Международные разработки в решении проблемы изменения климата

2. Международные разработки в решении проблемы изменения климата

Ученые объединили снимки со спутников НАСА с коммерческими изображениями. Это позволит по-новому взглянуть на изменения, которые происходят с нашей планетой, в региональном масштабе и узнать стало ли это результатом человеческой деятельности.

Сотрудники исследовательского центра НАСА и их коллеги из университета Калифорнии проанализировали снимки за последние несколько лет, которые делались при помощи спектрального радиометра умеренного разрешения (оригинальное название Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer – MODIS). Данный прибор установлен на борту спутника «Терра». Полученные снимки были сопоставлены с коммерческими изображениями высокого разрешения в целях выявления изменений, которые произошли с растительными областями. Ученым удалось определить изменения земной коры, которые в большинстве случаев вызваны лесными пожарами или обширной вырубкой лесов.

«Это первая программа в своем роде. НАСА начинает использовать весь потенциал своих спутников, которые ежедневно делают снимки Земли. Совмещение полученных данных с подробными цветными коммерческими изображениями дает ощутимый результат» сказал Крис Поттер, ведущий автор нового исследования.

Использование MODIS для определения изменений на обширных областях земной поверхности совместно с коммерческими изображениями дают уникальную возможность увидеть изменения цвета земной поверхности и растительного мира отдельных регионов.

Население Калифорнии, по словам ученых, выросло на 75 процентов в период с 1970 до 2005 года. Это в результате привело к быстрой и обширной урбанизации и потере части естественной растительной поверхности земли. Урбанизированные регионы превратились в основные орошаемые сельхозугодия, мелкие фермы и дикие земли.

С 2001 по 2005 годы MODIS делал снимки над поверхностью, площадь которой более 5000 квадратных километров. На них четко видны постоянно уменьшающиеся зеленые районы Калифорнии. Исследуемая территория на 46 процентов состоит из лесов, 29 процентов покрыто кустарниками, а 7 процентов занимает травянистый покров. Полученные со спутника данные говорят о том, что больше всего сократились леса и кустарники. Ученые избрали эти сокращающиеся области в качестве объекта дальнейших исследований.

Благодаря коммерческим изображениям в высоком разрешении, ученые в состоянии более детально исследовать уменьшающийся растительный покров Земли. Анализ фотографий позволил узнать о пожарах на дикой территории и обширных вырубках леса вблизи городов Амадор, Мендокино, Батти и Палмэс.

Исследователи НАСА продолжат совместный анализ спутниковых и коммерческих изображений в поисках большего объема подробностей относительно изменений поверхности Земли.

 

3. Последствия изменения климата

Показано, что в настоящее время протекают процессы глобального природного потепления с одновременным подъемом уровня Мирового океана, увлажнением почв и подъемом грунтовых вод, учащением землетрясений и других стихийных бедствий, что негативно сказываться на экологическом состоянии обширных территорий и на жизнедеятельности больших групп населения нашей планеты. Анализируются причины изменения климата Земли и их вклад в современное глобальное потепление. Перечисляется ряд технологий, которые могут помочь в решении проблем, связанных с изменением климата Земли.

Неблагоприятным фактором для жизни Человечества является глобальное изменение климата Земли под действием различных периодических факторов.

Известно, что температура на земной поверхности формируется, в основном, за счет трех факторов: тепла из недр Земли, излучения Солнца и техногенной деятельности Человечества. Поскольку тепла из недр Земли приходит в 5000 раз меньше, а тепла от человеческой деятельности в 6000 раз меньше, чем от Солнца, то очевидно, что главным фактором, формирующим климат Земли, является солнечная радиация. При этом для изменения климата не обязательно должна меняться энергетика Солнца – достаточно измениться расстоянию между ним и нашей планетой даже на единицы процентов, и круто изменится (учитывая обратно квадратическую зависимость солнечной радиации от расстояния) климат Земли и жизнь ее обитателей.

Наиболее сильное влияние на климат Земли оказывает форма её орбиты. Оказывается, она то вытягивается, то снова округляется. А её эксцентриситет меняется от 0,001 до 0,0668 с периодом около 105 тысяч лет. В настоящее время он составляет 0,0167 и продолжает уменьшаться, поэтому в январе Земля приближается к Солнцу на 147 млн. км, а в июле удаляется от него на 152 млн. км, что приводит к изменению уровня солнечной радиации в течение года на 6,5%. При уменьшении эксцентриситета земной орбиты в ближайшие 25 тысяч лет уровень солнечной радиации в июле будет возрастать, и средняя температура планеты будет достаточно высокой. В дальнейшем эксцентриситет орбиты начнет увеличиваться и через 83 тысячи лет достигнет величины 0,0668, а разность между максимальным и минимальным расстояниями Земли от Солнца станет равной 19,7 млн. км. При этом уровень солнечной радиации уменьшится на 26%, что приведет к существенному похолоданию климата.

Заметное влияние на климат оказывает угол наклона оси вращения Земли относительно плоскости орбиты (этот угол является основным виновником существования сезонного изменения температуры в течение года). Сейчас он равен около 23⁰26' (меряется от перпендикуляра к плоскости орбиты Земли), но с периодом в 41000 (по некоторым данным – 40700) лет меняется от 21⁰55' до 24⁰18', т.е. на 2⁰23'. Последний раз максимальное значение было в 4493 г. до н.э., а сейчас этот угол уменьшается. Соответственно, уменьшается и разница между зимней и летней температурой в одной и той же местности. При этом ввиду эллиптичности земной орбиты также несколько меняется и интегральная температура северного и южного полушарий.

Если изменение эксцентриситета земной орбиты влияет на глобальную температуру планеты, то прецессия ее оси вносит дисбаланс в глобальное распределение тепла между северным и южным полушариям.

Из-за сплюснутости и неравномерного притяжения Земли Солнцем ее ось описывает конус с вышеуказанным углом и периодом 25920 лет, а северный полюс – незамкнутую окружность (рис. 1). Поскольку планета движется не по окружности, а по эллипсу, что само по себе уже заметно влияет на ее тепловой режим, и при этом полюсами то поворачивается, то отворачивается от центра Галактики с его дополнительным теплом, то с этим же периодом в Северном или со сдвигом в полпериода в Южном полушарии наступают глобальные то потепления, то похолодания с образованием ледников, что негативно сказывается на жизни народов.

Складываясь, все вышеперечисленные факторы могут изменять поступление солнечного тепла в Северном полушарии, где мы живем, на 30–32%, что в некоторые периоды приводило к значительному оледенению средних широт и опусканию тундры с севера на юг до центральных районов Африки.

Наши далекие предки знали о прецессии оси Земли. Поскольку небо по древнему называлось Сваргой, то круг на небе, который описывается осью Земли за 25920 лет (см. рис. 1) и период времени, за который он описывается, они называли Сварожьим Кругом. Деленный на 180⁰ он давал Круг Жизни в 144 года, который был основой древнего календаря.

По причине прецессии Земной оси поступление тепла от Солнца в средних широтах, по оценке автора, может меняться на 6,5%, что соответствует изменению температуры на 20⁰С. Так, например, если в некоторой местности среднегодовая температура в теплый полупериод, называемый Сварожьим Днем, составляет +18⁰С, то через 13 тыс. лет в Сварожью Ночь (называемую в Индии – Кали Югой) она будет равняться уже только –2⁰С (рис. 2). И действительно, археологические исследования подтверждают, что в центральной Европе в древности ледники опускались с севера на юг до широты в 47⁰, а, с другой стороны, на островах Северного ледовитого океана и в Антарктиде найдены останки тропических растений, указывающие на периодическую смену климата Земли в широких пределах.

В соответствии с рис. 2. сейчас заканчивается Сварожья Ночь (точка перегиба синусоиды приходится на 2012 г.) и идет самое интенсивное изменение климата Земли в сторону потепления – в том числе и за счет постепенного поворота Северного полюса в сторону центра Галактики под лучи миллиардов звезд (на рис. 1 центр Галактики находится сверху).

За последние несколько сот лет площадь сплошных полярных льдов в Арктике уменьшилась на треть и по прогнозу ученых совсем исчезнет к 2070 г. (летом можно будет спокойно плавать на Северный полюс на экскурсии). За последние 100 лет средняя температура Земли возросла на 0,8 °С. От потепления в Альпах и на Кавказе ледники уменьшились в объеме в два раза, а на горе Килиманджаро в Северной Африке – на 73%.

Современное потепление климата в Северном полушарии можно проиллюстрировать на примере уменьшения площади льдов Гренландии. Спутниковые снимки (рис. 3), отслеживающие процесс таяния льдов на этом острове, красноречиво свидетельствуют о том, что граница между льдом и сушей уходит вглубь. В прошлом это происходило со скоростью примерно 1 метр в год, сейчас – 10 метров в год. Арктический морской лед за последние 30 лет тоже значительно сдал. Поэтому ледяные поля под действием своей тяжести стали трескаться, что вызывает землетрясения северных территорий силой до 5 баллов.

В это же время в Антарктиде идет интенсивное увеличение объема льдов на 1220 км³ в год. Но с середины XiX века инструментальными метеорологическими наблюдениями в арктических зонах Европы, Азии и Северной Америки обнаружено хорошо выраженное климатическое потепление на 2,4 °С. В последующие 100 лет, например, в Сибири ожидается повышение средней температуры до 7 градусов. Поэтому таяние льдов в Арктике идет быстрее, уровень Мирового океана за последние 100 лет поднялся на 10 см, а его среднегодовой подъем удвоился и достиг 2 мм в год, т.е. сейчас идет фактически медленный всемирный потоп, который повышает влажность воздуха, почв и уровень грунтовых вод, что неблагоприятно сказывается на состоянии зданий и сооружений, плодородии почв и площади обрабатываемых земель. Уже сейчас 30–40% территории Украины являются проблемными: заболоченными, подтопленными или с оползнями и другими неприятностями.

Через тысячу лет в Северном полушарии таять и испаряться будет нечему, а в Южном – процессы льдообразования будут продолжаться. Поэтому уровень Мирового океана начнет уменьшаться, а климат – становиться жарким и засушливым. Из-за этих особенностей уровень Мирового океана «гуляет» с удвоенной частотой, т.е. с периодом в 12960 лет, и с амплитудой в 150 м (он уже бывал ниже на 200 м и выше на 100 м от современного уровня – см. рис. 2). При таких темпах в ближайшие 100 лет он поднимется на 40–80 см, а через 1000 лет – на все 100 м. Очевидно, что значительная часть прибрежных территорий всех материков с расположенными на них городами, инфраструктурой и плодородной почвой уйдут под воду. Население же этих территорий – живущее, как правило, с большой плотностью – вынуждено будет переселяться в другие места, создавая новые проблемы коренным жителям этих мест.

Так, например, с 1950 по 1975 г. Китай терял в среднем по 1,5 тыс. кв. км. К настоящему времени этот показатель возрос до 3 тыс. кв. км. Почти 1,5 тыс. населенных пунктов Китая исчезают ежегодно под водой.

Рост уровня мирового океана всего на 1 м приведет к затоплению обширных участков прибрежной зоны, включая районы интенсивного рисоводства в Индии, Таиланде, Вьетнаме, Индонезии и Китае. Сотни городов будут частично затоплены, в том числе Лондон, Александрия, Бангкок. Более трети Шанхая, города с населением 15 млн. человек, окажется под водой. Рост уровня океана на 1 м в сочетании с сильными штормами приведет к затоплению морской водой, например, части Нижнего Манхэттена.

А если уровень Мирового океана поднимется на 100 м (примерно через 1000 лет), то под воду полностью или частично уйдут территории целых стран: 100% Гвинеи Биссау и Бангладеш, 98% Нидерландов и Дании, 95% Эстонии, 90% Сенегала, 80% Камбоджи, 70% Великобритании, 65% Латвии, 60% Бельгии и Литвы, 50% Ирака, 45% Германии, 40% Кубы и Бразилии, 30% Венгрии и Польши, 25% Финляндии, 20% России, Украины, Румынии и Италии, 15% Индии, Австралии, Молдовы и Франции, 10% Китая, 8% США, 5% Канады и 3% Японии.

Есть еще один важный фактор – это изменение зоны тропического климата. Субтропические высотные воздушные реки медленно, но уверенно меняют свои «русла» в направлении полюсов. Фактически это приводит к расширению зоны тропического климата. Если такая тенденция продолжится, то некоторые из самых засушливых мест Земли (Сахара в Африке и полупустыни юго-запада США) распространятся на север – на плодородные области Европы и северной части Америки. Воздушные потоки верхней тропосферы охватывают весь земной шар и задают тон погоде, формируя картину осадков и распределение полей температуры. Американские учёные проанализировали спутниковые данные за последние 27 лет и пришли к выводу, что субтропические высотные потоки сместились на 1 градус широты (или на 112 километров) в направлении от экватора к полюсам. При этом исследователи отмечают, что за эти годы слои субтропической тропосферы, где варится основная кухня погоды, (от поверхности Земли до высоты 12 км) нагрелись быстрее, чем верхняя ее часть.

Если сегодня на нашей планете имеется всего 3% экстремально засушливых территорий, то со временем в Северном полушарии их станет еще больше, увеличиваясь к 3000 г. до 20–30%. Если не предпринимать никаких мер, то появится много новых проблем.

Глобальное потепление климата непременно должно отразиться и на динамике воспроизводства плодородия почв, особенно черноземов средней полосы. Как было показано в работе [2], стабильность этих почв обеспечивается гармоническим характером сезонных изменений гидротермических условий, близким к идеальной синусоиде. При этом взаимные переходы «фульвокислоты (ФК) → гумусовые кислоты (ГК)» и обратно образуют аттрактор на плоскости Лоттки-Волтерры в виде квадратичной гиперболы, симметричной относительно точки равновесия, т.е. распад макромолекул ГК на элементарные циклические комплексы ФК в период максимальных возмущений гидротермических условий весной и осенью целиком компенсировался адекватной обратной реакцией синтеза ГК жарким летом и морозной зимой. Именно такой гармонический характер сезонных изменений и обеспечил образование черноземных почв в окрестности 45 градусов широты как в Северном, так и в Южном полушарии.

Изменение климата сдвигает положение аттрактора относительно точки равновесия в сторону процесса распада ГК, который уже не компенсируется обратным синтезом и ведет к деградации черноземов. А поскольку глобальное потепление никакой международной конвенцией не остановить, то надо быть готовым к принятию адекватных мер по сохранению и приумножению потенциала плодородия почв.

Казалось бы, общее потепление климата просто сдвинет зону черноземных почв далее на север, но это лишь идеализированные надежды. А все потому, что гармоника сезонных изменений – лишь необходимое, но далеко не достаточное условие – на песке сам собой чернозем не образуется, а равно и на болоте, тут нужен и соответствующий набор элементов, и условия увлажнения, и многое другое. Так что человечеству придется раскошеливаться для того, чтобы было с чего кормиться.

В условиях резко переходного периода природных изменений группа ученых из разных стран формирует программу «Ковчег» и обращение к мировому сообществу с целью объединения усилий по решению межнациональных, этнических и религиозных проблем (связанных с беженцами), проблем подтопления и опустынивания земель (связанных с глобальным изменением климата), проблем чрезвычайных ситуаций (связанных с усилением активности землетрясений, вулканов и цунами), проблем эпидемий и экологических бедствий (являющихся спутниками всех остальных факторов).

Ученые считают, что жителям, правительствам и различным организациям (ООН, ЕС) средних широт пора объединиться и решать проблемы последствий изменения климата (в частности, наступления пустынь) там, где они появились, а не в Европе, США или Канаде, где уже теперь есть проблемы с беженцами и нелегалами и куда в ближайшие десятилетия может хлынуть многократно возросший поток переселенцев с юга. Такое решение проблем может обойтись сейчас в десятки, если не в сотни раз дешевле, чем их решение позже у себя дома, включая межнациональные, межэтнические, религиозные и другие распри с нежданными гостями.

Принципиально Человечество уже имеет технологии, позволяющие приспосабливаться к суровым условиям жизни крайнего севера или жарких тропиков. К этому добавляется ряд технических и технологических решений российских и украинских ученых.

Так, российскими учеными и инженерами разработана архитектурно-строительная система «Элевит», в которой за счет оригинальных материалов и конструкций получаются жилые здания в 10–15 раз легче обычных, что обеспечивает их всплытие при наводнениях, а повышенная жесткость не позволяет складываться при землетрясениях. Специальная же теплоизоляция защищает людей внутри них как от холода, так и от жары. Именно эти здания наиболее пригодны для строительства в проблемных регионах.

С другой стороны, киевским академиком Б.В. Болотовым предложена новая технология конденсирования воды из воздуха без затрат внешней энергии (1 г специального вещества конденсирует 1 л воды в сутки) и принципиально новые и экологически безопасные источники энергии. Им же разработана и эффективная система лечения больных на основе самых доступных материалов и средств (этот автор на сегодня является самым читаемым в России из живущих людей).

Не менее интересно и то, что харьковским ученым В.И. Ионенко разработана технология получения криптогумина – полного аналога природного гумуса, основного носителя и хранителя плодородия почвы. Особенностью этой технологии, не имеющей пока аналогов в мире, является получение органического вещества из биоразлагаемых отходов (навоза, бытовых органических отходов, опавшей листвы, соломы, птичьего помета) в течение 20…30 минут в отличие от месяцев в технологиях с использованием микробиологических процессов, т.е. технология является интенсивной, индустриальной. Таким образом, используя эту технологию, мы можем, как говорится, «убивать двух зайцев»: решать экологическую проблему с утилизацией мусора и снабжать засушливые районы искусственным гумусом для поддержания или восстановления плодородия почв.

Уже только вышеперечисленные примеры научно-технических разработок способны решить ряд проблем в условиях наступления пустынь. Было бы желание и финансирование заинтересованных лиц и организаций.

Можно перечислить и иные российские и украинские разработки, уже положительно зарекомендовавшие себя на практике и пригодные для участия в программе «Ковчег». Это:

1.         Приборы и технологии геополяритонного (пассивного) зондирования Земли (до глубины 30–50 км, в т.ч. на самолетах и на орбитальных станциях для мониторинга Земли из космоса).

2.         Георадары и технологии подповерхностного активного зондирования Земли (до глубины 30–500 м).

3.         Технологии снижения трения, получения новых материалов и сверхтвердых покрытий, способных обеспечить работу машин и механизмов в условиях пустыни и т.п.

4.         Технологии вероятностной оценки (прогнозирования) рисков катастрофических масштабов.

 

4. Киотский протокол и Россия

Федеральный закон «О ратификации Киотского протокола к Рамочной конвенции Организации Объединённых Наций об изменении климата» был принят Госдумой РФ 22 октября 2004 года и одобрен Советом Федерации 27 октября 2004. Президент РФ Владимир Путин подписал его 4 ноября 2004 года (под №128-фз). Протокол вступил в силу 16 февраля 2005 года, через 90 дней после официальной передачи документа о ратификации его Россией в Секретариат РКИК 18 ноября 2004 (для вступления его в силу была необходима ратификация государствами, на долю которых приходилось бы не менее 55% выбросов парниковых газов). Первый период осуществления протокола начался 1 января 2008 года и завершится 31 декабря 2012.

В течение первого года действия Киотского протокола, 2005, его механизм на территории России так и не начал действовать – создание национальной биржи по торговле квотами на выбросы парниковых газов фактически было приостановлено на неопределённый срок, отсутствовали и проекты совместного осуществления по замене оборудования российских предприятий на более эффективное и экологически чистое. Причина состояла в отсутствии документов, необходимых для создания национального реестра выбросов парниковых газов.

В марте 2006 года на заседании Правительства Российской Федерации был рассмотрен вопрос о реализации положений Киотского протокола. Министерству экономического развития и торговли вместе с другими федеральными органами власти было поручено в течение двух месяцев подготовить концепцию проекта законодательного акта, регулирующего вопросы реализации в Российской Федерации Киотского протокола. Кроме того, в течение одного месяца должен быть подготовлен документ, регулирующий применение статьи 6 Киотского протокола, согласно которой Россия может привлекать инвестиции в проекты совместного осуществления.

К началу 2008 года в России были готовы процедуры работы по Киотскому протоколу, на официальном сайте РКИК ООН были представлены порядка 50 проектов совместного осуществления из России. В России работают международные компании, такие как консультанты CAMCO и Global-Carbon, орган по проведению независимой экспертизы проектов по сокращению выбросов (детерминации) SGS, а также один из крупнейших покупателей квот шведский концерн Tricorona Ab (Трикорона ОАО).

Изменения, обещаемые климатом, можно считать катастрофическими. Достаточно сопоставить вероятность прогноза с той опасностью, которую он несет. Если ничего не делать, катастрофа наступит уже в конце столетия, когда температура повысится на плюс 4,5 градуса по Цельсию (привожу «среднюю» величину, есть цифры выше и есть – ниже). При изменении температуры на 4,5 градуса на Земле может произойти резкое, «обвальное» сокращение биоразнообразия (имеются в виду все живые организмы, от высших – до низших). Уже сегодня скорость сокращения биоразнообразия (из-за уничтожения экосистем и загрязнения окружающей среды) раз в 500 выше, чем была в любые древние эпохи, реконструированные палеонтологией.

Трансформации, которые начнут происходить в биоте под влиянием изменяющегося климата, только усугубят процесс радикального изменения условий жизни человека. Станет крайне рискованным сельское хозяйство: сократятся площади пахотных земель, упадет урожайность. Чтобы преодолевать эти процессы, придется тратить колоссальные средства на агротехнику и агрохимию. Однако такие усилия не компенсируют удара: ситуация будет меняться быстрее, чем человек сможет к ней приспособиться.

Все это приведет к колоссальным социальным потрясениям. Из-за водного голода, многие страны окажутся неспособными прокормить себя. Это вызовет миграцию. Миграционные потоки обещают достичь миллиарда человек. Россия тоже, вполне возможно, – прежде других, будет рассматриваться как страна, куда целесообразно переселиться: воды – много, земли – много.

Хронический водный кризис – не за горами, его начала можно ждать уже в 30-е годы нашего века. Если же к концу столетия миграции приобретут массовый характер, трудно прогнозировать, что будет с социальными системами. Пустить к себе всех переселенцев развитые страны не захотят, ибо это означает, что придется расстаться со своей развитостью, с привычным уровнем жизни.

Но «не пускать» – означает применять недемократические методы защиты своих территорий, и может быть, даже самые крайние. Мир будет раздираться между альтернативами, что приведет к серьезной политической нестабильности. В условиях нарастающей катастрофы и перманентного кризиса биологический кризис подавит духовное начало, и тогда вообще встанет вопрос о том, можно ли сохранить демократические ценности, а то и человеческий облик вообще. Вот что могут принести изменения климата!

С другой позиции Киотский протокол критикуют за то, что он слишком мало дает – только 5% сокращений антропогенных выбросов. Бывший премьер-министр Великобритании Тони Блэр был недоволен именно тем, что обозначенные цели – недостаточные и подчеркивал, что нужен более серьезный шаг. Но это было бы нереалистично: даже скромные задачи, поставленные Киотским протоколом, не обеспечили ему ратификацию со стороны США и Австралии. А если бы обязательства были еще жестче, то у такого документа просто не было бы никаких шансов.

Когда Киотский протокол разрабатывался, никто из его авторов и не намеревался создать кардинальный инструмент для достижения (всего за 5–10 лет) существенного снижения концентрации парниковых газов в атмосфере. На предложенный проект смотрели, прежде всего, как на первый шаг в длительном процессе взаимодействия стран по решению климатической проблемы, как на инструмент, который позволит отрабатывать механизмы сотрудничества на этом направлении.

Кроме тех механизмов, которые определены сейчас (торговля квотами на парниковые газы, проекты совместного осуществления, механизм чистого развития), возможны и другие, и уже поступают новые предложения. После первого бюджетного периода (он закончится в 2012 году) киотская идея должна получить новое продолжение – в другом формате, с новыми обязательствами.

Согласен, что физически Киотский протокол дает немного (сокращение выбросов на 5%), но политически, институционально этот проект очень значим. Вот пример: если ничего не делать, то к 2012 году (по сравнению с 1990 годом) концентрация парниковых газов должна возрасти на 18 ppm (частиц парниковых газов на 1 млн. частиц воздуха). Если же реализовать киотские меры, то – на 16 ppm.

С экономической точки зрения это не так уж и плохо. Реальный счет идет на градусы и на доли градусов. Если бы удалось «сэкономить», сдержать потепление на 2 градуса за столетие, это было бы колоссальным успехом (сравним: 37 градусов температура человеческого тела или – 39: разница есть!). А если говорить о биоте, то для нее даже самое малое изменение параметров может оказаться существенным, так что поступательное решение киотской задачи может спасти много живого на Земле.