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核冬天

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核技術主題
蘇聯科學家於1983年提出的核冬天氣候變化模型：上圖為核冬天後的第40天，下圖則為第243天

核冬天假說（Nuclear winter）是一個關於全球氣候變化的理論，它預測了大規模核戰爭可能產生的氣候災難。核冬天理論認為使用大量的核武器，特別是對像城市這樣的易燃目標使用核武器，會讓大量的煙和煤煙進入地球的大氣層，這將可能導致非常寒冷的天氣。必須指出的是，核冬天是基於數據化模型的假設。然而，在最新的研究中，科學家更新了比上世紀更精確的計算模型，依然得出核冬天會對地球氣候造成毀滅性影響的結論[1][2][3]。

概述

核冬天，最初被稱為「核黃昏」（Nuclear Twilight），自20世紀80年代被視為一個科學概念，當時人們發現，早期預測火球產生的氮氧化物排放會破壞臭氧層的假設正在失去可信度。在這種背景下，火災煙塵的氣候效應成為核戰爭氣候效應的新焦點。在這些模型場景中，假設在城市、煉油廠和更多農村飛彈發射井上空形成含有不確定數量菸灰的各種菸灰雲。「核冬天」一詞是理察·P·圖爾科（英語：Richard P. Turco）於1983年創造的一個新詞，指的是為檢驗「核暮光」概念而創建的一維計算機模型。該模型預測，大量菸灰和煙霧將在空氣中停留數年，導致全球範圍內的氣溫嚴重下降。[4][5][6][7]

主張這一假設的主要氣候學家團隊對1991年科威特石油火災的影響做出的預測失敗後，十多年來沒有發表關於該主題的新論文。最近，由20世紀80年代的著名建模師組成的同一團隊再次開始發布計算機模型的輸出。這些新模型得出了與舊模型相同的一般結論，即點燃100場火災風暴，每場火災的強度與1945年在廣島觀察到的強度相當，可能會產生一個「小型」核冬天。這些大火將導致菸灰（特別是黑碳）注入地球平流層，產生反溫室效應，降低地球表面溫度。艾倫·羅伯克（英語：Alan Robock's）模型中降溫的嚴重程度表明，100場火災風暴的累積產物可能會使全球氣候降溫約1°C，從而在很大程度上消除未來大約兩三年內人為全球暖化的程度年。他的合作者模擬了其對全球糧食生產的影響，並預測將超過5Tg的煙塵注入平流層將導致持續數年的大規模糧食短缺。根據他們的模型，畜牧業畜牧業和水產食品生產將無法彌補幾乎所有國家作物產量的減少，而減少食物浪費等適應措施對增加可用熱量的影響有限。[8][9][10][11]

由於不需要引爆核裝置來引發大火，因此「核冬天」一詞有些用詞不當。關於該主題發表的大多數論文都指出，在沒有定性論證的情況下，核爆炸是模擬的風暴效應的原因。核冬天論文中唯一用計算機模擬的現象是風暴菸灰的氣候強迫劑，這是一種可以通過多種方式點燃和形成的產品。儘管很少討論，該假設的支持者表示，如果點燃100大規模的常規火災風暴，也會發生相同的「核冬天」效應。[12]

20世紀80年代創造該術語的計算機建模者最初的假設是，火災風暴的數量要大得多，達到數千次。據推測，這些可能是美蘇全面戰爭期間大規模使用反價值空爆核武器的結果。大量的火災風暴本身並未被建模，被認為是由於煙霧被輸入各種氣候模型而導致核冬季條件，嚴重降溫的深度持續長達十年之久。在此期間，美國、歐洲和中國核心農業區的夏季平均氣溫可能下降高達20°C ，而俄羅斯則高達35°C。這種冷卻是由於最初幾年到達地球表面的太陽輻射減少了99%，並在幾十年的過程中逐漸消失而產生的。[13][14]

在基本層面上，自從捕捉到高雲的照片證據以來，人們知道火暴可以將煙塵/氣膠注入平流層，但這些氣膠的壽命是一個主要未知數。獨立於繼續發表核冬天理論模型的團隊，2006年，海軍研究實驗室的邁克·弗洛姆通過實驗發現，每次自然發生的大規模野火風暴（比廣島觀察到的規模大得多）都可以產生輕微的「核冬季」的影響，持續時間短暫，大約一個月，地表溫度幾乎不可估量的下降，僅限於它們燃燒的半球。這有點類似於頻繁的火山噴發，將硫酸鹽注入平流層，從而產生輕微的、甚至可以忽略不計的火山冬季影響。[15][16][17]

一套基於衛星和飛機的火災風暴菸灰監測儀器處於嘗試準確確定這種煙霧的壽命、數量、噴射高度和光學特性的最前沿。有關所有這些特性的信息對於真正確定火風暴冷卻效應的持續時間和嚴重程度是必要的，獨立於核冬天計算機模型預測。[18][19][20][21]

目前，根據衛星跟蹤數據，平流層煙霧氣膠似乎在大約兩個月的時間內消散。是否存在進入新平流層條件的臨界點，在此時間範圍內氣膠不會被清除仍有待確定。[22]

機制

一架巡航約10公里的商用客機上拍攝的火積雨雲照片。2002年，各種傳感儀器僅在北美就檢測到了17起不同的火積雨雲事件。

核冬季情景假設核爆炸引發100場或更多城市的火災風暴並且風暴通過火積雨雲的運動將大量黑煙提升到對流層上層和平流層下層。在距離地球表面10-15公里的地方，吸收陽光可能會進一步加熱煙霧中的菸灰，將部分或全部菸灰提升到平流層，如果沒有空氣，煙霧可能會持續數年，雨水將把它洗掉。這種氣膠顆粒可以加熱平流層並阻止部分太陽光到達表面，導致表面溫度急劇下降。在這種情況下，地表氣溫將連續數月至數年與給定地區的冬季相同或更低。[23][24][25]

模擬的對流層和平流層高空之間熱菸灰的穩定逆溫層產生反溫室效應，在1988年的論文中。被Stephen Schneider等人稱為「煙圈」[26]

儘管在氣候模型中考慮城市火災風暴是很常見的，但這些不需要由核裝置點燃；更傳統的點火源可以代替火災風暴的火花。在前面提到的太陽加熱效應之前，菸灰的噴射高度是由火風暴燃料釋放能量的速率控制的，而不是初始核爆炸的大小。例如，投放在廣島的原子彈產生的蘑菇雲在幾分鐘內就達到了六公里的高度（對流層中部），然後因風而消散，而城市內的個別火災則花了近三個小時才形成大火， 產生火積雲，這種雲被認為已達到對流層上層高度，因為在其多個小時的燃燒過程中，火焰風暴釋放的能量估計是炸彈能量的1000倍。[27]

由於核爆炸的燃燒效應沒有表現出任何特別的特徵，據具有戰略轟炸經驗的人估計，由於該城市存在火災風暴危險，因此廣島產生的同樣的火災兇猛程度和建築物損壞將增加16倍。一架B-29轟炸機可以通過分布在城市上空的220架B-29轟炸機發射約1.2噸燃燒彈來製造千噸核彈。[28][29][30]

1945年德勒斯登和廣島的大火以及東京和長崎的大規模火災在短短幾個月內就發生了，而更強烈且採用傳統點燃方式的漢堡大火卻發生在1943年。儘管時間上有所不同，但火勢猛烈和燃燒面積不同，該假設的主要建模者指出這五場火災可能向平流層排放的煙霧相當於現代模型中討論的假設的100場核引發火災的百分之五。雖然人們相信，二戰時通過技術儀器可以檢測到100場火災風暴注入平流層的大量菸灰所造成的氣候變冷效應，但其中5%是無法檢測到的。[12]

氣膠去除時間

蘇格蘭洛赫卡倫升起的煙霧被覆蓋的自然低層暖空氣逆溫層所阻擋（2006）。

煙霧持續時間的確切時間尺度，以及煙霧到達平流層後對氣候影響的嚴重程度，取決於化學和物理去除過程。[6]

最重要的物理清除機制是「降雨」，無論是在「火災驅動的對流柱」階段，在火場附近產生「黑雨」，還是在對流羽流消散後的降雨，此時煙霧不再集中，因此「濕法去除」被認為是非常有效的。然而，在Robock2007年的研究中，對流層中的這些有效去除機制被避免了，其中太陽能加熱被建模為將菸灰快速提升到平流層，從火雲的白色水凝結中「去除」或分離出較暗的菸灰顆粒。

一旦進入平流層，影響菸灰顆粒停留時間尺度的物理去除機制是菸灰氣膠通過布朗運動與其他顆粒碰撞和凝結的速度，並從大氣中掉落 通過重力驅動的干沉積，以及「泳動效應」將凝結顆粒移動到大氣中較低水平所需的時間。無論是通過凝結還是泳動效應，一旦煙霧顆粒的氣膠處於較低的大氣水平，就可以開始播雲，從而允許降水通過濕沉降機制將煙霧氣膠從大氣中沖走。

影響去除的化學過程取決於大氣化學通過與臭氧和氮氧化物等氧化物質發生反應來氧化煙霧中碳質成分的能力，這兩種物質存在於大氣的各個層面，並且當空氣被加熱到高溫時也會以更高的濃度發生。[31][32]

氣膠停留時間的歷史數據，儘管是不同的氣膠混合物，在這種情況下是平流層硫氣膠和巨型火山噴發的火山灰，似乎在一到兩年的時間範圍內，然而氣膠-大氣相互作用仍然知之甚少。[33][34][35]

菸灰特性

膠具有廣泛的特性和複雜的形狀，因此很難確定其不斷變化的大氣光學深度值。據信，菸灰產生過程中存在的條件對其最終性能相當重要，在更有效的燃燒效率範圍內產生的菸灰幾乎被認為是「元素炭黑」，而在燃燒效率較低的一端產生的菸灰，存在大量部分燃燒/氧化的燃料。這些部分燃燒的「有機物」，正如它們所知，通常在常見的低強度野火中形成焦油球和棕色碳，並且還可以覆蓋更純淨的黑碳顆粒。 然而，由於最重要的菸灰是通過風暴的熱對流噴射到最高高度的菸灰（火災是由風暴力的空氣風助長的），因此估計在這些條件下大部分菸灰更多是氧化黑碳。[36][37][38][39]

結果

中央情報局從1984年義大利核戰爭國際研討會上獲得的圖表。它描述了蘇聯1983年以來核冬天3-D計算機模型研究的結果，儘管包含與早期西方模型類似的錯誤，但它是第一個3-D計算機模型。該圖顯示了模型對全球核交換後全球溫度變化的預測。上圖顯示40天後的效果，下圖是243天後的效果。合著者是核冬季建模先驅 Vladimir Alexandrov。Alexsandrov於1985年失蹤。截至2016 年，朋友Andrew Revkin仍在不斷猜測與他的工作有關的謀殺行為。

氣候影響

2006年12月美國地球物理聯盟年會上提出的一項研究發現，即使是小規模的區域性核戰爭也可能會破壞全球氣候十年或更長時間。在區域性核衝突情景中，亞熱帶的兩個對立國家將在主要人口中心各使用50枚廣島大小的核武器（每枚約15噸），研究人員估計將釋放多達500萬噸菸灰，這將導致北美和歐亞大陸大片地區（包括大部分糧食種植地區）降溫數度。降溫將持續數年，並且根據研究，可能是「災難性的」，擾亂農業生產和糧食採集，特別是在高緯度國家。[40][41][42][9]

臭氧耗竭

核爆炸會分解周圍的空氣，產生大量的氮氧化物，然後它們通過熱對流向上提升。當它們到達平流層時，這些氮氧化物能夠催化分解該大氣層中存在的臭氧。臭氧消耗將使來自太陽的有害紫外線輻射到達地面的強度要大得多。[43]

麥可·J·米爾斯等人2008年在《美國國家科學院院刊》上發表的一項研究發現，巴基斯坦和印度之間使用現有武庫進行核武器交換可能會造成近乎全球性的臭氧空洞，從而引發人類健康問題 並造成至少十年的環境破壞。這項計算機模型研究著眼於兩國之間的核戰爭，雙方各有50個廣島大小的核裝置，引發大規模城市火災，並將多達500萬噸菸灰噴射到平流層約80公里處。菸灰會吸收足夠的太陽輻射來加熱周圍的氣體，從而增加保護地球免受有害紫外線輻射的平流層臭氧層的破壞，在北部高緯度地區，臭氧損失高達70%。[25][44]

核夏天

「核夏天」是一種假設的情景，其中由於氣膠進入大氣層而導致陽光無法到達較低層或地表，造成核冬天減弱，由於二氧化碳而出現溫室效應，燃燒釋放的甲烷和核冬天期間凍結的屍體等有機物腐爛釋放的甲烷。[45][46]

另一種更連續的假設情景是，在1-3年內大部分氣膠沉降之後，冷卻效應將被溫室變暖的加熱效應所克服，這將使地表溫度迅速升高很多度，足以導致大部分（如果不是大部分的話）在寒冷中倖存下來的生命死亡，其中大部分更容易受到高於正常溫度的影響，而不是低於正常溫度的影響。核爆炸會因燃燒釋放二氧化碳和其他溫室氣體，隨後死亡有機物的腐爛會釋放出更多氣體。爆炸還會將氮氧化物帶入平流層，從而消耗地球周圍的臭氧層。[46]

核冬天可能會讓位於核夏天的假設還存在其他更直接的假設版本。核火球的高溫可以破壞平流層中部的臭氧氣體。[45]

歷史

早期工作

蘑菇雲高度與地表爆炸時爆炸當量的函數關係。如圖所示，至少需要百萬噸級的產量才能將灰塵/沉降物提升到平流層。臭氧在海拔約25公里處達到最大濃度。另一種進入平流層的方法是高空核爆炸，其中一個例子包括蘇聯1961年第 88 號試驗，10.5千噸，在22.7公里處引爆。美國高產高層大氣試驗還評估了柚木和橙子的臭氧破壞潛力。 0 = 商用飛機運行的大約高度 1 = 胖子 2 = 布拉沃城堡

1952年，在埃魯格拉布島進行炸彈試驗前幾周，人們擔心爆炸產生的氣膠可能會使地球冷卻。美國空軍的諾雷爾·盧勒吉少校和天文學家納塔拉揚·維斯瓦納坦研究了這種可能性，並在《超級武器對世界氣候的影響》中報告了他們的發現，超級武器的分布受到嚴格控制。該報告在國防威脅降低局2013年的一份報告中被描述為「核冬天」概念的初步研究。它表明爆炸引起的氣候變化的可能性不明顯。[47]

1957年關於核武器影響的報告描述了太平洋試驗場島嶼上多次高當量氫彈爆炸對民防的影響，例如1952年的常春藤邁克島和1954年的布拉沃城堡。該書中題為「核彈與天氣」的一節指出：「眾所周知，嚴重的火山噴發（例如 1883 年的喀拉喀托火山噴發）所產生的塵埃會導致到達地球的陽光明顯減少…… 即使是最大的核武器爆炸後，殘留在大氣中的(土壤或其他表面)碎片也可能不超過喀拉喀托火山噴發產生的碎片的百分之一左右。此外，太陽輻射記錄顯示，沒有任何核輻射 迄今為止的爆炸已經導致地面上記錄的直射陽光發生任何可檢測到的變化。」1956年，美國氣象局認為，可以想像，一場足夠大規模的核戰爭，其表面爆炸量達到百萬噸級，可能會掀起足夠多的土壤，造成新的冰河時代。[48][49]

1966年蘭德公司備忘錄《核戰爭對天氣和氣候的影響》主要分析了地表爆炸的潛在塵埃影響，指出「除了碎片的影響外，核爆炸引發的大範圍火災可能會改變該地區的表面特徵並改變當地的天氣模式……但是，需要對大氣有更全面的了解，以確定其確切的性質、範圍和強度。」

美國國家研究委員會1975年出版的《多重核武器爆炸對全球的長期影響》一書中指出，涉及現有武庫中4,000噸的核戰爭在平流層中沉積的灰塵可能比喀拉喀托火山少得多。火山爆發，判斷灰塵和氮氧化物的影響可能是輕微的氣候變冷，「可能處於正常的全球氣候變化範圍內，但不能排除更劇烈的氣候變化的可能性」。[50][51]

在1985年的報告《一次重大核交換對大氣的影響》中，核爆炸大氣影響委員會認為，對1公噸地表爆炸後注入平流層塵埃量的「合理」估計為0.3太克， 其中8%在微米範圍內。1992年，美國國家科學院 (NAS)的一份地球工程報告再次審視了土壤塵埃的潛在冷卻作用，該報告估計，平流層注入的土壤塵埃約為1010 千克，其顆粒尺寸需要0.1至1微米來緩解大氣中二氧化碳加倍造成的變暖，產生約2°C的冷卻。[52][53]

1969年，Paul Crutzen 發現氮氧化物可能是破壞臭氧層/平流層臭氧的有效催化劑。對20世紀70年代平流層飛行的超音速運輸飛機中發動機熱量產生的氮氧化物的潛在影響進行研究後，約翰·漢普森於1974年在《自然》雜誌上提出，由於核火球在大氣中產生氮氧化物， 大規模的核交換可能會導致臭氧層的消耗，可能使地球遭受紫外線輻射一年或更長時間。1975年，漢普森的假設「直接導致」美國國家研究委員會在《多重核武器爆炸的長期全球影響》一書中報告了核戰爭後臭氧消耗模型。[54][55]

在這本1975年NRC書中有關火球產生的NOx及其造成的臭氧層損失問題的部分中，NRC介紹了20世紀70年代初期到中期使用大量多核技術對核戰爭影響的模型計算。百萬噸級爆炸得出的結論是這可能會使北半球的臭氧水平降低50%或更多。[50]

然而，獨立於1975年NRC作品中提出的計算機模型，1973年《自然》雜誌上的一篇論文描述了大氣試驗期間全球平流層臭氧水平與核爆炸次數的疊加。作者的結論是，數據和模型都沒有顯示出歷史大氣測試中大約500公噸的量與臭氧濃度的增加或減少之間存在任何相關性。1976年，一項對影響臭氧層的早期大氣核試驗的實驗測量的研究也發現，在當時第一個令人震驚的模型計算之後，核爆炸對消耗臭氧層的影響是無罪的。同樣，1981年的一篇論文發現，一次測試中的臭氧破壞模型與所進行的物理測量不一致，因為沒有觀察到破壞。[56][57]

1945年至1971年間，總共約500公噸在大氣層中引爆，在1961年至1962年期間達到頂峰，當時美國和蘇聯在大氣層中引爆了340公噸。在此高峰期間，隨著兩國核試驗系列的百萬噸級爆炸，經過專門檢查，估計釋放了300 噸能量的總產量。因此，據信額外3×1034個一氧化氮分子（每公噸約5,000噸，每百萬噸5 × 109克）已進入平流層，而臭氧消耗量為 2.2%。1963年，下降早在1961年就開始了，據信是由其他氣象影響造成的。[58][59][60]

1982年，記者喬納森·謝爾在其頗受歡迎且頗具影響力的著作《地球的命運》中向公眾介紹了火球產生的氮氧化物會破壞臭氧層，導致農作物因太陽紫外線輻射而歉收，然後類似地描繪了命運 地球上的植物和水生生物正在滅絕。1982年，澳大利亞物理學家布萊恩·馬丁經常與約翰·漢普森通信，約翰·漢普森對氮氧化物生成的大部分研究負有重大責任，寫了一篇簡短的歷史概要，介紹了人們對氮氧化物影響的歷史感興趣。核火球直接產生的氮氧化物，在此過程中，還概述了漢普森的其他非主流觀點，特別是與任何廣泛使用的反彈道飛彈造成的高層大氣爆炸造成更大臭氧破壞有關的觀點系統。然而，馬丁最終得出的結論是，「在一場重大核戰爭的背景下」，臭氧退化不太可能引起嚴重關注。馬丁描述了關於潛在的臭氧損失以及由此導致的紫外線增加導致農作物廣泛破壞的觀點，正如喬納森·謝爾在《地球的命運》中所主張的那樣，這是極不可能的。[61][55]

最近關於NOx物質對臭氧層破壞潛力的最新描述遠低於之前通過簡單計算得出的假設，因為根據羅伯特·P·帕森的說法，據信每年會形成「約120萬噸」自然和人為產生的平流層NOx在20世紀90年代。[62]

科幻小說

第一個發表的關於氣候變冷可能是核戰爭的影響的建議似乎最初是由波爾·安德森和 F. N. 沃爾德羅普在他們的故事《明日之子》中提出，發表在《驚人的科幻小說》雜誌1947年3月。這個故事主要是關於一組科學家追捕突變體的故事，警告說，在最近的核戰爭後，塵埃阻擋了陽光，導致了「芬布爾冬天」，並推測它甚至可能引發新的冰河時代。安德森於1961年出版了一部部分基於這個故事的小說，名為《暮光世界》。1985年，T. G. Parsons指出，C. Anvil的小說《火炬》也出現在《驚人的科幻小說》雜誌上，但在1957年4月的版本中，包含了《正午的黃昏》/《核冬天》的精髓。「 假設。 在故事中，核彈頭點燃了油田，產生的菸灰「屏蔽了部分太陽輻射」，導致北美和蘇聯大部分人口的北極溫度升高。[63][64][65]

1980年代

1988年空軍地球物理實驗室出版物H. S.Muench等人對一場重大核戰爭的全球大氣影響的評估包含了1983年至1986年有關核冬天假說的主要報告的年表和回顧。報告得出了相似的結論，因為它們基於「相同的假設、相同的基本數據」，只有微小的模型代碼差異。 他們跳過了評估火災可能性和初始火羽的建模步驟，而是從已進入大氣的「空間均勻菸灰雲」開始建模過程。[66]

儘管創作了20世紀80年代最受歡迎的TTAPS模型的多學科團隊從未公開承認，但美國物理研究所在2011年表示，TTAPS團隊（以其參與者命名，他們之前都曾研究過火星上的沙塵暴現象）或在小行星撞擊事件領域：在1983年宣布他們的研究結果「有著促進國際軍備控制的明確目標」。然而，「計算機模型如此簡化，煙霧和其他氣膠的數據仍然很差，科學家們無法做出任何確定的判斷」。[67]

1981年，威廉·J·莫蘭開始在國家研究委員會討論和研究大規模核彈頭交換對空氣中土壤/灰塵的影響，因為他發現戰爭的灰塵影響可能與戰爭的灰塵影響相似。小行星產生的K-T邊界及其一年前由Luis Alvarez於1980年進行的流行分析。NRC的一個關於該主題的研究小組於1981年12月和1982年4月舉行會議，準備發布1985年出版的NRC的《重大核交換對大氣的影響》。[68]

作為核戰爭後對流層中氮氧化物和臭氧等氧化物質生成研究的一部分，由瑞典皇家科學院期刊於1980年發起，然而，他們發現，由於數量更多但能量較低的亞百萬噸級核彈頭的趨勢（通過提高洲際彈道飛彈彈頭精度而成為可能），臭氧層危險「不是很嚴重」。[69][70]

正是在面對這些結果之後，他們「偶然」想到了這個概念，作為核爆炸在各處引發大規模火災的「事後想法」，最重要的是，這些常規火災產生的煙霧隨後繼續吸收陽光，導致火災。地表溫度驟降。1982年初，兩人分發了一份文件草案，其中首次提出了核戰爭後可能發生的火災可能導致短期氣候變化的建議。同年晚些時候，Crutzen和Birks專門討論核戰爭可能造成的環境後果的 Ambio 特刊，題為「核戰爭後的氣氛：正午的黃昏」，並在很大程度上預見了核冬天假說。該論文研究了火災及其氣候影響，並討論了大火產生的顆粒物、氮氧化物、臭氧消耗以及核暮對農業的影響。Crutzen和Birks的計算表明，城市、森林和石油儲備的火災釋放到大氣中的煙霧顆粒可以阻止高達99%的陽光到達地球表面。他們說，這種黑暗可能「只要火還在燃燒」就存在，預計會持續很多周，其影響如下：「大氣層的正常動態和溫度結構......在很長一段時間內會發生很大變化。」 北半球的一小部分，這可能會導致陸地表面溫度和風力系統發生重大變化。」他們的工作的一個含義是，成功的核斬首襲擊可能會給肇事者帶來嚴重的氣候後果。[71]

在閱讀了N. P. Bochkov和E. I. Chazov 的論文，該論文與Crutzen和Birks的論文《中午的黃昏》發表在Ambio的同一版上，蘇聯大氣科學家Georgy Golitsyn將他對火星沙塵暴的研究應用於地球上的煙塵。這些有影響力的火星沙塵暴模型在核冬天研究中的使用始於1971年，當時蘇聯太空飛行器火星2號抵達這顆紅色星球並觀察到了全球塵埃雲。軌道儀器與1971年火星3號著陸器一起確定，這顆紅色行星表面的溫度比塵埃雲頂部的溫度低得多。 在這些觀察之後，戈利岑收到了天文學家卡爾·薩根的兩封電報，薩根在電報中要求戈利岑「探索對這一現象的理解和評估」。戈利岑回憶說，正是在這個時候，他「提出了一種理論來解釋火星塵埃如何形成以及它如何達到全球範圍。」

同年，Golitsyn研究所的員工開發了一個沙塵暴模型來描述火星上的冷卻現象。在閱讀了1982年瑞典一本專門討論假設的蘇聯和美國之間核戰爭影響的雜誌後，認為他的模型適用於菸灰。戈利岑將使用金茨堡的基本上未經修改的塵埃雲模型，將菸灰假設為模型中的氣膠，而不是土壤塵埃，並以與返回結果相同的方式計算火星大氣中的塵埃雲冷卻，即地球上方的雲 會被加熱，而下面的行星會急劇冷卻。戈利岑於1983年5月向安德羅波夫發起的蘇聯科學家保衛和平免受核威脅委員會提出了出版這個源於火星的地球模擬模型的意圖，戈利岑後來被任命為該組織的副主席。該委員會的成立是在蘇聯領導層的明確批准下進行的，其目的是「擴大與西方『核凍結』活動分子的受控接觸」。獲得該委員會的批准後，戈利岑於1983年9月在廣為閱讀的《俄羅斯科學院先驅報》上發表了第一個關於新生「核冬天」效應的計算機模型。

1982年10月31日，戈利岑和金斯伯格的模型和結果在華盛頓特區舉辦的「核戰爭後的世界」會議上提出。

戈利岑和薩根在關注「核冬天」之前的幾年裡一直對火星沙塵暴的冷卻感興趣。薩根還在20世紀50年代至1960年代參與了A119項目，其中他試圖模擬月球土壤羽流的運動和壽命。

1982年《正午黃昏》出版後，TTAPS團隊表示，他們開始對平流層中核戰爭/煙塵的大氣後果進行一維計算建模研究，儘管他們直到1983年12月下旬才在《科學》雜誌上發表論文。「核冬天」一詞是圖爾科在出版前創造的在這篇早期論文中，TTAPS使用基於假設的估計來估計大型核交換所產生的煙塵排放總量，並開始分析該量對大氣輻射平衡和溫度結構的後續影響 假設的煙霧。為了計算灰塵和煙霧的影響，他們採用了地球低層大氣（直至中層頂）的一維微物理/輻射傳輸模型，該模型僅定義了全球氣候擾動的垂直特徵。

然而在戈利岑9月發表論文之後，蘇聯對核戰爭對環境影響的興趣仍在繼續，弗拉基米爾·亞歷山德羅夫和 G. I. 斯滕奇科夫也在1983年12月發表了一篇關於氣候後果的論文，儘管與同時代的TTAPS論文相比，這篇論文 論文基於三維全球環流模型的模擬。理察·圖爾科和斯塔利·湯普森都對蘇聯的研究持批評態度。Turco 稱其為「原始」，Thompson稱其使用過時的美國計算機模型。後來他們撤銷了這些批評，轉而讚揚亞歷山德羅夫的開創性工作，稱蘇聯模式具有所有其他模式的弱點。[72]

1984年，世界氣象組織(WMO)審查科學狀況。由此產生的煙霧在很大程度上對太陽輻射是不透明的，但對紅外線是透明的，從而通過阻擋陽光來冷卻地球，但不會通過增強溫室效應來造成變暖。煙霧的光學深度可以比單一深度大得多。非城市目標引起的森林火災可能會進一步增加氣膠的產生。針對硬化目標的近地表爆炸產生的粉塵也會產生影響；每次百萬噸當量的爆炸可能釋放多達500萬噸灰塵，但大多數很快就會掉落；據估計，每百萬噸當量爆炸會產生0.1-100萬噸高空粉塵。原油燃燒也可能做出重大貢獻。[73]

這些研究中使用的一維輻射對流模型產生了一系列結果，戰後14至35天內降溫至15-42°C，「基線」約為20°C。使用GCM進行的更複雜的計算產生了類似的結果：溫度下降了約20°C，但存在地區差異。[74]

所有計算都顯示，煙層頂部約10公里處有大量加熱；這意味著那裡的環流發生了重大變化，雲層有可能平流進入低緯度地區和南半球。

1990年

在1990年題為「氣候與煙霧：核冬天的評估」的論文中，TTAPS 使用三維模型對核戰爭的短期和長期大氣影響進行了更詳細的描述：

最初一到三個月：

  • 注入的10-25%菸灰會立即通過降水去除，其餘的則在一到兩周內輸送到全球各地
  • 7月份煙霧噴射的 SCOPE 數據：

中緯度地區氣溫下降22°C， 潮濕氣候下溫度下降10°C， 中緯度地區降雨量減少75%

  • 低緯度地區光照水平降低 0%，高煙霧噴射區域光照水平降低90%

冬季煙霧噴射的範圍數據：溫度下降 3 至 4 °C 一到三年後：

  • 25-40%的注入煙霧在大氣中穩定 (NCAR)。煙霧穩定了大約一年。
  • 陸地溫度比正常水平低幾度
  • 海洋表面溫度在2至6°C之間
  • 臭氧消耗50%導致入射到表面的紫外線輻射增加200%。

第一次海灣戰爭中的科威特油井

科威特的石油火災不僅限於燃燒的油井（背景中可以看到其中之一），而且前景中看到的燃燒的「油湖」也產生了煙羽，尤其是其中最黑/最黑的煙羽。
1991年4月7日科威特幾起石油火災產生的煙羽。1991年2月15日至5月30日期間600多起火災的綜合煙羽的最大假定範圍是可用的。在所有火災中，只有大約10%（主要與源自「油湖」的火災相對應）產生純黑色菸灰填充羽流，25%的火災發出白色至灰色羽流，而其餘火災則發出灰色和黑色之間顏色的羽流。
這張英國南部的衛星照片顯示了2005年邦斯菲爾德火災產生的黑煙，該火災和爆炸涉及約2.5億升化石燃料。 可以看到羽流從倒「V」形頂點的爆炸現場以兩條主要氣流擴散。當火被撲滅時，煙霧已經到達英吉利海峽。橙色點是一個標記，而不是實際的火災。儘管煙羽來自單一來源，而且規模比1991年科威特單個油井火災煙羽還要大，但邦斯菲爾德煙雲仍然處於平流層之外。

TTAPS1990年論文的主要成果之一是重申該團隊1983年的模型，即100起煉油廠火災就足以帶來小規模但仍然對全球有害的核冬天。[75]

繼伊拉克入侵科威特並威脅點燃該國約800口油井之後，1990年11月在日內瓦舉行的世界氣候會議上提出了對此累積氣候影響的猜測，從核冬天類型的情景到重酸。降雨甚至短期內的全球暖化。[76]

1991年1月，在《威爾明頓晨星報》和《巴爾的摩太陽報》上發表的文章中，核冬天論文的著名作者——理察·P·圖爾科、約翰·W·伯克斯、卡爾·薩根、艾倫·羅伯克和保羅·克魯岑——集體表示，他們預計會發生災難性的核災難。由於伊拉克人威脅要點燃300至500口加壓油井，這些油井隨後可能會燃燒數月，因此會造成類似冬季的影響，以及大陸規模的低於冰點溫度的影響。[77][78]

由於受到威脅，這些油井於1991年3月被撤退的伊拉克放火焚燒，直到1991年11月6日，即戰爭結束八個月後，大約600口燃燒的油井才被完全撲滅，據估計，在最高強度時每天有600萬桶石油。[79]

1991年1月，沙漠風暴行動開始時，恰逢最初幾起石油火災，S. Fred Singer 博士和卡爾·薩根在ABC新聞節目《夜線》中討論了科威特石油火災可能對環境造成的影響。薩根再次指出，煙霧的某些影響可能類似於核冬天的影響，煙霧從科威特海拔約48,000英尺（15,000米）處開始進入平流層，從而造成全球影響。他還認為，他相信淨效應與1815年印度尼西亞坦博拉火山爆發非常相似，導致1816年被稱為「無夏之年」。

薩根列出的模型結果預測影響會延伸到南亞，或許還會延伸到北半球。 薩根強調這一結果的可能性非常大，「它應該會影響戰爭計劃。」。另一方面，辛格預計煙霧將達到約 3,000 英尺的高度，然後在 大約三到五天，從而限制了煙霧的壽命。辛格和薩根所做的兩個高度估計都被證明是錯誤的，儘管辛格的敘述更接近所發生的情況，相對較小的大氣影響仍然僅限於波斯灣地區，煙羽一般來說大約10,000英尺（3,000m），少數高達20,000英尺（6,100m）。[80][81]

薩根和他的同事預計，當黑煙吸收太陽的熱輻射時，會發生「自我升起」，幾乎不會發生清除作用，從而黑色的菸灰顆粒會被太陽加熱並升起/升起更高的高度。並進入更高的空氣中，從而將菸灰注入平流層，他們認為在這個位置，這種菸灰氣膠的防曬效果需要數年時間才能從空氣中消失，隨之而來的是災難性的地面冷卻和 對亞洲乃至整個北半球的農業影響。在1992年的後續行動中，彼得·霍布斯和其他人沒有觀察到任何明顯的證據來證明核冬天團隊預測的大規模「自升起」效應，並且石油火災煙霧雲中含有的核冬天建模團隊假設的要少。[77][82]

國家科學基金會負責研究科威特大火對大氣影響的大氣科學家彼得·霍布斯表示，大火的影響不大，表明「一些數字（用於支持核冬天假說）……可能有點小」。 過分誇大了。」[83]

霍布斯發現，在火災最嚴重時，煙霧吸收了75%至80% 的太陽輻射。這些顆粒最高上升到20,000英尺（6,100m），當與雲的清除相結合時，煙霧在大氣中的停留時間很短，最多幾天。[84]

因此，戰前關於大規模、持久和重大全球環境影響的主張並未得到證實，並且被發現被媒體和投機者嚴重誇大，那些不支持核冬天假說的人提出的氣候模型，火災發生時間僅預測更局部的影響，例如距火源200公里範圍內白天氣溫下降約10°C。[85][86]

薩根後來在他的《惡魔出沒的世界》一書中承認，他的預測顯然並不正確：「中午漆黑一片，波斯灣上空氣溫下降了4-6°C，但沒有太多煙霧達到平流層高度，亞洲倖免於難。」[87]

油井和石油儲備煙霧湧入平流層是核冬天煙塵的主要貢獻者的想法是早期氣候學論文中關於該假設的核心思想。人們認為它們比城市煙霧更有可能造成影響，因為石油煙霧中黑菸灰的比例更高，因此吸收了更多的陽光。霍布斯比較了論文假設的「排放因子」或點燃油池的菸灰產生效率，發現與最大的菸灰產生國科威特油池的測量值相比，核冬天計算中假設的菸灰排放量為 仍然「太高」。科威特石油火災的結果與促進核冬天的核心科學家的意見相左，20世紀90年代的核冬天論文普遍試圖與油井和儲備煙霧將到達平流層的說法保持距離。[84]

2007年，一項核冬天研究指出，現代計算機模型已應用於科威特石油火災，發現單個煙羽無法將煙霧釋放到平流層，但火災產生的煙霧覆蓋大面積，就像一些 森林火災可以將煙霧提升到平流層，最近的證據表明這種情況發生的頻率比以前想像的要高得多。該研究還表明，預計在核打擊後燃燒相對較小的城市也會將大量煙霧釋放到平流層：[88][89]

斯滕奇科夫等人利用 RAMS 區域氣候模型進行了詳細、高解析度的煙羽模擬並表明單個煙羽，例如來自科威特石油的煙羽1991年的火災預計不會進入高層大氣或平流層，因為它們被稀釋了。然而，更大的羽流（例如城市火災產生的羽流）會產生巨大的、未稀釋的質量運動，從而導致煙霧飄逸。新的大渦模擬模型結果在更高解析度下也給出了與我們的結果類似的放樣，並且沒有會抑制放樣的小尺度響應。

然而，上述模擬特別包含不會發生干或濕沉積的假設。[90]

最近的研究

1990年至2003年間，評論家指出，沒有發表任何有關「核冬天」的同行評審論文。[75]

根據原始研究的一些作者在2007年和2008年發表的新工作，提出了一些新的假設，主要是評估認為只要100場火災風暴就會導致核冬天。然而，這個假設遠非「新」，它得出了與20世紀80年代早期模型相同的結論，同樣將100場左右的城市火災風暴視為威脅。[91]

與過去千年的氣候變化相比，即使是模擬的最小的交換也會使地球陷入比小冰河時期（大約公元1600年至 1850 年之間的歷史時期）更低的溫度。這會立即生效，農業將受到嚴重威脅。大量的煙霧會產生更大的氣候變化，使農業多年無法進行。在這兩種情況下，新的氣候模型模擬表明其影響將持續十多年。[92]

2007年全球核戰爭研究

2007年7月在《地球物理研究雜誌》上發表的一項研究，題為「用現代氣候模型和當前核武庫重新審視核冬天：仍然是災難性的後果」，使用當前的氣候模型來研究全球核戰爭的後果 涉及世界上現有核武庫的大部分或全部（作者判斷其規模與二十年前世界核武庫的規模相似）。作者使用了美國宇航局戈達德空間研究所的全球環流模型 ModelE，他們指出該模型「已在全球暖化實驗中進行了廣泛測試，並研究了火山噴發對氣候的影響」。該模型用於研究一場涉及當前整個全球核武庫的戰爭的影響，預計將向大氣中釋放約150Tg的煙霧，以及一場涉及當前約三分之一核武庫的戰爭的影響，預計將釋放約150Tg的煙霧。在150Tg的情況下，他們發現：[14]

全球平均地表降溫水平持續多年，為-7°C至-8°C，十年後仍為-4°C（圖2）。 考慮到18000年前最後一個冰河時期的深度，全球平均降溫約為-5℃，這將是人類歷史上前所未有的速度和幅度的氣候變化。 陸地上的溫度變化最大……北美大片地區降溫超過-20°C，歐亞大陸大部分地區（包括所有農業地區）降溫超過-30°C。

此外，他們發現這種降溫導致全球水文循環減弱，導致全球降水量減少約45%。 至於涉及三分之一現有核武庫的 50 Tg 案例，他們表示模擬「產生的氣候響應與 150 Tg 案例非常相似，但幅度約為一半」，但「響應的時間尺度是 差不多」。他們沒有深入討論對農業的影響，但指出1986年的一項研究假設一年內沒有糧食生產，預計「到那時地球上的大多數人將耗盡食物並餓死」，並評論道 他們自己的研究結果表明，「這段沒有糧食生產的時期需要延長很多年，使得核冬天的影響比之前想像的還要嚴重。」

2014

2014年，Michael J. Mills（美國國家大氣研究中心，NCAR）等人在《地球的未來》雜誌上發表了「區域核衝突後的數十年全球變冷和前所未有的臭氧損失」。作者使用NCAR開發的計算模型來模擬菸灰雲的氣候影響，他們認為菸灰雲可能是區域核戰爭的結果，在這場戰爭中，100枚「小型」武器在城市上空引爆。 由於菸灰雲的相互作用，該模型有輸出：[93]

...人口稠密地區的全球臭氧損失達20-50%，這是人類歷史上前所未有的水平，同時伴隨著過去1000年中最冷的平均地表溫度。我們計算出夏季中緯度地區紫外線指數增強了30-80%，這表明對人類健康、農業以及陸地和水生生態系統造成廣泛損害。殺死霜凍將使生長季節每年減少10-40天，持續5年。 由於海洋的熱慣性和反照率效應以及海冰的擴張，地表溫度將降低超過25年。冷卻和增強的紫外線結合起來會給全球糧食供應帶來巨大壓力，並可能引發全球核饑荒。

2018

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究人員發表了一項關於區域核交換對氣候影響的多尺度研究結果，羅伯克等人也考慮了同樣的情況。與之前的研究不同，這項研究模擬了黑碳被釋放到大氣中的過程，發現很少有黑碳被釋放到平流層，因此，長期的氣候影響比那些研究要低得多 已經得出結論。特別是，「所有模擬都沒有產生核冬天效應」，並且「如先前研究中設想的那樣，在有限的交換情景中出現全球顯著變冷的可能性極不可能」。這項研究與後續幾項研究的結果相矛盾，聲稱2018年的研究存在缺陷。[94][95][96][97][98]

發表在同行評審期刊《安全》上的研究表明，任何國家都不應擁有超過100枚核彈頭，因為「核秋天」會對侵略國本國人口造成後遺症。[99][100]

2019

2019年發表了兩項關於核冬天的研究，這些研究以之前的模型為基礎，描述了比之前模擬的更小規模的核武器交換所帶來的新的核冬天情景。

如Robock等人2007年的研究一樣，Coupe等人2019年的研究模擬了這樣一個場景：在美國和俄羅斯之間交換核武器後，150Tg的黑碳被釋放到大氣中，兩國都使用了所有核武器條約允許的武器。這一黑碳量遠遠超過過去1200年來所有火山噴發向大氣中排放的黑碳量，但低於6600萬年前小行星撞擊造成的大規模滅絕事件。庫普等人使用「全大氣群落氣候模型版本 4」（WACCM4），該模型比Robock等人使用的ModelE模擬具有更高的解析度，並且在模擬氣膠和平流層化學方面更有效。[101]

WACCM4模型模擬黑碳分子到達平流層時會增大到正常大小的十倍。ModelE沒有考慮這種效應。由於平流層對陽光的吸收更大，黑碳顆粒尺寸的這種差異導致首次注入後的頭兩年，世界範圍內的WACCM4模型的光學深度更大。這將使平流層溫度增加100K，並導致臭氧消耗量略高於ModelE的預測。較大粒徑的另一個後果是加速黑碳分子從大氣中脫落的速度。將黑碳注入大氣十年後，WACCM4預測將保留2Tg，而ModelE預測將保留19Tg。[101]

2019年模型和2007年模型均預測全球氣溫將顯著下降，但2019年解析度的提高和粒子模擬預測注入後的前六年內溫度異常會更大，但會更快恢復正常溫度。從注入異常後的幾個月到異常發生的第六年，WACCM4預測全球氣溫比ModelE低，氣溫比正常水平低20K以上，導致北半球大部分地區夏季氣溫結冰，導致氣溫下降90%在中緯度地區（包括美國中西部）的農業生長季節。WACCM4 模擬還預測注入後第三年和第四年全球年降水量將比正常水平減少58%，比ModelE中的預測高出10%。

圖恩等人模擬了2025年印度和巴基斯坦進行核交鋒的核場景，其中巴基斯坦100個城市地區和印度150個城市地區受到核武器的攻擊，並研究了釋放到核中的黑碳的影響。僅空爆爆炸造成的大氣層。研究人員模擬了如果所有武器均為15kt，50kt和100kt時的大氣效應，鑑於兩國最近進行的核試驗，提供了可能發生核交換的範圍。所提供的範圍很大，因為印度和巴基斯坦都沒有義務提供有關其核武庫的信息，因此其範圍在很大程度上仍然未知。

圖恩等人假設每次武器爆炸後都會發生風暴或大火，並且這兩種結果進入大氣中的黑碳量將是相等的，並且程度相當深；在1945年的廣島，有人預測火災風暴釋放的能量比核爆炸期間釋放的能量多1,000倍。如此大面積的燃燒會向大氣中釋放大量黑碳。

2021

庫普等人報告了在CESM-WACCM4模型下，在5至150Tg 菸灰的六種核情景之後持續數年的聖嬰效應的模擬。他們將這種變化稱為「核聖嬰現象」，並描述了洋流的各種變化。[102]

2022

根據2022年8月發表在《自然食品》雜誌上的一項同行評審研究，美國和俄羅斯擁有世界上90%以上的核武器，一旦發生全面核戰爭，將導致3.6億人死亡 核冬天期間直接和間接導致超過50億人挨餓。[9][103][104]

同年發表的另一篇論文是東北大學地球科學學者發表的，該論文將核冬天情景對海洋和陸地動物生命的影響與歷史滅絕事件的影響進行了比較。一場小型核戰爭（他將其定義為印度和巴基斯坦之間的核交火或同等規模的事件）本身就會導致10-20%的物種滅絕，而一場重大核戰爭（定義為印度和巴基斯坦之間的核戰爭）本身就會導致10-20%的物種滅絕。美國和俄羅斯之間）將導致40-50%的動物物種滅絕，這與一些「五大」大規模滅絕事件相當。 相比之下，他認為最有可能出現的人為氣候變化情景是，到2100年升溫3 °C ，到2500年升溫3.8°C ，大約 12-14% 的動物物種將因此滅絕。[105]

2023

自2023年起，美國國家科學、工程和醫學院建立了一項關於核戰爭潛在環境影響的獨立研究。目的是評估所有有關核冬天的研究，最終報告將於2024年發布。[106]

批評與辯論

1945年3月9日至10日，東京會議室行動燃燒彈襲擊期間，1,665噸燃燒彈和高爆炸彈以小炸彈的形式投向該城市，造成超過10,000英畝的建築物被毀，41平方公里，歷史上最具破壞性和最致命的轟炸行動。

核冬天概念已經並將繼續受到批評的五個主要且基本上獨立的基礎被認為是：[107]

  • 城市會容易發生火災嗎？如果是的話，會產生多少菸灰？
  • 大氣壽命：模型中假設的菸灰數量是否會像預計的那樣在大氣中保留很長時間，還是會更快地以黑雨的形式沉澱更多的菸灰？
  • 事件發生的時間：在春末或夏季開始對風暴或戰爭進行建模有多合理（幾乎所有美蘇核冬季論文都這樣做，從而產生最大程度的模擬冷卻）？
  • 黑暗和不透明度：到達大氣的菸灰的假定質量會產生多少遮光效應？[107]
  • 放樣：有多少菸灰會被放樣到平流層？[94]

雖然高度流行的1983年TTAPS一維模型預測受到媒體的廣泛報道和批評，部分原因是後來的每個模型預測的「世界末日」冷卻水平都遠低於其「世界末日」水平，多數模型仍然表明一些有害的因素 假設大量火災發生在春季或夏季，全球變冷仍然會導致。[108][109]

StarleyL.Thompson的20世紀80年代中期不太原始的3維模型，特別包含非常相同的一般假設，導致他創造了術語「核秋天」，以更準確地描述該模型中菸灰的氣候結果。在鏡頭採訪中，他駁斥了早期的「世界末日」模型。

對繼續使這些模型結果成為可能的假設的主要批評出現在1987年出版的《核戰爭生存技能 (NWSS)》一書中，這是Cresson Kearny為橡樹嶺國家實驗室編寫的民防手冊。根據 1988 年出版的《對一場重大核戰爭對全球大氣影響的評估》，卡尼的批評針對的是建模者認為會到達平流層的過量煙塵。卡尼引用了蘇聯的一項研究，稱現代城市不會像風暴一樣燃燒，因為大多數易燃的城市物品將被掩埋在不可燃的瓦礫下，並且TTAPS研究對非城市野火的規模和範圍進行了大幅高估核戰爭。TTAPS的作者回應說，除其他外，他們不相信目標規劃者會故意將城市炸成廢墟，而是認為當附近的地點受到襲擊時，火災會在相對未受損的郊區開始，並部分承認他關於非城市野火的觀點。Pacific-Sierra Research Corporation的熱科學主任 Richard D. Small 博士同樣強烈反對模型假設，特別是TTAPS1990年的更新，該更新認為，大約 5,075Tg的材料會在美蘇核反應爐中燃燒。 戰爭中，斯莫爾對藍圖和真實建築的分析返回了最多1,475Tg的可燃燒材料，「假設所有可用的可燃材料實際上都被點燃」。[110]

儘管卡尼認為未來更準確的模型將「表明溫度下降幅度會更小」，包括未來潛在的模型，但這些模型並不那麼容易接受火風暴會像核冬天模型作者假設的那樣可靠地發生，但在NWSS Kearny 中 根據 Starley Thompson 和 Stephen Schneider的1986年核冬天重新評估模型，總結了不超過幾天的相對溫和的冷卻估計。這樣做是為了向他的讀者傳達這樣的信息：與當時流行的觀點相反，在這兩位氣候科學家的結論中，「根據科學依據，最初的核冬天假說的全球末日結論現在可以降級為 低概率消失」。[111]

然而，布賴恩·馬丁1988年在《科學與公共政策》上發表的一篇文章指出，儘管《核冬天重新評估》得出的結論是，美蘇「核冬天」遠沒有最初想像的那麼嚴重，但作者將其影響更多地描述為 「核秋天」——湯普森和施耐德的其他言論表明，他們「抵制這樣的解釋，即這意味著拒絕關於核冬天的基本觀點」。在艾倫·羅伯克等人的著作中。在2007年的論文中，他們寫道，「由於Thompson和Schneider使用了『核秋天』一詞，儘管作者明確表示氣候後果將是巨大的，但在政策圈子裡，核冬天理論是 一些人認為這種說法被誇大和反駁了。」2007年，施奈德表達了他對2006年模型中分析的有限核戰爭（巴基斯坦和印度）的冷卻結果的暫時支持，他說「熱帶地區的陽光比中緯度地區的陽光要強烈得多。因此，那裡一場更加有限的戰爭可能會產生更大的影響，因為你把煙霧放在了最糟糕的地方」，「任何事情」 你可以採取措施阻止人們認為有任何方法可以通過核交換贏得任何東西是一個好主意」。[112][113]

許多飛彈發射井附近的活的非沙漠植被、活的森林、草叢等被點燃而產生的煙霧，是最初在《中午的黃昏》論文中被認為非常大的煙霧源，而且可以在流行的TTAPS出版物中找到。然而，布什和斯莫爾在1987年檢驗了這一假設，可以想像，燃燒活植被對估計的「非城市煙霧產生」總量的貢獻非常小。由於植被只有在距核火球表面一兩個半徑範圍內才有可能持續燃燒，而該距離也會經歷會影響任何此類火災的極端疾風。非城市煙霧危害估計值的減少得到了1984年早期初步估計核森林火災出版物的支持，以及1950-1960年代對表面燒焦、損壞但從未燒毀的現場檢查的支持和紅翼行動測試系列中的射擊點拍攝到周圍島嶼上的熱帶森林。[114][115]

美國國土安全部於2010年定稿的一份文件指出，在針對一座城市的核爆炸之後，「如果火勢能夠蔓延並凝聚，一場大火可能會超出消防員的控制能力。然而， 專家認為，根據現代美國城市設計和建設的性質，可能不太可能發生肆虐的大火。」例如，長崎的核轟炸並沒有產生大火。早在1986年至1988年，人們就注意到了這一點，當時人們發現支撐冬季模型的城市中假定的燃料「質量負載」（每平方米的燃料量）數量過高，並故意產生熱通量，從而產生煙霧 進入平流層較低層，但在現實世界的現代城市中發現的「更具有條件特徵」的評估發現，燃料裝載量以及因此有效燃燒產生的熱通量很少會產生遠高於4公里。

哈佛大學國際事務中心副教授 Russell Seitz 認為，冬季模型的假設給出了研究人員想要達到的結果，是「最壞情況分析失控」的情況。1986年9月，塞茨在《自然》雜誌上發表了《西伯利亞大火作為『核冬天』指南》，其中他調查了1915年西伯利亞大火，這場大火始於初夏，是由該地區有記錄以來最嚴重的乾旱引起的。這場大火最終摧毀了該地區，燒毀了世界上最大的北方森林，其面積相當於德國的面積。 雖然在燃燒的幾周內，煙霧雲下的夏季白天降溫約8°C，但潛在的毀滅性農業夜間霜凍並未增加。在對1915年西伯利亞大火進行調查後，塞茨批評「核冬天」模型的結果是基於連續的最壞情況事件：

連續40次這樣的硬幣拋擲出現正面的可能性接近皇家同花順。然而，它被描述為「複雜的一維模型」——這種用法是矛盾的。

塞茨引用了卡爾·薩根的話，並強調道：「幾乎在任何涉及超級大國之間核交換的現實案例中，全球環境變化都足以導致相當於或比白堊紀末期更嚴重的滅絕事件，當時恐龍和許多其他物種都滅絕了。」 物種很可能滅絕。」 塞茨評論道：「這段話中斜體字的不祥言辭甚至將100兆噸[最初的100個城市的大火]情景……與小行星撞擊地球的1億噸爆炸相提並論。這是一個天文巨噸級的災難。」 炒作……」塞茨總結道：

隨著科學的進步，更新、更優雅的模型實現了更真實的複雜性，假設的效果正在走下坡路。到1986年，這些最壞情況的影響已經從北極黑暗的一年消融到比棕櫚灘涼爽的月份還要溫暖的溫度！一種新的破碎雲和涼爽點的範例已經出現。曾經的全球性嚴霜已經消退到北部苔原。薩根先生精心設計的猜想已經成為墨菲鮮為人知的第二定律的犧牲品：如果一切一定會出錯，就不要押注於它。

塞茨的反對導致核冬天的支持者在媒體上發表回應。支持者認為，只需表明氣候災難的可能性，通常是最壞的情況，而反對者則堅持認為，要認真對待，應該在「合理」的情況下顯示核冬天的可能性。正如林恩·R·安斯波所闡明的，這些爭論領域之一是應使用哪個季節作為美蘇戰爭模型的背景的問題。大多數模型選擇北半球的夏季作為起點，以產生最大的菸灰放樣，從而最終產生冬季效果。然而，有人指出，如果相同數量的火災暴風雨發生在秋季或冬季，此時陽光強度要小得多，無法將煙塵拋入平流層的穩定區域，冷卻效應的大小可以忽略不計。根據Covey等人運行的一月份模型，施奈德在1990年承認了這個問題，並表示「深秋或冬季的戰爭不會產生明顯的效果」。[116]

安斯波還表示沮喪，儘管據說1985年8月3日加拿大發生的一場受管理的森林火災是由核冬天的支持者點燃的，但這場火災可能成為對煙霧和煙霧的光學特性進行一些基本測量的機會 燃料比，這將有助於完善這些關鍵模型輸入的估計，但支持者沒有表明進行了任何此類測量。彼得·V·霍布斯 後來成功獲得資金，1991年科威特石油火災並採集煙霧雲樣本，他也對未能獲得資金以這種方式對加拿大和其他森林火災進行取樣表示失望。圖爾科寫了一份10頁的備忘錄，其中包含來自他的筆記和一些衛星圖像的信息，聲稱煙霧羽流達到了6公里的高度。[117]

1986年，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的大氣科學家喬伊斯·彭納在《自然》雜誌上發表了一篇文章，其中她重點研究了煙霧的光學特性和城市火災後殘留在空氣中的煙霧量的具體變量。她發現，已發表的對這些變量的估計差異如此之大，以至於根據選擇的估計，氣候影響可能可以忽略不計、輕微或巨大。2006年最近的核冬天論文中假設的黑碳光學特性仍然「基於早期核冬天模擬中的假設」。[118]

《自然》雜誌的編輯約翰·馬多克斯在其任職期間發表了一系列對核冬天研究持懷疑態度的評論。同樣，弗雷德·辛格在雜誌上以及與卡爾·薩根的電視辯論中長期直言不諱地批評這一假設。[119][120][121][122]

對更現代的論文的批判性回應

在2011年對有關該假設的更現代論文的回應中，拉塞爾·塞茨在《自然》雜誌上發表了一篇評論，挑戰艾倫·羅伯克的說法，即關於「核冬天」概念沒有真正的科學辯論。1986年，塞茨還聲稱，許多其他人不願發聲，因為擔心被污衊為「秘密的奇愛博士」。例如，普林斯頓大學的物理學家弗里曼·戴森表示：「這絕對是一項殘暴的科學，但我對澄清公眾記錄感到非常絕望。」據《落基山新聞》報道，史蒂芬·施奈德被一些裁軍支持者稱為法西斯分子麻省理工學院氣象學家克里·伊曼紐爾在《自然》雜誌的一篇評論中類似地寫道，由於對核冬天的數量選擇了不切實際的估計，冬天的概念「因缺乏科學完整性而臭名昭著」。燃料可能燃燒，使用的不精確的全球循環模型。伊曼紐爾最後指出，其他模型的證據表明雨水大量清除了煙霧。伊曼紐爾還提出了一個「有趣的觀點」，當涉及到強烈的情感或政治問題時，質疑支持者的客觀性。[123][124]

William R. Cotton，科羅拉多州立大學大氣科學教授，雲物理建模專家，極具影響力的RAMS大氣模型的共同創建者，曾在20世紀80年代研究菸灰雨模型並支持他自己和其他核冬天模型所做的預測。然而，根據他在2007年與人合著的一本書，他後來改變了這一立場，指出，除了其他系統檢驗的假設之外，將會發生比有關該主題的現代論文中假設的更多的降雨/煙塵濕沉積。「我們必須等待新一代GCM的實施，才能定量地檢驗潛在的後果」。他還透露，在他看來，「核冬天從一開始就很大程度上是出於政治動機」。[125][126]

政策影響

古巴飛彈危機期間，菲德爾·卡斯楚和切·格瓦拉呼籲蘇聯在美國入侵古巴時首先對美國發動核打擊。20世紀80年代，卡斯楚向克里姆林宮施壓，要求其對隆納·雷根總統領導下的美國採取更強硬的路線，甚至主張可能使用核武器。1985年，一名蘇聯官員帶著「專家」隨行人員被派往古巴，詳細介紹了美國核打擊對古巴的生態影響。蘇聯官員回憶說，不久之後，卡斯楚就失去了之前的「核熱」。2010年，艾倫·羅伯克被召喚到古巴，幫助卡斯楚宣傳他的新觀點，即核戰爭將帶來世界末日。羅伯克的90分鐘講座隨後在該國國家電視台播出。[127][128]

然而，羅伯克認為，就引起美國政府關注並影響核政策而言，他是失敗的。2009年，他與歐文·圖恩一起在美國國會發表演講，但沒有任何進展，時任總統科學顧問約翰·霍爾德倫既沒有在2009年回應他們的請求，也沒有在 2011 年撰寫本文時回應。

美國和蘇聯的核庫存。試圖讓其他人相信核冬天模型結果的影響似乎並沒有減少任何一個國家在20世紀80年代的核庫存，只是蘇聯經濟的衰退和1989年至1991年間國家的解體導致了這一結果。標誌著冷戰的結束，「軍備競賽」的緩和似乎已經產生了效果。百萬噸級到兆瓦級發電計劃的影響在20世紀90年代中期也可見一斑，延續了俄羅斯減排的趨勢。還提供了僅關注百萬噸級彈頭數量的類似圖表。此外，從1983年到冷戰結束，美國和俄羅斯戰略武器的部署總量穩步增加。

在2012年的《原子科學家公報》專題中，羅伯克和圖恩經常將他們的裁軍主張融入到他們的「核冬天」論文的結論中，在政治領域認為，核冬天的假設影響需要他們認為在俄羅斯和美國流行的學說「相互確保毀滅」（MAD）應該被他們自己的「自我保證毀滅」（SAD）概念所取代，因為，無論誰的城市被燒毀，他們認為，由此產生的核冬天的影響將是災難性的。同樣，1989年卡爾·薩根和理察·圖爾科在《Ambio》上發表了一篇政策影響論文，指出核冬天是一個「既定的前景」，兩個超級大國應共同削減其核武庫，以達到「規範威懾力」 每個彈頭數量為100-300枚，這樣「一旦發生核戰爭，這將最大限度地減少極端核冬天的可能性。」[129]

1984年的一份最初機密的美國機構間情報評估指出，在之前的20世紀70年代和1980年代，蘇聯和美國軍方已經遵循了彈頭小型化、高精度和低當量核彈頭的「現有趨勢」。在評估美國軍火庫中數量最多的物理包時可以看到這一點，這些物理包在20世紀60年代是B28和W31，然而，隨著50KtW68、100KtW76和1970年代的大規模生產，兩者很快就變得不那麼突出了。20世紀80年代B61。這種小型化趨勢是由慣性制導和精確GPS導航等技術的進步所促成的，其推動因素有多種，即希望利用小型化所提供的等效兆噸級的物理特性；釋放空間以在每枚飛彈上安裝更多多彈頭和誘餌。 與此同時，我們仍希望摧毀頑固目標，但同時減少對鄰國和潛在友好國家造成的附帶損害的嚴重程度。由於與核冬天的可能性有關，潛在的熱輻射引發火災的範圍已經隨著小型化而減少。例如，最流行的核冬天論文，即1983年的《TTAPS》論文，描述了對洲際彈道飛彈場地​​進行3000噸反作用力攻擊，每個彈頭具有大約1噸能量；然而發表後不久，密西根州立大學的麥可·阿爾特菲爾德和賓夕法尼亞州立大學的政治學家史蒂芬·辛巴拉認為，當時已經開發和部署的更小、更精確的彈頭（例如 W76）以及更低的爆炸高度，可以產生相同的反作用力總共只消耗了3噸能量。他們繼續說，如果核冬天模型被證明能夠代表現實，那麼即使目標清單中存在易發生火災風暴的地區，氣候變冷的情況也會少得多，因為地表爆發等較低的聚變高度也會限制核爆炸的範圍。 由於地形遮蔽和建築物投射的陰影而產生的燃燒熱射線，同時與空爆引信（針對未硬化目標的標準使用模式）相比，還暫時產生更局部的輻射塵。[130][131]

1951年行動中的射擊叔叔的威力約為13至16Kt廣島炸彈的十分之一，並在地面以下5.2m處引爆。在這次淺埋測試中，沒有向周圍環境排放熱能的熱閃蒸。爆炸導致雲層上升至3.5公里。由此產生的隕石坑寬260英尺（79m），深53英尺（16m）。威力與原子爆破彈藥相似。阿爾特菲爾德和辛巴拉認為，對核冬天的真正信仰可能會導致各國建立更大的此類武器庫。然而，儘管由於「撥號當量」技術的出現而變得複雜，但有關這些低當量核武器的數據表明，截至2012年，它們約占美國和俄羅斯武庫的十分之一，以及自1970-1990年代以來，他們所占用的庫存一直在減少，而不是增加。其中一個因素是，產生約千噸能量的非常薄的裝置是核武器，其核材料的利用效率非常低，例如核材料兩點內爆。因此，可以用相同質量的裂變材料來構建更具心理威懾力的更高效率/更高產量的裝置。

這種邏輯同樣反映在1984年最初機密的跨機構情報評估中，該評估表明，目標規劃者只需考慮目標的可燃性以及產量、爆炸高度、時間和其他因素，以減少煙霧量，以防止潛在的爆炸。因此，由於試圖通過減少地表和地下爆炸引信的熱輻射範圍來限制目標火災危險，這將導致一種情況，即局部輻射更加集中，因此更加致命。[132]

阿爾特菲爾德和辛巴拉還認為，與薩根和其他人的觀點相反，對核冬天可能性的信念實際上會使核戰爭更有可能發生，因為這將進一步推動遵循現有趨勢，朝著更準確、更準確的方向發展，甚至更低的爆炸當量正如冬季假說所表明的那樣，用爆炸當量更接近戰術核武器（例如魯棒核鑽地彈（RNEP））的武器取代當時冷戰時期視為百萬噸級當量的戰略核武器，將能夠防範 核冬天的潛力。具有影響力的核戰爭分析師阿爾伯特·沃爾施泰勒特別引用了當時的RNEP的後一種能力，很大程度上仍然是概念性的RNEP。戰術核武器處於低端，其威力與大型常規武器重疊，因此通常被視為「模糊了常規武器和核武器之間的區別」，使得在衝突中使用它們的前景「更容易」。[133][134]

涉嫌蘇聯剝削

主條目：蘇聯對和平運動的影響§聲稱蘇聯具有更廣泛的影響力（英語：Soviet influence on the peace movement § Claims of wider Soviet influence）

2000年，米哈伊爾·戈巴契夫接受採訪時，提出了以下聲明：「在20世紀80年代，您警告過核武器帶來的前所未有的危險，並採取了非常大膽的步驟來扭轉局勢。軍備競賽」，戈巴契夫回答道，「俄羅斯和美國科學家製作的模型表明，核戰爭將導致核冬天，對地球上的所有生命都具有極大的破壞性；這一知識對我們來說是一個巨大的刺激，有榮譽和道德的人，在這種情況下採取行動。」[135]

然而，1984年的美國跨部門情報評估表達了更為懷疑和謹慎的態度，指出這一假設在科學上並不令人信服。該報告預測，蘇聯的核政策將是維持其戰略核態勢，例如部署高拋重SS18飛彈，而他們只會試圖利用這一假設進行宣傳，例如引導對美國的審查核軍備競賽的一部分。此外，它還表達了這樣的信念：如果蘇聯官員確實開始認真對待核冬天，他們可能會要求為這一假設提供異常高標準的科學證據，因為它的影響將破壞他們的軍事學說——在一定程度上 科學證明如果沒有現場實驗也許無法得到滿足。該文件未編輯的部分最後提出，蘇聯民防食品庫存的大幅增加可能是核冬天開始影響蘇聯高層思維的早期跡象。

1985年《時代》雜誌指出「一些西方科學家懷疑莫斯科提出核冬天假說，是為了給美國和歐洲的反核組織提供一些反對美國軍備建設的新彈藥。」1985年，美國州參議院開會討論核冬天的科學和政治。在國會聽證會上，頗具影響力的分析家萊昂·古雷提出了證據，表明蘇聯也許只是附和西方的報告，而不是得出獨特的發現。古雷假設蘇聯對核戰爭的研究和討論可能只服務於蘇聯的政治議程，而不是反映蘇聯領導層的實際意見。[136][137]

1986年，國防核局文件《1984-1986 年蘇聯對核冬天的研究和利用的更新》列出了對核冬天現象的最小研究貢獻以及蘇聯對核冬天現象的宣傳用途。

對於蘇聯何時開始模擬火災和核戰爭的大氣影響存在一些疑問。前蘇聯情報官員謝爾蓋·特列季亞科夫聲稱，在尤里·安德羅波夫的指示下，克格勃發明了「核冬天」的概念，以阻止北約部署潘興II型飛彈。據說，他們向和平組織、環境運動和《Ambio》雜誌分發了虛假信息，該信息基於蘇聯科學院由格奧爾基·戈利岑、尼基塔·莫伊謝耶夫和弗拉基米爾·亞歷山德羅夫撰寫的關於核戰爭氣候影響的虛假「世界末日報告」。儘管人們普遍認為蘇聯利用核冬天假說來達到宣傳目的，特列季亞科夫固有地聲稱克格勃向 Ambio 輸送虛假信息，Paul Crutzen 和 John Birks 在該雜誌上發表了1982年的論文《中午的暮光之城》， 截至2009年尚未得到證實。國家安全檔案館2009年的一次採訪中，維塔利·尼古拉耶維奇·齊吉奇科（蘇聯科學院高級分析師、軍事數學建模師）表示，蘇聯軍事分析家比美國科學家早幾年就開始討論「核冬天」的想法，儘管 他們沒有使用這個確切的術語。[138]

緩解技術

人們提出了多種解決方案，以減輕核冬天不可避免的潛在危害。這個問題已經從兩端受到攻擊；一些解決方案側重於防止火勢蔓延，從而從一開始就限制到達平流層的煙霧量，另一些解決方案側重於減少陽光照射下的糧食生產，並假設核冬天最壞情況的分析結果 模型被證明是準確的，並且沒有採取其他緩解策略。

消防

在1967年的一份報告中，技術包括使用液氮、乾冰和水來撲滅核引起的火災的各種方法。該報告考慮嘗試通過將可燃材料從某個區域炸出來建立防火帶，甚至可能使用核武器，以及使用預防性減災燃燒措施來阻止火勢蔓延。根據該報告，所研究的最有前途的技術之一是通過大規模火災雷雲和其他雲經過正在發展、然後穩定的火災風暴的播種來引發降雨。[139]

在沒有陽光的情況下生產食物

在《無論如何都要養活每個人》一書中，作者在核冬天最壞的情況預測下，提出了各種非常規食物的可能性。其中包括消化天然氣的細菌，最著名的是莢膜甲基球菌，目前被用作養魚業的飼料；樹皮麵包，一種長期存在的饑荒食品，使用可食用的樹皮內皮，以及部分 小冰河時期的斯堪地那維亞歷史；增加真菌培養或蘑菇，例如在沒有陽光的潮濕木材上直接生長的蜂蜜真菌；以及木材或纖維素生物燃料生產的變化，通常已經從不可食用的纖維素中產生可食用的糖/木糖醇，作為最後步驟之前的中間產品酒精生成。該書的作者之一、機械工程師大衛·登肯伯格表示，理論上，蘑菇可以讓每個人吃三年。海藻和蘑菇一樣，也可以在弱光條件下生長。蒲公英和樹針可以提供維生素C，細菌可以提供維生素E。土豆等更傳統的寒冷氣候作物可能會在赤道獲得充足的陽光以保持可行。[140][141][142][143]

大規模糧食儲備

為了讓部分文明度過核冬天，必須在核冬天之前儲存大量食物。此類庫存應放置在地下、海拔較高且靠近赤道的地方，以減輕高空紫外線和放射性同位素的影響。庫存還應該放置在最有可能在最初的災難中倖存下來的人群附近。 其中一個考慮因素是誰來贊助庫存。「最有能力贊助庫存的人（即災難前的富人）和最有能力使用庫存的人（災難前的農村貧困人口）之間可能存在不匹配。」全球小麥年度最低儲存量大約2個月。[144][145]

氣候工程

儘管名稱為「核冬天」，但核事件並不是產生模擬氣候效應所必需的。由於大氣中二氧化碳含量加倍，全球暖化預計將導致地表變暖至少2℃，為了找到快速、廉價的解決方案，通過太陽輻射管理（氣候工程的一種形式），核冬天效應被認為可能具有潛力。除了更常見的建議是將硫化合物注入平流層以模擬火山冬季的影響外，還建議注入其他化學物質，例如釋放特定類型的菸灰顆粒以創造輕微的「核冬季」條件根據「核冬天」閾值計算機模型，如果將一到五兆克的風暴產生的煙塵注入低平流層，則可以通過反溫室效應進行建模，以加熱 平流層但冷卻對流層低層並產生1.25°C的冷卻效果，持續兩到三年，10年後，全球平均氣溫仍將比注入菸灰之前低0.5°C。[146][147]

潛在的氣候先例

動畫描繪了巨大的小行星與地球的撞擊以及隨後撞擊坑的形成。 這顆與白堊紀-古近紀滅絕事件有關的小行星估計釋放了100太噸TNT的能量。相當於100,000,000噸能源，大約是冷戰時期美國和蘇聯最大核武庫總和的10,000倍。據推測，這產生了足夠的地面能量耦合，從而在對映點（世界的另一側）引起了嚴重的地函柱（火山活動）。
根據流星的大小，它要麼在大氣層高處燃燒，要麼到達較低的高度並在空氣爆炸中爆炸，類似於2013年車里雅賓斯克流星，其熱效應與核爆炸類似。

歷史上的超級火山爆發後，產生了與「核冬天」類似的氣候影響，將硫酸鹽氣膠噴入平流層高處，被稱為火山冬天。大氣中煙霧的影響（短波吸收）有時被稱為「反溫室」效應，土衛六的朦朧大氣就是一個強烈的類比。20世紀80年代末參與了土衛六氣候模型的開發，同時進行了早期的核冬天研究。[148]

同樣，滅絕級別的彗星和小行星撞擊也被認為是通過粉碎大量的細岩塵而產生了撞擊冬季。 如果含硫酸鹽的岩石在撞擊中被擊中並高高地拋向空中，這種粉狀岩石還會產生「火山冬季」效應，和「核冬季」效應，較重的岩石噴射物的熱量會點燃區域和區域。甚至可能發生全球森林大火。[149][150]

這種全球性的「撞擊風暴」假說最初得到了溫迪·沃爾巴赫、H.傑·梅洛什和歐文·圖恩的支持，該假說表明，由於大規模撞擊事件，產生的沙粒大小的噴射物碎片可以迅速重新進入大氣層，形成 空中高空覆蓋著全球碎片的熱毯，可能會使整個天空變得熾熱幾分鐘到幾小時，從而燒毀全球所有地上碳質材料，包括雨林。這一假設被認為是解釋白堊紀-古近紀滅絕事件嚴重性的一種手段，因為導致滅絕的大約10公里寬的小行星對地球的撞擊並不被認為具有足夠的能量來導致最初的滅絕水平，僅影響能量釋放。[151][152]

然而，全球火災風暴冬季近年來受到質疑，他們最初支持這種重新評估被貝爾徹稱為「白堊紀-古近紀火風暴辯論」。

這些科學家在辯論中提出的問題是，如果重新進入的噴射物的數量完全覆蓋了大氣層，那麼除了富含銥的細粒小行星塵埃層之外，沉積物中的菸灰含量較低，並且如果是這樣的話 ，再入加熱的持續時間和分布，無論是高熱脈衝還是更長時間且因此更具燃燒性的「烤箱」加熱，最後，「自屏蔽效應」有多少 黑暗飛行中的第一波現已冷卻的流星有助於減少後來的流星波在地面上經歷的總熱量。

Owen Toon等人認為，部分原因是白堊紀時期是一個高大氣氧時代，其濃度高於當今的水平。2013年，人們對該假設正在進行的重新評估持批評態度。[152]

很難成功地確定當時存在的活植物和化石燃料在這一時期的地質沉積物記錄中菸灰的百分比貢獻，與流星撞擊直接點燃的物質的比例大致相同。[153]

參見

參考文獻

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