Een team van onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) heeft ontdekt dat de wereldwijde klimaatgevolgen van een regionale uitwisseling van kernwapens kunnen variëren van een minimale impact tot meer significante afkoeling die jaren aanhoudt.

De vijf LLNL-wetenschappers onderzochten het potentieel voor wereldwijde klimaatveranderingen door grote stadsbranden die zijn ontstoken in een hypothetische regionale nucleaire uitwisseling van 100 15-kiloton kernwapens tussen India en Pakistan.

Dit scenario, die in verschillende andere recente onderzoeken is onderzocht, werd voor het eerst geëvalueerd door Lab-wetenschappers met behulp van twee high-fidelity-modellen en hield rekening met nieuwe factoren.

"Een van de nieuwe aspecten van ons werk is dat we hebben gekeken naar de afhankelijkheid van de klimaateffecten van verschillende hoeveelheden brandstof die beschikbaar zijn op de plaats van de ontploffing en de daaropvolgende brand, " zei LLNL werktuigbouwkundig ingenieur Katie Lundquist, de leider van de studie en een co-auteur van de paper van het team.

Het team heeft verschillende mogelijkheden overwogen voor het laden van brandstof op de plaats van de brand en de kenmerken van de pluim, zoals rooksamenstelling en aerosoleigenschappen, resulterend in een beter begrip van de modelgevoeligheid voor deze factoren.

De teampaper werd vorige week gepubliceerd in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek :Sferen, een publicatie van de American Geophysical Union.

Er wordt aangenomen dat als de ontploffing van meerdere kernwapens grote branden veroorzaakt, de rookemissie zou zonlicht kunnen blokkeren en het globale klimaat kunnen beïnvloeden.

In hun studie hebben de Livermore-wetenschappers simuleerden de wereldwijde klimaatimpact met behulp van nieuwe modellen voor het voorspellen van de door vuur aangedreven roetpluimen naar de top van de troposfeer en daarbuiten. Ze ontdekten dat wanneer rook van de branden in de lagere troposfeer blijft (die een hoogte heeft van ongeveer zes tot 11 mijl), het wordt snel verwijderd en de klimaatimpact is minimaal.

Echter, wanneer branden rook in de bovenste troposfeer of hoger injecteren, er wordt meer rook naar de stratosfeer getransporteerd (de laag van de troposfeer tot een hoogte van ongeveer 30 mijl), waar genoeg licht wordt geblokkeerd om globale oppervlaktekoeling te veroorzaken.

"Onze simulaties laten zien dat de rook van 100 gelijktijdige vuurstormen het zonlicht ongeveer vier jaar zou blokkeren, in plaats van de acht tot vijftien jaar die in andere modellen worden voorspeld, ' schreven de onderzoekers van Livermore.

Ze zijn van mening dat in dit geval het geblokkeerde zonlicht zou waarschijnlijk een wereldwijde gemiddelde piekkoeling van 1 tot 1,5 graden Kelvin veroorzaken gedurende ongeveer vier jaar, zei Lundquist.

Bij het bestuderen van de impact van de brandstofbelasting op het mondiale klimaat, het team ontdekte dat als er alleen branden waren in voorstedelijke gebieden, er zou weinig tot geen effect op het klimaat zijn. Omgekeerd, ze concludeerden dat branden in dichtbevolkte stedelijke gebieden een verkoeling kunnen veroorzaken die drie keer zo groot is als de impact van de uitbarsting van de vulkaan Mount Pinatubo in 1991 op de Filippijnen.

Individuele brandpluimen worden gemodelleerd met behulp van het Weather Research and Forecasting (WRF) -model en de klimaatrespons wordt voorspeld door de WRF-gesimuleerde zwarte koolstofemissies te injecteren in het Energy Exascale Earth System Model (E3SM).

Deze studie vertegenwoordigt de eerste keer dat het E3SM-systeem met hogere resolutie, ontwikkeld door het Department of Energy's (DOE) Office of Science, is toegepast om te kijken naar de klimaateffecten van een kernwapenuitwisseling.

Lee Glascoe, een andere co-auteur van het tijdschriftartikel en de leider van het National Atmospheric Release Advisory Center (NARAC) van het Lab, zei dat de tweejarige studie aantoonde dat er nog steeds veel onzekerheid bestaat over de wereldwijde klimaatimpact van een regionale kernwapenuitwisseling.

"Eerder onderzoek heeft geen uitsluitsel gegeven over wat de gevolgen zouden kunnen zijn voor het mondiale klimaat van een regionale kernwapenuitwisseling, Glascoe zei. "Dit document benadrukt dat veel gelokaliseerde processen, zoals brandstofdichtheid en brandintensiteit, zou kunnen leiden tot de wereldwijde resultaten."

Dit is ook de eerste keer, Glascoe merkte op, dat LLNL-wetenschappers van NARAC en het Klimaatprogramma hebben meegewerkt aan een wetenschappelijk onderzoek.

"Deze gezamenlijke inspanning heeft een betekenis. We combineerden lokale weergerelateerde evenementen, waarin NARAC gespecialiseerd is, met wereldwijde klimaatgedreven evenementen, dat is iets waarin het Klimaatprogramma is gespecialiseerd."

Naast Lundquist en Glascoe, andere auteurs van de artikelen zijn atmosferische wetenschapper Qi Tang; David Bader, de leider van het Klimaatprogramma; en Benjamin Wagman, een postdoc nu op staf bij Sandia National Laboratories in New Mexico.