Экология: биология взаимодействия. 6.09. Глобальное потепление

 

6.08. Водообеспеченность и почвы в Украине

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 6. Экология человека и охрана природы

6.10. Озон и разрушение озонового экрана

6.09. Глобальное потепление

Одним из самых ярких изменений окружающей среды последнего времени стало глобальное потепление — постепенное увеличение среднегодовой температуры атмосферы и гидросферы Земли. Как ни удивительно, до относительно недавнего времени сам факт глобального потепления вызывал ожесточенные споры. К сожалению, теперь споры, в каком направлении меняется климат, кажется, закончились: теплеет.

Зарегистрировано разогревание Мирового океана на 0,1°С в год, уменьшение площади ледников и повышение уровня моря на 0,7–3 мм в год. Летом 2003 года в Европе по данным ВОЗ из-за жары скончались 20 тысяч человек, а на юге континента погибло 30% урожая. ООН прогнозирует, что в результате глобального потепления в ближайшие десятилетия около одной трети миллиарда людей станет экологическими беженцами и почти 2 миллиарда жителей планеты будут лишены доступа к пресной воде.

«От того, как современный мир справится с климатическими изменениями, будут напрямую зависеть перспективы дальнейшего развития значительной части человечества. … Неудача в решении этой проблемы обречет 40% беднейшего населения нашей планеты — порядка 2,6 млрд. человек — на будущее с прогрессивно уменьшающимися возможностями» (Доклад программы развития ООН, 2007).

Средняя температура планеты увеличилась с начала XIX века не менее чем на 1°С. Быстрее всего температуры растут на побережье Антарктики: в некоторых местах — на 2,5°С за последние шестьдесят лет. Это приводит к ускоренному сползанию ледников в океан и дальнейшему их таянию. Еще одно следствие глобального потепления — возрастание количества разрушительных ураганов, засух и наводнений вследствие изменения атмосферной циркуляции. Кстати, повышение средней температуры Земли не означает, что на всей планете становится теплее: изменение циркуляции атмосферы и гидросферы может приводить к локальным похолоданиям.

Новейшие данные о наблюдаемом потеплении отражены на рис. 6.9.1 и 6.9.2 (источник)

Рис. 6.9.1. В 2015 году самым теплым годом за всю историю систематических наблюданий был 2015 год. 2016 год побил этот рекорд. Здесь показана средняя температура поверхности Земли (левая шкала) и ее изменение относительно уровня, который был характерен для начала индустриальной эры

 

Рис. 6.9.2. Изменение средней температуры 2016 года на разных участках земной поверхности по отношению к средней температуре, зарегистрированной за тридцатилетие с 1981 года по 2010 год 

Итак, факт потепления зарегистрирован. Казалось бы, причины его должны быть ясны. Межправительственная группа ООН по изменению климата представила в 2007 г. доклад, в котором заключила, что с вероятностью 90% основной причиной глобального потепления является деятельность человека, в первую очередь, — выбросы парниковых газов (углекислого газа и метана). Тем не менее, некоторые ученые, в том числе российские, оспаривают это заключение, считая деятельность человека второстепенным фактором в климатических изменениях.

Казалось бы, о чем спорить? Надо построить модель изменений климата, отразить в ней все известные взаимосвязи и сделать научно обоснованный прогноз. Увы, земная атмосфера настолько сложна, что построение ее подробной модели невозможно. Небольшое изменение исходных параметров может привести к кардинальным изменениям ожидаемого будущего климатической системы. А мы знаем еще далеко не все причинно-следственные связи, влияющие на климат. Вот лишь несколько штрихов.

— По всей видимости, в последние годы наблюдается увеличение активности Солнца, ведущее к разогреву Земли.

— Рост концентрации углекислоты стимулирует фотосинтез и увеличивает продуктивность планеты.

— Разогрев приводит к увеличению испарения воды, росту облачного покрова и отражению от облаков большего количества солнечного света — то есть к самоохлаждению.

— Подъем уровня океана приведет к затоплению самых плодородных участков суши и уменьшению связывания углекислоты.

— Кислотные дожди стимулируют активность серных бактерий, которые подавляют метановые бактерии — поставщиков еще одного «парникового» газа.

— В ответ на избыточное ультрафиолетовое облучение фитопланктон выделяет вещества, способствующие образованию облаков.

— Деятельность человечества ведет не только к выбросам CO2, но и к загрязнению атмосферы пылью и сажей. Глобальное «затемнение» может вызвать похолодание.

И наконец, некоторые специалисты убедительно настаивают, что повышение концентрации углекислоты охлаждает, а не разогревает планету! Нагрев нижних слоев атмосферы может усиливать ее вертикальную циркуляцию и рассеивание энергии в космосе. Сторонники этой точки зрения утверждают, что из результатов антарктического бурения следует, что в недавней истории Земли рост концентрации углекислоты был следствием, а не причиной потепления.

Итак, мировое сообщество пытается бороться с глобальным потеплением, не будучи твердо уверенным в его причине. В качестве основной принята версия, что потепление вызывается выбросами в атмосферу углекислоты и метана, которые усиливают парниковый эффект. В качестве главной меры борьбы решено использовать сокращение выбросов CO2. Правильное ли это решение?

Сложно сказать. Ясно, что сокращение потребления ископаемого топлива, которое является необходимым условием сокращения выбросов, — благотворное изменение, вне зависимости от того, связано оно с глобальным потеплением или нет. И, кроме всего остального, надо же начинать что-то делать!

Как указывалось ранее, для биосферы характерен положительный итог экологического баланса на протяжении практически всей истории ее существования. Благодаря этому живые организмы не просто накопили запасы горючих ископаемых, за счет которых существует современное человечество, а и попросту создали среду своего обитания. Фотосинтез преобладает над дыханием и сейчас, не случайно кислорода в атмосфере около 21%, а углекислого газа — около 0,038%.

Но человечество все сильнее сдвигает равновесие в сторону углекислоты, ведь еще в начале XX века ее концентрация составляла всего 0.029%. Мы используем органику не только для нужд своих тел, но и «кормим» ископаемой органикой нашу технику. Горение аналогично дыханию, однако идет быстрее и сопровождается рассеиванием высвобожденной энергии. Нам не хватает органики, образуемой автотрофами в реальном времени, и мы используем запасы из иных эпох — горючие ископаемые. В результате мы выбрасываем CO2 и сдвигаем глобальный экологический баланс. Но сжигание ископаемого топлива — это еще не все. Наш способ ведения сельского хозяйства приводит к быстрой деградации почв и разрушению накопленной в них органики. Важную роль в плодородии почв играет детрит — органика на разных стадиях разрушения. Все сильнее эксплуатируя пахотные земли, мы подстегиваем разрушение детрита и выделение в атмосферу CO2! Измерить связанные с этим выбросы сложнее, чем промышленные, но вероятно, они сравнимы по интенсивности.

Сегодня концентрация углекислоты в атмосфере привлекает особое внимание из-за предположения, что она способствует усилению парникового эффекта. Парниковые свойства атмосферы отвечают за поддержание пригодных для жизни условий на поверхности Земли, и поэтому даже небольшое их изменение может оказаться для биосферы весьма существенным. Очевидно, что наша деятельность приводит к увеличению поступления углекислоты в атмосферу. Значит, надо его уменьшить. Решить эту задачу призван Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата.

Как уменьшать содержание углекислоты? Обычный ответ — высаживая растения. Увы, находящаяся в состоянии климакса экосистема поглощает столько же CO2, сколько выделяет. В противном случае количество органики в экосистеме менялось бы и переводило ее в иное качество. Когда дрова сжигают, а органика в лесной почве деградирует, в атмосферу возвращается вся связанная лесом углекислота. Впрочем, пока леса растут, они связывают CO2.

Что же может помочь? Изменение технологий. Отработанный путь: совершенствовать сжигание топлива, повышать КПД тепловых машин, экономить энергию. Именно к таким мерам подталкивает экономики подписавших его стран Киотский протокол. Впрочем, очевидно, что предпринимаемые меры пока недостаточны.

Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата был подписан главами развитых стран в конце 1997 года. Его задача — значительно (например, для Западной Европы на 8%) сократить промышленные выбросы углекислого газа к 2010 году по сравнению с 1990-м. Это ограничение может замедлить темпы роста мировой экономики примерно на 1% в год. В дальнейшем, на втором этапе действия протокола, который начнется после 2012 года, следует добиться снижения выбросов углекислого газа примерно наполовину.

Согласно этому документу, высокоразвитые страны могут купить у других стран квоты на определенное количество выбросов. Кроме того, передовые державы могут зарабатывать право на перепроизводство углекислого газа, финансируя переход на современные технологии других стран. Чем сильнее отстает страна, тем выгоднее ее развивать. Чтобы сократить выбросы углекислого газа на одну тонну, в Украине нужно потратить $7, в России — $20, в ЕС — $270, а в Японии — $600!

А существуют ли более эффективные меры сокращения выбросов углекислоты, чем предусмотренные Киотским протоколом? Можно ускорить переход к иным источникам энергии: атомной, термоядерной (если получится), солнечной, геотермальной, ветровой и т.д. Все реальные альтернативы извлекаемой из ископаемого топлива энергии имеют свои недостатки, но развивать их все равно нужно.

Остановить эрозию почв. Для этого нужно перестроить мышление каждого землепользователя, переключив его эгоизм с ближних целей (получить сейчас) на дальние (устойчиво получать в будущем).

А можно ли сдвинуть экологический баланс в другую сторону? Да, обеспечив накопление неразложившейся органики: например, выращивать леса, вырубать их и заполнять древесиной заброшенные шахты. Но наша деятельность направлена в противоположном направлении: мы извлекаем органику из земной коры, а не прячем ее там! В США разрабатывается идея закачки в шахты сжиженной углекислоты. Но опять же, чтобы получить требуемую для сжижения CO2 энергию, надо сжигать на 30% больше топлива. Замкнутый круг…

Ускорить бы связывание углекислого газа в известняк, карбонат кальция… Эту функцию без устали выполняют моллюски, рифообразующие кораллы, фораминиферы и другие морские существа с известковыми раковинами и скелетами. Увы, повышение кислотности Мирового океана препятствует их деятельности. Тут бы им и помочь! Но где без значительных затрат энергии (требующих увеличения выбросов углекислоты) взять достаточное количество солей кальция?

Так что, выхода нет? По крайней мере, мы его пока не знаем. Значит, совершая сейчас те усилия, на которые мы способны, следует продолжать изучение взаимосвязей в климатической системе Земли.

Человек возник, когда нашу планету залихорадило. Это не случайность — изменения климата подтолкнули эволюцию животных. В истории Земли случались холодные времена (например, в конце палеозоя, 250–300 млн. лет назад), но относительно недавний период был теплым. Холодать стало около 36 млн. лет назад. В результате движения литосферных плит Антарктида отделилась от Южной Америки и Австралии и обосновалась в районе Южного полюса. Вокруг нее возникло круговое течение, уменьшившее теплообмен с остальной частью планеты. Антарктида покрылась ледовым щитом, который уменьшил поглощение планетой солнечного света и «охладил» климат. Но оледенение начинается лишь тогда, когда год от года на ледники выпадает больше осадков, чем удаляется испарением и таянием. В изолированной же течениями Антарктиде осадков было мало.

Три-четыре миллиона лет назад Южная и Северная Америки сомкнулись в Панамском перешейке. Теплая вода Атлантики, дотоле уходившая в Тихий океан, устремилась на север Гольфстримом и Северо-Атлантическим течением, обеспечив тем самым обилие осадков. Ледники Гренландии, Северной Америки и севера Евразии начали расти и многокилометровыми пластами двинулись на юг. В них связались гигантские водные массы; охлаждение климата изменило циркуляцию атмосферы и океана. Но над ледниками установился холодный и сухой воздух, в результате оледенение «захлебнулось» и откатилось назад — началось теплое межледниковье. Восстановившиеся теплые течения обеспечили рост ледников — опять началось оледенение…

С тех пор Земля пережила два десятка оледенений и межледниковых периодов (рис. 6.9.3). Колебания средних температур на протяжении цикла измеряются несколькими градусами (до 10°С), а изменения уровня моря — десятками и сотнями метров. В ходе последнего потепления (за 20 тысяч лет) океан поднялся на 120 метров; таяние полярных шапок Антарктиды и Гренландии может добавить еще 65–70.

Рис. 6.9.3. Динамика средней температуры на поверхности Земли за последние 400 тысяч лет

Кроме «больших» оледенений и межледниковий, были и малые. Так, с конца IX до конца XII веков климат был особенно мягок. В это время норвежские викинги заселили Гренландию (Зеленую Страну) и основали поселение в Северной Америке. С похолоданием контакты с колониями прервались, и колонисты вымерли; останки последних из них несут печать хронического недоедания. А в 1450–1850 гг. «малое оледенение» покрывало льдом каналы в Голландии и даже Темзу.

 

6.08. Водообеспеченность и почвы в Украине

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 6. Экология человека и охрана природы

6.10. Озон и разрушение озонового экрана