16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/17/980.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 1 (17) январь 2002 года

Глобальное потепление и цикл углерода в Арктике

Семилетов И.П., Пипко И.И., Пугач С.П.

На протяжении сотен миллионов лет только малая часть приходящей солнечной радиации (0.06 %) употреблялась в процессе фотосинтеза, что и стало основой жизни на Земле и ее продукта - ископаемого топлива. До последнего времени человечество развивалось за счет его использования и не осознавало, что запасы природного топлива истощаются со скоростью в 100 тыс. раз больше, чем они формируются. Наиболее ранние свидетельства об использовании энергии сжигаемого топлива для обогрева пещер, заселенных нашими предками на территории нынешнего Китая, относятся к 400 тыс. лет до н.э. Тогда, на заре человечества, в силу малочисленности и неразвитости технологий, антропогенная активность не оказывала значительного влияния на изменение климата - с периодичностью в 100 тыс. лет межледниковые периоды сменялись ледниковыми, море отступало и наступало на сушу с амплитудой от 100 до 130 м на протяжении многих сотен тыс. лет... В межледниковые эпохи средняя температура воздуха была на 6-7 оС выше, чем в ледниковые.

Но, «...» пришел Человек и создал свою цивилизацию: познал огонь и уничтожил огромные массивы лесов, разведал недра и бездумно проматывает созданное Природой за сотни миллионов лет. Только за период 1958-1988 гг. в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива поступило 123 млрд. тонн углерода в форме СО2 (С-СО2), что эквивалентно 16 % от общего количества СО2 в атмосфере. Человечество разрастается, антропогенное воздействие на природу увеличивается - впервые человек становится крупнейшей геологической силой: изменяет лик Земли, нарушает ледниково-межледниковую цикличность. В последние десятилетия вследствие антропогенного глобального потепления резко начала возрастать скорость подъема уровня Мирового океана и человечество стало осознавать, что это может привести к труднопредсказуемым последствиям на протяжении жизни одного поколения.

Наибольшие изменения происходили на арктическом шельфе России - величайшем шельфе нашей планеты, площадь которого составляет почти 1/3 от всего Северного Ледовитого океана и от общей площади шельфа Мирового океана. Если посмотреть на карту Северного полушария, где указаны глубины морей, то, приняв глубину в 100 м как край суши в ледниковые периоды, в первом приближении (без учета вертикальных движений земной коры) можно представить, как далеко к северу смещалась береговая линия в ледниковые периоды: Евразия и Америка соединялись в один континент через Берингов мост (на сегодня - это мелководный пролив), арктические острова были частью континентов, где еще совсем недавно (последние находки костей мамонтов на острове Врангеля датируются «возрастом» всего 3-5 тыс. лет) паслись стада мамонтов, бизонов и лошадей, на которых охотились наши предки.

Что же является причиной климатической изменчивости? Этот вопрос волнует научное сообщество с давних пор. На сегодня сложилось мнение, что «толчком» для смены режимов потепления - охлаждения планеты является изменение интенсивности приходящей солнечной энергии, что обусловлено астрономическими факторами. Однако этой причины явно недостаточно для обеспечения наблюдаемых глобальных изменений: малые изменения в потоках приходящей солнечной энергии играют только роль «переключателя», а дальше работает пока малопонятный набор положительных и отрицательных обратных связей климатической системы. Начиная с конца прошлого века, когда Аррениусом и Чамберленом было сформулировано понятие «парникового эффекта», обусловленного повышением содержания атмосферной двуокиси углерода (СО2), научным сообществом обсуждается роль увеличения атмосферного СО2 в современном глобальном потеплении.

Сильным аргументом в поддержку климатической значимости парникового эффекта являются результаты сравнения анализов датированных образцов воздушных включений в ледяных колонках льда Антарктиды и Гренландии; оказалось, что коэффициент корреляции между средней температурой и содержанием СО2 и метана (СН4) - второго по значимости парникового газа – очень высок (0.7 - 0.8) на протяжении последних сотен тысяч лет.

В наше время (90-е годы) благодаря хозяйственной деятельности Человека (сжиганию ископаемого топлива, сведению лесов и т.д.) ежегодно в атмосферу поступает примерно 6 - 7 избыточного атмосферного углерода (С) в форме СО2. Около половины антропогенного СО2 остается в атмосфере, что и проявляется в усилении парникового эффекта. Другая часть антропогенного СО2 поглощается Мировым океаном и, видимо, расходуется на «дополнительный» прирост наземной фитомассы (растительности).

По разным оценкам за последние сто лет средняя температура увеличилась на 0.5-1оС, а концентрация основного парникового газа - СО2 возросла на 20-24 %. Здесь важно отметить, что феномен глобального потепления не исключает возможности регионального похолодания различной продолжительности; речь идет о среднепланетарном тренде. Согласно последним модельным оценкам, при удвоении содержания атмосферного СО2, которое ожидается в середине - второй половине грядущего века, среднепланетарная температура должна увеличиться примерно на 3 оС; причем в тропиках это увеличение будет невелико (1-2 оС), а в Арктике и Антарктике ожидается потепление на 9 оС (!). Это значит, что в Арктике ожидается сильное потепление, какого не происходило в последние 1-1.5 млн. лет. Существует мнение, что это может привести к растоплению морских льдов Северного Ледовитого океана, изменению альбедо планеты и катастрофическим изменениям климата.

В конце сентября 1995 г. автор ходил по Аляске вблизи полярного круга (Фэрбанкс) в шортах и футболке, а ведь совсем недавно в это время местные жители уже примеряли лыжи... Современное потепление сопровождается ускорением подъема уровня океана примерно в 2 раза за последние 25 лет (до 4 мм в год) за счет таяния малых ледников; зарегистрировано значительное уменьшение площади снежного покрова в Альпах.

В прогнозах возможных последствий глобального потепления не учитывается роль таяния мерзлоты, что приводит к вовлечению в современный биогеохимический цикл огромного количества органического углерода, законсервированного в холодные эпохи. Конечным продуктом распада органического вещества является СО2 и СН4, которые поступают в атмосферу Арктики/Субарктики. Здесь, на севере, потоки СО2 и СН4 из тающей мерзлоты в атмосферу обеспечивают формирование планетарного атмосферного максимума основных парниковых газов: концентрация СН4 над Арктикой примерно на 10% выше, чем над Антарктидой (для СО2 эта разница составляет примерно 1%).

Для выполнения роли таяния мерзлоты на бюджет парниковых газов нами, группой ученых Дальневосточного отделения Академии Наук (Северовосточная Научная Станция (СВНС) и Тихо-океанский океанологический институт) зимой 1989/90 гг. были начаты всесезонные исследования потоков СО2 из наземных экосистем севера. Оказалось, что почвы (оттаивающий за лето слой мерзлоты) севера дышат не только летом, когда температура положительная и идет рост растений, но и зимой, когда сезонно-талый слой промерзает. Многолетние непрерывные измерения, выполненные на СВНС, расположенной в низовьях реки Колымы, показали, что только за зиму в атмосферу из почв зоны тундры и северной тайги попадает как минимум 1015 г углерода в форме СО2 что сопоставимо с годовым выбросом антропогенного СО2 с территории бывшего СССР или США (или 15-17 % от общей антропогенной эмиссии). Также было выявлено, что мерзлота, оттаивающая под озерами (талики), которые занимают до 50-70 % территории прибрежной тундры, является важнейшим региональным источником СН4 в атмосферу.

Наши исследования проводились во всех ландшафтах, типичных для Арктики/Субарктики; в результате стало ясным, что дыхание почв и превращение органического вещества в таликах в метан являются важными источниками парниковых газов в атмосферу. Причем мощности этих источников достаточно в первом приближении для формирования планетарного максимума СН4 и СО2 в атмосфере. Простые расчеты показывают, что только в верхнем 100 м слое мерзлоты законсервировано количество органического углерода, превышающее общее количество атмосферного СО2 как минимум в 12 раз, а СН4 - в 2500 раз (!). Это значит, что в эпохи потепления эволюция озер и подозерных таликов (толщина которых достигает десятков и сотен метров) может играть важную климатическую роль.

Это подтверждается результатами анализа воздушных включений из ледяных колонок Антарктиды и Гренландии: действительно, в теплые межледниковые эпохи, когда образуются и развиваются озера, и увеличивается толщина летне-талого слоя почвы, над Арктикой формируется планетарный максимум СН4 и СО2, подобный современному. И наоборот, при глобальном похолодании озера деградируют, и талики перемерзают: этот источник атмосферного СН4 блокируется. В холодные периоды почвы севера становятся стоком для атмосферного СО2 в результате того, что при похолодании фотосинтез доминирует над почвенным дыханием.

Сегодня наши исследования направлены на выявление роли разрушения морских берегов и шельфовой мерзлоты на цикл парниковых газов в Арктике. На это лето запланирована и готовится экспедиция в моря Восточной Арктики. Но, увы, недостает около 40 % от требуемой суммы (всего-то 300 тыс. руб.); в Миннауки РФ, где находится на рассмотрении наша заявка на экспедицию - очередная смена министра... Как «новый» отнесется к приоритетной проблеме нашего времени - проблеме глобального потепления?

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 1 (17) январь 2002 года:

  • США: У штата Кентукки проблемы с избытком электричества

    Капитализм — это про проблемы перепроизводства, а социализм — про дефицит. Социалистический калифорнийский кризис со строительством электростанций в штате заставил устанавливать их по соседству. Теперь соседи Калифорнии просто не знают, что делать с генерирующими мощностями, которые при очередном колебании рынка оказались избыточны. 16 декабря 2001 г. опубликован обзор энергетических проблем штата Кентукки. В отличие от Золотого штата...

  • Производство Свердловской области наращивает объемы

    Объем производства основных видов продукции в ЗАО «Завод «Демидовский» 2000 г. составил 2.651 т. По итогам 11 месяцев 2001 года предприятие выпустило 2.736 т товарной продукции, что на 11,3% больше показателя соответствующего периода прошлого года. В целом объемы производства за 2001 г. должны превысить прошлогодний уровень на 550 т. Ежемесячно завод продает продукции на 40 млн. руб. В ассортименте: 60 видов матовой и 60 видов посуды с ...

  • Мексика: 8 компаний строят ветропарк на 6 ГВт

    В мире немало мест, где земля достаточно дёшева, а ветры достаточно сильны, чтобы ветроэнергетика оказывалась рентабельной. Естественно, эти места притягивают немало инвесторов — например, на перешек Техуантепек в мексиканском штате Оахака. Отрадно, что цена 1 ватта установочной мощности в этот раз будет уже менее 1 доллара. 17 декабря 2001 г. мексиканская газета «Финансист» (El Financiero) сообщила, что 8 базирующихся в Европе междун...

  • Литье из бетона

    Литьевой способ изготовления бетонных изделий наиболее эффективен для изделий небольшой толщины (тротуарная плитка, кровельная черепица, облицовочная плитка и т.п.), а также для элементов архитектурного оформления фасадов и интерьеров. Приготовленная в специальном смесителе бетонная смесь обладает высокой подвижностью, нерасслаиваемостью, превосходными литьевыми качествами, а бетонные изделия отличаются высокими показателями по прочно...

  • Будущее российской энергетики

    Испытательный стенд для парогазотурбинных установок (ПГУ) на Комсомольской ГРЭС для работы на дизельном топливе был принят 17 декабря Центральной приемной комиссией. На его открытие приехали председатель РАО «ЕЭС России» Анатолий Чубайс, губернатор Владимирской области Анатолий Лисицын, представители разработчиков парогазовых турбин: НПО «Сатурн» (бывшие «Рыбинские моторы») и НПО «Машпроект», а также около сотни российских и зарубежных ...