Влияние на стратосферный озон
Как действует сульфатный аэрозоль на стратосферный озон, мы пока знаем неважно. Возможны разные способы и механизмы такого воздействия. Так, озона в стратосфере образуется тем больше, чем интенсивнее ультрафиолетовое излучение Солнца. Но при эмиссии аэрозоля в стратосферу количество солнечной энергии, достигающей нижних и средних слоев атмосферы, сокращается, а с ним и количество образуемого там озона. Подобный «фотохимический» механизм ведет к разрушению озона на поверхности частиц сульфатного аэрозоля и полярных стратосферных облаков в присутствии окислов азота и соединений хлора при низких температурах. Поэтому сильнее всего содержание озона должно было бы понизиться над Арктикой и Антарктикой.
Для более точной оценки влияния аэрозоля на атмосферный озон необходимы расчеты с использованием трехмерной интерактивной модели атмосферы, учитывающей радиационные, фотохимические и динамические процессы в их взаимодействии. Такие оценки проводились, в частности, для извержения Пинатубо.
Оказалось, что в холодные зимы, когда в стратосфере над полярными областями образуются облака, концентрация озона в Арктике может снижаться на 100 единиц Добсона10 (обычные ее зимние значения здесь 300–400 е. Д.); в Антарктике поменьше, но и здесь на восстановление озоновой дыры, наблюдаемой уже около трех десятилетий в августе—ноябре, пока рассчитывать не приходится. Наиболее низкое среднее значение концентрации озона за всю историю измерений наблюдалось в 1992–1993 гг. — именно после извержения Пинатубо. Нелишне напомнить, что с уменьшением содержания озона в стратосфере растет поток ультрафиолетового излучения Солнца, опасного для всего живого.
Закисление океана
Понятно, что, рассеяв аэрозоль в стратосфере, мы не снизим содержание СO2 в атмосфере и его поглощение океаном. С ростом концентрации СO2 в морской воде образуется угольная кислота и нарушается сохранявшийся миллионы лет кислотно-щелочной баланс. Это явление, получившее название «закисление океана», ведет к снижению значения рН воды (росту ее кислотности) и содержанию в ней карбоната кальция (СаСO3), необходимого для жизни многих морских организмов.
Водородный показатель — мера концентрации ионов водорода в растворе; численно равен отрицательному десятичному логарифму концентрации, т. е. в растворе с рН = 6 в 10 раз больше ионов Н+, чем при рН = 7, и в 100 раз больше, чем при рН = 8.
Снижение значения рН (рост концентрации водородных ионов) называют закислением раствора. Нормальная кислотность Мирового океана соответствует рН = 8,1±0,2. О закислении морских вод говорят при рН < 7,8. Закисление вызывает растворение кораллов и других морских организмов, скелеты и панцири которых состоят в основном из соединений кальция. По оценкам специалистов, повод для беспокойства по этому поводу возникает уже при рН = 7,9, хотя это еще не критично для биоты.
С начала индустриального периода среднее значение рН уже уменьшилось на 0,1, иными словами, концентрация ионов водорода повысилась примерно на 30%. А если к концу XXI века концентрация СO2 в атмосфере достигнет 750 ppm, рН снизится еще на 0,3–0,4.
Как следует из многочисленных исследований, этот процесс крайне опасен для морской биоты. Дело в том, что на наших глазах кислотность океана меняется во много раз быстрее, чем в прежние десятки миллионов лет. И пока неясно, смогут ли живые организмы и экосистемы приспособиться к таким изменениям.
Особенно это относится к морским организмам, раковины и скелеты которых состоят из карбоната кальция (кораллы, известковый планктон, мидии, улитки, морские ежи и т. д.). Так, уже к середине XXI века скорость разрушения коралловых рифов может превысить скорость их формирования. Рост кислотности повлияет также на пищевые цепи в океане и запасы промысловых рыб, угрожая продовольственной безопасности миллионов людей.
Понятно, что уберечь океан от окисления можно, сокращая выбросы СO2 в атмосферу. Между тем пока предлагаются лишь проекты по усилению поглощения океаном СO2 из атмосферы (например, за счет искусственного «удобрения» его вод соединениями железа), хотя это сопряжено с пагубными экологическими последствиями и непредсказуемыми рисками для морских экосистем, понизить же кислотность Мирового океана даже не пытаются.
Другие «побочные эффекты» аэрозольных проектов
Климат можно определить как состояние нелинейной системы, включающей атмосферу, гидросферу, криосферу, почву и биосферу, которые сложным образом взаимодействуют. Зависит он и от внешних воздействий (солнечного излучения, извержений вулканов и т. д.). Характерное время реакции на такие воздействия у разных компонентов климатической системы сильно различается.
Рассеяние аэрозоля в стратосфере не просто сдвигает баланс между нагревом атмосферы из-за роста содержания парниковых газов и ее охлаждением из-за экранирования аэрозолем солнечного излучения. Дело в том, что климатическая система подвержена значительной внутренней (не связанной с внешними воздействиями) изменчивости. Ныне в умеренных и высоких широтах определяющими оказываются внутренние колебания характеристик атмосферы и океана.
По некоторым оценкам, все изменения климата в XX веке могли быть связаны с собственными колебаниями климатической системы, происходившими на фоне незначительного потепления из-за роста содержания парниковых газов в атмосфере.
О масштабах естественных региональных колебаний климатической системы можно судить, например, по колебаниям уровня Каспийского моря. В 1930–1970-х годах он непрерывно снижался, что сопровождалось большими экономическими потерями и серьезным экологическим ущербом. Многие гидрологи считали, что эта тенденция сохранится вследствие сокращения стока рек из-за растущего отбора воды на заполнение водохранилищ (и испарение с их поверхностей), полив и т. д. На этом тезисе базировались разные концепции управления водными ресурсами в бассейне Волги и даже «проекты века», предполагавшие переброску в этот регион части стока северных рек.
Но Каспий преподнес сюрприз: с 1978 г. уровень моря стал быстро расти (подъем привел к еще большим негативным последствиям). На самом деле эти колебания уровня моря отражают естественные многолетние климатические колебания на большой территории водосбора в результате изменений общей циркуляции воздушных масс и влаги в атмосфере Северного полушария.
Ярким проявлением климатической изменчивости стала и необычно холодная зима 2007/2008 г. в Индии, Индокитае, Китае, Саудовской Аравии и Центральной Азии, нанесшая огромный ущерб региону. Зима 2009/2010 г. тоже была холодной во многих районах Северного полушария.
Десятилетиями антропогенное потепление может отчасти маскироваться в отдельных регионах упомянутой внутренней изменчивостью климата, так что, какие изменения способен вызвать аэрозоль в атмосфере, станет понятно тоже лишь через десятилетия — до этого данных наблюдений будет недостаточно для окончательных выводов.
Как следует из современных моделей климата, глобальное потепление можно довольно быстро скомпенсировать, распыляя сульфатный аэрозоль в стратосфере. Но чтобы удержать среднюю температуру на приемлемом уровне, несмотря на рост содержания парниковых газов, выбросы аэрозоля придется повторять регулярно (возможно, на протяжении сотен лет), причем в нарастающих объемах.
Однако возврат глобальной температуры к исходному значению еще не означает сохранения региональных особенностей климата. Уже отмечалось, что для компенсации глобального потепления при удвоении концентрации СO2 достаточно поток солнечной радиации на верхней границе атмосферы снизить на 1,8% или уменьшить прозрачность атмосферы для солнечного излучения на 26% (например, рассеивая аэрозоль в стратосфере).
При этом в солнечных регионах поток излучения на поверхности Земли может ослабеть на 20 Вт/м2, а прямая солнечная радиация — даже на 10%, или на 70–100 Вт/м2 (после извержений вулканов Пинатубо и Эль-Чичон прямая солнечная радиация у земной поверхности падала на 25–35%). Понятно, как это могло бы сказаться, например, на развитии солнечной энергетики или астрономии.
Продолжительность проекта по рассеянию аэрозоля определялась бы длительностью пребывания СO2 в атмосфере, иными словами, начав «эксперимент», пришлось бы продолжать его сотни лет — пока сотни миллиардов тонн СO2 не будут удалены из атмосферы в результате поглощения океаном и биосферой.
«Оптимизация» климата — искушение цивилизации
Понятно, что в каких-то регионах глобальное потепление несет опасные последствия, а в других, наоборот, сулит новые благоприятные возможности. А если климат можно регулировать, возникает вопрос — какой климат «оптимален». Вопрос непростой — для разных стран, регионов и даже индивидуумов представления об «оптимальном климате» могут сильно различаться. А кому-то ведь придется принимать непростые решения, когда и как действовать.
Подобное вмешательство способно увеличить и опасность международных осложнений, поскольку воздействие на климат может привести к конфликтам между странами или группами стран.
Любые опасные природные явления (тайфуны, наводнения, засухи), которые могут возникнуть в ходе проекта, позволили бы пострадавшим от них утверждать, что ущерб связан именно с его выполнением, и требовать компенсаций.
Как уже говорилось, в последнее время все чаще приходится слышать, что эмиссия аэрозоля в стратосфере — самый дешевый способ борьбы с потеплением, но при этом упорно замалчивается, сколь пагубными могут быть последствия применения такой технологии в долговременной перспективе.
Извлечь уроки
Большинство климатологов ныне сходятся во мнении, что глобальное потепление во многом вызвано деятельностью человека. В связи с этим все острее ставится вопрос: не пора ли в полной мере осознать масштабы нашего воздействия, чтобы наконец понять, вправе ли мы и дальше увеличивать выбросы парниковых газов и вредить окружающей среде, не задумываясь о последствиях?
Ведь до сих пор на этот счет, по сути, нет регламентации, так что поневоле задумываешься, как далеко человек может зайти в манипулировании природой. Это относится и к попыткам воздействия на атмосферу и климат. Все больше специалистов не скрывают озабоченности в связи с попытками воздействовать на климат, считая, что они сопряжены с большими рисками, а их эффективность сомнительна.
Трагический пример непродуманного вмешательства в природную среду — судьба Арала, в той или иной мере затронувшая все страны Средней Азии. В середине XX века этот замкнутый водоем славился богатейшими природными запасами, а Приаралье считалось процветающим регионом. Однако десятки лет здесь развивали преимущественно поливное растениеводство, наращивая потребление воды, что в конечном итоге и погубило водоем. Когда-то сток Амударьи и Сырдарьи в Аральское море составлял 60 км3 в год. Ныне он близок к нулю. В результате четвертое по величине озеро в мире превратилось в несколько мелких обособленных водоемов.
При этом только 50–60% изъятой воды доходит до орошаемых полей. Из-за неэкономного расхода воды многие участки заболачиваются и становятся непригодными для сельскохозяйственного производства. Безудержный рост площадей орошаемых хлопковых плантаций в долинах Амударьи и Сырдарьи повлек за собой не только нарушение гидрологического режима рек и засоление плодородных земель, но и беспрецедентное загрязнение почв химикатами.
В итоге на месте Аральского моря возникли громадные солончаки, ставшие поставщиками солей и пыли. Прежде Арал служил своеобразным регулятором, смягчающим холодные зимы и летнюю жару. Ныне же лето здесь стало короче и суше, а зима — длиннее и холоднее. Похоже, Арал уже не спасти — даже при отказе от водозабора из Амударьи и Сырдарьи его прежний уровень восстановится лет через 200, не раньше.
Эта экологическая катастрофа стала для многих полной неожиданностью. Ведь еще недавно перспективы региона выглядели многообещающими. В программе комплексного освоения и использования водных и земельных ресурсов Средней Азии также предусматривалась переброска части стока сибирских рек в Амударью и Сырдарью. Но в 1986 г. от выполнения проекта в СССР отказались по экологическим и экономическим соображениям, а забор воды из Амударьи и Сырдарьи местные власти продолжали наращивать.
***
Понятно, что попытки влиять на климат в глобальном масштабе таят в себе намного больше рисков, чем региональные «экспромты». Так что в этом вопросе нам не помешала бы крайняя осторожность — преднамеренное воздействие на климатическую систему, о которой мы еще многого не знаем, может напоминать лечение неведомой болезни, которое подчас оказывается гораздо опаснее самой болезни. Ясно, что рассеивание аэрозоля в стратосфере в надежде ослабить потепление не предотвратит всех негативных последствий, связанных с ростом концентрации СO2 в атмосфере.
По мнению многих специалистов, основной вред предложений воздействовать на климат способами, аналогичными описанному выше, заключается в том, что они отвлекают внимание государства и общества от решения главной проблемы — роста энергоэффективности, сокращения выбросов парниковых газов, средства и силы, необходимые для решения таких насущных задач, как, например, развитие и внедрение возобновляемых источников энергии.
Думается, гораздо успешнее бороться с глобальным потеплением можно было бы, например, расширяя их использование и сокращая долю углеводородов в мировом энергобалансе, повышая эффективность использования энергии и разрабатывая новые технологии, способствующие сокращению выбросов парниковых газов во всех отраслях хозяйственной деятельности.
________________________________________
1 Главный естественный парниковый газ — это водяной пар, ответственный почти за 2/3 наблюдаемого парникового эффекта. Но прямое антропогенное воздействие на него невелико (2%). Так, потепление, вызванное другими факторами, способствует испарению и повышает содержание водяного пара в атмосфере, что в свою очередь усиливает парниковый эффект, а облака отражают солнечный свет, повышая альбедо Земли, что, наоборот, ослабляет этот эффект. Как бы то ни было, водяной пар исключают из перечня антропогенных парниковых газов, ибо данных о росте его концентрации в атмосфере нет -иными словами, в первом приближении можно считать, что его вклад в парниковый эффект не меняется.
2 Выбросы СO2 в 1990 г. составляли (в % от мировых): США — 36,1; Россия — 17,4; Япония — 8,5; Германия — 7,4; Великобритания — 4,3.
3 В 1990–2007 гг. выбросы СO2 выросли: в США — на 20%, Китае — в 2,5 раза, Индии — в 3,5 раза, а в России сократились на 26% (но в последние годы вновь растут).
4 The economics of climate change: The Stern Review, Cabinet Office, HM Treasury, 2006, UK.
5 В англоязычной литературе принят термин «geoengineering», означающий воздействие на климат или содержание парниковых газов для ослабления потепления.
6 Будыко М. И. Метод воздействия на климат/ Метеорология и гидрология. 1974, № 2, с. 91–97.
7 Возможности предотвращения изменения климата и его негативных последствий. Проблема Киотского протокола. Материалы Совета-семинара при Президенте РАН. — М.: Наука, 2006.
8 Израэль Ю. А. Эффективный путь сохранения климата на современном уровне — основная цель решения климатической проблемы/ Метеорология и гидрология. 2005, № 10, с. 5–9.
9 Robock A. 20 reasons why geoengineering may be a bad idea/ Bull, of the Atomic Scientists. 2008, 64, № 2. p. 14–18.
10 Толщину озонового слоя выражают в единицах Добсона (е. Д.): 1 е. Д. — 0,01 мм озонового слоя при нормальном давлении (760 мм рт. ст.) и температуре воздуха 0°С. В средних широтах Северного полушария наибольшее значение толщины озонового слоя (до 500 е. Д.) приходится на весну, наименьшее (300 е. Д.) — на осень.http://elementy.ru/lib/430976?context=42845
