Szacunkowe skutki potencjalnych ataków bioterrorystycznych lub wojny biologicznej Wykład nr 5 Uwagi: Celem tego wykładu jest uświadomienie słuchaczy z jak poważnym niebezpieczeństwem wiązałoby się ponowne odrodzenie ofensywnych programów broni biologicznej poprzez analizę dostępnych w literaturze powszechnej danych liczbowych.

1. Plan prezentacji Wojskowa charakterystyka broni biologicznej Slajdy 2 - 5 Broń masowego rażenia / Strategiczne ataki z wykorzystaniem broni biologicznej Slajdy 6 - 12 Produkcja broni biologicznej Slajdy 13 - 16 Inne okoliczności użycia broni biologicznej Slajdy 17 - 20 Uwagi: Większość treści niniejszego wykładu opiera się na rozdziałach autorstwa M.R Dando książki Biological Warfare in the 21st Century: Biotechnology and the Proliferation of Biological Weapons (1994) Brassey’s, London. Jednakże podano odnośniki do literatury oryginalnej. Ref: Dando, M.R. (1994) Biological Warfare in the 21st Century: Biotechnology and the Proliferation of Biological Weapons. Brassey’s, London

2. Charakterystyka wojskowa (i) Różnorodność ataków z użyciem broni biologicznej: Rożne cele (ludzie, zwierzęta lub rośliny) Różne czynniki (bakterie, wirusy, grzyby, toksyny, bioregulatory) Różna skala działania (zamach, taktyka wojskowa, strategia wojskowa, BMR) Różne cele (wojna otwarta lub tajna, terror) Uwagi: Na samym początku należy podkreślić, że chociaż wykład jest skoncentrowany na aspektach wojskowej strategii BW z powodu związku ze stanowymi programami ofensywnymi istnieje ogromna różnorodność możliwych ataków BW.

3. Charakterystyka wojskowa (ii) Wojskowa klasyfikacja środków biologicznych wykorzystywanych w czasie działań BW: Potencjalnie zakaźne: obezwładniające (np. wirus grypy) śmiertelne (e.g. Yersinia pestis - dżuma) Niezakaźne: obezwładniające (np. Coxiella burnetii – gorączka Q) śmiertelne (e.g. Bacillus anthracis - wąglik) Uwagi: Wydaje się jasne, że byłoby możliwe znaczne obniżenie wydajności sił wojskowych ,gdyby do ataku użyto środka obezwładniającego. Rzeczywiście, takie czynniki były umieszczane w amunicji w programach ofensywnych ubiegłego wieku. Największą uwagę poświęca się naturalnie śmiertelnym środkom, ale często zaniedbuje się spektrum rożnych możliwości. Dodatkowo często twierdzi się niesłusznie, że broń jest tworzona tylko z nieinfekcyjnych patogenów, a przykładowo w dawnym ZSRR do tworzenia broni użyto pałeczek dżumy.

4. Charakterystyka wojskowa (iii) „Pożądane” wojskowe cechy czynników biologicznych wykorzystywane w czasie działań BW: Konsekwentne wywoływanie oczekiwanego efektu Niewielka dawka konieczna do wywołania efektu Krótki i przewidywalny czas inkubacji Brak lub ograniczona odporność populacji docelowej na użyty czynnik Uwagi: Slajdy 4. i 5. mają na celu wprowadzenie do późniejszej dyskusji, dotyczącej wielkości dawek koniecznych do przeprowadzenia BW ataku przeciw ludziom.

5. Charakterystyka wojskowa (iv) „Pożądane” wojskowe cechy czynników biologicznych wykorzystywane w czasie działań BW (cd.): Brak możliwości leczenia choroby w populacji docelowej Strona atakująca dysponuje środkami chroniącymi wojsko oraz ludność cywilną Możliwość masowej produkcji czynnika biologicznego Posiadanie urządzeń do wydajnego rozprzestrzeniania czynnika Stabilność czynnika w czasie transportu i przechowywania

6. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (i) Studium Narodów Zjednoczonych (1969): Pojedynczy bombowiec z ładunkiem 10 ton środka biologicznego: Obszar objęty skażeniem: 100,000 km2 Zachorowalność 50%; 25% śmiertelność w przypadku braku leczenia Obszar objęty skażeniem w przypadku użycia bomby jądrowej (1 megatona): 300 km2 Obszar objęty skażeniem po użyciu 15 ton środka paralityczno-drgawkowego: 60 km2 Uwagi: W przygotowaniach do negocjacji konwencji BTWC Sekretarz Generalny Stanów Zjednoczonych opublikował raport: Chemical and Bacteriological (Biological) Weapons and the Effects of their Possible Use. Przykład podany na slajdzie pochodzi właśnie z tego raportu. Przykład ten doskonale pokazuje, ze w sprzyjających warunkach broń biologiczna może być nawet bardziej niebezpieczna niż broń jądrowa pod względem ilości przypadków śmiertelnych i zachorowań. Powinno podkreślić się fakt, że eksperci międzynarodowi, którzy konsultowali raport, byli osobami wiedzacymi z czym maja do czynienia. Przykładem jest Sir Solly Zuckerman, Naczelny Doradca Naukowy rządu Wielkiej Brytanii.

7. Broń masowego rażenia/ Ataki strategiczne (ii) Badanie SIPRI (1973): Jeden bombowiec z ładunkiem 5-6 ton bomb Obszar w km2, na którym jest możliwe 50% ofiar: wysokowybuchowe 0.22 VX gaz paraliżujący ośrodki nerwowe 0.75 10 kilotonowa bomba jądrowa 30 czynnik biologiczny 0 - 50 (w zależności od warunków pogodowych) Uwagi: We wczesnych latach siedemdziesiątych sztokholmski instytut SIPRI ( Stockholm International Peace Research Institute) opublikował serię ksiazek pod wspólnym tytułem The Problem of Chemical and Biological Warfare. Podany na slajdzie przykład został zaczerpnięty z tomu II - CB Weapons Today. Ponownie wynika z niego wniosek jak znaczna może być siła oddziaływania środka BW w porównaniu z innymi typami broni. Ref: SIPRI (1973) The Problem of Chemical and Biological Warfare: CB Weapons Today. Vol. II. Stockholm: Almqvist & Wiksell.

8. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (iii) Raport Fettera opublikowany w 1991 w czasopiśmie International Security: Pocisk o masie ładunku jednej tony, zrzucony na duże miasto o gęstości zaludnienia 30 osób/hektar: 20 kilotonowa bomba jądrowa zabiłaby 40,000 osób 300 kg Sarinu zabiłoby 200 - 3,000 osób 30 kg laseczek wąglika zabiłoby 20,000 - 80,000 osób Uwagi: Raport Fettera: Ballistic missiles and weapons of mass destruction: What is the threat? What should be done? International Security 16, (1) 5-42 został opublikowany pod koniec okresu zimnej wojny. Od raportów UN i SIPRI upłynęło już 20 lat, ale porównanie skutków użycia BW i innych typów broni pozostało bez zmian. Ref: Fetter, S. (1991). ‘Ballistic Missiles and Weapons of Mass Destruction: What is the Threat? What should be Done?’, International Security 16(1): 5-42. Available from http://www.mitpressjournals.org/is

9. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (iv) Raport Biura Oszacowań Technologicznych USA z 1993: Scenariusz I Atak na niechronione miasto o zaludnieniu 3,000 do 10,000 na km2 z użyciem pocisku zrzuconego przy pełnym zachmurzeniu lub w nocy i umiarkowanej sile wiatru: każda 12.5 kilotonowa broń jądrowa miałaby zasięg 7.8 km2 i zabiłaby 23,000-80,000 ludzi 300 kg Sarinu zabiłoby 60 - 200 ludzi na obszarze 0.22 km2 30 kg wąglika zabiłoby od 30,000 do 100,000 osób w chmurze (z głowicy bojowej) w kształcie cygara na obszarze 10 km2 Uwagi: Biuro Oszacowań Technologicznych było wysoce poważaną instytucją, a jej raporty traktowano jako autorytatywne na całym świecie. Raport Proliferation of Weapons of Mass Destruction :Assessing the Risks, OTA-ISC-559 z sierpnia 1993 cytowało wielu późniejszych autorów. Porównanie działania różnych typów broni jest podobne do oszacowań zaprezentowanych wcześniej. Ref: U.S. Congress, Office of Technology Assessment. (1993). Proliferation of Weapons of Mass Destruction: Assessing the Risks (Document No. OTA-ISC-559). Washington, DC: U.S. Government Printing Office. At p. 53

10. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (v) Raport Biura Oszacowań Technologicznych USA z 1993: Scenariusz II Atak samolotu rozpylającego 10 kg laseczek wąglika liniowo nad miastem wielkości Waszyngtonu od strony nawietrznej: W bezchmurny słoneczny dzień z lekką bryzą: teren skażony miałby powierzchnię sięgającą 46km2 ; liczba ofiar śmiertelnych wyniosłaby od 130,000 do 460,000 Ref: U.S. Congress, Office of Technology Assessment. (1993). Proliferation of Weapons of Mass Destruction: Assessing the Risks (Document No. OTA-ISC-559). Washington, DC: U.S. Government Printing Office. At p. 54.

11. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (vi) Raport Biura Oszacowań Technologicznych USA z 1993: Scenariusz II (cd.) W pochmurny dzień lub nocą przy umiarkowanej sile wiatru uległby skażeniu obszar 140 km2 , a liczba ofiar wyniosłaby 420,000 do 1,400,000 osób W bezchmurną, bezwietrzną noc skażeniu uległby teren 300km2, a liczba ofiar wyniosłaby od 1 do 3 milionów mieszkańców Użycie strategii źródła liniowego i czynnika biologicznego w warunkach idealnych (np. przy braku promieniowania UV, które szybko unieszkodliwiłoby przetrwalniki) może mieć niszczycielskie działanie, gdyż trudno dostarczyć pomoc tak wielu mieszkańcom jednocześnie Uwagi: Tego typu oszacowania przygotowywane przez dobrze poinformowanych analityków powinny być traktowane poważnie. Chociaż wąglik jest uleczalny jeżeli kurację antybiotykową rozpoczyna się wcześnie, trudno wyobrazić sobie, który system zdrowotny poradziłby sobie z tak masową skalą zachorowań. Ref: U.S. Congress, Office of Technology Assessment. (1993). Proliferation of Weapons of Mass Destruction: Assessing the Risks (Document No. OTA-ISC-559). Washington, DC: U.S. Government Printing Office. At p. 54.

12. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (vii) Amunicja znana z programu BW USA: Głowica bojowa dla sterowanego pocisku M210 z bombami małego wagomiaru (M143) w trakcie badań w 1967 Zbiornik rozpylający na czynnik płynny A/B45Y-1 używany przez szybkie samoloty taktyczne w trakcie badań w 1965 Uwagi: Autorzy drugiego tomu SIPRI przedstawili obszerną listę różnych amunicji, która była konstruowana w czasie trwania programu USA i najwyraźniej broń ta stopniowo w czasie badań trwających dwie i pół dekady, stawała się coraz bardziej efektywna. Rzeczywiście, ataki BW były z czasem przedmiotem coraz bardziej wnikliwych kalkulacji. Jak zobaczymy na kolejnych slajdach, można oszacować dawkę czynnika zakaźnego, którą można zainfekować 50% osób na danym obszarze przy znajomości kilku parametrów.

13. Produkcja czynników biologicznych (i) Hodowla fermentacyjna bakterii wymaga następujących etapów: Posiadania koniecznej do zaszczepienia kultury pierwotnej wirulentnego patogenu Początkowej hodowli w małych fermentatorach Wzrostu w fermentatorze produkcyjnym Zebrania czynnika z fermentatora Końcowego przetwarzania np. liofilizacji Uwagi: W grudniu 1993 roku Biuro Oszacowań technologicznych wydało raportTechnologies Underlying Weapons of Mass Destruction (Document No. OTA-BP-ISC-115), w którym przedstawiono zarys środków, przy pomocy których mogły zostać wyprodukowane czynniki bakteryjne i inne. Powyższe zestawienie po0chodzi własnie z tego raportu. Jednak nie można zakładać, że produkcja efektywnie działającego środka będzie prosta i bezpośrednia. Pomijając trudność zdobycia wirulentnego szczepu i końcowego przetwarzania, dodatkowo w hodowli fermentacyjnej należy uwzględnić możliwość zanieczyszczenia i powstania mutacji genetycznej, która prowadzi do utraty potencjału. Ref: Office of Technology Assessment. (1993). Technologies underlying Weapons of Mass Destruction (Document No. OTA-BP-ISC-115). Washington, DC: U.S. Government Printing Office. At p. 87

14 Produkcja czynników biologicznych (ii) Oszacowanie ilości czynnika koniecznego do przeprowadzenia ataku liniowego: Rozważmy źródło punktowe, z którego ofiara otrzymuje dawkę zakaźną (D): Q siła źródła (j./m) mnożona przez b - wskaźnik oddechowy (objętość/minuta) dzielona przez h - głębokość warstwy powietrza oraz przez ū - średnią powierzchniową prędkość wiatru: Stąd: Uwagi: W 1996 na Warsztatach Badań Zaawansowanych NATO w trakcie dyskusji o możliwości wykrycia produkcji czynnika zakaźnego, przedstawiciel Wielkiej Brytanii użył tego prostego modelu, w celu oszacowania ilości czynnika i tym samym wielkości produkcji. Ref: Annex A produced in Bartlett, T. B. (1996) The Arms Control Challenge: Science and Technology Dimension, Paper presented at the NATO Advanced Research Workshop, The Technology of Biological Arms Control and Disarmament Budapest, 28-30 March. D= Q.b h.ū

15. Produkcja czynników biologicznych (iii) Rozważając źródło punktowe (cd.): Wymagana siła źródła: Q= D.h.ū b Używając typowych jednostek: b=20 litrów/min (2.10-2 m3min-1); h=1km (103m); ū= 5m/s ( 3.102mmin-1) Stąd, jeżeli D jest równe dziesięciokrotnej Dawce Infekcyjnej (ID50): Q=10.ID50.103.3.102 2.10-2 Tak więc atakujący potrzebuje około 108ID50/m = 1.5.108.ID50

16. Produkcja czynników biologicznych (iv) Dla źródła liniowego o długości 10km atakujący potrzebuje: 108 ID50 x 104 =1012ID50 Przypuśćmy, że w fermentatorze można otrzymać stężenie komórek bakteryjnych wynoszące 108 komórek/ml. Atakujący będzie więc musiał wyprodukować : 1012 x (liczba komórek odpowiadająca 1 ID50)/108 x 1000) litrów zawiesiny Biorąc pod uwagę, że ID50 dla wąglika wynosi około 104, atakujący będzie potrzebował około 100,000 litrów zawiesiny, co jest osiągalne w dziesięciu cyklach pracy fermentatora o pojemności 100 litrów Uwagi: Ta obrazowa kalkulacja dla modelu pudełka ukazuje, że wg wiarygodnych oszacowań atakujący potrzebuje uwolnić do atmosfery 1012 ID50 . Zostało to nazwane „trillion dose criterion” – kryterium bilionowej dawki. Dla innych rozważanych scenariuszy modelowych uzyskano podobne wartości. Ref: Annex A produced in Bartlett, T. B. (1996) The Arms Control Challenge: Science and Technology Dimension, Paper presented at the NATO Advanced Research Workshop, The Technology of Biological Arms Control and Disarmament Budapest, 28-30 March.

17. Inne rodzaje ataków z użyciem broni biologicznej(i) Przeciwrolnicza wojna biologiczna (agroterroryzm): Działania wykorzystujące mało zaawansowane technologie, ale prowadzące do poważnych konsekwencji Działania nie wymagające dużej wiedzy specjalistycznej, przeprowadzane z użyciem wysoce zaraźliwych patogenów (zwierząt i roślin) i prowadzące do dużych strat w rolnictwie Przykładowo w jednym raporcie stwierdzono: “Wprowadzenie na teren Stanów Zjednoczonych patogenów wywołujących takie choroby jak pryszczyca, ksiegosusz, afrykański pomór świń (ASF), rdza sojowa, mączniak rzekomy kukurydzy, rak ziemniaka i zielenienie cytrusów doprowadziłoby do poważnych strat ekonomicznych.” Uwagi: Takim formom ataku biologicznego powinno poświęcić się szczególną uwagę ponieważ często nie uświadamiamy sobie, że najprawdopodobniej jest to najbardziej niszcząca forma terroryzmu w najbliższej przyszłości. Cytat zaczerpnięto z pracy: Wheelis, M.L., Madden, L.V. and Cassagrande, R. (2002) Biological attacks on agriculture:low tech, high impact bioterrorism. Bio-Science, 52, 569-76. at p. 570

18. Inne rodzaje ataków z użyciem broni biologicznej(ii) Ataki terrorystyczne przeciw ludności: W 2004 w raporcie CRS (Congressional Research Service) zawarto ostrzeżenia, aby nie czerpać bezpośrednich analogii z programów stanowych: “ środki biologiczne i chemiczne, które uważano za wysoce niebezpieczne, dziś wydają się być mniejszym zagrożeniem z perspektywy ataku na małą skalę. W przeciwieństwie do nich, środki biologiczne i chemiczne traktowane jako mniej groźne w kontekście masowych ataków, obecnie mogą być klasyfikowane jako bardziej niebezpieczne, gdyż w atakach na niewielką skalę mogą znikać bariery istniejące przy ataku masowym.” Uwagi: Raport Congressional Research Service zatytułowano Small-Scale Terrorist Attacks Using Chemical and Biological Agents: An Assessment Framework and Preliminary Comparisons. Został on omówiony w rozdziale 7 autorstwa M.R. Dando Bioterror and Biowarfare, Oneworld Publications, Oxford 2006.To co należy podkreślić to fakt, że kiedy rozważamy ataki na mała skalę powinno się przemyśleć w jaki sposób terrorystom jest najprościej zaatakować. Na kolejnych dwóch slajdach pokazano, że nawet ataki na ludność mogą znacznie różnić się między sobą, co wynika z różnych barier tworzonych przez programy stanowe, które terrorysta musi pokonać.

19. Inne rodzaje ataków z użyciem broni biologicznej(iii) W raporcie Światowej Organizacji Zdrowia z 1970 rozważano szereg możliwości użycia broni masowej zagłady: Śmiertelnej lub obezwładniającej, odpornej na antybiotyki broni biologicznej, nie wywołującej zachorowań wtórnych (tularemia) Śmiertelnej lub obezwładniającej wrażliwej na antybiotyki broni biologicznej, wywołującej wtórne zachorowania (dżuma płucna) Zanieczyszczenie zbiorników wodnych tyfusem lub toksyną botulinową typu A. Uwagi: W okresie poprzedzającym podpisanie konwencji BTWC, Światowa Organizacja Zdrowia opublikowała (1970) pierwszą edycję swojego sprawozdania: „Health Aspect of Chemical and Biological Weapons”. W aneksie 4. rozpatrywane jest zagadnienie: „Medical and Public Health Effects of Attack with Chemical or Biological Weapons”. W aneksie tym zostaje podsumowany szereg możliwych scenariuszy oraz konsekwencji ataków WMD.W aneksie 5 natomiast omówiono potencjalny sabotaż zbiorników wodnych - na różne skale i sposoby.

20. Inne rodzaje ataków z użyciem broni biologicznej(iv) 1 kg liofilizowanej kultury tyfusu użyto do skażenia zbiorników wodnych zaopatrujących zamieszkałe przez 1 milion mieszkańców miasto rozwijającego się kraju. Był to atak niespodziewany, więc władze nie podjęły wcześniej żadnych działań prewencyjnych. Szacowana konsumpcja wody wynosi 2 litry na osobę, w rezultacie do 125,000 ludzi dociera 100,000 mikroorganizmów i wielu z nich zapada na chorobę Jeżeli miasto nie dysponuje odpowiednim wyposażeniem w wyniku ataku śmierć może ponieść około 4,500 mieszkańców Uwagi: Światowa Organizacja Zdrowia oszacowała, że ilość kultury bakteryjnej zostałaby w sieci wodociągów zredukowana o 95%. Współczynnik infekcyjności został obliczony na podstawie dostępnych danych oraz przyjęto, że skala zgonów wynosi 10%. Na podstawie takiej analizy stało się zrozumiałe, że z użyciem środków biologicznych można przeprowadzić wiele innych rodzajów ataku. Proszę zauważyć, ze tyfus nie figurował na liście patogenów w programach stanowych - jak to pokazano na slajdzie 18.

Sample Questions 1. Critically evaluate the military-significant features of: Plague, Influenza, Tularaemia, Botulinum Toxin and Q Fever. 2. What are the structural difficulties that make a large scale antipersonnel biological attack rather unlikely at this time? 3. Discuss some of the calculations in the open literature that suggest that under certain conditions biological weapons could be used as Weapons of Mass Destruction (WMD). 4. Anti-agriculture is the most likely form of very successful bioterrorism today. Discuss.

References (Slide 1) Dando, M.R. (1994) Biological Warfare in the 21st Century: Biotechnology and the Proliferation of Biological Weapons. Brassey’s, London (Slide 6) United Nations (1969) Chemical and bacteriological (biological) weapons and the effects of their possible use: report of the Secretary-General. A/7575/Rev.1, S/ 9292/Rev.1, New York, United Nations. Available from http://unbisnet.un.org/

(Slide 7) Robinson, J. P., Hedén, Carl-Göran., and von Schreeb, H. (1973) The Problem of Chemical and Biological Warfare: CB Weapons Today. Vol. II. Stockholm: Almqvist & Wiksell. Available from http://books.sipri.org/index_html?c_category_id=58 (Slide 8) Fetter, S. (1991). ‘Ballistic Missiles and Weapons of Mass Destruction: What is the Threat? What should be Done?’, International Security 16(1): 5-42. Available from http://www.mitpressjournals.org/is (Slide 9-11) U.S. Congress, Office of Technology Assessment. (1993). Proliferation of Weapons of Mass Destruction: Assessing the Risks (Document No. OTA-ISC-559). Washington, DC: U.S. Government Printing Office.

(Slide 13) Office of Technology Assessment. (1993). Technologies underlying Weapons of Mass Destruction (Document No. OTA-BP-ISC-115). Washington, DC: U.S. Government Printing Office (Slide 14 and 16) Bartlett, T. B. (1996) The Arms Control Challenge: Science and Technology Dimension, Paper presented at the NATO Advanced Research Workshop, The Technology of Biological Arms Control and Disarmament Budapest, 28-30 March. (Slide 17) Wheelis, M. Madden, L.V. and Cassagrande, R. (2002) Biological Attacks on Agriculture: Low Tech, High Impact Bioterrorism. Bio-Science, 52, 569-76. Available from http://www.accessmylibrary.com/comsite5/bin/aml2006_library_auth_tt.pl?item_id=0286-25690504

(Slide 18) Shea, D. A., and Gottron, F. (2004) Small-scale Terrorist Attacks Using Chemical and Biological Agents: An Assessment Framework and Preliminary Comparisons, CRS Report for Congress [Online] FAS [accessed 27 January 2009] available from http://www.fas.org/irp/crs/RL32391.pdf (Slide 19) World Health Organization (1970) Health Aspects of Chemical and Biological Weapons, Geneva: WHO. Available from http://www.who.int/csr/delibepidemics/biochem1stenglish/en/index.html