Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?
Шрифт:
Электрическую и тепловую энергию получают также за счет тепловой энергии недр Земли (геотермальная энергетика). Однако это возможно только в вулканических регионах мира. Имеющаяся в недрах Земли на относительно небольших глубинах вода нагревается выше температуры кипения и поднимается по трещинам (или пробуренным скважинам) к земной поверхности, где используется как непосредственно для горячего водо– и теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии. Горячие источники встречаются также и в районах, где нет вулканической активности, но в этом случае температура подземных вод заметно ниже, и потому она служит лишь источником тепла и применяется в лечебно-медицинских процедурах.
Суммарные мощности геотермальных станций в мире относительно невелики, они составляли 9,73 ГВт в 2007 г. и 10,71 ГВт в 2010 г. Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, мощность их станций, расположенных в Калифорнии и Неваде, в 2010 г. достигала 3,09 ГВт (на них было произведено примерно 16 млрд киловатт-часов, что соответствует нескольким десятым процента от общего количества выработанной в США электроэнергии). За США следуют Филиппины, Индонезия, Мексика и Италия с мощностями 1,97; 1,20; 0,96 и 0,84 ГВт соответственно. Мощность российских геотермальных станций на Камчатке, Северном Кавказе и в Краснодарском и Ставропольском краях в 2010 г. измерялась 82 МВт. Прямо скажем, немного. В то же время запас
Преимущество геотермальной энергетики заключается в практической неисчерпаемости ее источника и бесперебойной подаче горячей воды вне зависимости от сезона и погодных условий. Однако геотермальные воды содержат высокие концентрации токсичных химических соединений, вследствие чего возникает проблема с утилизацией отработанной воды, поскольку ею нельзя загрязнять естественные водоемы.
В России гелио-, термо– и ветроэнергетика пока развиты чрезвычайно слабо. Их интенсивное развитие планируется только на 2030 год. А «виноваты» большие запасы нефти, газа и угля в России. Недаром за рубежом Россию называют «спящим гигантом», полагая, что, несмотря на большие запасы углеводородного и углеродного топлива, целесообразно развитие в нашей стране альтернативной энергетики: довольно быстрая окупаемость; возможность снабжения энергией районов, удаленных от основных ее источников; экономия на транспортировке энергии (что особенно важно из-за большой территории); отсутствие выбросов загрязняющих веществ; возобновляемость энергии и т. д.
Другие направления смягчения процесса глобального потепления предложены М. Молина с соавторами [25] . Они рассматривают возможность проведения нескольких так называемых «быстрых акций» (fast-actions). Предполагается, что подготовка таких акций займет 2–3 года, 10–15 лет понадобится для их реализации, результаты же скажутся спустя несколько десятилетий.
Первая из таких «быстрых акций» – расширение и ужесточение ограничений Монреальского Протокола.
25
Molina M., Zaelke D., Madhava Sarma K., Andersen S. O., Ramanathan V., Kaniaru D. Reducing abrupt climate change risk using Montreal Protocol and other regulatory actions to complement cuts in CO2 emissions. The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. V. 106. No. 49. P. 20616–20621. 2009.
Согласно Велдерсу с соавторами [26] , в период с 1990 по 2010 г. благодаря действию Монреальского протокола в атмосферу уже не было выброшено парниковых газов в размере примерно 135 млрд т в эквиваленте CO2 (сравнить с данными таблицы 7). Проводимые в настоящее время измерения подтверждают начавшееся восстановление озонового слоя (в основном, в полярных областях). Модельные исследования показывают, что содержание озона в атмосфере вернется к своему уровню 1990 г. ближе к середине XXI в. Однако существует другая большая группа химических веществ следующего поколения – гидрофторокарбоны, которые не разрушают атмосферный озон, но, как и хлорфторуглероды и гидрофторхлоруглероды, относятся к парниковым газам, как правило, с очень высокими потенциалами глобального потепления (ПГП), в сотни и тысячи раз превышающими ПГП углекислого газа, равный единице (см. таблицу 2). Суммарный вклад всех этих веществ пока невелик – около 1,1 % (Ф-газы на рис. 28, а). Но рост выбросов гидрофторокарбонов в атмосферу происходит очень быстро. Поэтому предлагается ускорить выведение из обращения подпадающих под ограничения Монреальского протокола гидрофторхлоруглеродов и создать стимулы для замещения гидрофторокарбонов с высокими ПГП на газы с более низкими ПГП. Такая работа уже ведется, в частности сообщается, что химические компании анонсировали отказ от использования HFC-134a (CH2FCF3, его ПГП = 3300 для 20-летнего периода) в автомобильных кондиционерах и переход на хладагенты с ПГП, меньшими 5 (HFO-1234yf – C3H2F4 или естественные гидрокарбоны) спустя лишь несколько недель после выхода Директивы специальной комиссии Европарламента в 2006 г.
26
Velders G. J. M., Andersen S. O., Daniel J. S., Fahey D. W., McFarland M. The importance of the Montreal Protocol in protecting climate. The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. V. 104. No. 12. P. 4814–4819. 2007.
Вторая «быстрая акция» связана с сокращением эмиссии сажи (black carbon), образующейся при неполном сжигании природного топлива и биомассы.
Как вы помните, сажа снижает альбедо Земли, тем самым способствуя ее дополнительному нагреву. Наиболее критично это в областях, покрытых снегом и льдом, – в полярных регионах, в Гренландии, на Гималайско-Тибетском леднике и др., так как вызывает ускорение таяния ледяного покрова. По оценкам М. Якобсона [27] , глобальное потепление на 15–30 % обусловлено именно эмиссией сажевых частиц. Результат от уменьшения выбросов сажи может сказаться очень быстро, поскольку время жизни сажи в атмосфере не превышает нескольких недель. Снижение эмиссии сажи при работе дизельных двигателей может дать значительный эффект.
27
Jacobson M. J. Atmospheric Pollution: History, Science, and Regulation. Cambridge University Press. N. Y. 339 p. 2002.
Третья «быстрая акция» заключается в уменьшении содержания озона в тропосфере.
Как известно, озон – токсичный парниковый газ, он образуется в ходе различных фотохимических реакций, наиболее эффективно – в
28
Изменения климата, 2007 г. Обобщающий доклад. Вклад рабочих групп I, II и III в Четвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Ред. Пачаури Р. К., Райзингер А. и др. МГЭИК. Женева, Швейцария, 2007. 104 с.
Наконец, четвертая «быстрая акция» ориентирована на улучшение методов ведения лесного хозяйства и землепользования: в результате дыхания растений углекислый газ удаляется из атмосферы, которая при этом обогащается кислородом.
У этой «быстрой акции» вряд ли найдутся серьезные противники. А претворение ее в жизнь не требует каких-либо международных согласований, хотя, конечно, использование накопленных наработок (в том числе, и зарубежных) можно только приветствовать. Эта «акция» особенно важна для России, обладающей огромными лесными угодьями.
Высказанная в 2009 г. идея «быстрых акций» нашла отклик у политиков уже в начале 2012 г., когда сначала шесть стран (Бангладеш, Гана, Канада, Мексика, США и Швеция) создали нацеленную на реализацию этой идеи коалицию, а затем к ней присоединились в полном составе страны «Большой восьмерки». В намерения коалиции входит поддержка глобальных, региональных и национальных усилий, направленных на снижение содержания в атмосфере «короткоживущих климатических загрязнителей» (в оригинале – Short-Lived Climate Pollutants): большой группы гидрофторуглеродов, рассеивающих и сажесодержащих аэрозолей, тропосферного озона, а также метана. Поддержку предполагается осуществлять путем разъяснения опасности данных веществ, выдвижения новых национальных инициатив, разработки и продвижения новых технологий для смягчения последствий их влияния на экологию и климат планеты. Газета «Нью-Йорк таймс» назвала создание коалиции «вторым фронтом» в климатической войне, намекая на известный эпизод Второй мировой войны. Тем не менее пока инициатива коалиции выглядит скорее как импульсивный ответ на отсутствие значительного прогресса в международных переговорах по принятию нового направленного на защиту климата соглашения, чем хорошо просчитанный, подкрепленный комплексными научными разработками шаг.
Заметьте, целью всех «быстрых акций» является или снижение уровня загрязнения атмосферы (либо промышленными химикатами, либо сажей, либо «предшественниками» озона), или увеличение атмосферного стока главного парникового газа CO2. Совершенно иной подход исповедуется в идее создания аэрозольного сернокислого экрана в стратосфере («геоинжиниринг», от англ. geoengineering). Идея принципиальной возможности такого способа борьбы с глобальным потеплением, высказанная еще в 1970-е гг., принадлежит выдающемуся отечественному климатологу М. И. Будыко. Суть ее такова. Сернокислый аэрозоль в атмосфере, в отличие от сажи, не поглощает солнечную радиацию, а только отражает ее обратно в космос. Следовательно, его присутствие в атмосфере благоприятствует сокращению притока тепла к поверхности Земли, за которым и должно последовать похолодание. Кроме того, ввиду отсутствия поглощения солнечной радиации сернокислым аэрозолем, окружающий воздух не будет разогреваться. Заметное (порядка 1 °C) похолодание, наблюдаемое примерно в течение полутора-двух лет после крупных извержений вулканов, сопровождаемых эмиссией большой массы сернокислого аэрозоля в атмосферу, подтверждает правильность этой идеи. Эффективность такого экрана критически зависит от высоты его расположения. Дело в том, что в тропосфере сернокислый аэрозоль не может задерживаться надолго, поскольку вымывается осадками и оседает на поверхность Земли под действием силы тяжести. Зато характерное время его пребывания в стратосфере исчисляется годами. Казалось бы, все просто: помести необходимое количество сернокислого аэрозоля в стратосферу, и глобального потепления как не бывало. Но, увы, придется вспомнить и об эксклюзивном месте нахождения бесплатного сыра. Во-первых, для создания такого экрана понадобится производство огромного количество сернокислого аэрозоля (речь идет о массе порядка десятков мегатонн) и его доставка «по месту назначения». И это отнюдь не разовая акция. Модельные расчеты показывают, что необходимо постоянное поддержание существования экрана в поясах, покрывающих, как минимум, 2/3 площади поверхности земного шара [29] , что, кстати, возможно лишь при достижении соответствующего международного соглашения. Более того, приняв к исполнению создание аэрозольного экрана, мы становимся заложниками собственного решения: в дальнейшем от него уже нельзя будет отказаться, так как в этом случае, по некоторым оценкам [30] , все вернется на круги своя, и темп глобального потепления быстро станет превосходить тот, который был до появления экрана. Во-вторых, еще из школьной программы известно, что «ничто не возникает из ничего и не исчезает бесследно». Рано или поздно выброшенный в стратосферу сернокислый аэрозоль транзитом через тропосферу вернется к поверхности Земли. И его возвращение будет сопровождаться нарушением режима осадков, а также заметным закислением (изменением уровня pН в «кислую сторону») вод Мирового океана. Таким образом, воплощение идеи геоинжиниринга далеко не безобидно, поэтому всякий раз принятию взвешенного решения должна предшествовать всесторонняя научная экспертиза. Кроме того, создание стратосферного экрана, смягчая отчасти температурные проблемы, вовсе не решает проблему роста концентрации парниковых газов, прежде всего – CO2, увеличение содержания которого приводит к закислению океана, нанося непоправимый урон морской биоте.
29
Фролькис В. А., Кароль И. Л. Моделирование влияния параметров стратосферного аэрозольного экрана на эффективность компенсации парникового потепления глобального климата. Оптика атмосферы и океана. Т. 23. № 8. 2010. С. 710–722.
30
Елисеев А. В., Мохов И. И. Эффективность предотвращения потепления климата с использованием контролируемых аэрозольных эмиссий в стратосферу: оценки с климатической моделью ИФА РАН. Известия РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 45. № 2. 2009. С. 232–244.