Экологические проблемы. 
Устойчивое развитие

Антропогенные изменения климата.

Это едва ли не самая известная и обсуждаемая из глобальных экологических проблем. В массовом сознании закрепилось следующее понимание ее сути. Человечество для своей жизнедеятельности потребляет огромное количество углеводородного топлива. При его сжигании образуется двуокись углерода, обладающая свойством свободно пропускать к поверхности Земли коротковолновое солнечное излучение, но задерживать длинноволновое тепловое излучение Земли в космическое пространство («парниковый эффект»). Это приводит к нарушению теплового баланса и повышению глобальной температуры воздуха. Прогнозы возможного потепления и его последствий (таяние материковых и океанических льдов, подъем уровня Мирового океана и затопление густонаселенных приморских низменностей; опреснение океанических вод и нарушение их современной циркуляции, отражающееся в перестройке глобальной циркуляции атмосферы; перестройка ландшафтов и т. п.) впечатлительным людям представляются Апокалипсисом.

Впервые в научной среде вопрос о связи климатических колебаний с количественным содержанием в атмосфере «антропогенной» углекислоты и водяного пара был поднят в 1938 г. англичанином Дж. Коллендером. Им было высказано убеждение в том, что современная хозяйственная деятельность человека, увеличивая массу углекислого газа в атмосфере, приведет к развитию глобального потепления.

Систематические исследования антропогенного изменения глобального климата были организованы в СССР в начале 1960;х годов. За рубежом этому вопросу специальное внимание начали уделять с 70-х годов прошлого века. На протяжении всего времени обращения ученых к этой теме не прекращались попытки количественно оценить рост глобальной температуры воздуха при изменении процентного содержания различных компонентов химического состава атмосферы. Одновременно совершенствовались модели функционирования глобального климата, чему способствовали международные исследовательские программы 50 — 70-х годов (см. гл.2).

В 1972 г. в нашей стране была опубликована работа М. И. Будыко, в которой для количественной оценки возможных изменений использовалась полуэмпирическая теория термического режима атмосферы. В работе приводился график, демонстрировавший вероятное изменение температуры воздуха под влиянием хозяйственной деятельности человека на ближайшие сто лет. Из этого графика следовало, что до середины 21 в. главное влияние на климат окажет увеличение массы углекислого газа в атмосфере. Оно приведет к росту приземной температуры воздуха. Этот вывод проф. М. И. Будыко был опубликован тогда, когда, по общему мнению, происходило многолетнее снижение температуры воздуха в северном полушарии, связанное с естественными циклами колебания климата. Обнаруженная в начале 70-х годов смена тренда обусловила непрекращающуюся и нарастающую во времени волну внимания к антропогенной составляющей климатических изменений.

Согласно современным представлениям, наибольший вклад (98%) в создание «парникового эффекта» вносят пары воды (60% от вклада всех парниковых газов), углекислый газ, закись азота, метан, тропосферный озон (есть еще стратосферный; с ним связаны «озоновые дыры») и фреоны (фторхлоруглеводы). Оставшиеся 2% составляют инертные газы. Концентрация парниковых газов в атмосфере зависит от приземных температур и площади водной поверхности. Ныне парниковым эффектом обеспечивается около 10% суммарного нагрева нашей планеты выше абсолютного нуля.

Кроме собственно «парникового эффекта» важное климатическое значение имеет нагрев планеты в результате хозяйственной деятельности человека и, прежде всего — производства электроэнергии. Его масштабы уже приближаются к значимым в сравнении с нагревом за счет солнечной радиации. О важности этого источника М. И. Будыко писал еще в к.70-х гг. 20 в.

Глобальная климатическая значимость антропогенного «нагрева планеты» состоит в следующем. Главным природным накопителем избыточного углекислого газа является Мировой океан. Степень растворимости углекислого газа в его водах имеет обратную связь с их температурой. Таким образом, повышение температуры океанических вод не только может замедлить поглощение С0₂, но и высвободить часть газа, ныне пребывающего в растворенном состоянии.

Не все климатологи соглашаются с тем, что наблюдаемое повышение средней глобальной температуры воздуха, которое достоверно зафиксировано и за последние примерно 30 лет составило несколько десятых долей градуса, связано с антропогенными выбросами «парниковых» газов и, в частности, С0₂, которому приписывают особую роль.

Во-первых, известно, что СО, — довольно тяжелый газ, попадающий в верхние слои атмосферы в незначительных количествах. Его выбросы остаются в нижней тропосфере, откуда сравнительно быстро поглощаются растительностью и почвенными организмами или растворяются в водах различных водоемов.

Во-вторых, сопоставление температуры воздуха и содержания СО_; в атмосфере Земли в разные геологические эпохи свидетельствует, что были в истории Земли много более теплые эпохи, когда содержание СО, в земной атмосфере было ниже современного и наоборот, в более холодные времена оно было выше.

Вместе с тем некоторые ученые пытаются привлечь внимание к роли другого парникового газа — метана. Вес позволяет ему довольно легко попадать в верхние слои тропосферы, где под действием солнечных лучей происходит разложение на углерод и водород. Углерод легко соединяется с кислородом и образует углекислый газ, но уже не антропогенного происхождения. Источники метана можно разделить на природные и антропогенные. Соотношение их вкладов — 7:3, но роль последних стремительно нарастает.

Природными источниками метана являются зоны глубоких тектонических нарушений, извержения вулканов, испарения болот и мангровых зарослей (мелководья тропических морей). Антропогенные его поступления связаны с разведкой и добычей горючих полезных ископаемых, их транспортировкой и переработкой, с неполным сгоранием топлива в двигателях, с рисовыми полями и крупными животноводческими комплексами.

Противники гипотезы антропогенного характера современного потепления обращают внимание на климатическое значение ряда антропогенных преобразований природной среды, которые дают обратный, охлаждающий эффект. Среди них — обезлесение и опустынивание Земли и нефтяное загрязнение Мирового океана. Оба они работают на уменьшение содержания в атмосфере основного парникового газа — водяного пара, а первое — еще и на увеличение отражательной способности земной поверхности (альбедо), т.с. на уменьшение се нагрева.

В позиции ряда ученых, принадлежащих к этой группе, важным моментом является указание на роль стратосферного озона. Последний поглощает значительное количество приходящей к Земле солнечной радиации и обладает, таким образом, антипарниковым эффектом. Наблюдающееся с середины 70-х годов прошлого века уменьшение озона над отдельными участками суши, работает на повышение их нагрева.

Статус «парникового эффекта» в качестве одной из главных угроз устойчивому развитию зафиксирован в международных документах, принятых во исполнение решений конференции Рио-92, в частности — в известном всем Киотском протоколе и Парижском соглашении 2015 г.

Киотский протокол принят в 1997 г. в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменениях климата. Он обязывал развитые страны и страны с переходной экономикой сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов в 2008 — 2012 г. на уровне 1990 г. Протокол был ратифицирован 181 страной, совокупно ответственными за 61% общемировых выбросов. РФ протокол ратифицировала. Конгресс США — отказался.

Наряду с объективными аргументами все более заметной становится экономическая (а, может, и геополитическая) составляющая проблемы «парикового эффекта».

Она уходит корнями в нефтяной кризис 70-х годов 20 в. В начале десятилетия семь крупнейших нефтедобывающих компаний снизили закупочные цены на нефть для снижения налоговых выплат. В ответ на это страны, входившие в Организацию стран-экспортеров нефти (ОПЕК), прежде всего — государства зоны Персидского залива — снизили квоты добычи нефти для обеспечения роста закупочных цен. В то время их доля в мировой добыче нефти составляла 56%, а нефтяном экспорте — 84%. ОПЕК ввела также годичное эмбарго на поставки нефти в США.

Эти действия подогревались арабо-израильской войной, в которой европейские страны и США поддерживали Израиль. Большинство ведущих индустриальных стран мира не имело достаточных резервов нефти. В них разразился энергетический кризис, в котором, кроме общего роста цен и бытовых проблем населения, возникла угроза автомобилестроению США, продукция которого была весьма энергоемкой. Этот кризис, однако, не затронул страны, уровень энергопотребления в которых был невысок и/или бывшие энергетически самодостаточными (СССР).

Кризисная ситуация 70-х годов вынудила все отрасли промышленности ведущих индустриальных держав и сферы быта их населения искать новые научно-технические решения энергосбережения от серийного производства существенно менее энергоемких автомобилей до разработки средств и способов теплоизоляции домов. Среди этих мер далеко не последнее место заняли научные исследования в области альтернативной энергетики (использующей энергию солнца, ветра, разлагающейся биомассы и т. д.), а также малой гидроэнергетики.

Несмотря на то, что снижение цен на нефть в 80-е годы вновь подстегнуло мировое энергопотребление и сделало альтернативную энергетику неконкурентоспособной, имеющиеся научные и технические разработки в этой области делают ведущие индустриальные державы лидерами, способными, при необходимости, стать монополистами в соответствующем секторе рынка. Кроме того, отказ или снижение доли традиционной энергетики (и соответственно — цен на энергоносители) — это удар по экономической независимости и геополитической значимости стран экспортеров нефти.

Известные ныне запасы всех горючих полезных ископаемых могут обеспечивать все население планеты энергией на протяжении нескольких столетий. Открываются новые месторождения. Проблемы в энергоносителях в глобальном масштабе не существует. Есть проблема в пространственной неравномерности их использования и в вопросах целесообразности (с точки зрения устойчивого развития) использования их в таких объемах.

Во втором десятилетии 21 в. 2500 экономистов-экспертов рекомендовали ввести «углеродный налог» для стабилизации климата на планете, который был оценен в 50 $ США на 1 т выбросов СО,. Аналитики комментируют, что таким образом ученые-рыночники хотят нерыночными методами сделать конкурентоспособными альтернативные источники энергии. Достоверность выводов названной экспертной комиссии была проанализирована группой российских ученых в рамках созданного по инициативе Президента РФ при Президиуме РАН специального Совета-семинара. Среди выводов этого Совета записано, в частности, следующее: «1) Киотский протокол не имеет научного обоснования: 2) Киотский протокол неэффективен для достижения целей Рамочной конвенции ООН об изменении климата —». Работами отечественного ученого О. Г. Сорохтина доказано, что содержание СО, в атмосфере в наибольшей степени контролируется состоянием Мирового океана с участием процесса накопления карбонатов. Под их воздействием из атмосферы выводится не только углекислый газ, но и кислород.

Ведущие специалисты РФ в области текущих изменений климата связывают современные эффекты глобального потепления с многовековыми ритмами изменения активности солнечно-земных связей. В качестве значимого дополнительного фактора современного потепления рассматривается превращение Зеленой Земли в Серую Землю за историческое время и особенно — за последние 1,5−2 столетия. Это — масштабное сведение лесов и изменение характера подстилающей поверхности (с точки зрения климатологии).

К проблеме глобальных климатических изменений следует отнести и процессы, отмечаемые в озоновом слое земной атмосферы.

Озоновый слой, расположенный на высотах 15−25 км, играет роль экрана, поглощающего значительную долю жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Повышенные концентрации последнего губительны для большинства современных живых организмов. У многих растений снижается продуктивность. Гибнет планктон. У человека избыточная ультрафиолетовая радиация может вызвать развитие рака кожи и другие онкологические заболевания, устойчивое снижение иммунитета, образование катаракты на глазах (так называется помутнение хрусталика вплоть до полной слепоты).

Истощение озонового слоя выражается в периодическом образовании и продолжительном существовании т.н. «озоновых дыр» — пространств, где концентрация О³ в стратосфере уменьшается на 50% и более. Наиболее часто эти «дыры» возникают и сохраняются в приполярных областях обоих полушарий. Их образование традиционно связывают с антропогенным каналом поступления в атмосферу окислов азота, фторхлоруглеродов (фреонов) и некоторых других веществ. Области их производства и применения — хладоагенты холодильников бытовых и промышленных, кондиционеров; пенообразователи в аэрозольных баллончиках; вещества, используемые в пожаротушении, а также некоторые компоненты авиационного и ракетного топлива.

При расщеплении этих соединений под действием энергии солнечных лучей в верхних горизонтах атмосферы образуются атомы азота, хлора, брома и других галогенов. Все они относятся к наиболее активным разрушителям молекул озона в стратосфере, который образуется здесь же, при расщеплении и рекомбинации молекул кислорода под действием тех же солнечных лучей. Интенсивность разрушающего влияния перечисленных веществ резко возрастает с понижением температуры.

Количество озона в каждой точке пространства в значительной степени определяется соотношением скоростей образования и разрушения его молекул, которые на таких высотах оказываются весьма недолговечными. Время их жизни на высотах около 30 км нс превышает 3 часов, а к 10 км возрастает до 1−10 суток. А значит, даже небольшая добавка «антиозоновых» веществ может дать существенный эффект.

Этот механизм поддержания определенной концентрации озона не является единственным. Другим важным процессом является глобальная циркуляция атмосферы. Она обеспечивает перемещение воздушных масс, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Циклические колебания с большими периодами в системе «океан-атмосфера» (связанные с изменение температуры поверхности океана) определяют изменения в результирующей глобальной циркуляции: в одни периоды может преобладать широтный перенос воздушных масс, в другие меридиональный. В тех случаях, когда преобладает широтный, перемещение теплых воздушных масс из низких широт в высокие уменьшается, температура в приполярных зонах становится ниже средней. Баланс образования-разрушения озона в приполярной стратосфере становится отрицательным и озоновый экран утоньшается.

Сомневающиеся в исключительно антропогенном характере локального утоньшения озонового экрана указывают на природные источники роста концентрации галогенов в атмосфере и на наличие второго механизма изменения концентрации 0₃ в стратосфере. К природным источникам относятся газовые выделения в зонах тектонических нарушений глубокого заложения и вулканов. Все они богаты галогенами.

Выполненные в последние годы расчеты с помощью климатических моделей подтверждают преимущественную ответственность последнего механизма за наблюдаемое пространственно-временное распределение «озоновых дыр». Исключением являются территории, расположенные над Западной Европой, восточным побережьем США, Японией и Московским регионом, где антропогенная составляющая в понижении концентрации озона оценивается в 60−70%.

Как и в случае с углекислым газом, решительная борьба с использованием фреонов в промышленности и быту даст экономический выигрыш лидерам научно-технического прогресса, где созданы и внедрены в производство новые, в целом более дорогие технологии.

Ныне вызрело понимание необходимости разработки технических мер по восстановлению ресурсов озона в стратосфере и такие предложения имеются (то же относится к технически реальным способам снижения «парникового эффекта»). Однако вопросы их практической реализации не так просто решить даже при том, что проблему лоббируют экологи, близкие к властным структурам.