核武器對人口和土地的破壞性如此之大,以至于被認為是大規模殺傷性武器。根據這些理論,核冬天將由在世界各地的城市上空發生大規模爆炸。隨著城市和周圍地區的燃燒,它們會向大氣中注入大量物質,慢慢阻擋陽光。由于陽光無法到達地球,全球氣溫將急劇下降,從理論上講,大量核武器的爆炸可能會引發全球氣候的劇烈變化,給地球帶來極度寒冷和嚴重的麻煩;科學家們還指出,核武器的大規模爆炸可能會破壞臭氧層。由于有害的紫外線輻射可以穿透顆粒物層,盡管天氣陰暗寒冷,人們仍然有暴露在紫外線下的風險。人們將面臨輻射塵降物的危險這可能與糧食產量低相結合,威脅到地球上從人類到鳥類的許多有機體。大多數關于核冬天的研究都指出,需要引爆大量核武器才能引發如此大規模的氣候變化;這與地球上已知的核裝置的一半相似有人認為,爆炸需要相當近的距離,從而產生一種穩定的物質流,這些物質會進入大氣層。核冬天可能也更可能影響北半球,鑒于這是大部分潛在核目標所在地,核冬天理論的批評者認為,雖然我們可能會看到一些氣候變化,這并不像核冬天理論所提出的那樣具有戲劇性。這些批評者認為大氣中的顆粒物會被雨水和風從大氣中抹去。然而,該理論的支持者指出,大規模火山噴發歷史上曾通過向大氣中噴射煙霧和灰燼而導致氣候變化,第一次海灣戰爭期間科威特石油大火的高潮效應也證明了這一理論。
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