Inverno nuclear é um efeito de resfriamento climático global severo e prolongado que se supõe que ocorrerá depois que tempestades de fogo tomarem conta do planeta após uma guerra nuclear em larga escala. A hipótese é baseada no fato de que tais incêndios podem injetar fuligem na estratosfera, o que pode bloquear parte da luz solar direta que atingie a superfície da Terra. Especula-se que o resfriamento resultante levaria ao fracasso generalizado das colheitas e à fome mundial. Ao desenvolver modelos de computador de cenários de inverno nuclear, os pesquisadores usam o bombardeio convencional de Hamburgo e a tempestade de fogo de Hiroshima na Segunda Guerra Mundial como exemplos de casos em que a fuligem pode ter sido injetada na estratosfera, juntamente com observações modernas de área de incêndios florestais.. "the injection height of the smoke is controlled by the energy release from the burning fuel not from the nuclear explosion.", "…smoke plumes deep within the stratosphere over Florida that had originated a few days earlier in Canadian fires, implying that the smoke particles had not been significantly depleted during injection into the stratosphere (or subsequent transport over thousands of kilometers in the stratosphere)."
Mecanismo upright|miniaturadaimagem|esquerda|Imagem de uma nuvem pirocumulonimbus tirada de um avião comercial cruzando a cerca de 10 km. Em 2002, vários instrumentos sensores detectaram 17 eventos distintos de nuvens pirocumulonimbus somente na América do Norte. O cenário de inverno nuclear assume que 100 ou mais tempestades de fogo urbanas "50 Hiroshima-size (15 kt) bombs could generate 1–5 Tg of black carbon aerosol particles in the upper troposphere, after an initial 20% removal in "black rains" induced by firestorms..." & "the 1 to 5 Tg soot source term derives from a thorough study of the smoke produced by firestorms...". "the injection height of the smoke is controlled by the energy release from the burning fuel not from the nuclear explosion." são inflamadas por explosões nucleares e que elas levantam grandes quantidades de fumaça fuliginosa na troposfera superior e na estratosfera inferior pelo movimento oferecido por nuvens cumulonimbus que se formam durante uma tempestade de fogo. A 10-15 km acima da superfície da Terra, a absorção da luz solar pode aquecer ainda mais a fuligem na fumaça, elevando parte ou toda para a estratosfera, onde ela pode persistir por anos se não houver chuva para lavá-la. Esse aerossol de partículas pode aquecer a estratosfera e impedir que uma parte da luz do sol atinja a superfície, fazendo com que as temperaturas da superfície caiam drasticamente.
A camada de inversão estável modelada de fuligem quente entre a troposfera e a alta estratosfera que produz o efeito anti-estufa foi apelidada de "Smokeosphere" por Stephen Schneider et al. em seu artigo de 1988.
Embora seja comum nos modelos climáticos considerar tempestades de fogo nas cidades, estas não precisam ser provocadas por dispositivos nucleares; fontes de ignição mais convencionais podem ser a faísca das tempestades de fogo. Antes do efeito de aquecimento solar mencionado anteriormente, a altura de injeção da fuligem é controlada pela taxa de liberação de energia do combustível da tempestade, não pelo tamanho de uma explosão nuclear inicial.. "the injection height of the smoke is controlled by the energy release from the burning fuel not from the nuclear explosion." Por exemplo, a nuvem de cogumelo da bomba lançada em Hiroshima atingiu uma altura de seis quilômetros (troposfera média) em poucos minutos e depois se dissipou devido aos ventos, enquanto os incêndios individuais dentro da cidade levaram quase três horas para se transformar em uma tempestade de fogo e produzir uma nuvem pirocúmulo, uma nuvem que se supõe ter atingido alturas troposféricas superiores, pois ao longo de suas várias horas de queima, a tempestade de fogo liberou cerca de 1000 vezes a energia da bomba. thumb|Teste nuclear Castle Romeo no atol de Bikini, 1954
Como os efeitos incendiários de uma explosão nuclear não apresentam quaisquer características especiais, estima-se por aqueles com experiência em bombardeio estratégico que, com a cidade devastada pela tempestade de fogo, a mesma ferocidade de fogo e danos produzidos em Hiroshima por uma bomba nuclear de 16 quilotons jogada a partir de um único bombardeiro B-29 poderia ter sido produzido pelo uso convencional de cerca de 1,2 quilotons de bombas incendiárias lançadas por 220 B-29s distribuídos pela cidade.
Enquanto as tempestades de fogo de Dresden e Hiroshima e os incêndios em massa de Tóquio e Nagasaki ocorreram em poucos meses em 1945, a mais intensa tempestade de fogo de Hamburgo ocorreu em 1943. Apesar da separação no tempo, na ferocidade e na área queimada, os principais modeladores da hipótese afirmam que esses cinco incêndios potencialmente colocaram 5% da fumaça na estratosfera como os hipotéticos 100 incêndios nucleares discutidos nos modelos modernos.. "...fires occurred within a few months of each other in 1945, the Hamburg mass fire occurred in 1943. These five fires potentially placed 5% as much smoke into the stratosphere as our hypothetical nuclear fires. The optical depth resulting from placing 5 Tg of soot into the global stratosphere is about 0.07, which would be easily observable even with techniques available in WWII." Embora se acredite que os efeitos modelados de resfriamento climático da massa de fuligem injetada na estratosfera por 100 tempestades de fogo (um a cinco teragramas) teriam sido detectáveis com instrumentos técnicos na Segunda Guerra Mundial, cinco por cento disso não teria sido possível observar naquele momento.
Cronograma de remoção de aerossol miniaturadaimagem|esquerda|A fumaça subindo em Lochcarron, Escócia, é interrompida por uma camada de inversão natural de baixo nível de ar mais quente (2006). A escala de tempo exata de quanto tempo essa fumaça permanece na atmosfera e, portanto, quão severamente essa fumaça afeta o clima quando atinge a estratosfera, depende dos processos de remoção química e física.
O mecanismo de remoção física mais importante é a chuva, tanto durante a fase de "coluna convectiva acionada pelo fogo", que produz "chuva negra" próximo ao local do incêndio, quanto durante a fase após a dispersão da pluma convectiva, onde a fumaça não é mais concentrada e, portanto, acredita-se que a "remoção úmida" seja muito eficiente. No entanto, esses mecanismos eficientes de remoção na troposfera são evitados no estudo Robock de 2007, onde o aquecimento solar é modelado para lançar rapidamente a fuligem na estratosfera, "destreinando" ou separando as partículas de fuligem mais escuras das nuvens mais brancas de água condensada.
Uma vez na estratosfera, os mecanismos de remoção física que afetam a escala de tempo da permanência das partículas de fuligem são a rapidez com que o aerossol de fuligem colide e coagula com outras partículas via movimento brownianoTransformation and removal J. Gourdeau, LaMP Clermont-Ferrand, France, March 12, 2003 e cai para fora da atmosfera via deposição seca por gravidade, além do tempo que leva para o "efeito forético" mover as partículas coaguladas para um nível mais baixo na atmosfera. Seja por coagulação ou por efeito forético, uma vez que o aerossol de partículas de fumaça está neste nível atmosférico mais baixo, a semeadura de nuvens pode começar, permitindo que a precipitação lave o aerossol de fumaça para fora da atmosfera pelo mecanismo de deposição úmida.
Os processos químicos que afetam a remoção dependem da capacidade da química atmosférica de oxidar o componente carbonáceo da fumaça, por meio de reações com espécies oxidativas, como ozônio e óxidos de nitrogênio, ambos encontrados em todos os níveis da atmosferaDistribution & concentration (2) Dr. Elmar Uherek – Max Planck Institute for Chemistry Mainz, 6 de abril de 2004 e que também ocorrem em maiores concentrações quando o ar é aquecido a altas temperaturas.
Dados históricos sobre os tempos de permanência de aerossóis, embora uma mistura diferente de aerossóis, neste caso aerossóis de enxofre estratosférico e cinzas vulcânicas de erupções de megavulcões, parecem estar na escala de tempo de um a dois anos, no entanto as interações aerossol-atmosfera ainda são pouco compreendidas.
Consequências miniaturadaimagem|Diagrama obtido pela CIA no Seminário Internacional sobre Guerra Nuclear na Itália 1984. Ele retrata as descobertas da pesquisa soviética de modelos de computador 3-D sobre o inverno nuclear de 1983 e, embora contenha erros semelhantes aos modelos ocidentais anteriores, foi o primeiro modelo 3-D do inverno nuclear. (As três dimensões no modelo são longitude, latitude e altitude.) O diagrama mostra as previsões dos modelos de mudanças de temperatura global após uma troca nuclear global. A imagem superior mostra os efeitos após 40 dias, a inferior após 243 dias. Um co-autor foi o pioneiro da modelagem de inverno nuclear Vladimir Alexandrov . Alexandrov, V.V. and G.I. Stenchikov (1983): "On the modeling of the climatic consequences of the nuclear war" The Proceeding of Appl. Mathematics, The Computing Center of the USSR Academy of Sciences, Moscow. Alexsandrov desapareceu em 1985. A partir de 2016, permanece a especulação em curso pelo amigo, Andrew Revkin, de jogo sujo relacionado ao seu trabalho.
Efeitos climáticos Um estudo apresentado na reunião anual da União de Geofísica dos Estados Unidos em dezembro de 2006 descobriu que mesmo uma guerra nuclear regional de pequena escala poderia perturbar o clima global por uma década ou mais. Em um cenário de conflito nuclear regional, onde duas nações opostas nos subtrópicos usariam 50 armas nucleares do tamanho de Hiroshima (cerca de 15 quilotons cada) em grandes centros populacionais, os pesquisadores estimaram que até cinco milhões de toneladas de fuligem seriam liberadas, o que produzem um resfriamento de vários graus em grandes áreas da América do Norte e Eurásia, incluindo a maioria das regiões de cultivo de grãos. O resfriamento duraria anos e, segundo a pesquisa, poderia ser “catastrófico”.
Destruição do ozônio As detonações nucleares produzem grandes quantidades de óxidos de nitrogênio ao decompor o ar ao seu redor. Estes são então levantados para cima por convecção térmica. À medida que atingem a estratosfera, esses óxidos de nitrogênio são capazes de quebrar cataliticamente o ozônio presente nessa parte da atmosfera. A destruição da camada de ozônio permitiria que uma intensidade muito maior da radiação ultravioleta nociva do Sol chegasse ao solo. Um estudo de 2008 de Michael J. Mills et al., publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences, descobriu que uma troca de ataques nucleares entre o Paquistão e a Índia usando seus arsenais atuais poderia criar um buraco de ozônio quase global, desencadeando problemas de saúde humana e danos ambientais por pelo menos uma década.
Verão nuclear Um "verão nuclear" é um cenário hipotético em que, após um inverno nuclear causado por aerossóis inseridos na atmosfera, um efeito estufa ocorreria devido ao dióxido de carbono liberado pela combustão e metano liberado da decomposição da matéria orgânica morta e cadáveres que congelaram durante o inverno nuclear.