Популярно о глобальном потеплении. Часть 2. Парниковый эффект и его составляющие

В прошлой публикации (Часть1. Научные прогнозы) упоминался релиз ВМО, объявивший 2016 год самым жарким за всю историю погодных наблюдений. Слагаемыми рекорда (причинами) названы очень тёплое второе полугодие в Арктике, экваториальное течение Эль-Ниньо и, конечно, парниковый эффект. Моё старшее поколение о парниковом эффекте и глобальном потеплении узнало лишь в зрелом возрасте. Нынешнее поколение уже взрослых людей родилось и выросло при нём.
Глобальный переход на новый температурный уровень начался резко и резво. В средних широтах это сказалось прежде всего на зимней погоде. Сейчас только ленивый не насмехается над коммунальщиками, которые не успевают убирать снег. Дескать, зима снова пришла внезапно. А ведь это правда! Коммунальщики такие же люди, как и все, и тоже привыкли к бесснежным зимам: "Ну, выпал снег – и что? Полежит день-другой, сам растает"... А вот когда не тает – тогда и начинаются насмешки. Но с каждым годом поводов для насмешек случается всё реже. Скандалы, правда, громче – народ-то тоже привык ездить по бесснежному асфальту. К тому же снег на асфальте замещает теперь гололёд. Некомфорт!

Часть 2. Парниковый эффект и его составляющие

Каждый, кто имеет опыт ночёвок в палатке, с этим эффектом сталкивался и умеет его объяснить "на пальцах". Если ночь звёздная, к утру придётся кутаться в спальник. А если небо с вечера затянула сплошная облачность, то даже зимой не замёрзнешь: облака не дают остыть нагретой за день земной поверхности.

Но это, так сказать, местный парниковый эффект. О глобальном его проявлении учёные впервые заговорили лет 50 назад – в узких научных кругах. А уже в восьмидесятых тема была на слуху у каждого. Тревогу забили в 1979-м, когда полярники отметили, что арктические льды за всю долгую зиму так и не вернулись в свои границы.

В ту новогоднюю ночь 1979/80 года я проиграл на спор бутылку шампанского. С детства будучи наблюдательным мальчиком, я заметил, что в Днепропетровске 31 декабря ровно в 21:30 начинает падать лёгкий пушистый снежок – именно такой, как в мультиках рисуют. Друзья по биофаковскому студенческому общежитию этот "талант ясновидящего" поставили на коммерческие рельсы и за несколько часов до новогоднего сабантуя вели меня к радиофизикам: "Спорим, он угадает, что в полдесятого пойдёт снег?" Радиофизики были богатенькие (им Минобороны вторую стипендию платило – готовили спецов на подземные заводы Южмаша), что им та бутылка шампанского... В общем, несколько лет подряд я на Новый год зарабатывал для своей общаги халявное шампанское. А на пятом курсе, 31 декабря 1979-го случился облом: вместо снега пошёл дождь. Так что к глобальному потеплению у меня свой счёт.

Хотя парниковый эффект науке известен давно (по крайней мере, 120 лет уж как Сванте Аррениус связал его с водяными парами и углекислым газом в атмосфере), в климатическом прогнозировании он стал учитываться только с 1980 года. Проблема была поднята на уровне Организации Объединённых Наций.

Сейчас спроси любого главную причину парникового эффекта – уверенно ответит: СО₂. Не зря же и светлой памяти Киотский протокол, и нынешние Парижские соглашения так строго ограничивают его выпуск в атмосферу индустриально развитыми странами.

На самом деле СО₂ в ряду причин занимает второе место, очень сильно – в разы – отставая от первого: атмосферных водяных паров. Водяной пар Н₂О вносит львиную долю в глобальный тепличный эффект по причине его абсолютного численного превосходства в составе других парниковых газов. Однако, как же без него, без облаков то есть?

Концентрация водяного пара не менялась тысячелетиями, и нет причин его обвинять в нынешнем потеплении. Зато другие парниковые газы наращивают своё присутствие на глазах. Хотя их количество в воздухе пока мизерно по сравнению с паром, "парниковая сила" каждого из них гораздо мощнее. Это они раздувают парниковый эффект, вызывая таяние льдов и усиливая испарение. Самим своим присутствием в атмосфере они не только "лично" ускоряют глобальное потепление, но заодно увеличивают и содержание водяного пара. Сейчас они производятся человеком в гигантских масштабах, и суммарный процент их в составе воздушного коктейля увеличивается с каждым годом.

Какие это газы? В первую очередь, конечно, пресловутый диоксид углерода СО₂. Он занимает второе место после пара по объёму, но с гораздо большей удельной мощью. На него сразу обратили внимание, и вклад углекислого газа в глобальное потепление изучен лучше всех: на его "совести" 64%. Но останавливаться на нём не будем – он и так у всех на слуху. Лишь несколько цифр.

До промышленной революции содержание СО₂ в атмосфере составляла 0,027%. Сегодня = 0,4%. Прирост за 250 лет = 48%. Все эти дополнительные проценты – антропогенного происхождения. Человек возвращает планету в каменноугольный период:

Эмиссия углерода при сжигании ископаемых углеводородов.
Без учёта вырубки лесов, сжигания торфа, соломы и прочей органики.
Фото из Википедии

И ещё в защиту СО₂. Этот газ лежит в основе фотосинтеза, из него – атмосферного углерода – состоят все белки и углеводы. Так что без него никак. В природе есть компенсаторные механизмы, регулирующие его концентрацию. В первую очередь – вышеназванный фотосинтез. Но это уже – дебри квантовой биофизики и молекулярной биологии.

Второе место за метаном СН₄. На нём "висит" 20% глобального потепления, а быстрых природных компенсаторных механизмов нет.

СН₄ ещё называют болотным газом: булькающая метаном трясина – любимые кадры киношников в сказках о нечистой силе.

Но куда круче болот как поставщик метана в атмосферу заполярная тундра. С таянием вечной мерзлоты, где ледниковый период схоронил его в виде твёрдых гидратов, происходит залповый выброс вновь ставшего газообразным метана из размороженных почво-грунтов. Оттаявшая, но не успевшая зарасти мхами и травой почва больше поглощает солнечного тепла (ведь уменьшается альбедо – отражающая способность поверхности). Начинаются оползни и провалы. И далее по кругу – и по нарастающей.

Это самоускоряющееся разрастание проплешин в тундре известно давно – гораздо раньше, чем поняли парниковую суть метана. Виноваты были геологи, вездеходами сдиравшие растительный покров, что вызывало таяние целых гектаров (кроме того, разливы нефти, мазута, сажа вокруг буровых тоже уменьшали альбедо). И лишь холодные зимы тормозили лавинообразный переход вечной мерзлоты в поверхностные озерки и болота. Но зимы стали теплее. Нынче тундра куда болотистее, чем была 50-60 лет назад.

Сейчас, на фоне парникового эффекта вклад заполярных геологов в размерзание тундры выглядит до смешного мизерным. Но началось-то с него.

По оценкам, только в Сибири запасы гидратного метана составляют 1,4 триллиона тонн. А во всём мире его объём = 21х10¹⁵ м³ (21 тысяча триллионов кубов). При этом количество СН₄ в Антарктиде оценено "на глазок", но все учёные сходятся во мнении, что его там много больше чем в Арктике. А Антарктида тоже начинает таять.

Ещё метангидраты аккумулированы на дне холодных морей. У берегов Норвегии уже наблюдают их утечку. Освободившийся газ частично растворяется в воде, частично переходит в атмосферу. Сколько – подсчитать до сих пор не могут.

Переход морских метангидратов в атмосферу
Фото http://eco-today.ru

Газ метан – ценнейший ископаемый ресурс. Но только когда включён в хозяйственный оборот. Не знаю цифр, сколько газогидрата сейчас проходит "мимо кассы", но, думаю, самотёком в атмосферу его поступает куда больше, чем закачивают в трубы газопроводов. Вместо батарей центрального отопления он нагревает воздух над тундрой и Ледовитым океаном.

Метановое одеяло чересчур тёплое, благо, что пока очень "тонкое". По силе парникообразующего эффекта СН₄ в 25 раз мощнее углекислого газа. В отличие от сгорания на кухне, в атмосфере процесс окисления метана затягивается на 8-12 лет. Но и в итоге он даёт всё те же парниковые газы – СО₂ и Н₂О.

Таким образом, тепличное воздействие СН₄ на климат непреходяще. Поэтому климатические угрозы от метанового загрязнения оценивают в сравнении с углекислым газом стократно: 10% метана, вырвавшегося из газогидратных хранилищ вечной мерзлоты, дадут эффект, равный десятикратному увеличению концентрации СО₂.

Динамика СН₄ в атмосфере, как и СО₂, коррелирует с численностью человечества. При каждом удвоении народонаселения ускоряются вдвое и темпы прироста метана. В наши дни его концентрация равна 0,00018% (1,8 частей на миллион), что составляет 4,6–5 млрд тонн. Для сравнения, до XVIII века метана в атмосфере было меньше 2 млрд тонн. А потом начался демографический взрыв.

Описанные выше источники атмосферного метана учёные называют природными (хотя пример с тундрой показывает, что учёные малость привирают). К антропогенным же относят шахты (шахтный газ – тот же метан, и при выработке 1 тонны угля его выделяется 13 м³), утечки при газонефтедобыче, городское коммунальное хозяйство и – особенно – сельскохозяйственное производство.

Причём, как отмечается в научной литературе, мощность антропогенных источников в настоящее время существенно превышает мощность естественных.

Вклад сельского хозяйства в пополнение метанового одеяла выяснился совсем недавно. Например, корова-рекордистка даёт за сутки 50-60 литров молока. И при этом же производит 300-400 литров чистого метана. А это 2 ведра кипячёной воды на газовой плите. Говорят, есть коровы, которые и по кубометру голубого топлива выдают. Научиться бы его собирать – не то, что на кухню, даже на отопление хватило бы. А пока 60 ежегодных миллионов тонн коровьего "биотоплива" просто портит воздух и усугубляет парниковый эффект.

Аргентина. Д-р Гильермо Берра из Института аграрных технологий пристраивает баллон для сбора коровьего метана.
Фото Juan Bustamante/Reuters, 2008

Для справки: только Россия за год "производит" коровьего метана 1,65 млн тонн, что по тепличному эффекту соответствует 35 млн тонн CO₂ и составляет 1,5% всей эмиссии парниковых газов в стране. А в Аргентине – крупнейшем держателе коровьего стада Латинской Америки – 56 миллионов коров дают свыше 30% эмиссии. А всё общемировое стадо бурёнок = 1,3 миллиарда голов.

Но не только коровники мощные продуценты СН₄. Главный сельхозпроизводитель этого парникового газа – рис. Точнее, рисовые чеки, которые выдают метан на гора по принципу северных болот. Но рисовые чеки – болота южные, и химические реакции здесь куда интенсивнее (вспомните школьную химию, правило Вант-Гоффа).

При ограниченном доступе кислорода метан – конечный продукт разложения органики; его выделяют анаэробные микробы в процессе гнилостного брожения. Почему его и называют болотным газом. А кроме этого, он ещё и городской "канализационный" газ, ведь хозфекальные стоки так же бедны кислородом, как и болота.

Серьёзный источник СН₄ – полигоны ТБО = городские свалки, где складируются и утрамбовываются наши ежедневные кухонные объедки и отбросы. В России (не Москве!) в пересчёте на одного человека в сутки вывозится на свалку 0,6 кг отходов. Около 10% превращается там в метан. Так что практикуйте раздельный сбор мусора – внесёте свой вклад в торможение глобального потепления.

Третье место занимает тропосферный озон О₃, его участие в парниковом эффекте от 3 до 7 процентов. Озон у всех на слуху (озонатор, озонирование, озоновый экран), но роль его в жизни человека неоднозначна. С одной стороны – лучший дезинфектор воды и воздуха, с другой – сильнейший оксидант и яд. В верхних слоях атмосферы – озоновый экран, а в нижних – мощный парниковый газ. И в то же время он важен для реакций окисления других парниковых газов!

Из-за неоднозначности и короткого срока жизни (месяцы, а не годы) тропосферный озон не является объектом международных климатических соглашений. Хотя в XX веке отмечен заметный рост его количества и прогнозируется большее долеучастие в парниковом эффекте.

Зато закиси азота N₂O объявлена всемирная война. Вклад N₂O в глобальное потепление такой же, как у озона (около 6%), но он сам является источником О₃ в нижних слоях атмосферы. При этом в верхних слоях он этот же озон разрушает, истончая наш и без того дырявый озоновый экран.

Содержание закиси азота в воздухе всего 0,000032%, но её "парниковая сила" в 165 раз мощнее СО₂. Главные антропогенные источники – химическая промышленность и сельское хозяйство (удобрения и животноводство). Причём, в противоположность метану, опасность исходит больше из тропических регионов.

Есть ещё 25 парниковых газов. Концентрации их пока мизерные. Но, например, у фреонов утепляющий эффект в 11.000 (11 тысяч!) раз сильнее принятого за стандарт диоксида углерода.

Продолжение следует