Metodologia: como o simulador calcula os efeitos nucleares

Tudo o que o simulador desenha no mapa é calculado a partir de modelos públicos e desclassificados dos efeitos das armas nucleares. Esta página explica de onde vêm os números e em que premissas eles se apoiam.

Explosão de teste nuclear — O teste “Badger”, de 23 quilotons, na Área de Testes de Nevada, 1953. Os dados de centenas de testes como esse sustentam os modelos usados aqui.

Fontes principais

A referência central é The Effects of Nuclear Weapons, de Samuel Glasstone e Philip J. Dolan (3ª edição, 1977), o compêndio padrão do governo dos EUA sobre efeitos nucleares, antes oficial, desclassificado há muito tempo e disponível livremente. Relações complementares vêm das relações de escala de E. Royce Fletcher, do relatório The Effects of Nuclear War (1979) do Office of Technology Assessment dos EUA e das equações documentadas publicamente que o projeto NUKEMAP, de Alex Wellerstein, popularizou.

Diagrama dos anéis de dano por sobrepressão — Referências de sobrepressão: 20 psi (destruição total), 5 psi (casas desabam), 1 psi (vidros se estilhaçam).

Sobrepressão da onda de choque

O dano da onda de choque é expresso em psi (libras por polegada quadrada) de sobrepressão. As distâncias crescem com a raiz cúbica da potência (escala de Hopkinson–Cranz): uma bomba 8× mais potente empurra cada anel de pressão só 2× mais longe. Os anéis padrão do simulador correspondem a referências de dano bem estabelecidas: 20 psi: prédios de concreto armado destruídos, mortalidade perto de 100%; 5 psi: a maioria dos edifícios residenciais desaba; 1 psi: vidros de janelas se quebram, causando ferimentos. Para explosões no ar, o modelo pode otimizar a altura da detonação para maximizar o raio de qualquer sobrepressão escolhida.

Radiação térmica

Os anéis térmicos mostram a distância inclinada em que o pulso de calor entrega energia suficiente (em cal/cm²) para causar queimaduras de primeiro, segundo ou terceiro grau com determinada probabilidade, ou para inflamar madeira seca. A energia necessária cresce devagar com a potência, porque explosões maiores emitem o pulso por mais tempo. O modelo supõe visibilidade atmosférica razoavelmente boa; neblina, nuvens e sombras mudam bastante os resultados reais.

Radiação ionizante

Os anéis de radiação mostram a distância em que a emissão inicial de nêutrons e raios gama entrega uma dose imediata (em rem). Doses de 500–600 rem costumam ser fatais sem atendimento médico intensivo. Em armas de grande potência, os raios letais da onda de choque e do calor vão muito além do raio da radiação imediata; por isso esse efeito pesa mais em armas pequenas, da classe de Hiroshima.

Precipitação radioativa

A pluma de precipitação radioativa é modelada para explosões na superfície (uma explosão no ar cuja bola de fogo não toca o chão produz pouca precipitação local). As entradas são potência, fração de fissão, velocidade e direção do vento; a saída é um conjunto de contornos de taxa de dose em rads por hora, referidos a uma hora após a detonação («H+1»), seguindo a abordagem simplificada no estilo SIMFIC descrita na literatura publicada. Padrões reais de precipitação são bem mais irregulares: dependem do vento em cada altitude, da chuva e do relevo.

Relevo e construções

Cada anel do mapa é calculado para terreno plano e aberto, que é também a premissa dos modelos de referência clássicos. A paisagem real muda o quadro. O clarão de calor viaja em linha reta, então tudo o que está atrás de um morro ou de um prédio sólido fica protegido das queimaduras, enquanto encostas expostas de frente para a bola de fogo podem ser atingidas com mais força. A onda de choque contorna obstáculos, mas os morros ainda a enfraquecem do lado oposto, e vales e ruas longas e retas podem canalizá-la. Nagasaki é o exemplo de manual: a bomba explodiu sobre o vale de Urakami, e os morros ao redor confinaram boa parte da destruição, de modo que o centro da cidade, atrás deles, sofreu muito menos do que os anéis sozinhos sugeririam. Bairros densos de prédios altos acrescentam sua própria blindagem e seus escombros. Trate os anéis como uma estimativa de escala para uma cidade plana idealizada, não como um mapa de danos rua por rua.

Corte de um morro bloqueando a linha de visada de uma bola de fogo nuclear, com a sombra do relevo hachurada — Uma crista entre a bola de fogo e o solo projeta uma sombra de relevo: sem linha de visada, sem queimaduras pelo clarão. Bem atrás de grandes cristas, a onda de choque provavelmente também é mais fraca.

Para mostrar parte disso, o mapa desenha sombras de relevo depois de cada detonação. Usando dados públicos de elevação, o simulador lança 720 raios a partir da bola de fogo (na altura real da explosão, considerando a curvatura da Terra) e hachura em azul todo lugar dentro do raio de queimaduras que não enxerga a bola de fogo: sem linha de visada, sem queimaduras pelo clarão. As construções não entram, porque não existe uma base global de alturas de prédios. Áreas escondidas bem atrás de grandes cristas (a linha de visada passa mais de 150 m abaixo do terreno) são hachuradas em vermelho dentro do raio da onda de choque, como indicação qualitativa de que a onda provavelmente é mais fraca ali; os anéis em si continuam circulares, porque modelar como uma onda de choque se curva sobre o relevo real exigiria uma simulação física completa. Em terreno plano, como a maior parte de Kiev ou de Hiroshima, as sombras quase desaparecem, como deveriam.

Estimativa de vítimas

Depois de cada detonação, o simulador estima quantas pessoas morreriam e ficariam feridas. Ele conta os moradores de cada quilômetro quadrado dentro dos anéis de dano usando a grade populacional GHS-POP 2025 (30 segundos de arco, cerca de 1 km; Comissão Europeia, Centro Comum de Pesquisa, Global Human Settlement Layer, CC BY 4.0) e aplica as taxas de vítimas por sobrepressão do estudo The Effects of Nuclear War (1979), do Office of Technology Assessment dos EUA: acima de 12 psi, cerca de 98% morrem; entre 5 e 12 psi, 50% morrem e 40% ficam feridos; entre 2 e 5 psi, 5% morrem e 45% ficam feridos; entre 1 e 2 psi, cerca de 25% ficam feridos. Em armas pequenas, cujo raio de radiação imediata ultrapassa a zona de danos graves, pelo menos metade das pessoas dentro do anel de 500 rem é contada como morta.

Gráfico de barras com a proporção de mortos, feridos e ilesos em cada zona de sobrepressão — Taxas de vítimas que o simulador aplica aos moradores de cada zona de sobrepressão.

Esses números são uma ordem de grandeza aproximada, não uma previsão. A grade populacional mostra onde as pessoas moram, então um ataque diurno a uma área comercial afetaria muito mais gente; abrigos, tempestades de fogo, precipitação radioativa e o colapso do atendimento médico não são modelados.

Com as sombras de relevo ativadas, a estimativa é ajustada quilômetro quadrado por quilômetro quadrado. Quem não enxerga a bola de fogo é poupado das queimaduras pelo clarão, então suas taxas de vítimas são reduzidas na parcela atribuída às queimaduras (cerca de um quarto das mortes e um terço dos ferimentos, de acordo com as estimativas de Hiroshima e Nagasaki); quem está bem atrás de grandes cristas é contado na zona de sobrepressão imediatamente mais externa. A legenda então mostra os dois números. Na prática o efeito é modesto em explosões altas no ar e maior em explosões baixas sobre cidades acidentadas, porque a maioria das pessoas mora em vales que ainda ficam de frente para a bola de fogo.

Limites conhecidos

Os modelos são calibrados para potências entre cerca de 1 quiloton e 20 megatons; valores fora dessa faixa são extrapolados e menos confiáveis. O limite máximo é de 100 megatons.
Os números de vítimas e danos supõem condições uniformes: sem blindagem do relevo, sem efeitos meteorológicos, construção média.
Os resultados são estimativas para fins educativos, não para planejamento de defesa civil. Veja os efeitos de uma explosão nuclear para saber o que cada mecanismo faz, ou experimente o simulador para ver os números de qualquer cidade e potência.