当核爆炸时，巨大的能量将大量的烟尘注入大气，有的还高达12公里以上进入平流层。由于核爆炸所产生的烟尘微粒有相当大部分直径小于1微米，它们能在高空停留数天乃至一年以上，因为它们的平均直径小于红外波长(约10微米)，它们对从太阳来的可见光辐射有较强吸收力，而对地面向外的红外光辐射的吸收力较弱，导致高层大气升温，地表温度下降，产生了与温室效应相反的作用，使地表呈现出如严寒冬天般的景观，称为核冬天。过去人们以为核大战仅仅使核爆炸地区造成大量伤亡和破坏，1988年5月23日联合国警告世界，核大战不仅可以直接杀伤数亿人的生命，而且严重地破坏地球气候和生态环境，有的地质学家认为恐龙就是由于宇宙物体撞击地球造成森林大火，碳灰弥漫空中，犹如核爆炸，使地表气温下降，气候恶化，导致恐龙无法适应而灭绝。

核冬天理论的基本观点是，大规模核爆炸掀起的微尘和因大火产生的滚滚浓烟，会长时间遮挡住阳光，造成全球性气候变化，使地球处于黑暗和严寒之中，动植物濒临灭绝，人类生存面临严重威胁。

科学家解释说，当核武器在空中爆炸后，火球一触及地面，就会将地面的上岩石、土块汽化，它们将由随之出现的蘑菇云带上天空。在火球和烟上升的过程中，又会引起周围的空气向爆心的抽吸，进一步将尘埃卷入烟云之中。烟云在被风吹走的过程中，一些较大的尘埃逐渐降至地面，以放射性物质的形式对人和物体造成伤害，而那些微细的尘埃，则将长久地漂浮于空气之中。而光辐射又会在城市和森林中引起大火，大火所产生的滚滚浓烟在上升的过程中，必然与那些漂浮着的尘埃相遇，从而一起随着西风带环绕地球作周而复始的旋转，并不断地向南方方向扩散，最后即形成一个弥漫于整个空间的遮挡层。

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