Экология: биология взаимодействия. 6.09. Глобальное потепление

Рис. 6.9.1. У 2015 р. найтеплішим роком за всю історію систематичних спостережень був 2015 р. 2016 р. побив цей рекорд. Тут показана середня температура поверхні Землі (ліва шкала) та її зміна щодо рівня, характерного для початку індустріальної ери

Рис. 6.9.2. Зміна середньої температури 2016 р. на різних ділянках земної поверхні у порівнянні зі середньою температурою, зафіксованою за тридцятиліття з 1981 р. по 2010 р.
Отже, факт потепління зафіксовано. Здавалося б, причини його мають бути очевидними. Міжурядова група ООН з питань зміни клімату представила у 2007 р. доповідь, у якій зробила висновок, що з ймовірністю 90 % основною причиною глобального потепління є діяльність людини, перш за все — викиди парникових газів (вуглекислого газу та метану). Проте деякі вчені, у тому числі російські, оспорюють цей висновок, вважаючи діяльність людини другорядним фактором у кліматичних змінах.
Здавалося б, про що сперечатися? Потрібно побудувати модель змін клімату, відобразити в ній усі відомі взаємозв’язки та зробити науково обґрунтований прогноз. На жаль, земна атмосфера настільки складна, що побудова її докладної моделі неможлива. Невелика зміна вихідних параметрів може призвести до кардинальних змін очікуваного майбутнього кліматичної системи. А ми ще далеко не знаємо усіх причинно-наслідкових зв’язків, що впливають на клімат. Ось лише кілька штрихів.
— Схоже, у останні роки спостерігається збільшення активності Сонця, що веде до нагріву Землі.
— Зростання концентрації вуглекислоти стимулює фотосинтез і підвищує продуктивність планети.
— Нагрівання призводить до збільшення випаровування води, росту хмарного покриву та відбиття від хмар більшої кількості сонячного світла — тобто до самохолодження.
— Підйом рівня океану призведе до затоплення найродючіших ділянок суші та зменшення зв’язування вуглекислоти.
— Кислотні дощі стимулюють активність сіркових бактерій, які придушують метанові бактерії — постачальників ще одного «парникового» газу.
— У відповідь на надмірне ультрафіолетове випромінювання фотопланктон виділяє речовини, що сприяють утворенню хмар.
— Діяльність людства веде не лише до викидів CO₂, а й до забруднення атмосфери пилом і сажою. Глобальне «затемнення» може викликати похолодання.
І нарешті, деякі фахівці переконливо наполягають, що підвищення концентрації вуглекислоти охолоджує, а не нагріває планету! Нагрівання нижніх шарів атмосфери може посилювати її вертикальну циркуляцію та розсіювання енергії в космосі. Прихильники цієї точки зору стверджують, що з результатів антарктичного буріння випливає, що в недавній історії Землі зростання концентрації вуглекислоти було наслідком, а не причиною потепління.
Отже, світове співтовариство намагається боротися з глобальним потеплінням, не будучи впевненим у його причині. Як основна прийнята версія, що потепління викликане викидами в атмосферу вуглекислоти та метану, які посилюють парниковий ефект. Як головна міра боротьби вирішено використати скорочення викидів CO₂. Чи правильне це рішення?
Складно сказати. Очевидно, що скорочення споживання викопного палива, яке є необхідною умовою скорочення викидів, — благотворна зміна, незалежно від того, чи пов’язано воно з глобальним потеплінням. І, крім усього іншого, треба ж починати щось робити!
Як зазначалося раніше, для біосфери характерний позитивний підсумок екологічного балансу протягом практично всієї історії її існування. Завдяки цьому живі організми не просто накопичили запаси горючих викопних, за рахунок яких існує сучасне людство, а й просто створили середовище свого існування. Фотосинтез переважає над диханням і зараз, не випадково кисню в атмосфері близько 21 %, а вуглекислого газу — близько 0,038 %.
Але людство все сильніше зсуває рівновагу в бік вуглекислоти, адже ще на початку ХХ століття її концентрація становила лише 0,029 %. Ми використовуємо органіку не лише для потреб своїх тіл, а й «годимо» викопною органікою нашу техніку. Горіння аналогічне диханню, проте відбувається швидше і супроводжується розсіюванням вивільненої енергії. Нам не вистачає органіки, що утворюється автотрофами в реальному часі, і ми використовуємо запаси з інших епох — викопні горючі. У результаті ми викидаємо CO₂ і зсуваємо глобальний екологічний баланс. Але спалювання викопного палива — це ще не все. Наш спосіб ведення сільського господарства призводить до швидкої деградації ґрунтів і руйнування накопиченої в них органіки. Важливу роль у родючості ґрунтів відіграє детрит — органіка на різних стадіях руйнування. Чим більше експлуатуємо пашню, тим сильніше підштовхуємо руйнування детриту та вивільнення в атмосферу CO₂! Виміряти пов’язані з цим викиди складніше, ніж промислові, але, ймовірно, вони порівнянні за інтенсивністю.
Сьогодні концентрація вуглекислоти в атмосфері привертає особливу увагу через припущення, що вона сприяє посиленню парникового ефекту. Парникові властивості атмосфери відповідають за підтримання придатних для життя умов на поверхні Землі, і тому навіть незначна їх зміна може виявитися для біосфери дуже суттєвою. Очевидно, що наша діяльність призводить до збільшення надходження вуглекислоти в атмосферу. Отже, треба його зменшити. Розв’язати це завдання має Київський протокол до Рамкової конвенції ООН про зміну клімату.
Як зменшувати вміст вуглекислоти? Звичний відповідь — висаджуючи рослини. На жаль, екосистема у стані клімаксу поглинає стільки ж CO₂, скільки виділяє. Інакше кількість органіки в екосистемі змінювалася б і переводила її в іншу якість. Коли дрова спалюють, а органіка в лісовому ґрунті деградує, в атмосферу повертається вся пов’язана лісом вуглекислота. Проте, доки ліси ростуть, вони зв’язують CO₂.
Що ж може допомогти? Зміна технологій. Перевірений шлях: удосконалювати спалювання палива, підвищувати ККД теплових машин, економити енергію. Саме до таких заходів підштовхують економіки підписаних його країн Київський протокол. Проте очевидно, що вжиті заходи поки недостатні.
Київський протокол до Рамкової конвенції ООН про зміну клімату був підписаний главами розвинених країн наприкінці 1997 р. Його завдання — значно (наприклад, для Західної Європи на 8 %) скоротити промислові викиди вуглекислого газу до 2010 р. у порівнянні з 1990‑м. Це обмеження може уповільнити темпи зростання світової економіки приблизно на 1 % на рік. Надалі, на другому етапі дії протоколу, який розпочнеться після 2012 р., слід досягти зниження викидів вуглекислого газу приблизно вдвічі.
Згідно з цим документом, високорозвинені країни можуть купити у інших країн квоти на певну кількість викидів. Крім того, передові держави можуть заробляти право на перепродукцію вуглекислого газу, фінансуючи перехід на сучасні технології інших країн. Чим сильніше відстає країна, тим вигідніше її розвивати. Щоб скоротити викиди вуглекислого газу на одну тонну, в Україні потрібно витратити $7, в Росії — $20, в ЄС — $270, а в Японії — $600!
А чи існують ефективніші заходи скорочення викидів вуглекислоти, ніж передбачені Київським протоколом? Можна прискорити перехід до інших джерел енергії: атомної, термоядерної (якщо вдасться), сонячної, геотермальної, вітрової тощо. Усі реальні альтернативи енергії, отриманої з викопного палива, мають свої недоліки, проте їх розвивати все одно треба.
Зупинити ерозію ґрунтів. Для цього треба перебудувати мислення кожного землекористувача, переключивши його егоїзм з ближніх цілей (отримати зараз) на далекі (стійко отримувати в майбутньому).
А чи можна зсунути екологічний баланс в інший бік? Так, забезпечивши накопичення нерозкладної органіки: наприклад, вирощувати ліси, вирубувати їх і заповнювати деревиною покинуті шахти. Але наша діяльність спрямована в протилежному напрямку: ми видобуваємо органіку з земної кори, а не ховаємо її там! У США розробляється ідея закачки в шахти зрідженого CO₂. Але знову ж, щоб отримати необхідну для зрідження енергію, треба спалювати на 30 % більше палива. Замкнене коло…
Прискорити зв’язування вуглекислого газу в вапняк, карбонат кальцію… Цю функцію безупинно виконують молюски, рифоутворюючі корали, формініфери та інші морські організми з вапняними раковинами та скелетами. На жаль, підвищення кислотності Світового океану перешкоджає їхній діяльності. Треба б і їм допомогти! Але де без значних витрат енергії (що потребують збільшення викидів вуглекислоти) взяти достатню кількість кальцієвих солей?
Отже, виходу немає? Принаймні, ми його ще не знаємо. Тому, здійснюючи зараз ті зусилля, на які ми здатні, слід продовжувати вивчення взаємозв’язків у кліматичній системі Землі.
Людина виникла, коли нашу планету охопила лихоманка. Це не випадковість — зміни клімату підштовхнули еволюцію тварин. В історії Землі відбувалися холодні періоди (наприклад, у кінці палеозою, 250–300 млн р. тому), але відносно недавній період був теплим. Охолодження настало близько 36 млн р. тому. У результаті руху літосферних плит Антарктида відокремилася від Південної Америки та Австралії і оселилася в районі Південного полюса. Навколо неї виникло кругове течіння, що зменшило теплообмін з рештою планети. Антарктида покрилася льодовим щитом, який зменшив поглинання планетою сонячного світла і «охолодив» клімат. Але оледеніння починається лише тоді, коли щороку на льодовики випадає більше опадів, ніж випаровується і тане. В ізольованій же течіями Антарктиді опадів було мало.
Три‑чотири мільйони років тому Південна та Північна Америки з’єдналися у Панамському перешийку. Тепла вода Атлантики, що раніше текла у Тихий океан, устремилася на північ Гольфстримом і Північно‑Атлантичним течієм, забезпечивши тим самим багатство опадів. Льодовики Гренландії, Північної Америки та півночі Євразії почали рости і багатометровими пластами просунулися на південь. У них з’єдналися гігантські водні маси; охолодження клімату змінило циркуляцію атмосфери та океана. Але над льодовиками встановився холодний і сухий повітря, в результаті чого оледеніння «задихнулося» і відкатилося назад — почалося тепле міжльодовикове період. Відновлені теплі течії забезпечили зростання льодовиків — знову почалося оледеніння…
З того часу Земля пережила два десятки оледенінь і міжльодовикових періодів (рис. 6.9.3). Коливання середніх температур протягом циклу вимірюються кількома градусами (до 10 °C), а зміни рівня моря — десятками і сотнями метрів. Під час останнього потепління (за 20 тис. років) океан піднявся на 120 м; танення полярних шапок Антарктиди та Гренландії може додати ще 65‑70.

Рис. 6.9.3. Динаміка середньої температури на поверхні Землі за останні 400 тисяч років
Окрім «великих» оледенінь і міжльодовикових, були й малі. Так, з кінця IX до кінця XII століть клімат був особливо м’яким. У цей час норвезькі вікінги заселили Гренландію (Зелений Острів) і заснували поселення у Північній Америці. З охолодженням контакти з колоніями перервалися, і колоністи вимерли; рештки останніх несуть ознаки хронічного недоїдання. А у 1450‑1850 рр. «мале оледеніння» покривало льодом канали в Голландії і навіть Темзу.