Вместо эпиграфа:
Под арбузным деревом, сквозь предсмертный стон «чтоб тебя, мичуринец» прохрипел Ньютон
Народ подсказывает, что в моей рубрике «Глобальные вызовы» было бы интересно обсуждать новые идеи и технологии для противодействия природным угрозам (или для адаптации к ним). Начнем, пожалуй, с глобального потепления. Средняя температура на Земле неуклонно повышается. Этим летом невиданные волны жары накатывают на Индию, Китай и Техас, буквально убивая тысячи людей. В других регионах льют катастрофические дожди, бушуют наводнения и ураганы — это тоже следствие изменений климата. Все идеи и технологии, с помощью которых надеются справиться с глобальным потеплением, предполагают существенное вмешательство в природные процессы с не до конца понятными последствиями. Отсюда и алармистский заголовок. С другой стороны, если вообще ничего не делать, то последствия могут быть совсем печальными. Вот такой цугцванг, понимаете ли...
В мае текущего года Всемирная метеорологическая организация объявила о наступлении очередного периода Эль-Ниньо. Это естественного происхождения потепление поверхностных вод в восточной части Тихого океана, происходящее с периодичностью от двух до семи лет. Оно способствует увеличению температуры воздуха не только в тихоокеанском регионе, но и во всем мире. Эль-Ниньо накладывается на рост содержания парниковых газов в атмосфере, происходящий несмотря на все усилия мирового сообщества сдержать эмиссию СО2. Впереди очень тяжелое десятилетие. Неудивительно, что растет и предложение самых дерзких проектов по противодействию климатическим катаклизмам.
Уже имеющиеся идеи можно разделить на три группы:
1. изъятие лишнего углерода из атмосферы путем уменьшения выбросов или путем связывания углекислого газа с последующим захоронением;
2. экранирование солнечного излучения, чтобы определенная его часть не достигала поверхности Земли;
3. увеличение выброса тепла в космос.
Далее мы рассказываем об обсуждаемых технологиях, которые относятся к каждому из трех типов решений.
Изъятие лишнего углерода из атмосферы
Уменьшение выбросов парниковых газов происходит слишком медленно по сравнению с ростом средней температуры атмосферы. Значительная часть стран, живущих за счет добычи и продажи ископаемого топлива, не заинтересована в переходе на возобновляемые и другие, более чистые, источники энергии — в результате международные договоренности этими государствами не соблюдаются.
С изъятием и захоронением углекислого газа такие же проблемы: вроде бы все понимают, что нужно всеми силами увеличивать площадь лесов, но экономические интересы заставляют их вырубать, а человеческая безалаберность приводит к массовым лесным пожарам. По высаживанию деревьев первое место в мире занимает Китай, но все эти старания сводятся на нет массовой вырубкой джунглей в Бразилии. Кроме того, надо не только разводить леса, но и вырубать перезревшие деревья, а потом превращать их в древесный уголь и захоранивать в землю. Иначе углекислый газ вернется в атмосферу.
Практически не сложно увеличить «озеленение» океана, насыпая в него удобрения — но биологи не без основания считают, что безудержный рост водорослей приведет к экологической катастрофе.
Существуют экспериментальные установки по связыванию СО2 — но их очень мало, да и включают их, в основном, для демонстрации журналистам. В общем, картина тут не радостная.
Мне удалось найти только одно предложение, не имеющее видимых недостатков и вполне реализуемое: сохранение болот и обводнение их там, где они были осушены. Занимая всего 3% суши, торфяные болота содержат треть всего углерода почвы, или 600 млрд тонн, — это вдвое превышает углеродное «депо» биомассы всех лесов мира. Больше — только в океанических отложениях.
В отличие от лесов, которые активно участвуют в круговороте углерода, болота «хоронят» его практически навечно. Цитата из статьи доктора биологических наук профессора Сергея Кирпотина: «Любая «мертвая органика», от опавших листьев до погибших вековых стволов, рано или поздно начинает разлагаться, так что на конечном этапе депонированный углерод вновь попадает в атмосферу в виде углекислого газа. Однако в заболоченных местах, где нет доступа кислорода, органические остатки не разлагаются полностью, а накапливаются в виде торфа. Эти процессы идут тысячелетиями, в результате чего толщина торфяных пластов может достигать 10 метров. И если в лесах умеренного пояса круговорот углерода составляет в среднем полтора столетия, то болота изымают его по меркам нашей жизни навечно». Тут еще надо добавить, что леса горят, что дает от 25 до 70 процентов прироста СО2 в атмосфере. А с обводненными болотами ничего не происходит. К сожалению, на обжитых территориях болота истребляют — в основном, осушают для сельскохозяйственного использования и под застройку. В Европе, к примеру, болот практически не осталось. Тем более надо беречь великие древние болота в Сибири и в Северной Америке. Их роль и значение в стабилизации климата не до конца изучены. Но уже сейчас, наряду с океаном и ледниками, их можно считать кондиционерами планеты.
Экранирование солнечного излучения
Экранировать часть солнечного излучения проще всего при помощи создания искусственной облачности. Технологии тут известны. Наибольший эффект достигается, если дополнительно затенить зону тропиков. Но это многонаселенные территории, их жители вряд ли обрадуются, если сезон дождей станет бесконечным.
Кажутся интересными предложения по развертыванию в космосе сети зеркал, которые будут отражать коротковолновое излучение еще до того, как оно попало на Землю. Закрыть нужно лишь около двух процентов солнечного диска. На земной экологии и на жизнедеятельности людей это никак не отразится, но позволит перестать беспокоиться о глобальном потеплении.
Располагать зеркала требуется в точке Лагранжа, где уравниваются силы притяжения от Солнца и Земли — там объекты могут бесконечно висеть без затрат энергии. От Земли такая точка удалена на расстояние 1,5 млн км, и в ней уже не раз размещали космические обсерватории. Звучит соблазнительно, но технологически это грандиозная, поистине космических масштабов задача. Общая площадь зеркал должна быть около 5 миллионов квадратных километров! Для осуществления проекта потребуется строить производственные базы на Луне, создавать многотысячный космический флот. А человечество, увы, не может договориться о гораздо более простых вещах…
Расположить экраны
можно и в атмосфере. Причем сделать их газообразными. Пожалуй, самое эпатажное предложение на этот счет исходит от российского Гидрометцентра — ничего нового не делать. А вернуться к началу индустриальной эры и массовой практике получения энергии с помощью сжигания дров, каменного угля и мазута. Да, это не экологично, вспомним знаменитый лондонский смог. Но данные виды топлива содержат серу, она при сжигании дает сернистый газ, который при попадании в тропосферу частично превращается в серную кислоту, а частично поднимается в стратосферу и там становится устойчивым аэрозолем. Этот аэрозоль уже около трех веков, с начала индустриальной эры, экранирует часть солнечного излучения. Причем настолько значительную, что атмосфера Земли теплеет гораздо медленнее, чем должна бы по расчетам. Кроме этого, значительную часть «лишнего» тепла забирают океан и ледники — океан теплеет, а ледники тают. В общем, если правильно свести баланс, то губительное потепление можно остановить или очень сильно замедлить. Причем недорого.
Естественно, критики говорят, что уголь и мазут являются самыми грязными видами топлива и содержат не только серу, но и массу опасных для здоровья веществ. Возвращать в города угольный смог — это преступление. Повышенная концентрация серной кислоты в тропосфере приведет к вредоносным кислотным дождям, о которых уже успели забыть.
Другие специалисты считают, что овчинка стоит выделки, причем сжигания грязного топлива можно избежать, если доставлять серную кислоту непосредственно в стратосферу. Аэрозоль оттуда уже никуда не денется. Реализовать эту идею технически не очень сложно. Летательные аппараты для этого имеются в огромном количестве (военные, но разве не здорово было бы занять их мирным делом?). Согласно оценкам, в зависимости от размера капель для решения задачи потребуется распылять 1,5–5 Мт кислоты (в пересчете на серу) в год. На самом деле это не так много — в настоящее время сжигание угля доставляет в атмосферу ежегодно 55–68 Мт серы. Но тут возникает проблема. Тема эта малоизученная. Если переборщить с аэрозолем, планета начнет замерзать. А убрать сернистое «зеркало» из стратосферы совсем не понятно как.
При всех минусах, в критической ситуации с климатом придется, видимо, прибегнуть к этому варианту. Если не придумается еще что-нибудь, что будет проще, дешевле и безопаснее.
Увеличение выброса тепла в космос
Как повысить излучение тепла от Земли в космос, если уменьшение эмиссии парниковых газов пока не дает желаемого результата? Международная научная группа под руководством Джулиана Ханта из австрийского института Прикладного системного анализа предлагает всего-навсего... немного разогреть Северный Ледовитый океан.
Солнечный свет приходит в приполярные области по касательной и, несмотря на белую поверхность льдов и снега, отражается довольно слабо. Кроме того, ледяной панцирь закрывает возможность для излучения тепла поверхностью океана. Сейчас лед интенсивно тает. Когда поверхность воды освободится, возникнет новый атмосферный поток, уносящий тепло от Земли. Но он не будет достаточно мощным, потому что вода в Ледовитом океане очень холодная. Ее поверхностный слой почти пресный, потому что формируется за счет стока мощных северных рек и таяния ледников Гренландии. Специалисты называют это явление термоклин. Теплую соленую воду в эти края несет Гольфстрим, но его вода тяжелее пресной, поэтому течение как бы заныривает под термоклин и без пользы остывает.
Группа Ханта предлагает уменьшить сток северных рек, частично повернув их на юг. Это старая идея, имеющая свои плюсы и минусы. Но если речь идет о выживании человечества, то на какие-то минусы можно закрыть глаза. Если согласия в это вопросе достичь не удастся, то есть запасной вариант — можно закачивать опресненную воду вглубь океана. Там она и останется, а нужный нам поверхностный слой станет теплее.
Предварительный расчет показывает, что для успеха проекта засоления Северного Ледовитого океана надо в течение 50 лет перекачивать на юг воду северных рек со скоростью 50 тысяч кубометров в секунду, а в глубь океана закачивать поверхностную воду со скоростью 190 тысяч кубометров в секунду. Когда же термоклин будет убран и Гольфстрим растечется по Северному Ледовитому океану, потребность в такой массированной перекачке исчезнет, ведь соленость океана далее будет поддерживаться сама собой, за счет притока тропических вод. Энергии на работу насосов надо не так уж много — 116 ГВт. Это как пять ГЭС «Три ущелья» — крупнейшей в мире электростанции, построенной в 2012 году на Янцзы в рамках проекта поворота китайских рек.
Что это даст? По расчетам, поток тепла в космос с поверхности воды резко вырастет — до 26 Вт на квадратный метр площади океана. Эффект будет как от посадки лесов и выращивания водорослей, вместе взятых. При этом арктический климат существенно изменится — средняя температура там будет колебаться около нуля. Это сильно изменит экосистему и образ жизни людей. Но все это и так изменится в результате глобального потепления, которое без вмешательства будет идти гораздо быстрее, не давая живой природе и людям приспособиться.
Этот проект показывает, что человечеству, в принципе, под силу самый масштабный геоинжиниринг. Но возникает много вопросов. Кто будет профессионально анализировать, сравнивать и оценивать наднациональные проекты, выбирая самые эффективные и реализуемые? Где изыскать необходимые средства для реализации? Как управлять всеми этими процессами?
Кажется, что самое слабое место — проблема управления. Еще и об этом надо думать.
Почитать подробнее:
1. «Всемирная метеорологическая организация объявляет о наступлении условий Эль-Ниньо»: https://meteoinfo.ru/novosti/99-pogoda-v-mire/19393-vsemirnaya-meteorologicheskaya-organizatsiya-obyavlyaet-o-nastuplenii-uslovij-el-nino
2. «Болотный «кондиционер» планеты»: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436338/Bolotnyy_konditsioner_planety
3. О космических зеркалах и высотных аэрозолях: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436793/Vseplanetnyy_okhladitel?from=bxblock
4. «Полярное охлаждение»: https://www.hij.ru/read/articles/all/26634/
Ирина Самахова
Статья впервые была опубликована 15 июля
Специально для Telegram-канала «Глобальные вызовы. Локальные решения»