inercia térmica y los efectos del albedo en el océano y la expansión del hielo marino. El enfriamiento combinado y el aumento de los rayos UV ejercerían presiones significativas sobre los suministros mundiales de alimentos y podrían desencadenar una hambruna nuclear global.
Los investigadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos publicaron los resultados de un estudio multiescala del impacto climático de un intercambio nuclear regional, el mismo escenario considerado por Robock et al. y por Toon et al. en 2007. A diferencia de estudios anteriores, este estudio simuló los procesos por los cuales el carbono negro sería expulsado a la atmósfera y descubrió que muy poco sería expulsado a la estratosfera y, como resultado, los impactos climáticos a largo plazo fueron mucho menores que los que habían concluido esos estudios. En particular, "ninguna de las simulaciones produjo un efecto de invierno nuclear", y "la probabilidad de un enfriamiento global significativo a partir de un escenario de intercambio limitado como el previsto en estudios anteriores es altamente improbable". [132] Este estudio ha sido contradicho por los resultados de varios estudios posteriores que afirman que el estudio de 2018 es defectuoso. [133] [134] [135] [136]
Una investigación publicada en la revista arbitrada Safety sugirió que ninguna nación debería poseer más de 100 ojivas nucleares debido al efecto de retroceso sobre la propia población de la nación agresora debido al "otoño nuclear". [137] [138]
En 2019 se publicaron dos estudios sobre el invierno nuclear que se basan en modelos anteriores y describen nuevos escenarios de invierno nuclear a partir de intercambios de armas nucleares más pequeños que los que se han simulado anteriormente.
Al igual que en el estudio de 2007 de Robock et al. , [19] un estudio de 2019 de Coupe et al. modela un escenario en el que se liberan 150 Tg de carbono negro a la atmósfera tras un intercambio de armas nucleares entre Estados Unidos y Rusia, en el que ambos países utilizan todos los tratados de armas nucleares que les permiten. [139] Esta cantidad de carbono negro supera con creces la que se ha emitido a la atmósfera por todas las erupciones volcánicas de los últimos 1200 años, pero es menor que el impacto de un asteroide que provocó un evento de extinción masiva hace 66 millones de años. [139] Coupe et al. utilizaron el " modelo climático de la comunidad de toda la atmósfera versión 4" (WACCM4), que tiene una resolución más alta y es más eficaz para simular aerosoles y la química estratosférica que la simulación ModelE utilizada por Robock et al . [139]
El modelo WACCM4 simula que las moléculas de carbono negro aumentan hasta diez veces su tamaño normal cuando alcanzan la estratosfera. ModelE no tuvo en cuenta este efecto. Esta diferencia en el tamaño de las partículas de carbono negro da como resultado una mayor profundidad óptica en el modelo WACCM4 en todo el mundo durante los primeros dos años después de la inyección inicial debido a una mayor absorción de la luz solar en la estratosfera. [139] Esto tendrá el efecto de aumentar las temperaturas estratosféricas en 100 K y resultará en un agotamiento del ozono ligeramente mayor que el predicho por ModelE. [139] Otra consecuencia del mayor tamaño de las partículas es la aceleración de la velocidad a la que las moléculas de carbono negro caen de la atmósfera; después de diez años desde la inyección de carbono negro en la atmósfera, WACCM4 predice que quedarán 2 Tg, mientras que ModelE predijo 19 Tg. [139]
Tanto el modelo de 2019 como el de 2007 predicen descensos significativos de la temperatura en todo el mundo, sin embargo, la mayor resolución y la simulación de partículas en 2019 predicen una mayor anomalía de temperatura en los primeros seis años después de la inyección, pero un retorno más rápido a las temperaturas normales. Entre unos pocos meses después de la inyección y el sexto año de anomalía, el WACCM4 predice temperaturas globales más frías que el ModelE, con temperaturas más de 20 K por debajo de lo normal que conducen a temperaturas gélidas durante los meses de verano en gran parte del hemisferio norte, lo que lleva a una reducción del 90% en las temporadas de crecimiento agrícola en las latitudes medias, incluido el medio oeste de los Estados Unidos. [139] Las simulaciones del WACCM4 también predicen una reducción del 58% en la precipitación anual global con respecto a los niveles normales en los años tres y cuatro después de la inyección, una reducción un 10% mayor que la prevista en el ModelE. [139]
Toon et al. simularon un escenario nuclear en 2025 en el que India y Pakistán se enfrentan a un intercambio nuclear en el que 100 áreas urbanas de Pakistán y 150 áreas urbanas de India son atacadas con armas nucleares de entre 15 y 100 kt y examinaron los efectos del carbono negro liberado a la atmósfera a partir de detonaciones que solo se producen en el aire . [5] Los investigadores modelaron los efectos atmosféricos si todas las armas fueran de 15, 50 y 100 kt, lo que proporciona un rango en el que probablemente se produciría un intercambio nuclear dadas las recientes pruebas nucleares realizadas por ambas naciones. Los rangos proporcionados son amplios porque ni India ni Pakistán están obligados a proporcionar información sobre sus arsenales nucleares, por lo que su alcance sigue siendo en gran medida desconocido. [5]
Toon et al. suponen que después de cada detonación de las armas se producirá una tormenta de fuego o una conflagración , y que la cantidad de carbono negro que se introducirá en la atmósfera a partir de los dos resultados será equivalente y de gran magnitud; [5] en Hiroshima en 1945, se predice que la tormenta de fuego liberó 1.000 veces más energía que la liberada durante la explosión nuclear. [6] Una zona tan grande quemada liberaría grandes cantidades de carbono negro a la atmósfera. La cantidad liberada varía de 16,1 Tg si todas las armas fueran de 15 kt o menos a 36,6 Tg para todas las armas de 100 kt. [5] Para el rango de armas de 15 kt y 100 kt, los investigadores modelaron reducciones globales de precipitaciones de entre el 15% y el 30%, reducciones de temperatura entre 4K y 8K, y disminuciones de la temperatura del océano de 1K a 3K. [5] Si todas las armas utilizadas fueran de 50 kt o más, la circulación de células de Hadley se vería alterada y causaría una disminución del 50% en las precipitaciones en el medio oeste americano. La productividad primaria neta (PPN) de los océanos disminuye del 10% al 20% para los escenarios de 15 kt y 100 kt, respectivamente, mientras que la PPN terrestre disminuye entre el 15% y el 30%; las regiones agrícolas de latitudes medias de los Estados Unidos y Europa se verán particularmente afectadas, experimentando reducciones del 25-50% en la PPN. [5] Como se predice en otra literatura, una vez que el carbono negro se elimine de la atmósfera después de diez años, las temperaturas y la PPN volverán a la normalidad. [5]
Coupe et al. informan sobre la simulación de un efecto de El Niño que dura varios años después de seis escenarios nucleares que van desde 5 a 150 Tg de hollín según el modelo CESM-WACCM4. Denominan el cambio "Niño nuclear" y describen varios cambios en las corrientes oceánicas. [140]
Según un estudio revisado por pares publicado en la revista Nature Food en agosto de 2022, [15] una guerra nuclear a gran escala entre Estados Unidos y Rusia , que juntos poseen más del 90% de las armas nucleares del mundo, mataría a 360 millones de personas directamente y a más de 5 mil millones indirectamente por hambre durante un invierno nuclear. [144] [145]
Otro artículo publicado ese año, del erudito en ciencias de la Tierra de la Universidad de Tohoku Kunio Kaiho, comparó el impacto de los escenarios de invierno nuclear en la vida animal marina y terrestre con el de los eventos de extinción históricos . Kaiho estimó que una guerra nuclear menor (que definió como un intercambio nuclear entre India y Pakistán o un evento de magnitud equivalente) causaría extinciones de 10-20% de las especies por sí sola, mientras que una guerra nuclear importante (definida como un intercambio nuclear entre Estados Unidos y Rusia ) causaría la extinción de 40-50% de las especies animales, lo que es comparable a algunos de los "Cinco Grandes" eventos de extinción masiva. A modo de comparación, lo que él consideró el escenario más probable de cambio climático antropogénico , con 3 °C (5,4 °F) de calentamiento para 2100 y 3,8 °C (6,8 °F) para 2500, enviaría alrededor del 12-14% de las especies animales extintas bajo la misma metodología. [146]
Desde 2023, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina de Estados Unidos han establecido un Estudio Independiente sobre los Posibles Efectos Ambientales de la Guerra Nuclear. El objetivo es evaluar todas las investigaciones sobre el invierno nuclear, y el informe final se publicará en 2024. [147]
Los cinco pilares principales y en gran medida independientes que sustentan el concepto de invierno nuclear y que siguen recibiendo críticas son los siguientes: [132] [148]
Aunque las predicciones del modelo unidimensional TTAPS de 1983, que se popularizaron mucho, fueron ampliamente difundidas y criticadas en los medios, en parte porque cada modelo posterior predice mucho menos de su nivel "apocalíptico" de enfriamiento, [149] la mayoría de los modelos siguen sugiriendo que todavía se produciría un cierto enfriamiento global perjudicial, suponiendo que se produjera una gran cantidad de incendios en primavera o verano. [109] [150] El modelo tridimensional menos primitivo de mediados de los años 1980 de Starley L. Thompson , que notablemente contenía las mismas suposiciones generales, lo llevó a acuñar el término "otoño nuclear" para describir con mayor precisión los resultados climáticos del hollín en este modelo, en una entrevista ante la cámara en la que desestima los modelos "apocalípticos" anteriores. [151]
Una crítica importante de las suposiciones que siguen haciendo posibles estos resultados del modelo apareció en el libro de 1987 Nuclear War Survival Skills ( NWSS ), un manual de defensa civil de Cresson Kearny para el Laboratorio Nacional de Oak Ridge . [152] Según la publicación de 1988 An assessment of global atmosphere effects of a major nuclear war , las críticas de Kearny se dirigieron a la cantidad excesiva de hollín que los modeladores supusieron que alcanzaría la estratosfera. Kearny citó un estudio soviético que decía que las ciudades modernas no arderían como tormentas de fuego, ya que la mayoría de los elementos urbanos inflamables quedarían enterrados bajo escombros no combustibles y que el estudio TTAPS incluía una sobreestimación masiva del tamaño y la extensión de los incendios forestales no urbanos que resultarían de una guerra nuclear. [12] Los autores del TTAPS respondieron que, entre otras cosas, no creían que los planificadores de objetivos destruyeran intencionalmente las ciudades, sino que argumentaron que los incendios comenzarían en suburbios relativamente intactos cuando se alcanzaran los sitios cercanos, y admitieron parcialmente su punto sobre los incendios forestales no urbanos. [12] El Dr. Richard D. Small, director de ciencias térmicas en la Pacific-Sierra Research Corporation, también estuvo en total desacuerdo con los supuestos del modelo, en particular la actualización de 1990 del TTAPS que sostiene que unos 5.075 Tg de material se quemarían en una guerra nuclear total entre Estados Unidos y la Unión Soviética, ya que el análisis de Small de planos y edificios reales arrojó un máximo de 1.475 Tg de material que podría quemarse, "suponiendo que todo el material combustible disponible se encendiera realmente". [148]
Aunque Kearny opinaba que los modelos futuros más precisos "indicarían que habrá reducciones de temperatura aún menores", incluidos los modelos potenciales futuros que no aceptaran tan fácilmente que las tormentas de fuego ocurrirían con tanta fiabilidad como suponen los modeladores del invierno nuclear, en NWSS Kearny resumió la estimación comparativamente moderada de enfriamiento de no más de unos pocos días, [152] del modelo Nuclear Winter Reappraised de 1986 de Starley Thompson y Stephen Schneider . [153] Esto se hizo en un esfuerzo por transmitir a sus lectores que, contrariamente a la opinión popular en ese momento, en la conclusión de estos dos científicos del clima, "sobre bases científicas, las conclusiones apocalípticas globales de la hipótesis inicial del invierno nuclear ahora pueden relegarse a un nivel de probabilidad cada vez más bajo". [152]
Sin embargo, un artículo de 1988 de Brian Martin en Science and Public Policy [150] afirma que, aunque Nuclear Winter Reappraised concluyó que el "invierno nuclear" entre Estados Unidos y la Unión Soviética sería mucho menos severo de lo que se pensaba originalmente, y los autores describieron los efectos más como un "otoño nuclear", otras declaraciones de Thompson y Schneider [154] [155] muestran que "se resistieron a la interpretación de que esto significa un rechazo de los puntos básicos planteados sobre el invierno nuclear". En el artículo de Alan Robock et al. de 2007, escriben que, "debido al uso del término 'otoño nuclear' por Thompson y Schneider [1986], aunque los autores dejaron en claro que las consecuencias climáticas serían grandes, en los círculos políticos la teoría del invierno nuclear es considerada por algunos como exagerada y refutada [por ejemplo, Martin, 1988]". [19] En 2007, Schneider expresó su apoyo tentativo a los resultados de enfriamiento de la guerra nuclear limitada (Pakistán y la India) analizada en el modelo de 2006, diciendo: "El sol es mucho más fuerte en los trópicos que en las latitudes medias. Por lo tanto, una guerra mucho más limitada [allí] podría tener un efecto mucho mayor, porque se está colocando el humo en el peor lugar posible", y "cualquier cosa que se pueda hacer para disuadir a la gente de pensar que hay alguna manera de ganar algo con un intercambio nuclear es una buena idea". [156]
La contribución del humo procedente de la ignición de vegetación viva no desértica, bosques vivos, pastos, etc., cerca de muchos silos de misiles es una fuente de humo que originalmente se supuso que era muy grande en el artículo inicial "Twilight at Noon", y también se encontró en la popular publicación TTAPS. Sin embargo, esta suposición fue examinada por Bush y Small en 1987 y descubrieron que la quema de vegetación viva solo podría contribuir muy levemente a la "producción total de humo no urbano" estimada. [12] El potencial de la vegetación para sostener la quema solo es probable si se encuentra dentro de un radio o dos de la superficie de la bola de fuego nuclear, que está a una distancia que también experimentaría vientos de explosión extremos que influirían en tales incendios. [157] Esta reducción en la estimación del riesgo de humo no urbano está respaldada por la publicación preliminar Estimating Nuclear Forest Fires de 1984, [12] y por el examen de campo de los años 1950-1960 de los bosques tropicales quemados en la superficie, destrozados pero nunca quemados en las islas circundantes desde los puntos de disparo en las series de pruebas Operation Castle [158] y Operation Redwing [159] [160] .
Un documento del Departamento de Seguridad Nacional de los Estados Unidos , finalizado en 2010, afirma que después de una detonación nuclear dirigida a una ciudad "si los incendios pueden crecer y fusionarse, podría desarrollarse una tormenta de fuego que estaría más allá de las habilidades de los bomberos para controlar. Sin embargo, los expertos sugieren que la naturaleza del diseño y la construcción de las ciudades modernas de los EE. UU. puede hacer que una tormenta de fuego furiosa sea poco probable". [167] El bombardeo nuclear de Nagasaki, por ejemplo, no produjo una tormenta de fuego. [168] Esto se observó de manera similar ya en 1986-1988, cuando se descubrió que la cantidad asumida de "carga de masa" de combustible (la cantidad de combustible por metro cuadrado) en las ciudades que sustentan los modelos de invierno era demasiado alta y crea intencionalmente flujos de calor que elevan el humo a la estratosfera inferior, sin embargo, las evaluaciones "más características de las condiciones" que se encuentran en las ciudades modernas del mundo real, habían encontrado que la carga de combustible, y por lo tanto el flujo de calor que resultaría de una quema eficiente, rara vez elevaría el humo mucho más alto que 4 km. [12]
Russell Seitz, asociado del Centro de Asuntos Internacionales de la Universidad de Harvard, sostiene que las suposiciones de los modelos de invierno dan resultados que los investigadores quieren lograr y es un caso de "análisis del peor de los casos fuera de control". [150] En septiembre de 1986, Seitz publicó "El fuego siberiano como guía de 'invierno nuclear'" en la revista Nature , en la que investigó el incendio siberiano de 1915, que comenzó a principios de los meses de verano y fue causado por la peor sequía en la historia registrada de la región. El incendio finalmente devastó la región, quemando el bosque boreal más grande del mundo , del tamaño de Alemania. Si bien se produjeron aproximadamente 8 ˚C de enfriamiento diurno de verano bajo las nubes de humo durante las semanas de quema, no hubo un aumento en las heladas nocturnas agrícolas potencialmente devastadoras. [169] Después de su investigación sobre el incendio siberiano de 1915, Seitz criticó los resultados del modelo de "invierno nuclear" por basarse en sucesivos eventos del peor de los casos:
La improbabilidad de que una serie de 40 lanzamientos de moneda de este tipo dé cara se acerca a la de una escalera real . Sin embargo, se lo representó como un "modelo unidimensional sofisticado", un uso que es oxímoron, a menos que se aplique a [el modelo británico Lesley Lawson] Twiggy . [149]
Seitz citó a Carl Sagan, y añadió un énfasis: " En casi cualquier caso realista que implique intercambios nucleares entre las superpotencias, es probable que se produzcan cambios ambientales globales suficientes para provocar un evento de extinción igual o más severo que el de finales del Cretácico, cuando se extinguieron los dinosaurios y muchas otras especies". Seitz comenta: "La ominosa retórica que se pone en cursiva en este pasaje pone incluso el escenario de 100 megatones [la tormenta de fuego original de 100 ciudades]... a la par de la explosión de 100 millones de megatones de un asteroide que impacta la Tierra. Esto [es] una exageración astronómica..." [149] Seitz concluye:
A medida que la ciencia avanzaba y se lograba una mayor sofisticación auténtica en modelos más nuevos y elegantes, los efectos postulados fueron decayendo. En 1986, estos efectos del peor de los casos se habían derretido de un año de oscuridad ártica a temperaturas más cálidas que los meses fríos en Palm Beach . Había surgido un nuevo paradigma de nubes dispersas y puntos fríos. La helada dura que alguna vez fue global se había retirado a la tundra del norte . La elaborada conjetura del Sr. Sagan había caído presa de la Segunda Ley menos conocida de Murphy : Si todo DEBE salir mal, no apuestes a que así será. [149]
La oposición de Seitz provocó que los defensores del invierno nuclear emitieran respuestas en los medios de comunicación. Los defensores creían que era simplemente necesario mostrar sólo la posibilidad de una catástrofe climática, a menudo un escenario de peor caso, mientras que los oponentes insistían en que para ser tomado en serio, el invierno nuclear debería mostrarse como probable en escenarios "razonables". [170] Una de estas áreas de controversia, como lo dilucidó Lynn R. Anspaugh, es la cuestión de qué estación debería usarse como telón de fondo para los modelos de guerra de EE. UU. y la URSS. La mayoría de los modelos eligen el verano en el hemisferio norte como el punto de partida para producir el máximo levantamiento de hollín y, por lo tanto, el efecto invernal final. Sin embargo, se ha señalado que si el mismo número de tormentas de fuego ocurriera en los meses de otoño o invierno, cuando hay mucha menos luz solar intensa para levantar hollín en una región estable de la estratosfera, la magnitud del efecto de enfriamiento sería insignificante, según un modelo de enero ejecutado por Covey et al. [171] Schneider admitió el problema en 1990, diciendo que "una guerra a fines del otoño o en invierno no tendría ningún efecto [de enfriamiento] apreciable". [148]
Anspaugh also expressed frustration that although a managed forest fire in Canada on 3 August 1985 is said to have been lit by proponents of nuclear winter, with the fire potentially serving as an opportunity to do some basic measurements of the optical properties of the smoke and smoke-to-fuel ratio, which would have helped refine the estimates of these critical model inputs, the proponents did not indicate that any such measurements were made.[171] Peter V. Hobbs, who would later successfully attain funding to fly into and sample the smoke clouds from the Kuwait oil fires in 1991, also expressed frustration that he was denied funding to sample the Canadian, and other forest fires in this way.[12] Turco wrote a 10-page memorandum with information derived from his notes and some satellite images, claiming that the smoke plume reached 6 km in altitude.[12]
In 1986, atmospheric scientist Joyce Penner from the Lawrence Livermore National Laboratory published an article in Nature in which she focused on the specific variables of the smoke's optical properties and the quantity of smoke remaining airborne after the city fires. She found that the published estimates of these variables varied so widely that depending on which estimates were chosen the climate effect could be negligible, minor or massive.[172] The assumed optical properties for black carbon in more recent nuclear winter papers in 2006 are still "based on those assumed in earlier nuclear winter simulations".[19]
John Maddox, editor of the journal Nature, issued a series of skeptical comments about nuclear winter studies during his tenure.[173][174] Similarly S. Fred Singer was a long term vocal critic of the hypothesis in the journal and in televised debates with Carl Sagan.[175][176][12]
In a 2011 response to the more modern papers on the hypothesis, Russell Seitz published a comment in Nature challenging Alan Robock's claim that there has been no real scientific debate about the "nuclear winter" concept.[177] In 1986 Seitz also contends that many others are reluctant to speak out for fear of being stigmatized as "closet Dr. Strangeloves"; physicist Freeman Dyson of Princeton for example stated "It's an absolutely atrocious piece of science, but I quite despair of setting the public record straight."[149] According to the Rocky Mountain News, Stephen Schneider had been called a fascist by some disarmament supporters for having written his 1986 article "Nuclear Winter Reappraised."[152] MIT meteorologist Kerry Emanuel similarly wrote in a review in Nature that the winter concept is "notorious for its lack of scientific integrity" due to the unrealistic estimates selected for the quantity of fuel likely to burn, the imprecise global circulation models used. Emanuel ends by stating that the evidence of other models point to substantial scavenging of the smoke by rain.[178] Emanuel also made an "interesting point" about questioning proponents' objectivity when it came to strong emotional or political views that they hold.[12]
William R. Cotton, Professor of Atmospheric Science at Colorado State University, specialist in cloud physics modeling and co-creator of the highly influential[179][180] and previously mentioned RAMS atmosphere model, had in the 1980s worked on soot rain-out models[12] and supported the predictions made by his own and other nuclear winter models.[181] However, he has since reversed this position, according to a book co-authored by him in 2007, stating that, amongst other systematically examined assumptions, far more rain out/wet deposition of soot will occur than is assumed in modern papers on the subject: "We must wait for a new generation of GCMs to be implemented to examine potential consequences quantitatively". He also reveals that, in his view, "nuclear winter was largely politically motivated from the beginning".[2][34]
During the Cuban Missile Crisis, Fidel Castro and Che Guevara called on the USSR to launch a nuclear first strike against the US in the event of a US invasion of Cuba. In the 1980s, Castro was pressuring the Kremlin to adopt a harder line against the US under President Ronald Reagan, even arguing for the potential use of nuclear weapons. As a direct result of this, a Soviet official was dispatched to Cuba in 1985 with an entourage of "experts", who detailed the ecological effect on Cuba in the event of nuclear strikes on the United States. Soon after, the Soviet official recounts, Castro lost his prior "nuclear fever".[182][183] In 2010, Alan Robock was summoned to Cuba to help Castro promote his new view that nuclear war would bring about Armageddon. Robock's 90 minute lecture was later aired on the nationwide state-controlled television station in the country.[184][185]
However, according to Robock, insofar as getting US government attention and affecting nuclear policy, he has failed. In 2009, together with Owen Toon, he gave a talk to the United States Congress, but nothing transpired from it and the then-presidential science adviser, John Holdren, did not respond to their requests in 2009 or at the time of writing in 2011.[185]
In a 2012 "Bulletin of the Atomic Scientists" feature, Robock and Toon, who had routinely mixed their disarmament advocacy into the conclusions of their "nuclear winter" papers,[19] argue in the political realm that the hypothetical effects of nuclear winter necessitates that the doctrine they assume is active in Russia and US, "mutually assured destruction" (MAD), should instead be replaced with their own "self-assured destruction" (SAD) concept,[32] because, regardless of whose cities burned, the effects of the resultant nuclear winter that they advocate would be, in their view, catastrophic. In a similar vein, in 1989 Carl Sagan and Richard Turco wrote a policy implications paper that appeared in Ambio that suggested that as nuclear winter is a "well-established prospect", both superpowers should jointly reduce their nuclear arsenals to "Canonical Deterrent Force" levels of 100–300 individual warheads each, such that in "the event of nuclear war [this] would minimize the likelihood of [extreme] nuclear winter."[189]
An originally classified 1984 US interagency intelligence assessment states that in both the preceding 1970s and 1980s, the Soviet and US military were already following the "existing trends" in warhead miniaturization, of higher accuracy and lower yield nuclear warheads.[190] This is seen when assessing the most numerous physics packages in the US arsenal, which in the 1960s were the B28 and W31, however, both quickly became less prominent with the 1970s mass production runs of the 50 Kt W68, the 100 Kt W76 and in the 1980s, with the B61.[191] This trend towards miniaturization, enabled by advances in inertial guidance and accurate GPS navigation etc., was motivated by a multitude of factors, namely the desire to leverage the physics of equivalent megatonnage that miniaturization offered; of freeing up space to fit more MIRV warheads and decoys on each missile. Alongside the desire to still destroy hardened targets but while reducing the severity of fallout collateral damage depositing on neighboring, and potentially friendly, countries. As it relates to the likelihood of nuclear winter, the range of potential thermal radiation ignited fires was already reduced with miniaturization. For example, the most popular nuclear winter paper, the 1983 TTAPS paper, had described a 3000 Mt counterforce attack on ICBM sites with each individual warhead having approximately one Mt of energy; however not long after publication, Michael Altfeld of Michigan State University and political scientist Stephen Cimbala of Pennsylvania State University argued that the then already developed and deployed smaller, more accurate warheads (e.g. W76), together with lower detonation heights, could produce the same counterforce strike with a total of only 3 Mt of energy being expended. They continue that, if the nuclear winter models prove to be representative of reality, then far less climatic-cooling would occur, even if firestorm prone areas existed in the target list, as lower fusing heights such as surface bursts would also limit the range of the burning thermal rays due to terrain masking and shadows cast by buildings,[192] while also temporarily lofting far more localized fallout when compared to airburst fuzing – the standard mode of employment against un-hardened targets.
This logic is similarly reflected in the originally classified 1984 Interagency Intelligence assessment, which suggests that targeting planners would simply have to consider target combustibility along with yield, height of burst, timing and other factors to reduce the amount of smoke to safeguard against the potentiality of a nuclear winter.[190] Therefore, as a consequence of attempting to limit the target fire hazard by reducing the range of thermal radiation with fuzing for surface and sub-surface bursts, this will result in a scenario where the far more concentrated, and therefore deadlier, local fallout that is generated following a surface burst forms, as opposed to the comparatively dilute global fallout created when nuclear weapons are fuzed in air burst mode.[192][199]
Altfeld and Cimbala also argued that belief in the possibility of nuclear winter would actually make nuclear war more likely, contrary to the views of Sagan and others, because it would serve yet further motivation to follow the existing trends, towards the development of more accurate, and even lower explosive yield, nuclear weapons.[197] As the winter hypothesis suggests that the replacement of the then Cold War viewed strategic nuclear weapons in the multi-megaton yield range, with weapons of explosive yields closer to tactical nuclear weapons, such as the Robust Nuclear Earth Penetrator (RNEP), would safeguard against the nuclear winter potential. With the latter capabilities of the then, largely still conceptual RNEP, specifically cited by the influential nuclear warfare analyst Albert Wohlstetter.[200] Tactical nuclear weapons, on the low end of the scale have yields that overlap with large conventional weapons and are therefore often viewed "as blurring the distinction between conventional and nuclear weapons", making the prospect of using them "easier" in a conflict.[201][202]
In an interview in 2000 with Mikhail Gorbachev (the leader of the Soviet Union from 1985 to 1991), the following statement was posed to him: "In the 1980s, you warned about the unprecedented dangers of nuclear weapons and took very daring steps to reverse the arms race", with Gorbachev replying "Models made by Russian and American scientists showed that a nuclear war would result in a nuclear winter that would be extremely destructive to all life on Earth; the knowledge of that was a great stimulus to us, to people of honor and morality, to act in that situation."[203]
However, a 1984 US Interagency Intelligence Assessment expresses a far more skeptical and cautious approach, stating that the hypothesis is not scientifically convincing. The report predicted that Soviet nuclear policy would be to maintain their strategic nuclear posture, such as their fielding of the high throw-weight SS-18 missile and they would merely attempt to exploit the hypothesis for propaganda purposes, such as directing scrutiny on the US portion of the nuclear arms race. Moreover, it goes on to express the belief that if Soviet officials did begin to take nuclear winter seriously, it would probably make them demand exceptionally high standards of scientific proof for the hypothesis, as the implications of it would undermine their military doctrine – a level of scientific proof which perhaps could not be met without field experimentation.[204] The un-redacted portion of the document ends with the suggestion that substantial increases in Soviet Civil defense food stockpiles might be an early indicator that Nuclear Winter was beginning to influence Soviet upper echelon thinking.[190]
In 1985, Time magazine noted "the suspicions of some Western scientists that the nuclear winter hypothesis was promoted by Moscow to give anti-nuclear groups in the U.S. and Europe some fresh ammunition against America's arms buildup."[205] In 1985, the United States Senate met to discuss the science and politics of nuclear winter. During the congressional hearing, the influential analyst Leon Gouré presented evidence that perhaps the Soviets have simply echoed Western reports rather than producing unique findings. Gouré hypothesized that Soviet research and discussions of nuclear war may serve only Soviet political agendas, rather than to reflect actual opinions of Soviet leadership.[206]
In 1986, the Defense Nuclear Agency document An update of Soviet research on and exploitation of Nuclear winter 1984–1986 charted the minimal [public domain] research contribution on, and Soviet propaganda usage of, the nuclear winter phenomenon.[207]
There is some doubt as to when the Soviet Union began modelling fires and the atmospheric effects of nuclear war. Former Soviet intelligence officer Sergei Tretyakov claimed that, under the directions of Yuri Andropov, the KGB invented the concept of "nuclear winter" in order to stop the deployment of NATO Pershing II missiles. They are said to have distributed to peace groups, the environmental movement and the journal Ambio disinformation based on a faked "doomsday report" by the Soviet Academy of Sciences by Georgii Golitsyn, Nikita Moiseyev and Vladimir Alexandrov concerning the climatic effects of nuclear war.[208] Although it is accepted that the Soviet Union exploited the nuclear winter hypothesis for propaganda purposes,[207] Tretyakov's inherent claim that the KGB funnelled disinformation to Ambio, the journal in which Paul Crutzen and John Birks published the 1982 paper "Twilight at Noon", has not been corroborated as of 2009[update].[100] In an interview in 2009 conducted by the National Security Archive, Vitalii Nikolaevich Tsygichko (a Senior Analyst at the Soviet Academy of Sciences and military mathematical modeler) stated that Soviet military analysts were discussing the idea of "nuclear winter" years before U.S. scientists, although they did not use that exact term.[209]
A number of solutions have been proposed to mitigate the potential harm of a nuclear winter if one appears inevitable. The problem has been attacked at both ends; some solutions focus on preventing the growth of fires and therefore limiting the amount of smoke that reaches the stratosphere in the first place, and others focus on food production with reduced sunlight, with the assumption that the very worst-case analysis results of the nuclear winter models prove accurate and no other mitigation strategies are fielded.
In a report from 1967, techniques included various methods of applying liquid nitrogen, dry ice, and water to nuclear-caused fires.[210] The report considered attempting to stop the spread of fires by creating firebreaks by blasting combustible material out of an area, possibly even using nuclear weapons, along with the use of preventative Hazard Reduction Burns. According to the report, one of the most promising techniques investigated was initiation of rain from seeding of mass-fire thunderheads and other clouds passing over the developing, and then stable, firestorm.
In the book Feeding Everyone No Matter What, under the worst-case scenario predictions of nuclear winter, the authors present various unconventional food possibilities. These include natural-gas-digesting bacteria, the most well known being Methylococcus capsulatus, that is presently used as a feed in fish farming;[211] bark bread, a long-standing famine food using the edible inner bark of trees, and part of Scandinavian history during the Little Ice Age; increased fungiculture or mushrooms such as the honey fungi that grow directly on moist wood without sunlight;[212] and variations of wood or cellulosic biofuel production, which typically already creates edible sugars/xylitol from inedible cellulose, as an intermediate product before the final step of alcohol generation.[213][214] One of the book's authors, mechanical engineer David Denkenberger, states that mushrooms could theoretically feed everyone for three years. Seaweed, like mushrooms, can also grow in low-light conditions. Dandelions and tree needles could provide Vitamin C, and bacteria could provide Vitamin E. More conventional cold-weather crops such as potatoes might get sufficient sunlight at the equator to remain feasible.[215]
To feed portions of civilization through a nuclear winter, large stockpiles of food storage prior to the event would have to be accomplished. Such stockpiles should be placed underground, at higher elevations and near the equator to mitigate high altitude UV and radioactive isotopes. Stockpiles should also be placed near populations most likely to survive the initial catastrophe. One consideration is who would sponsor the stockpiling. "There may be a mismatch between those most able to sponsor the stockpiles (i.e., the pre-catastrophe wealthy) and those most able to use the stockpiles (the pre-catastrophe rural poor)."[216] The minimum annual global wheat storage is approximately 2 months.[217]
Despite the name "nuclear winter", nuclear events are not necessary to produce the modeled climatic effect.[17][31] In an effort to find a quick and cheap solution to the global warming projection of at least 2 ˚C of surface warming as a result of the doubling in CO2 levels within the atmosphere, through solar radiation management (a form of climate engineering) the underlying nuclear winter effect has been looked at as perhaps holding potential. Besides the more common suggestion to inject sulfur compounds into the stratosphere to approximate the effects of a volcanic winter, the injection of other chemical species such as the release of a particular type of soot particle to create minor "nuclear winter" conditions, has been proposed by Paul Crutzen and others.[218][219] According to the threshold "nuclear winter" computer models,[3][14] if one to five teragrams of firestorm-generated soot[30] is injected into the low stratosphere, it is modeled, through the anti-greenhouse effect, to heat the stratosphere but cool the lower troposphere and produce 1.25 °C cooling for two to three years; and after 10 years, average global temperatures would still be 0.5 °C lower than before the soot injection.[14]
Similar climatic effects to "nuclear winter" followed historical supervolcano eruptions, which plumed sulfate aerosols high into the stratosphere, with this being known as a volcanic winter.[223] The effects of smoke in the atmosphere (short wave absorption) are sometimes termed an "antigreenhouse" effect, and a strong analog is the hazy atmosphere of Titan. Pollack, Toon and others were involved in developing models of Titan's climate in the late 1980s, at the same time as their early nuclear winter studies.[224]
Similarly, extinction-level comet and asteroid impacts are also believed to have generated impact winters by the pulverization of massive amounts of fine rock dust. This pulverized rock can also produce "volcanic winter" effects, if sulfate-bearing rock is hit in the impact and lofted high into the air,[225] and "nuclear winter" effects, with the heat of the heavier rock ejecta igniting regional and possibly even global forest firestorms.[226][227]
This global "impact firestorms" hypothesis, initially supported by Wendy Wolbach, H. Jay Melosh and Owen Toon, suggests that as a result of massive impact events, the small sand-grain-sized ejecta fragments created can meteorically re-enter the atmosphere forming a hot blanket of global debris high in the air, potentially turning the entire sky red-hot for minutes to hours, and with that, burning the complete global inventory of above-ground carbonaceous material, including rain forests.[228][229] This hypothesis is suggested as a means to explain the severity of the Cretaceous–Paleogene extinction event, as the earth impact of an asteroid about 10 km wide which precipitated the extinction is not regarded as sufficiently energetic to have caused the level of extinction from the initial impact's energy release alone.
The global firestorm winter, however, has been questioned in more recent years (2003–2013) by Claire Belcher,[228][230][231] Tamara Goldin[232][233][234] and Melosh, who had initially supported the hypothesis,[235][236] with this re-evaluation being dubbed the "Cretaceous-Palaeogene firestorm debate" by Belcher.[228]
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The issues raised by these scientists in the debate are the perceived low quantity of soot in the sediment beside the fine-grained iridium-rich asteroid dust layer, if the quantity of re-entering ejecta was perfectly global in blanketing the atmosphere, and if so, the duration and profile of the re-entry heating, whether it was a high thermal pulse of heat or the more prolonged and therefore more incendiary "oven" heating,[235] and finally, how much the "self-shielding effect" from the first wave of now-cooled meteors in dark flight contributed to diminishing the total heat experienced on the ground from later waves of meteors.[228]
In part due to the Cretaceous period being a high-atmospheric-oxygen era, with concentrations above that of the present day, Owen Toon et al. in 2013 were critical of the re-evaluations the hypothesis is undergoing.[229]
It is difficult to successfully ascertain the percentage contribution of the soot in this period's geological sediment record from living plants and fossil fuels present at the time,[237] in much the same manner that the fraction of the material ignited directly by the meteor impact is difficult to determine.
environmental changes triggered by smoke from firestorms.
+would have required 220 B-29s carrying 1,200 tons of incendiary bombs, 400 tons of high-explosive bombs, and 500 tons of anti-personnel fragmentation bombs, if conventional weapons, rather than an atomic bomb, had been used. One hundred and twenty-five B-29s carrying 1,200 tons of bombs (Page 25 ) would have been required to approximate the damage and casualties at Nagasaki. This estimate pre-supposed bombing under conditions similar to those existing when the atomic bombs were dropped and bombing accuracy equal to the average attained by the Twentieth Air Force during the last 3 months of the war
Crutzen of course knew of Hampson's work, and also had received correspondence from Hampson around 1980. His own impression was that nuclear explosions above the stratosphere probably wouldn't lead to nitrogen oxides at a low enough altitude to destroy a lot of ozone.
{{cite web}}: CS1 maint: others (link)release soot particles to create minor "nuclear winter" conditions
Besides sulfur injections some other chemical species have been proposed for injection into the stratosphere. For instance the injection of soot particles as a consequence of a nuclear conflict has been studied in "nuclear winter" scenarios... (p. 87)