Константин СЫТНИК, председатель Украинского ботанического общества, академик НАНУ
Валентин БАГНЮК, член Национального географического общества США, кандидат биологических наук
Количество катастрофических природных аномалий за последние 50 лет возросло, по крайней мере, в четыре раза. Обычно население планеты рассчитывается за них многочисленными человеческими жертвами и огромными материальными потерями. Если в 2003 году от природно-техногенных катастроф пострадало около 600 млн., то в 2004 г. — до 1 млрд. человек. Следовательно, как видим, проблемы климата имеют судьбоносное значение для цивилизации. Они ставят на повестку дня проблему адаптации всего живого к изменениям климата и требуют коррекции жизнедеятельности человечества.
Попытаемся бегло охарактеризовать факторы, формирующие климат на Земле. На рисунке, позаимствованном нами из Национального географического журнала США, показано, что глобальный климат Земли формируется климатической системой (КС), в состав которой входят атмосфера, литосфера, гидросфера, криосфера и биота (все виды органической жизни). Учитывая тот факт, что масса гидросферы в 275, теплоемкость — в 4, а теплопроводность — в 20 раз больше, чем аналогичные параметры атмосферы, Мировой океан служит основным аккумулятором тепла. Зато атмосфера значительно динамичнее. Отсюда и разница в периодах теплового отклика на изменение внешних условий: в нижней атмосфере — примерно один месяц, при взаимодействии верхних слоев океана и воздушного бассейна — несколько месяцев, а то и лет. Что касается времени полного теплообмена глубинных слоев океана с атмосферой, то оно составляет не менее нескольких веков.
Литосфера относится к самым консервативным элементам КС, но, в связи с тем, что именно ее мы больше всего преобразуем в процессе хозяйственной деятельности, от измененной литосферы (техносферы) существенным образом зависит характер глобального и регионального климата.
Как элемент литосферы, горные экосистемы мира, в зависимости от своей протяженности и высоты, тоже причастны к формированию климата, особенно в регионах, где они размещаются. Так, например, Карпаты в значительной степени обуславливают климат в Западной Украине. Горы формируют тут специфическую динамику воздушных масс и фронтов. Благодаря им в Закарпатье ослабляется действие Сибирского центра и, наоборот, усиливается влияние Азорского. Кроме того, горные хребты защищают Закарпатье от проникновения холодных арктических воздушных масс. Особенностью этой местности является и то, что летом здесь преобладает внутренняя горно-долинная циркуляция воздуха, а над горами формируются условия, часто провоцирующие интенсивные дожди, ураганы, паводки или сели. Интенсивные дожди время от времени провоцируют опасные гидрологические явления на речках Закарпатья (Тиса, Латорица, Лимница, Уж) в ноябре, декабре, январе и реках Прут и Серет — в июне.
При формировании климата Земли уникальная роль принадлежит криосфере как неотъемлемой части гидросферы. Криосфера включает многовековые континентальные льды, горные ледники, снеговой покров и морской лед, находящиеся в постоянном взаимодействии с жидкой фазой и паром, служит своеобразным глобальным термостатом. Как свидетельствует геологическая история Земли, периоды таяния вечных льдов и снегов — или, наоборот, чрезмерного замерзания воды — были судьбоносными для биосферы и приводили либо к мировым потопам, либо к снижению уровня Мирового океана. Так, во время последнего обледенения (25—12 тыс. лет назад) его уровень был на 80 м ниже, чем сейчас.
В соответствии с теорией катастроф, на климат Земли и ее биоту на протяжении истории существования биосферы неоднократно влияли космические и геологические события: столкновения планеты с астероидами или кометами, метеоритная бомбардировка, изменения солнечной прецессии, оси вращения и магнитных полюсов, радиационные процессы, вулканизм, землетрясения и т.д. Известно, что вследствие падения на Землю крупного астероида 251,4 млн. лет тому назад погибло до 70% наземных животных и 90% — морских. Их вымирание объясняют внезапным разогревом планеты, вызванным испарением огромного количества воды в атмосферу и парниковым эффектом (гипотеза пароводяного купола). Считают, что подобный механизм глобального потепления в истории Земли срабатывал неоднократно.
На формирование теплового баланса Земли существенно влияет биота, в частности ее фотосинтетический блок, который вместе с автотрофными организмами является единственным источником пополнения биосферы первичными органическими веществами.
Наземные растения ежесуточно перерабатывают 1017 ккал космической световой энергии, совокупно с водными изымая из атмосферы более 150 млрд. тонн в год углерода в форме СО2. Большинство экспериментальных работ показывают, что при условии повышения концентрации СО2 в воздухе увеличивается урожайность зерновых, овощных и других культур. И только дефицит других биогенных элементов может нивелировать этот эффект.
За период от 1750 до 200 млн. лет тому назад состоялось не менее четырех обледенений, каждое из которых продолжалось примерно 4—30 млн. лет. Ледники тогда достигали уровня океана даже на континентах, размещенных вблизи экватора. Сейчас трудно достоверно сказать о причинах этих обледенений, а вот последующее потепление и таяние мощных льдов, покрывавших планету почти двухкилометровым слоем, объясняют процессами вулканизма. Сначала масштабные выбросы пыли и сернистого газа вызывают затенение атмосферы и резкое похолодание. После самоочищения атмосферы от дисперсных частиц и серной кислоты срабатывают парниковые газы.
По данным некоторых ученых, нынешнее таяние льдов Исландии, вызванное техногенными выбросами парниковых газов, разбудит спящие вулканы: вследствие резкого уменьшения массы льда на поверхности Земли она будет испытывать все большее давление со стороны горячих слоев мантии. Появилось и образное высказывание: «Грохот вулканов сопровождает отступление ледников».
Реконструкция климата с помощью анализа параметров ископаемой листвы растений доказывает, что 65—55 млн. лет назад климат Земли был преимущественно парниковым. Даже в районе Чукотки и Аляски росли широколиственные породы деревьев, гинкговые и некоторые виды пальм. Но на границе мела и палеогена произошло массовое вымирание водных и наземных животных (так называемой мезозойской фауны), точная причина которого не выяснена до сих пор.
По данным измерений соотношения изотопов в планктоне, законсервированном в вечных льдах, установлено, что в последние 500 тыс. лет ледниковые и межледниковые периоды чередовались каждые 100 тыс. лет. Как известно, сербский математик М.Миланкович в 30-х годах прошлого века по природным колебаниям положения оси Земли относительно Солнца описал три основных цикла продолжительностью 23 тыс., 41 тыс. и 100 тыс. лет, во время которых разница между потоками солнечной энергии в ближайшей к Солнцу (перигелий) и самой отдаленной (афелий) точках орбиты Земли составляет от 7 до 26%.
С отступлением последнего ледника (примерно 14 тыс. лет назад) природа Восточной Европы начинает постепенно меняться. Температура летнего сезона тогда была на 4—50 °С, а зимнего — на 8—100 °С ниже современных показателей. Палинологические исследования геологических разрезов, в частности выполненные специалистами нашего института, свидетельствуют, что в начале голоцена климат на территории современной Украины был ближе к северно-таежному, то есть холодным и континентальным. Ландшафты Полесья и Лесостепи тогда были примерно следующими: широкие долины рек занимали луга, заросли кустарника и отдельные группы деревьев. Тут водились степные виды животных, «уживавшиеся» с типично тундровыми видами (лошадь, бизон, северный олень, песец) и лесными (медведь, росомаха и др.). По огромным просторам Восточно-Европейской равнины бродили стада мамонтов.
С развитием потепления климатические условия Украины приобрели следующую динамику: 110 000—10 300 лет назад среднегодовая температура была ниже современной уже на 30 °С, января — на 40 °С, июля — на 20 °С, а среднегодовое количество осадков — выше на 50 мм, что способствовало развитию растительности. Основными лесообразующими породами в лесной зоне Украины были верба, ольха, сосна и береза, в понизовье Днепра — дуб, вяз, сосна, береза, ольха, верба и осина. К лесной растительности относились также ель, бузина, калина, крушина и др. Со временем под влиянием деятельности человека площади лесных массивов начали уменьшаться, а природный растительный покров — меняться. Факт увеличения пыльцы сосны некоторые специалисты связывают с искусственными насаждениями сосны, к которым местное население прибегало с целью закрепления приднепровских песков. Это ли не пример мудрости наших предков?
Интересна информация о характере климата Юга пра-Украины в относительно недавнее время (6—3 вв. до н.э.) приводится отечественными археологами. Так, на основе исследований раскопок поселений Лысая гора, Первомаевка, Чернеча и Камянское городище они сделали вывод, что в указанный период сформировался климат, благоприятный для полеводства в степях Украины и Нижнего Днепра. Скифы начали выращивать просо обычное, ячмень, несколько видов пшеницы и рожь для того, чтобы компенсировать нехватку кормов для многочисленных отар и табунов.
Что касается рыбных богатств Днепра того времени — известно, что Геродот с восторгом писал о несметном количестве замечательной рыбы, ловившейся в этой реке: «огромные бескостные рыбы (осетровые) заготовлялись для засола». С не меньшим пиететом об этом сообщал и Плиний: «В Борисфене водятся сомы чрезвычайной величины с очень вкусным мясом».
При исследовании парниковых газов и аэрозолей выясняется, что не все они способствуют разогреванию планеты. Некоторые из них, например облако из капелек серной кислоты или из дисперсных аэрозолей, могут вызывать обратный процесс — затенение и похолодание. На этом основании некоторые ученые считают, что эффект затенения в определенной степени будет компенсировать глобальное потепление. В какой степени указанные процессы повлияют на климат Земли, сказать трудно за неимением данных. Можно лишь предположить: в связи с тем, что проблема очищения дымовых выбросов решается и легче, и дешевле (это уже с успехом делается в энергетике и металлургии), соотношение аэрозолей и парниковых газов будет расти в пользу последних.
Большинство экспертов прогнозируют, что в ХХI в. концентрация углекислого газа в воздухе достигнет 1800—2000 мкл/дм3. Причиной этого являются тепловая энергетика, промышленность, сельское хозяйство и коммунальная отрасль, увеличивающие эмиссию парниковых газов. Считаем, к этим факторам нужно добавить и постоянно усиливающееся техногенное тепловое загрязнение атмосферы.
В связи с тем, что ТЭС принадлежат к крупнейшим загрязнителям атмосферы, адепты атомной энергетики убеждены: АЭС — самая удачная альтернатива им. Они всячески культивируют миф о том, что расширение сети АЭС и наращивание их мощностей в мире решит проблему глобального потепления, поскольку эти станции практически не выбрасывают двуокись углерода. Всячески муссируя тему потепления, атомщики проводят пропагандистские и рекламные акции с целью расширения строительства новых реакторов и модернизации имеющихся АЭС.
Утверждение атомщиков о незаменимости АЭС — от лукавого. Ведь известно, что функционирование атомных реакторов сопровождается выбросом в окружающую атмосферу больших объемов тепла и водного пара, являющихся мощным фактором парникового эффекта.
Становится очевидно: если все прямые и косвенные затраты, экономические и социально-экологические убытки, связанные с атомной энергетикой, наложить на себестоимость ее энергии, то, бесспорно, лопнет, как мыльный пузырь, миф о ее дешевизне.
Придя к этому неутешительному выводу, мы должны успокоить и себя, и общественность. Видимо, энергетическую проблему человечеству нужно решать путем постепенного замещения опасных источников энергии возобновляемыми экологически чистыми видами энергии (солнечная, ветровая, водородная, гео-, гидро-, энергия морских волн, течений, приливов и отливов, фитомассы и т.п.). К тому же современной наукой уже наработаны новые перспективные фундаментальные знания в области космической и геоэнергии и т.п., освоение которых может полностью обеспечить человечество экологически безопасной энергией.
Очевидно, международное сообщество должно активнее внедрять основы постоянного развития, провозглашенные в Рио-де-Жанейро и Йоханнесбурге. Считаем, что научно-техническая база для этого в основном уже создана.
Что касается борьбы с эмиссией парниковых газов, то, по нашему мнению, перспективу будут иметь средства связывания углекислоты или закачивания ее в шахтные выработки и природные подземные пустоты.
Как биологи не можем не видеть, что в арсенале методов борьбы с глобальным потеплением главное место должно принадлежать восстановлению природных экосистем: лесных насаждений, болот, лугов, морских и пресноводных водоемов, сокращению пахотных площадей, усовершенствованию биологических агротехнологий, поиску и селекции высокоурожайных сортов сельскохозяйственных и технических культур, отличающихся высокими коэффициентами усвоения солнечной энергии и углекислоты. Современная научная мысль бьется над разработкой новейших агротехнологий, направленных на пополнение почв гуминовыми соединениями. Это не только решит проблему повышения плодородия почв, но и будет способствовать надежному депонированию в них излишка углерода. Напомним: с начала антропогенного периода пул гуминовых веществ в почвах уменьшился на 500 Гт и составляет ныне, по усредненным данным, 1700 Гт углерода.
Бесспорно, немалым резервом утилизации излишка углекислоты в атмосфере являются леса, особенно Северного полушария планеты (Евразия и Канада), где аккумулирована в виде фитомассы большая часть углерода биосферы. Следовательно, расширяя площади лесных насаждений, мы депонируем все большее количество углерода в виде деловой древесины, облетевших листьев, гумуса и т.д. Вместе с тем лес выполняет и другие бесценные биосферные функции: регуляция микро- и макроклимата, гидротермического режима, утилизация загрязнений, пополнение атмосферы кислородом и обеспечение условий для развития многих видов флоры и фауны.
Среди специалистов наблюдается неоднозначное отношение к моделированию климата с целью прогноза его изменений. Например, Т.Ойзерман считает это дело напрасной затеей, не стоящей усилий и средств — поведение биосферы как сверхсложной открытой системы не поддается прогнозированию.
На основе обобщения информации, касающейся глобального потепления, моделирования климата и прогнозов его изменения в будущем, в зависимости от регионов планеты можно ожидать:
1. Учащения засух в засушливых (аридных) зонах и увеличения площадей пустынь и полупустынь. Во влажных (гумидных) широтах, наоборот, будут возрастать объемы атмосферных осадков и влажность воздуха.
2. Снижения производительности аграрного сектора и уменьшения уровня обеспеченности продовольствием населения, прежде всего в зонах аридного климата. В гумидных зонах возможны учащение наводнений, затопление почв и вымокание урожаев.
3. Обострения дефицита водных ресурсов, особенно в бассейне Средиземного моря, в Средней Азии, Центральной Америке, Африке, Китае и др.
4. Ухудшения санитарно-гигиенических условий проживания населения, распространения инфекционных и инвазийных болезней среди людей, животных и птиц.
5. Усиления миграции населения из регионов экологического бедствия.
6. Роста потерь видового разнообразия живого в связи с сокращением ареалов существования видов.
Анализ результатов прогноза климатических изменений в Украине, опубликованных учеными НАНУ, УААН, Гидрометкомитета Украины, Киевского национального университета им. Т.Шевченко и др., дает основания к таким выводам: удвоение содержания углекислого газа в атмосфере вызовет:
— повышение средней температуры во все сезоны года, по одним сценариям — наиболее существенно зимой, по другим — весной;
— увеличение количества атмосферных осадков на 20%;
— повышение уровня Черного и Азовского морей, активизацию явлений подтопления территорий, абразии берегов, морей и водохранилищ;
— перемещение в умеренные и северные зоны субтропических циклонов, которые будут способствовать опустыниванию юга Украины;
— снижение урожайности культур, по одним сценариям, и повышение — по другим;
— необратимую деградацию степей Причерноморья, Приазовья и степной части Крыма;
— на всей территории Украины предполагается снижение продуктивности леса, в частности вследствие распространения эпифитотий и вредителей.
Мы сознательно акцентируем внимание на двух крайних сценариях изменения климата: аридизации и гумидификации, сознавая, что возможен более широкий спектр изменений, но, пожалуй, за счет промежуточных вариантов.
В целом, положительно оценивая прогнозы отечественных специалистов, стоит заметить, что кто-то понимает глобальное потепление слишком прямолинейно. Ведь повышение среднегодовой температуры на 1° и даже на 3°С не означает исчезновения похолоданий и заморозков в Южном регионе, как и не исключает возникновения спорадичных засух в степной и лесостепной зонах. Кроме того, учитывая акватории Черного и Азовского морей и большие площади водного зеркала, созданные при зарегулировании стока крупных, средних и малых рек Украины, прогнозируемое 20-процентное увеличение атмосферных осадков на самом деле может оказаться значительно более существенным.
С целью минимизации отрицательных последствий парникового эффекта в мире международным сообществом рекомендуются следующие меры:
1. Сокращение объемов загрязнения атмосферы, почв и вод на первом этапе (до 2010 г.) — в 2, на втором (до 2050 г.) — в 5 раз.
2. Восстановление природной биоты на 2/3 территории Земли. Расширение площадей лесных насаждений и заповедных ландшафтов до 2025 г. — в 2 раза, а до 2050 г. — в 5 раз.
3. Стабилизация численности населения на уровне 7— 7,5 млрд. человек.
4. Сокращение площадей пашни с одновременным повышением урожайности сельскохозяйственных культур за счет внедрения высокоэффективных сортов, пород животных, современных технологий.
5. Замена устаревших энергетических и промышленных технологий наукоемкими, ресурсосберегающими и экологически чистыми. Внедрение средств энергосбережения и энергонакопления.
6. Создание сортов и гибридов культур, способных давать высокие и качественные урожаи при экстремальных колебаниях погодных условий.
8. Создание высокопроизводительного поголовья сельскохозяйственных животных и птиц, адаптированных к ожидаемым климатическим изменениям.
Совершенно очевидно, что предложенные выше меры в определенных пределах окажутся актуальными и для народного хозяйства нашей страны, кроме разве что проблемы перенаселения. Ведь, по оценкам ФАО, Украина может прокормить не менее 300 млн. человек. Однако нам предстоит в ближайшее время реализовать комплекс экономических и природоохранных мер, направленных на восстановление природных экосистем и плодородия почв. Полагаем, актуальной является разработка новой комплексной программы исследования, моделирования и прогнозирования климата нашего государства с привлечением лучших научных сил НАНУ, УААН, АМН, Минобразования, Госкомгидромета и других учреждений Украины с использованием мощностей Вычислительного центра Института кибернетики им. В.Глушкова НАНУ.
В заключение заметим: создается впечатление, что значительная часть политиков, государственных деятелей, ученых и интеллектуалов сейчас ошеломлены большим количеством отрицательной информации экологического характера и в определенной степени разочарованы в будущем. Убеждены, что подобная позиция неверна. Убеждены, что современная наука способна наметить пути выхода из экологического кризиса, в котором оказалась биосфера Земли.
Редакция газеты
«Зеркало недели» присоединяется
к искренним поздравлениям с юбилеем известного ученого и общественного деятеля, академика Национальной академии наук,
а также постоянного автора «ЗН» —
Константина
Меркурьевича
СЫТНИКА и желает, чтобы, вне зависимости от любых геоклиматических процессов, погода в его душе всегда оставалась солнечной
и комфортной.
Здоровья и творческого долголетия!