Моделирование климата показало, что если мы покроем Сахару большими солнечными и ветряными электростанциями, то пустыня станет получать достаточно дождей и снова зазеленеет.
Десятки тысяч лет назад Сахара была плодородной и давала приют ранним людям, следы которых сегодня находят в заброшенных пещерах. Но и в будущем люди и жизнь могут вернуться на обширные пространства пустыни. Ученые давно присматриваются к ним: здесь столько солнца и ветра (и так мало людей), что Сахара может стать идеальным местом для развертывания масштабных проектов по получению возобновляемой энергии и продаже ее на рынках Европы и Ближнего Востока. Тем более что, как выяснилось, такие проекты могут снова сделать Сахару влажной и плодородной.
В журнале Science метеоролог из Аргентины Евгения Калнай (Eugenia Kalnay) и ее коллеги пишут о результатах моделирования климата Сахары в случае, если вся ее площадь (а это более девяти миллионов километров) будет покрыта солнечными и ветряными электростанциями. Это был бы колоссальный мегапроект, производящий более чем вчетверо больше энергии, чем все потребление человечества сегодня. Но его «побочным действием» станет резкое увеличение осадков. По оценкам ученых, в среднем их уровень поднимется более чем вдвое, а особенно заметно — в Сахеле, на юге пустыни. В результате усилится и вегетация, увеличится растительный покров.
Причины этого понятны. Ветряные электростанции больших масштабов влияют на движения ветров и усиливают перемешивание воздуха. Панели солнечных батарей экранируют поверхность земли от прямых солнечных лучей и остужают ее. Евгения Калнай и ее соавторы полагают, что этого будет достаточно даже для земледелия на территории нынешней пустыни — пока что одной из самых безводных в мире. Ученые провели аналогичное моделирование и для других пустынных регионов мира, однако из-за особенностей местного климата в них влияние энергостанций будет не столь заметным. Да и размерами Сахара превышает любую другую пустыню, а для влияния на погоду важен масштаб.
Крупные солнечные и ветровые электростанции влияют на местный климат: оба вида ВИЭ при достаточных масштабах увеличивают количество осадков и густоту растительного покрова и потенциально могут изменить облик Сахары, где теоретически можно построить такие большие станции. Исследование об этом опубликовано в журнале Science.
Янь Ли (Yan Li) из университета штата Иллинойс и его коллеги смоделировали гипотетическое строительство в Сахаре огромных ветровых и солнечных энергетических комплексов на общей площади в 9 миллионов квадратных километров — площадь Сахары при этом оценивается в 9,2 миллиона квадратных километров, еще 3 миллиона квадратных километров приходится на Сахель, саванну к югу от пустыни. Мощность гипотетических электростанций в их модели составит 3 и 79 тераватт соответственно (при совокупном мировом потреблении энергии в 18 тераватт, по данным на 2017 год).
Авторы отмечают, что обычно при моделировании влияния таких установок на климат не оцениваются положительные обратные связи, усиливающие исходный эффект, прежде всего через растительный покров. Их климатическая модель, в свою очередь, показала, что строительство таких электростанций существенно увеличит местную температуру, количество осадков и густоту растительного покрова. Ветровые электростанции доставляют более теплый воздух вниз, перемешивая его, замедляют скорость ветра и увеличивают приземную температуру примерно на два градуса Кельвина; это усиливает испарение с поверхности, увеличивает количество осадков примерно вдвое, на 0,25 миллиметра в день, и стимулирует рост растений.
Солнечные панели уменьшают альбедо, или отражающую способность поверхности, на которой они установлены, и тоже увеличивают температуру (на 1-1,2 градуса) и количество осадков (в полтора раза, или на 0,13 миллиметра в день). Растительность в обоих случаях создает положительную обратную связь, также уменьшая альбедо — листья темнее песка — и еще больше увеличивая количество осадков. Вместе солнечные и ветровые электростанции дадут средний прирост количества осадков на 150 процентов до 0,59 миллиметра в день, причем особенно выраженным — до 500 миллиметров в год — он будет в Сахеле.