Текущие доктрины применения ядерного оружия и возможности по их воздействию на цивилизацию. Часть 2
Алексей Анпилогов, специально для «Изборского Клуба»
За всю историю человечества произошло лишь несколько событий, которые можно считать «рукотворными» землетрясениями, в том числе и имеющими в качестве возможных причин близкие ядерные взрывы: 1970 год - «сейсмически спокойный» Лос-Анджелес подвергся 8-балльному землетрясению, якобы связанному с ядерными испытаниями в полигоне Неваде; в 1976 и 1984 годах произошли два землетрясения в узбекском поселке Газли, опять-таки вызванные испытаниями на ядерном полигоне в Семипалатинске и близкой добычей газа из подземных пластов и, наконец, 23 июня 1992 года - ядерный взрыв в Неваде, а 28 июня - два толчка силой 6,5 и 7,4 балла в Калифорнии.
Вот, собственно говоря, и весь список «подозреваемых» событий, которые могут прямо указывать на связь ядерных взрывов и индуцированных ими землетрясений.
Проблема состоит в ином: на планете Земля ежегодно происходит несколько сотен тысяч землетрясений разной силы и около нескольких сотен - с разрушениями, которые можно уже чётко наблюдать о силы в 5-6 баллов по шкале Рихтера. При желании какие-то из них всегда можно связать с ядерными испытаниями - учитывая то, что человечество за период 1945-2009 годов провело несколько тысяч испытаний ядерного оружия. Калифорния, дважды упомянутая в коротком списке возможных совпадений между ядерными взрывами и землетрясениями, например - очень сейсмически активный регион, в котором за год регистрируется до тысячи подземных толчков разной мощности. Соседний с Лос-Анджелесом крупный город Сан-Франциско был почти полностью разрушен землетрясением 1906 года, когда ядерного полигона в Неваде не было и в проекте. С другой стороны, Япоия, на которую в 1945 году сбросили две ядерные бомбы, всегда была сейсмоопасным регионом, но тектонических последствий от бомбардировок Хиросимы и Нагасаки так и не случилось. То есть, ядерные взрывы и землетрясения существуют каждый в своей реальности, а четыре случившихся пересечения - не более, чем совпадение, просто неизбежное на такой большой выборке двух последовательностей несвязанных событий.
Места и типы ядерных взрывов с момента начала испытаний и по сегодняшний день.
Для понимания же несоизмеримости масштабов явления мощного землетрясения и обычного ядерного взрыва, приведем несколько цифр, важных для понимания контекста. При взрыве ядерной бомбы в 15 кт энерговыделение составило порядка 1019 эрг. При разрушительных землетрясениях с магнитудами в 7-8 баллов выделяется 1023−1025 эрг, что превосходит энерговыделение хиросимского ядерного заряда в сотню тысяч раз. Даже испытание широко известной ядерной бомбы на Новой Земле («Царь-бомба»), проведенное СССР в 1961 году, имело энерговыделение около 1022 эрг, что минимум в сто раз меньше, чем мощность разрушительного землетрясения с магнитудой в 7-8 баллов. Из приведенного факта следует простой вывод: даже самая мощная бомба не может быть непосредственным источником землетрясения. Даже не потому, что для обеспечения требуемого эффекта бомбу надо будет изготовить, доставить и скрытно разместить на вражеской территории - энерговыделение современного ядерного заряда, составляющее около 1020 эрг, просто недостаточно для создания разрушительной силы землетрясения, а толчок с силой в 2-3 балла зафиксируют только приборы и, как пример, покачивающиеся потолочные лампы в помещениях.
Природные землетрясения имеют различные источники. Часть сейсмических толчков связана с земным вулканизмом, часть происходит при изменении гидрогеологического режима, что связано или с масштабным использованием артезианских вод, или же с длящейся добычей нефти и природного газа, когда возникающие полости в земле проседают под весом пород, расположенных сверху. Наиболее разрушительные землетрясения обычно связаны с движением континентальных плит и приурочены к зонам так называемых «тектонических разломов». Поэтому, индуцирование природного землетрясения с помощью ядерного боезаряда опять-таки имеет массу ограничений: в большинстве случаев и для большинства территорий природное состояние литосферы не позволяет использовать ядерную бомбу в качестве возможного триггера. В силу вышеизложенного, например, невозможно индуцировать природные землетрясения под Москвой или же под Казанью: мощный чехол осадочных пород просто погасит любую энергию даже самого мощного взрыва, а местоположение в центре континентальной плиты не оставляет возможности для тектонического напряжения.
Разлом Сан-Андреас. Современное состояние.
Однако, наиболее интересны для обсуждения принципиальной возможности «рукотворного» землетрясения именно зоны тектонической активности. В тех местах, где литосферные плиты напирают друг на друга, огромные толщи земной коры либо сминаются в складки, либо надвигаются друг на друга. Последний вариант особенно характерен для стыков океанической и материковой коры, где более лёгкая и толстая континентальная кора подминает под себя насыщенную водой, но тонкую океаническую плиту. Именно в таком месте, как пример, расположена и уже упомянутая Калифорния и разлом Сан-Андреас. Скорость тектонических движений обычно невелика и составляет не более нескольких сантиметров в год, но в них участвуют огромные массы, поэтому и копящаяся в столкновении плит энергия может достигать громадных значений, которые потом и высвобождаются в результате разрушительных землетрясений. Что немаловажно - люди никак не могут влиять на сам этот процесс и даже использование энергии тектонического разлома возможно только в тот момент, когда в нём накоплена достаточная энергия. Именно в момент, когда в районе сдвига плит накоплена в литосферной «пружине» достаточная энергия, и возможен «эффект триггера», когда небольшое по меркам энергии самого землетрясение воздействие ядерного взрыва ломает удерживающие «пружину» литосферные слои по соседству.
Несмотря на тысячелетнее изучение проблемы землетрясений, люди все еще плохо представляют себе их реальные причины, движущие механизмы и, тем более, не могут уверенно прогнозировать как процесс накопления энергии в литосферных пружинах, так и момент их слома или разжатия.
То есть, накопленное знание о механике литосферных плит позволяет отнести, например, Калифорнию и разлом Сан-Андреас к местностям, небезопасным с точки зрения сейсмических явлений, но вот предсказать разрушительное землетрясение именно в этом году и, тем более в текущем месяце или сегодня - по-прежнему находится вне пределов любых моделей землетрясений, разработанных наукой.
По всей видимости, самый удачный и по своему единственный краткосрочный прогноз землетрясения был сделан китайскими сейсмологами в 1975 году. Тогда результаты наблюдений позволили к началу февраля сделать вывод, что сильное землетрясение в районе города Хайчен должно произойти в ближайшие дни. Тревога была объявлена 4 февраля в 14 часов. Людей вывели на улицы, были закрыты магазины и промышленные предприятия. Землетрясение с магнитудой 7,3 балла произошло в тот же день, в 19:36. Город был практически разрушен, но массовых жертв удалось избежать. К сожалению, этот впечатляющий пример до сих пор остается едва ли не единственным в своем роде - до сих пор землетрясения в Китае происходят с обычной регулярностью и столь же буднично приводят к разрушениям и человеческим жертвам. Судя по всему, как и в случае связи землетрясений и ядерных взрывов - спасение города Хайчен оказалось не более, чем случайным совпадением.
В научной среде сейчас приняты, как минимум, несколько гипотез, которые позволяют строить модели того, что происходит в недрах Земли. Модель Х. Рейда, предложенная ещё в 1911 году, основана на предположении, что пласты горных пород, достигнув предела прочности, ломаются с упругой отдачей, подобно согнутой сухой ветке. Модель американских геофизиков Брейтса и Нура предполагает важную роль воды, поскольку при растрескивании пласта образующиеся пустоты заполняются подземной водой и уже не могут схлопнуться обратно. Модель российского геофизика Н. Шебалина ставит во главу угла неровности скользящих друг по другу пластов - в ней именно именно «шлифовка» их друг о друга приводит к сейсмическим толчкам. Перечень моделей можно продолжать и дальше, но правильнее будет констатировать очевидное: мы мало понимаем то, что происходит в недрах земли и, тем более, не можем это моделировать или предсказывать с достаточной степенью вероятности, полагаясь в случае определения сейсмоопасных зон скорее на данные статистики наблюдений за сейсмической активностью в прошлом.
Принципиально важными в этой картине мира являются два момента. Во-первых, земные недра в некоторых, сугубо ограниченных местах и в чётко определённый момент времени находятся в неустойчивом равновесии, подобно согнутой, но не лопнувшей сухой ветке. Теоретически, стороннее воздействие даже намного меньшего порядка, нежели энергия сжатых недр, действительно может это равновесие нарушить.
Но, во-вторых, эта схема может сработать не везде и не всегда. Для формирования очага будущей катастрофы нужны десятки, а чаще - сотни и тысячи лет, появиться он может далеко не в каждом удобном для возможной атаки месте и время проведения «триггерного» взрыва вполне может не совпасть с моментом накопления критической энергии в нужной зоне.
Интересно, что возможным эффектом от такого «триггерного» ядерного взрыва, но проведенного в несоответствующем месте, может стать не только отсутствие ожидаемого разрушительного землетрясения, но и вообще эффект произвольной «разрядки литосферной пружины», когда сокрушительная энергия мощного землетрясения выплёскивается в виде нескольких менее мощных толчков. Именно такой эффект, кстати, наблюдался по факту во второй половине ХХ века, когда массовые программы испытания ядерного оружия в СССР и США совпали с отсутствием землетрясений с магнитудой в 8 баллов и более:
(Цитируется по http://wwwinfo.jinr.ru/~jinrmag/win/2011/18/so18.htm)
Поэтому, возможная задача создания гипотетического «тектонического оружия» сводится к трем ключевым пунктам. Первая задача владельца такого оружия - найти в недрах земли «созревший» очаг (гипоцентр будущего землетрясения),воздействие на который может вызвать освобождение тектонической энергии в виде подземных толчков. Вторая задача - это обеспечить доставку энергии ядерного взрыва в точку гипоцентра, что соответствует созданию достаточно глубокой шахты и размещение мощного, несерийного заряда в такого рода шахте. Обычная глубина гипоцентров разрушительных землетрясений составляет несколько километров, поэтому никакой наземный, а тем более - воздушный взрыв не может доставить нужную энергию к гипоцентру будущего землетрясения, поскольку плотность энергии падает по квадратичным законам даже в упругой атмосфере, а по литосфере затухание энергии идёт ещё быстрее. Поэтому, очевидно, что для освобождения энергии «пружины», потребуется приложить к ней некоторое усилие, и оно должно быть достаточно большим. Ну и, наконец, третья задача сводится к тому, что вся эта деятельность должна происходить на территории возможного противника и будущей жертвы, что ставит всю эту деятельность в разряд маловероятной выдумки.
Уместно заметить, что, даже будь у нас возможность провоцировать землетрясения, далеко не факт, что это удалось бы именно там, где хочется. Потенциальных «пороховых бочек» в пределах нашего воздействия может оказаться довольно много, и не все они будут на вражеской территории, а те, что будут располагаться там, не всегда будут ассоциированы с важными объектами инфраструктуры, городами или военными объектами.
При этом надо учитывать, что литосфера, в отличии от атмосферы, гораздо менее проницаема для упругих волн. При любом ударном воздействии в земной толще в ней возникают упругие волны, распространяющиеся со скоростями порядка нескольких километров в секунду. По мере распространения их энергия расходуется на возбуждение колебательных движений частиц среды и на образование многочисленных отраженных и преломленных волн. В результате этих событий сотрясения земли, вызванные даже мощным ядерным взрывом или землетрясением, уже через несколько сотен километров становятся трудноразличимыми без специальной аппаратуры - амплитуда колебаний будет примерно такой же, как от проехавшего мимо грузовика. Конечно, чувствительный сейсмограф «поймает» эхо ядерного взрыва даже на другой стороне планеты, но этого категорически мало для того, чтобы «расшевелить» объект геологических, огромных размеров.
Интересна оценка уже упомянутых землетрясений в Газли, произошедших в 1976 и в 1984 годах. Популярные версии произошедшего обычно базируются на том, что до данных событий район Газли считался сейсмически спокойным. Но вот что пишет по этому поводу видный советский сейсмолог Валентин Уломов: «Краткосрочный прогноз времени возникновения этого землетрясения, как и двух предыдущих, осуществлен не был, однако в долгосрочном плане предсказать эти события и район их возникновения нам вполне удалось. Уместно также сказать несколько слов о еще одной проблеме, обсуждавшейся мною с Михаилом Садовским за два года до Газлийских землетрясений. Тогда я предложил Михаилу Александровичу искусственно спровоцировать ‘созревающий' в Центральных Кызылкумах сейсмический очаг путем подземного ядерного взрыва на одном из участков интенсивного тектонического трещинообразования. К сожалению, по ряду причин этот эксперимент не был реализован».
Действительно, такой эксперимент, случись ему состояться в СССР, мог бы дать ответ на вопрос, в какой степени мы вообще можем влиять на динамику недр. Однако в данном случае речь шла о взрыве непосредственно в области предполагаемого гипоцентра, а не в сотнях километров от него.
Отдельным моментом стоит рассмотреть ещё два популярных мифа: о возможности провоцирования с помощью ядерного взрыва извержения мощного супервулкана и о модели создания с помощью подводного взрыва громадного цунами, которое будет использовано для уничтожения прибрежных городов.
Первый популярный миф опровергнуть достаточно легко. Диаметр воронки, образующейся при наземном ядерном взрыве в сухих песчаных и глинистых грунтах (т.е., по сути, максимально возможный - на более плотных, скалистых грунтах он будет, естественно, меньше), пропорционален кубическому корню от мощности ядерного заряда. Например, взрыв бомбы мощностью в 1 Мт создаёт воронку диаметром около 400 метров, но при этом её глубина будет в 7-10 раз меньше, составляя всего 40-60 метров. Наземный взрыв боеприпаса мощностью в 58 Мт (эквивалент «Царь-бомбы»), таким образом, образует воронку диаметром около полутора километров и глубиной порядка 150-200 метров. Понятное дело, глубиной в 150-200 метров могут похвастаться многие горные карьеры и данная глубина никак не связана с верхней границей мантии или сводом вулканических камер супервулканов - даже в тектонически активных зонах. Иными словами, «пробивание земной коры» и инициирование супервулкана с помощью ядерного взрыва - не более, чем вариант журналистского штампа (подобная «пугалка» для атомных реакторов звучит, как «китайский синдром» - когда, якобы, расплавленная зона реактора тоже может проплавить кору Земли вплоть до мантии. В реальности же расплав застывает практически под самим реактором).
Современное состояние вулкана Тоба - высокогорное озеро в Индонезии.
Примером такого «супервулкана», который даёт нам представление о масштабах реальных катастрофических событий, является извержение вуклана Тоба, которое произошло 69 000 - 77 000 лет назад и вызвало глобальные климатические изменения. Считается, что это извержение, оценённое в 8 баллов по шкале вулканических извержений, стало самым мощным на Земле за последние 25 миллионов лет. Согласно теории катастрофического извержения вулкана Тоба, которую поддерживают многие археологи и антропологи, численность людей, живших тогда на планете, сильно сократилась и это привело к появлению эффекта «бутылочного горлышка», то есть к резкому сокращению генофонда популяции людей, которые сейчас гораздо более генетически похожи, нежели шимпанзе из двух стай, кочующих в лесах экваториального Конго.
Максимальная глубина озера Тоба, которое образовалось в результате заполнения кальдеры потухшего вулкана, составляет сейчас 505 метров. Тоба является самым большим озером в Индонезии и крупнейшим вулканическим озером в мире. Однако, согласно последним геологическим изысканиям, магматическая камера или плюм самого вулкана, которая и послужила причиной суперизвержения, находилась гораздо глубже - на глубине в 1000-2000 метров от поверхности.
Сравнение извержений различных вулканов - Пинатубо, Йеллоустон, Тоба.
Мощности извержений супервулканов громадны и превосходят самые мощные землетрясения ещё на 3-5 порядков. Так, крупнейшее историческое извержение вулкана Тамбор, произошедшее в 1815 году и, судя по всему, вызвавшее 1816 «год без лета», имело энергию около 1027 эрг, а сама Тоба ещё как минимум в десять раз превзошла Тамбор, взорвавшись с энергией в 1028 эрг. Эти значения высвобождаемой энергии, пожалуй, наиболее значительны для всей литосферы - дальше уже просто не выдерживает приложенного давления чехол осадочных пород, который сдерживает энергию супервулкана.
На сегодняшний день самый известный спящий супервулкан на территории «вероятного противника» - это так называемая Йеллоустонская кальдера, расположенная в американском штате Вайоминг.
Руины кратера Йеллоустонского супервулкана были обнаружены лишь в 1960-е годы, по спутниковым снимкам, в отличии от Тобы на поверхности супервулкан не образовал даже заметной кальдеры. Оказалось, что под кратером до наших дней сохраняется громадный пузырь магмы, верхняя граница камеры которого расположена гораздо глубже плюма Тобы, на глубине более 8000 метров. Питание для вулкана Йеллоустон обеспечивает гигантский плюм - вертикальный поток твёрдой мантийной породы, раскалённый до 1600 °C. Ближе к поверхности Земли часть плюма расплавляется в магму, что приводит к образованию гейзеров и грязевых котлов. В разрезе плюм представляет собой 660-километровый столб с боковыми вздутиями, расширяющийся кверху в форме воронки. Два его верхних ответвления находятся непосредственно под территорией национального парка, образуя магматическую камеру, с глубиной в 8-16 км ниже поверхности Земли. На протяжении миллионов лет Северо-Американская континентальная плита сдвигалась относительно плюма, а он раз за разом «прожигал» новые кальдеры, вызывая очередные извержения Йеллоустоуна.
Цепочка последовательных кальдер супервулкана Йеллоустон. Красным цветом указана современная кальдера.
На фоне глубины в 8000-16000 метров, характерной для плюма Йеллоустона, возможности даже сверхмощной «Царь-бомбы» выглядят достаточно скромными. Поэтому, извержение масштабов Тамбора, Йеллоустона или Тобы всегда происходят по своему «расписанию», который определяется огромной энергией, запасённой в раскалённом плюме и услилия со стороны людей никак не могут повлиять на данное расписание. Так, например, после последнего масштабного извержения Йеллоустонской кальдеры прошло уже около 640 000 лет назад, а вероятность гигантского извержения в современный период оценивается учёными как 0,00014% в год. Данное исчисление базируется на двух временных интервалах между тремя известными гигантскими извержениями Йеллоустона (2,1 млн. лет, 1,27 млн. лет и 640 000 лет), но сами ученые считают, что подобные геологические процессы не являются регулярными и предсказать их с достаточной степенью вероятности практически невозможно.
Сюжет «ядерного цунами», которое должно было бы смыть прибрежные американские города, также восходит к эпохе Холодной войны. В 1952 году молодой ещё тогда Андрей Сахаров предложил вооружить первую советскую атомную подводную лодку проекта 627 огромным аппаратом калибра 1550 мм для суперторпеды Т-15 с термоядерным зарядом. Пусковой аппарат «мегаторпеды» занимал бы все носовые отсеки подводной лодки, вплоть до рубки. Суперторпеда по плану должна была нести термоядерную боевую часть мощностью до 100 Мт, что вдвое превосходило бы мощность реально испытанной «Царь-бомбы». Взрыв такой торпеды возле восточного побережья США, по замыслу Сахарова, привел бы к образованию гигантского цунами и вмиг уничтожил бы не только береговые военно-морские базы противника, но и все, что находилось невдалеке от берега, включая такие крупные города, как Нью-Йорк, Филадельфия и Бостон.
Проект атомной подлодки проекта 627 с атомной «царь-торпедой» на борту
Вскоре прототип торпеды Т-15, правда без термоядерного заряда, который ещё надо было создать, продемонстрировали высшему командованию флота. Однако советские адмиралы проект забраковали. Из воспоминаний Андрея Сахарова мы знаем и мотивацию этого запрета: «Одним из первых, с кем я обсуждал этот проект, был контр-адмирал Фомин. Он был шокирован «людоедским характером» проекта и заметил, что военные моряки привыкли бороться с вооруженным противником в открытом бою…»
Но основным аргументом стало мнение гидрографов и океанологов. Они дали заключение, что рельеф дна у восточного побережья США существенно ослабит энергию волны-цунами. Побережье Мексиканского залива, равно как и тихоокеанское побережье США, тогда вообще не рассматривалось.
Но недавняя трагедия в Новом Орлеане, связанная с ураганами «Катрина» и «Рита», как и масса трансокеанских цунами, потрясающих год от года «огненное кольцо» вокруг Тихого Океана, показывают, что советские ученые сильно сузили горизонт оценки или, скорее всего, уступили давлению командования советского ВМФ.
В любом случае, проект весьма реальной торпеды Т-15 и 100 Мт ядерного боеприпаса, который мог бы высвободить громадную энергию в 1023 эрг, сравнимую с энергией 7 балльного землетрясения так и остался лишь смелым и страшным проектом родом из 1950-х годов. Начатый при Сталине, уже при Хрущёве он был полностью остановлен - и будущая атомная подводная лодка проекта 627 получила обычное торпедное вооружение калибра 533-мм и гораздо более скромные, мегатонные заряды для своих смертоносных торпед.
Тектоническое оружие, использующее силы природы для нанесения ущерба противнику, пока что осталось лишь на бумаге - как в силу трудностей его применения, так и благодаря гуманности СССР.