В поисках энергии. Ресурсные войны, новые технологии и будущее энергетики - Мацак Олег (читаем книги .TXT) 📗
Если бы в атмосфере не было углекислого газа и других парниковых газов, инфракрасные лучи беспрепятственно уходили бы в космическое пространство и температура воздуха по ночам опускалась бы ниже нуля. Но парниковые газы (в том числе водяной пар) благодаря своей молекулярной структуре препятствуют этому. Они задерживают часть тепла в форме инфракрасного излучения и перераспределяют его в атмосфере. Таким образом, парниковые газы удерживают температуру воздуха в определенном диапазоне, не допуская ее чрезмерного снижения и чрезмерного повышения, и тем самым делают Землю пригодной и даже благоприятной для жизни.
Ключевой вопрос здесь – концентрация углекислого газа и других парниковых газов. Если она становится слишком высокой, в атмосфере удерживается слишком много тепла. В результате температура воздуха возрастает, что может повлечь изменение климата, которое ощутит на себе все живое на планете. Существуют опасения, что повышение средней температуры всего на два-три градуса приведет к необратимым последствиям.
Содержание углекислого газа в атмосфере со времен промышленной революции неуклонно растет. Основная часть углекислого газа попадает в атмосферу вследствие естественных процессов. Но сжигая топливо, человечество увеличивает концентрацию углекислого газа.
Доля антропогенного углекислого газа в выбросах растет по двум основным причинам. Первая – рост численности населения. Население планеты с 1950 г. увеличилось почти втрое. Зависимость здесь простая: чем больше людей, тем больше потребляется энергии и тем больше выбросы углекислого газа. Вторая причина – рост доходов. Мировой ВВП с 1950 г. вырос тоже втрое, а потребление энергии, увеличивается с ростом доходов. Люди, предки которых жили в холоде и кутались в теплые одежды, сегодня живут в тепле. Люди, родители которых изнемогали от жары в тропиках, теперь имеют кондиционеры. Люди, бабушки и дедушки которых редко выезжали за пределы своего города или деревни, теперь путешествуют по всему миру. Товары, которые два поколения назад люди даже не могли себе представить, теперь производятся в одной части планеты и транспортируются через океаны и континенты к потребителям на другой части. Чтобы все это стало реальностью, из недр земли извлекается углеродсодержащее топливо, которое покоилось там миллионы лет, и сжигается, в результате чего углерод в виде углекислого газа оказывается в атмосфере.
Есть и другие крупные источники выбросов. Углекислый газ выделяется при широкомасштабной вырубке лесов и сжигании деревьев, которые его поглощают. Способствует глобальному потеплению и бедность, потому как бедные люди собирают биомассу и сжигают ее, загрязняя сажей атмосферу. При разведении скота выделяется метан и закись азота. Также метан выделяется при выращивании риса. Но с точки зрения объемов наиболее значимым является углекислый газ.
Ученые стали называть выбросы углекислого газа «экспериментом». Когда-то это слово применительно к климату употреблялось в нейтральном значении – взять хотя бы «язык экспериментов» Тиндаля – и подразумевало любопытство, а не тревогу. Сегодня же оно имеет негативный оттенок. Ученые предостерегают, что эксперимент человечества с атмосферой может привести к необратимому изменению климата – полярные ледяные шапки растают, густонаселенные прибрежные районы окажутся под водой, плодородные территории превратятся в пустыни, некоторые виды флоры и фауны исчезнут, по континентам будут проноситься разрушительные ураганы, а экономические последствия окажутся такими, что никакие страховки не помогут.
Некоторые ученые с этим не согласны. Они говорят, что механизмы не очевидны, что климат менялся всегда, что львиная доля углекислого газа выделяется вследствие естественных процессов и что увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, возможно, не является причиной изменения климата, которое могло быть вызвано иными факторами, как то вспышки на Солнце или отклонения Земли от орбиты. Однако таких ученых меньшинство.
Почему не слишком жарко и не слишком холодно
Нашей темой здесь является не погода, а изменение климата. Погода – это происходящие день за днем каждодневные колебания, о которых нам рассказывают утром на ТВ в прогнозе погоды. Климат же – это нечто гораздо более масштабное и далеко идущее. Это также нечто гораздо более отвлеченное – не то, с чем мы сталкиваемся каждый день, а то, что формируется десятилетиями и даже столетиями.
Так почему это нечто настолько сложное и отвлеченное, что оно скорее подразумевается, а не осязается, стало вдруг предопределять будущее энергетики и образ жизни людей, превратилось в одну из главных проблем на международном уровне? Именно об этом пойдет речь ниже.
Как ни странно, но ледники, их наступление и отступление являются постоянными фигурантами, лейтмотивом и даже главным аспектом изучения изменения климата с самого начала исследований и до сегодняшних дней с их картинами тающей антарктической ледяной шапки, от которой откалываются и падают в воду большие глыбы льда. Сегодня ледники выступают в качестве климатической Кассандры. Но они также – живая история, своего рода машина времени, позволяющая перенестись на 20 000 лет назад.
В конце XVIII – начале XIX в. ряд научных загадок составил интеллектуальную основу представлений об изменении климата. Одной из них была температура на поверхности Земли. Проще говоря, почему на Земле стала возможна жизнь? Иными словами, почему в дневные часы, когда светит солнце, на планете нет невыносимой жары, а в ночные – леденящего холода? Другой было подозрение – и даже опасение, – что нынешней эпохе умеренных температур предшествовало нечто иное, более экстремальное, нечто, что упоминается в контексте истории человечества как ледниковый период.
Эти научные загадки привели к появлению двух важных вопросов: что могло вызвать изменение климата? И могут ли ледники вернуться, как какие-нибудь громадные, страшные первобытные чудовища, круша все на своем пути, давя и уничтожая человеческую цивилизацию?
А началось все со Швейцарских Альп и их ледников, более чем за полвека до того, как там побывал Джон Тиндаль.
Альпийский «термоящик»
Орас Бенедикт де Соссюр, ученый, профессор Женевской академии, был еще и альпинистом, исследователем гор, человеком, который посвятил свою жизнь изучению мира швейцарских горных вершин. Чтобы описать свое призвание, он использовал в классической работе «Путешествия в Альпах» (Voyages dans les Alpes) слово «геология». Соссюра привлекали тепло и высота, он создал устройства для измерения температуры на вершинах гор и на дне озер4.
Но все то время, пока он бродил по швейцарским горам, ему не давал покоя один вопрос: почему не все приземное тепло уходит ночью в космос? В поисках ответа Соссюр в 1770-х гг. смастерил так называемый «термоящик» – миниатюрную теплицу. Его стенки и дно были покрыты темной корой пробкового дерева, а крышка изготовлена из стекла. Когда в ящик со светом проникало тепло, оно там задерживалось, и температура внутри росла. Возможно, подумал Соссюр, атмосфера действует так же, как и стекло. Возможно, атмосфера играет роль крышки для Земли, которая пропускает свет, но удерживает часть тепла, благодаря чему температура воздуха у поверхности Земли после захода солнца снижается несущественно5.
В последующие десятилетия ученые, возвращаясь к предмету исследований Соссюра, в частности к «термоящику» Соссюра, стали использовать термин «парник» или «теплица» для объяснения того, как атмосфера удерживает тепло. Но как это происходит? И почему?
Швейцарский ученый Луи Агассис тоже был одержим ледниками, причем настолько, что ради изучения механизмов формирования и разрушения ледников оставил исследование ископаемых рыб. Он даже соорудил хижину на леднике Аар и стал жить в ней, чтобы следить за движением ледника.
В 1837 г., более чем за десятилетие до того, как Джон Тиндаль впервые увидел ледник, Агассис выдвинул революционную гипотезу. Он заявил, что нашей эпохе предшествовало нечто иное. Имелся в виду ледниковый период, во время которого большая часть Европы была покрыта льдом – «огромными массивами льда, подобными существующим ныне в Гренландии». В этот период, по его словам, в мире круглый год стояла сибирская зима – «белый саван укрывал всю природу».
