Життя і клімат

Костянтин СИТНИК, голова Українського ботанічного товариства, академік НАНУ

Валентин БАГНЮК, член Національного географічного товариства США, кандидат біологічних наук

Кількість катастрофічних природних аномалій за останніх 50 років зросла щонайменше в чотири рази. Зазвичай населення планети розраховується за них численними людськими жертвами і величезними матеріальними втратами. Якщо у 2003 році від природно-техногенних катастроф постраждало близько 600 млн., то у 2004 р. — до 1 млрд. чоловік. Отже, як бачимо, проблеми клімату мають доленосне значення для цивілізації. Вони ставлять на порядок денний проблему адаптації всього живого до змін клімату і вимагають корекції життєдіяльності людства.

Бодай побіжно охарактеризуємо чинники, які формують клімат на Землі. На малюнку, запозиченому нами з Національного географічного журналу США, показано, що глобальний клімат Землі формується кліматичною системою (КС), до складу якої входять атмосфера, літосфера, гідросфера, кріосфера і біота (всі види органічного життя). Враховуючи той факт, що маса гідросфери у 275, теплоємність — у 4, а теплопровідність — у 20 разів більші, ніж аналогічні параметри атмосфери, Світовий океан слугує основним акумулятором тепла. Проте атмосфера значно динамічніша. Звідси й різниця у періодах теплового відгуку на зміни зовнішніх умов: у нижній атмосфері — приблизно один місяць, при взаємодії верхніх шарів океану і повітряного басейну — декілька місяців, а то й років. Щодо часу повного теплообміну глибинних шарів океану з атмосферою, то він становить не менше декількох століть.

Літосфера належить до найконсервативніших елементів КС, але, у зв’язку з тим, що саме її ми найбільше перетворюємо у процесі господарської діяльності, від зміненої літосфери (техносфери) істотно залежить характер глобального й регіонального клімату.

Як елемент літосфери, гірські екосистеми світу, залежно від своєї протяжності та висоти, також причетні до формування клімату, особливо в регіонах, де вони розміщуються. Так, наприклад, Карпати значною мірою зумовлюють клімат на Західній Україні. Гори формують тут специфічну динаміку повітряних мас і фронтів. Завдяки їм у Закарпатті послаблюється дія Сибірського центру і, навпаки, посилюється вплив Азорського. Крім того, гірські хребти захищають Закарпаття від проникнення холодних арктичних повітряних мас. Особливістю цієї місцевості є й те, що влітку тут переважає внутрішня гірсько-долинна циркуляція повітря, а над горами формуються умови, які часто провокують інтенсивні дощі, буревії, паводки чи селі. Інтенсивні дощі провокують час від часу небезпечні гідрологічні явища на річках Закарпаття (Тиса, Латориця, Лімниця, Уж) у листопаді, грудні, січні та річках Прут і Серет — у червні.

При формуванні клімату Землі унікальна роль належить кріосфері як невід’ємній частині гідросфери. Кріосфера включає багатовікові континентальні льоди, гірські льодовики, сніговий покрив і морську кригу, які перебувають у постійній взаємодії з рідкою фазою та парою, слугує своєрідним глобальним термостатом. Як засвідчує геологічна історія Землі, періоди танення вічних льодів і снігів – або, навпаки, надмірного замерзання води – були найдоленоснішими для біосфери і призводили або до світових потопів, або до зниження рівня Світового океану. Так, під час останнього зледеніння (25—12 тис. років тому) його рівень був на 80 м нижчим, ніж тепер.

У відповідності до теорії катастроф, на клімат Землі і її біоту впродовж історії існування біосфери неодноразово впливали космічні та геологічні події: зіткнення планети з астероїдами чи кометами, метеоритне бомбардування, зміни сонячної прецесії, осі обертання і магнітних полюсів, радіаційні процеси, вулканізм, землетруси тощо. Відомо, що внаслідок падіння на Землю великого астероїда 251,4 млн. років тому загинуло до 70% наземних тварин і 90% — морських. Їх вимирання пояснюють раптовим розігрівом планети, викликаним випаровуванням величезної кількості води в атмосферу і парниковим ефектом (гіпотеза пароводяного купола). Вважають, що такий механізм глобального потепління в історії Землі спрацьовував неодноразово.

На формування теплового балансу Землі істотно впливає біота, зокрема її фотосинтетичний блок, який разом з автотрофними організмами є єдиним джерелом поповнення біосфери первинними органічними речовинами.

Наземні рослини щодоби переробляють 1017 ккал космічної світлової енергії, вкупі з водними вилучаючи із атмосфери понад 150 млрд. тонн на рік вуглецю у формі СО2. Більшість експериментальних робіт показують, що за умови підвищення концентрації СО2 у повітрі зростає врожайність зернових, овочевих та інших культур. І тільки дефіцит інших біогенних елементів може нівелювати цей ефект.

За період від 1750 до 200 млн. років тому відбулося не менше чотирьох зледенінь, кожне з яких тривало приблизно 4—30 млн. років. Льодовики тоді досягали рівня океану навіть на континентах, розміщених поблизу екватора. Нині важко достеменно сказати про причини цих зледенінь, а ось наступне потепління і танення потужних льодів, які вкривали планету майже двокілометровим шаром, пояснюють процесами вулканізму. Спочатку масштабні викиди пилу і сірчистого газу викликають затінення атмосфери й різке похолодання. Після самоочищення атмосфери від дисперсних часток та сірчаної кислоти спрацьовують парникові гази.

За даними деяких учених, нинішнє танення льодів Ісландії, спричинене техногенними викидами парникових газів, розбудить дрімаючі вулкани: внаслідок різкого зменшення маси льоду на поверхні Землі вона зазнаватиме дедалі більшого тиску з боку гарячих шарів мантії. З’явився і образний вислів: «Гуркіт вулканів супроводжує відступ льодовиків».

Реконструкція клімату з допомогою аналізу параметрів викопного листя рослин доводить, що 65—55 млн. років тому клімат Землі був переважно парниковим. Навіть у районі Чукотки та Аляски росли широколистяні породи дерев, гінкгові та деякі види пальм. Але на межі крейдяного періоду і палеогену відбулося масове вимирання водних і наземних тварин (так званої мезозойської фауни), точна причина якого не з’ясована донині.

За даними вимірів співвідношення ізотопів у планктоні, законсервованому у вічних льодах, встановлено, що останніх 500 тис. років льодовикові і міжльодовикові періоди чергувалися кожні 100 тис. років. Як відомо, сербський математик М. Міланкович у 30-х роках минулого століття за природними коливаннями положення осі Землі відносно Сонця описав три основних цикли тривалістю 23 тис., 41 тис. і 100 тис. років, під час яких різниця між потоками сонячної енергії у найближчій до Сонця (перигелій) і найвіддаленішій (афелій) точках орбіти Землі становить від 7 до 26%.

З відступом останнього льодовика (приблизно 14 тис. років тому) природа Східної Європи починає поступово змінюватися. Температура літнього сезону тоді була на 4—50 °С, а зимового — на 8—100 °С нижчою за сучасні показники. Палінологічні дослідження геологічних розрізів, зокрема виконані фахівцями нашого інституту, засвідчують, що на початку голоцену клімат на території сучасної України був близьким до північно-тайгового, тобто холодним і континентальним. Ландшафти Полісся й Лісостепу тоді були приблизно такі: широкі долини річок займали луки, зарості кущів і окремі групи дерев. Тут водилися степові види тварин, що «уживалися» з типово тундровими видами (кінь, бізон, північний олень, песець) та лісовими (ведмідь, росомаха та ін.). Величезними просторами Східно-Європейської рівнини бродили стада мамонтів.

Із розвитком потепління кліматичні умови України набули такої динаміки: 110000–10300 років тому середньорічна температура була нижчою за сучасну вже на 30 °С, січня — на 40 °С, липня — на 20 °С, а середньорічна кількість опадів — вищою на 50 мм, що сприяло розвитку рослинності. Основними лісоутворювальними породами в лісовій зоні України були верба, вільха, сосна і береза, у пониззі Дніпра — дуб, в’яз, сосна, береза, вільха, верба й осика. До лісової рослинності входили також ялина, бузина, калина, жостір та ін. З часом під впливом людської діяльності площі лісових ділянок почали зменшуватись, а природний рослинний покрив — змінюватися. Факт збільшення пилку сосни деякі фахівці пов’язують зі штучними насадженнями сосни, до яких місцеве населення вдавалося з метою закріплення придніпровських пісків. Чи це не приклад мудрості наших пращурів?

Цікава інформація про характер клімату Півдня пра-України у відносно недавні часи (6—3 ст. до н. д.) наводиться вітчизняними археологами. Так, на підставі досліджень розкопок поселень Лиса гора, Первомаївка, Чернеча і Кам’янське городище вони зробили висновок, що в зазначений період сформувався клімат, сприятливий для рільництва у степах України і Нижнього Дніпра. Скіфи почали вирощувати просо звичайне, ячмінь плівчатий, декілька видів пшениці та жито, з тим, щоб компенсувати брак кормів для численних отар і табунів.

Що стосується рибних багатств Дніпра того часу – відомо, що Геродот із захопленням писав про безліч чудової риби, яка ловилася в цій річці: «величезні безкостисті риби (осетрові) заготовлялися для засолення». З не меншим пієтетом про це повідомляв і Пліній: «У Борисфені водяться соми надзвичайної величини з дуже смачним м’ясом».

При дослідженні парникових газів і аерозолів з’ясовується, що не всі вони сприяють розігріву планети. Деякі з них, наприклад хмара з крапельок сірчаної кислоти або з дисперсних аерозолів, можуть викликати зворотний процес — затінення і похолодання. На цій підставі деякі учені вважають, що ефект затінення певною мірою компенсуватиме глобальне потепління. Якою мірою зазначені процеси вплинуть на клімат Землі, сказати важко через брак даних. Можна лише припустити: у зв’язку з тим, що проблема очищення димових викидів розв’язується і легше, і дешевше (це вже з успіхом робиться в енергетиці та металургії), відношення аерозолів до парникових газів зростатиме на користь останніх.

Більшість експертів прогнозують, що у ХХІ ст. концентрація вуглекислого газу в повітрі сягне 1800—2000 мкл/дм3. Причиною цього є теплова енергетика, промисловість, сільське господарство і комунальна галузь, які збільшують емісію парникових газів. На наш погляд, до цих чинників слід додати і дедалі сильніше техногенне теплове забруднення атмосфери.

У зв’язку з тим, що ТЕС належать до найбільших забруднювачів атмосфери, адепти атомної енергетики переконані: АЕС – найбільш вдала альтернатива їм. Вони всіляко культивують міф про те, що розширення мережі АЕС і нарощування їх потужностей у світі розв’яже проблему глобального потепління, оскільки ці станції практично не викидають двоокису вуглецю. Всіляко мусуючи тему потепління, атомники проводять пропагандистські й рекламні акції з метою розширення будівництва нових реакторів та модернізації наявних АЕС.

Твердження атомників стосовно незамінності АЕС — від лукавого. Адже відомо, що функціонування атомних реакторів супроводжується викидом у довкілля великих обсягів тепла і водяної пари, які належать до потужних чинників парникового ефекту.

Стає очевидно: якщо всі прямі і непрямі витрати, економічні і соціально-екологічні збитки, пов’язані з атомною енергетикою, накласти на собівартість її енергії, то, безперечно, лопне, як мильна булька, міф про її дешевизну.

Дійшовши цих невеселих висновків, маємо заспокоїти і себе, і людність. Очевидно, енергетичну проблему людству слід розв’язувати шляхом поступового заміщення небезпечних джерел енергії відновлювальними екологічно чистими видами енергії (сонячна, вітрова, воднева, гео-, гідро-, енергія морських хвиль, течій, припливів та відпливів, фітомаси тощо). До того ж сучасною наукою вже напрацьовано нові перспективні фундаментальні знання в галузі космічної і геоенергії тощо, освоєння яких може повністю забезпечити людство екологічно безпечною енергією.

Очевидно, міжнародна спільнота повинна активніше імплементувати засади сталого розвитку, проголошені в Ріо-де-Жанейро і Йоганнесбурзі. Вважаємо: науково-технічну базу для цього в основному вже створено.

Щодо боротьби з емісією парникових газів то, на нашу думку, значну перспективу матимуть способи зв’язування вуглекислоти або закачування її в шахтні виробки та природні підземні пустоти.

Як біологи не можемо не бачити, що в арсеналі методів боротьби з глобальним потеплінням чільне місце має належати відновленню природних екосистем: лісових насаджень, боліт, луків, морських і прісноводних водойм, скороченню орних площ, вдосконаленню біологічних агротехнологій та пошуку і селекції високоврожайних сортів сільськогосподарських і технічних культур, які вирізняються високими коефіцієнтами засвоєння сонячної енергії та вуглекислоти. Сучасна наукова думка б’ється над розробкою новітніх агротехнологій, спрямованих на поповнення ґрунтів гуміновими сполуками. Це не тільки розв’яже проблему підвищення родючості ґрунтів, а й сприятиме надійному депонуванню в них надлишку вуглецю. Нагадаємо: з початку антропогенного періоду пул гумінових речовин у ґрунтах зменшився на 500 Гт і становить нині, за усередненими даними, 1700 Гт вуглецю.

Безперечно, чималим резервом утилізації надлишку вуглекислоти в атмосфері є ліси, особливо північної півкулі планети (Євразія і Канада), де акумульована у вигляді фітомаси більша частина вуглецю біосфери. Отже, розширюючи площі лісових насаджень, ми депонуємо дедалі більшу кількість вуглецю у вигляді ділової деревини, листового опаду, гумусу тощо. Водночас ліс виконує й інші неоціненні біосферні функції: регуляція мікро- і макроклімату, гідротермічного режиму, утилізація забруднень, поповнення атмосфери киснем та забезпечення умов для розвитку багатьох видів флори і фауни.

Серед фахівців спостерігається неоднозначне ставлення до моделювання клімату з метою прогнозу його змін. Наприклад, Т.Ойзерман вважає цю справу марною, не вартою зусиль і коштів. На його погляд, поведінка біосфери як надскладної відкритої системи не піддається передбаченню.

На підставі узагальнення інформації з глобального потепління, моделювання клімату і прогнозів його зміни у майбутньому, залежно від регіонів планети можна очікувати:

1. Почастішання посух у посушливих (аридних) зонах та збільшення площ пустель і напівпустель. У вологих (гумідних) широтах, навпаки, зростатимуть обсяги атмосферних опадів і вологість повітря.

2. Зниження продуктивності аграрного сектору і зменшення рівня забезпеченості продовольством населення, насамперед у зонах аридного клімату. В гумідних зонах можливі почастішання повеней, затоплень ґрунтів та вимокання врожаїв.

3. Загострення дефіциту водних ресурсів, особливо в басейні Середземного моря, Середній Азії, Центральній Америці, Африці, Китаї та ін.

4. Погіршення санітарно-гігієнічних умов населення, поширення інфекційних та інвазійних хвороб серед людей, тварин і птахів.

5. Посилення міграції населення з регіонів екологічного лиха.

6. Зростання втрат видової різноманітності живого у зв’язку зі скороченням ареалів існування видів.

Аналіз результатів прогнозу кліматичних змін в Україні, публікованих ученими НАНУ, УААН, Гідрометкомітету України, Київського національного університету ім. Т.Шевченка та ін., дає підстави для таких висновків: подвоєння вмісту вуглекислого газу в атмосфері викличе:

– підвищення середньої температури в усі сезони року, за одними сценаріями — найістотніше взимку, за іншими — навесні;

— збільшення кількості атмосферних опадів на 20%;

— підвищення рівня Чорного і Азовського морів, активізацію явищ підтоплення територій, абразії берегів, морів і водосховищ;

— переміщення у помірні і північні зони субтропічнних циклонів, які сприятимуть опустелюванню півдня України;

— зниження врожайності культур, за одними сценаріями, та підвищення — за іншими;

— незворотну деградацію степів Причорномор’я, Приазов’я та степової частини Криму;

— на всій території України передбачається зниження продуктивності лісу, зокрема внаслідок поширення епіфітотій та шкідників.

Ми свідомо акцентуємо на двох крайніх сценаріях зміни клімату: аридизації і гумідифікації, усвідомлюючи, що можливий ширший спектр змін, але, мабуть, за рахунок проміжних варіантів.

У цілому позитивно оцінюючи прогнози вітчизняних фахівців, варто зауважити, що дехто розуміє глобальне потепління надто прямолінійно. Адже підвищення середньорічної температури на 1° і навіть на 3 °С не означає зникнення похолодань і заморозків у південному регіоні, як і не виключає виникнення спорадичних посух у степовій та лісостеповій зонах. Крім того, з огляду на акваторії Чорного і Азовського морів та великі площі водяного дзеркала, створені при зарегулюванні стоку великих, середніх і малих рік України, прогнозоване 20-відсоткове збільшення атмосферних опадів насправді може виявитися значно істотнішим.

З метою мінімізації негативних наслідків парникового ефекту у світі міжнародною спільнотою рекомендуються такі заходи:

1. Скорочення обсягів забруднення атмосфери, ґрунтів та вод на першому етапі (до 2010 р.) — у 2, на другому (до 2050 р.) — у 5 разів.

2. Відновлення природної біоти на 2/3 території Землі. Розширення площ лісових насаджень і заповідних ландшафтів до 2025 р. – у 2 рази, а до 2050 р. — у 5 разів.

3. Стабілізація чисельності населення на рівні 7– 7,5 млрд. осіб.

4. Скорочення площ ріллі з одночасним підвищенням врожайності сільськогосподарських культур за рахунок втілення високоефективних сортів, порід тварин, сучасних технологій.

5. Заміна застарілих енергетичних і промислових технологій на наукоємні, ресурсоощадливі й екологічно чисті. Втілення способів енергозбереження і енергозапасання.

6. Створення сортів і гібридів культур, здатних давати високі і якісні врожаї за екстремальних коливань погодних умов.

8. Створення високопродуктивного поголів’я сільськогосподарських тварин і птахів, адаптованих до очікуваних кліматичних змін.

Цілком очевидно, що запропоновані вище заходи в певних межах виявляться актуальними і для народного господарства нашої країни, окрім хіба проблеми перенаселення. Адже, за оцінками ФАО, Україна може прогодувати не менше 300 млн. чоловік. Проте нам належить найближчим часом реалізувати комплекс економічних і природоохоронних заходів, спрямованих на відновлення природних екосистем та родючості ґрунтів. Гадаємо, на часі розробка нової комплексної програми дослідження, моделювання і прогнозу клімату нашої держави із залученням кращих наукових сил НАНУ, УААН, АМН, Міносвіти, Держкомгідромету та інших установ України з використанням потужностей Обчислювального центру Інституту кібернетики ім. В.Глушкова НАНУ.

Насамкінець зауважимо: складається враження, що значна частина політиків, державних діячів, учених та інтелектуалів нині приголомшена великою кількістю негативної інформації екологічного характеру і певною мірою зневірена у майбутньому. Переконані, що така позиція неправильна. Переконані, що сучасна наука спроможна накреслити шляхи виходу з екологічної кризи, в якій опинилася біосфера Землі.

Редакція газети
«Дзеркало тижня» приєднується до щирих привітань з ювілеєм відомого вченого
і громадського діяча, академіка Національної академії наук, а також постійного автора «ДТ» — Костянтина Меркурійовича
СИТНИКА і зичить, щоби, незважаючи
на жодні геокліматичні процеси, погода в його душі завжди залишалася сонячною і комфортною. Здоров’я і творчого довголіття!