АПОКАЛ�ПС�С-2010?

Юрий МАГАРШАК, физик, Евгений ЛЕВ�Ч, физик

Авария в Мексиканском заливе может спровоцировать нефтяное и огненное торнадо

Во всем мире популярны будоражащие душу триллеры: апокалипсический Independence Day, постапокалипсический Planet of Apes и им подобные. Однако апокалипсис, который может разразиться в странах, примыкающих к Мексиканскому заливу, в этом году может затмить любую фантазию.

Опишем сценарий возможного апокалипсиса на части густонаселенной земной поверхности (по сравнению с которым последний день Помпеи — малозначительная местная катастрофа) реалистично и беспристрастно. Оценив опасности по возможности объективно.

Растущее в результате аварии на нефтяной платформе компании "Бритиш петролеум" пятно находится в районе, в котором осенью ежегодно возникают торнадо. Что будет, если сформировавшийся торнадо пройдет по зоне, где разлита нефть? Здравый смысл подсказывает, что результат может быть катастрофичным и даже апокалипсичным.

Прежде всего гигантские объемы нефти с поверхности (в масштабах десятков тысяч тонн) будут всосаны воронкой и подняты столбом вихря высотой пять километров и более. Мощь всасывания очень значительна: известно, что попавшие в торнадо парусники поднимало и "приводняло" (в случаях, когда экипаж уцелел) далеко от первоначального места. Смесь воды с нефтью может держаться в воронке достаточно долго, чтобы спустя дни или часы попасть на сушу и излиться по всему пути прохождения торнадо. Таким образом, "засоренными" нефтью (от которой придется очищать каждый метр) могут оказаться пространства в сотни квадратных километров или намного более.

В дополнение к сказанному вспомним, что коэффициент теплопроводности нефти в разы меньше, чем теплопроводность воды. Это означает, что нефтяное пятно будет нагрето больше, чем воды Карибского моря, тепло которых, как известно, подпитывает торнадо и, стало быть, увеличит мощность вихря еще более. Кроме того, торнадо "притягиваются" к более нагретым участкам поверхности океана. Стало быть, вероятность того, что смерч пройдет по нефтяному пятну, дополнительно увеличивается. После чего десятки или сотни тысяч тонн нефти выльются на примыкающую к побережью сушу (цифры вполне реалистичные; для сопоставления вспомним, что грозовое облако может содержать и удерживать в течение долгого времени сотни тысяч тонн воды, извергающейся на землю в виде дождя).

Если вспомнить, что так называемый "смерч трех штатов" (Tristate tornado) 18 марта 1925 года прошел через Миссури, �ллинойс и �ндиану, проделав путь в 350 км за 3,5 часа с диаметром воронки порядка километра, последствия нефтяного смерча могут стать ужасающими и в кратковременной, и долговременной перспективах. Так как нефть выльется на земную поверхность и покроет ее сплошным слоем. Как удалять эту нефть и сколько времени потребуется, чтобы она исчезла с поверхности естественным образом, при таком сценарии станет отдельной впервые в таком масштабе возникшей проблемой.
� это еще сравнительно оптимистичный сценарий. Апокалипсическое развитие событий начнется в том случае, если смесь нефти с водой и воздухом в вихре окажется воспламеняемой. Достаточно вспышки молнии, и вихрь превратится в огненный. Это тем более вероятно, что при скоростях в воронке и на периферии торнадо от 100 до 300 километров в час частицы нефти будут дробиться, перемешиваясь с воздухом и водой. Возможно ли, что такая смесь станет горючей, как в двигателе внутреннего сгорания? Очень хотелось бы сказать "нет". Но для такого оптимизма нет оснований, необходимы эксперименты и моделирование, чтобы дать однозначно отрицательный ответ. Если же огненный смерч пройдет, например, по Флориде или Новому Орлеану, то не надо приглашать режиссеров Голливуда, чтобы вообразить апокалипсические последствия, читатели легко могут представить их сами. Смерч (а возможно, и нефтяной ураган, захватывающий значительно большие территории, чем ротор торнадо) попросту сожжет все на своем пути. Образы апокалипсиса, какими их рисуют художники, кинематографисты и библейские пророки, в этих районах покажутся реалистическими.

Огненные смерчи с исследовательскими целями создавались искусственно начиная с 1960 года. В частности их генерировали в пустыне Сахара. В естественных условиях они могут возникнуть в результате извержения вулкана или большого пожара. В лесах Австралии огненные смерчи возникают регулярно. Моделирование огненных смерчей осуществляется рядом исследователей. Однако никто, кажется, не предполагал, что такое развитие событий может быть связано с нефтедобычей и образованием нефтяного пятна, не имитировал и не моделировал такой сценарий.

С точки зрения физики механизм образования огненного смерча примерно таков. Плотность воздуха над зоной возгорания уменьшается по причине нагрева. Его вытесняет холодный воздух, поступающий в образовавшуюся зону пониженного давления с границ пожара, в то время как горячий воздух поднимается над землей. Кислород подсасывается в систему, раздувая пожар все сильнее. Потоки воздуха генерируют спирали, поднимающиеся на несколько километров. Скорость в воронке достигает 100 и более км/ч, температура — 600 градусов. Огненный смерч прекращается только после того, как все в зоне его поражения сгорело или расплавилось.

Такой сценарий образования огненного смерча имел место, в частности, после интенсивной бомбардировки Гамбурга в 1943 году зажигательными бомбами британских ВВС. Температура в зоне огненного смерча достигла 600 градусов Цельсия. Все живое погибло, люди в бомбоубежищах задохнулись, кирпичи плавились, здания горели, как факелы, а затем рушились. Спасательные работы смогли начаться только через неделю — настолько раскаленным оказался район поражения.

Хотелось бы быть оптимистами. Укажем процессы, которые могут воспрепятствовать возникновению нефтяного торнадо и огненного торнадо. Немного успокаивает то, что нефть на поверхности воды препятствует конвекции воздуха и воды, что может ослабить проходящий по пятну ураган. Может быть, ураган вообще не пойдет на нефтяное пятно, "почувствовав" своей периферической частью отсутствие подпитывающей его конвекции вода-воздух, и "cвернет" на другой путь. Второй уменьшающий вероятность возникновения нефтяного или огненного торнадо фактор — нефть как surface active substance (SAS) уничтожает рябь и уменьшает поверхностную турбулентность морей и океанов.

Поверхность океана в значительной мере фрактальна, так же как и длина берега: известно что побережье Англии, измеряемое до микронов, стремится к бесконечности из за фрактального характера стыка воды и суши. То же с поверхностью океана, через которую происходит обмен кислородом, углекислым газом и парами воды с атмосферой. Нефть же в зоне бедствия образует сплошной слой, по которому проходят только волны большой длины, а рябь исчезает. Не исключено, что многократное уменьшение площади соприкосновения воздуха с нефтяным пятном по сравнению с поверхностью океана, имеющей ту же площадь, также ослабит торнадо. Наконец: до сих пор огненные смерчи возникали всегда, или почти всегда, над сушей. В торнадо (в случае его прохождения над нефтяным пятном в Мексиканском заливе) будет много воды и ее паров. Хотелось бы думать, что наличие воды и водяного пара сделает превращение торнадо в огненное невозможным.

Однако эти соображения являются не до конца утешительными. Например, вполне возможно, что, когда ураган подойдет к нефтяному пятну, он впитает в себя нефть (подняв на многокилометровую высоту) целиком, пробив ее слой, после чего взаимодействие с водой, находившейся под пятном, пойдет, как в обычном торнадо.

Загорание смеси воздуха с размельченными вихрем каплями нефти (так же как возможность загорания нефти в урагане, например, при соприкосновении с линиями электропередачи или открытым огнем) не представляется невозможным. Загорание нефти в смерче может многократно усилить и без того мощный вихрь (напомним, что торнадо ответственны за большую часть обмена воздушными массами на земле, и, стало быть, решающим образом влияют на климат). Кроме того, концентрация нефтяных паров над нефтяным пятном, простирающимся на многие километры, может являться дополнительным фактором, способствующим возгоранию торнадо. Совокупность механической энергии разрушения (как в обычном торнадо) с огневой всесжигающей мощью может создать условия для абсолютно катастрофических катаклизмов, если этот сценарий будет реализован.

Выводы из сказанного таковы. Угрозы нефтяного торнадо и огненного торнадо, которые могут возникнуть в осенний сезон, представляются вполне возможными. Хотелось бы считать их всего лишь будоражащими душу фантазиями. Однако сказать так и успокоиться — значит быть безответственными. Необходимо самое серьезное моделирование возможных сценариев, обсуждения на конференциях и симпозиумах профессионалами. В случае, если опасность будет признана реальной, необходимо обсуждать меры для предотвращения катастрофического (нефтяной торнадо) и апокалипсического (огненный торнадо) сценариев и приступить к подготовке реализации защитительных и превентивных мер. Ситуация в какой то мере сходна с той, когда после изобретения водородной бомбы физики-теоретики обсуждали, не подожжет ли взрыв весь водород в атмосфере. Тогда был дан отрицательный ответ. Очень хотелось бы, чтобы результаты исследований последствий катастрофы в Мексиканском заливе также показали, что возникновение нефтяного торнадо и огненного торнадо невозможно или хотя бы маловероятно.
� вот еще о чем хочется сказать в заключение. Одним из самых известных греческих мифов является история гекатонхейров, сторуких подземных великанов, вырвавшихся на землю. Только объединенные усилия богов и титанов на пределе возможностей позволили загнать их обратно и тщательно охранять, чтобы монстры опять не вырвались на поверхность и не разрушили все сущее на земле. Печально, что человечество оказалось настолько близоруким и безрассудным, что своими руками создает ситуацию, описанную в мифе о битве с гекатонхейрами. Вспомним, что мощность торнадо сопоставима с мощностью бомбы, сброшенной на Хиросиму, а разрушения от огненного торнадо и последствия для всего живого могут многократно превысить их. Человечество просто более не имеет права быть безответственным и беззаботным.
_______________________________

Вместо послесловия.
Мнения независимых экспертов:

Профессор Олег Фиговский, академик европейской академии наук, заведующий кафедрой зеленой химии ЮНЕСКО (�зраиль):
1. Я очень удивлен что на скважине в Мексиканском заливе не было системы автоматического запора, которая предусмотрена, в частности, законодательством Норвегии и существует на всех установленных в ее водах скважинах. В Америке это очевидное требование к компаниям, добывающим нефть на дне океана, почему-то было не введено в законодательство.
2 Смесь нефти с водой, которая образуется в торнадо и вращается со скоростью урагана, может воспламениться от молнии, которая пронзает торнадо насквозь и имеет разветвленную структуру, идеальную для поджега в объеме. Столь же опасны шаровые молнии, которые в зоне торнадо также могут образоваться.

3 Целесообразно при обнаружении огненного нефте-торнадо организовать его поджигание еще над морем, как можно дальше от берега. Последствия от выбросов в атмосферу и возможного взрыва несоизмеримы с катастрофическими последствиями прохождения огненного нефтяного торнадо по суше.

4 Указанные проблемы мало исследованы ввиду того, что огненных торнадо масштабов, которые могут возникнуть в результате разлива нефти в Мексиканском заливе, до сих пор не было. Предварительный качественный анализ показывает, что есть несколько возможных режимов развития огненного торнадо, энергия которого увеличивается при возгорании нефти в объеме смерча. Необходимо немедленно начать исследование данной проблемы, моделирование возможных сценариев и создание технологий, которые способны уменьшить или предотвратить апокалипсичный сценарий.

Владимир Фортов, академик РАН, директор Объединённого института высоких температур РАН (Российская Федерация):
Сценарий, описанный в статье Магаршака и Левича представляет интерес, пренебрегать возможностью его реализации в регионе, примыкающем к Мексиканскому заливу, не следует. С профессиональной точки зрения это сложная задача многопараметрического моделирования, которая должна тщательно анализироваться всеми методами, которые сейчас существуют в гидродинамике и химической физике горения и взрыва. Вначале надо понять насколько возникновение огненного нефтяного торнадо реально, а затем — насколько это опасно. В частности, каковы концентрационные пределы и физические условия воспламенения, сколько времени подожженная нефть будет гореть. Речь идет о параметрах инициирования процессов захвата нефти в торнадо и (если это произойдет) вероятности из зажигания, например молнией. Если вероятность этих процессов окажется не пренебрежимо мала необходимо перейти к исследованиям возможностей предотвращения катастрофического сценария Здесь целесообразны многодисциплинарные исследования Математический и экспериментальный аппарат для этого есть.