CC BY
57
Редакционная статья
ВОЗМОЖНОСТИ СОХРАНЕНИЯ (СТАБИЛИЗАЦИИ) СОВРЕМЕННОГО КЛИМАТА С ПОМОЩЬЮ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Академик Ю.А. Израэль1
Директор Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, Москва; член Редакционной коллегии журнала «Биосфера», Санкт-Петербург
1 Сведения об авторе см. на стр. i-ii Приложения.
Крупные изменения климатической системы приводят к потрясению окружающей природной среды, влияют на человека. Большое влияние изменения климата сказывается на экологических процессах [9]. По некоторым данным, изложенным в последнем (четвертом) отчете МГЭИК (2007 г.), экологические последствия потепления современного климата таковы, что до 2030% живых существ на планете находятся в состоянии вымирания. А.Л. Яншин и М.И. Будыко были среди первых, кто указал на воздействие парниковых газов как на одну из основных причин изменения климата, что положило начало активной борьбе против парниковых газов (в первую очередь, против СО2).
В 1992 г. была принята Рамочная конвенция ООН об изменении климата. В 1997 г. был разработан Киотский протокол к ней. Главной целью этих документов была стабилизация парниковых газов на уровне, не превышающем антропогенной опасности для климатической системы.
Однако ученые понимали, что СО2 необходим для развития биопродуктивности на планете. А.Л. Яншиным, М.И. Будыко и Ю.А. Израэлем отмечено: «Если в середине следующего столетия при отсутствии ограничений на потребление углеродного топлива концентрация СО2 удвоится по сравнению с доиндустриальной эпохой, это может повысить продуктивность сельского хозяйства на величину, примерно равную потреблению продовольствия 1 млрд человек. Труднее количественно оценить роль изменения климата. Вполне возможно, что связанное с увеличением осадков и потеплением дополнительное глобальное увеличение урожая будет сравнимо с его ростом, обусловленным прямым влиянием возрастания концентрации СО2. Если считать, что прогресс агротехники может за ближайшие 50 лет обеспечить рост суммарного урожая на 60%, следует заключить, что увеличение концентрации СО2 обеспечит ликвидацию острого дефицита продовольствия примерно для 2 млрд человек». [1]
Киотский протокол [7] принес нам парадокс - с одной стороны, он направлен на снижение выброса СО2 антропогенного характера, с другой стороны, размер необходимого сокращения в протоколе не оговорен, и, как уже отмечалось, СО2 способствует биопродуктивности. Кроме того, еще в декабре 1997 г. председатель МГЭИК проф. Б. Болин (B. Bolín) указал, что: «Если никакие меры не будут предприняты, увеличение концентрации двуокиси углерода в течение десяти лет с 2000 по 2010 г. составит приблизительно 20 миллионных долей по объему (ppmV).
Предложение сторон по сокращению выбросов на
15% в течение этого периода привело бы, по его мнению, к уменьшению концентрации СО2 с 20 до 17 рршУ.
На фоне этого утверждения выглядит странным, что развитые страны взяли на себя обязательства в Киото по снижению выбросов парниковых газов до 2010 г. в среднем на 5-7%.
Очевидно, что Киотский протокол имеет в основном психологическое и политическое значение и не решает проблемы «предотвращения опасного воздействия на климатическую систему [8].
Кроме того, в Киотский протокол (статья 6) включено следующее положение: «для выполнения своих обязательств... любая Сторона, включенная в Приложение 1, может передавать любой другой такой Стороне или приобретать у нее единицы сокращения выбросов, полученные в результате проектов, направленных на сокращение антропогенных выбросов.», т.е. эта статья подтверждает возможность торговли квотами и, не будучи оговоренной количественно и не подтвержденной научными обоснованиями, может вести непосредственно к торговле качеством окружающей природной среды со спекулятивными целями».
Еще в 2004 г. [2] Совет-семинар Российской академии наук при президенте РАН «Возможности предотвращения изменений климата и его негативных последствий. Проблемы Киотского протокола» по поручению руководства Российской Федерации провел анализ последствий ратификации Россией Киотского протокола и возможностей предотвращения изменения климата. На основании проведенного анализа семинар пришел к отрицательному выводу по поводу ратификации Россией Киотского протокола, прежде всего в связи с отсутствием научного обоснования; Киотский протокол неэффективен для достижения окончательной цели Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК), как она изложена в статье 2. Было указано также на экономическую неэффективность протокола.
По данным МГЭИК для стабилизации парниковых газов на уровне, обеспечивающем условный предел потепления 2°С по сравнению с доиндустриальной эпохой, принятых рекомендаций недостаточно. Для достижения указанных целей протокола потребуется 50-85% снижения глобальных выбросов парниковых газов, больше времени (несколько веков) и огромные средства (до 18 триллионов долларов за 100 лет).
Следовательно, необходимо, по крайней мере, параллельное использование новых методов и технологий для сохранения современного климата.
Возможны следующие пути смягчения климата и сдерживания потепления климата (адаптация климата к воздействиям), а следовательно, стабилизации современного климата (многие из них связаны с методами геоинжиниринга, а некоторые достигаются с использованием нанотехнологий):
I. Отражение прямого солнечного излучения (геоинжинеринг):
1. Отражение в космос части прямого солнечного излучения, падающего на атмосферу, с помощью высокодисперсных аэрозолей, в том числе, расположенных в нижней части стратосферы (возникающих как в результате антропогенного воздействия, так и при вулканических процессах).
2. Отражение в космос части прямого солнечного излучения космическими методами (создание в космосе устройств, отражающих излучение).
II. Увеличение отраженного инфракрасного солнечного излучения (отраженного в атмосферу длинноволнового солнечного излучения, т.е. уменьшение парникового эффекта):
1. Борьба с выбросами (эмиссией) парниковых газов в атмосферу в различных сферах, особенно антропогенных, таких как энергетика и др. - «киотские» методы.
2. Удаление парниковых газов из атмосферы (и технических систем):
- путем разведения лесов и иной растительности;
- путем закачивания газов (СО2) в недра;
- путем стимуляции поглощения газов (СО2) в океане.
3. Изменение альбедо земной поверхности (суши и океана).
4. Дополнительное рассеяние путем преобразования облачности.
III. Использование в экономике методов получения энергии или иного полезного продукта без выделения парниковых газов:
1. Использование возобновляемых ресурсов (гидроэнергетика, производство ветровой, солнечной энергии, энергии приливов, биоэнергетика).
2. Использование атомной энергетики.
IV. Исключение (по возможности) любых событий, ведущих к возможному изменению климата на Земле:
- земные (правильная, согласованная на международном уровне экономическая перестройка, не влияющая на климат);
- внеземные (борьба с возможностью падения на Землю астероидов и других внеземных тел).
Последний пункт относится к недопущению существенного изменения климата.
Академик М.И. Будыко (1974) [3] предложил способ регулирования состояния климата путем введения в нижнюю стратосферу (12-20 км) мелкодисперсных аэрозольных частиц, что ведет к изменению «метеорологической солнечной постоянной» и снижает температуру в тропосфере на необходимое количество градусов.
Это предложение исходило из наблюдений снижения температуры после извержения вулканов и выбросов из них мельчайших аэрозольных частиц.
В Российской Федерации с 2005 г. выполнены теоретические исследования оптических характеристик аэ-
розольных слоев, эксперименты [4-6] в специальных имитационных камерах с оптически активными аэрозолями, а также ограниченные натурные эксперименты в приземном слое атмосферы (2008-2009 гг.) по измерению ослабления солнечной радиации искусственными аэрозольными слоями с известными оптическими и микрофизическими параметрами, близкими к стратосферному аэрозолю.
По инициативе российской стороны на заседании 13 президентов Академий наук в марте 2008 г. в Токио (в рамках С8+5) был сделан доклад о стабилизации современного климата с использованием новых технологий, в том числе с использованием стратосферных аэрозолей, поглощающих небольшую долю солнечного излучения. Президенты приняли доброжелательное решение: «Существуют также благоприятные возможности способствовать исследованиям новых подходов, которые могут дать свой вклад в сохранение стабильного климата (включая так называемые технологии геоинжинеринга и восстановление лесов), которые способствовали бы нашим стратегиям сокращения эмиссий парниковых газов. Академии С8+5 намереваются организовать конференцию для обсуждения таких технологий».Подго-товка к такой конференции идет, и она будет означать новую веху в стабилизации современного климата.
Описаны результаты одного из натурных экспериментов по исследованию пропускания солнечного излучения в видимом диапазоне длин волн модельными аэрозольными средами, создаваемыми в средней тропосфере [7; 6] стандартными аэрозольными генераторами, установленными на вертолете.
В наземный комплекс аппаратуры входили 8 солнечных фотометров, 6 актинометрических измерительных модулей, лидар и фотоэлектрический счетчик аэрозольных частиц, в авиационный комплекс - лидар, фото- и видеорегистраторы, установленные на вертолете.
Генераторы, установленные на вертолете, создавали протяженные аэрозольные образования (рис. 1).
Схема экспериментов по измерению пропускания солнечного излучения аэрозольными образованиями представлена на рис. 2.
После получения данных о скорости и направлении ветра вертолет занимал позицию на высоте 2,5 км на расстоянии 1-3 км от первого измерительного пункта и совершал галсы во встречных направлениях, перпендикулярно направлению ветра. Аэрозоль распылялся в атмосфере в виде полос, следующих параллельно друг другу. Фотометры и пиранометры располагались с подветренной стороны в измерительных пунктах, вытянутых цепочкой на определяемых рельефом местности расстояниях от 1 до 4 км.
На рис. 3 приведена отдельная реализация измерений с помощью фотометра пропускания прямого солнечного излучения при последовательном прохождении аэрозольной струи от первого галса через измерительные пункты. Ослабление излучения в этих измерениях составляет от 62% до 1% по мере диффузионного размывания струи.
Экспериментальная площадка, на которой осуществлялся контроль за прохождением солнечного излучения через аэрозольные образования, достигала величины 200 км2.
Проведена оценка счетной концентрации частиц в реальном аэрозольном образовании при ослаблении прямо -го солнечного излучения величиной 1 % (пункт 8, рис. 3).
Рис. 1. Аэрозольное образование, создаваемое вертолетом.
Рис. 2. Обобщенная схема экспериментов.
А - генератор аэрозольных слоёв;
Б - измеритель оптической толщи аэрозольного слоя.
11:42 11.47
Врбнн, ч.нан
Рис. 3. Ослабление прямого солнечного излучения при прохождении искусственного аэрозольного облака над измерительными пунктами.
В заключение можно сказать, что впервые получены данные об ослаблении солнечного излучения искусственными аэрозольными слоями в средней тропосфере, зарегистрированы значения ослабления солнечного излучения порядка 1% на площади до 200 км2, что соответствует концентрации стратосферного аэрозоля, достаточной для сохранения современного климата.
Предварительная обработка результатов по прохождению солнечного излучения через аэрозольный слой подтвердила ранее проведенные нами теоретические
исследования и результаты моделирования в имитационных камерах.
Эксперименты подтвердили практическую реализуемость снижения негативных последствий изменения (потепления) климата с использованием существующих технических средств.
В результате проведенных работ в России при участии Института глобального климата и экологии, ЦАО, НПО «Тайфун», получены следующие уникальные результаты: 1. Впервые получены данные об ослаблении солнеч-
ного излучения искусственными аэрозольными слоями в средней тропосфере (натурные эксперименты в малых масштабах), зарегистрированы значения ослабления солнечного излучения порядка 1% на площади до 200 км2, что соответствует использованию концентрации стратосферного аэрозоля, достаточной для сохранения современного климата и перехода к крупномасштабным экспериментам.
2. Для получения нужного эффекта сохранения климата в настоящее время требуется экранирование прямого солнечного излучения слоем стратосферных аэрозолей на 1-2%.
3. Метод отличается оперативностью и возможностью регулирования его эффективности.
4. Никаких существенных вредных экологических последствий (сравнимых с последствиями от промышленных выбросов) при использовании описанного метода стабилизации климата с использованием тропосферных и стратосферных аэрозолей не ожидается. Тем не менее, это требует дополнительного исследования.
5. При наличии Международной конвенции 1978 г. «О запрещении военного или иного враждебного воздействия на природную среду» для применения любого метода воздействия в крупных масштабах, в том числе и описанного мирного метода воздействия на климат, требуется одобрение его на международном уровне (возможно, путем принятия дополнительного протокола к РКИК).
Литература
1. Будыко М.И., Израэль Ю.А., Яншин А.Л. Глобальное потепление и его последствия / / Метеорология и гидрология. - 1991. - № 2. - С. 5-10.
2. Возможности предотвращения изменения климата и его негативных последствий. Проблемы Киотского протокола / Ред. Ю.А. Израэль. - М.: Наука, 2006. - С. 408.
3. Будыко М.И. Изменение климата. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 280 с.
4. Израэль Ю.А. Эффективный путь сохранения климата на современном уровне - основная цель решения климатической проблемы / / Метеорология и гидрология. - 2005. - № 10. - С. 5-9.
5. Израэль Ю.А., Борзенкова И.И., Северов Д.А. Роль стратосферных аэрозолей в
сохранении современного климата // Метеорология и гидрология. - 2007. - № 1. - С. 5-14.
6. Израэль Ю.А., Захаров В.М., Петров Н.Н. и соавт. Натурные исследования геоинженерного метода сохранения современного климата с использованием аэрозольных частиц // Метеорология и гидрология. - 2009. - № 10. - С. 5-15.
7. Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата, 1997.
8. Глобальные проблемы биосферы. Чтения памяти академика А.Л. Яншина. Вып. 1.
9. Izrael Yu.A. Global Climate Changes and Ecology - Proc. 2 nd Intern. Conf. On Multiphase Flow. - Kyoto, 1995. - P. FRM 11-16.
