CC BY
69
УДК 574.5
Е.Э. Ширкова, Э.И. Ширков, В.А. Маснев
АРКТИЧЕСКИЕ И СУБАРКТИЧЕСКИЕ МОРЯ РОССИИ КАК КРУПНЫЙ РЕЗЕРВУАР СТОКА, ДЕПОНИРОВАНИЯ И ЗАХОРОНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО УГЛЕРОДА1
В работе представлены ориентировочные физическая и стоимостная оценки карбонной емкости экосистем субарктических морей России на примере растворенного органического вещества (РОВ) Охотского моря. Растворенное органическое вещество является основным резервуаром долгосрочного депонирования (сотни лет) и бессрочного захоронения значительных объемов атмосферного углерода в арктических и субарктических морях России.
Углеродная емкость РОВ Охотского моря оценена авторами величиной около двух гигатонн органического углерода, или до семи гигатонн углекислого газа. Эти оценки выполнены впервые и превышают соответствующие суммарные показатели всех арктических морей нашей страны.
В международных климатических отношениях России необходимы уточнение и более полный учет общей углеродной емкости экосистем и водных масс ее арктических и субарктических морей. Это могло бы прекратить затянувшиеся споры о том, является ли наша страна нетто-эмиттером углекислого газа, или она один из основных доноров мировой экономики в долговременном депонировании атмосферного углерода антропогенного происхождения.
Ключевые слова: проблемы климата, экосистемы арктических и субарктических морей, Охотское море, растворенное органическое вещество, депонирование и захоронение углерода.
E.E. Shirkova, E.I. Shirkov, V.A. Masnev
ARCTIC AND SUB-ARCTIC SEAS OF RUSSIA AS A LARGE RESERVOIR OF STOCK, DEPOSITION AND BURIAL OF ATMOSPHERIC CARBON
The paper presents the approximate physical and cost estimates of the carbon capacity of ecosystems of Russian subarctic seas on the example of dissolved organic matter (DOM) of the Okhotsk Sea. Dissolved organic matter is the main reservoir of long-term deposition (hundreds of years) and indefinite burial of significant volume of atmospheric carbon in the arctic and subarctic seas of Russia.
The carbon capacity of the DOM of the Okhotsk Sea is estimated by the authors about 2 gigatons of organic carbon, or up to 7 gigatons of carbon dioxide. These assessments have been carried out for the first time and exceed the relevant totals of all the Arctic seas of our country.
In international climate relations, Russia needs to clarify and take into account the total carbon capacity of ecosystems and water masses of its Arctic and subarctic seas more fully. This could end the protracted debate over whether our country is a net emitter of carbon dioxide, or one of the major donors to the world economy in the long-term deposition of anthropogenic atmospheric carbon.
Key words: climate problems, ecosystems of arctic and subarctic seas, Okhotsk Sea, dissolved organic matter, deposition and fossilization of carbon.
DOI: 10.17217/2079-0333-2018-43-109-118
Одной из наиболее острых экологических проблем современности является ускоряющееся повышение содержания в атмосфере Земли парниковых газов (прежде всего - углекислого газа). Это угрожает негативными и, возможно, катастрофическими изменениями климата. В числе главных причин появления этой проблемы - рост антропогенной эмиссии CO2 и снижение асси-
1 Статья подготовлена на основе краткого доклада, представленного авторами на Всероссийской конференции «Региональные проблемы развития Дальнего Востока», Петропавловск-Камчатский, ноябрь 2017 [1].
миляционного потенциала учитываемых в настоящее время международными климатическими соглашениями естественных резервуаров стока, депонирования и захоронения2 атмосферного углерода.
В рамках последнего фактора для России наиболее актуальны такие проблемы, как неравномерная, в целом еще слабая изученность и недостаточный мониторинг динамики емкости основных резервуаров стока и долговременного депонирования атмосферного углерода: лесов, почв, степей, тундр, а также водных масс и экосистем ее арктических и субарктических морей.
Относительно двух последних резервуаров необходимо заметить, что физико-химическая часть процессов поглощения и трансформации неорганического СО2 в Мировом океане уже давно и относительно хорошо известна, и проблема здесь состоит, преимущественно, в более точном измерении объемов и динамики абсорбции атмосферного углерода на локальном уровне, а также во включении этого, в буквальном смысле гигантского, даже для Мирового океана - около 40 000 Гт [2] - резервуара крупномасштабного стока, более или менее длительного депонирования, и частичного захоронения атмосферного углерода в международный учет и международные углеродные отношения3.
При этом относительно России важно не упустить из виду, что значительные стоки, депонирование и захоронение атмосферного углерода в карбонатной системе океанов свойственны преимущественно их высоким и средним широтам, тогда как низкоширотные моря и открытые океанические воды чаще являются нетто-эмиттерами СО2 [3, 4].
Эта же особенность в значительной мере характерна и для второго из указанных океанических резервуаров углерода - растворенного и взвешенного органического вещества (РОВ и ВОВ) - объекта представляемого исследования. Эти вещества формируются преимущественно фитопланктоном, основная масса которого генерируется здесь в зонах конвективных и других апвеллингов, а также значительным речным выносом органики почти со всей территории страны в северные и дальневосточные моря России - района нашего исследования.
В связи с тем, что территория нашей страны и прилегающие к ней акватории холодных морей Северного Ледовитого и Тихого океанов расположены в приарктической и собственно арктической климатических зонах, обусловленную этим расположением значительную емкость по депонированию и захоронению атмосферного углерода практически всех естественных углеродных резервуаров страны можно рассматривать как специфическое конкурентное преимущество России в международных углеродных отношениях, как существенную часть ее природного капитала. Поэтому дальнейшее изучение, оценка и мониторинг изменения емкости основных резервуаров углерода в северных районах страны должны стать важными задачами отечественной науки в рамках решения ею актуальных климатических проблем, а также проблем устойчивого социально-экономического развития страны в современных условиях.
Относительно упоминавшихся выше наземных углеродных резервуаров нашей страны актуальность их оценки и учета в межстрановых углеродных отношениях России, количественные определения емкости и оборачиваемости этих резервуаров, а также основанный на этих оценках общий баланс углерода на территории России (табл. 1) приводится в очень информативной работе [3].
Таблица 1
Годовой баланс С - СО2 на территории России в 1996-2002 гг. по [3, с. 21]
Компоненты баланса Поток С - СО2 Гт/год (%)
Первичная продукция фотосинтеза (сток) 4 450 (100)
Эмиссия (источники) 3 582 (80)
В том числе:
- микробное дыхание почвы; 2 800 (63)
- источники, не связанные с дыханием почвы 782 (17)
Баланс 868 (20)
2 Авторы здесь и далее захоронение углерода на какой-либо обозримый срок будут называть депонированием, а термин «захоронение» применять лишь к практически бессрочному выводу углерода из биотической ветви углеродного цикла в геологическую.
3 В связи с относительной новизной и с существенной спецификой предмета этих отношений, а также с их уже состоявшейся коммерциализацией, мы для краткости будем именно так называть эти отношения наряду с давно сформировавшимися обычными торговыми отношениями.
Однако в этом балансе, который свидетельствует о том, что Россия в мировом масштабе должна рассматриваться как территория нетто-стока углекислого газа, не учитываются морские углеродные резервуары страны. Хотя отмечается (со ссылкой на [4]), что значительная часть абсорбированного наземными экосистемами России углерода выносится с 1,3 млрд га (а это 80% всей территории страны) речным стоком на шельфы ее северных морей, которые в общем углеродном балансе России служат долгосрочными углеродными ловушками и обеспечивают значительные объемы захоронения подвижных форм углерода на геологические по масштабам сроки [4, с. 18].
В одной из последних работ Б.Г. Федорова [5] российский баланс выбросов и поглощений СО2 (табл. 2) учитывает, кроме биомов суши, также и океан.
Таблица 2
Показатели выбросов и поглощений СО2 в мире и России в 2010 г. по [5, с. 73]
Показатель Мир Россия
Гт С т С/чел. Мт С т С/чел.
Выбросы (fossil fuel emissions&deforestation) 8,8 1,3 650 4,6
в том числе индустриальные (fossil fuel emissions) 7,7 1,1 420 2,9
Поглощение (суша+океан) 4,7 0,7 1050 7,4
в том числе суша - почти в 2 раза меньше 2,4 0,4 830 5,8
Справочно:
Численность населения 6,8 млрд чел. 142,9 млн чел.
В этой же работе показано, что за 1990-2010 гг. поглощение СО2 биотой суши и океаном превышало его выбросы с территории нашей страны на 6,6 Гт С. В то же время официальные российские материалы, в соответствии с действующей методикой Киотских соглашений, показывали нетто-эмиссию СО2 нашей страны в объеме 6,5 Гт С [5, с. 63].
Из табл. 2 следует, что в России поглощение СО2 морскими водными массами по своему объему практически равно поглощению этого основного парникового газа всеми биомами суши.
Однако указанное в табл. 2 океаническое поглощение углерода, как следует из контекста этой работы, учитывает только физико-химическую (карбонатную) ветвь углеродного цикла -растворенный неорганический углерод (РНУ), а не полное (в сумме с биохимическим) поглощение углекислого газа атмосферы океанами и их морями. Как это показано в [6], игнорирование влияния биоты океана в поглощении СО2 приводит к недооценке полного океанического стока атмосферного углерода в несколько раз [6, с. 532]. Именно к биохимической (и только в части основной ее составляющей - растворенного органического углерода (РОУ)) - пока еще малоизученной и не учитываемой в международных углеродных отношениях ветви углеродного цикла арктических и субарктических морей России как актуальному предмету углубленных естественнонаучных исследований, а также новому объекту экономической оценки в качестве крупного резервуара стока, депонирования и захоронения атмосферного углерода, авторы и хотят привлечь внимание читателей. В этом и состоит основная цель нашего исследования.
Для того чтобы еще раз подчеркнуть масштабность и важность учета растворенного в океане органического углерода при решении проблемы избыточного сегодня СО2 в атмосфере нашей планеты приведем здесь весьма яркую цитату из [7]. «Растворенный органический углерод (РОУ) является критическим, очень важным показателем для понимания глобального цикла углерода в масштабе 1000-10000 лет... Количество РОУ в океане (1500-1800 1015 т), то есть в 2-3 раза больше, чем углерода в атмосфере. Поэтому РОУ может являться формой стока и существования в океане атмосферного СО2» [7, с. 170].
Странно, что ни в действующих сегодня Киотских соглашениях по климату, ни в идущих им на смену Парижских (2015 г.) климатических соглашениях такой огромный и устойчивый во времени (об этом чуть ниже) резервуар стока и депонирования атмосферного углерода остается (как слон в известной басне И.А. Крылова) «непримеченным».
Кроме гигантской емкости и многовековой длительности депонирования СО2, важно, что растворенное органическое вещество концентрируется преимущественно в надшельфовых водах океана и в его прибрежных, преимущественно северных, морях (что хорошо иллюстрирует рис. 1).
Рассматриваемый резервуар долгосрочного депонирования атмосферного углерода для многих прибрежных стран, и, прежде всего, России, является конечным звеном стока углекислого газа из атмосферы и большинства наземных биомов. Последнее обстоятельство при возможном
переходе к расчету международных углеродных балансов приморских стран с учетом РОВ их прибрежных вод и в связи с исключительно высокой стабильностью этих резервуаров углерода во времени могло бы снять многие проблемы резкого межгодового колебания их углеродных стоков в наземные резервуары, а также исключило бы двойной учет некоторых из них.
Рис. 1. Распределение Сорг в верхнем слое осадков Мирового океана. По [2, с. 405].
На рис. 1 наглядно представлены величина и размещение площадей накопления Сорг в верхнем слое осадков Мирового океана. Обращает на себя внимание исключительно высокий потенциал арктических и субарктических морей России в переводе атмосферного углерода через биологическую ветвь его круговорота в осадки и в дальнейшем в геологический круговорот. К сожалению, подобной карты по неорганическому углероду авторам найти не удалось. Она может быть гораздо более впечатляющей. Именно эти емкости хранения углерода, благодаря такому «конкурентному преимуществу» России, как ее приарктическое географическое положение, определяют ее мировую роль в обеспечении решения климатических проблем, а не малообоснованные самоограничения в развитии экономики по Киотскому протоколу и Парижским климатическим соглашениям. Именно эти емкости представляют для нашей страны один из существенных элементов ее природного капитала, они, наряду с упоминавшимися выше такими емкостями хранения атмосферного углерода, как почвы, степи, болота и тундры, требуют безусловного сохранения в интересах устойчивого развития России.
По наиболее цитируемой в современной отечественной литературе средней по величине оценке [2] в Мировом океане содержится 1 053 млрд тонн (Гт) органического углерода (Сорг). В том числе: растворенного (РОУ) - 1 000 Гт, взвешенного (ВОУ) - 50 Гт и чуть более 3 Гт Сорг живого органического вещества, включая 1,1 Гт первичной продукции (1111) океана (здесь -только фитопланктона) [2, с. 403].
Другие имеющиеся на сегодня оценки этой наиболее весомой части органического углерода океана колеблются в диапазоне от 700 [2] до 1 800 Гт [4, 6]. Эта серьезная неопределенность углеродного баланса океана не позволяла до последнего времени замкнуть с приемлемой степенью точности океанический и, соответственно, глобальный бюджет углерода, что (как предполагается, скорее всего, и привело к проблеме его «потерянного стока» [8]). В той же работе показано, что учет влияния биоты океана вместе с уже упомянутым выше объемом абиотического поглощения атмосферного углерода в океане - 38 500 Гт [2, с. 402] решает эту проблему полностью. Учитывающая последние факторы оценка объема растворенного органического углерода в океане, по мнению авторов [8], соответствует расчетной величине, которая близка к верхнему пределу диапазона его современных оценок - 1 500 Гт С [8, с. 530]. Но даже по последней уточненной оценке, масса РОУ в океане в двадцать пять раз меньше массы растворенного здесь неорганического углерода. Может ли биотическая ветвь углеродного цикла в системе «океан-атмосфера» при таком соотношении масс РНУ и РОУ оказывать какое-то существенное влияние на содержание СО2 в атмосфере? Оказывается - может. Например, по модельным расчетам коллектива авторов [9], которые одной из прямых целей своей работы ставили «корректное опреде-
ление роли вклада биоты [океана] в глобальный углеродный цикл» [9, с. 27], влияние обеих ветвей цикла на динамику содержания СО2 в атмосфере оказалось не просто сопоставимым, а практически одинаковым. Так, численные модельные эксперименты при прогнозировании концентрации СО2 в атмосфере на период с 2000 по 2100 гг. на используемой в указанной работе модели показали, что без учета воздействия океанической биоты на концентрацию двуокиси углерода в атмосфере время, необходимое для возврата этой концентрации к исходному уровню (365 ррт в 1998 г.), составит 90-100 лет, тогда как с учетом влияния биоты океана оно сокращается до 50-60 лет (рис. 2).
380 375 370 365
2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
Рис.2. Изменение средней концентрации углекислого газа в атмосфере: сплошная линия - без учета воздействия биоты океана, пунктирная линия - с учетом биоты.
Ось х - годы, ось y - концентрация (ppm). По [9, с. 30]
Очевидно, что даже значительная разница в общей массе органической и неорганической ветвей углеродного цикла в океане при взаимодействии их с атмосферой успешно компенсируется более высокой подвижностью и более высокой скоростью оборачиваемости органического углерода. И это в среднем по всему Мировому океану.
Что же касается арктических и субарктических морей России, где концентрация РОВ вследствие высокой биологической продуктивности этих холодных морей, а также в результате огромного речного выноса в моря Северного Ледовитого и Тихого океанов устойчивой к разложению органики с большей части территории нашей страны [3, 4] значительно выше, чем по океану в целом и где коэффициенты фоссилизации углерода (разные по разным морям) также всегда и намного выше среднеокеанических [2, 8], влияние биотической части углеродного цикла на динамику содержания СО2 в атмосфере может быть существенно выше соответствующего влияния абиотической ветви этого цикла.
В настоящее время главной проблемой измерения накопленных запасов растворенного углерода, а также экономической оценки полной углеродной емкости водных масс и экосистем арктических и субарктических морей России как резервуаров стока, депонирования и захоронения атмосферного СО2 остается острая недостаточность проводимых здесь исследований in situ протекающих в этих морях геохимических и биохимических процессов в соответствующих углеродных циклах, а также сопряжения этих циклов. Однако в последние годы в решении этой проблемы уже наметились положительные тенденции благодаря усилиям специалистов Института океанологии РАН [2, 4, 7, 8], Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) [9-12], а также Тихоокеанского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ТИНРО) [13-16]. Приведенные в указанных работах данные уже обеспечивают возможность оценить (пусть приблизительно) массы накопленного здесь растворенного органического вещества, а также его роль в устойчивом длительном депонировании и выводе значительных объемов атмосферного углерода из современного биосферного цикла в геологический.
Ниже на основе указанных и некоторых других публикаций по рассматриваемой проблеме, а также собственных исследований авторами представлена попытка дать ориентировочную оценку карбонной емкости экосистем субарктических морей России на примере РОВ Охотского моря.
Известно, что Охотское море, будучи одним из крупнейших и биологически наиболее продуктивных морей России, по своим природным условиям приближается к арктическим морям, для которых характерны значительные концентрации и высокая стойкость к разложению рас-
творенного органического вещества, время полной минерализации которого составляет, по минимальным оценкам, от 30 до 400 лет [10], по средним - порядка 500-1000 [3, 4], а по высоким -более тысячи лет [7], и даже - свыше трех тысяч лет [14].
Основным источником растворенного органического вещества в океане, как известно, является фитопланктон, образующий океаническую первичную продукцию. В прибрежных морях этот источник дополняют речной и подземный сток, береговая образия и эоловый перенос углерода с суши. Для арктических морей России (АМР) это дополнение имеет существенное значение [4]. Для РОВ Охотского моря указанные дополнительные источники органики также существенны, но в относительно меньшей степени, чем для арктических морей.
В то же время самый крупный аллохтонный источник РОВ Охотского моря - речной сток (около 600 км3/год) [18] - уступает по объему лишь двум морям Арктики: Карскому (1350 км3) и Лаптевых (767 км3) [4]. При этом концентрации растворенного органического углерода в этих морях вполне сопоставимы. Если по Охотскому морю пределы изменения концентраций Сорг составляют от 98 до 700 микромолей на литр, то для Карского моря - 93-950, а для моря Лаптевых -167-667 микромолей [11]. Это указывает, с одной стороны, на более высокую роль в формировании РОВ Охотского моря автохтонных источников - фото- и хемосинтеза первичной продукции, и, с другой стороны, - на возможно более значительную в Охотоморье (но до сих пор количественно неопределенную) абсолютную массу РОВ, поскольку объем этого моря (1316 км3) более чем в полтора раза превосходит суммарный объем (863 км3) всех арктических морей России [18].
Другим немаловажным обстоятельством, определившим выбор авторами Охотского моря в качестве модельного полигона физической и стоимостной оценки РОВ как крупного резервуара стока, депонирования и захоронения атмосферного СО2 в субарктических морях России, для учета этой важной экосистемной услуги в природном капитале нашей страны, а также в ее международных углеродных отношениях, является то, что рассматриваемый морской водоем в настоящее время практически полностью находится под юрисдикцией России. В связи с его четкой географической, а также относительной гидрологической и экологической обособленностью он не может вызвать серьезных возражений других стран против безусловной принадлежности России природной (углеродной) ренты [5], возникающей при долгосрочном депонировании и бессрочном захоронении антропогенного атмосферного СО2 растворенным органическим веществом Охотского моря.
Поскольку основным источником РОВ в гидросфере Земли является первичная продукция, рассмотрим имеющиеся оценки первичной продуктивности Охотского моря и ее тенденции.
Оценки величины первичной продуктивности Охотского моря за период исследований этого водоема значительно изменялись (преимущественно росли) и не устоялись до сих пор. С пятидесятых до восьмидесятых годов прошлого столетия они колебались от 100 до 150 г С/м2год [14], что в пересчете на всю площадь моря составляет от 160 до 240 млн тонн углерода. К концу века оценки первичной продуктивности Охотского моря выросли до 260-350 г С/м2год. То есть - до 400-550 млн тонн годовой продукции [14, 15]. Хотя некоторые из этих оценок (например, в [16] известного дальневосточного гидробиолога В.П. Шунтова) поднялись до современного максимума - 450 г С/м2год, или на всю акваторию моря - 720 млн тонн углерода (15,1 млрд тонн в сырой биомассе [16, с. 172]). Такая продуктивность является на сегодня наивысшей для всех северных морей России.
Причинами роста оценок стали: совершенствование со временем методов оценки, уточнение (постепенное расширение) объекта оценки, а также возможный рост самой первичной продуктивности моря, величина долгопериодных колебаний которой подчинена флуктуациям условий среды и в том числе колебаниям солнечной активности (СА). Последний фактор в качестве важного для биопродуктивности отмечался многими исследователями. Не обошли вниманием этот фактор и авторы. В модельных экспериментах с экосистемой Охотского моря нами было замечено существенное повышение ее продуктивности при уменьшении активности солнца [19]. Такой (неожиданный, на первый взгляд) эффект, вероятно, можно объяснить тем, что при снижении температуры поверхности моря повышается интенсивность конвективного перемешивания водных масс и увеличивается поступление в эвфотический слой необходимых для фотосинтеза биогенов. Предполагаемое на ближайшую перспективу длительное снижение солнечной активности [20, 21] в этом случае может способствовать дальнейшему росту первичной биологической продуктивности холодноводных арктических и субарктических морей и соответствующему увеличению в них массы растворенного органического вещества. Последнее будет
в какой-то мере компенсировать неизбежное при этом уменьшение первичной продуктивности наземной растительности, что приведет к возрастанию роли водных масс и экосистем этих морей в качестве крупных резервуаров стока атмосферной углекислоты.
Имеющиеся к настоящему времени оценки первичной продуктивности Охотского моря из-за их разрозненности и недостаточной сопоставимости нельзя предоставить в виде единого динамического ряда для выявления тенденций первичной продуктивности в рассматриваемом водоеме. Такой ряд был бы полезен при оценке современной массы РОВ Охотского моря, а также при определении возможной амплитуды ее межгодовых колебаний и долговременного прогнозирования этих характеристик.
В некоторой мере отсутствие указанной статистики может восполнить ряд соответствующих данных спутникового мониторинга первичной продукции в Охотском море. Ниже (на рис. 3) этот ряд представлен в виде графика колебаний среднегодовой величины первичной продукции рассматриваемого водоема в углеродном выражении за период с 1998 по 2016 гг. (рассчитано по данным [22, 23] В.А. Масневым, публикуется впервые).
Мт ^рг Числа Вольфа 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 18
510 490 470 450 430 < 410 390 370 350 19
/ \ |
/ \
Г — - ✓ * ч
И к — / 1
\ 1 ¡Г ' — > ь
ч Л - —
¥
98 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 20
Левая шкала - 1111 и - ее линейный тренд по [22, 23];
Правая шкала - СА и — — - ее линейный тренд по [20]
Рис. 3. Динамика изменения первичной продукции (ПП) Охотского моря за 1998-2016 гг. и солнечной активности (СА) в 23-м и 24-м солнечных циклах
Представленная на графиках рис. 3 динамика первичной продукции Охотского моря охватывает (и в основном подтверждает) перечисленные выше разрозненные оценки продуктивности водоема в рассматриваемом периоде и, насколько это позволяет длительность наблюдений, показывает явно выраженную тенденцию роста ПП Охотоморья в последнем двадцатилетии, а также обратную зависимость этого роста от снижения интенсивности солнечной активности в ее 23-м и 24-м циклах [19, 24].
Для ориентировочной оценки массы РОУ в Охотском море, с учетом современных объемов и тенденций его первичной продуктивности, авторами использовалась информация о концентрациях РОУ в этом водоеме, представленная в [10].
В этой работе в Охотском море выделяются два крупных района с различным содержанием РОУ: относительно мелководный - северный, который характеризуется высокими концентрациями углерода (250-300 мкМ) и глубоководный - южный район, где концентрации углерода варьируют от 50 до 250 мкМ.
Вертикальное распределение РОУ в Охотском море также колеблется в значительных пределах (особенно в глубоководной части моря). Значения концентрации здесь изменяются по вертикали более чем в пять раз, что требует для расчетов его общего количества в водоеме разработки довольно сложной модели динамики соответствующих водных масс. На этапе предварительной оценки общего содержания Сорг в РОВ водоема авторами использовалась упрощенная схема усреднения концентрации углерода по пяти смежным водным слоям с глубинами их нижних границ до 200, 1 000, 2 000, 3 000 и 4 000 м.
Каждому слою присваивались приблизительно средняя из приведенных в источнике вертикальных профилей концентрация углерода, а также соответствующий объем водной массы, и на этой основе определялись средневзвешенная концентрация углерода в слое воды и его суммарное содержание в водоеме.
Результаты расчетов по такой схеме представлены в табл. 3.
Таблица 3
Расчет массы растворенного органического углерода Охотского моря
Высота водного слоя, км Послойный объем водных масс (V), тыс. км3 Концентрация Сорг (См), мкМ Молярная масса углерода (М), г/моль Масса Сорг в РОВ Охотского моря (т = См-М- V), Гт
0,0-0,2 253,0 200,0 12,0 0,607
0,2-1,0 535,6 70,0 12,0 0,450
1,0-2,0 313,0 100,0 12,0 0,376
2,0-3,0 181,7 200,0 12,0 0,436
3,0-4,0 33,6 70,0 12,0 0,028
Охотское море, всего 1 316,9 120,0 12,0 1,897
Мировой океан 1 340 740,0 62,2 12,0 1000
Таким образом, ориентировочное содержание Сорг в растворенном органическом веществе Охотского моря по нашим приблизительным подсчетам составляет около 2 Гт.
Тогда, исходя из известного коэффициента пересчета свободного углерода в углекислый газ -3,67, РОВ бассейна Охотского моря представляет собой весьма крупный конечный резервуар стока и долговременного депонирования атмосферного СО2 в объеме около 7 Гт.
Исходя из действовавших в рамках Киотских соглашений цен на углеродные квоты в 6,5 долл. США за тонну углерода [5], определенная авторами ориентировочная емкость долгосрочного депонирования атмосферного углерода в РОВ Охотского моря в объеме 2 млрд тонн может быть оценена суммой в 13 млрд долл.
Поскольку расчет массы растворенного углерода как одного из резервуаров его депонирования и захоронения в Охотском море выполнен (как представляется авторам) впервые, прямых сопоставлений с другими оценками пока сделать невозможно. Оценить уровень достоверности или хотя бы правдоподобности полученного результата можно лишь косвенно (и лишь по порядку величины) - сравнением с имеющимися в литературе оценками запасов РОВ (РОУ) в других морях, и, в частности, в арктических морях России, а также по соотношению соответствующих величин по океану в целом.
Так, общая масса РОУ по арктическим морям России определена в объеме 1 400 Мт [7]. В том числе: Баренцево море - 550 Мт; Белое море - 45 Мт; Карское море - 175 Мт; море Лаптевых - 445 Мт; Восточно-Сибирское море - 100 (?) Мт; Чукотское море - 85 Мт [7, с. 260]. Перечисленные объемы массы РОУ по арктическим морям России в целом и по каждому из них отдельно, по порядку величины можно считать вполне сопоставимыми с рассчитанной нами массой РОУ в Охотском море (около 2 Гт), если учесть, что объем вод последнего (1318 км3) в полтора раза больше, чем суммарный объем вод (863 км3) всех арктических морей России. Таким образом, полученная нами оценка не выглядит заниженной.
Как это следует из справочной (последней) строки табл. 3, РОУ всего океана по [2] составляет порядка 1 000 Гт, что в пересчете на весь объем Мирового океана дает среднюю концентрацию Сорг в океане порядка 62,2 мкМ. А полученный нами соответствующий результат по Охотскому морю составляет 120 мкМ, или всего в два раза выше среднеокеанического, что при взгляде на рис. 1 не создает впечатления, что эта оценка может быть завышена. Поэтому продуктивность использованного авторами упрощенного подхода для расчета массы РОУ в Охотском море и достоверность предварительных результатов, полученных на данном (первом) этапе исследований с учетом скудности исходных данных, вероятно, можно признать удовлетворительными. Это предполагает необходимость проведения соответствующих расчетов по всем другим морским акваториям района исследований, а также по всем другим морям России, многие из которых на сегодня не имеют даже ориентировочных оценок массы содержащихся в них растворенного органического углерода как конечного резервуара долгосрочного депонирования и частичного, но практически бессрочного захоронения значительной части речного и подземного стока углерода с более чем 90% территории нашей страны, а также растворенного органического углерода, образующегося непосредственно в окружающих Россию морях с общей площадью их исключительной экономической зоны более 7,5 млн квадратных километров.
Ориентировочные физическую и стоимостную оценки РОУ Берингова моря, с выделением его российской исключительной экономической зоны (ИЭЗ), а также ИЭЗ прилежащей к Камчатке северо-западной части Тихого океана как существенных в рамках климатической проблемы резервуаров стока, депонирования и захоронения избыточного атмосферного углерода, авторы предполагают осуществить в текущем (2018) году.
Выводы
Растворенное органическое вещество омывающих Россию морей (особенно - арктических и субарктических) представляет собой конечный резервуар стока, долгосрочного депонирования и, в значительной мере, захоронения атмосферного углерода, связанного большинством наземных и морских экосистем страны. Емкость этого резервуара до сих пор изучена недостаточно, а масса длительно сохраняемого в нем углерода достоверно не измерена и не учитывается в международных углеродных отношениях.
Другим (и более крупным) конечным резервуаром связывания и захоронения атмосферного углерода в морях России (также преимущественно арктических и субарктических) является растворенный неорганический углерод карбонатной системы этих морей. Изученность и определение емкости этого резервуара также не удовлетворяют актуальным потребностям установления равноправных международных углеродных отношений нашей страны.
Необходимо интенсифицировать изучение и доказательное измерение указанных статей углеродного баланса страны и до получения приемлемых по достоверности результатов соответствующих исследований России следует воздержаться от ратификации Парижских соглашений по климату (2015 г.).
Литература
1. Ширкова Е.Э., Ширков Э.И. Физическая и стоимостная оценка депонирования атмосферного углерода экосистемами северных и бореальных морей России // Региональные проблемы развития Дальнего Востока: тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс, 2017.- С. 74-78.
2. Романкевич Е.А., Ветров А.А., Пересыпкин В.И. Органическое вещество Мирового океана // Геология и геофизика. - 2009. - № 44 (Т. 50). - С. 401-411.
3. Заварзин Г.А., Кудеяров В.Н. Почва как главный источник углекислоты и резервуар органического углерода на территории России // Вестник Российской академии наук. - 2006. - № 1 (Т. 76). - С. 14-29.
4. Цикл углерода в Арктических морях России / М.Е. Виноградов, Е.А. Романкевич, А.А. Ветров, В.И. Ведерников // Круговорот углерода на территории России: сб. тр. / под ред. Н.П. Лаверова и Г.А. Заварзина. - М.: Мин-во науки и технологий РФ, 1999. - С. 300-325.
5. Федоров Б.Г. Выбросы углекислого газа: углеродный баланс России // Проблемы прогнозирования. - 2014. - № 1. - С. 63-78.
6. Горшков В.Г., Макарьева А.М. Изменение глобального круговорота углерода: результаты анализа измерений отношений O2/N2 в атмосфере и парциального давления CO2 у поверхности раздела океан-атмосфера // Геохимия. - 2002. - № 5. - С. 526-535.
7. Романкевич Е.А., Ветров А.А. Цикл углерода в арктических морях России. - М.: Наука, 2001. - 302 с.
8. Ветров А.А., Романкевич Е.А. Первичная продукция и потоки органического углерода на дно в арктических морях: ответ на современное потепление // Океанология. - 2011. -№ 2 (Т. 51). - С. 266-277.
9. Обобщенная динамико-стохастическая модель глобального цикла углерода: долгосрочный прогноз адаптации системы «Океан-Атмосфера» на антропогенное воздействие / А.В. Глушков, В.Н. Хохлов, Н.Г. Сербов, А.А. Свинаренко, Э.Н. Серга, Т.В. Лукаш // Украшський пдрометеоролопчный журнал. - 2009. - № 5. - С. 27-31.
10. Агатова А.И., Лапина Н.М., Торгунова Н.И. Органическое вещество, скорости его трансформации и продуктивности различных районов Охотского моря // Труды ВНИРО. - 2016. -Т. 164. - С. 41-61.
11. Агатова А.И. Биохимические подходы к оценке продуктивности вод Мирового океана // Труды ВНИРО. - 2014. - Т. 152. - С. 15-40.
12. Сорокин Ю.И. Первичная продукция в Охотском море // Комплексные исследования экосистемы Охотского моря / под ред. В.В. Сапожникова. - М.: ВНИРО, 1997. - С. 103-110.
13. Шунтов В.П., Дулепова Е.П. Современный статус, био- и рыбопродуктивность экосистемы Охотского моря // Комплексные исследования экосистемы Охотского моря / под ред. В.В. Сапожникова. - М.: ВНИРО, 1997. - С. 247-259.
14. Налетова И.А., Сапожников В.В., МетревелиМ.П. Особенности распределения первичной продукции в летний период и оценка суммарной продукции в Охотском море // Комплексные исследования экосистемы Охотского моря / под ред. В.В. Сапожникова. - М.: ВНИРО, 1997. - С. 97-102.
15. Аржанова Н.В., Зубаревич В.Л. Химическая основа биопродуктивности Охотского моря // Комплексные исследования экосистемы Охотского моря / под ред. В.В. Сапожникова. - М.: ВНИРО, 1997. - С. 86-92.
16. Шунтов В.П. Биология дальневосточных морей России. Т.1. - Владивосток: Изд-во ТИНРО-центр, 2001. - 580 с.
17. Романкевич Е.А. Геохимия органического вещества в океане. - М.: Наука, 1977. - 256 с.
18. Национальный атлас России. Т. 2. - М.: Федеральное агентство геодезии и картографии (Роскартография), 2000. - 495 с.
19. Разработка путей и методов повышения эколого-экономической эффективности природопользования на Камчатке и ее шельфах: отчет о НИР (заключ.). Т. II. / КФ ТИГ ДВО РАН; рук. Ширкова Е.Э. - Петропавловск-Камчатский, 2016. - 173 с. // ФГАНУ ЦИТИС. - Рег. № НИОКТР АААА-А17-117080910100-6; № ИКРБС АААА-Б17-21711281052-6.
20. The Solar Physics Group at NASA's Marshall Space Flight Center (NASA) / Solar Phisics // Солнечная активность по данным: URL: http://solarscience.msfc.nasa.gov/ images/Cycle22Cycle23Cycle24big.gif (дата обращения: 12.12.2017).
21. Lubin D., Melis C., Tytler D. Ultraviolet Flux Decrease Under a Grand Minimum from IUE Short-wavelength Observation of Solar Analogs // The Astrophysical Journal Letters. - San Diego: University of California, 2017. - Vol. 852, № 1. DOI: 10.3847/2041-8213/aaa124.
22. Ocean Productivity / Первичная продукция Охотского моря по данным спутников: SeaWiFS с 1998 г. по 2002 г. [Электронный ресурс]. - URL: http://orca.science.oregonstate.edu/ 1080.by.2160.monthly.hdf.vgpm.s.chl.a.sst.php (дата обращения: 12.12.2017).
23. Ocean Productivity / Первичная продукция Охотского моря по данным спутников: MODIS с 2003 г. по 2016 г. [Электронный ресурс]. - URL: http://orca.science.oregonstate.edu/ 1080.by.2160.monthly.hdf.vgpm.m.chl.m.sst.php (дата обращения: 12.12.2017).
24. Owens M.J., LockwoodM., Riley P. Global solar wind variations over the last four centuries // Scientific Reports: электрон. научн. журн. - 2017. - Vol. 7. DOI:10.1038/srep41548. - URL: https://www.nature.com/articles/srep41548 (дата обращения: 23.01.2018).
Информация об авторах Information about the authors
Ширкова Елена Эдуардовна - Камчатский филиал Тихоокеанского института географии ДВО РАН; 683000, Россия, Петропавловск-Камчатский; кандидат экономических наук, заместитель директора по научной работе; kftigkamchatka@mail.ru
Shirkova Elena Eduardovna - Kamchatka Branch of Pacific Geographical Institute FEB RAS; 683000, Russia, Petropavlovsk-KamchatskY; Candidate of Economic Sciences, Deputy Director for Science; kftigkamchatka@mail.ru
Ширков Эдуард Иванович - Камчатский филиал Тихоокеанского института географии ДВО РАН; 683000, Россия, Петропавловск-Камчатский; кандидат экономических наук, руководитель лаборатории эколого-экономических исследований; kftigkamchatka@mail.ru
Shirkov Eduard Ivanovich - Kamchatka Branch of Pacific Geographical Institute FEB RAS; 683000, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Candidate of Economic Sciences, Head of Ecological and Economic Research Laboratory; kftigkamchatka@mail.ru
Маснев Виталий Анатольевич - Камчатский филиал Тихоокеанского института географии ДВО РАН; 683000, Россия, Петропавловск-Камчатский; инженер лаборатории эколого-экономических исследований; kftigkamchatka@mail.ru
Macnev Vitaliy Anatolievich - Kamchatka Branch of Pacific Geographical Institute FEB RAS; 683000, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Engineer of Ecological and Economic Research Laboratory; kftigkamchatka@mail.ru
