Глобальное потепление: возможные причины и следствия

Валерий Бриних, Институт региональных биологических исследований (Майкоп)

1. «Парниковый эффект»: что первично – курица или яйцо?

Согласно Второму оценочному докладу Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории РФ (2014 г.), согласованность наблюдаемых и расчетных изменений во всей климатической системе, включая глобальные и региональные значения температуры, температуру тропосферы и стратосферы, глобальный влагооборот, глобальный баланс энергии, изменения в криосфере и Мировом океане, указывает на то, что наблюдаемые изменения климата вызваны, в первую очередь, увеличением концентраций атмосферных парниковых газов вследствие хозяйственной деятельности человека. При этом амплитуда и пространственная структура наблюдаемого потепления в разных компонентах хорошо согласуются с ожидаемым по модельным расчетам откликом климатической системы на совокупность антропогенных и естественных внешних воздействий.

Благодаря новым методам изучения палеоклимата по анализу содержания дейтерия и соотношения изотопов послойно в кернах глубокого бурения во льдах Антарктиды и Гренландии было установлено, что кривые концентрации углекислого газа и температуры тесно коррелируются на протяжении 400 000 лет, огромный по продолжительности период времени по масштабам цивилизации. Однако сравнение температурной кривой с динамикой возрастания концентрации углекислого газа за последние 100 лет прямых инструментальных измерений заставило усомниться в том, что глобальное потепление напрямую вызывается именно парниковым эффектом. Корреляция между ними представляется недостаточно очевидной.

По мнению академика РАН В.М. Котлякова, члена Межправительственной группы экспертов по проблеме изменения климата, температура может повышаться как вследствие парникового эффекта от присутствия газов в атмосфере, так и наоборот, более теплые условия на Земле вызывали рост парниковых газов. Скважина на станции Восток в Антарктиде впервые показала, что существующая на Земле температура, несмотря на потепление, на полтора градуса ниже тех температур, которые были в периоды изученных межледниковий, то есть современная температура на полтора градуса не дошла до верхнего, известного исследователям предела. Возросло содержание газов, и их стало чуть ли не вдвое больше, чем было в недавние геологические эпохи. Но температура не отреагировала на этот современный резкий рост в атмосфере парниковых газов, а значит, по мнению В.М. Котлякова, в земной биосфере существует какой-то неизвестный современной науке мощнейший природный механизм, регулирующий земную природу и помогающий справляться с неблагоприятным антропогенным воздействием на природу.

Основными источниками антропогенного выброса углекислого газа в атмосферу являются производство, транспортировка, переработка и потребление ископаемого топлива (86%), сведение тропических лесов и другое сжигание биомассы (12%), и остальные источники (2%), например, производство цемента и окисление моноксида углерода.

На долю метана приходится, по оценкам, примерно 20% антропогенной составляющей глобального потепления. Выбросы метана представляют собой значительной источник парниковых газов.

В настоящее время появились исследования, результаты которых позволяют предполагать, что реальное количество антропогенного метана, утекающего в атмосферу Земли, может быть вдвое больше, чем считалось ранее. Это означает, что современные усилия по борьбе с глобальным потеплением, скорее всего, не принесут эффекта. В своём анализе американские исследователи использовали тот факт, что в добываемом природном газе соотношение его изотопов по массе отличается от того, что типично для метана, производимого биосферой.

Утечки из систем топливно-энергетического комплекса и из трещин в поверхности планеты (геологические явления) на 60-110% больше, чем предполагалось. И это при том, что утечки природного газа при его добыче и транспортировке в последние 30 лет упали с 8% до 2%. Это означает, что в глобальном балансе метана есть какие-то значительные источники, которые на сегодня неизвестны.

Одной из наиболее тревожных черт ситуации с метаном является то, что его концентрация колеблется по каким-то неясным пока закономерностям. Например, в 1999 году она вдруг резко достигла пика по всей планете, а затем плавно снижалась. В 2007 году концентрация снова подпрыгнула. Учёные подчеркивают — хотя их исследование показывает, что выбросы метана топливно-энергетическим комплексом больше, чем считали ранее, но всё же они не могут полностью отвечать за загадочные скачки уровня этого газа в атмосфере. По их оценкам, ТЭК выбрасывает лишь на 20-60% больше метана, чем утверждали прежние оценки. Значит, основная масса ископаемого метана идёт из каких-то других источников. Ими может быть вечная мерзлота, таяние которой также способно вызвать всплески данного газа или какая-то геологическая активность.

На закись азота, выделяющейся при  производстве и применении минеральных удобрений, в химической промышленности, в сельском хозяйстве и пр.), приходится около 6% антропогенной составляющей глобального потепления.

За последние 100 лет углекислого газа в атмосфере стало на 25% больше. Полагали, что одна из главных причин этого – все возрастающее потребление человечеством органического топлива: угля, нефти, природного газа, наряду с традиционным источником тепла – древесиной. С ними в атмосферу поступает примерно 11 Гт углерода в год. Это значительная величина, если сравнить ее с круговоротом углерода между биотой и атмосферой (50 Гт/год) или между атмосферой и океаном (10 Гт/год). Однако есть и другие источники поступления CО₂ в атмосферу, например, уменьшение растворимости CО₂ при хотя бы незначительном повышении температуры поверхностного слоя Мирового океана. Достаточно сказать, что 98% несвязанного углерода биосферы сосредоточено в растворенном виде в океане и лишь малая часть в атмосфере. Любые изменения в динамическом равновесии между растворенной и газообразной частями CО₂ могут привести к значительным колебаниям газа, имеющего парниковые свойства. В самой гидросфере сосредоточен огромный запас углерода (порядка 4х104 Гт). Поэтому постоянство концентрации углекислого газа в атмосфере зависит от буферных свойств Мирового океана.

Животноводство является более значимым источником выделения в атмосферу парниковых газов (в эквиваленте СО₂), чем транспорт. По оценкам Организации по вопросам продовольствия и сельского хозяйства ООН (ФАО), животноводческая отрасль является причиной 18% всех выбросов парниковых газов. Вклад сельского хозяйства и землепользования должен быть адекватно учтен при формировании стратегий по снижению парниковых газов – считают эксперты и представители общественных экологических организаций.

С учетом загрязнения в результате использования и изменения условий земельных угодий, на долю животноводческого сектора в структуре человеческой деятельности приходится 9% выбросов CO₂. Животноводство также производит более вредный газ, негативно влияющий на окружающую среду и вызывающий парниковый эффект – закись азота, который в 296 раз превышает потенциал глобального потепления, создаваемый углекислым газом. На долю сельского хозяйства в этом виде выбросов приходится 65%. Большая часть этого газа содержится в навозе. Животноводческая отрасль дает около 35% попадающего в атмосферу метана, который в 23 раза опаснее по парниковым функциям, чем СО₂.

Производителем наибольшего объема парниковых газов от животноводства являются развивающиеся страны, на долю которых приходится 75% мировых выбросов от крупного рогатого скота и других жвачных животных и 56% мировых выбросов от птицы и свиней.

31 марта 2014 года Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) представила свой доклад об антропогенных воздействиях на изменение климата. Согласно выводам экспертам IPCC, выбросы от сельского хозяйства продолжают увеличиваться с угрожающей скоростью, как следствие увеличения глобального потребления мяса и молочных продуктов. Если не будут приняты меры в отношении сельскохозяйственных выбросов, то закись азота с полей и метана от животноводства могут удвоиться к 2070 году. Уже одно это делает достижение цели по климату практически невозможным.

Тем не менее, теперь уже мало сомнений относительно происходящего у нас на глазах быстрого потепления климата, последствия которого могут быть весьма разрушительными.

Таяние льдов и прогрев поверхностного слоя воды приводит к повышению уровня Мирового океана, достигшего за прошедшие 100 лет не менее 10 см, причем 6 см в результате увеличения средней температуры поверхностного слоя воды и 4 см за счет таяния льдов. В ближайшие десятилетия по прогнозам специалистов этот процесс должен усилиться и к 2100 г. прогнозируется подъем уровня океана на 88 см. Под водой могут оказаться огромные и наиболее продуктивные территории дельт рек, низин, маршей.

В историческом масштабе происходящее повышение уровня Мирового океана незначительно. Известно, что даже на протяжении последних 7 тыс. лет уровень океанов повышался и понижался более, чем на 2 м. В последнюю ледниковую эпоху, всего 20-30 тыс. лет назад, уровень Мирового океана был ниже современного на 130 м. Обсуждаемое сегодня повышение уровня океана на несколько дециметров кажется в этой связи слишком ничтожным. Однако, учитывая то обстоятельство, что большая часть человечества обитает вблизи океанов и морей, легко понять, сколь чувствительна глобальная экономика к быстрому изменению уровня Мирового океана.

2. Обезлесение и опустынивание, деградация земель.

Почвенный покров суши быстро деградирует, концентрация веществ в нем, так же, как  в воде и в воздухе, изменяются. На 60% суши, подвергшихся нарушению хозяйственной деятельности, идет активное изменение почв. На остальной части суши почвы подвержены сухим и мокрым выпадениям из атмосферы серы и азота, в том числе в виде кислотных дождей, что существенно влияет на химические и биологические процессы в почвах. Таким образом, почва не воспроизводится в прежнем составе в пределах естественных колебаний в ней веществ и почвенных организмов.

Изменения климата выражаются в усилении засух и расширении пустынь в одних регионах и возрастанию осадков и наводнений в других. Последние годы дают достаточно примеров подобных локальных катаклизмов. Общее количество природных катастроф, являющихся следствием меняющегося климата, за последние полвека значительно возросло.

Ежегодно около 6 млн. га продуктивных угодий теряются в результате опустынивания и еще 21 млн. га становятся столь малопродуктивными, что их перестают использовать в сельском хозяйстве.

Большая часть пахотных земель и около 20% пастбищ подвержены в той или иной степени деградации. Под скотоводство сегодня в мире выделено 30% всех площадей земельных угодий, в большинстве своем это пастбища, а также 33% площади пахотной земли, используемой для выращивания кормов. Под новые пастбища вырубаются леса, что является основной причиной обезлесения планеты, особенно в Латинской Америке, где 70% пастбищ для выпаса скота в прошлом были заняты лесами. Показатели деградации пастбищ выше в районах с сухим климатом, где неправильная агрополитика приводит к дальнейшему осушению земли.

3. Изменение видового разнообразия живых организмов.

Сокращается животный и растительный мир планеты (проблема биоразнообразия). Ежедневно исчезают несколько видов. Данные о степени сохранности местообитания в различных биогеографических областях мира свидетельствуют о том, что в настоящее время  значительное количество видов исчезает в результате хозяйственной деятельности человека со  скоростью, значительно превышающей естественную скорость исчезновения видов.

На скорость исчезновения видов влияет и изменение климата. При быстром изменении условий существования, при нарушении привычной последовательности чередования времен года с их характерными погодными особенностями, многие виды не выживут и не успеют освоить отдаленные районы, где, возможно, установится подходящий для них климат. Поэтому изменение климата может привести к катастрофическому сокращению биологического разнообразия, исчезновению многих видов. По мнению авторов доклада международной организации Всемирный фонд дикой природы (World Wide Fund for Nature), в результате глобального потепления климата к концу XXI века вымрет треть существующих видов всего живого на планете. Повышенной угрозе подвергаются в первую очередь те виды, которые не способны к быстрым миграциям и приспособлены к достаточно узкой экологической нише. Прежде всего пострадают Исландия, северные районы Скандинавии, Канады и России.

Снижение биологического разнообразия на фоне усиления доминирующей роли всего лишь одного вида – Homo sapience . чревато нарушением фундаментальных процессов саморегуляции устойчивости биосферы. Целостность экосистем является результатом длительной адаптации сообществ к существованию в достаточно стабильных (или закономерно меняющихся в пределах года) внешних условиях. Целостность экосистем проявляется более всего не в противодействии внешним отклоняющим воздействиям, а в сохранении динамического равновесия (своей структуры и характера функционирования) при стабильных внешних условиях. Невыраженность саморазрушения и есть главная черта устойчивости экосистем и биосферы.

4. Загрязнение атмосферного воздуха, включая воздействие на озоновый слой.

В атмосфере быстро нарастает концентрация углекислого газа: за последние 200 лет она выросла с 280 до 350 (1990 г.) ppm (частей на млн.), причем более половины прироста приходится на период после 1950 г. То же самое относится к росту атмосферной концентрации метана, которая за последние 200 лет увеличилась с 0,8 до 1,65 (1990 г.) ppm. Таких колебаний концентрации метана за последние 160 тысяч лет вообще никогда не отмечалось: наибольший прирост за время порядка 10 тысяч лет составлял 0,5 ppm. И здесь основной прирост метана приходится на период после 1950 г. То же самое происходит с оксидами азота, концентрация которых в атмосфере за этот период возросла с 285 до 310 частей на млрд., причем половина прироста приходится на период после 1950 г. Наконец в атмосфере появились совершенно новые газы: хлорфторуглероды (хладоны). Их появление приходится на вторую половину XX века, когда их концентрация возросла от 0 до 0,3 частей на миллиард. Эти быстрые однонаправленные изменения концентрации газов в атмосфере являются следствием жизнедеятельности человека.

Мировой выброс урана и тория от сгорания угля составляет около 40000 т ежегодно. На сжигание I кг угля уходит 2 кг атмосферного кислорода.

В 2011 году мировой объем сжигаемого попутного природного газа составил  140 млрд. м³, из них 85% приходится на долю 20 государств. При этом доля России составила 26,7% от мирового объема сжигания ППГ (больше всех стран). Доля Нигерии составляет 10,4%, Ирана – 8,1%, Ирака – 6,7%, США – 5,1%, других стран – от 3,6% и ниже.

64% аммония, имеющегося в атмосферном воздухе, попадает туда из сферы животноводства, способствуя образованию кислотных дождей. По докладам The Environmental Protection Agency (EPA), 80% выброса аммиака в США вызваны отходами животноводства.

5. Загрязнение земельных и водных ресурсов, включая воды Мирового океана и запасы пресной воды.

Активно и быстро идет изменение концентрации химических веществ в поверхностных водах земной суши. Об этом свидетельствует глобальное загрязнение азотом, фосфором и другими веществами водоемов суши и части прибрежных вод Мирового океана. Эти изменения в основном приходятся на XX в. и особенно на его вторую половину. Таким образом, этот возобновляемый ресурс перестал возобновляться в прежнем естественном виде в пределах естественных колебаний концентрации биогенов и других веществ.

Ежегодно всеми реками выносится в Мировой океан более 20,3 млрд. тонн взвешенных в воде веществ, из которых 15,3 млрд. тонн собственно взвешенные частицы, 4 млрд. тонн – растворенные в воде вещества и 1 млрд. тонн – крупнозернистый подстилающий материал.

Из-за разгерметизации трубопроводов и аварий с другими транспортными средствами (танкеры в основном) ежегодно на поверхность земли и в мировой океан вытекает 10-15 млн. т нефти. Аналогично происходят потери газа. Утечки нефти вызывают локальные экологические катастрофы с многолетними последствиями. Нынешнее состояние трубопроводного хозяйства таково, что затраты на ликвидацию последствий от аварий громадного нефтегазового трубопроводного хозяйства увеличиваются с каждым годом. По существу, все три сферы природной среды испытывают мощное техногенное воздействие.

Ахим Штайнер, глава Программы ООН по окружающей среде, в 2010 году отмечал в докладе: «На сельскохозяйственное производство приходится 70% пресной воды, потребляемой во всем мире, 38% всех используемых земель». Сельское хозяйство является основным источником загрязнения почвы и воды, говорится в отчете, главным автором которого является Хеннинг Штайнфельд (Henning Steinfeld) из Организации по вопросам продовольствия и сельского хозяйства ООН (ФАО). Животноводство пагубно сказывается как на качестве почв, так и на скудных водных ресурсах Земли, поскольку загрязняет их отходами жизнедеятельности животных, антибиотиками, гормонами, химикатами, используемыми для выделки шкур, удобрениями и пестицидами для опрыскивания полей, где выращивается корм.

6. Накопление отходов производства и потребления, в т.ч токсичных отходов.

В цикле добычи и переработки сырья и получения конечной продукции отходы на 1 кг потребленного бытового продукта составляют 25 кг. Всего в мире добывается в год до 300 млрд. т сырья, не считая воды. Конечные продукты составляют лишь единицы процентов от этой величины. В основном, это твердые отходы; жидкие составляют 4%, газообразные – всего 2,5%.  На душу населения в мире ежегодно добывается и перемещается около 50 т сырья, которое с помощью 800 т воды и энергозатрат примерно в 950 тыс. киловатт-часов перерабатывается в конечные продукты. Проведя эту гигантскую работу, человечество, в конце концов, получает столько же отходов, в том числе опасных, на каждого жителя планеты.

Подавляющая часть промышленных отходов локализована. Общепланетарное значение имеют выбросы парниковых газов  и смыв с сельскохозяйственных полей азотных и фосфорных удобрений. Эти виды отходов составляют в сумме около 5% от общей массы. Остальная часть отходов накапливается в хранилищах, захоронена или затоплена. В последние десятилетия проявился планетарный характер накопления в организмах животных и человека опасных синтетических веществ.

7. Сокращение площадей естественных экосистем.

Если в начале XX века естественные экосистемы были нарушены на 20% суши Земли, то теперь – на 63% ее территории.

В результате в настоящее время в северном полушарии образовались три обширные зоны высокой степени дестабилизации окружающей среды, занимающие около 20 млн. км² территории суши. Первая – европейская зона, включающая всю Европу (сохранность естественных экосистем – 4%) за исключением северной части Русской равнины. Вторая зона – азиатская, включающая древние земледельческие районы Южной и Юго-Восточной Азии, в т.ч. Китай. Естественные экосистемы сохранились здесь только в пустынях и на Тибетском плато. Третья зона (сохранность естественных экосистем – 5%) образована территориями США, южной части Канады и частично Мексики. В европейскую и американскую зоны входят основные развитые страны, на долю которых приходится 2/3 промышленных отходов всего мира.

Обширное сельское хозяйство стало главным врагом естественных экосистем. Стремясь решить продовольственную проблему, человечество оказывает сильное влияние на живую природу, сокращает пространства, занятые естественными экосистемами, тем самым косвенно уничтожая множество видов и нарушая естественные процессы саморегуляции стабильности биосферы. К настоящему времени 1/4 часть суши занята агроценозами и пастбищами, а 3/4 не покрытой вековыми льдами территории оказались в зоне прямого хозяйственного воздействия. Около 40% первичной продукции суши потребляются ограниченным числом видов, культивируемых человечеством для своих нужд. Оценивая резервы площади и продуктивности агроценозов, мы должны признать, что уже сейчас искусственные экосистемы оказываются сопоставимыми по масштабу с естественными. Следовательно, функции агроценозов должны быть расширены с учетом задач не только производства продуктов питания, но и сохранения биосферных регуляций.

Прямое уничтожение естественных экосистем при открытой разработке полезных ископаемых и обширное загрязнение огромных территорий и акваторий является третьим по значению после сельского хозяйства и урбанизации фактором антропогенной деградации природных сообществ.

8. Ухудшение качества жизни людей.

Сейчас в странах так называемого «золотого миллиарда», где проживает около 20% населения планеты, расходуется около 86% всех мировых ресурсов и производится 75% отходов.  В то же время в беднейших, так называемых развивающихся странах с населением в 20% от общей численности человечества, производится всего 1% мирового ВВП, господствует бедность и нищета, происходит деградация общества и окружающей среды. В большинстве других стран, где проживает 60% населения Земли, потребляется 13% мирового ВВП. Все эти отрицательные эффекты усиливаются в результате глобализации.

9. Урбанизация (проблемы больших городов и мегаполисов).

Рост городского населения . характерная черта XX века. Если в 1900 г. в городах проживало 13,3 % населения мира, то в 2000 г. уже 47,5 %, а в Европе и Северной Америке более 70 % населения сейчас живет в городских условиях.

Уменьшение доли сельского населения по мере урбанизации приводит к изменению семейной политики. В городских условиях уже не так важно количество рабочих рук в семье по сравнению с полунатуральным сельским хозяйством. В то же время себестоимость содержания каждого ребенка в городе возрастает. Неизбежными следствиями урбанизации становятся разрушение патриархального уклада, уменьшение размеров семьи, возрастающие индивидуализм и мобильность. Происходит «демографический переход» от многодетной большой семьи, занятой общим делом, к малодетной семье, все члены которой достаточно независимы друг от друга в работе и быту. Снижение рождаемости – закономерное следствие урбанизации и изменения образа жизни населения страны. В больших городах рост населения происходит в основном за счет миграции из других мест.

10. Истощение природных ресурсов.

Минерально-сырьевые и энергетические ресурсы намного превосходят по массе живую природу. Одного только угля в мире не менее 1013 т, в то время как все живое вещество суши и океана оценивается в 1,8х1012 т. В течение последнего века из недр земли было извлечено до 85.90% добытых за всю историю человечества угля, черных и цветных металлов. Несмотря на то, что человечество беспрестанно увеличивает ежегодную добычу полезных ископаемых, угроза их полного исчерпания не является главной проблемой. По мере использования одних месторождений открывают следующие, и соотношение между добычей и резервом главных в экономике ресурсов остается в течение десятилетий достаточно постоянным.

По мере истощения наиболее богатых и удобно расположенных месторождений приходится использовать все более бедные или отдаленные месторождения. Это значит, что:

а) приходится извлекать пропорционально больше породы для получения того же конечного продукта;

б) затрачивать больше энергии для добычи, перевозки и обогащения руды;

в) подвергать большему риску загрязнения окружающую среду в процессе переработки сырья.

Надежда на огромные пищевые ресурсы Мирового океана, пропорциональные поверхности планеты, занятой им, оказались несостоятельными. Большая часть Мирового океана по своей продуктивности похожа на пустыни. Основу первичной продукции в морях составляет фитопланктон. Микроскопические водоросли могут расти и размножаться только в поверхностном слое воды до глубины, на которую доходит солнечный свет, т.е. не более 200 м. Однако здесь мало минеральных веществ, необходимых для жизнедеятельности. Мертвые органические вещества постепенно оседают на дно, минерализуются и оказываются вне зоны фотосинтеза. Только на мелководьях и в местах подъема глубинных вод, где имеются и минеральные вещества, и солнечный свет, создаются благоприятные условия для массового роста и размножения фитопланктона. Поэтому продуктивность Мирового океана оказалась намного ниже предполагаемой в середине XX века. По расчетам специалистов допустимый предел годового улова рыбы в Мировом океане с учетом их места в пищевых цепях не должен превышать 90 млн тонн, что в два с лишним раза меньше, чем производство животного белка в агрохозяйствах на суше. К настоящему времени рыбные ресурсы Мирового океана используются практически полностью (около 90 млн. тонн в год). Мировой вылов рыбы достиг своего теоретического предела. Дальнейшее увеличение вылова рыбы грозит уничтожением основных промысловых видов. В последние десятилетия увлеклись разведением водных беспозвоночных и водорослей в морских и пресноводных хозяйствах. Их доля в общем улове быстро возрастает и уже сейчас составляет более 1/4, однако ясно, что это – не основной путь решения продовольственной проблемы.

Н.В. Тимофеев-Ресовский видел следующие направления решения продовольственной проблемы за счет более эффективного использования возможностей биосферы:

1) подбор видов растений, способных в наибольшей степени использовать при фотосинтезе солнечную энергию;

2) искусственное повышение плотности зеленого покрова Земли;

3) повышение продуктивности естественных экосистем и агроценозов, за счет увеличивая продуктивности гигантского круговорота в биосфере;

4) изучение, а затем и владение механизмами природного равновесия круговорота веществ для повышения его эффективности;

5) контроль и использование веществ, надолго выходящих из круговорота (сапропель на дне водоемов и др.).

Источник: Федоровский бюллетень

Бюллетень выпускается Международным Социально-Экологическим Союзом

постоянный адрес материалов в открытом допуске по адресу:

https://drive.google.com/drive/folders/0B2J6IE9zVpRvVzFVM0tIT2s3Qnc

Олег Дашевский, независимый журналист
e-mail: oleg.dashevski@gmail.com