Карбоновые полигоны, декарбонизация, углеродный баланс и глобальное потепление — сейчас об этом говорят много. Учёные Уфимского государственного нефтяного технического университета помогут разобраться в этих понятиях и подскажут, что каждый из нас может сделать, чтобы спасти планету.
В чём причина глобального потепления?
— Глобальное потепление климата — это устойчивое повышение средней температуры на планете из-за изменения баланса тепла в атмосфере. В результате индустриализации (строительства и деятельности различных предприятий и заводов, ТЭЦ и других промышленных объектов) в атмосферу идёт значительный выброс парниковых газов (в том числе углекислого, метана, закиси азота и др.). Основной их источник — сжигание ископаемого углеродсодержащего топлива (нефти, угля и газа), которое значительно увеличилось за последние десятилетия. В итоге наша планета как бы покрывается слоем этих газов, которые действуют как парник (солнечный свет проникает сквозь эту плёнку внутрь, нагревает поверхность земли и не позволяет тепловому излучению вернуться обратно). Как результат — повышение среднегодовых температур (за последние 100-150 лет на полтора градуса), интенсивное таяние ледников, рост количества экстремальных погодных явлений (засух, ливней, ураганов), уменьшение количества осадков в виде снега, — рассказывает замначальника лаборатории мониторинга климатических изменений и углеродного баланса экосистем Центра технологий декарбонизации УГНТУ, доктор биологических наук Павел Широких.
Когда обсуждение проблемы глобального потепления климата вышло на международный уровень, страны заключили соглашения, направленные на сокращение выбросов парниковых газов. Главный способ достижения этой задачи — модернизация производственных цепочек, снижающая выбросы в атмосферу, в том числе переход на возобновляемые источники энергии (солнечная, ветряная, гидроэлектроэнергия), электрический транспорт и биодизель, замкнутый цикл производства в промышленности и т.д. Однако эксперты уверены, что добиться нулевого углеродного баланса (углеродной нейтральности) только за счет модернизации технологий производства будет довольно сложно.
Учёные возлагают надежду на природные леса, степи и поля, которые активно поглощают парниковые газы. Поэтому в России развернули сеть из 19 карбоновых полигонов, участков для измерения потоков парниковых газов в разных экосистемах (лесах, болотах, тундре, водоёмах и т.д.).
Для чего нужны карбоновые полигоны?
Карбоновые полигоны (пилотный проект Министерства науки и высшего образования Российской Федерации) — это тестовые площадки, участки природных экосистем, на которых разрабатывают и испытывают технологии измерения, мониторинга и контроля парниковых газов.
— Одной из основных задач карбоновых полигонов является мониторинг эмиссии (проще говоря, выделения) и поглощения парниковых газов (прежде всего, углекислого газа и метана). Мы изучаем, как это происходит в различных экосистемах в зависимости от биофизических параметров, таких как солнечная радиация, температура и влажность воздуха и почвы и т.д. Кроме того, на карбоновых полигонах разрабатывают и адаптируют технологии дистанционной оценки поглощения парниковых газов с применением БПЛА и спутниковых данных. Но основная цель — создание технологических решений, которые позволят увеличить поглощающую способность парниковых газов природными экосистемами, — отметил Павел Широких.
Башкортостан входит в число 17 регионов, где созданы карбоновые полигоны. Проект «Евразийский карбоновый полигон» включает в себя восемь участков, где группа учёных ведёт исследования в лесной зоне, на пахотных и залежных землях с возобновлением древостоя, степных экосистемах и болотах. Оператором проекта выступает УГНТУ совместно с учеными ведущих вузов республики (УУНИТ, БГАУ) и Российской академии наук (УФИЦ РАН).
Как измеряют потоки парниковых газов?
Есть два основных метода исследования парниковых газов. Это метод турбулентных пульсаций (англ. eddy covariance method), который предполагает стационарное оборудование, и камерный метод с помощью портативных высокоточных газоанализаторов. Первый — один из самых теоретически обоснованных и уже давно используемых методов измерения потоков углекислого газа, метана и водяного пара, энергии между экосистемой и атмосферой.
— Общий физический принцип измерений метода турбулентных пульсаций заключается в количественной оценке того, сколько молекул парниковых газов (в нашем случае углекислого газа, метана и паров воды) движется вверх и вниз с течением времени, и как быстро они движутся. Математически такой вертикальный поток можно представить как ковариацию (изменения) между измерениями вертикальной скорости воздуха – движениями вверх и вниз – и концентрацией интересующего газа.
Такие измерения требуют очень сложных приборов, поскольку турбулентные колебания происходят очень быстро, а соответствующие изменения концентрации, плотности или температуры довольно малы. Для этого необходимо проводить высокочастотные измерения. Например, наша эколого-климатическая станция Eddy Covariance, расположенная на участке Евразийского карбонового полигона «Ковыльная степь» (Давлекановский район Башкортостана на территории природного парка «Аслы-Куль») проводит измерения с частотой 10 измерений в секунду, — отмечает эксперт.
Эта станция представляет собой целый комплекс приборов, вспомогательного оборудования и персонала, обеспечивающих работу станции. Основными приборами здесь являются инфракрасный газоанализатор закрытого типа, фиксирующий потоки углекислого газа и паров воды, и лазерный газоанализатор открытого типа на метан. Станция фиксирует не только парниковые газы, но и различные метеоданные, включая вертикальный поток ветра с помощью цифрового 3Dанемометра, без которых невозможно посчитать экосистемный обмен между атмосферой и почвенным покровом.
По словам экспертов, главное преимущество таких комплексов в возможности непрерывно отслеживать потоки парниковых газов, причем дистанционно. Тогда как при измерениях камерным методом (кроме автоматических) исследователь должен постоянно находиться рядом с газоанализатором. Однако эколого-климатическая станция требует усиленную техническую поддержку и профилактику работы приборов. Для бесперебойной работы станции на участке карбонового полигона «Ковыльная степь» установили солнечные батареи и ветрогенератор, а также развернули мобильный лабораторный комплекс для проведения стационарных исследований и практических занятий студентов, магистрантов и аспирантов.
О результатах
По результатам исследований 2024 года, на участке полигона «Ковыльная степь» поглощается 134 грамма углерода в год, что равнозначно почти 5 тоннам углекислого газа с одного гектара. Это очень хороший показатель по сравнению с опубликованными данными по степными экосистемам в России и в других странах. Учёные отмечают, что башкирские степи можно использовать как дополнительный источник поглощения парниковых газов.
Дело в том, что значительная часть современной степной растительности нарушена в результате нерегулируемого использования в сельском хозяйстве и животноводстве. Пострадавшие от человеческой деятельности степи сегодня активно выделяют, а не поглощают углекислый газ. Сотрудники УГНТУ совместно с учеными УФИЦ РАН, УУНИТ и БГАУ разрабатывают технологии, позволяющие не только снизить процесс выделения, но и увеличить поглощающую способность экосистемы. Это позволит восстановить плодородие нарушенных почв, уникальное биологическое разнообразие и разработать рекомендации по оптимизации использования степных экосистем республики и сопредельных стран.
Разработанные технологии и новые методы дистанционной оценки в будущем помогут прогнозировать изменения углеродного баланса в степях.
Кстати, молодой учёный Ринат Гумеров, работая в Центре технологий декарбонизации УГНТУ и используя данные мониторинга, недавно защитил магистерскую по теме исследования потоков метана в степной экосистеме методом турбулентных пульсаций.
— Моё исследование посвящено потокам метана, парниковый эффект которого в 27 раз интенсивнее, чем от углекислого газа. Мы выяснили, что конкретно на участке «Ковыльная степь» Евразийского карбонового полигона метан поглощается с интенсивностью 0,7 грамм углерода в год. Это считается довольно хорошим стоком для метана относительно других степных экосистем по миру. Если мы будем сохранять и восстанавливать такие природные экосистемы, то они могут внести значительный вклад в борьбу с изменением климата, — отметил Ринат.
Что может сделать каждый из нас, чтобы внести свой вклад в борьбу с глобальным изменением климата?
- Сокращать отходы. Участие в программах переработки или уменьшение использования пластика — это шаги к снижению углеродного следа и более чистой планете.
- Снижать потребление электричества в доме. Это не только уменьшает выбросы углекислого газа, но и позволяет экономить на счетах за коммунальные услуги. Можно установить энергоэффективные лампы, использовать терморегуляторы и улучшить теплоизоляцию дома.
- Не сжигать листья, например, картофельную ботву в садах. Можно закопать всё это в яму и получит компост.
- Пересесть на более экологичный вид автомобилей (с газовым двигателем) и/или отдавать предпочтение общественному транспорту.