7. Влияние антропогенной деятельности на содержание углекислого газа в атмосфере
В последнее десятилетие ХХ века в научном и политическом мире остро встал вопрос о повышении содержания углекислого газа в атмосфере в результате антропогенной деятельности и возможном потеплении климата как следствие этого воздействия на окружающую среду. Был принят Киотский протокол, определивший вплоть до первого десятилетия XXI века лимиты выбросов в атмосферу загрязняющих веществ и, в первую очередь, углекислого газа, для большинства стран мира.
Атмосфера, как природная среда, образовалась при остывании Земли с выделением газообразной и жидкой фаз из ее недр.
Понадобилось более полутора млрд. лет для того, чтобы атмосфера стала пригодной для обитания на суше животных, и значительный вклад в преобразование атмосферы был внесен растениями, первыми освоивших пространства континентов.
Однако отдельные ученые считают, что кислородная атмосфера на Земле возникла в результате экологической катастрофы, вызванной особенностью метаболизма первичных форм жизни - выделения ими кислорода в качестве "отходов" их жизнедеятельности.
При образовании атмосферы ее состав существенно отличался от нынешнего. Основными компонентами примитивной атмосферы были побочные продукты извергаемых на поверхность и остывающих горных пород – выделяющиеся при этом газы CO2, CH4, N2, NH3, H2S и пары воды (табл. 1).
Таблица 1.
Основные компоненты атмосферы, гидросферы и литосферы в эпоху примитивной атмосферы
|
Атмосфера |
Гидросфера |
Литосфера |
|
основные: СО2 (или СН4) незначительное содержание: N2 NH3 H2S, H2O |
H2O, вода низкие концентрации: NH4HCO8, H2S, NaCl, KCl, KH2PO4 |
SiO2, песок AlSiO(OH)Fe(OH)2, глинозем CaCO3, известняк неорганического происхождения |
В последующие геологические эпохи состав атмосферы изменялся в сторону повышения содержания кислорода, что влияло на изменение климата на Земле в целом (рис. 22).
Рис. 22. Изменение состава атмосферы как открытой системы во времени
Одной из причин древних оледенений считают, в том числе, и резкое повышение содержания кислорода, что при уменьшении «парникового эффекта» понижало среднюю температуру на поверхности Земли.
В последние годы стало уделяться большое внимание содержанию СО2 в атмосфере и прогнозированию последствий увеличения его содержания в воздухе для климата Земли. Как уже упоминалось, Киотским протоколом были закреплены квоты выбросов в атмосферу углекислого газа для мировой экономики и отдельных стран, но единого мнения по влиянию антропогенного воздействия на содержание углекислого газа в атмосфере до сих пор не выработано.
Является общепризнанным, что сжигание топлива в последние 200 лет привело к повышению содержания углекислого газа в атмосфере. Однако увеличение углекислого газа в атмосфере происходило и раньше, в более древние эпохи, до появления человека. С помощью изотопного анализа древнего воздуха, вмерзшего в антарктический лед, было доказано, что роль человеческой деятельности в этом процессе была невелика, а это вошло в противоречие с предшествующим представлением о роли антропогенного фактора в содержании СО2 в воздухе и обусловило необходимость создания более точных моделей прогнозирования изменения климата.
Последний ледниковый период закончился 11,0-14,0 тыс. лет назад, с тех пор уровень углекислого газа в атмосфере сначала падал до 4 миллионных доли и около 7 тыс. лет назад достиг 0,026% от общего объема воздуха в атмосфере.
Далее, около 7 тыс. лет назад, уровень CO2 стал расти. В течение последующих 6,8 тыс. лет уровень CO2 вырос примерно на 20 миллионных частей до уровня примерно 280 миллионных частей (для сравнения сейчас это 387 миллионных частей).
Основными факторами изменения содержания углекислого газа в атмосфере в этот период, по мнению ученых, считаются:
биологические процессы на суше;
изменение содержания химических веществ в почве (в том числе в разные геологические эпохи);
гибель и разложение растений (каменноугольный период);
высвобождение CO2 из океана в результате роста коралловых рифов;
природные пожары.
Для изучения влияния антропогенной деятельности на атмосферу было отобрано около 200 образцов древнейшего воздуха (вмерзших в лед пузырьков воздуха) из антарктического льда со времен конца ледникового периода и до начала эпохи индустриализации. Ученые измеряли соотношение изотопов более тяжелого углерода-13 и более легкого углерода-12 в углекислом газе.
Как выяснили ученые, в основном повышение углекислого газа происходило за счет океанических процессов, в меньшей степени — жизнедеятельности растений суши, и лишь в очень малой степени — за счет человеческой активности. Такой результат подтверждает идею о циркуляции углерода в ходе изменения климатических систем на планете, утверждает один из авторов работы Томас Стокер из Университета Берн в Швейцарии.
Как это ни кажется парадоксальным после Киотских «битв», но, по последним данным ученых, ни человеческая активность, ни изменение растительности сами по себе не вызывали рост количества углекислого газа в атмосфере. Следовательно, или ученые в очередной раз ошиблись, или за счет Киотского протокола очередной раз происходит глобальное «отмывание денег» одних стран за счет других.
По данным последних исследований, основным фактором, оказывающим влияние на содержание СО2 в атмосфере, является углеродный цикл Земли в масштабах всей планеты, который объединяет химические и биологические процессы, которые происходят на поверхности и в глубинах земных недр. Цикл начинается с плит океанской коры, которые несут богатые углеродом слои под другие тектонические плиты и смешивают их с расплавленной породой мантии.
Само самой становится ясным, что антропогенное влияние на содержание СО2 в атмосфере имеет незначительную часть и может не учитываться в общих глобальных процессах Земли.