原題は『Worldwide Effects of Nuclear War: Some Perspectives』、クレジットは United States. Arms Control and Disarmament Agency です。
例によって、プロジェクト・グーテンベルグさまに御礼をもうしあげます。
図版は省略しました。
索引が無い場合、それは私が省いたか、最初から無いかのどちらかです。
以下、本篇です。（ノー・チェックです）
*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「核戦争の世界的な影響：いくつかの視点」の開始 ***
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核戦争の世界的な影響：
いくつかの視点
米国軍備管理軍縮局、1975年。
コンテンツ
序文
はじめに
核爆発のメカニズム
放射性降下物
A.局所的な降下物
B.降下物の世界的な影響
地球環境の変化
A.高高度の塵
B.オゾン
いくつかの結論
注1：核兵器の威力 注
2：核兵器の設計
注3：放射能
注4：核の半減期
注5：酸素、オゾン、紫外線
序文
核兵器の影響については、これまで多くの研究が行われてきました。しかし、その多くは、核攻撃の直接的な標的となった国が被るであろう即時的な影響に焦点を当てており、世界規模での長期的な影響を検証した研究は比較的少ないのが現状です。
現実的かつ責任ある軍備管理政策には、こうした広範な影響についてより深く理解し、その知識を国民に公開することが不可欠です。これらの影響についてより深く理解するため、軍備管理・軍縮機関（ACDA）は、1974年4月に要請された米国科学アカデミーの調査研究を含む、数々のプロジェクトを開始しました。アカデミーの調査研究「核兵器の多重爆発による長期的な世界的影響」は、200ページを超える高度な専門的文書であり、現在公開されています。本稿は、ACDAの関連研究の結果とともに、その主要な知見をまとめ、この問題について十分な情報に基づいた見解を述べるために必要な基本的な背景情報を提供することを目的としています。
新たな発見はあるものの、依然として多くの不確実性は避けられない。核戦争に関する私たちの知識は、主に理論と仮説に基づいており、幸いなことに、通常の試行錯誤のプロセスによって検証されていない。政治の至上命題は、核戦争の経験から決して学ばないことである。
残る不確実性は極めて大きく、それ自体が核兵器使用に対する更なる抑止力となるに違いありません。同時に、核兵器のより広範な影響に関する知識、たとえ断片的なものであっても、それは、いかなる国の戦略立案者にとっても、核戦争の結果を予測しようとする際の極めて困難な困難を浮き彫りにしています。不確実性は、私たちの研究における主要な結論の一つであり、多くの発見が無計画かつ予測不可能な形で導き出されたことがそれを如実に物語っています。さらに、大規模な核爆発を多数伴う大規模攻撃は、攻撃を受けた国が核兵器で反撃しなくても、攻撃国が深刻な生理学的、経済的、そして環境的影響を受けるほど、広範かつ長期的な環境被害を引き起こす可能性があることが明らかになっています。
本論文は、読者に科学的な背景知識を必要としない言語で提示するよう努めました。しかしながら、図式化されたプロセス、抽象化、そして統計的な一般化を扱わなければなりません。したがって、極めて重要な視点の一つ、すなわち人間的視点、すなわちこれらの物理的影響が個々の人間にとって、そして文明生活の構造にとってどのような意味を持つのかという視点は、読者によって大きく補完される必要があります。
フレッド・C・イクル 米国軍備管理軍縮
局長
導入
熱核融合兵器が大国の軍事装備に導入されてから20年、そして米国、英国、ソ連が大気圏内核実験を停止してから10年以上が経ちました。今日、熱核兵器の技術に関する私たちの理解は高度に進歩しているように見えますが、核戦争の物理的および生物学的影響に関する知識は絶えず進化しています。
つい最近、軍備管理・軍縮局が米国科学アカデミーに委託した研究によって、この問題に新たな光が当てられました。これまでの研究は、核戦争による放射性降下物に大きく焦点を当てる傾向がありましたが、この新たな研究の重要な点は、地球上の生命を太陽の紫外線から守るオゾン層への大規模な核爆発の影響を含め、あらゆる可能性のある結果を調査したことです。核爆発の総量が1万メガトンと仮定した場合（戦略家たちの非人間的な専門用語で言えば、大規模ではあるものの、完全な核「交換」には至らない）、北半球（おそらく核戦争が起こる場所）ではオゾン層の30～70%、南半球では20～40%が消滅する可能性があるという結論が出ました。回復にはおそらく3〜10年かかるだろうが、アカデミーの研究では長期的な地球規模の変化を完全に排除することはできないと指摘している。
オゾン濃度の低下は、爆発が発生した地域以外にも様々な影響を及ぼすだろう。アカデミーの報告書は、例えば、その結果生じる紫外線の増加により、「温帯地域では日焼けによる即死例が、北半球では雪盲症が引き起こされるだろう」と指摘している。
奇妙に思えるかもしれませんが、紫外線の増加は平均気温の低下も伴う可能性があります。変化の規模は疑問視されていますが、最も大きな変化はおそらく高緯度地域で発生するでしょう。高緯度地域では、農作物の生産量と生態系のバランスが、霜が降りない日数や平均気温に関連するその他の要因に大きく左右されるからです。アカデミーの研究では、核戦争によるオゾン層の変化は、地球の地表温度をごくわずか、あるいは数度程度低下させる可能性があると結論付けています。この重要性を検証するため、研究では、気温が1度低下するだけでカナダにおける商業用小麦栽培が消滅すると言及しています。
このように、核兵器の大規模使用による恐ろしい結果として、広範囲にわたる放射性降下物に加え、紫外線の深刻な増加の可能性も浮上しました。そして、全面核戦争が発生した場合、遠方の人々の健康を深刻に脅かす可能性のある、地球規模の複雑かつ微妙なプロセスについても、私たちは考慮に入れなければならないでしょう。
これまで、核兵器の影響に関する重要な発見の多くは、意図的な科学的探究ではなく、偶然の産物でした。そして、以下の歴史的例が示すように、驚くべき出来事が次々と起こりました。
「キャッスル/ブラボー」は、アメリカ合衆国が使用した史上最大の核兵器でした。1954年2月28日にビキニ環礁で爆発する前は、爆発時のエネルギーはTNT火薬換算で約800万トンに相当し、爆発力はほぼ2倍、TNT火薬換算で1500万トンに達しました。
爆弾の威力が予想外だったとすれば、その余波もまた予想外だった。爆発から約6時間後、細かい砂灰が爆発地点の風下約90マイルに位置する日本の漁船「福竜丸」と、風下100マイルに位置するロンゲラップ環礁に降り注ぎ始めた。実験予定海域から40～50マイル（約64～80キロメートル）離れていたにもかかわらず、船員と島民は爆弾の「フォールアウト（放射性降下物）」、すなわち火球に巻き上げられ、核反応によって高放射能化したサンゴ、土砂、その他の破片から大量の放射線を浴びた。フォールアウトに含まれる放射性同位元素の一つであるヨウ素131は、犠牲者、特にロンゲラップ諸島の幼い子供たちの甲状腺に急速に蓄積し、深刻な濃度に達した。
大気圏内で大型核兵器をテストした10年間の他のどの出来事よりも、キャッスル/ブラボーによる太平洋7,000平方マイルの予期せぬ汚染は、大規模な核戦争が、爆発や火災による局所的な影響をはるかに超えて、いかに莫大な規模の死傷者を生み出す可能性があるかを劇的に示しました。
核兵器開発の30年間には、他にも数々の驚くべき出来事がありました。例えば、人類が地球環境に与えた影響の中で、おそらく最も大規模なものと言えるであろう変化は、1962年9月にジョンソン島の上空250マイルで核兵器が爆発した際に起こりました。1.4メガトンの爆発により、地球の磁場に閉じ込められた人工の荷電粒子帯が発生しました。これらの粒子の98%は1年後には自然現象によって除去されましたが、6～7年後には痕跡が検出できました。爆発当時、低軌道を周回していた複数の衛星は深刻な電子的損傷を受け、故障や早期故障に至りました。人類が近宇宙環境に長期的な変化をもたらす力を持つようになったことは明らかです。
高高度バーストによるもう一つの予期せぬ影響は、高周波無線通信の遮断でした。太平洋上空の核爆発によって電離層（無線信号を地球に反射する層）が破壊され、爆発地点から最大600マイル（約960キロメートル）離れた地点における長距離無線通信が数時間にわたって遮断されました。
さらにもう一つの驚きは、電磁パルスが、核兵器自体を制御する指令システムの一部を含む電気機器自体に大きな損害を与える可能性があるという発見だった。
このように、私たちの知識の多くは偶然に得られたものです。核戦争に関する確かな事実だけでなく、依然として残る不確実性について考えるとき、この事実は私たちに謙虚さを植え付けるはずです。それでもなお、私たちが学んだことは、物事をより明確に見ることができるようにしてくれます。例えば、世界規模の核戦争の影響に関する初期の憶測の中には、恐ろしいほど突飛なものもあったことが分かっています。例えば、放射性降下物が世界中に蓄積され、地球上のすべての生命が絶滅する、あるいはすべての生物に恐ろしい遺伝子変異が次々と起こり、未来の生命が認識できないものになるといった考えです。そして、より空想的な可能性を排除することを可能にするこの知識の蓄積は、地球環境や核戦争参加国と非参加国の両方の人口に深刻な影響を与え得る他の現象を、ある程度の科学的厳密さをもって再検討することを可能にします。
この論文は、核兵器の実際の標的から遠く離れた地域や人々に重点を置いて、核戦争が地球環境に及ぼす長期的な影響の一部を概観する試みである。
核爆発の仕組み
核爆発では、エネルギーの約90%が100万分の1秒未満で放出されます。そのほとんどは熱と衝撃波の形で放出され、被害をもたらします。大規模な核戦争において都市中心部を壊滅させる可能性があるのは、まさにこの即時かつ直接的な爆発力です。
標的地域に直ちに甚大な被害をもたらすことに比べれば、核兵器によって放出される残りの10%のエネルギーがもたらす、より微細で長期的な影響は、二次的な懸念事項のように思えるかもしれない。しかし、当初の大惨事の規模が、核戦争の余波を覆い隠すべきではない。核爆発の大気圏での挙動と、核爆発によって放出される放射性物質のせいで、その影響は地球規模となり、ホロコースト後も長年にわたり、戦闘から遠く離れた国々にも影響を及ぼすことになるだろう。
兵器が地表または低高度で爆発すると、熱波によって爆弾の材料、標的、付近の構造物、そしてその下の土壌や岩石が蒸発し、それらすべてが膨張しながら急上昇する火球に巻き込まれます。火球は上昇するにつれて膨張し、冷却され、核爆発の特徴であるキノコ雲を形成します。
雲が到達する高度は爆発の威力によって決まります。爆発力が数キロトン程度の場合、雲は下層大気に留まり、その影響は完全に局所的なものにとどまります。しかし、爆発力が30キロトンを超えると、雲の一部は高度約11キロメートル（7マイル）から始まる成層圏に突入します。爆発力が2～5メガトン以上の場合、放射性物質の残骸と微粒子の雲はほぼ全て成層圏に上昇します。成層圏下端に到達した重い物質は、ロンゲラップ島におけるキャッスル/ブラボー放射性降下物のように、すぐに沈降します。しかし、軽い粒子は成層圏の高度19キロメートル（12マイル）以上まで到達し、そこで数ヶ月、あるいは数年も留まります。成層圏の循環と拡散によって、この物質は世界中に拡散します。
放射性降下物
核爆発による地域的および世界的放射性降下物の危険性は、兵器の設計、爆発力、爆発高度と緯度、時期、地域の気象条件など、さまざまな要因が相互作用して左右されます。
現在の核兵器設計はすべて、ウランやプルトニウムといった重元素の核分裂を必要とします。この核分裂過程で放出されるエネルギーは、重量当たりで、最もエネルギーの高い化学反応の何百万倍も大きいのです。キロトン級の小型核兵器は、1945年に広島と長崎を破壊した最初の爆弾のように、核分裂過程で放出されるエネルギーのみに依存する可能性があります。より高威力の核兵器は、その爆発力の大部分を重水素と三重水素といった重水素の核融合から得ています。核兵器に使用できる核融合物質の量には事実上制限がなく、核分裂性物質よりも安価であるため、核融合爆弾、いわゆる「熱核爆弾」、あるいは「水素爆弾」は、兵器の爆発力を劇的に増大させました。しかしながら、水素核融合反応を引き起こすために必要な高温高圧を達成するためには、依然として核分裂プロセスが不可欠です。したがって、すべての核爆発は重元素の核分裂による放射性破片を生成し、より大きな爆発は核融合プロセスから追加の放射線成分を生成します。
重元素核分裂によって生成される核破片の中で最も懸念されるのは、高エネルギー電子またはガンマ粒子を放出して崩壊する放射性原子（放射性核種とも呼ばれる）です。（「放射能」の注記参照）ここで重要な特性は崩壊速度です。これは「半減期」、つまり元の物質の半分が崩壊するのに必要な時間で測定されます。主な関心事である爆弾によって生成された放射性核種の場合、半減期は数日から数千年の範囲です。（「核の半減期」の注記参照）放射性核種の危険性を決定する上で重要なもう一つの要因は、原子の化学的性質です。この化学的性質は、放射性核種が呼吸や食物連鎖を通じて体内に吸収され、組織に取り込まれるかどうかを決定します。もし吸収されれば、破壊的な電離放射線（「放射能」の注記参照）による生物学的損傷のリスクは倍増します。
おそらく最も深刻な脅威は、半減期が30年のガンマ線放出核種であるセシウム137です。これは核放射性降下物の主要な放射線源であり、カリウムの化学的性質と類似しているため、動物や人間の血液中に容易に取り込まれ、組織に取り込まれる可能性があります。
その他の有害物質としては、半減期が28年の電子放出核種であるストロンチウム90と、半減期がわずか8日のヨウ素131があります。ストロンチウム90はカルシウムと反応するため、特に汚染された牧草を食べた牛の乳を飲んだ幼児の骨や歯に容易に取り込まれます。ヨウ素131は甲状腺に濃縮されるため、乳幼児にとって同様の脅威となります。さらに、核爆発物によく使用されるプルトニウム239があります。ストロンチウム90と同様に骨を攻撃するプルトニウム239も肺に留まり、その強力な局所的放射線が癌などの損傷を引き起こす可能性があります。プルトニウム239はアルファ粒子（ヘリウム原子核）を放出して崩壊し、半減期は24,000年です。
水素核融合が兵器の爆発力に寄与する程度に応じて、さらに2つの放射性核種が放出されます。半減期が12年の電子放出体であるトリチウム（水素3）と、半減期が5,730年の電子放出体である炭素14です。どちらも食物連鎖を通じて吸収され、有機物に容易に取り込まれます。
放射線障害には3つの種類があります。身体的障害（主に白血病、甲状腺、肺、乳腺、骨、消化管の癌）、遺伝的障害（親の生殖腺損傷に起因する先天性欠損症、体質性疾患、変性疾患）、そして発達・成長障害（主に胎児および幼児の成長障害および知的障害）です。発達障害を引き起こすには約20レントゲン以上の高線量（「放射能」の項参照）が必要であるため、これらの影響は核兵器国における局所的な放射性降下物の影響が大きい地域に限定され、世界的な問題にはならないと考えられます。
A. 地域的な影響
核爆発による放射線障害の大部分は、体外に存在する短寿命放射性核種に由来する。これらの核種は、通常、核兵器の爆発地点の風下側の範囲に限定される。この放射線障害は、半減期が数秒から数ヶ月の放射性核分裂片、および核分裂・核融合反応による強力な中性子束によって爆発近傍の土壌やその他の物質が放射能を帯びることによって発生する。
核分裂出力100万トン（TNT換算1メガトン）の核兵器が、時速15マイル（約24キロメートル）の風下で地上で爆発した場合、爆発地点から数百マイル（約16キロメートル）の風下にかけて楕円形の放射性降下物が発生すると推定されています。風下20～25マイル（約32～40キロメートル）の距離では、放射性降下物の発生開始から25分以内に避難所を見つけられなかった場合、致死量の放射線量（600ラド）を被曝することになります。風下40～45マイル（約64～72キロメートル）の距離では、放射性降下物の発生開始から最大3時間（約64～72キロメートル）以内に避難所を見つけられるとされています。これよりはるかに少ない放射線量でも、重篤な病気を引き起こす可能性があります。したがって、爆発地点のすぐ風下にいる人々は、避難所や避難所に避難しない限り、生存の可能性は低いでしょう。
米国の人口密集地を1メガトンの核分裂出力を持つ兵器100発で攻撃した場合、爆風、高熱、地表衝撃、そして瞬間的な放射線影響（中性子線とガンマ線）によって最大20%の人口が即座に死亡すると推定されています。また、同様の兵器を1,000発で攻撃した場合、米国の人口のほぼ半数が即座に死滅すると推定されています。これらの数字には、火災、医療の欠如、飢餓、あるいは爆発地点の風下側の地面に降り注ぐ致死性の放射性降下物による追加の死者は含まれていません。
爆弾によって生成される放射性核種のほとんどは急速に崩壊します。それでもなお、爆発した兵器の爆風半径外には、ストロンチウム90やセシウム137といった長寿命放射性同位元素による放射能汚染のため、生存者が立ち入ることができない地域（「ホットスポット」）が存在します。これらの放射能汚染は食物連鎖を通じて濃縮され、体内に取り込まれる可能性があります。被害は体内に及び、その有害な影響は何年もかけて現れます。核戦争の生存者にとって、この残留放射線障害は、攻撃後1年から5年にもわたって深刻な脅威となり得ます。
B. 放射性降下物の世界的な影響
放射性核種の生成と分布に関する私たちの知識の多くは、1950年代から1960年代初頭にかけて大気圏内で集中的に核実験が行われていた時期に得られたものです。1945年から1971年の間に、500メガトン以上の核爆発が大気圏内で行われたと推定されており、その約半分は核分裂反応によって生成されました。核爆発のピークは1961年から1962年で、米国とソビエト連邦によって合計340メガトンが大気圏内で爆発しました。1963年の部分的核実験禁止条約により、米国、英国、ソビエト連邦は大気圏内での核実験を終了しましたが、署名国ではない主要国であるフランスと中国は、年間約5メガトンのペースで核実験を継続しました。（フランスは現在、地下核実験を行っています。）
国連の科学委員会は、1970年（本研究の終了日）までの大気圏内核実験の結果、2000年までに世界人口が浴びる一人当たりの累積被曝線量は、地表における自然放射線の2年間被曝量に相当すると推定しています。世界人口の大部分にとって、自然起源の内部被曝および外部被曝量は年間10分の1ラド未満です。したがって、これまでの核実験は、地球規模で深刻な放射線の脅威をもたらしているようには見えません。しかし、過去のすべての核実験の総威力の10倍、あるいは100倍もの放射能を放出する核戦争は、はるかに大きな世界規模の脅威となる可能性があります。
米国科学アカデミーは、あらゆる形態の電離放射線の生物学的影響について、幅広い範囲で計算を行っています。この計算に基づくと、1970年までに行われた500メガトン以上の核実験による放射性降下物は、次世代において出生数100万人あたり2～25件の遺伝性疾患を引き起こすとされています。これは、核実験後の世代において、核爆発による1メガトンの放射能につき、出生数10億人あたり3～50人が遺伝的損傷を受けることを意味します。同様の不確実性を考慮すると、実験後の世代において、10億人あたり75～300件のがんが誘発されると推定できます。
これらの極めて大まかな基準を、1万メガトンの核兵器が爆発する大規模核戦争に当てはめると、世界人口50億人への影響は甚大なものとなる。起こりうる核戦争のダイナミクスに関する不確実性を考慮すると、放射線誘発性癌および遺伝子損傷は、世界人口全体で30年間で150万から3000万件に達すると推定される。これは、100人から3000人あたり1件の追加症例、つまり先進国における平時の推定癌死亡率の約0.5%から15%に相当する。さらに、後述するように、苦しみと死を劇的に増加させる、あまりよく理解されていない他の影響が存在する可能性がある。
地球環境の変化
核戦争は、非常に大量かつ集中的な高温エネルギーの短期的放出を伴うため、さまざまな潜在的な環境影響を考慮する必要があります。
確かに、核兵器のエネルギーは多くの自然現象に比べれば微々たるものです。大型ハリケーンは水素爆弾100万個分の威力を持つかもしれません。しかし、最も激しい気象でさえも、エネルギー放出は拡散しており、広範囲に広がり、嵐のシステムと周囲の大気との温度差は比較的小さいのです。一方、核爆発は正反対で、非常に集中しており、反応温度は華氏数千万度にも達します。核爆発は自然現象とは大きく異なるため、環境を変化させる可能性について、様々な状況で検証する必要があります。
A. 高高度の塵
1万メガトン級の戦争で、その半分の兵器が地上で爆発した場合、約250億立方メートルの岩石と土壌が破壊され、相当量の微細な塵や粒子が成層圏に噴出すると推定されています。これは、1883年にインドネシアのクラカタウ火山が噴火した際に噴出した物質の約2倍に相当します。クラカタウ火山の噴火は、記録に残る史上最大の地上現象でした。クラカタウ火山の噴火後、数年間にわたり世界中の夕焼けが著しく赤く染まり、大量の火山灰が成層圏に流入したことを示唆しています。
1963年のバリ島アグン山などの大規模な火山爆発に関するその後の研究では、成層圏への大規模な塵の注入により地表の太陽光の強度と気温が低下し、上層大気での熱の吸収が増加する可能性が浮上した。
気温や日照時間のわずかな変化は、農作物の生産に影響を与える可能性があります。しかし、火山爆発による地球規模の壊滅的な変化はこれまで発生していないため、1万メガトン規模の衝突によって成層圏に大量の粒子が放出されたとしても、それ自体が地球規模の気候変動に大きく影響するかどうかは疑わしいでしょう。
B. オゾン
さらに懸念されるのは、核爆発が成層圏のオゾン層に及ぼす可能性のある影響です。オゾンの独特かつ逆説的な役割が十分に認識されたのは20世紀に入ってからでした。一方で、私たちが呼吸する空気中のオゾン濃度が1ppmを超えると有毒となり、アメリカの大都市ロサンゼルスではオゾン警報・注意報の手順が定められています。一方、地球上の生命維持の観点から、オゾンは成層圏において極めて重要な存在です。
その理由は、大気上層部の酸素と窒素が 2,420 オングストローム (A) より短い波長の太陽紫外線光子を遮断できるのに対し、波長が 2,500 ～ 3,000 A の太陽紫外線を効果的に遮断できるのは大気中に存在するオゾンだけだからです (注 5 を参照)。オゾンは 2,500 ～ 3,000 A のスペクトル領域の太陽紫外線を非常に効率的に遮断しますが、スペクトルの高端の領域では一部が透過してしまいます。日焼けの原因となる 2,800 ～ 3,200 A の範囲の紫外線は、人間の皮膚を早期に老化させ、皮膚がんを引き起こします。早くも 1840 年には、北極の雪盲は太陽紫外線によるものと考えられていましたが、その後、強力な紫外線は植物の光合成を阻害し、植物の成長を阻害し、細菌、菌類、高等植物、昆虫、一年生植物に損傷を与え、遺伝子変異を引き起こすことが分かってきました。
オゾンは地球表面の居住可能な環境を確保する上で重要な役割を果たしているにもかかわらず、大気中のオゾン総量はわずか3ppm程度と極めて少ない。さらに、オゾンは大気を構成する恒久的または静的な成分ではない。自然のプロセスによって絶えず生成、破壊、そして再生されているため、ある時点におけるオゾンの量は、生成と破壊の化学反応と、上層成層圏に到達する太陽放射との間の平衡状態によって決まる。
オゾン生成のメカニズムは、酸素分子（O₂）が比較的波長の短い紫外線を吸収することです。酸素分子は2つの自由酸素原子に分離し、上層大気中の粒子表面で他の酸素分子と直ちに結合します。この結合によってオゾン（O₂）が形成されます。オゾン生成過程で放出される熱が、成層圏（その底部は地表から約36,000フィート上空）の気温が高度とともに上昇する不思議な現象の原因です。
成層圏では、この自然化学反応によって毎秒約4,500トンのオゾンが生成されますが、これはオゾンを分解する他の自然化学反応によって相殺されます。最も顕著なのは、一酸化窒素（NO）がオゾン（O3）を分子に分解する反応です。この作用は、超音速輸送機の大規模飛行が下層成層圏で日常的に行われる場合に発生する可能性のある環境問題に関する研究において、ここ数年で初めて発見されました。カリフォルニア大学バークレー校のハロルド・S・ジョンストン博士が運輸省の気候影響評価プログラムのために作成した報告書によると、オゾン破壊の50～70%は通常、NO反応によるものと考えられています。
自然環境において、NOの生成と成層圏への輸送には様々な経路があります。土壌細菌は亜酸化窒素（N2O）を生成し、これが下層大気に入り、成層圏へゆっくりと拡散します。そこで遊離酸素（O）と反応して2つのNO分子が生成されます。下層大気におけるNO生成のもう一つのメカニズムは雷放電です。NOは雨によって下層大気から速やかに洗い流されますが、一部は成層圏に到達する可能性があります。また、太陽や星間放射源からの宇宙線によって、成層圏で直接生成されるNOもあります。
一酸化窒素がオゾン層破壊において触媒的な役割を果たすため、高出力核爆発がオゾン層に及ぼす影響を考慮することが重要となります。核爆発の火球とその中に巻き込まれた空気は高熱にさらされ、その後比較的急速に冷却されます。これらの条件は、空気から膨大な量のNOを生成するのに理想的です。核爆発の威力1メガトンあたり、最大5,000トンの一酸化窒素が生成されると推定されています。
北半球で1万メガトンの爆発力を伴う全面核戦争によって成層圏に放出された一酸化窒素は、どのような影響を与えるでしょうか？米国科学アカデミーの最近の研究によると、核兵器によって生成される一酸化窒素は、北半球のオゾン層を最大30～70%減少させる可能性があるとのことです。
まず、オゾン層が破壊されると、通常よりも地表に反射する熱量が少なくなり、気温の低下を引き起こします。これは農業に深刻な影響を及ぼすほどかもしれません。その後、塵の増加や植生の変化といった他の変化によって、この気温低下が反転する可能性もありますが、一方で、気温を上昇させる可能性もあります。
おそらくもっと重要なのは、地球上の生命は主にオゾン層の保護下で進化し、現在では透過してくる太陽紫外線の量にかなり正確に適応しているということです。この低レベルの紫外線から身を守るために、外的遮蔽（羽毛、毛皮、果物のクチクラワックス）、内的遮蔽（人間の皮膚のメラニン色素、植物組織のフラボノイド）、回避戦略（日中のプランクトンによる深海への移動、砂漠イグアナによる日陰の探索）、そして胎盤を持つ哺乳類を除くほぼすべての生物において、光化学的損傷を修復する精巧なメカニズムが進化してきました。
しかし、太陽からの紫外線が大幅に増加すれば、一部、あるいは多くの陸上生物の防御機構が圧倒される可能性があります。そうなれば、細菌、昆虫、植物、そして人類の幸福を支える生態系の他の構成要素に直接的、間接的な被害が生じるでしょう。この混乱は、特に多くの混乱を伴う大規模な戦争の後に発生した場合、戦後社会の復興にとって深刻な脅威となり得ます。米国科学アカデミーの報告書は、生態系は20年で紫外線の増加からは基本的に回復するだろうと結論付けています。ただし、戦地に近い地域では、放射能やその他の被害から必ずしも回復するとは限りません。しかし、紫外線の増加の遅発性影響として、北半球中緯度地域では40年間にわたり皮膚がんの発生率が3～30%増加すると推定されています。
いくつかの結論
我々は、大規模核戦争の問題、そして直接攻撃を受けていない国々の立場から、戦後復興においてこれらの国々が直面するであろう困難について考察してきた。核戦争の恐怖と悲劇の大部分は、直接攻撃を受けた人々に降りかかるであろうことは事実であり、彼らは自らの社会の再建を目指す上で、極度かつおそらくは克服できない困難に立ち向かわなければならないであろう。しかしながら、戦闘地域から遠く離れた国々も含め、他の国々が地球環境への被害によって甚大な被害を受ける可能性があることは、同様に明白である。
最後に、経済活動と通信の混乱がもたらす地球規模の影響についても、簡単に触れておくべきでしょう。1970年以降、人類のますます多くの割合が食料自給自足の闘いに敗れ、大量の輸入に頼らざるを得なくなっています。穀物輸出国および製造国における農業と輸送の大規模な混乱は、食料、農業機械、肥料を輸入している国々、特に既に広範な飢餓の脅威に直面している国々にとって壊滅的な打撃となる可能性があります。さらに、食料や医薬品から燃料や成長促進産業に至るまで、事実上あらゆる経済分野において、後発開発途上国は貿易上の必需品を「被害を受けていない」先進国の残りの国々に頼ることができなくなるでしょう。核戦争が勃発すれば、直接関与する工業国自身も、今日「後発開発途上国」と呼ばれる国々と資源をめぐって競争しなければならなくなるでしょう。
同様に、国際通信（衛星、ケーブル、さらには高周波無線リンク）の途絶は、国際的な復旧活動にとって大きな障害となる可能性がある。
大規模な核戦争の余波を予測するにあたり、我々は発生しうる様々な種類の被害を個別に検討してきました。しかしながら、これらの影響の間に相互作用が生じ、ある種類の被害が別の種類の被害と相まって、新たな予期せぬ災害を生み出す可能性も十分にあります。例えば、世界規模での大量の放射性降下物と太陽紫外線の増加の影響は個別に評価できますが、この2つが同時に作用することで、人間、動物、植物の病気に対する感受性が著しく高まるかどうかは分かりません。クラカタウよりもさらに大規模な成層圏への塵の注入は、それ自体では気候や環境に重大な変化をもたらす可能性は低いと結論付けることができますが、オゾン層の破壊など、全く予期せぬ結果をもたらす可能性のある他の現象との相互作用を排除することはできません。
核兵器は、その致命的な影響と同じくらい予測不可能であることを、私たちは認識するようになりました。約30年にわたる開発と研究にもかかわらず、いまだに多くのことが分かっていません。これは、大規模な核戦争が及ぼす地球規模の影響を考えると、特に当てはまります。
注1：核兵器の威力
核兵器の威力を測る最も広く用いられている基準は「威力」であり、これは同じエネルギー放出を生み出す化学爆薬（TNT火薬）の量で表されます。1945年に広島を壊滅させた最初の原子爆弾の威力は13キロトンでした。これはTNT火薬1万3000トンの爆発力に相当します。（第二次世界大戦で投下された最大の通常爆弾には、約10トンのTNT火薬が含まれていました。）
広島原爆投下以来、核兵器の威力、すなわち爆発力は飛躍的に増大しました。1962年にソ連が行った世界最大の核爆発は、58メガトンの威力（TNT火薬換算で5800万トンに相当）でした。現代の弾道ミサイルは、20メガトン以上の威力を持つ弾頭を搭載することがあります。
近年の歴史における最も激しい戦争でさえ、使用された非核兵器の総破壊力は比較的限定的でした。今日では、航空機1機または弾道ミサイル1発が、近年の戦争で使用された非核爆弾の総量を上回る核爆発力を搭載することができます。超大国が現在保有する核爆弾と核ミサイルの数は数千に上ります。
注2：核兵器の設計
核兵器は、それぞれエネルギーを放出する、根本的に異なる 2 種類の核反応に依存しています。
核分裂は、重い元素（例：ウラン）を分割し、核融合は、軽い元素（例：水素）を結合します。
核分裂では、核爆発を起こすために、最低限の量の物質、すなわち「臨界質量」が接触する必要があります。より効率的な核分裂兵器は、数十キロトンの威力に収まる傾向があります。より高い威力の核分裂兵器は、ますます複雑になり、非現実的になります。
核融合は、事実上無限の威力を持つ兵器の設計を可能にします。原子核理論によれば、核融合において水素のような軽い原子核が結合すると、融合した原子核の質量は元の2つの原子核よりも軽くなり、その損失はエネルギーとして表されます。1930年代までに、物理学者たちはこれが太陽や恒星のエネルギー源であると結論づけていました。しかし、核融合プロセスは、原子核分裂爆弾を「起爆装置」として利用することで、100万分の1秒から200万分の1秒以内に核融合反応を引き起こすのに必要な高圧と高温を発生させることができることが発見されるまで、理論的な関心の対象にとどまっていました。
核融合により、はるかに安価な材料を使用して、ほぼ無限の威力を持つ兵器の設計が可能になります。
注3：放射能
水素、酸素、金、鉛といった身近な自然元素のほとんどは安定しており、外部からの影響を受けない限りは永続します。しかし、ほとんどすべての元素は不安定な形で存在することができます。これらの不安定な「同位体」と呼ばれる原子核は、それらを構成する特定の核粒子の混合物と「相性が悪く」、放射性崩壊のプロセスを通じてこの内部応力を軽減します。
放射性崩壊の 3 つの基本的なモードは、アルファ線、ベータ線、ガンマ線の放出です。
アルファ粒子――不安定核は頻繁にアルファ粒子を放出します。実際には、陽子2個と中性子2個からなるヘリウム原子核です。アルファ粒子は崩壊粒子の中では圧倒的に質量が大きく、また最も遅く、光速の10分の1を超えることは稀です。そのため、透過力は弱く、通常は紙切れで防ぐことができます。しかし、プルトニウムのようなアルファ粒子が体内に取り込まれると、深刻な発がんリスクをもたらします。
ベータ線 – 放射性崩壊のもう一つの形態は、ベータ粒子、つまり電子の放出です。ベータ粒子の質量はアルファ粒子の約7000分の1ですが、その速度は光速の800分の1にも達します。そのため、ベータ粒子は体組織の奥深くまで浸透し、外部からのベータ線被曝は、より遅く重いアルファ粒子よりもはるかに大きな脅威となります。ベータ線を放出する同位体は、体内に取り込まれた場合、アルファ粒子放出体と同等の有害性を持ちます。
ガンマ線 – いくつかの崩壊過程において、質量を持たず光速で移動する光子が放出されます。電波、可視光線、放射熱、X線はすべて光子であり、それぞれが持つエネルギーレベルのみが異なります。ガンマ線はX線光子に似ていますが、透過力がはるかに強く（数インチのコンクリートを透過できます）、人体に大きな損傷を与える可能性があります。
3種類の原子核崩壊放射線に共通するのは、通過する中性原子を電離（すなわち、電気的に不均衡にする）、つまり正味の電荷を与える能力です。正電荷を帯びたアルファ粒子は、通過する原子から電子を引き抜き、負電荷を帯びたベータ粒子は中性原子から電子を押し出します。高エネルギーのベータ粒子が原子核に十分近づくと、X線を発生し、それ自体が他の中性原子を電離させます。質量はゼロだが高エネルギーのガンマ線は、X線と同様に中性原子から電子を叩き出し、電離させます。放射線粒子1個は、そのエネルギーがすべて吸収されるまでに、複数回の衝突で組織内の数百個の中性原子を電離させることができます。これは、細胞の遺伝子設計図を担う細胞質のような極めて重要な細胞構造の化学結合を破壊し、元の電離放射線と同等の損傷を引き起こす可能性のある化学成分も生成します。
便宜上、「ラド」と呼ばれる放射線量の単位が採用されています。これは、放射性崩壊によって粒子が単位体積あたりに生み出す電離の量を表します。
注4：核半減期
「半減期」の概念は、不安定な原子核の放射性崩壊を理解するための基本です。
細菌、動物、人間、星といった物理的な「システム」とは異なり、不安定同位体は個別に予測可能な寿命を持ちません。単一の不安定原子核がいつ崩壊するかを予測する方法はありません。
それでも、特定の放射性同位体の多数の原子核を統計的に扱うことで、個々の原子核のランダムな挙動を回避することは可能です。例えば、トリウム232の場合、放射性崩壊は非常に遅いため、最初の量の半分がより安定した構成に崩壊するまでに140億年かかります。したがって、この同位体の半減期は140億年です。第二半減期（さらに140億年）が経過すると、トリウム232は元の量の4分の1しか残らず、第三半減期後には8分の1しか残らない、というように続きます。
人工放射性同位体のほとんどは半減期がはるかに短く、数秒または数日から数千年までの範囲です。プルトニウム239（人工同位体）の半減期は24,000年です。
最も一般的なウラン同位体であるU-238の半減期は45億年で、太陽系の年齢とほぼ同じです。はるかに希少な核分裂性同位体であるU-235の半減期は7億年で、現在の存在量は太陽系誕生時の量の約1%に過ぎないことを示しています。
注5：酸素、オゾン、紫外線
酸素は呼吸する生物にとって不可欠な物質であり、地球の大気の約5分の1を占めています。高温の大気中では、酸素は時折単独の原子として存在しますが、通常は別の酸素原子と結合して分子状酸素（O₂）を形成します。私たちが呼吸する空気中の酸素は、主にこの安定した形態で構成されています。
酸素には、3つの酸素原子が1つの分子（O3）に結合した3番目の化学形態があり、オゾンと呼ばれます。O2よりも安定性が低く、はるかに希少で、主に成層圏の上層にしか存在しませんが、分子状酸素とオゾンはどちらも地球を太陽放射の有害な成分から守る重要な役割を果たしています。
最も有害な放射線は、太陽スペクトルの「紫外線」領域にあり、波長が短い（3,000Å以下）ため目には見えません。（オングストローム単位（Å）は、非常に短い長さの単位で、1センチメートルの100億分の1、つまり約1インチの40億分の1です。）X線とは異なり、紫外線光子は原子を電離させるほど「強く」はありませんが、生細胞内の分子の化学結合を破壊し、腫瘍や癌を含む様々な生物学的および遺伝学的異常を引き起こすのに十分なエネルギーを持っています。
幸いなことに、地球の大気のおかげで、この危険な紫外線はごくわずかしか地球に到達しません。太陽光が成層圏の最上部、高度約30マイル（約48キロメートル）に達する頃には、1,900Åより短い波長の紫外線はほぼすべて窒素分子と酸素分子に吸収されています。成層圏内では、分子状酸素（O₂）が2,420Åまでの長波長の紫外線を吸収し、この吸収過程の結果としてオゾン（O₃）が形成されます。このオゾンが残りの約3,000Åまでの紫外線をほぼすべて吸収するため、危険な太陽放射は地表に到達する前にほぼすべて遮断されます。
*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「核戦争の世界的な影響：いくつかの視点」の終了 ***
《完》