Tsar Bomba: hoe beïnvloedde krachtigste kernproef atmosfeer?

Foto boven: De replica van de Tsar Bomba zoals deze in het Atoommuseum in Sarov te vinden is - Croquant / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

De mensheid heeft de afgelopen 100 jaar vele atoomproeven uitgevoerd. Bovengronds, ondergronds en onder water. De na-ijl effecten daarvan zijn niet helemaal duidelijk. Openluchtproeven laten vooral tijdens de explosie een megagrote paddenstoelwolk zien en een drukgolf rond de aarde gaan. Maar er zijn meer gevolgen. We kijken naar de krachtigste kernexplosie ooit tijdens een atoomproef: Tsar Bomba.

door Grieta Spannenburg - Weer en klimaat op aarde staan onder invloed van alles wat zich in de lucht afspeelt. Veranderingen in vochtgehalte of zoninstraling beïnvloeden direct het klimaat op aarde. We zijn bekend met het versterkte broeikaseffect, door onder andere de toegenomen hoeveelheid koolstofdioxide.

De replica van de Tsar Bomba zoals deze in het Atoommuseum in Sarov te vinden is - Croquant / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

Er zijn ook veel natuurlijke bronnen met invloeden op het klimaat. Denk bijvoorbeeld aan vulkanen. Vooral vulkanen waarvan de uitgestoten massa tot in de stratosfeer doordringt (boven 15 kilometer hoogte) hebben op enigerlei wijze mondiale weerseffecten tot gevolg.

Advertentie

De zwaarste vulkaanuitbarsting uit de geschiedenis van de mensheid is die van de Tambora, op het Indonesische eiland Soembawa in april 1815. Er kwamen dermate veel as- en zwaveldeeltjes in de stratosfeer terecht, dat het jaar daarop, 1816, de boeken in ging als ‘het jaar zonder zomer’. Zo’n grote uitbarsting verandert op een of andere manier de energiebalans van de aarde. Het kan de aarde niet alleen tijdelijk afkoelen, ook kunnen grootschalige (straal)stromen van plek verschuiven en regionale neerslagpatronen wijzigen.

Decennia van atoomproeven

In de jaren 40 tot en met het einde van de Koude Oorlog zijn er wereldwijd meer dan 2000 nucleaire proeven gedaan. Dit gebeurde vooral door de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie, maar ook door het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk en China. De totale explosieve kracht was enorm: gezamenlijk vele duizenden malen groter dan alle conventionele explosieven uit de Tweede Wereldoorlog samen.

Kaart met landen die kernproeven uitvoerden en de stippen betreffen de testlocaties. Hoe groter het aantal proeven, des te groter de stip. Let op hoeveel tests er zijn gedaan op kleine paradijselijke eilanden in de Stille Oceaan. De grote rode stip bovenin is de locatie van Tsar Bomba - Roke / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

De belangrijkste testgebieden lagen ver weg van de bewoonde wereld. Denk aan Nevada, het paradijselijke Bikini atol, Frans-Polynesië en de Algerijnse Sahara. De grootste test ooit is door de Sovjet-Unie uitgevoerd boven Nova Zembla. Zij lieten daar op 30 oktober 1961 een nucleaire bom van ongeveer 50 megaton ontploffen. Ter vergelijking; de bom op Hiroshima was 15 kiloton. Deze enorme Sovjet atoombom staat bekend als Tsar Bomba, oftewel: de keizer der bommen.

De kracht van Tsar Bomba

Het was een waanzinnige explosie. Deze atoombom werd afgeworpen door een aangepaste Tupolev bommenwerper. Voor de bemanning die deze gigant moest laten vallen, zal het een enge klus zijn geweest. De bom werd door hen op 10.500 meter afgeworpen en was voorzien van een enorme parachute. Deze chute vertraagde de val en gaf daarmee de bemanning van het vliegtuig de tijd om ver genoeg weg te kunnen vliegen. Ook was het vliegtuig wit geschilderd om schade door de vrijkomende hitte te voorkomen.

Advertentie

Nadat de Tupolev was weggekomen, werd op ongeveer 4 kilometer hoogte de atoombom gedetoneerd. De explosie overtrof alles wat ooit eerder door mensen was gemaakt. Er ontstond een vuurbal van buitenaardse proporties, met een diameter tot zo’n 8 kilometer. De schokgolf van de explosie voorkwam dat de vuurbal de grond bereikte. De bekende nucleaire paddenstoelwolk vormde zich in de lucht en had zijn kop tot ongeveer 60 of 65 kilometer hoogte. De bijkomende schokgolf ging drie keer rond de aarde. Er is melding gemaakt van brekende ramen tot in delen van Finland en Noord-Noorwegen.

De lucht boven onze aarde wordt ingedeeld in troposfeer (onderste 10 tot 15 km) stratosfeer (tot 50 km) en daarboven de mesosfeer - NASA Public Domain

Directe gevolgen van Tsar Bomba

Dat deze bom voor de natuur op en rond Nova Zembla een enorm effect heeft gehad, mag duidelijk zijn. Alleen al de hitte zou op 1000 kilometer afstand nog derdegraads brandwonden en blindheid kunnen veroorzaken. Er is weinig bekendgemaakt over de directe gevolgen, maar met even nadenken is het logisch dat tientallen kilometers van het land verkoold raakten. Vegetatie en dieren in het directe effectgebied zullen ernstig zijn getroffen. Het is denkbaar dat grote groepen zeevissen op slag werden gedood, was het niet door de drukgolf dan wel door de plaatselijke verhitting van het zeewater. Ground Zero was waarschijnlijk zwartgeblakerd, kaal, bezaaid met verpulverd sediment. Nog een geluk dat het een luchtontploffing was, en geen grondontploffing.

Voor het grootste deel van de wereld waren de directe effecten heel veel kleiner. Het opvallendste waren de verstoorde radioverbindingen en de drukgolf die rond de aarde ging. Het aandeel radioactiviteit was ‘relatief beperkt’, doordat de bom iets minder vuil was ontworpen dan gangbare waterstofbommen uit die tijd. Informatie vanuit de Sovjet-Unie was schaars, maar meetvliegtuigen registreerden wel radioactieve wolken en verhoogde gammastraling. Gammastraling komt vrij bij radioactief verval en kan moleculen en DNA in levende cellen beschadigen. Het is in zijn vorm te vergelijken met röntgenstraling in de ziekenhuizen.

Naast de Tupolev bommenwerper vloog ook nog een ander vliegtuig dat opnamen maakte. Het is beeldmateriaal uit de Sovjettijd. Context en schaal zijn niet altijd exact verifieerbaar.

In delen van Noorwegen en Finland werden lichte verhogingen van radioactiviteit gemeten. En zoals bij veel bovengrondse testen, werden veel zogeheten isotopen wereldwijd teruggevonden. Vooral in regenwater, melk, bodem en menselijke tanden en botten. De onmiddellijke radioactieve wolk, in de troposfeer, dreef met de wind oostwaarts. Uiteindelijk zag men in lichte mate radioactieve regen tot in Japan en Noord-Amerika. Over het algemeen wordt gesteld dat heel veel Amerikaanse en Sovjet testcampagnes veel ernstigere radioactieve effecten hadden dan Tsar Bomba. De psychologische en de geopolitieke impact waren in deze zin veel ernstiger.

Latere gevolgen in de atmosfeer

De Tsar Bomba-test bracht enorme hoeveelheden energie, stikstofoxiden, aerosolen en waarschijnlijk ook waterdamp tot in de bovenste delen van de stratosfeer en nipt tot in de mesosfeer. Maar er is geen sterk bewijs dat één enkele test een meetbaar mondiaal klimaateffect veroorzaakte, zoals de Tambora of de Pinatubo (in 1991) dat wel deden.

De hoeveelheid waterdamp die de stratosfeer in ging, wordt als veel en veel minder aangemerkt dan de hoeveelheden van de Hunga Tonga-uitbarsting in januari 2022. Deze onderzeese vulkaan uitbarsting leidde overigens ook tot een drukgolf die een paar keer de wereld rond ging. De explosie ervan was hoorbaar tot in Amerika. Berekeningen laten zien dat de Hunga Tonga uitbarsting de hoeveelheid waterdamp in de stratosfeer in een klap met 10 procent verhoogde.

Waterdamp beïnvloedt stralingsbalans van de aarde

Waterdamp in de stratosfeer beïnvloedt de stralingsbalans van de aarde en kan de atmosferische circulatie en temperatuurpatronen wijzigen. Mogelijk zijn er ook veranderingen in neerslagpatronen en bewolkingshoeveelheden opgetreden, maar veel is nog onduidelijk. Het huidige idee is dat de uitwerking van de klimaateffecten een paar jaar kunnen doorwerken. Maar er is nog heel veel onbekend.

De Hunga Tonga bracht meer dan 100 teragram water in de stratosfeer. Dat is honderd miljard kilogram. Bij de Tsar Bomba was de energie enorm, maar de totale massa water veel en veel kleiner dan bij oceaanvulkanen, zoals de Hunga Tonga.

Voor één Tsar Bomba waren de mondiale klimaateffecten volgens de geleerden waarschijnlijk klein en tijdelijk. Er is geen overtuigend bewijs dat de mondiale temperatuur, neerslag- of circulatiepatronen meetbaar wijzigden. Klimaatverandering door aerosolen hangt vooral af van de massa, de verblijfsduur, de chemische samenstelling en de ruimtelijke spreiding. Tsar Bomba had veel energie, maar relatief weinig langdurige aerosolmassa.

Alle atoomtesten

Cumulatief hebben de paar decennia van atoomtests wel atmosferische effecten gehad. De waargenomen, mondiaal lichte afkoeling in delen van de jaren 1940–1970, wordt tegenwoordig vooral gekoppeld aan industriële sulfaatvervuiling, vulkaanuitbarstingen, natuurlijke oceaancycli, en mogelijk een kleine bijdrage van nucleaire testen.

Historische klimaatanalyses laten zien dat de hoeveelheid radioactief stof van kernproeven duidelijk meetbaar was en de atmosferische transparantie tijdelijk veranderde. Sommige datasets tonen een lichte wereldwijde afkoeling in perioden met veel testen. Maar het effect was waarschijnlijk klein vergeleken met industriële aerosolen, en veel kleiner dan het huidige effect van broeikasgassen. De grootste afkoelingsperiode van het midden van de 20e eeuw wordt tegenwoordig meestal toegeschreven aan zwavelrijke luchtvervuiling uit industrie en energiecentrales.