167716 (Проблема углекислоты и антропогенная редукция биосферы)

14

“Проблема углекислоты

и антропогенная редукция

биосферы”

Работа

ученика 10 “Б” класса

школы 182

Лермана Дмитрия

Содержание:

Введение 3

Данные о концентрации углекислого газа в воздухе 3

Прогнозы увеличения концентрации углекислого газа 4

Причины роста концентрации углекислоты и антропогенной редукции биосферы 8

Проблема углекислоты

и антропогенная редукция

биосферы *

Введение

Среди стоящих перед человечеством глобальных экологических проблем проблема СО₂ — одна из самых дискус­сионных. Многие считают ее мнимой, надуманной. И действительно, пока нет реальных признаков потепления клима­та, которое прогнозируется некоторыми климатологами и физиками. Потепле­ние, по их мнению, должно наступить из-за увеличения парникового эффекта, который в свою очередь возникает в результате накопления в атмосфере углекислого газа антропогенного проис­хождения.

За последнее время на земном шаре концентрация СО₂ в воздухе повыша­ется особенно быстро, и это, возможно, стало одной из причин организации целой серии международных симпози­умов. На них обсуждение проблемы СО₂ занимало центральное место.

Серьезность проблемы СО₂ такова, что в 1978 г. был запущен спутник ГЭОС-3 специально для наблюдения за самой чувствительной к потеплению южной частью Гренландского ледникового щита.

Данные о концентрации

углекислого газа в воздухе

По М. И. Будыко и А. Б. Ронову, в четвертичный период, включая и наше время, содержание СО₂ в воздухе харак­теризуется очень малыми величинами по сравнению с предшествовавшим огром­ным отрезком геологической истории — фанерозоем, когда оно колебалось от 1000 до 4000 частей на миллион. Д. Ке­стер и Р. Пяткович рассчитали, что 18 тыс. лет назад, т. е. в фазу максимального раз­вития вюрмского оледенения, концент­рация атмосферного СО₂ могла быть всего 163 части на миллион. В XIX в. содержание СО₂ в воздухе также было значительно ниже современного. Прав­да, в измерениях того времени имеются большие расхождения. Так, для 1850 г. приводятся значения от 260 до 300 частей на миллион.

___________________________________________________________ *Антропогенная редукция биосферы — убыль органи­ческого вещества под воздей­ствием хозяйственной деятельности.

Ритмические внутригодовые колебания значений концентрации СО₂ связаны, по мнению Г. Вудвелла, с изме­нением мощности фотосинтеза у древес­ных растений, достигающей максимума в летнее время. Судя по тому, что в период 1957—1967 гг. средняя концен­трация СО₂ повысилась с 311 до 318 ча­стей на миллион, а в последующий период (1967—1978 гг.) поднялась с 318 до 336 частей на миллион (!), темпы накопления этого газа в атмосфере в настоящее время беспрецедентно высо­ки. Полезны или вредны будут его последствия? Мнения специалистов по этому поводу расходятся...

Прогнозы

увеличения концентрации

углекислого газа

Прогноз незначительного увеличения концентрации СО₂ в воздухе в ближай­шие несколько десятилетий принадлежит Б. М. Смирнову. По его расчетам, увеличение содержания СО₂ в воздухе в 2000 г. составит примерно 10%, а в 2025 г. —около 35% по сравнению с 1978 г. Это может повысить среднюю температуру у поверхности Земли соот­ветственно на 0,2 и 0,5 °С.

Прогнозы значительного увеличения концентрации СО₂ в воздухе выглядят более вероятными. У. Келлог, указывая на ряд модельных расчетов для оценки влияния СО₂ на приземную температуру, считает, что к 2000 г. кон­центрация СО₂ в воздухе станет на 25% выше, чем в середине 70-х годов, а в 2050 г. удвоится. Рост средней температуры воздуха вблизи земной поверхности для 2000 г. может быть оценен в интервале 0,5—2°С, а для 2050 г. —в интервале 1,5—6°С.

Дж. Олсон, Х.Пфудерер и Джин Хой Чан, оценившие темпы сжигания каустобиолитов и уничтожения наземной биомассы и гумуса почв человеком, также пришли к выводу об удвоении содержания СО₂ в воздухе не позднее середины XXI в. По их данным, в следу­ющем столетии прогнозируемое увеличе­ние среднегодовой температуры возду­ха у земной поверхности будет измеряться в интервале от 2 до 6° С.

М. И. Будыко про­гнозирует увеличение концентрации атмосферного СО₂ в 2000 г. до 380 ча­стей на миллион, в 2025 г. — до 520 и в 2050 г. — до 750. Среднегодовая при­земная глобальная температура воздуха увеличится, по их мнению, по сравнению с ее значением в начале XX в. на 0,9 °С в 2000 г., на 1,8° в 2025 г. и на 2,8° в 2050 г.

Оптимистические прогнозы последствий антропогенного потепления климата принадлежат М.И.Будыко, В.И.Лебедеву, Б.М.Смирнову.

М. И. Будыко формулирует свою точку зрения следующим образом: «Рассматри­вая процесс обеднения атмосферы угле­кислым газом, который преобладал на протяжении последних ста миллионов лет, как непосредственную угрозу для существования биосферы в связи со снижением продуктивности автотрофных растений и возможностью полного оледенения Земли, следует считать, что современное антропогенное воздействие на биосферу способствует устранению этой угрозы.

Многие стороны процесса глобального потепления могут быть благоприятными для человечества (повышение продуктив­ности растений, расширение возможно­стей хозяйственного использования тер­риторий с холодным климатом и т. д.). Однако следует учитывать неизбежность ряда трудностей, которые возникнут в связи с этим процессом. Главная из них — необходимость в относительно короткий срок приспособить многие отрасли хозяйственной деятельности к условиям быстро меняющегося климата и других компонентов природной среды».

По мнению В. И. Лебедева , увели­чение концентрации СО₂ в воздухе вообще не должно сказаться на земном климате, тогда как продуктивность на­земной растительности, и в частности зерновых, будет повышаться.

Б. М. Смирнов также указывает на возможность увеличения урожаев. В связи с этим накопление углекислого газа в атмосфере им рассматривается как фактор, благоприятный для челове­чества.

Вопрос об увеличении продуктивности наземных растений в результате роста концентрации СО₂ в воздухе, однако, далеко не так прост, как об этом пишут авторы оптимистических прогнозов. В самом деле, данные опытов явно указы­вают на увеличение масштабов фотосин­теза при дополнительном питании расте­ний воздушной углекислотой. При этом, чем больше «удобряется» воздух, тем выше биосинтез. Лишь при концентра­ции СО₂ в 2% растения начинают испы­тывать угнетение, так же как и при ее снижении до 0,01%. Однако «незапланированный экспери­мент» с СО₂, поставленный человече­ством, дал менее обнадеживающие ре­зультаты. Во всяком случае, детальное исследование годичных колец у деревь­ев не выявило тенденции к их более ак­тивному приросту в соответствии с зафиксированным ростом концентра­ции СО₂ начиная с середины прошло­го века.

Очевидно, правы те авторы, которые указывают, что ощутимое повышение продуктивности растений наступает лишь при достижении концентрации СО₂ в 600—1000 частей на миллион. Следовательно, скорее всего неверно, что биосфера уже сейчас выполняет функцию буфера и ассимилирует тем больше СО₂, чем больше его поступает в атмосферу. Биосфера пока не выполняет такой функции. Наоборот, под действием растущей антропогенной нагрузки она разрушается и становится источником громадных количеств СО₂.

В декларации Всемирной конференции по климату проблему СО₂ рассматри­вают как комплексную. В ней оказыва­ются связанными вопросы энергетики, в частности сжигания ископаемого топли­ва, и безвозвратного разрушения расти­тельного и почвенного покрова суши, о чем свидетельствуют изменения в мировой структуре землепользования.

Пессимистические прогнозы последствий антропогенного потепления климата основаны на представлении о существо­вании динамического равновесия между всеми компонентами природной среды и опасности нарушения этого равновесия. В частности, антропогенное потепление климата и связанное с ним уменьшение, а затем и исчезновение масс снега и льда в высоких широтах и на полюсах Земли значительно ослабят меридиональную атмосферную циркуляцию и, как следствие этого, увлажненность материков. Для выяснения того, какие области на суше при этом станут более засушливы­ми, а какие более влажными, использу­ются палеоклиматические данные для межледниковий четвертичного периода и даже для более древних отрезков кайно­зоя. Однако такие аналогии не совсем правомерны. В любом из доисторических этапов поверх­ность Земли была совсем не такой, какая она ныне — с редуцированным назем­ным растительным покровом, с «горя­чими пятнами» мегалополисов и с нефтя­ной пленкой, покрывающей во многих местах поверхность океана. В условиях «антропогенного перегрева» Земли, который возникнет уже при удвоении концентрации атмосферного СО₂, значительно повысится и продуктивность фотосинтетиков. Однако, какими бы ни были последствия увеличения СО₂ в воздухе, их положительный эффект не идет ни в какое сравнение с отрицатель­ным (таяние материковых ледников и деградация многолетней мерзлоты), который неизбежен в случае «антропо­генного перегрева» Земли.

Как отмечалось выше, за последние 250—300 лет уровень Мирового океана повышался в среднем на 1 мм в год.

В 20-х годах XX в. подъем его достиг 1,4-1,5 мм в год, что эквивалентно ежегодному увеличению океанической водной массы на 520-540 км³. Предпо­лагается, что в 20-х годах XXI в. ско­рость повышения океанического уровня превысит 0,5 см в год.

Самые значительные масштабы прогно­зируемое антропогенное потепление климата должно иметь в Арктике и Субарктике. Здесь уже в начале XXI в., а возможно и раньше, могут произойти деградация многолетней мерзлоты и просадки льдистых пород. Всем городам, поселкам и коммуникациям, построенным на таких породах, угрожает разрушение.

Есть все основания думать, что радикальные климатические изменения и соответствующая им деградация лед­ников будут сопровождаться также нару­шением режима процессов, идущих в глубинах Земли. Вследствие таяния ледников и перераспределения водных масс от полюсов к низким широтам ско­рость вращения Земли будет замедляться на незначительную величину. Тем не менее это должно вызвать изменение ее формы. Сплюснутость Земли несколько уменьшится. В средних и низких широ­тах должны возрасти напряжения сжа­тия, которые играют определенную роль в развитии геосинклинальных областей. Смогут ли импульсы дополнительного сжатия, вызванные антропогенным фактором, стимулировать вулканизм и зе­млетрясения в Тихоокеанском периокеаническом поясе, Средиземноморье и в других подобных районах?

В связи с этим уместно вспомнить гипо­тезу Р.Мэтьюза об усилении вулкани­ческой активности в ледниковые века вследствие приспособления океаническо­го дна к быстро меняющейся нагрузке водных масс, которая уменьшалась при оттягивании части океанической воды в состав ледников и увеличивалась при их таянии. Правомочность такой гипотезы подтверждается данными о землетрясе­ниях, возникших в районах строитель­ства ряда водохранилищ. Такие земле­трясения происходили во время заполне­ния и в течение десятков лет после созда­ния водных резервуаров.

Bo время максимума последнего оледенения глубина Мирового океана была более чем на 100 м меньше современной. Если в связи с распадом Западно-Антарктического ледникового щита столб воды в океане быстро вырас­тет на 5—7 м, то этого может оказаться достаточно для активизации сейсмовулканических процессов в самых «чутких» к изменению нагрузки участках океани­ческой тектоносферы.

Подтопление окраин материков и изме­нение географии их влажных и засушли­вых зон скажутся и на подземной «ги­дросфере». Ответной реакцией может стать изменение режима флюидогеодинамических движений на материках. А как прореагирует зем­ная кора внутриматериковых сейсмоактивных зон на сильное изменение ее водного питания? Не будут ли поднятия и опускания земной коры в зонах нара­щивания и уменьшения природных водо­напорных горизонтов сопровождаться возбуждением сейсмической активности? Данные об антропогенных просадках и поднятиях земной поверхности, возбуж­дающих сейсмичность, свидетельствуют о вероятности таких событий.

Динамическое равновесие между зем­ными оболочками, которое поддерживается медленно идущими геологически­ми и геофизическими процессами, может нарушиться катастрофически быстро, в течение сотен лет. Такое нарушение, несомненно, нанесет огромный ущерб мировому хозяйству, хотя техниче­ский гений человечества наверняка смо­жет противостоять и ему. Следовательно, чем раньше будут приняты меры противодействия увеличению концент­рации атмосферного СО₂, тем лучше будет для биосферы и человека! Одна­ко, чтобы говорить о возможной стратегии такого противодействия, необходимо более подробно рассмотреть причины ускоряющегося накопления СО₂ в воздухе.

Причины роста концентрации углекислоты и антропогенной редукции биосферы

До недавнего времени большинство исследователей считали сжигание иско­паемого топлива едва ли не единствен­ной причиной роста содержания СО₂ в воздухе в XIX и XX вв. Данные об инду­стриальном СО₂ обобщены Р. Ротти, который уточнил полученные ранее цифры Ч. Киплинга. Р. Ротти пишет, что «количество образованного при сгорании топлива СО₂ нарастает по экспоненциальному закону и если ис­ключить время мировых войн и экономи­ческой депрессии 30-х годов, то ежегод­ный прирост в 0,43% достаточно хорошо описывает наблюдаемую здесь картину». При этом он полагает, что к росту концентрации СО₂ приводит испо­льзование каустобиолитов (горючих ископаемых).

Используя данные о соотношениях изотопов С¹², С¹³, С¹⁴ в важнейших при­родных резервуарах углерода (наземные биомасса и мертвое органическое веще­ство, атмосфера, ископаемое топливо), Стуйве подсчитал, что с 1850 по 1950 г. масса органического вещест­ва в биосфере суши уменьшилась на 120 млрд. т. За это же время из состава каустобиолитов в атмосферу выведено всего 60 млрд. т углерода. Следователь­но, антропогенная редукция био­сферы происходила вдвое быстрее, чем изъятие углерода человеком из состава каустобиолитов.

Оценки природной емкости резервуаров углерода позволяют утверждать, что в масштабах исторического времени его безвозвратное изъятие человеком из биосферы было гораздо большим, не­жели сжигание каустобиолитов земной коры. Дж. Олсон с соавторами указывает, что в результате хозяйствен­ной деятельности людей в течение нескольких тысячелетий наземными резервуарами было потеряно 800—900 млрд. т С_орг. Эти цифры совпадают с расчетами, которые показывают, что за историческое время в углекислотный резерв атмосферы и океана перешло около 900 млрд. т. угле­рода, причем только 1/5 этого количе­ства поступила от сжигания ископаемого топлива. Уничтожение наземной фитомассы, подстилки и гумуса почвы в сумме составило 842 млрд. т в углероде, из которых 112 млрд. т накопилось в донных илах, а 730 млрд. тонн перешло в состав CO₂.

Дж. Олсон опреде­ляет антропогенную редукцию фитомассы суши за историческое время в 492 млрд. т С_орг, причем оставшаяся фитомасса составляет всего 558 млрд. т С_орг. Оценки современных запасов органического вещества в двух главных наземных резервуарах, приводимые Г. Вудвеллом и Р. Хоутоном, ближе к приводимым в таблице: фито­масса — 827 и гумус — 1 080 млрд. т С_орг.

Чтобы более полно представить картину современной антропогенной редукции почвенно-растительного покрова суши, перечислим важнейшие виды его нарушения в результате хозяйственной де­ятельности.