חורף גרעיני

חורף גרעיני הוא מצב אקלים עולמי תאורטי הנחזה כתוצאה אפשרית של מלחמה גרעינית בקנה מידה גדול. הדעה הרווחת היא כי ניתן לגרום למזג אוויר קר מאוד על ידי פיצוץ מספר גדול של כלי נשק גרעיניים, במיוחד מעל מטרות מתלקחות כמו ערים, מה שיגרום לפליטת כמויות גדולות של עשן ואפר לסטרטוספירה של כדור הארץ. המונח מיושם גם כאחת מהתוצאות של פגיעת אסטרואיד או התפרצות-על געשית.

מנגנון משוער

כמויות גדולות של רסיסי חלקיקים שמפוזרות בתוך האטמוספירה יפחיתו באופן משמעותי את כמות אור השמש שמגיע לפני כדור הארץ, ועשויות להישאר באטמוספירה למשך חודשים ואף שנים. רוחות על קו המשווה בכיוון מדרום למזרח ישאו את האפר והאבק, וייצרו חגורה אחידה של חלקיקים המקיפה את חצי הכדור הצפוני בין קווי הרוחב 30° ו-60° (המטרות הראשיות של רוב תרחישי המלחמות הגרעיניות נמצאות כמעט בלעדית בטווח זה). ענני האבק יחסמו את רוב אור השמש, ויגרמו לטמפרטורה על פני הקרקע לצנוח באופן דרסטי.

היסטוריה

ב-1982, מהדורה מיוחדת של כתב העת אמביו הוקדשה להשלכות הסביבתיות האפשריות של מלחמה גרעינית; הוא כלל מאמר שנכתב בידי פול קרוצן וג'.בירקס על השפעות אטמוספיריות. הם העריכו מחדש ואישרו מחדש את ההשלכות עבור שכבת האוזון שצוינו בדוח של האקדמיה הלאומית למדעים משנת 1975 (עד 70% משכבת האוזון יהרסו) ומשכו תשומת לב בפעם הראשונה לאפשרות שכמויות גדולות של עשן ואבק יכולות להיווצר.

TTAPS (1983)‎

ב-1983 מחקר של ה-TTAPS (ראשי התיבות של שמות המשפחה של המחברים, ר.פ טורקו, או.ב טון, ט.פ אקרמן, ג'.ב פולאק וקארל סייגן) נטל על עצמו לבדוק באופן סיסטמי את ההשלכות האטמוספיריות; הם הושפעו חלקית לכתוב את המחקר על ידי ההצעות של דוקטור א.מ זלצברג (שבניגוד לכותבי ה-TTAPS, האמין שהאבק הראשוני שייזרק לאוויר יהיה האחראי הראשי לשינויים האקלימיים) ומאפקטי הקירור בעקבות סופות האבק של מאדים. על מנת לבצע חישוב של האפקט הם השתמשו במודל דו-ממדי מפושט מאוד של אטמוספירת כדור הארץ והניחו שהתנאים הנתונים בקו רוחב מסוים הם קבועים. המודל גם הניח ארץ מוצקה ושטוחה.

דו"ח WCRP (1986)‎

בשנת 1986 הארגון המטאורולוגי העולמי מינה את ג'.ס גוליסטין ונ.א פיליפס לסקור את המצב המדעי של הנושא. הם מצאו שמחקרים הניחו באופן כללי תרחיש שבו מחצית מכלי הנשק הגרעיניים בעולם ינוצלו, בעוצמה של 5000Mt בקירוב, הורסים 1,000 ערים בקירוב, ויוצרים כמויות גדולות של עשן פחמני. 
העשן שיווצר יהיה אטום ברובו לקרינה מהשמש אבל עביר לקרינה תת-אדומה, ובכך יקרר על ידי חסימת אור השמש אבל לא יגרום לחימום על ידי הגברת אפקט החממה. 
הצפיפות האופטית של העשן יכולה להיות גדולה מאוד. שריפות יער ממטרות לא-עירוניות עשויות להגדיל את תוצרי הרסיסים עוד יותר. אבק מהתפוצצויות הקרובות לקרקע נגד מטרות קשיחות תורם גם כן; כל פיצוץ שווה ערך ל-1 מגה-טון יכול לשחרר עד 5 מיליון טונות של אבק, אבל הרוב ייפול במהירות: אבק בגובה רב מוערך בטווח של 0.1-1 מיליון טון פר פיצוץ שווה ערך ל-1 מגה-טון. שריפה של נפט גולמי עשויה גם לתרום באופן משמעותי.
מודלים חד ממדיים של הולכת חום שנעשה בהם שימוש במחקרים אלה הפיקו טווח של תוצאות, עם שיעורי קירור של 15-42°C בטווח זמן של 14-35 ימים לאחר המלחמה, עם "קו בסיס" של 20°C בקירוב. חישובים יותר מתוחכמים התבססו על שימוש במודלים אקלימיים עולמיים תלת ממדיים (הדבר נחשב לפרימיטיבי בסטנדרטים של ימינו) ונתנו תוצאות דומות: הטמפרטורה תרד בשיעור של 20 עד 40°C, אבל באופן התלוי באזור.
כל החישובים מראים התחממות גדולה (עד 80°C) בקצה שכבת העשן בגובה של כ-10 קילומטרים; דבר זה מרמז על שינוי מבני במחזוריות ועל האפשרות של מעבר הענן לקווי רוחב נמוכים יותר ואל חצי הכדור הדרומי.
הדו"ח לא ניסה להשוות בין תמותת בני אדם מהקור שלאחר המלחמה לבין התמותה מהפיצוצים.

TTAPS (1990)‎

ב-1990, במסמך שכותרתו אקלים ועשן: אומדן של חורף גרעיני, TTAPS נתנו תיאור יותר מפורט של ההשפעות האטמוספיריות לטווח הקצר והארוך של מלחמה גרעינית באמצעות שימוש במודל תלת ממדי:
חודש 1 עד 3: 10% עד 25% מהפיח שנזרק מסולק מיידית על ידי משקעים, כאשר השאר מועבר על פני הגלובוס בפרק זמן של שבוע עד שבועיים. 
חישובים של הוועדה המדעית לענייני סביבה (SCOPE) להזרקת עשן בחודש יולי: ירידה של 22°C בקווי הרוחב המרכזיים. ירידה של 10°C באזורי אקלים לחים. הפחתה של 75% בכמויות הגשמים בקווי הרוחב המרכזיים. ירידה בעוצמת האור בין 10% בקווי רוחב דרומיים עד 90% באזורים שבהם הזרקת העשן חזקה.
חישובים של SCOPE להזרקת עשן בחורף: ירידה של 3 עד 4 מעלות צלזיוס. שנה עד שלוש שנים לאחר מכן: 25% עד 40% מהעשן מתייצב באטמוספירה. העשן יציב למשך שנה אחת בקירוב. טמפרטורת קרקע נמוכה במספר מעלות מתחת לנורמה. ירידה בטמפרטורת פני האוקיינוסים של 2 עד 6°C. התרוקנות של 50% משכבת האוזון שתגרום לעלייה של 200% בקרינת ה-UV שמגיעה לקרקע.

ויכוח מדעי

התקשורת דיווחה וביקרה בהרחבה את המחקר של TTAPS. הביקורות לא נתמכו על ידי מודלים אלטרנטיביים שנבדקו  . מחקרים שנערכו לאחרונה (2006) הוכיחו שעשן מסופות אש עירוניות במלחמה אזורית יגרום לקירור ארוך טווח של כדור הארץ אבל באופן פחות דרמטי מתרחיש החורף הגרעיני.
אחת מן ההנחות בתאוריות של היווצרות חורף גרעיני כתוצאה משריפות ענקיות (Large Area Fires), קרי שריפות הבוערות סימולטנית בשטחים רחבים של עשרות קמ"ר, היא כי זמינות החמצן במרכזן של שריפות כאלו היא נמוכה וכתוצאה מכך תגדל כמות החלקיקים הפחמניים שיפלטו לאטמוספירה ויחסמו את קרני השמש. מיכאל פורה וג'ק סרמק פיתחו שיטה להדמיה במודלים פיזיקאליים של שריפות ענק והראו באמצעות הדמיות כאלו כי ההנחה של חוסר חמצן בשריפות ענק היא שגויה. הדמיות אלו הראו כי האוויר החם הנוצר ליד הקרקע בשריפות ענק עולה כלפי מעלה בצורת פלומות חמות וביניהם ישנה תנועת כלפי הקרקע של אויר משכבות האוויר העליונות. תנועה דומה מתקיימת ליד הקרקע במצבים מטאורולוגיים שכיחים. עבודתם פורסמה בכנס הבינלאומי שנערך בטוקיו על הדמיה במודלים ביולי 1988.
1. Poreh, M. and J. E. Cermak, Scale Model Simulation of Large Area Fire Plumes. Proceedings International Symposium on Scale Modeling, Tokyo, Japan July, 1988.

המחקר משנת 2006 על התוצאות של מלחמה גרעינית אזורית

מחקר שהוצג בכנס השנתי של האיגוד האמריקני לגיאופיזיקה בדצמבר 2006 מצא שאפילו מלחמה גרעינית אזורית בקנה מידה קטן, יכולה לגרום אבידות ישירות כמו שהיו במלחמת העולם ה-2 ולהפריע לאקלים העולמי למשך עשור או יותר. כאשר התרחיש הוא של עימות גרעיני אזורי היכן ששתי אומות הנלחמות זו בזו באזורים סובטרופיים יעשו שימוש בכלי נשק גרעיניים בעלי עוצמה הגבוהה פי 50 מהפצצה שהוטלה על העיר הירושימה (כלומר, 15 קילוטון כל אחד) על מרכזים מאוכלסים ראשיים, החוקרים העריכו שיהיו אבידות של 2.6 מיליון עד 16.7 מיליון לכל מדינה.
כמו כן, עד חמישה מיליון טונות של פיח ישתחררו, שיגרום לקירור של מספר מעלות מעל אזורים גדולים של אמריקה הצפונית ואירואסיה, כולל אזורי גידול התבואה. הקירור יתמשך על פני מספר שנים ועשוי להיות "קטסטרופי" לפי החוקרים.

בארות הנפט של כווית במלחמת המפרץ

השריפה של 526 בארות נפט כוויתיות במהלך מלחמת המפרץ הראתה את התוצאות של פליטות רחבות של חומר בצורת תרסיס לתוך האטמוספירה באזור גאוגרפי מוגבל; מודל חישובי מאולץ שנבדק בדיוק מתחת לתמרת העשן הראה שהטמפרטורה בזמן שיש אור יום עשויה לרדת עד 10 מעלות צלזיוס במרחק של 200 קילומטרים מהמקור.
פרופסור קרל סייגן מאוניברסיטת קורנל, ממחקר ה-TTAPS, ניבא בתוכנית הלילה של רשת ABC שהעשן משריפות הנפט יכול לגרום לאסון אקולוגי עולמי של עננים שחורים שתוצאתם היא קירור גלובלי. פרד סינגר, פיזיקאי לשעבר] שהתמחה במדעי האטמוספירה והמומחה לשינויים אקלימיים, פטר את הנבואה של סייגן כשטויות, וחזה שהעשן יתפזר בתוך ימים ספורים. בספרו עולם רדוף שדים, סייגן נתן רשימה של טעויות שהוא עשה (כולל תחזיותיו על התוצאות שריפת בארות הנפט בכווית) כדוגמה של איך המדע הוא תהליך הכרוך בלמידה.

בתרבות הפופולרית


יצירות רבות עוסקות במלחמות, שואה גרעינית או אסונות טבע (לדוגמה: List of nuclear holocaust fiction) וחלקן תיארו מציאות או התייחסו לאיום של חורף גרעיני. בתחום הקולנוע ניתן לציין את מטריקס (כאשר ההתרחשות מתוארת באנימטריקס) ושליחות קטלנית 2: יום הדין. בתחום המוזיקה ניתן לציין את Rust in Peace של מגאדת'.