|
|
|||
|
БІОСИСТЕМИ. БІОСФЕРА
ЕКОСИСТЕМИ. ПОПУЛЯЦІЇ
ОРГАНІЗМИ У ДОВКІЛЛІ
ЛЮДСТВО ТА ЙОГО ДОЛЯ
|
|||
|
VI-09. Глобальні зміни клімату |
|||
VI-09. Глобальні зміни клімату
Одним із найяскравіших змін довкілля останнього часу стало глобальне потепління — поступове збільшення середньорічної температури атмосфери та гідросфери Землі. Як не дивно, до недавнього часу сам факт глобального потепління викликав запеклі суперечки. На жаль, тепер суперечки, в якому напрямку змінюється клімат, здається, закінчилися: теплішає.
Зареєстровано розігрів Світового океану на 0,1°С на рік, зменшення площі льодовиків та підвищення рівня моря на 0,7–3 мм на рік. Влітку 2003 року в Європі за даними ВООЗ через спеку померло 20 тисяч людей, а на півдні континенту загинуло 30% урожаю. ООН прогнозує, що внаслідок глобального потепління протягом найближчих десятиліть близько однієї третини мільярда людей стануть екологічними біженцями і майже 2 мільярди жителів планети будуть позбавлені доступу до прісної води.
«Від того, як сучасний світ впорається з кліматичними змінами, безпосередньо залежатимуть перспективи подальшого розвитку значної частини людства. … Невдача у вирішенні цієї проблеми прирече 40% найбіднішого населення нашої планети — близько 2,6 млрд осіб — на майбутнє з можливостями, які прогресивно зменшуватимуться» (Доповідь програми розвитку ООН, 2007).
Середня температура планети збільшилася від початку XIX століття щонайменше на 1°С. Найшвидше температури зростають на узбережжі Антарктики: у деяких місцях – на 2,5°С за останні шістдесят років. Це призводить до прискореного сповзання льодовиків в океан і подальшого танення. Ще один наслідок глобального потепління — зростання кількості руйнівних ураганів, посух та повеней унаслідок зміни атмосферної циркуляції. До речі, підвищення середньої температури Землі не означає, що на всій планеті стає тепліше: зміна циркуляції атмосфери та гідросфери може спричинити локальні похолодання.
Нові дані про спостережене потепління відображені на рис. 6.9.1 та 6.9.2 (джерело).
Рис. 6.9.1. У 2015 році найтеплішим роком за всю історію систематичних спостережень був 2015 рік. 2016 рік побив цей рекорд. Тут показана середня температура поверхні Землі (ліва шкала) та її зміна відносно рівня, який був характерний для початку індустріальної ери
Рис. 6.9.2. Зміна середньої температури 2016 року на різних ділянках земної поверхні по відношенню до середньої температури, зареєстрованої за тридцятиріччя з 1981 по 2010 рік
Отже, факт потепління зареєстровано. Здавалося б, причини його мають бути зрозумілими. Міжурядова група ООН зі зміни клімату представила у 2007 р. доповідь, в якій зробила висновок, що з ймовірністю 90% основною причиною глобального потепління є діяльність людини, зокрема насамперед викиди парникових газів (вуглекислого газу та метану). Проте, деякі вчені (особливо це характерно для вчених та пропагандистів Російської Федерації) заперечують цей висновок, вважаючи діяльність людини другорядним чинником у кліматичних змінах.
Здавалося б, про що сперечатися? Треба побудувати модель змін клімату, відобразити у ній всі відомі взаємозв'язки та зробити науково обґрунтований прогноз. На жаль, земна атмосфера настільки складна, що побудова її докладної моделі неможлива. Невелика зміна вихідних параметрів може призвести до кардинальних змін очікуваного майбутнього кліматичної системи. А ми знаємо ще далеко не всі причинно-наслідкові зв'язки, що впливають на клімат. Ось лише кілька штрихів.
— Очевидно, останніми роками спостерігається збільшення активності Сонця, що веде до розігріву Землі.
— Зростання концентрації вуглекислоти стимулює фотосинтез та збільшує продуктивність планети.
— Розігрів призводить до збільшення випаровування води, зростання хмарного покриву та відбиття від хмар більшої кількості сонячного світла – тобто до самоохолодження.
— Підйом рівня океану призведе до затоплення найродючіших ділянок суші та зменшення зв'язування вуглекислоти.
— Кислотні дощі стимулюють активність сірчаних бактерій, які пригнічують метанових бактерій — постачальників ще одного парникового газу.
— У відповідь на надмірне ультрафіолетове опромінення фітопланктон виділяє речовини, що сприяють утворенню хмар.
— Діяльність людства веде не лише до викидів CO2, а й до забруднення атмосфери пилом та сажею. Глобальне «затемнення» може спричинити похолодання.
І нарешті деякі фахівці переконливо наполягають, що підвищення концентрації вуглекислоти охолоджує, а не розігріває планету! Нагрів нижніх шарів атмосфери може посилювати її вертикальну циркуляцію та розсіювання енергії у космосі. Прихильники цієї точки зору стверджують, що з результатів антарктичного буріння випливає, що в недавній історії Землі зростання концентрації вуглекислоти було наслідком, а не причиною потепління.
Отже, світова спільнота намагається боротися із глобальним потеплінням, не маючи впевненості у його причині. Як основна прийнята версія, що потепління викликається викидами в атмосферу вуглекислоти та метану, які посилюють парниковий ефект. В якості головного заходу боротьби вирішено використовувати скорочення викидів CO2. Чи правильне це рішення?
Складно сказати. Зрозуміло, що скорочення споживання викопного палива, яке є необхідною умовою скорочення викидів, — благотворна зміна, незалежно від того, пов'язана вона із глобальним потеплінням чи ні. До того ж, треба ж починати щось робити!
Як зазначалося раніше, для біосфери характерний позитивний результат екологічного балансу протягом майже всієї історії її існування. Завдяки цьому живі організми не просто накопичили запаси горючих копалин, за рахунок яких існує сучасне людство, а й просто створили своє середовище. Фотосинтез переважає над диханням і нині не випадково кисень в атмосфері складає близько 21%, а вуглекислий газ — близько 0,038%.
Але людство все більше зрушує рівновагу у бік вуглекислоти, адже ще на початку XX століття її концентрація становила лише 0.029%. Ми використовуємо органіку не тільки для потреб своїх тіл, а й «годуємо» викопною органікою нашу техніку. Горіння аналогічне диханню, проте йде швидше та супроводжується розсіюванням вивільненої енергії. Нам не вистачає органіки, що утворюється автотрофами в реальному часі, і ми використовуємо запаси з інших епох — горючі копалини. В результаті ми викидаємо CO2 та зсуваємо глобальний екологічний баланс. Але спалювання викопного палива це ще не все. Наш спосіб ведення сільського господарства призводить до швидкої деградації ґрунтів та руйнування накопиченої в них органіки. Важливу роль родючості грунтів відіграє детрит — органіка на різних стадіях руйнації. Все сильніше експлуатуючи орні землі, ми спонукаємо до руйнування детриту і виділення в атмосферу CO2! Виміряти пов'язані з цим викиди складніше, ніж промислові, але ймовірно, їх можна порівняти за інтенсивністю.
Сьогодні концентрація вуглекислоти в атмосфері привертає особливу увагу через припущення, що вона сприяє посиленню парникового ефекту. Парникові властивості атмосфери відповідають за підтримку придатних для життя умов на Землі, і тому навіть невелика їх зміна може виявитися для біосфери дуже суттєвою. Очевидно, наша діяльність призводить до збільшення надходження вуглекислоти в атмосферу. Отже, треба його зменшити. Вирішити це завдання був покликаний Кіотський протокол до Рамкової конвенції ООН про зміну клімату.
Як зменшувати вміст вуглекислоти? Звичайна відповідь – висаджуючи рослини. На жаль, екосистема в стані клімаксу, поглинає стільки ж CO2, скільки виділяє. В іншому випадку кількість органіки в екосистемі змінювалася б і переводила б її в іншу якість. Коли дрова спалюють, а органіка в лісовому грунті деградує, в атмосферу повертається зв'язана лісом вуглекислота. Втім, доки ліси зростають, вони зв'язують CO2.
Що може допомогти? Зміна технологій. Відпрацьований шлях: удосконалювати спалювання палива, підвищувати ККД теплових машин, заощаджувати енергію. Саме до таких заходів підштовхує економіки Кіотський протокол країни, які його підписали. Втім, очевидно, що заходи, що вживаються, поки що недостатні.
Кіотський протокол до Рамкової конвенції ООН про зміну клімату було підписано главами розвинутих країн наприкінці 1997 року. Його завдання значно (наприклад, для Західної Європи на 8%) скоротити промислові викиди вуглекислого газу до 2010 року порівняно з 1990-м. Це обмеження може уповільнити темпи зростання світової економіки приблизно на 1% на рік. Надалі, на другому етапі дії протоколу, який розпочнеться після 2012 року, слід досягти зниження викидів вуглекислого газу приблизно наполовину.
Згідно з цим документом, високорозвинені країни можуть купити в інших країнах квоти на певну кількість викидів. Крім того, передові держави можуть заробляти право на надвиробництво вуглекислого газу, фінансуючи перехід на сучасні технології інших країн.
А чи існують ефективніші заходи скорочення викидів вуглекислоти, ніж передбачені Кіотським протоколом? Можна прискорити перехід до інших джерел енергії: атомної, термоядерної (якщо вийде), сонячної, геотермальної, вітрової тощо. Всі реальні альтернативи енергії, що видобувається з викопного палива, мають свої недоліки, але розвивати їх все одно потрібно.
Зупинити ерозію ґрунтів. Для цього потрібно перебудувати мислення кожного землекористувача, переключивши його егоїзм із ближніх цілей (отримати зараз) на далекі (стійко отримувати у майбутньому).
А чи можна зрушити екологічний баланс у інший бік? Так, забезпечивши накопичення органіки, що не розклалася: наприклад, вирощувати ліси, вирубувати їх і заповнювати деревиною занедбані шахти. Але наша діяльність спрямована у протилежному напрямку: ми витягаємо органіку із земної кори, а не ховаємо її там! У США розробляється ідея закачування до шахт зрідженої вуглекислоти. Але знову ж таки, щоб отримати потрібну для зрідження CO2 енергію, треба спалювати на 30% більше палива. Замкнуте коло…
Прискорити б зв'язування вуглекислого газу у вапняк, карбонат кальцію… Цю функцію невтомно виконують молюски, рифоутворюючі корали, форамініфери та інші морські істоти з вапняними раковинами та скелетами. На жаль, підвищення кислотності Світового океану перешкоджає їхній діяльності. Тут би їм допомогти! Але де без значних витрат енергії (яких вимагає збільшення викидів вуглекислоти) взяти достатню кількість солей кальцію?
То що, виходу нема? Принаймні ми його поки не знаємо. Отже, докладаючи нині тих зусиль, на які ми здатні, слід продовжувати вивчення взаємозв'язків у кліматичній системі Землі.
Людина виникла, коли нашу планету залихоманило. Це не випадковість – зміни клімату підштовхнули еволюцію тварин. В історії Землі траплялися холодні часи (наприклад, наприкінці палеозою, 250–300 млн років тому), але відносно недавній період був теплим. Холодати стало близько 36 млн років тому. В результаті руху літосферних плит Антарктида відокремилася від Південної Америки та Австралії та розташувалася в районі Південного полюса. Навколо неї виник кругова течія, що зменшила теплообмін з рештою планети. Антарктида вкрилася льодовим щитом, який зменшив поглинання планетою сонячного світла та «охолодив» клімат. Але заледеніння починається лише тоді, коли рік за роком на льодовики випадає більше опадів, ніж видаляється випаром і таненням. А в ізольованій течіями Антарктиді опадів було мало.
Три-чотири мільйони років тому Південна та Північна Америки зімкнулися у Панамському перешийку. Тепла вода Атлантики, що доти йшла в Тихий океан, спрямувалась на північ Гольфстрімом і Північно-Атлантичною течією, забезпечивши тим самим велику кількість опадів. Льодовики Гренландії, Північної Америки та півночі Євразії почали рости і багатокілометровими пластами рушили на південь. Вони зв'язали в собі гігантські водні маси; охолодження клімату змінило циркуляцію атмосфери та океану. Але над льодовиками встановилося холодне і сухе повітря, внаслідок чого заледеніння «захлинулося» і відкотилося назад — розпочався теплий міжльодовиковий період. Відновлені теплі течії забезпечили зростання льодовиків — знову почалося зледеніння.
З тих пір Земля пережила два десятки зледенінь та міжльодовикових періодів (рис. 6.9.3). Коливання середніх температур протягом циклу вимірюються кількома градусами (до 10°С), а зміни рівня моря – десятками та сотнями метрів. У результаті останнього потепління (за 20 тисяч років) океан піднявся на 120 метрів; танення полярних шапок Антарктиди та Гренландії може додати ще 65–70.
Рис. 6.9.3. Динаміка середньої температури на поверхні Землі за останні 400 тисяч років
Крім «великих» зледенінь та міжльодовикових періодів, були й малі. Так, з кінця IX до кінця XII століть клімат був особливо м'яким. У цей час норвезькі вікінги заселили Гренландію (Зелену Країну) та заснували поселення в Північній Америці. З похолоданням контакти з колоніями перервалися і колоністи вимерли; останки останніх із них несуть печатку хронічного недоїдання. А в 1450–1850 роках «мале заледеніння» покривало льодом канали в Голландії і навіть Темзу.