Климатология

30 ноября в Париже начнется Всемирная климатическая конференция , ожидается принятие нового соглашения о снижении выбросов парниковых газов. Оно заменит Киотский протокол, который заканчивается в 2020 году.

текст Игорь Кароль доктор физико-математических наук
Андрей Киселев кандидат физико-математических наук, Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова (С.-Петербург)

Современный климат интенсивно меняется. Наблюдения показывают: наряду с часто обсуждаемым ростом температуры воздуха рис.01, происходят изменения режима осадков, сроков становления и схода снежного покрова, подъем уровня воды в Мировом океане и пр. Растет число неблагоприятных климатических явлений — ураганов, засух, ливней, дней с экстремальными температурами и др. рис.02. Среди самых памятных — жаркое лето в Европе и центральной части России в 2010 году и катастрофическое наводнение на Дальнем Востоке в 2013-м.

В средне- и долгосрочной перспективе — освобождение от многолетнего льда арктической акватории, таяние вечной мерзлоты, которая, к слову, охватывает 2/3 территории нашей страны, угроза затопления маленьких островных государств.

Подавляющее большинство специалистов сходится во мнении, что причина изменений климата — в парниковом эффекте рис.03. Этот эффект существовал всегда, более того, если бы его не было, средняя по земному шару температура оказалась бы на 33°C ниже, то есть около -19°C. Однако с наступлением индустриальной эпохи его роль, и это подтверждено как инструментально, так и с помощью климатических моделей, заметно возросла.

Виной тому стремительный рост содержания в атмосфере парниковых газов: углекислого газа, метана, закиси азота, фреонов и других. Главной причиной этого роста является деятельность человека, в первую очередь, обеспечение растущей потребности в энергии и продовольствии. Добыча и сжигание ископаемого топлива, расширение сельхозугодий, увеличение поголовья крупного рогатого скота порождают дополнительную эмиссию в атмосферу парниковых газов. Например, с начала индустриальной эпохи содержание углекислого газа и метана возросло примерно в 1,3 и 2,5 раза, соответственно. Модельные расчеты показывают, что доля этих газов в усилении парникового эффекта приблизительно 80% (углекислого газа — 60%, метана — 20%). Поэтому при желании изменить существующую тенденцию вполне естественно уделить особое внимание именно этим двум газам, конечно, не забывая о прочих.

Такая логика и была заложена в положения Киотского протокола, вступившего в силу в феврале 2005 года — после ратификации его Россией. В нем изначально не участвовали США, Китай, Индия, а к моменту пролонгации в 2013 году о выходе из него объявили Япония, Канада и Россия, справедливо ссылаясь на его неэффективность. Таким образом, сегодня на страны, сохранившие верность Киотскому протоколу, приходится лишь около 15% глобального выброса парниковых газов. Очевидно, пришло время для новых международных договоров, направленных на противодействие продолжающемуся потеплению. После нескольких неудач, очередная попытка будет предпринята в декабре в Париже.

Закономерен вопрос: являются ли меры по сокращению эмиссии парниковых газов оптимальным решением или они паллиативны? Опыт Киото и последние исследования свидетельствуют о том, что нынешний курс едва ли оптимален, но... Потребности человечества в энергии продолжают расти, и ее получению посредством сжигания ископаемого топлива пока нет серьезной альтернативы.

Тем не менее предложен ряд подходов, которые, вероятно, в обозримом будущем такие возможности предоставят. Эти подходы можно разделить на три группы.

Первая — развитие "ограничительного" подхода. В его рамках рекомендуются меры по сокращению выбросов парниковых газов и аэрозолей, время пребывания которых в атмосфере невелико (несколько дней, месяцев или лет). Среди вышеупомянутых парниковых газов большинство "живет" в атмосфере гораздо дольше (десятки и даже сотни лет), исключение составляет метан, задерживающийся примерно на десятилетие. Именно на сокращение выбросов метана, а также "черного" углерода (сажи, ее "время жизни" около 10 дней) нацелены предложения подходов первой группы. Логика тут простая: вследствие относительно недолгого пребывания в атмосфере таких компонентов воздуха желаемого отклика климатической системы не придется ждать десятилетиями. Кроме того, известно, что молекула метана в десятки раз эффективнее поглощает инфракрасное излучение, чем молекула углекислого газа, поэтому резонно выбрать метан в качестве "слабого звена" в борьбе с глобальным потеплением. В поддержку этой идеи в начале 2012 года была создана Коалиция шести стран: Бангладеш, Ганы, Канады, Мексики, США и Швеции. Вскоре к ней присоединились все страны "Большой восьмерки", включая Россию. Газета The New York Times назвала создание Коалиции "вторым фронтом" климатической войны. Однако модельные оценки (как наши, так и зарубежных коллег), показывают, что реализация подобных ограничений, хотя и может благотворно сказаться на экологической обстановке и на местном климате, не отразится сколь-нибудь заметно на климате глобальном.

Подходы второй группы — "геоинжиниринг" (geoengineering). Здесь подразумевается активное "компенсирующее" воздействие человека на природную среду. В последние годы часто обсуждалось создание аэрозольного сернокислого экрана в стратосфере. Идея о возможности такого способа борьбы с глобальным потеплением, высказанная еще в 1970-е годы, принадлежит выдающемуся отечественному климатологу М.И. Будыко. Суть ее такова. Сернокислый аэрозоль в атмосфере не поглощает солнечную радиацию, а только отражает ее обратно в космос. Следовательно, его присутствие в атмосфере способствует сокращению притока тепла к поверхности Земли, за которым и должно последовать похолодание. Доказательством правильности этой идеи является заметное (порядка 1° С) похолодание, наблюдаемое в течение полутора-двух лет после крупных извержений вулканов, сопровождаемых эмиссией большой массы сернокислого аэрозоля. В тропосфере сернокислый аэрозоль не может задерживаться надолго, поскольку вымывается осадками и оседает на поверхность Земли. Зато характерное время его пребывания в стратосфере исчисляется годами. Для создания такого экрана понадобилось бы производство огромного количество сернокислого аэрозоля (порядка десятков мегатонн) и его доставка "по месту назначения". При этом, по нашим оценкам, необходимо постоянное поддержание экрана в поясах, покрывающих как минимум 2/3 поверхности земного шара. Более того, приняв к исполнению идею аэрозольного экрана, мы становимся заложниками собственного решения: в дальнейшем от него уже нельзя будет отказаться, так как в этом случае все вернется на круги своя, и темп глобального потепления быстро станет превосходить тот, который был до появления экрана. Внедрение подобных проектов, требует повышенной осторожности, поскольку пока ни одна из попыток активного воздействия на природную среду не увенчалась успехом.

Наконец, подходы третьей группы основаны на развитии индустрии альтернативных возобновляемых источников энергии, к коим относятся, в первую очередь, ветро- и гелиоустановки (солнечные батареи). Несмотря на интенсивное развитие этого направления, на возобновляемые источники пока приходится лишь 3-4% мирового производства электроэнергии. Главный козырь возобновляемых источников — их экологичность и неисчерпаемость, а также отсутствие необходимости транспортировки полученной энергии. К сожалению, экологичность эта отчасти мнимая: разумеется, ветер и Солнце не загрязняют среду, но изготовление солнечных батарей и особенно ветроустановок требует использования высокопрочных материалов, при производстве которых выбрасываются парниковые газы. Аналогичный выброс происходит и при утилизации ветро- и гелиоустановок. Немаловажно и то, что стоимость энергии от альтернативных источников пока заметно выше, нежели от традиционных. Тем не менее некоторые страны пошли по пути замены ГЭС, ГРЭС и АЭС на возобновляемые источники энергии. Так, доля возобновляемого электричества в Германии достигла четверти, а к 2020 году составит 40%. Еще в 2009 году лепта ветроэнергетики достигала в Дании — 20%, в Португалии — 16%, в Ирландии — 14%, в Испании — 13%. Упомянем также использование термальных вод. Здесь лидирует "страна гейзеров" Исландия — 30% (Рейкьявик полностью обогревается теплом термальных вод), немного уступают ей Филиппины (27%).

Итак, подведем итоги. В ближайшей перспективе сохранится превалирование традиционных источников энергии. В среднесрочной перспективе конкуренцию им могут составить возобновляемые источники. Однако, несомненно, какие бы меры ни были осуществлены в ближайшее время, их последствия скажутся нескоро — из-за очень большой инерции климатической системы, составляющей несколько сот лет. Поэтому глобальное потепление продолжится, и сегодня не менее актуально решение другой проблемы — адаптации людей к складывающимся в разных уголках Земли далеко не всегда благоприятным новым условиям проживания и хозяйствования.