По мнению академика РАЕН О.Г.Сорохтина, насыщение атмосферы углекислым газом, несмотря на поглощение им теплового излучения, всегда приводит не к повышению, как это принято думать, а только к понижению и парникового эффекта, и средней поверхностной температуры планеты [33].
Объясняются эти, казалось бы, парадоксальные, результаты тем, что вынос тепла из тропосферы в основном происходит благодаря конвекции, а главными факторами в этом процессе, определяющими температурный режим тропосферы, являются давление атмосферы и ее эффективная теплоемкость. Действительно, нагретые за счет поглощения инфракрасного (теплового) излучения объемы воздуха расширяются, становятся легче окружающих воздушных масс и поэтому быстро поднимаются вверх, вплоть до низов стратосферы, где они и теряют избытки своего тепла в результате радиационного излучения. Таким образом, насыщение атмосферы углекислым газом может привести только к ускорению конвективного массообмена в тропосфере, но не к изменению ее температурного режима. Из-за большей плотности углекислого газа по сравнению с земным воздухом, углекислотная атмосфера оказывается более тонкой и, подобно тонкому одеялу, хуже сохраняет тепло на поверхности планеты по сравнению с более толстым «пуховым» одеялом азотно-кислородной атмосферы, обладающим к тому же и большей теплоемкостью.
Из приведенных оценок, по мнению О.Г.Сорохтина [33], следует важный практический вывод, что даже значительные выбросы техногенного углекислого газа в земную атмосферу фактически не меняют осредненных показателей теплового режима Земли и парникового эффекта атмосферы. Если же глобальный климат Земли в настоящее время все-таки действительно испытывает заметное потепление, то, скорее всего, это окажется временным явлением, и причину ему надо искать в других процессах и явлениях. Например: в неравномерности солнечного излучения, в прецессии собственного вращения Земли, в неустойчивости океанических течений или в изменениях их циркуляции, вызванных другими причинами.
Однако даже в том случае, если воздействие выбросов углерода на климат окажется меньше, чем мы сейчас предполагаем, удвоение его концентрации должно вызвать существенные изменения в биосфере. Изменение соотношения О2 / СО2 может оказать сильное влияние на биологическое равновесие в тонком биосферном слое планеты, поскольку кислород и углекислый газ являются ключевыми субстратами важнейших жизненных процессов. Опасность современной экологической ситуации таится в том, что к резкому изменению состава атмосферы быстрее всего будут адаптироваться простейшие виды организмов; отсюда высокая вероятность появления новых форм болезнетворных микроорганизмов. Этот фактор риска в полной мере может быть отнесен к последствиям сжигания ископаемого органического топлива.
Выводы по IIIглаве
Углекислый газ вовлечен в мощный круговорот углерода в системе литосфера-гидросфера-атмосфера, и потепление земного климата связывают, прежде всего, с увеличением его поступления в атмосферу.
Еще одним компонентом углеродного цикла является метан. Ранее считалось, что поток метана из недр Земли невелик, и его практически не учитывали. Поток метана в атмосферу может значительно увеличиться при разрушении метангидратов, обнаруженных в последние десятилетия в вечной мерзлоте и в глубинах Мирового океана.
Дополнительное поступление парниковых газов (особенно СО2) от антропогенных источников нарушает природный углеродный баланс в атмосфере (в атмосферу ежегодно выделяется примерно 140 млрд. т СО2) и катализирует парниковый эффект.
Но не все ученые едины в своих оценках влияния техногенной эмиссии СО2 на климат Земли. Некоторые специалисты полагают, что наблюдавшиеся и ранее колебания температуры земной поверхности связаны с естественными природными причинами. По мнению академика РАЕН О.Г.Сорохтина, насыщение атмосферы углекислым газом, несмотря на поглощение им теплового излучения, всегда приводит не к повышению, как это принято думать, а только к понижению и парникового эффекта, и средней поверхностной температуры планеты.
Прослеживая эволюцию содержания углекислого газа в геологические периоды, можно определить зависимость между содержанием СО2 и переходом от оледенения к межледниковью. В результате интенсивного извлечения углекислого газа из атмосферы происходило падение парникового эффекта и наступало мощное оледенение. Ледяной покров и низкие температуры сильно угнетали фотосинтез, приводили к отмиранию значительной части биомассы, извлечение углекислоты из атмосферы сильно замедлялось. Происходило накопление углекислого газа в атмосфере благодаря вулканической деятельности, а также возвращение его в атмосферу от окислившейся органики. В свою очередь, происходившее потепление снижало растворимость углекислого газа в воде и приводило к его переходу в атмосферу, что еще более увеличивало парниковый эффект. Итак, оледенение отступало до тех пор, пока расплодившаяся биота опять не выводила почти все запасы углекислого газа из атмосферы, и цикл начинался опять.
Любопытно также, что по данным ледниковых кернов, при переходе от ледниковой эпохи к межледниковью содержание СО2 и температура меняются синхронно, то при обратном переходе (например, 115 и 75 тыс. лет назад) концентрация углекислого газа уменьшается позднее, чем снижается температура. Эта альтернативная точка зрения может стать научной базой для решения данной проблемы.
Глава IV. Способы понижения концентрации углекислого газа в атмосфере
4.1 Глобальное потепление климата и протокол Киото
Климат Земли становится все мягче. Границы сплошных морских льдов смещаются все дальше и дальше на север. Спутниковые фотографии со всей неопровержимостью показывают, что покров арктических льдов с 1970 по 2002 год сократился примерно на 25% [28 с.14]. Физические причины глобальных изменений климата изучаются давно. Сегодня его основной движущей силой принято считать так называемый парниковый эффект, который создают парниковые газы. Главную опасность составляет углекислый газ. По мнению ряда ученых, глобальное потепление климата связано именно с ростом объема его выбросов. Количество парниковых газов в воздухе стало заметно расти после начала промышленной революции в Европе, около 1750 года.
С начала 1990-х годов решение проблемы снижения выбросов парниковых газов стало одной из приоритетных задач мирового сообщества. Первым практическим шагом к ее решению считается Киотский протокол, подписанный в декабре 1997 года. Его основной целью объявлено сокращение развитыми странами к 2008-2012 годам суммарных выбросов в атмосферу углекислого газа на 5,2% по сравнению с выбросами 1990 года.
На развивающиеся страны Протокол вообще не возлагает никаких обязательств, кроме пожеланий перейти по возможности на использование энергосберегающих технологий. По договоренности Протокол вступает в действие после ратификации его странами, вместе выбрасывающими в атмосферу не менее 55% углекислого газа. Его ратифицировали 120 стран (включая Европейский союз, Японию, Китай и Индию), производящих примерно 44% углекислоты. На долю России приходится 17% мировых выбросов, и поэтому для судьбы Киотского протокола ее позиция оказалась решающей. После нескольких лет колебаний Россия высказалась в пользу его ратификации. С 16 февраля 2005 года Киотский протокол вступает в действие. По Киотскому протоколу на 2008-2012 гг. России установлен допустимый уровень ежегодного выброса парниковых газов, соответствующий уровню 1990 г. (у стран ЕС в целом – 92%, у Японии – 94%). Это дает полную уверенность в том, что разрешенный уровень мы не превысим: сейчас выбросы примерно на 25% ниже.
Международная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) Рамочной конференции ООН рассмотрела в 2000 году примерно 40 основных сценариев развития цивилизации до 2100 года, главным образом с точки зрения потребления ископаемого топлива и соответствующего ему роста содержания в атмосфере СО2 и других парниковых газов, а также прироста средней глобальной температуры и повышения уровня моря [28 с. 17]. Рассматривались сценарии как связанные с самым интенсивным использованием ископаемого топлива, так и учитывающие возможный переход на новые альтернативные (солнечная, термоядерная, ветровая и т.д.) источники энергии. Один из сценариев – «работаем как обычно» (BAU– businessasusual)- сохранял основные экономические и демографические закономерности развития цивилизации неизменными. Удивительно, но, согласно сценарию BAU, прогнозируемые изменения к 2100 году оказались не такими значительными: рост среднегодовой температуры от 2 до 4,5°С; подъем уровня моря от 0,3 до 0,5 м. Однако и эти, на первый взгляд не столь радикальные, перемены ведут к неисчислимым экологическим, экономическим, социальным и политическим последствиям.
Попытаемся взглянуть на ожидаемые последствия потепления климата для нашей страны. На первое место, пожалуй, выйдут последствия, связанные с отступлением вечной мерзлоты. Вечная мерзлота в высоких широтах – своего рода строительный материал, на котором воздвигнуты несущие части домов и сооружений. Из нее фактически «сложены» стенки подземных хранилищ, в которых покоятся отходы промышленной деятельности. Зона многолетней мерзлоты охватывает огромную часть территории России. Отступление мерзлоты будет сопровождаться разрушением домов и промышленных сооружений. Значительные изменения прочности зданий уже произошли в Якутске, а к 2030 году масштабы разрушений могут стать катастрофическими, если не принять срочных защитных мер. Поэтому специалистам необходимо оценить сроки и масштабы ожидаемых изменений для всех городов и поселков в зоне вечной мерзлоты и немедленно приступить к необходимым работам. В опасности окажутся и многие технические сооружения: нефтяные вышки, тысячекилометровые нефте- и газопроводы. Новые же крупномасштабные сооружения, например нефтепровод к мурманским морским терминалам, уже придется проектировать с учетом условий меняющейся климатической ситуации.