О глобальном потеплении: разогреется ли наша планета?

1. О терминологии.

Антропогенное потепление и «парниковый эффект» – понятия разные. «Парниковый эффект» атмосферы Земли существовал всегда. Он так называется потому, что для его иллюстрации хорошо подходит всем знакомый парник. Плёнка в парнике выполняет такую же роль, как и некоторые газы в атмосфере, которые поэтому и названы «парниковыми газами». В основном это углекислый газ. Механизм действия «парниковых газов» будет рассмотрен в дальнейшем. Без «парниковых газов» поверхность Земли не удерживала бы солнечное тепло подобно тому, как не удерживал бы тепло парник без плёнки. Жизнь на Земле по этой причине была бы невозможной. Следовательно, «парниковый эффект» – это важное свойство атмосферы, необходимое для поддержания жизни. Другим примером для иллюстрации «парникового эффекта» может служить автомобиль в жаркое время года. Через автомобильные стёкла проходит солнечный свет, вызывая нагревание в салоне. Тогда можно говорить не о «парниковом», а об «автомобильном эффекте», который имеет ту же природу.

С учётом вышесказанного можно дать следующее определение понятию антропогенного потепления. Антропогенное потепление – это усиление «парникового эффекта» в результате поступления в атмосферу дополнительного количества углекислого газа, получаемого при сжигании человеком ископаемого топлива, производстве цемента и т. д.

Следует также различать понятия «погода» и «климат». Погода – это сводка метеорологических данных (температура, влажность, атмосферное давление и т. д.) на небольшом промежутке времени (до одного года). Климат – это совокупность тех же параметров, только усреднённых на отрезке от нескольких десятилетий до ста лет. Климат, в отличие от погоды, изменяется медленно.

2. Что влияет на климат?

Климат формируется под воздействием многих факторов и характеризует определённую стадию в эволюции планеты. Развивая мысль В.И.Вернадского о том, что на определённой ступени своего развития человек должен взять на себя ответственность за эволюцию всей планеты, можно добавить, что эту ответственность человек должен нести и за изменение климата. Высказываются идеи о «конструировании» локального климата промышленных зон, больших городов и даже небольших поселений (А.Л.Самсонов, главный редактор журнала «Экология и жизнь» [1]). В качестве примера приводится столица Австралии. Для её избавления от перегрева учёные разработали способ снижения температуры поверхности на 15 градусов, используя нанотехнологии. Таким образом, локальное изменение климата человеком вполне реально. А как обстоит дело с изменением климата в глобальном масштабе?

Уже на протяжении нескольких десятилетий существует гипотеза антропогенного потепления. Она основана на результатах палеореконструкций климата прошлых эпох (анализ ледяных кернов и годичных колец деревьев). Ледяные керны Антарктиды и Гренландии образовывались по мере уплотнения снеговых наслоений. В них остались законсервированными маленькие пузырьки воздуха, несущие информацию о возрасте и составе атмосферы в момент образования данных пузырьков. Установлено, что на протяжении сотен тысяч лет содержание углекислого газа в атмосфере возрастало в периоды потепления и убывало в периоды похолодания.

В настоящее время также происходит одновременное повышение среднегодовой температуры атмосферы и содержания в ней углекислого газа, что, несомненно, указывает на глобальное потепление. Само по себе это явление, возможно, угрозы для человечества и не представляло бы. Но настороженность вызывает тот факт, что скорость накопления углекислого газа в атмосфере в последнее время возрастает в результате дополнительного его поступления от техногенных источников. Следовательно, человечество может усилить потепление и антропогенные выбросы углекислого газа необходимо снижать во избежание катастрофических последствий. В этом и состоит сущность гипотезы антропогенного потепления и стратегии человечества на пути к выживанию.

С другой стороны, температурные колебания, более резкие, чем в последнее время, неоднократно повторялись в прошлом, когда антропогенного влияния на биосферу не было. Поэтому заслуживает внимания и другая точка зрения, в соответствие с которой климат Земли формируется и в настоящее время в основном под влиянием природных факторов. А причиной увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере считают также и возросшую вулканическую активность в 1860 – 2000 гг. В связи с этим хотелось бы привести цитату: «Не слишком ли мы преувеличиваем свою роль в истории развития планеты, не страдаем ли своеобразной манией величия?» (из статьи д-ра геолого-минералогических наук, директора Азербайджанского НИИ прогнозирования и изучения землетрясений Э. Халилова [4, с. 56]). Автор [4] видит главную причину резких климатических изменений в последнее время в изменении солнечной активности.

Известно, что циклические процессы в глубинах Солнца вызывают циклические изменения и земных процессов. Это касается и климата Земли. Всего за период наблюдения за Солнцем выявлено 23 цикла солнечной активности протяжённостью около 11 лет. Последний 23 цикл был смоделирован на основе предыдущих. Его расчётные характеристики на 98 % совпали с теми, которые наблюдались в действительности. В 2006 г. был смоделирован следующий 24 цикл. Он будет в 1,5 раза более выраженным, чем 23. Согласно расчётам, пик солнечной активности придётся на 2012 г., а вызванный им всплеск сейсмической и вулканической активности – на 2012 – 2015 гг. В статье указаны зоны, где эта активность будет максимальной и минимальной. Возможно, землетрясение в Японии в марте 2011 г. – это уже предвестник грядущих катастроф. Автор статьи сообщает также об увеличении скорости дрейфа северного магнитного полюса с 10 км/год в 1970-х годах до 40 км/год в 2001 г., и о стремительном ослаблении геомагнитного поля в последнее время (по данным Института земного магнетизма и распространения радиоволн – ИЗМИРАН). Это навело российских учёных на мысль о возможной инверсии геомагнитных полюсов в недалёком будущем, что впоследствии подтвердилось спутниковыми исследованиями Центра космических исследований Дании.

Таким образом, в недрах Земли в настоящее время возрастают энергетические процессы, что, возможно, и связано с ускоряющимися переменами климата. А что говорят о глобальном потеплении на основе прогноза вулканической активности? Заметное повышение температуры, сопровождающееся таянием льдов и повышением уровня Мирового океана, прогнозируется на 2020 – 2050 гг.

Несколько по-другому оценивается роль Солнца в изменении климата Земли в статье зав. лабораторией глобальных проблем энергетики Московского энергетического института члена-корреспондента РАН В.В.Клименко [5]. Известно, что солнечная постоянная, т. е. величина теплового потока, приходящего от Солнца на верхнюю границу земной атмосферы, составляет 1367 Вт/кв.м. Но, также установлено, что в пределах одного цикла солнечной активности она изменяется на 2 Вт/кв.м (или на 0,15 %). Этого достаточно, чтобы изменить температуру поверхности Земли на 0,2 – 0,3 градуса. Скорость же глобального потепления в последние 40 лет составляет 0,15 – 0,16 градуса за 10 лет. Как видно, это соизмеримо с теми колебаниями температуры, которые обусловлены изменением солнечной активности.

Установлено также, что наряду с короткими циклами (7 – 10 лет) с высокой солнечной активностью и большим количеством пятен на Солнце существуют и более длительные циклы (10 – 17 лет) – с низкой активностью и без пятен. Череда таких длительных циклов (солнечный минимум) совпала с максимальным похолоданием в Северном полушарии (1645 – 1715 гг.). Оценочные расчёты показали, что колебания солнечной постоянной при смене периодов коротких и длинных циклов достаточны для того, чтобы изменить температуру Земли на 1 – 1,5 градуса. Это больше, чем реальное повышение температуры за последние 150 лет (в среднем 0,8 градуса). Также заслуживает внимания вывод автора о том, что в настоящее время происходит снижение солнечной постоянной, и что «мы находимся у ворот глубокого солнечного минимума». Следовательно, потепление, вызванное накоплением «парниковых газов» в атмосфере, по мнению автора статьи [5], будет сдерживаться снижением солнечной активности.

Таким образом, главная причина изменений климата кроется в непостоянстве солнечно-земных связей. Человеческая же деятельность может либо замедлять, либо ускорять те изменения в климате, которые и так имели бы место в силу существующих законов природы. Поэтому на современном этапе очень важно понять эти законы. Поскольку концентрация углекислого газа в атмосфере всё-таки повышается, то также важно выяснить, насколько это повышение связано с антропогенными выбросами. С другой стороны, ископаемое топливо, хотя и ограниченное по своим запасам, остаётся основным источником энергии, в том числе и электроэнергии во многих странах мира.

Действительно, с одной стороны, на протяжении последних 150 лет среднегодовая температура повышается. Однако, с другой стороны, если температуру прошлых столетий сравнивать с нынешней, то окажется, что она значительно колебалась как в большую, так и в меньшую сторону. Например, около 400 лет назад температура была на градус-полтора выше, чем сегодня. Очевидно, это не было вызвано антропогенными факторами. Такие же потепления наблюдались и в более ранние периоды: около 1100 – 1050 и 1400 – 1350 лет назад.

Таким образом, климат прошлого испытывал естественные колебания. К сожалению, естественный ход кривой температурных колебаний неизвестен на отрезке в последние десятилетия. Мы не можем утверждать, как поведёт себя эта кривая в ближайшем будущем. Если в настоящее время происходит повышение температуры по естественным причинам, то тогда разумно уменьшать антропогенные выбросы углекислого газа в атмосферу во избежание её дальнейшего разогрева. Если же будет намечаться тенденция к снижению температуры, то выбросы углекислого газа могут в какой-то мере лишь компенсировать это снижение. Тогда, возможно, и не стоит заниматься никакими программами сокращения эмиссий «парниковых газов». Их стоимость высока [3, с. 30].

Тем не менее, антропогенные выбросы углекислого газа остаются высокими и в пересчёте на углерод составляют 6,3 млрд. т/год (среднее значение за период 1989 – 1998 гг.). Современная атмосфера содержит приблизительно 760 млрд. т углерода в составе углекислого газа, накапливая ежегодно 3,3 млрд. т (или 0,43 %) [3, с. 93].

3. Отношение к гипотезе антропогенного потепления: сторонники и скептики.

Первые догадки о возможном влиянии углекислого газа на климат Земли появились ещё на заре становления индустриального общества и были связаны с именами Тиндаля (1861), Чемберлена (1899) и Аррениуса (1903). Однако точные измерения содержания углекислого газа в атмосфере тогда проводились редко. Систематическое исследование атмосферы было начато лишь в 1957 г. (Международный геофизический год) [6, с. 240]. Первое обоснованное предположение о развитии «парникового эффекта» в результате сжигания человеком ископаемого топливо было сделано в 1962 г. известным советским климатологом и метеорологом М. И. Будыко. Идеи М. И. Будыко многими советскими учёными были встречены скептически, однако, они заинтересовали американских метеорологов. Проверив его расчёты и сделав свои, они пришли к выводу, что в атмосфере Земли действительно существует и нарастает «парниковый эффект» [7].

В результате моделирования климата с учётом тренда температуры сделан вывод о возможном последствии глобального потепления – таянии материковых льдов Антарктиды и Гренландии и поднятии уровня Мирового океана по некоторым прогнозам до 140 см в ближайшие десятилетия. Это приведёт к затоплению части суши. Кроме того, могут измениться циркуляция воздуха, океанические течения, характер распределения осадков. Особенно опасно отклонение Гольфстрима, который смягчает климат Европы.

Существуют и более мрачные прогнозы. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, или англ. – IPCC), «... в ходе глобального потепления за десятки лет могут растаять большинство ледниковых покровов на Земле, а уровень Мирового океана – повыситься на 5 – 7 м, так что целым странам и многим крупным городам грозит затопление (IPCC, 2007)» [4, с. 56]. Как пишет автор современного учебника «Основы химии окружающей среды» [2, c. 102], «влияние глобального потепления может оказаться опустошительным». На конференции ООН по проблемам окружающей среды (Рио-де-Жанейро, Бразилия, 1992 г.) было принято соглашение о снижении выбросов «парниковых газов». Однако, это соглашение было необязательным, и поэтому оно выполнено не было.

Затем на конференции по изменению климата (Буэнос-Айрес, Аргентина, 1998 г.) 106 стран мира, включая США, согласились приводить в действие соглашение, достигнутое годом ранее в Киото (Япония). Киотский протокол заключили 38 индустриально развитых стран, которые обязались к 2012 г. снизить выбросы «парниковых газов» по крайней мере на 5 % по сравнению с 1990 г. Однако, Киотский протокол не требует снижения выбросов для развивающихся стран, которые выступают против такой политики (Индия, Китай и др.). Автор пишет: «Предпринимаемые шаги по снижению выбросов трудны и дорогостоящи. В Соединённых Штатах Америки существует оппозиция со стороны газовой и угольной промышленности и поддерживающих их членов Конгресса, многие из которых продолжают отрицать глобальное потепление» [2, с. 103].

5 мая 2010 года на базе БГУ состоялся семинар-презентация проекта Европейского Союза (ЕС) «Содействие реализации решений Киотского протокола (SKPI). Позиция ЕС и Беларуси в отношении изменения климата» [8]. Какие же реальные действия в мире осуществляются для снижения выбросов углекислого газа? Существует практика торговли кредитами на выбросы углекислого газа. Те компании, которые не выполняют установленные нормы по снижению выбросов углекислого газа, покупают кредиты у тех компаний, которые добились снижения уровня выбросов сверх запланированного. Таким образом, снижение выбросов углекислого газа может быть экономически выгодно. Предлагается также возмещение выбросов углекислого газа за счёт дополнительного выращивания лесов или создания сельскохозяйственных предприятий, поглощающих углекислый газ.

Тем не менее, приходится констатировать, что в рамках ООН попытка мирового сотрудничества с целью преодоления «парникового эффекта» в известной степени потерпела неудачу. Почему? Во-первых, снижение выбросов углекислого газа само по себе не может быть целью. Необходимо стремиться к таким целям, которые бы не противоречили экономическому развитию, но их достижение автоматически бы уменьшало глобальные выбросы углекислого газа. Во-вторых, страны «третьего мира» политику ЕС в области преодоления «парникового эффекта» в целом не поддерживают.

По-видимому, предлагаемые им условия углубляют их экономическую зависимость от развитых стран – импортёров энергоресурсов и кормов, и в то же время – экспортёров продовольствия в развивающиеся страны. Крупнейшими производителями природного газа являются Алжир, Иран, Россия, США, а сырой нефти – Саудовская Аравия, Кувейт, Иран, Россия. Политический аспект социальной экологии хорошо виден из цитаты: «Богатство западных стран позволяет многим по ценам, недоступным развивающимся странам, скупать на корню мировые энергоресурсы и эксплуатировать их по своему усмотрению. И такой «порядок» в мире установлен очень давно сильнейшими капиталистическими странами. Можно ли согласиться с таким произволом богатых стран? Он создаёт опасные для малоразвитых и развивающихся стран экологические ситуации. Это не только экономика, но и преднамеренная политика «сильных мира сего» [9, с. 205].

Многие учёные не разделяют концепцию антропогенного потепления. Более того, они считают, что повышение концентрации углекислого газа в атмосфере положительным образом повлияет на продуктивность сельского хозяйства, а, значит, и на обеспечение растущего населения Земли продовольствием; ледники Антарктиды никогда полностью не таяли, а, значит и затопление суши не будет столь значительным; Сахара получит больше осадков, чем сейчас; и т. д. Другими словами, потепление, неважно какими причинами вызванное, не грозит человечеству большими бедами. Так можно сформулировать отношение к проблеме глобального потепления некоторой группы достаточно крупных учёных [7, 10].

Известно также, что климатические модели несовершенны и их предсказательная сила невелика, что вносит ещё большую неясность в проблему глобального потепления. Можно найти высказывание: «Сжигая всё возрастающее количество угля, нефти, горючего газа и других видов углеродного топлива, человек непреднамеренно прекратил опасный для живой природы процесс истощения углекислого газа – главного ресурса в создании органического вещества автотрофными растениями, и сделал возможным повышение первичной продуктивности, которая является основой для существования всех гетеротрофных организмов, включая человека» [10, с. 14].

И далее: «Учитывая значительную условность экономических расчётов для будущего при постоянно изменяющихся ценах и признавая приоритет задачи предотвращения катастрофического голода, можно считать все другие последствия глобального потепления менее важными по сравнению с сохранением народонаселения» [10, с. 16]. Существуют также некоторые аргументы против опасения подъёма уровня Мирового океана на 25 – 140 см с последующим затоплением близлежащих территорий [7]. По данным бурения ледниковый щит Антарктиды образовался более 30 млн. лет назад и выдержал с тех пор несколько эпох значительного потепления климата. Он не растаял даже при содержании углекислого газа в атмосфере 0,1 % (около 20 млн. лет назад).

Автор [7] считает, что оледенение Гренландии также очень древнее и «парниковый эффект» может привести лишь к частичному отступанию ледникового щита. На основе палеореконструкций сделан вывод об улучшении условий существования растительного и животного мира планеты при смене холодного климата на тёплый. Так, в эпоху потепления вечная мерзлота Сибири оттаивала на много метров, теперешние тундры были заняты лесами, по равнинам Средней Азии и по Сахаре текли мощные реки. Статья заканчивается словами: «Анализ таких данных, известных сегодня, позволяет думать, что парниковый эффект в противоположность распространённому мнению не несёт никаких бедствий для народов нашей планеты, а, наоборот, во многих странах, в том числе на территории Советского Союза, создаст более благоприятные климатические условия, чем существующие сейчас» [7].

Конечно, различия во взглядах на причины и последствия роста температуры в последние десятилетия не могут служить поводом для того, чтобы «парниковый эффект» оставить без должного внимания. Наоборот, необходимо дальнейшее и более глубокое изучение природных явлений. Климатическим моделям, например, нужны как можно более точные исходные данные по распределению углерода в биосфере, его потокам, и т. д.

4. «Парниковые газы» и механизм их действия.

Сущность «парникового эффекта» была рассмотрена в начале. Этот эффект вызывают так называемые «парниковые газы». К ним относят десятки веществ [11]. В количественном отношении преобладают углекислый газ, метан, закись азота, пары воды. Возникает вопрос, какими особенными свойствами обладают молекулы «парниковых газов» по сравнению с главными компонентами атмосферы – азотом и кислородом?

Молекулы «парниковых газов», в отличие от азота и кислорода, построены из атомов различных химических элементов (кроме озона). Именно молекулы с разнородными атомами способны поглощать тепловое или инфракрасное излучение (ИК-излучение) с поверхности Земли. Выглядит это следующим образом. Излучение Солнца в широком диапазоне длин волн достигает земной поверхности и вызывает её нагревание. Нагретая поверхность излучает часть энергии обратно в атмосферу. Но при этом длина излучаемой волны больше длины падающей волны и находится в ИК-области спектра.

Особенность ИК-излучения в том, что оно при взаимодействии с веществом вызывает различные колебательные движения в молекулах, но не все, а только те из них, в результате которых происходит изменение дипольного момента связей. Следовательно, связи должны быть полярными. Полярные связи образуют атомы различных химических элементов. Связи могут быть полярными и между атомами одного и того же элемента в органических молекулах, если при данной связи имеются электроположительные или электроотрицательные заместители, как, например, в молекулах фреонов. Озон также относится к «парниковым газам». Но как объяснить поглощение ИК-излучения озоном, молекула которого состоит из атомов одного и того же элемента? Дело в том, что молекула озона нелинейная, а построена в форме равнобедренного треугольника и обладает дипольным моментом.

Изменения межатомных расстояний в молекуле озона приводят к изменениям дипольного момента молекулы, следовательно, поглощение ИК-излучения возможно. Связи же между атомами в молекулах азота и кислорода неполярны, дипольный момент отсутствует, он также не возникает при колебательном процессе. Поэтому данные газы свободно пропускают ИК-излучение с поверхности Земли и не являются «парниковыми».

Вклад «парникового газа» в общий эффект определяется его концентрацией в атмосфере и особенностью взаимодействия с ИК-излучением. Последнее характеризуется ИК-спектром. ИК-спектр представляет собой сложную картину. В нём можно выделить участки наибольшего и наименьшего поглощения. Рассмотрим особенности поглощения ИК-излучения «парниковыми газами» [2]. Углекислый газ интенсивно поглощает в области 14–19 мкм, менее интенсивно – в области 4–4,5 мкм, и слабо в районе около 3 мкм. Водяные пары поглощают при 2,5–3,4 и 4–7 мкм. При наложении спектров поглощения этих двух веществ выделяют так называемое «атмосферное окно» – область 7,5–13 мкм, в пределах которой ИК-излучение с поверхности Земли не задерживается углекислым газом и парами воды. Следующий важнейший «парниковый газ» – метан, поглощает при 3–4 и 7–8,5 мкм. Последняя область приходится на «атмосферное окно». Закись азота поглощает примерно так же, как и метан – при 3–5 и 7,5–9 мкм. Фреоны сильно поглощают излучение в области «атмосферного окна», например фреон-12 – в области 9,5–11,5 мкм.

Из падающего на Землю солнечного излучения 30 % отражается обратно в Космос поверхностью Земли, облаками и атмосферой. 19 % излучения поглощается атмосферой. Следовательно, только 51 % излучения поглощается поверхностью Земли. Из этого количества 30 % переизлучается и поглощается атмосферой, 15 % задерживается «парниковыми газами», а 6 % возвращается обратно в Космос. Таким образом, альбедо Земли (доля отражённого излучения) составляет приблизительно 0,3 [13].

5. Процессы, приводящие к усилению или ослаблению «парникового эффекта».

Многие природные процессы могут оказывать влияние на «парниковый эффект», усиливая или же ослабляя его. Процессы, которые активизируются при возрастании «парникового эффекта» и усиливают его, называются процессами с положительной обратной связью. Познакомимся с ними подробнее.

В районах вечной мерзлоты (полярные шапки и др.) в замороженном состоянии и на дне океанов в виде гидратов присутствует метан. При таянии ледников и повышении температуры Мирового океана этот метан, возможно, будет поступать в атмосферу, усиливая «парниковый эффект». Существуют и многие другие процессы, связанные с выделением дополнительных количеств «парниковых газов» при повышении температуры: метана – в результате повышения скорости микробиологического разложения органических веществ анаэробными бактериями в болотах, закиси азота – в результате повышения скорости микробиологической денитрификации нитратов в почве, водяных паров – в результате испарения из океанов. Лесные пожары при засухах также могут поставлять в атмосферу большие количества углекислого газа. Суммарное действие данных процессов может приводить к значительному разогреванию атмосферы.

Однако, существуют процессы и с отрицательной обратной связью, которые, активизируясь при повышении температуры, ослабляют «парниковый эффект». К ним относятся: увеличение облачности атмосферы в результате испарения воды, и, следовательно, её способности к отражению падающего на Землю солнечного излучения, повышение продуктивности фотосинтетиков в результате прироста углекислого газа в атмосфере, и др. Антропогенное загрязнение атмосферы аэрозолями усиливает отражение ею солнечного света и снижает «парниковый эффект».

Таким образом, существование разнонаправленных процессов, усиливающихся при возрастании температуры, и объясняет относительно стабильное существование биосферы на протяжении миллиардов лет. Значительную роль играет Мировой океан в силу своей огромной теплоёмкости и способности растворять большие количества углекислого газа, а также вулканическая деятельность как источник углекислого газа в атмосфере. Как гигантский маховик, Мировой океан усиливает незначительные температурные изменения.

Рассмотрим последовательность процессов с участием океанского фитопланктона, происходящих при смене эпох глобального потепления и похолодания. Океанский фитопланктон играет важную роль в круговороте углекислого газа. Допустим, происходит вымораживание воды в результате роста полярных шапок при похолодании. Это приведёт к повышению концентрации в океане питательных веществ, быстрому росту фитопланктона и, следовательно, к оттоку углекислого газа из атмосферы. Снижение концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к её дальнейшему охлаждению.

Но охлаждение атмосферы не может продолжаться слишком долго. При низкой температуре падает интенсивность фотосинтеза, а концентрация углекислого газа в атмосфере в результате вулканической деятельности и эрозии карбонатов продолжает расти. Развивается «парниковый эффект». На смену похолодания приходит потепление. Через некоторое время, в результате таяния полярных шапок, концентрация питательных веществ в Мировом океане уменьшится. Это затормозит рост фитопланктона и потребление им атмосферного углекислого газа. Содержание углекислого газа в результате вулканической деятельности и эрозии карбонатов будет расти, что приведёт к дальнейшему усилению «парникового эффекта».

6. Круговорот углерода и «парниковый эффект».

Круговорот углерода связан с множеством природных и техногенных процессов. К основным из них относятся: фотосинтез и дыхание, образование и разложение карбонатов, естественные и производственные процессы горения. Круговорот углерода также связан с круговоротами многих других элементов: кислорода и водорода (фотосинтез, дыхание, горение), азота (разложение белков), кальция (образование и разложение карбонатов) и т. д. Как и в круговороте любого элемента, в круговороте углерода выделяют резервные и обменные (или подвижные) фонды.

Резервные фонды углерода представлены органическими и минеральными отложениями его соединений. Минеральные отложения – это карбонатные минералы (карбонаты кальция, магния, железа, цинка, меди, свинца, стронция, бария), а также графит и алмаз. Все карбонатные минералы имеют биогенное происхождение. К отдельной группе можно отнести карбонатные отложения морей и океанов: ракушняковый детритус (обломки раковин моллюсков в прибрежной зоне), ракушняки (осадки из раковин моллюсков в мелководной зоне), коралловые рифы, а также глубоководные океанические илы, образованные панцирями планктонных организмов [14]. Процессы, ведущие к образованию карбонатов, являются звеном карбонатно-силикатного геохимического цикла, обеспечивающего устойчивость климата Земли на протяжении миллиардов лет. В общих чертах механизм его влияния на климат можно представить следующим образом.

Например, температура повышается. При повышении температуры возрастает испарение воды из океана, дождей выпадает больше. Дождевая вода, обогащённая углекислым газом, разлагает карбонатные породы на суше. Катионы кальция с речным стоком попадают в океан, процесс карбонатообразования в океане усиливается. Сток из атмосферы в океан при этом возрастает, а «парниковый эффект» ослабевает. Температура начинает снижается.

Но при дальнейшем снижении температуры уменьшается испарение из океана, эрозия карбонатов на суше замедляется, в океан поступает меньше кальция, процесс карбонатообразования ослабевает. Следовательно, снижается и сток углекислого газа из атмосферы в океан. Однако, за счёт вулканизма и других процессов углекислый газ продолжает поступать в атмосферу, начинается потепление.

Через многие тысячелетия карбонатные породы, образованные в океане, попадают в недра Земли, где в условиях давления и высокой температуры карбонат кальция вступает в реакцию с оксидом кремния (как и при получении обычного оконного стекла). При этом образуются силикаты, а в атмосферу выделяется углекислый газ при вулканических извержениях. Таким образом, поглощённый при образовании карбонатов углекислый газ через некоторое время вновь попадает в атмосферу. Так завершается карбонатно-силикатный геохимический цикл с периодом более 0,5 млн. лет, отвечающий за 80 % обмена атмосферного углекислого газа [15].

Около 20 % углекислого газа выводится из атмосферы растениями в результате фотосинтеза. С появлением и развитием растений на суше (приблизительно 400 млн. лет назад) углерод начал откладываться в форме гумуса, торфа, каменного угля и других биогенных образований. Атмосфера одновременно начала обогащаться кислородом, поскольку часть органического материала становилась изолированной от гниения. Отложенный углерод в настоящее время, вовлекаясь в карбонатно-силикатный геохимический цикл, ускоряет его. Поэтому полагают, что исчезновение растений приведёт к повышению температуры на 10 градусов в результате накопления углекислого газа в атмосфере [15].

К техногенным источникам поступления углекислого газа в атмосферу, которые обусловливают антропогенный вклад в «парниковый эффект», относятся: сжигание ископаемого топлива, древесины, мусора, а также все производственные процессы, связанные с выделением углекислого газа, главными из которых являются получение стекла и цемента. Познакомимся с последними процессами более подробно.

7. Техногенные источники поступления углекислого газа в атмосферу.

Получение стекла. Обычное оконное стекло получают при сплавлении соды, мела и песка [16, с. 499]. Нетрудно подсчитать, что при получении 1 т стекла выбрасывается 92 кг углекислого газа. Это количество углекислого газа содержится приблизительно в 120 – 130 тыс. куб.м современной атмосферы. Можно также показать, что производство 1 т стекла удваивает содержание углекислого газа в атмосфере в локальном объёме, который равен кубу с ребром около 50 м. Если соду заменяют сульфатом натрия и углём, то выбросы углекислого газа при получении стекла на 25 % уменьшаются, но при этом выделяется сернистый газ. Под действием сернистого газа может происходить разложение карбонатов. Так что суммарное поступление углекислого газа в атмосферу при втором способе получения стекла может быть более значительным.

Получение цемента. При строительных работах в огромных количествах потребляется цемент. Обычный цемент (силикатцемент) получают при обжиге смеси глины с известняком [16, с. 501]. При получении цемента выбрасывается в атмосферу значительно больше углекислого газа, чем при получении стекла. Расчёты показывают, что при получении 1 т цемента выделяется 395 кг углекислого газа, а это в 4 раза больше, чем при получении 1 т стекла. В 1981 г. только на цементных заводах бывшего СССР было произведено 127 млн. т цемента [16, с. 502]. Следовательно, выбросы углекислого газа составили около 50 млн. т. Таким образом, не только сжигание топлива, но и цементное производство является мощным источником техногенного поступления углекислого газа в атмосферу.

Процессы брожения. Одним из наиболее масштабных процессов брожения является известный ферментативный метод получения этанола из глюкозы.

Кроме того, человек оказывает и значительное косвенное влияние на круговорот углерода, истребляя леса, осушая болота, отравляя фитопланктон и т. д. В результате косвенного влияния уменьшается сток углекислого газа из атмосферы.

8. Прогнозы климата.

Кратко познакомимся с результатами прогнозирования климата на текущее столетие [18, с. 315 – 323]. Прогноз базировался на предстоящих изменениях содержания «парниковых газов» и тропосферных аэрозолей, что, в свою очередь, требовало оценок роста народонаселения, вероятного экономического развития и темпов потребления ископаемого топлива. Основные результаты прогнозирования: возрастание глобально-осреднённой температуры примерно на 1 – 2,5 градуса; возрастание количества осадков; большое сокращение горного оледенения; сокращение площадей вечной мерзлоты на 10 – 15 %; возрастание глубины сезонного протаивания в северной части вечной мерзлоты на 20 – 30 %; подъём уровня Мирового океана к концу столетия на 49 см.

Судьба Антарктиды и Гренландии неясна. Существует гипотеза о катастрофическом разрушении ледникового щита Западной Антарктиды. Она основана на том, что данный ледниковый щит поддерживается островами и поэтому его конструкция ненадёжна. В отличие от него, ледники Восточной Антарктиды и Гренландии покрывают континенты. С другой стороны, Западная Антарктида, по данным палеонтологии, никогда раньше не раскалывалась, несмотря на существовавшие тёплые эпохи. Для климата России будут характерны следующие изменения: вечная мерзлота будет смещаться к северу в последние десятилетия со скоростью 1 – 1,5 км/год в Западной Сибири и 3 км/год в Восточной Сибири; граница леса будет продвигаться к северу, захватывая тундры, а также в горы; продуктивность лесных экосистем повысится и т. д.

9. Заключение.

Подводя итог анализа существующих концепций изменения климата, можно отметить следующее:

1. Определяющую роль в изменениях климата Земли за последние 0,5 – 1 млн. лет играли колебания притока солнечной радиации, усиливаемые обратной положительной связью с содержанием углекислого газа в атмосфере [18].

2. Естественный ход изменения климата, реконструированный по данным анализа ледяных кернов, представляет собой циклические колебания температуры, происходящие с течением времени. Предсказать дальнейший ход изменения температуры на основе данной зависимости практически невозможно [3].

3. Современные модели климата адекватны сущности выполняемой задачи и могут воспроизводить даже тонкие отклики климатического режима в ответ на небольшие изменения радиационных факторов [18]. В соответствии с одной из климатических моделей повышение за последние 100 – 140 лет глобальной средней температуры на 0,6 градуса обусловлено намного меньшими приростами концентраций «парниковых газов» по сравнению с реальными их величинами [3, с. 150]. Следовательно, антропогенные выбросы углекислого газа могут и не иметь никакого отношения к наблюдаемому глобальному потеплению.

4. Не все исследователи придерживаются мнения о том, что глобальное потепление представляет опасность. Более того, потепление, по их прогнозам, создаст лишь более благоприятные условия для развития экономики ряда стран, в том числе России [7, 10].

5. Вывод о глобальном потеплении можно делать с некоторым сомнением, если исключить данные XIX века как менее надёжные, а также учесть то обстоятельство, что многие гидрометеостанции начала ХХ века впоследствии оказались внутри урбанизированных территорий и фиксировали на самом деле не глобальное, а локальное потепление [18].

6. Существуют некоторые другие теории климата, отличающиеся от современных научных представлений о Земле [19].

Гипотеза антропогенного потепления не подкреплена необходимым количеством фактов и поэтому часто подвергается критике. В критике данной гипотезы прослеживаются экономические интересы отдельных стран, поставляющих нефть и другие виды ископаемого топлива на мировой рынок.

Вместе с тем существуют доказательства того, что климат последних десятилетий действительно изменяется в сторону потепления. Возможно, это пример аномалии типа потепления 1940-х гг. Но даже если допустить, что повышение температуры будет продолжаться и далее, то, как было подробно показано в статье, в природе действуют механизмы с отрицательной обратной связью, благодаря которым температура в биосфере не «зашкалит». Но можно ли тогда на поставленный в заглавии статьи вопрос ответить, что наша планета не разогреется? И что человечеству ничего серьёзного не грозит? Ведь по данным палеонтологии жизнь на Земле не прерывалась.

Однако необходимо учесть то, что, очевидно, не учитывают климатические модели, а именно – стечение обстоятельств. Из повседневной жизни мы хорошо знаем, что есть события, которые случаются при стечении обстоятельств, например, возникновение некоторого заболевания. Чтобы снизить риск заболевания, необходимо по возможности исключать факторы, способствующие развитию этого заболевания. Если же говорить о разогревании нашей планеты до условий, существующих на Венере (атмосфера раскалённой Венеры почти полностью состоит из углекислого газа), то такое теоретически возможно при стечении следующих обстоятельств: повышение солнечной активности при одновременно протекающих на Земле процессах: активизация вулканов, разрушение озонового слоя, бесконтрольная вырубка лесов, отравление океанского фитопланктона, повсеместное выпадение кислотных дождей (разлагающих карбонаты с выделением углекислого газа), интенсивное сжигание ископаемого топлива и др. Так что, по-видимому, всё-таки существует некоторая вероятность того, что атмосфера Земли действительно наполнится углекислым газом и водой испарившихся океанов.

В завершение темы хотелось бы очертить и отдалённые перспективы развития климата. В конечном счёте, климат Земли определяется светимостью Солнца. Светимость Солнца постоянно возрастает – из-за гравитационного сжатия его ядра. Как это происходит? В центре Солнца протекает ядерный синтез («выгорает» водород), создаётся разрежение, оболочка сжимается. Сжатие оболочки повышает давление газа во внутренних областях. Водород начинает «выгорать» интенсивнее, светимость возрастает. Установлено, что каждые 100 млн. лет светимость Солнца возрастает на 1 %. И это происходит в результате так называемого процесса «старения»!

Через 1 млрд. лет самая дорогая нам звезда «постареет» настолько, что на Земле могут возникнуть условия, угрожающие существованию жизни [15]. Модели предсказывают повышение температуры на Земле до 1300 градусов по Цельсию через 3–4 млрд. лет. Земля превратится в выжженную красную планету (красноватый оттенок её придадут оксиды железа). Таков путь эволюции Солнечной системы.

10. Источники информации.

 1. Самсонов, А.Л. Глобальный и локальный подходы к проблеме климата // Экология и жизнь. – 2010. – № 6. – С. 4 – 14.

 2. Джирард, Дж.Е. Основы химии окружающей среды / Пер. с англ. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 640 с.

 3. Семенов, С.М. Парниковые газы и современный климат Земли. – М.: Изд. центр «Метеорология и гидрология», 2004. – 175 с.

 4. Халилов, Э. Ждать ли геологических и климатических потрясений? // Экология и жизнь. – 2010. – № 2. – С. 52 – 56.

 5. Клименко, В.В. Солнце не виновно в глобальном потеплении // Экология и жизнь. – 2011. – № 1. – С. 51 – 53.

 6. Секихара, К. Возможные изменения климата, вызванные увеличением содержания СО2 в атмосфере / В сб.: Химия окружающей среды. Пер. с англ. Под ред. А.П.Цыганкова. – М.: Химия, 1982. – С. 238–258.

 7. Яншин, А.Л. Опасен ли парниковый эффект? / В кн.: Гипотезы. Прогнозы (Будущее науки). – М.: Знание, 1990. – Вып. 23. – С. 43–48.

 8. Семинар-презентация проекта ЕС «Содействие реализации решений Киотского протокола (SKPI). Позиция ЕС и Беларуси в отношении изменения климата». 5 мая 2010 года. // http://www.bsu.by/события международной жизни.

 9. Лосев, А.В., Провадкин, Г.Г. Социальная экология. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1998. – 312 с.

 10. Яншин, А.Л., Будыко, М.И., Израэль, Ю.А. Глобальное потепление и его последствия: стратегия принимаемых мер / В сборнике статей: Глобальные проблемы биосферы. – М.: Наука, 2003. – С. 10–24.

 11. Кондратьев, К.Я. Глобальный климат. – СПб.: Наука, 1992. – 359 с.

 12. Добровольский, В.В. Основы биогеохимии. – М.: Изд. центр «Академия», 2003. – 400 с.

 13. Хефлинг, Г. Тревога в 2000 году: Бомбы замедленного действия на нашей планете. Пер. с нем. – М.: Мысль, 1990. – 270 с.

 14. Добровольский, В.В. Геология. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 320 с.

 15. Бабушкин, А.Н. Современные концепции естествознания. – СПб.: Изд-во «Лань», 2001. – 208 с.

 16. Глинка, Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1985. – 704 с.

 17. Кондратьев, К.Я., Крапивин, В.Ф. Моделирование глобального круговорота углерода. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 336 с.

 18. Кислов, А.В. Климат в прошлом, настоящем и будущем. – М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. – 351 с.

 19. Черняев, А.Ф. Что творится с погодой? – М.: Белые альвы, 2008. – 208 с.