Важно определить, сколько образуется при ядерных пожарах аэрозольных частиц, ведь от их количества зависят оптические свойства атмосферы, или, другими словами, какая часть солнечного излучения будет рассеяна, какая будет поглощена, а какая все же достигнет поверхности Земли. Специалисты рассчитали, что в результате городских пожаров образуется 52 % аэрозольных частиц. Как уже говорилось, в городах сосредоточена большая масса горючих веществ (около 10 г на каждый квадратный сантиметр). При огненных штормах образуется около 7 % аэрозольных частиц. При лесных пожарах в первые 10 дней образуется 34 % аэрозольных частиц, а в последующий месяц — 7 %. Считается, что в лесу горючего вещества примерно в пять раз меньше, чем в центре современного среднего города. Цифры выглядят примерно так. Если в городах сгорит 1,9 г/см² горючего вещества, в лесах — 0,5 г/см² (на площади пятьсот тысяч квадратных километров), а общее количество дыма составит 2,25 × 10⁸ тонн, то из этого количества дыма примерно около 11 Мт (то есть 5 %) попадает в стратосферу. Одиннадцать миллионов тонн дымовых частиц в стратосфере не останутся незамеченными. Надо помнить, какова там плотность воздуха. Если говорить на обыденном языке, то воздуха там настолько мало, что можно сказать, что его там вообще нет. Если говорить на научном языке, то в стратосфере имеются условия глубокого вакуума, которые нельзя получить с помощью самых лучших в мире вакуумных лабораторных установок. Одиннадцать миллионов тонн инородных частиц в этом вакууме заставят лучи солнечного света изменить направление. Специалисты говорят, что при этом сильно увеличивается оптическая плотность атмосферы.

Недостаточно знать, сколько дымовых частиц будет заброшено в стратосферу. Надо знать и время жизни дымовых частиц в стратосфере. Дым — это совокупность, коллектив, ансамбль частиц. Поэтому изучать его жизнь можно, используя законы поведения аэрозольных частиц. А эти законы достаточно хорошо изучены. По этим законам время жизни дымовых частиц в нижней тропосфере составляет несколько дней (около недели). После этого времени частицы дыма вымываются осадками и оказываются на поверхности Земли. Если частицы дыма оказались выше, в средней тропосфере, то у них есть шансы продержаться до двух недель, поскольку плотность воздуха там значительно меньше. В верхней тропосфере (ниже 11 км) дымовые частицы живут около месяца. Для тех дымовых частиц, которые оказались в стратосфере и размеры их оптимальные (меньше одного микрометра и больше одной десятой микрометра), то они проживут там многие месяцы. Не исключено, что время их жизни превысит даже год.

Важно и то, в течение какого времени дым поступает в атмосферу. Без всяких ядерных взрывов, в мирное время все человечество выбрасывает в атмосферу в течение года около 200 Мт дымовых частиц. От ядерных пожаров поступит примерно столько же, но это произойдет за короткое время, а не за год. В этом вся разница. Когда в мирное время забрасывают одни дымовые частицы, то те, которые попали туда раньше, возвращаются на поверхность Земли. Если всю эту массу дымовых частиц (200 Мт) забросить сразу, то их воздействие на оптические свойства атмосферы будут катастрофическими. Конечно, разница между мирным и ядер-ным дымом не только количественная. Мирный дым имеет низкую интенсивность горения. Поэтому его большая часть сосредотачивается в пограничном слое атмосферы, то есть ниже одного километра. А отсюда частицы дыма легко вымываются с осадками. Кроме того, мирный дым не сосредоточен в одном или нескольких местах. Ввод мирного дыма осуществляется одновременно в разных местах и более или менее равномерно в течение года. Значит, мирный дым нигде не накапливается в таких количествах, которые могут заметно повлиять на нагрев атмосферы. Значительная часть мирного дыма образуется при сжигании древесины в контролируемых условиях. Поэтому содержание элементарного углерода в частицах этого дыма невелико. Поэтому частицы мирного дыма живут не более 10 дней, а то и того меньше. Очень легко подсчитать, что при приведенных выше условиях в каждый момент времени в атмосфере находится около 5,5 Мт частиц дыма. Частицы такого дыма не очень сильно поглощают солнечное излучение.

При расчетах последствий ядерного конфликта ученые рассматривали разные варианты развития событий (разные сценарии). В большинстве сценариев исходили из того, что основной обмен ядерными ударами будет происходить только несколько дней. Ядерные пожары в городах, вероятно, будут продолжаться в течение суток. В первые несколько часов их интенсивность будет максимальной. Лесные пожары будут продолжаться в течение недели. Если действительно будет такой режим ввода дыма в атмосферу, в ней будет накапливаться значительное количество дыма даже при нормальной скорости выведения дымовых частиц из атмосферы.

Однако под действием ядерных взрывов условия в атмосфере существенно изменятся. Изменится режим атмосферных осадков. При нормальных условиях значительная часть осадков образуется в нижней части тропосферы. Но когда в верхнюю часть тропосферы будет введено большое количество дыма (половина всей массы дыма), то время жизни дымовых частиц существенно увеличится. И вообще при этом значительно уменьшится интенсивность влагооборота. Поэтому выведение дымовых частиц осадками станет менее эффективным, поскольку самих осадков будет меньше и они из-за изменения теплового режима тропосферы будут формироваться в более низких слоях тропосферы, а не там, где надо вымывать дым. Количество осадков уменьшится не только потому, что дымовой воздух в верхней тропосфере нагреется из-за поглощения солнечной энергии частицами дыма. Количество осадков уменьшится и по другой причине — образование капель замедлится, поскольку их начнет образовываться значительно больше, но процесс образования капель сильно замедлится. И результат будет отрицательным — осадков будет меньше. Почему замедлится процесс образования капель? Да потому, что резко увеличится концентрация аэрозольных частиц в воздухе после задымления атмосферы. Значит, увеличится число центров конденсации, поскольку каждая аэрозольная частица является потенциальным центром, на котором происходит конденсация водяного пара и так постепенно образуется капля воды. Центров конденсации становится больше, а водяного пара на всех не хватает, поскольку относительная влажность атмосферы не только не растет, а даже уменьшается. Поэтому капли растут медленно, осадки образуются замедленно. А относительная влажность воздуха уменьшается потому, что температура воздуха растет. В этих условиях водяные капли растут медленно. Они вообще могут не дорасти до кондиции, чтобы выпасть каплями дождя. Действительно, что в избытке, то плохо.

Дымовые частицы разных размеров по-разному влияют на распространение и поглощение солнечного излучения. Об этом уже говорилось. Поэтому специалисты очень скрупулезно изучают, каких частиц, с какими массами и размерами в образовавшемся дымовом облаке больше, а каких меньше. Собственно, надо знать полное распределение частиц по размерам и по массам. Тогда можно говорить о времени их жизни (если известна высота их нахождения), также об оптических свойствах ансамбля таких дымовых частиц.

Было установлено, что для деловой древесины содержание сажи (элементарного углерода) достигает 8 — 30 %. Количество сажи, образующейся при горении пластика и резины, составляет примерно 90 % их массы и даже больше. А сажа состоит из частиц, которые являются самыми долгоживущими.

Количество дымовых частиц изменяется не только потому, что некоторые из них вымываются осадками. Количество дымовых частиц уменьшается и потому, что, оказавшись в тропосфере и стратосфере, они слипаются друг с другом. Этот процесс называется коагуляцией. При этом масса всех частиц не меняется, поскольку частицы просто укрупняются, но резко падает их абсолютное количество. Это падение действительно стремительное. Уже после нескольких часов число дымовых частиц в дымовом облаке не превышает 10^-5 см³, тогда как примерно через неделю их становится в десять раз меньше (но зато оставшиеся в десять раз крупнее). Однако этот процесс слияния частиц проходит только в самое первое время после образования дымового облака. Для того, чтобы такое слипание происходило, надо, чтобы частицы достаточно часто сталкивались друг с другом, то есть надо, чтобы их концентрация была большой. Начальная концентрация дыма действительно большая. Так, начальная концентрация дыма вблизи интенсивного огня составляет 10^-6 см³ для городских и контролируемых пожаров. Для лесных пожаров она равна 10^-5 см³. Но с течением времени дымовое облако поднимается и соответственно расширяется. Поэтому плотность частиц дыма уменьшается. Процесс слипания частиц замедляется (скорость слипания пропорциональна квадрату концентрации частиц). Примерно через полчаса частицы распределяются по размерам. В дальнейшем это состояние сохраняется почти неизменным.