CC BY
229Журнал «Окружающая среда и энерговедение» (ОСЭ) №2(2021)
УДК: 551.583:57.025:574:581.9
Углеродный цикл и изменения климата
1Замолодчиков Дмитрий Геннадьевич!0000-0002"2466-90031
1Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, Москва, Россия 1Е-шаИ: [email protected]
Аннотация. В статье представлено интервью зам. главного редактора журнала «Окружающая среда и энерговедение» К.С. Дегтярева с доктором биологических наук, главным научным сотрудником Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН Дмитрием Геннадьевичем Замолод-чиковым. Обсуждаемые темы: баланс углерода в географической оболочке и методы его оценки, причины изменений климата, наблюдения за эмиссией парниковых газов, создание карбоновых полигонов и ферм в России.
Ключевые слова: лес, углерод, баланс углерода, углекислый газ, парниковые газы, климат, изменения климата, карбоновые полигоны, карбоно-вые фермы.
1 Оценки баланса углерода в экосистемах
Дмитрий Геннадьевич, в Вашей статье «Влияние объемов лесопользования на углеродный баланс лесов России: прогнозный анализ по модели СВЫ-С¥$3» [1] сказано: «Леса Российской Федерации в настоящее время являются стоком атмосферного углерода, величины которого по различным оценкам составляют от 100 до 700 млн т С/год». С чем связан такой разброс в оценках и, собственно, по каким методикам проводят оценки?
Связан это разброс с тем, что он действительно показывает реальную неопределённость оценок.
Тут надо понимать, что все опубликованные оценки являются именно оценками, а не результатам прямых измерений. Сейчас методы измерения баланса углерода в лесах продолжают разрабатываться. Например, есть большой проект РНФ, который ведёт Институт космических исследований, и они практически разработали систему ежегодного измерения запасов древесины с помощью спутниковых методов.
Журнал «Окружающая среда и энерговедение» (ОСЭ) №2(2021) Углерод в лесу - это, всё-таки, в основном фитомасса; мы не говорим сейчас про углерод в почвах, это отдельная ситуация. И, зная запасы древесины в лесах, серию последовательных оценок, можно понять, как они растут, и отсюда сделать оценку баланса. Но пока это всё находится в стадии разработки и, до сих пор, насколько мне известно, публикаций не было.
Рис. 1. Д.Г. Замолодчиков
Есть оценки, для которых используются разные исходные источники информации. Это может быть Государственный Лесной реестр. Это могут быть спутниковые данные или какие-то другие картографические источники информации. На их основе делаются какие-то предположения и допущения.
Один из типичных способов оценки - собрать данные по каким-то конкретным исследованиям и дальше распространить на площади. Но территория лесов России - это сотни миллионов га (прим.: более 800 млн. га), а исследований - несколько тысяч, что недостаточно для адекватной характеристики всех имеющихся вариантов лесов.
Кроме того, есть методы лесоводственной оценки - например, по приросту. Есть серия публикаций ВНИИЛМ (Всероссийского научно-исследовательского института лесоводства и механизации лесного хозяйства) - довольно агрессивных публикаций, что в России недооценивают поглощение углерода. Но, при этом, они используют такой подход, как средний прирост, а это некая оценочная характеристика, которая, строго говоря, в два раза выше, чем реальный прирост. Понятно, почему оценка ВНИИЛМ получается завышенной.
Мы в своих работах, старались соблюдать требования МГЭИК (Ш^), которая разрабатывает, в том числе, и методические руководства для национальных кадастров парниковых газов.
Вы сейчас верно подметили, в российском обществе идёт дискуссия, и все спорят - сколько углерода поглощают леса. И постоянно ссылаются при этом на рамочную конвенцию ООН по изменениям климата [2] и Парижское соглашение [3]. Но вообще вся эта дискуссия, строго говоря, не к месту. Потому, что в рамках Рамочной конвенции ООН и Парижского соглашения никто не призывает оценивать углеродный бюджет лесов, а предлагают оценивать углеродный эффект лесного хозяйства. Потому, что в рамках конвенции и соглашения учитываются антропогенные источники и стоки парниковых газов. И это, на самом деле, очень важная тонкость, которая часто недооценивается.
Углеродный бюджет лесов включает множество факторов - скажем, повышение продуктивности из-за изменения климата, повышение продуктивности за счёт фертилизации повышенными концентрациями СО2, за счёт выпадения азота и, конечно же, действия человека. А действия человека - это рубки, управление лесовосстановлением, защита лесов от пожаров и так далее. То есть, в углеродный бюджет лесов вкладывается большое количество факторов как естественного, так и антропогенного характера.
В отчётность в национальном кадастре парниковых газов входят только антропогенные эффекты. И по этому поводу даже были специальные международные договоренности.
И, в зависимости от того, какие факторы учитывать, получаются различные оценки. Тот самый разброс оценок связан, во-первых, с наличием в некоторых системах оценки явных некорректных методических приёмов; а, если рассматривать только корректные системы оценки, которые всё равно дают большой разброс, за счет учета разных совокупностей процессов. И здесь, в первую очередь, конечно, сказывается разный учет роли почвы.
На чём именно, на какой информационной базе основаны эти оценки? Насколько я понимаю, есть данные о площади и составе лесов, и есть известные данные, измеренные показатели способности деревьев разных пород и возрастов к поглощению углерода, а потом это экстраполируется на территорию... Что-то вроде этого?
Да, что-то вроде. Существует такой источник информации, как Государственный Лесной реестр. Строго говоря, это главный источник статистических сведений по лесам, на основе которых и планируется ведение лесного хозяйства. Скажем, каждый субъект РФ имеет Лесной план. Этот Лесной план разрабатывается именно на основе Государственного Лесного реестра.
Что представляют собой эти данные Государственного Лесного реестра? Это данные по площадям и запасам древесины - это две базовые характеристики: площадь и запасы; соответственно, в подразделении на различные категории насаждений.
Насаждения идентифицируются по преобладающей породе. Это, можно сказать, особенность российской лесной инвентаризации - определение преобладающей породы. Причём это не обязательно фактически преобладающая порода. Там более сложные алгоритмы для определения, скажем, 4 сосны и 6 берёз - это будет сосняк, а не березняк. Но это уже детали. Если посмотреть на строки Лесного реестра, там будут обозначения: сосна, берёза, лиственница, осина, дуб и т.д.
Кроме того, дифференциация идёт по возрастному составу. В Государственном Лесном реестре используются 6 групп возраста: 1) молодняки 1 класса возраста, 2) молодняки 2 класса возраста, 3) средневозрастные; 4) приспевающие; 5) спелые и 6) перестойные.
А, с точки зрения бюджета углерода, возраст - едва ли не важнейшая характеристика. Молодое насаждение растёт и активно поглощает углерод. Спелое насаждение находится в более-менее стабильном состоянии, и его фитомасса приблизилась к своему постоянному значению.
Далее, все эти данные подразделяются на категории защитности, категории назначения лесов. Самые крупные категории: защитные, эксплуатационные и резервные леса. Дальше защитные леса подразделяются ещё на 18 групп: противо-эрозионные, нерестовые полосы, водозащитные и т.д., и т.п.
И эти данные Государственного Лесного реестра существуют для всей территории земель Лесного фонда России.
Однако не все леса находятся на землях Лесного фонда. Например, имеются земли ООПТ (особо охраняемых природных территорий). Там тоже есть леса, но в Государственный Лесной реестр они не входят. И в этом есть определённая проблема с инвентаризацией лесов заповедников. Есть леса на заброшенных бывших сельскохозяйственных землях, их много, не менее 30 млн. га, но это пока «незаконные» леса, для которых нет никакого учёта.
Лесной реестр в последнее время критикуется многими исследователями. Отмечается, что деятельность по лесоустройству после принятия Лесного кодекса 2006 года была передана на региональный уровень и была существенно сокращена, поэтому данные Государственного Лесного реестра вовремя не обновляются и «стареют» и, из-за этого, во многом они уже не являются достоверными. Но, тем не менее, пока это лучший источник, дающий наиболее подробную информацию. Хотя, например, сравнение со спутниковыми данными показывает, что запасы в Лесном реестре занижены примерно на 20%-30%. И это при том, что
площади, наоборот, завышены - согласно Лесному реестру у нас лесов несколько больше, чем на самом деле, поскольку нарушения и вырубки в последние годы привели к гибели лесов на многих площадях.
Часть оценок углеродного лесного баланса ориентируются на данные Государственного Лесного реестра. Только часть, потому, что существуют полностью независимые от этого системы оценки, которые, в основном, ориентируются на современные дистанционные данные. Поскольку методы дистанционного зондирования, конечно же, очень сильно прогрессируют в последние десятилетия. Скажем, помимо анализа оптического диапазона, который долгое время был основным направлением, всё большее распространение получают радарные методы, лидарные методы, которые более ориентированы на получение массовых либо объёмных оценок. И это позволяет надеяться на получение в разумные сроки более содержательных, полученных методами прямого измерения, данных.
Что касается дистанционного зондирования - это способы выявления структуры леса (из которой можно делать выводы о балансе углерода) или уже прямые замеры эмиссии газов?
Это зависит уже от метода, который используется. Если мы идём по пути анализа оптического диапазона, то здесь стандартной методикой является установление тех или иных характеристик, как спектральных, так и текстурных... Здесь главная задача автоматического дешифрирования - установить те или иные процедуры, которые соответствуют тем или иным оптическим характеристикам и тем или иным полигонам на поверхности. Но это, опять же, модель, которая имеет свои ошибки и, на самом деле, ошибки достаточно велики, и тут никуда не денешься.
А есть именно методы измерения. Мы говорили - объём. Что такое радар? Со спутника идёт радиосигнал, отражается от поверхности и возвращается и, в зависимости от свойств поверхности (это ровная поверхность травяной экосистемы или это лесная экосистема и т.д.), по ослаблению возвращающегося сигнала можно получить информацию о запасах древесины. Это я уже считаю методом прямого определения запасов древесины.
То есть, нужно различать, какой конкретно дистанционный метод используется. И, в принципе, их достаточно много. Например, есть метод дистанционного определения поглощения и концентрации СО2 в столбе воздуха. Потому, что инфракрасное излучение поглощается тем же самым СО2 (с чего начинается, собственно, парниковый эффект). Такие методы тоже есть. Например, японские
Журнал «Окружающая среда и энерговедение» (ОСЭ) №2(2021) спутники, которые дальше пересчитывают концентрации, и это уже прямое определение непосредственно потоков СО2. Такое тоже есть.
Извините за некоторый дилетантизм... если говорить о прямом измерении традиционными методами, как это происходит? Допустим, дерево растёт, поглощает больше углерода, нужного ему для роста ... Как измеряется количество углерода, поглощённое отдельным деревом? Газоанализаторы, измерение массы дерева, какие-то другие способы?
Если мы рассматриваем чисто исторически, понятно, что здесь использовался целый ряд способов. Если мы рассматриваем растущее дерево, то как рассчитать поглощение СО2? Есть много методов, но самый простой, конечно, это весовой метод. Мы определяем вес дерева, дерево состоит из органического вещества, и примерно 0,5 от его сухой массы составляет углерод. В различных фракциях могут быть вариации - от 0,40 до 0,53, но в среднем 0,5. То есть, условно говоря, если мы знаем вес дерева, мы узнаем и вес углерода, который в нём находится. Для того, чтобы узнать вес дерева, совсем не обязательно его рубить, хотя такие исследования до сих пор проводятся. Древесных пород достаточно много, и они отличаются по характеристикам, например, плотности древесины, хотя ещё в 1960-е годы были изданы очень хорошие справочники по плотности древесины.
Вспомним, на что направлена инвентаризация лесов. В первую очередь, как я говорил уже, это площади. Чем больше площади, тем больше у тебя леса. А, кроме того, важнейший в лесном хозяйстве параметр - это запас древесины. Это нужно для обеспечения и предоставления заготовки древесины. Который, как известно, измеряется в кубометрах. Это означает, что определение объёмов в лесу
- это первейшая цель лесного таксатора. Существуют стандартные методы определения запасов через определение диаметров, расчёта по ступеням возраста и т.д., и т.п. Эти методы хорошо отработаны.
Есть и современные методы, которые позволяют, с использованием оптических и лазерных приборов, более точно учитывать форму ствола и другие параметры. В общем, определить объём дерева достаточно легко. А дальше, зная плотность, можно рассчитать запас углерода.
Так или иначе, большинство исследований лесного углерода использует эти принципы. Но это не единственный способ. Поскольку есть, например, экофи-зиологические методы определения - измерение фотосинтеза хвои и т.д. А есть методы измерения экосистемного обмена углерода, это так наз. Eddy Covariance
- современный достаточно сложный метод, позволяющий получать оценку обмена СО2 и другими парниковыми газами на уровне экосистемы. Это башни (towers) с различными анализаторами, и это уже не связано с классическими методами лесоведения.
2 Причины изменения климата. Роль парниковых газов и антропогенного фактора
Примечание. См. также доклад Д.Г. Замолодчикова «Естественная и антропогенная компоненты современного потепления» [4].
Следующий вопрос связан с ролью парниковых газов и весом антропогенной составляющей в идущем потеплении. Насколько я понимаю, господствующая (во всяком случае, преобладающая) ныне позиция заключается в том, что ведущую роль в текущем потеплении климата играет антропогенный фактор, а именно антропогенная эмиссия парниковых газов, прежде всего, углекислого газа (СО2).
Основной аргумент в пользу этой позиции - очевидная корреляция между потеплением климата и ростом эмиссии парниковых газов антропогенного происхождения.
В то же время, существует точка зрения, связывающая потепление, прежде всего, с естественными причинами. В данном случае, в качестве контраргументов приводится, в частности, следующее: 1) на Земле были более тёплые эпохи, чем сейчас, во время которых содержание СО2 было меньше, чем сейчас; 2) нынешнее потепление идёт примерно с XVIII - XIX вв., сменив Малый ледниковый период, т.е. началось ещё тогда, когда больших выбросов в атмосферу не было; 3) есть корреляция и между потеплением и природными циклами - в частности, циклами солнечной активности или изменением орбитальных параметров Земли; 4) наконец, говорится и о том, что доля антропогенного СО2 - менее 1,5% от всего поступления углекислого газа в атмосферу; при этом, основным парниковым газом является, всё-таки, не СО2, а водяной пар. И это всё тоже факты. Кроме того, говорится и о том, что более 90% СО2 содержится в Мировом океане; при потеплении снижается его растворяющая способности, и больше поступает из океана в атмосферу, т.е. причинно-следственная связь между СО2 и потеплением, скорее, обратная.
Какой концепции, объясняющей причины текущего изменения климата, придерживаетесь Вы, и какие аргументы в её пользу находите наиболее сильными; какова Ваша оценка аргументации той или иной стороны?
Здесь я никакой сенсации не сотворю, поскольку разделяю общепринятую точку зрения антропогенного потепления. При этом, в своей научной карьере я специально занимался этими вопросами. У меня есть публикации по моделированию глобального климата и рассмотрению различных факторов.
С одной стороны, надо сказать, что явления и процессы которые Вы назвали, действительно существуют. И отмечу, например, что я полностью согласен с В.М Фёдоровым в отношении естественного генезиса 60-летней изменчивости (60-летняя осцилляция климата в Северной Атлантике [5]). Я сам об этом писал, она хорошо видна, и я не разделяю точки зрения МГЭИК, считающей, что этого нет.
Проблема, характерная для маргинальных климатических скептиков, состоит в том, что простое наличие естественных процессов интерпретируется как противоречие антропогенному потеплению климата. При этом, «климатические скептики» не проводят количественных оценок вкладов тех или иных факторов на уровне биосферы, на уровне земного шара. В данном случае, Вы сказали, что (и это так) основным резервуаром СО2 является океан. Если мы сейчас берём атмосферу, то в ней 800 млрд. тонн углерода в форме СО2; метана там намного меньше. Соответственно, в океане СО2 38 000 млрд - в 40 раз больше.
Ну, казалось бы, о чём тут говорить? Хорошо известно, что океан при потеплении уменьшает растворимость газов. Вода при росте температуры уменьшает растворимость СО2, и вода при нагревании выделяет СО2, достаточно посмотреть на кастрюлю при нагреве воды. При закипании стенки кастрюль покрываются пузырьками. Растворённые газы выделяются из воды.
Но давайте посмотрим реальные данные по балансу парниковых газов. Это, заодно, ответ на ваш вопрос об антропогенной эмиссии в 1 -2% от содержания СО2 в атмосфере. На самом деле, это не 1-2%, а ныне это уже 10%. Но мы об этом не будем подробно говорить, чтобы не перегружать цифрами. Я буду давать упрощённые цифры; просто они легко запоминаются. Современная эмиссия антропогенного углерода преимущественно за счёт сжигания ископаемого топлива, а также за счёт изменения землепользования, т.е. сведения тропических лесов и сельского хозяйства, составляет примерно 10 млрд. тонн в год. Из этих 10 гига-тонн в год ежегодно в атмосфере остаётся половина - это правило 50%, как я его формулирую. Т.е. 5 гигатонн в год остаётся в атмосфере и обеспечивает увеличение концентрации СО2, а 5 гигатонн поглощается биосферой. То есть, биосфера является стоком СО2, она не может быть его источником. Это просто закон сохранения массы, иначе не получается. Те цифры, про которые я говорю, очень хорошо устанавливаются, поскольку мы знаем концентрацию СО2 в атмосфере. Это мониторится на многих станциях атмосферной химии, и мы можем довольно легко пересчитать в общее содержание. И, кроме того, экономическая статистика по сжиганию ископаемого топлива тоже довольно точна - здесь статистика намного точнее, чем по естественным стокам на отдельных территориях.
Для 5 гигатонн, попадающих в атмосферу, действует второе правило 50% -примерно 2,5 гигатонны растворяется в океане. Почему растворяется? Да потому, что океан недонасыщен по сравнению с атмосферой.
Да, температура океана растёт, но этот рост температуры, скажем так, не доминирует над ростом концентрации СО2 в атмосфере. Т.е. здесь, в данном случае, существует градиент «атмосфера - океан»: океан, в силу большой растворимости СО2, недонасыщен, он адаптирован, условно говоря, к прежним, доиндустриаль-ным, количествам СО2 (в атмосфере) - это порядка 280 ррт; а сейчас это уже 420 ррт. И поэтому океан поглощает СО2, и поэтому кислотность океана увеличивается.
Т.е. здесь все «кирпичики» сходятся в одну конструкцию. И примерно 2,5 ги-гатонны уходят на сушу. И здесь сложнее понять, почему на суше-то это происходит. В основном, конечно, говорят про фертилизацию СО2, просто по правилу Ле Шателье, поскольку СО2 - реагент фотосинтеза, то его увеличение приводит к большей скорости фотосинтеза.
Но здесь всё намного сложнее. Я сам занимаюсь углеродным балансом наземных экосистем, но и мне здесь далеко не всё ясно, поскольку увеличение первичной продукции образования органической материи приводит к немедленному увеличению гетеротрофного дыхания. Поскольку в экосистеме есть продуценты, редуценты и консументы. И, если чего-то становится больше, то организмы начинают это есть и потреблять. И поэтому, строго говоря, в устойчивой экосистеме не образуется таких пулов, куда идёт сток углерода. В ней запасы углерода оказываются постоянными, а потоки углерода могут сильно возрастать - продукция растёт, но растёт, соответственно, и деструкция.
Тем не менее, факт остаётся фактом, и это доказано с помощью изучения изотопного состава СО2, т.е. различные процессы обладают различными коэффициентами фракционирования легких и тяжёлых изотопов углерода, хорошо известен изотопный состав атмосферного топлива, известно, что происходит при фотосинтезе и т.д., и вот за счёт среднего изотопного состава СО2 это и образуется.
В данном случае, рассмотрев эти конкретные цифры, мы, во-первых, утверждаем, что антропогенные эмиссии значимы для определения СО2 в биосфере и атмосфере Земли. Т.е. эти 10 гигатонн, хотя они меньше величины первичной продукции - когда Вы говорили про 1-2% - это не совсем корректная оценка, но суть в том, что мы не можем сравнивать первичную продукцию с антропогенной эмиссией. Мы должны сравнивать дисбаланс между первичной продукцией и деструкцией. А этот дисбаланс равен всего лишь 2,5 гигатонн - то, что мы относили к наземной биосфере. Это означает, что биогенные процессы в биосфере могут компенсировать только У современных антропогенных эмиссий. Всё очень просто - четверть, 25%, не более. И ещё 25% компенсируют простые физико-химические процессы растворения СО2 в океане. И на 50% эти эмиссии не компенсированы, поскольку СО2 в атмосфере растёт. И это именно за счёт антропогенных процессов, а не каких-то других, о которых говорят «климатические скептики».
Есть ли положительная сторона в потеплении? Исследователь, первым предположивший, что потепление связано с антропогенной эмиссией парниковых газов - это был Гай Стюарт Каллендер (Guy Stewart Callendar) в 1938 году [6], считал это, скорее позитивным явлением - он исходил из того, что потепление улучшает сельскохозяйственные условия в Северном полушарии и отодвигает на неопределённый срок наступление нового ледникового периода. Со своей стороны, Вы видите какие-то позитивные эффекты текущего потепления? И, если да, то какие - позитивные или негативные последствия, перевешивают?
Помню, и у меня был разговор с уважаемым мною учёным, и тот мне изложил концепцию своего знакомого, что активные выбросы человеком СО2 отвечают его целям и задачам, поскольку тормозят новый ледниковый период, что это элемент стабилизации климата Земли, предотвращающий наступление Ледникового периода, и не Малого, а Большого, который должен наступить через 15 000 лет. Это устранение жёсткой ситуации с чередованием ледниковий и межледниковий.
Если говорить более серьёзно, то понятно, что потепление обладает как позитивными, так и негативными эффектами. И, в общем-то, позитивные эффекты преобладают там, где наблюдаются те или иные формы лимитирования по температуре, а Россия - самая холодная страна мира. И понятно, что объяснить у нас народу, что потепление - это плохо, очень трудно. Я в своей жизни в десятки раз больше страдал от холода, чем от жары.
Да, для России имеется довольно большое количество позитивных эффектов. И вот, скажем, буквально сегодня с утра я читал одну свежую статью, где рассматривался экологический потенциал Сибири в соответствии со сценарием МГЭИК. И утверждалось, что сценарий в соответствии с RCP (representative concentration pathways) 8,5 приводит к существенному улучшению условий Сибири. Произойдёт повышение температуры на фоне увеличения количества осадков и отступление вечной мерзлоты с изменением условий почвообразования.
А территория Сибири - это на 80% вечная мерзлота и низкопродуктивные лиственничники. И поэтому люди и живут там узкой полоской вдоль границы с Китаем и Монголией, начиная с Западной Сибири, далее по линии Красноярск-Иркутск, Уссурийск - Владивосток, в южной части.
Если же говорить о влиянии CO2 на продуктивность, то примерно с 1950 по 1990 год производительность мирового сельского хозяйства выросла примерно на 40%-50%, причём и в Советском Союзе, и в США. Понятно, что свою роль сыграла генная модификация и другие технологии, тем не менее, рост CO2 стимулировал продуктивность.
Но, при этом, для времени после 1990-х характерна стабилизация. На самом деле, этот очень мощный рост продуктивности сельского хозяйства с середины 1950-х до середины 1990-х относится к тому периоду, когда рост CO2 стимулировал продуктивность растений. А дальше у них начинается физиологическое лимитирование при концентрациях, как раз приближающихся к 400 ppm CO2 в атмосфере.
Строго говоря, на самом деле частичное решение продовольственной проблемы уже связано с глобальным потеплением климата в отношении роста CO2, но это обычно предпочитают не афишировать. То есть, человечество уже получило серьёзные плюсы от потепления, но есть и очень серьезные минусы, как они есть в любом изменении. Они хорошо известны: повышения уровня мирового океана, например. И от этого никуда не денешься - потопнем ведь! И Петербург, и Нью-Йорк, и Мальдивы...
Поэтому говорят про адаптацию. А, кроме того, конечно же, как говорят - не дай Бог тебе жить в эпоху перемен!
Это и вероятность нарастания экстремальных погодных явлений. Это действительно так, есть широко известный график Росгидромета, он ежегодно публикуется в докладах об особенностях климата, там показан рост количества экстремальных погодных явлениях на территории России. Так за последние тридцать лет он вырос примерно в 3 раза.
Понятно, и тут есть проблемы с учётом статистики, но факт остаётся фактом -наводнений и засух становится больше. А, кроме того, Россия - лесная страна, а интенсивность лесных пожаров тоже становится больше, никуда от этого не денешься и, как только где-то возникают условия экстремальной засухи, леса начинают гореть, тем более, леса у нас преимущественно хвойные, а хвойники очень легко горят.
Да, есть и позитивные эффекты глобального потепления, но негативные, всё же, преобладают.
Да, конечно, для России это проще, чем, например, для стран тропической Африки, где из-за потепления растёт засушливость климата. Но у нас такая же ситуация на юге европейской части России, где у нас чернозёмы и основная житница. Понятно, что в Нечерноземье и в Сибири условия улучшатся и, допустим, мы получим возможность сеять больше ржи и пшеницы в Сибири, но, если при этом станет хуже на юге европейской части России, то ещё неизвестно, будет в итоге плюс или минус. Кроме того, освоение новых территорий потребует и новых затрат.
Журнал «Окружающая среда и энерговедение» (ОСЭ) №2(2021)
В принципе, классическое правило - при потеплении идёт смещение природных зон в более высокие широты и, кроме того, чем выше широта, тем сильнее изменения климата...
Да. Это известный факт. В нашей Арктике, например, потеплело уже на 4°, при среднем значении по миру примерно 10. В целом для России это примерно 20.
А для, например, Конго это около 0°, и экваториальная зона должна расширяться...
В принципе, да, экваториальные и тропические зоны в этом отношении более устойчивы, хотя и там некоторые эффекты наблюдаются.
Также прошлые эпохи потеплений и оледенений проходили на фоне меньшей концентрации CO2. А антропогенное воздействие создало такую ситуацию с CO2, которой не было на протяжении уже десятков миллионов лет. И поэтому проводить полные аналогии между четвертичным периодом и нынешней ситуацией нельзя. Поскольку CO2, всё-таки, сейчас слишком велик.
3 Карбоновые фермы и улавливание углерода
Спасибо. Ещё одна группа вопросов, которую хотелось бы затронуть - карбоновые фермы (или, если по-русски - «углеродные фермы») и, в целом, эффективность тех или иных способов улавливания углерода...
Я бы сразу разделил. Программа карбоновых полигонов, постепенно повышающая свою популярность и известность - это не программа по улавливанию углерода, потому, что это в принципе разные вещи.
Как правило, улавливание углерода - вопрос, связанный с технологиями связывания антропогенных выбросов углерода. А вопрос поглощения углерода за счёт фотосинтеза в природных и природно-антропогенных системах - это вопрос именно поглощения. Carbon capture and storage - это совсем не то, что carbon sequestration.
Тогда, если говорить именно о «карбоновых фермах», в чём их смысл, что они дают? Этот проект анонсирован Минобрнауки, честно говоря, я узнал о нём из СМИ [7], а в качестве ведущих экспертов (по информации СМИ) выступают люди, не являющиеся профессиональными биологами или климатологами, что,
честно говоря, априори уже вызывает некоторую настороженность по отношению к этому проекту...
В целом, контуры программы карбоновых полигонов (карбоновые фермы и карбоновые полигоны - тоже разные вещи) пока формируются.
Минобрнауки сформировал экспертный совет, в основном, из исследователей, представляющих академическую и университетскую среду, долгое время занимавшихся инструментальными наблюдениями потоков CO2. И сейчас сама программа карбоновых полигонов на самом деле превращается в научно-образовательную программу.
Речь идет о том, что в ней принимают участие, в основном, крупные, серьёзные ВУЗы, которые на имеющихся у них стационарах размещают приборы - те самые Eddy Covariance (считающиеся системой №1; у нас это часто называют системой или методом турбулентной ковариации, иногда у нас его называют микромето-рологическим методом или методом микродинамических пульсаций), обеспечивающие учет потоков парниковых газов, а также других газов, на которые есть анализаторы, на экосистемном уровне.
А, кроме того, есть образовательный компонент, на этих точках будут проходить практику, писать свои дипломные работы и диссертации студенты и аспиранты, обучающиеся в этих вузах.
Речь идет о создании на территории России системы карбоновых полигонов с детальным и современным изучением обмена парниковых газов. Такие системы, в принципе, есть давно и по всему миру, а метод Eddy Covariance активно начал развиваться где-то с конца 1990-х - начала 2000-х. До этого он был в тестовом режиме. Есть AmeriFlux, есть EuroFlux, а в России этого было немного, поскольку оборудование и его эксплуатация дорогостоящие. У нас было несколько точек -в Красноярском крае, в Якутии; в Европейской части - в Центральном Лесном заповеднике. А, в рамках этой программы полигонов, ещё, по меньшей мере, 8 полигонов добавляется.
На самом деле, чем ещё интересна эта программа? Тем, что планируется партнерство бизнеса и бюджетных организаций. Предполагается, что, основными спонсорами, источником средств для покупки дорогостоящего оборудования, станут частные компании.
А в чём их интерес?
С моей точки зрения, тут есть некоторая спекулятивная составляющая. Предполагается, что тем самым компания сможет компенсировать свои выбросы. Эта
Журнал «Окружающая среда и энерговедение» (ОСЭ) №2(2021) система уже действует, в частности, этим уже занимаются угольные компании, например, СУЭК.
И первый карбоновый полигон в Калужской области, как раз, строго говоря, и был профинансирован именно по такому варианту.
И что собою представляет типичный карбоновый полигон?
Это некая территория, где проводятся научные исследования. В той же Калужской области это зарастающие лесом сельскохозяйственные поля. Там есть и обрабатываемое поле, и участки молодого леса, над ними постоянно летают дроны, интенсивно измеряющие спектральные характеристики поверхности.
А дальше исследователи пытаются установить соответствие между спектральными характеристиками и обменом С02.
Это тестовый участок, полигон, и здесь, как раз, надо различать карбоновые фермы и карбоновые полигоны. Сейчас карбоновые фермы - это понятие, входящее в программу карбоновых полигонов.
Чем отличается ферма от полигона? Полигон - это средство исследования и объект исследования. А ферма - это то, где разрабатываются те самые технологии поглощения. И с этим пока намного сложнее.
Потому, что, что такое технологии поглощения? Посадить лес и смотреть? Ну, наверно, правильно. Либо (технологии) обработки почвы? Т.е. ферма - это некий эксперимент, где дополнительное поглощение обеспечивается за счёт активной манипуляции со стороны человека.
А полигон - это давно существующий объект: лес, болото, травянистые экосистемы, где стоит задача точного определения баланса парниковых газов.
У меня сразу возникает также, возможно, чисто дилетантский образ: ферма - это когда огораживается какой-то участок земли, там начинают, например, выращивать какие-то быстрорастущие деревья, активно поглощающие углерод, а потом, допустим, когда они вырастут, их срубают и сажают новые...
Это, скажем так, один из вариантов. На самом деле, в молодости, в начале 1990-х, я на полном серьёзе хотел разработать систему выращивания осины и затопления её в Мировом океане...
Это утопия? Почему бы и нет?
Здесь такая ситуация... Как раз тогда активно прорабатывались вопросы захоранивания CO2. Понятно, что на выбросах мощных электростанций и промышленных предприятий можно CO2 улавливать. Это, как раз, carbon capture and storage. Но куда дальше этот CO2 девать? Есть вариант закачивать его обратно в землю, в те же ёмкости, что образуются при добыче каменного угля или природного газа. А другой вариант был провести трубу на 1,5 км в океан. Но с океаном решили не шутить, поскольку посчитали, что тут возможно слишком много непредсказуемых последствий для глобальной экологической системы. С осиной, наверно, то же.
И сейчас, взгляды последнего десятилетия (Россия в этом смысле страна относительно архаичная) заключаются в создании своего рода биоэкономики - использования лесов не просто для, скажем, сжигания пеллет и т.д., а просто для расширения использования древесины в разных отраслях экономики - например, строительства деревянных домов (что для России, впрочем, неудивительно).
Тем самым мы экономим ископаемое топливо - 1 кг продукции из древесины позволяет сэкономить до 7 кг ископаемого топлива, если мы учитываем весь технологический или энергетический цикл. Правильнее просто использовать углерода древесины, чем закапывать его под землю.
Но мы по-прежнему все боремся за повышение поглощения углерода лесами, хотя бороться на самом деле надо немножко за другое.
Возвращаясь к карбоновым полигонам и фермам - из СМИ у меня сложилось впечатление, возможно, ошибочное, что при разработке и реализации этой программы профессионалы оказались отодвинуты в сторону, что а приори рождает некоторое недоверие ко всему этому проекту... В принципе, с Вашей точки зрения, это действительно полезный проект?
Я бы не сказал, что специалисты были отодвинуты. Создание того же экспертного совета. Там несколько десятков человек, многие из них мне достаточно хорошо знакомы. Это отрадный путь, это не люди, пришедшие ниоткуда, это люди, с которыми я пересекался на протяжении последних десятилетий, действительно грамотные известные имена. И, в том числе, благодаря этому перевес идёт в сторону именно карбоновых полигонов. Может быть, потому, что, в основном, это люди, которые занимались мониторингом, сейчас внимание к фермам несколько меньше.
И, как я уже говорил, с фермами намного сложнее. Полигоны уже есть, а фермы включены в программу, но проработанной технической документации по фермам я, например, не видел. О них пока только идут разговоры.
Литература
1. Замолодчиков Д. Г., Грабовский В. И., Курц В. А. Влияние объемов лесопользования на углеродный баланс лесов России: прогнозный анализ по модели cbm-cfs3 // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. — 2014. — № 1. — С. 5-18.
2. United Nations Framework Convention on Climate Change. URL: https://clck.ru/VtLRX.
3. The Paris Agreement. URL: https://clck.ru/V7PNB.
4. Замолодчиков Д.Г. Естественная и антропогенная компоненты современного потепления климата // Доклад на семинаре «Причины изменений климата и вес антропогенной составляющей: модели и результаты. Оценки роли парниковых газов в изменениях климата». Организаторы: НИЛВИЭ географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и Исследовательская ассоциация CENTERO. URL: https://clck.ru/VtLcW.
5. Федоров В.М., Сидоренков Н.С. Изменчивость температуры поверхности океана в северном полушарии и Североатлантическая осцилляция в связи с приходящей солнечной радиацией // Электронный ресурс "Солнечная радиация и климат Земли". 2015. URL: http://solar-climate.com/geo/amo.htm
6. Шрайбер В.М. Из истории исследований парникового эффекта земной атмосферы // «Биосфера», 2О13, т.5, №1, с.37-46.
7. Эксперт: России необходимо монетизировать свой потенциал в секвестрации углеро-дов. ТАСС, 23.О9.2О2О. URL: https://tass.ru/obschestvo/9525467
References
1. Zamolodchikov D. G., Grabovskij V. I., Kurc V. A. Vliyanie ob"emov lesopol'zovaniya na uglerodnyj balans lesov Rossii: prognoznyj analiz po modeli cbm-cfs3 // Trudy Sankt-Pe-terburgskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta lesnogo hozyajstva. — 2014. — № 1. — S. 5-18.
2. United Nations Framework Convention on Climate Change. URL: https://clck.ru/VtLRX.
3. The Paris Agreement. URL: https://clck.ru/V7PNB.
4. Zamolodchikov D.G. Estestvennaya i antropogennaya komponenty sovremennogo potep-leniya klimata // Doklad na seminare «Prichiny izmenenij klimata i ves antropogennoj sostavlyayushchej: modeli i rezul'taty. Ocenki roli parnikovyh gazov v izmeneniyah klimata». Organizatory: NILVIE geograficheskogo fakul'teta MGU im. M.V. Lomonosova i Issledovatel'skaya associaciya CENTERO. URL: https://clck.ru/VtLcW.
5. Fedorov V.M., Sidorenkov N.S. Izmenchivost' temperatury poverhnosti okeana v severnom polusharii i Severoatlanticheskaya oscillyaciya v svyazi s prihodyashchej solnechnoj radi-aciej // Elektronnyj resurs "Solnechnaya radiaciya i klimat Zemli". 2015. URL: http://solar-climate.com/geo/amo.htm
6. Shrajber V.M. Iz istorii issledovanij parnikovogo effekta zemnoj atmosfery // «Biosfera», 2О13, t.5, №1, s.37-46.
7. Ekspert: Rossii neobhodimo monetizirovat' svoj potencial v sekvestracii uglerodov. TASS, 23.09.2020. URL: https://tass.ru/obschestvo/9525467
Carbon Cycle and Climate Change
^amolodchikov Dmitry
1 Center for Forest Ecology and Productivity of Russian Ademy of Sciences (RAS), Moscow, Russia
1E-mail: [email protected]
Abstract. The article presents an interview of the deputy editor-in-chief of the journal Environmental, Earth and Energy Study K. Degtyarev with a Doctor of Biological Sciences, Chief Researcher of the Center for Ecology and Forest Productivity of Russian Academy of Sciences Dmitry Zamolodchikov. Topics under discussion: carbon balance in the environment and methods for its assessment, causes of climate change, observation of greenhouse gas emissions, creation of carbon polygons and farms in Russia.
Keywords: forest, carbon, carbon dioxide, greenhouse gases, climate, climate change, carbon polygons, carbon farms.
