Парниковая катастрофа ( «жить иль не жить - вот в чем вопрос»)

Карнауховым А.В.  проанализирована роль различных биоценозов в долговременном извлечении СО 2 из атмосферы. Показано, что вопреки распространенному мнению, что "лес - легкие планеты", роль биоценозов лесов в долговременном связывании СО 2 крайне мала, поскольку вследствие процессов дыхания, гниения отмирающих листьев и древесины, а также лесных пожаров, практически весь связанный при фотосинтезе углерод возвращается в атмосферу в виде СО 2.

Для долговременного извлечения СО 2 из атмосферы необходимо, чтобы значительная часть связанного углерода оказывалась недоступна для процессов окисления. Такие условия существуют только в биоценозах болот и океанических акваторий, расположенных в тропиках, либо таких, где подобно Черному морю, существуют серводородные зоны.

 В биоценозах болот отмирающая растительность попадает в стоячую воду с крайне низким содержанием растворенного кислорода и накапливается там, практически не разлагаясь (частичное анаэробное разложение с образованием метана не меняет общей картины). Накапливающиеся в болотах частично разложившиеся остатки растительности образуют торфяные пласты, из которых впоследствии формируются месторождения бурого и каменного угля.

За последние 100 лет общая площадь болот на Земле сократилась почти в два раза и продолжает сокращаться в результате их осушения. Соответственно уменьшается и количество консервируемого в них СО₂. Следует отметить, что зачастую осушение болот сопровождается вымиранием эндемичных видов, приспособленных к существованию в них. Поэтому восстановление площади болот связано сегодня не только с трудностью изъятия земель из сельскохозяйственного оборота, но и невозможностью восстановления в ряде случаев полноценных биоценотических сообществ.

В биоценозах тропических морей изъятие СО₂ из океанической воды производится гетеротрофными организмами при образовании известковых раковин и чехлов. Практически все карбонаты земной коры (известняки, доломиты, мрамор, мел и т.д.) имеют подобное биогенное, океаническое происхождение. Основными поглотителями СО₂ в тропических морях являются коралловые полипы и фораминиферовый планктон. Вместе с тем случаи гибели кораллов, обусловленной потеплением климата, ныне отмечаются все чаще, а загрязнение Мирового океана наносит все более значительный ущерб и фораминиферовому планктону. В результате  возможности консервации СО₂ в тропических морях ныне снижаются.

В водоемах, содержащих сероводородную зону, мертвая органика осаждается в воды, не содержащие кислорода. Достигнув дна, она разлагается, превращается в сапропель. При этом в атмосферу СО₂ не выделяется, но в водоемах развиваются сероводородные зоны, что сокращает ареалы обитающих в них аэробов и наносит ощутимый вред их экосистемам.

Анализ абиотических процессов, участвующих в биогеохимическом круговороте углерода, также показал отсутствие среди них механизмов поддержания устойчивости химического состава атмосферы Земли (прежде всего, в отношении СО₂ ). Зато оказалось, что в неживой природе существует немало процессов, реализующих сильную положительную обратную связь "концентрация СО₂ - глобальная температура воздуха". Эти процессы связаны с природными источниками СО₂, из которых потоки этого вещества  в атмосферу возрастают при повышении глобальной температуры приземного слоя атмосферы Земли. Среди таких источников особо следует выделить.

Повышение температуры вод Мирового океана, которое приводит к понижению растворимости СО₂ в его  воде и выбросу его излишков в атмосферу. Поскольку в Мировом океане содержится примерно в 60 раз больше СО₂ , чем в современной атмосфере, то потенциально этот источник СО 2 представляет собой большую опасность.

Значительное количество СО₂ (почти в 50 000 раз больше, чем в атмосфере Земли и примерно столько же, сколько в атмосфере Венеры), в виде карбонатов кальция и магния (известняки, доломиты, мрамор, мел и др.), содержится в земной коре. Термическое разложение карбонатов МАГНИЯ происходит при +330^оС (ныне – на глубине 11 км), а карбонатов КАЛЬЦИЯ при +930 ^оС. Поэтому смещение в земной коре границ зон их термической стабильности, вызванное потеплением климата, приводит к увеличению потоков  СО₂ , выделяющихся из недр в атмосферу.

В 10 раз больше СО₂, чем ныне содержится в атмосфере, способны выделить в нее и  метано-гидратные комплексы, расположенные на дне Мирового океана. Такие комплексы устойчивы только при высоком давлении и низких температурах. 1 см³ метано-гидратов способен выделить до 30 см³ метана при нормальном атм. давлении.

Повышение температуры придонных вод Мирового океана может привести к разложению метано-гидратных комплексов и поступлению в атмосферу весьма значительных количеств метана, сильнейшего парникового газа. Это вызовет дальнейшее потепление.

Поскольку природные компоненты биосферы при потеплении климата лишь увеличивают выброс в атмосферу СО₂, а его консервация биологическими поглотителями способна удалить из нее лишь 2% одних лишь техногенных выбросов этого вещества, при неизменных характеристиках прочих факторов потепления, концентрация СО₂ в воздухе могла бы и далее возрастать, вызывая дальнейшее потепление.

Подобный процесс, по законам положительной обратной связи, должен был бы усиливаться лавинообразно и вызвать катастрофический рост концентрации СО₂ в атмосфере, даже при условии полного отказа от сжигания углеродсодержащего минерального топлива (уголь, нефть, газ). Он со временем вызвал бы полное уничтожение жизни на нашей планете, высвобождение всех запасов СО₂ и уподобление атмосферы и климата Земли соответствующим условиям на Венере. Подобный сценарий необратимых изменений климата в результате роста концентрации СО 2 впервые был изучен А.В. Карнауховым  и назван "Парниковой катастрофой".

Результаты моделирования изменений глобальной температуры на планете в соответствии со сценарием Парниковой катастрофы для периода с 1600 по 2050 годы приведены на рисунке 7.

Рис. 7. Начальная фаза парниковой катастрофы.

Как видно из рис.7, к 2050 году общее повышение глобальной температуры на планете, по сравнению с доиндустриальной эпохой (1600-1700 годы), при данном сценарии составляет 1.30 К, что находится в хорошем соответствии с прогнозами Международной группы экспертов по проблемам изменений климата и согласуется с палеоклиматическими данными. Дальнейшее развитие рассматриваемого процесса по данному сценарию приведет к катастрофическим последствиям на планете уже к концу 21 века. В этом нетрудно убедиться из рисунка 8, где приведены соответствующие результаты моделирования изменений глобальных температур в период с 1900 по 2150 гг.  

Рис.8. Средняя фаза парниковой катастрофы.

Сплошной линией обозначен график повышения температуры при сохранении современных темпов роста концентрации СО₂ в атмосфере. Вариант развития климатических изменений в случае, если вступит в силу международная конвенция о фиксации уровней техногенного выброса СО₂ в атмосферу на уровне 2000 года, показан прерывистой линией. Повышение глобальных температур даже на 10 ^оС человечество и большинство обитателей материков планеты вряд ли переживет. Если же при этом «мороженного на всех хватит» то дальнейший сценарий не порадует даже любителей сауны. 

Результаты моделирования для заключительной фазы данного процесса приведены на рисунке 9.

Рис.9. Заключительная фаза парниковой катастрофы.

Сплошной линией обозначен график повышения температуры при сохранении современных темпов роста концентрации СО₂ в атмосфере. Прерывистой линией обозначены варианты развития климатических изменений (Т) в случае, если техногенный выброс СО₂ будет зафиксирован на уровне 2000г.  или на уровне 2100г.(хотя о каком техногенном выбросе в 2100 году можно говорить, если повышение глобальной температуры на 10^оС вызовет полное таяние всей криосферы, подъем уровня Мирового океана на 60 м, а также затопление низменностей планеты, где ныне сосредоточено большинство ее крупнейших городов и промышленных объектов). 

Рассмотренный сценарий мог бы реализоваться, если бы единственной причиной глобального потепления и в самом деле было усиление парникового эффекта.

К счастью это не так. Данный процесс обусловлен действием и иных, не менее мощных природных факторов, которые будут рассмотрены в дальнейших лекциях. Благодаря их действию происходят и неоднократно происходили в прошлом, как потепления глобального климата, так и его похолодания. Парниковый эффект усиливал их действие (в обе стороны), либо ослаблял его. В результате их действия происходящее ныне потепление может смениться очередным похолоданием.

При возникновении похолодания поток СО₂ из недр уменьшается, вследствие соответствующего смещения нижней границы зоны стабильности карбонатов, увеличивается и растворимость СО₂ в водах Мирового океана. Это вызывает уменьшение концентраций СО₂ и СН₄ в атмосфере, которое перекрывает любые техногенные выбросы этих веществ. В результате парниковый эффект «сам собой» ослабнет, вызывая дальнейшее снижение глобальной температуры.  

Не следует забывать, что  с середины мезозоя (около 150-100 млн лет назад), на нашей планете происходило постепенное похолодание глобального климата, так как происходил дрейф континентов в высокие широты, при котором Антарктиду занесло на Южный полюс, имело место также существенное уменьшение массы земной атмосферы и ее теплоемкости.

Не верьте в сказки об «устойчивом развитии»! Современное  человечество живет в период межледниковой оттепели, за которой последует  новая фаза сурового оледенения.