Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №41/2004

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ

Антропогенные
изменения климата

 

Парниковый эффект – сохранение Землей солнечного тепла

Парниковый эффект – сохранение
Землей солнечного тепла

Три глобальные экологические проблемы последней четверти ХХ в. – перфорация озонового слоя Земли, кислотные осадки и усиление парникового эффекта. Они представляют реальную угрозу нормальному функционированию биосферы Земли.
Открытие фотохимического механизма разрушения озона в стратосфере Земли, успешное международное сотрудничество в реализации Венской конвенции по охране озонового слоя, Монреальский протокол по сокращению и затем полному прекращению выпуска озоноразрушающих веществ сняли остроту экологической проблемы озонового слоя.
Решение вопросов, связанных с кислотными осадками, в настоящее время не имеет принципиальных проблем и лежит сугубо в технической области.
Таким образом, на сегодняшний день главной экологической проблемой является проблема антропогенного изменения климата планеты, и в первую очередь – усиление парникового эффекта.
Парниковым эффектом называют природное явление, связанное с тем, что атмосфера, прозрачная для солнечной радиации, препятствует оттоку тепла в космическое пространство. Это обеспечивает постоянство среднегодовой температуры у поверхности Земли, относительную стабильность планетарного климата (средняя приземная температура – важнейшая характеристика глобального климата) и большую временную константу (порядка нескольких тысячелетий) климатических изменений. Углекислый газ и водяной пар (его содержание, несмотря на сильные широтные и высотные колебания, практически постоянно) являются основными парниковыми газами, задерживающими значительную часть длинноволновой инфракрасной (тепловой) радиации от поверхности Земли1. Благодаря парниковому эффекту среднегодовая температура у поверхности Земли в последнее тысячелетие составляет примерно 15 °С (без него эта температура опустилась бы до –18 °С, при которой существование жизни на Земле стало бы невозможным).
Усиление парникового эффекта происходит за счет увеличения содержания в атмосфере углекислого газа техногенного происхождения. Чтобы восстановить стабильность климата – необходимое условие устойчивого развития биосферы и человеческой цивилизации на Земле, надо остановить рост парникового эффекта.

Последствия усиления парникового эффекта

Главная причина усиления парникового эффекта и неблагоприятных изменений климата планеты – это энергетика, сжигающая органическое ископаемое топливо.
Рост потребления энергии всегда считался важным условием технического прогресса и благоприятным фактором существования и развития человеческой цивилизации. Когда человек научился добывать огонь, произошел первый скачок в изменении уровня жизни. Дополнительным энергоресурсом к мускульной силе человека стали дрова. Следующий скачок был связан с изобретением колеса, созданием различных механизмов, развитием простейшего кузнечного производства. К XV в. список энергоресурсов значительно расширился – к собственной мускульной силе и дровам прибавились мускульная сила рабочего скота, энергия ветра, воды и угля. Энергопотребление возросло в 10 раз.
Дальнейший технический процесс шел по пути совершенствования методов использования энергии и освоения новых ее источников. XIX в. был назван веком пара. Затем наступила эпоха электричества, альтернативы которой пока не видно. Рост потребления энергии в настоящее время составляет около 5% в год, а рост населения чуть менее 2% в год.
В 2000 г. мир израсходовал более 16•109 кВт•ч энергии, четверть этого количества пришлась на США и столько же – на развивающиеся страны вместе с Китаем (доля России около 6%). В настоящее время ископаемые виды органического топлива (уголь, торф, сланцы, нефть и газовый конденсат, природный газ) составляют более 90% первичных энергоресурсов, обеспечивая 75% мирового производства электрической энергии на тепловых электростанциях (ТЭС).
В результате сжигания органического топлива только на ТЭС, не считая работу автомобильных двигателей и металлургических предприятий, в атмосферу ежегодно поступает более 5 млрд т углекислого газа. Сейчас атмосфера содержит на 25% больше углекислого газа, чем было накоплено в ней за последние 160 тысяч лет (!).
В 1988 г. в Торонто состоялась первая Международная конференция по проблеме антропогенного изменения климата. Ученые пришли к выводу, что последствия усиления парникового эффекта из-за роста содержания в атмосфере углекислого газа уступают лишь последствиям мировой ядерной войны. Тогда же при Организации Объединенных Наций была образована Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата – МГЭИК (IРССIntergovernmental Раnel on Climate Change). Она изучает влияние повышения приземной температуры (парниковый эффект) на климат, экосистему Мирового океана, биосферу в целом, в том числе на жизнь и здоровье населения планеты.
По данным экспертов ООН, к 2025 г. повышение среднегодовой температуры у поверхности Земли может составить 2,5 °С, а к концу столетия – почти 6 °С. Это приведет к нарушению природных механизмов поддержания теплового баланса планеты и необратимо превратит Землю в раскаленный ад, подобный Венере. Как остроумно сказал английский ученый и писатель-фантаст Артур Кларк, «такая аномалия нашей соседки по космосу – результат энергетических “шалостей” бывших ее обитателей».
Иногда можно услышать, что глобальное потепление выгодно России, поскольку она – «холодная страна». На самом деле это не так. Если, например, для Москвы температурный разброс составляет от –35 до +37 °С, то повышение среднегодовой температуры на 2 градуса не означает, что амплитуда колебаний станет от –33 до +39 °С. По расчетам климатологов, при этом минимальная температура станет еще меньше, а максимальная еще выше: амплитуда московской температуры станет где-то от –40 до +40 °С.
Главные последствия усиления парникового эффекта показаны на схеме.
Среди важнейших проблем, связанных с усилением парникового эффекта и потеплением климата, приоритетной является повышение уровня Мирового океана за счет таяния материковых ледников и морских льдов, теплового расширения океана. Подъем уровня моря – уже реальный факт. За прошедшее столетие уровень Мирового океана повысился, по разным оценкам, на 10–25 см (главным образом, в последнюю четверть прошлого века века), к 2025 г. возможно повышение уровня Мирового океана еще на 20–30 см, а к концу наступившего столетия – на 1–2 м. В докладе МГЭИК на заседании в Шанхае (январь 2001 г.) отмечено, что за последние десять лет толщина ледового покрова в Северном Ледовитом океане сократилась на 40%, происходит интенсивное разрушение ледовых щитов Антарктиды и Гренландии.

Схема

Последствия усиления парникового эффекта

Прямое воздействие повышения уровня Мирового океана – перемещение береговой линии. В результате под водой окажутся многие прибрежные районы и острова, произойдет вторжение фронта соленых морских вод в пресноводные реки, засоление пресноводных прибрежных акваторий. Все эти процессы глубоко затронут человеческое общество, особенно густонаселенные приморские районы. Из-за подъема уровня воды будут затоплены многие приморские города, ухудшатся условия их водоснабжения, серьезно пострадают места нерестилищ рыб. Подсчитано, что повышение уровня океана на 1 м повлечет за собой колоссальные потери людских и материальных ресурсов. Сотни миллионов людей на земном шаре вынуждены будут мигрировать из прибрежных зон, дельт рек и с островов.
Потепление приведет к высвобождению метана, находящегося в зоне вечной мерзлоты в виде гидратированного метана (твердое соединение кристаллов воды и поглощенного под давлением газообразного метана), таянию грунтов. Это создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям, в том числе газо- и нефтепроводам, буровым установкам и т.п., ухудшит состояние лесных массивов на вечной мерзлоте.
Произойдут существенные изменения природных процессов в биосфере:
– нарушение круговоротов главных биогенных элементов;
– изменение характера облачности и связанные с этим климатические изменения;
– изменение распределения осадков по регионам;
– смещение климатических зон, и в частности расширение зон пустынь;
– нарушение биологических ритмов развития растений и, как следствие, длительные периоды неурожаев главных сельскохозяйственных культур.
Изменение средней приземной температуры приведет к перестройке биоты – всей системы живых организмов Земли – и будет сопровождаться такими аномальными явлениями, как распространение болезней, вредителей, так называемых видов-гангстеров. Частично такие процессы уже начались: от короедов гибнут еловые леса Нечерноземья.
Разбалансировка системы регуляции климата уже проявляет себя в виде учащения и усиления аномальных погодных явлений, таких, как штормы, ураганы и торнадо, наводнения.
Как сообщил, выступая в штаб-квартире ЮНЕП (постоянно действующий орган ООН по охране окружающей среды – Программа ООН по окружающей среде – United Nations Environment Programme – UNEP) в Найроби (Кения) на открытии Всемирного форума министров окружающей среды в апреле 2001 г., заместитель Генерального секретаря ООН, директор-исполнитель ЮНЕП Клаус Тепфер, изменения климата могут нанести миру ущерб в сотни миллиардов долларов, если не будут приняты срочные меры по сокращению выбросов парниковых газов.
Достаточно серьезны социальные последствия изменения климата для России. В ряде регионов России учащаются засухи, изменяется паводковый режим, увеличиваются площади заболоченных земель, сокращаются зоны уверенного земледелия. Все это наносит значительный урон относительно бедным слоям населения, связанным с аграрным сектором.

Киотский протокол

Проблема глобальных климатических изменений антропогенного характера обсуждалась на одной из самых авторитетных экологических конференций – Конференции ООН по окружающей среде и развитию, или ЮНСЕД (UNSED – United Nations Sastainible Environment and Development), в Рио-де-Жанейро в 1992 г. По итогам конференции была принята Конвенция Организации Объединенных Наций об изменении климата, конечной целью которой является стабилизация концентрации парниковых газов в атмосфере на таких уровнях, которые не будут оказывать опасное воздействие на глобальную климатическую систему. Для достижения этого необходимо самое широкое сотрудничество между всеми странами и их участие в соответствующих международных мероприятиях по сокращению выбросов парниковых газов.
Для практической реализации конвенции по климату в декабре 1997 г. в Киото (Япония) на международной конференции был принят Киотский протокол. В нем определены конкретные квоты на выброс парниковых газов странами – участницами конференции. Ставится задача свести эмиссию парниковых газов (прежде всего углекислого газа) к 2012 г. до уровня 1990 г. В частности, квота России до 2012 г. составляет 3 млн парниковых газов в год (по сведениям Росгидромета, сейчас Россия «недовыбрасывает» примерно треть от этой квоты). Кроме этого Киотский протокол предусматривает бесплатную передачу энергосберегающих технологий странами, где они широко используются, развивающимся странам.
Киотский протокол до сих пор не является юридически обязательным документом для выполнения: по условиям протокола, поскольку от его ратификации отказались США, необходима ратификация документа 55 странами, включая страны Европейского Союза, Японию и Россию. Россия решения о ратификации Киотского протокола пока не приняла.
В августе–сентябре 2002 г. в Йоханнесбурге состоялся Всемирный саммит по устойчивому развитию («Рио + 10»), рассмотревший, как выполняются решения ЮНСЕД, в частности по климату. Выступая на саммите, Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан отметил, что прогресс в состоянии природной среды за прошедшее десятилетие был крайне незначительным, особенно актуальной стала проблема антропогенного изменения климата. В докладе отмечается ущерб от более частых тропических циклонов, потерь земельных ресурсов в результате подъема уровня моря. Сокращение запасов рыбы и пресной воды приведет к ежегодным затратам в размере около 304,2 млрд долларов. Наибольшие потери следует ожидать в области энергетики. К 2050 г. водный сектор столкнется с необходимостью тратить дополнительно 47 млрд долларов в год. Защита жилых домов, предприятий, электростанций от наводнений может стоить в среднем 1 млрд долларов в год. По данным доклада, ущерб от потерь экосистем, включая коралловые рифы, материковые прибрежные линии и мангровые болота, к 2050 г. может превысить 70 млрд долларов. Сельское и лесное хозяйство понесут ущерб до 42 млрд долларов в результате засух, наводнений и пожаров, если уровень выбросов парниковых газов превысит вдвое уровень 1990 г. В Европе значительные потери будут связаны с повышением заболеваемости и смертности. Они оцениваются в 21,9 млрд долларов.
Обращаясь к политикам, Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан настоятельно просил их содействовать широкомасштабному внедрению положений Киотского протокола.
В сентябре–октябре 2003 г. в Москве по инициативе Президента Российской Федерации состоялась Всемирная конференция по изменению климата (ВКИК), в которой приняли участие ученые, предприниматели, представители природоохранных ведомств и общественных организаций многих стран мира.
Выступая на открытии ВКИК, Президент России В.В.Путин, в частности, сказал: «Россия не случайно стала инициатором проведения в Москве Всемирной конференции по изменению климата.
...Россия активно призывает к скорейшей ратификации Киотского протокола. Правительство Российской Федерации тщательно рассматривает и изучает этот вопрос, изучает весь комплекс связанных с ним непростых проблем...
Мы уже не раз убеждались, что постоянный и конструктивный международный диалог позволяет находить ключи к решению глобальных проблем современности. Именно такой – сложной и многофакторной – является и проблема изменения климата.
Сегодня партнерство в этой области служит нашим общим интересам, приносит реальную пользу всем странам, без всякого преувеличения – всему человечеству. И я уверен, что, сотрудничая друг с другом, мы сможем добиться еще больших успехов».
В мае 2004 г. на переговорах в Москве на высшем уровне между Россией и Европейским Союзом среди других вопросов рассматривался и вопрос о ратификации Россией Киотского протокола. Правительство РФ сообщило, что примет решение по этому вопросу.

* * *

Что же необходимо делать, чтобы добиться хотя бы стабилизации климатической системы планеты?
Для начала то, что предусмотрено Киотским протоколом. Прежде всего сократить выбросы парниковых газов, в особенности углекислого газа. Необходима модернизация ТЭС – повышение их коэффициента полезного действия (КПД) по меньшей мере в 1,5 раза – задача вполне реальная.
Для значительного сокращения выбросов в атмосферу углекислого газа необходимо переориентировать электроэнергетику, постепенно отказываться от использования углеводородных энергетических технологий. Еще великий Д.И.Менделеев говорил, что «сжигать нефть, это – топить ассигнациями».
Долгое время вполне приемлемой альтернативой ТЭС, сжигающим органическое углеродное топливо, считалась атомная энергетика (несмотря на очень высокую стоимость электроэнергии, вырабатываемой на атомных электростанциях – АЭС), поскольку она могла удовлетворить растущие потребности в электроэнергии без увеличения выбросов в атмосферу углекислого газа. Однако эксплуатация АЭС порождает гораздо более серьезные экологические проблемы. После ряда крупных аварий на атомных электростанциях — на о. Тримайл-Айленд в США в 1979 г. и особенно после чернобыльской катастрофы – взрыва четвертого энергоблока Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. – резко возросли требования к обеспечению безопасности АЭС. В связи с многочисленными авариями на ядерных энергетических установках, последствия которых до сих пор имеют катастрофический характер не только для людей, но и для всей биосферы, в мире усилилось негативное отношение к таким объектам. Но даже при нормальной работе ядерных энергетических установок всегда возникает радиоактивное загрязнение окружающей природной среды. Актуальной была и остается проблема радиоактивных отходов (РАО), их обезвреживания, регенерации, захоронения. Ввиду безусловной опасности РАО для всех живых организмов и для биосферы в целом они нуждаются в дезактивации и/или тщательном захоронении, что до сих пор является нерешенной проблемой.
Гидроэлектростанции (ГЭС) имеют несомненные преимущества по сравнению с другими основными типами электростанций – ТЭС и АЭС:
• их природный ресурс – вода – является возобновимым и неисчерпаемым;
• процесс превращения механической энергии воды в электрическую является экологически чистым;
• получаемая энергия имеет небольшую стоимость, обусловленную только эксплуатационными расходами;
• работа станции сравнительно безопасна;
• достаточно высокий КПД (в среднем 60–70%).
Гидроэнергетика в настоящее время переживает трудный период. Наиболее серьезная проблема, связанная с ГЭС, – затопление значительных площадей земли под водохранилища при строительстве плотин на равнинных реках. Кроме того, в развитых странах значительный гидроэнергетический потенциал уже освоен, и практически нет подходящих для строительства ГЭС мест. Россия не избежала гигантомании в гидроэнергетике, в связи с чем огромные экологические проблемы существуют до сих пор и у Волги, и у Енисея с притоками.
В настоящее время наиболее приемлемыми с экологической точки зрения являются гидроэлектростанции средней и малой мощностей. Более 80 тыс. малых ГЭС эксплуатируется в Китае, 30 тыс. – в Германии, несколько тысяч – во Франции, Швеции, Японии и других странах; они удовлетворяют примерно треть энергетических нужд сельского хозяйства. Таких ГЭС в СССР до 1952 г. было более 6,5 тыс., сейчас их около 300. Несмотря на то, что прошло почти полвека, многие из неработающих старых ГЭС после небольших восстановительных работ смогут вновь производить электроэнергию.
Киотский протокол большое внимание уделяет сохранению экосистем суши, которые способствуют оттоку углекислого газа из атмосферы. Человечество может обойтись без дальнейшей рубки естественных лесов (сейчас они уничтожены примерно на 40% площади, которую занимали несколько столетий назад), причем достаточно отказаться от уничтожения новых лесных участков, которые пока находятся в природном обороте. Что касается вторичных лесов, где рубка идет столетиями, здесь ее можно продолжать, улучшая технологию вырубки и повышая эффективность использования древесины. Положительные примеры в этом направлении дают Канада и Финляндия.
Весьма перспективным является решение энергетической проблемы человечества путем перехода на нетрадиционные источники энергии (экологически чистые и возобновляемые – альтернативные источники энергии), такие, как непосредственно энергия Солнца, ветер, тепло земных недр, приливы и отливы; разработки новых способов аккумулирования энергии; развитие ресурсо- и энергосберегающих технологий2. Например, в Израиле около миллиона домов имеют на крыше баки, в которых нагревается и хранится вода, полностью обеспечивая в летний период потребность в горячей воде. Такие устройства имеются не только в странах с соответствующим климатом (например, в США), но и в Японии, в скандинавских странах.
Безусловно, энергетику необходимо сделать чистой, тихой и незаметной, иного выхода у человечества нет.


1 Другими парниковыми газами, появление которых в атмосфере в значительном количестве обусловлено хозяйственной деятельностью человека, являются метан, хлорфторуглеводороды, оксиды азота, озон.
2 Несмотря на то, что администрация Дж.Буша-младшего дистанцировалась от Киотского протокола под давлением, по мнению политологов, нефтяного лобби, в США активно реализуются меры по внедрению энергосберегающих технологий и электротехнических устройств и широко используются возобновляемые источники электрической энергии.

Е.Э.БОРОВСКИЙ
(Москва)