Диоксид углерода

Деятельность человека достигла уже такого уровня развития, при котором ее влияние на природу приобретает глобальный характер. Природные системы – атмосфера, суша, океан, – а также жизнь на планете в целом подвергаются этим воздействиям. Известно, что на протяжении последнего столетия увеличивалось содержание в атмосфере некоторых газовых составляющих, таких, как двуокись углерода, закись азота, метан и тропосферный озон.

Сжигание топлива, лесные и степные пожары – это основные причины увеличения содержания диоксида углерода в атмосфере. В то же время поглощение СО2 из атмосферы основными его потребителями (лесными растениями и фитопланктоном Мирового океана) сократилось за счет уменьшения площадей лесов, гибели фитопланктона. В результате этого поступление углерода в атмосферу стало превышать его потребление растениями. Ежегодный прирост СО2 в атмосфере составляет около 3,5 млрд. т.

Возрастание диоксида углерода в атмосфере усиливает парниковый эффект, так как СО2 успешно пропускает длинноволновые лучи солнечного света к поверхности Земли и задерживает коротковолновое излучение. Поэтому чем выше концентрация СО2 в атмосфере, тем меньше тепла рассеивает Земля, тем выше средняя температура у земной поверхности. Потеплению климата Земли способствует также поступление тепла в атмосферу за счет сжигания нефтепродуктов, угля, торфа, работы разнообразных двигателей. Повышение средних температур на земном шаре может существенно изменить ход природных процессов биосферы. Например, известно, что повышение средних температур приземного слоя воздуха в 1930-е годы на 0,4 °С сопровождалось сокращением площади льдов в Арктике на 10 %, жестокими засухами во многих странах, сдвигами границ ландшафтных зон до 200 км к северу.

В противоположном направлении на климат влияет запыленность атмосферы. Пылевые частицы, скапливаясь в верхних слоях атмосферы, отражают часть солнечных лучей и тем самым сокращают количество тепла, поступающего на Землю от Солнца. Ученые полагают, что, несмотря на увеличение концентрации СО2 в атмосфере в 1940-е годы, потепление сменилось похолоданием именно за счет увеличения запыленности воздуха.

Тщательные измерения содержания атмосферного СО2 были начаты в 1957 г. Киллингом в обсерватории Мауна-Лоа. Регулярные измерения содержания атмосферного СО2 проводятся также на ряде других станций. Из анализа наблюдений можно заключить, что годовой ход концентрации СО2 обусловлен в основном сезонными изменениями цикла фотосинтеза и деструкции растений на суше; на него также влияет, хотя и меньшей степени, годовой ход температуры поверхности океана, от которого зависит растворимость СО2 в морской воде. Третьим, и, вероятно, наименее важным фактором является годовой ход интенсивности фотосинтеза в океане. Среднее за каждый данный год содержание СО2 в атмосфере несколько выше в северном полушарии, поскольку источники антропогенного поступления СО2 расположены преимущественно в северном полушарии. Кроме того, наблюдаются небольшие межгодовые изменения содержания СО2, которые, вероятно, определяются особенностями общей циркуляции атмосферы. Из имеющихся данных по изменению концентрации СО2 в атмосфере основное значение имеют данные о наблюдаемом в течение последних 25 лет регулярном росте содержания атмосферного СО2. Более ранние измерения содержания атмосферного углекислого газа (начиная с середины прошлого века) были, как правило, недостаточно полны. Образцы воздуха отбирались без необходимой тщательности и не производилась оценка погрешности результатов. С помощью анализа состава пузырьков воздуха из ледниковых кернов стало возможным получить данные для периода с 1750 по 1960 год. Было также выявлено, что определенные путем анализа воздушных включений ледников значения концентраций атмосферного СО2 для 50-х годов хорошо согласуются с данными обсерватории Мауна-Лоа. Концентрация СО2 в течение 1750-1800 годов оказалась близкой к значению 280 млн, после чего она стала медленно расти и к 1984 году составляла 3431 млн.

В стационарном состоянии, существовавшем в доиндустриальное время, более 90% содержащегося на Земле изотопа 14С находилось в морской воде и донных отложениях (содержание 14С в последних составляет всего несколько процентов). Существовал примерный баланс между переносом 14С из атмосферы в океан и радиоактивным распадом внутри океана. Средний глобальный обмен СО2 между атмосферой и океаном можно определить путем измерения разности содержания 14С в углекислом газе атмосферы и растворенном СО2 в поверхностном слое океана. Данные наблюдений за уменьшением концентрации 14С в атмосфере и ее увеличением в поверхностных водах океана после проведения испытаний ядерного оружия дают еще одну возможность определить скорость газообмена. Третий способ оценки скорости газообмена между атмосферой и океаном заключается в измерении отклонения от состояния равновесия между 226Ra и 222Rn, обусловленного поступлением 222Rn из океана в атмосферу. Средняя скорость газообмена СО2 между атмосферой и океаном при концентрации СО2 в атмосфере 300 млн, полученная на основе этих трех способов, равна 185 моль/(мгод). Это означает, что среднее время пребывания СО2 в атмосфере равно 8,52 лет. Скорость газообмена на границе раздела между атмосферой и океаном зависит от состояния поверхности океана, от скорости ветра и волнения.

За последние десятилетия было создано большое количество моделей глобального углеродного цикла, рассматривать которые в данной работе не представляется целесообразным из-за того, что они в достаточной мере сложны и объемны. Рассмотрим лишь кратко основные их выводы. Различные сценарии, использованные для прогноза содержания СО2 в атмосфере в будущем, дали сходные результаты. Ниже приведена попытка подвести общий итог наших сегодняшних знаний и предположений, касающихся проблемы антропогенного изменения концентрации СО2 в атмосфере.

С 1860 по 1984 год в атмосферу поступило г С за счет сжигания ископаемого топлива, скорость выброса СО2 в настоящее время (по данным на 1984 год) равна г С/год.

В течение этого же периода времени поступление СО2 в атмосферу за вырубки лесов и изменения характера землепользования составило г С, интен-сивность этого поступления в настоящее время равна г С/год.

С середины прошлого века концентрация СО2 в атмосфере увеличилась от до млн в 1984 году.

Основные характеристики глобального углеродного цикла хорошо изучены. Стало возможным создание количественных моделей, которые могут быт положены в основу прогнозов роста концентрации СО2 в атмосфере при использовании определенных сценариев выброса.

Неопределенности прогнозов вероятных изменений концентрации СО2 в будущем, получаемых на основе сценариев выбросов, значительно меньше значительно меньше неопределенностей самих сценариев выбросов.

Если интенсивность выбросов СО2 в атмосферу в течение ближайших четырех десятилетий останется постоянной или будет возрастать очень медленно (не более 0,5% в год) и в более отдаленном будущем также будет расти очень медленно, то к концу XXI века концентрация атмосферного СО2 составит около 440 млн, т.е. не более, чем на 60% превысит доиндустриальный уровень.

Если интенсивность выбросов СО2 в течение ближайших четырех десятилетий будет возрастать в среднем на 1-2 % в год, т.е. также, как она возрастала с 1973 года до настоящего времени, а в более отдаленном будущем темпы ее роста замедлятся, то удвоение содержания СО2 в атмосфере по сравнению с доиндустриальным уровнем произойдет к концу XXI века.

Основные неопределенности прогнозов концентрации СО2 в атмосфере вызваны недостаточным знанием роли следующих факторов:

· скорости водообмена между поверхностными, промежуточными и глубинными слоями океана;

· чувствительности морской первичной продукции к изменениям содержания питательных веществ в поверхностных водах;

· захоронения органического вещества в осадках в прибрежных районах (и озерах);

· изменение щелочности, и, следовательно, буферного фактора морской воды, вызванных ростом содержания растворенного неорганического углерода;

· увеличения интенсивности фотосинтеза и роста биомассы и почвенного органического вещества в континентальных экосистемах за счет роста концентрации СО2 в атмосфере и возможного отложения питательных веществ, поступающих из антропогенных источников;

· увеличения скорости разложения органического вещества почв, особенно в процессе эксплуатации лесов;

· образования древесного угля в процессе горения биомассы.

Величина ожидаемого изменения средней глобальной температуры при удвоении концентрации СО2 приблизительно соответствует величине ее изменения при переходе от последнего ледникового периода к современному межледниковью. Более умеренное потребление ископаемого топлива в течение ближайших десятилетий могло бы продлить возможность его использования на более отдаленную перспективу. В этом случае концентрация СО2 в атмосфере не достигнет удвоенного значения по сравнению с доиндустриальным уровнем.

Проблема изменения климата в результате эмиссии парниковых газов должна рассматриваться как одна из самых важных современных проблем, связанных с долгосрочными воздействиями на окружающую среду, и рассматривать ее нужно в совокупности с другими проблемами, вызванными антропогенными воздействиями на природу.

В 1988 г. Генеральной Ассамблеей ООН была создана Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата (IРСС). В задачи этой группы входило оценить состояние проблемы и привлечь к ней внимание мировых лидеров.

Учеными был сделан однозначный вывод о том, что выбросы в атмосферу, вызванные человеческой деятельностью, приводят к существенному увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере. На основе расчетов с использованием компьютерных моделей было показано, что если сохранится нынешняя скорость поступления парниковых газов в атмосферу, то всего за 30 лет температура в среднем по Земному шару повысится, примерно, на 1°. Это необычно большое повышение температуры, если судить по палеоклиматическим данным.

Перед лицом глобальной опасности изменения климата в 1992 г. на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро странами-членами ООН была подписана рамочная Конвенция об изменении климата, которая ратифицирована Российской Федерацией 4 ноября 1994 г. В настоящее время Конвенция вступила в силу. Согласно статьям 4 и 12 Конвенции Российская Федерация обязана регулярно разрабатывать и представлять Конференции сторон Конвенции национальные программы и сообщения с подробным описанием политики и мер по регулированию антропогенных выбросов и стоков парниковых газов, а также мер по адаптации к изменениям климата.

Список литературы

1) Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. – М.: ЮНИТИ, 1998.

2) Гарин В.М. Экология для технических вузов. – Ростов на Дону, 2001.

3) Константинов В. М. Охрана природы. – М.: Издательский центр «Академия», 2000.