За 2,5 млн лет углекислого газа стало намного больше. Что делать?

Углекислый – основной парниковый газ. Его доля в парниковом эффекте более 60%. На долю остальных – хлорфторуглеводорода, метана, оксидов азота, озона и так далее – приходится не более 40%. Именно благодаря столь большой доли углекислого газа в принципе была возможна природная само-регуляция. Сколько углекислого газа выделялось при дыхании живыми организмами, столько и потребляли его растения, производя кислород.

Деятельность человека нарушила баланс

Промышленная и иная деятельность человека, и, прежде всего, вырубание лесов и сжигание природного топлива, привели к увеличению углекислого газа и других парниковых газов за счет снижения объема и концентрации кислорода. Результатом стало большее нагревание атмосферы – повышение температуры воздуха. Прогнозы таковы, что увеличение температуры приведет к излишнему таянию ледников и повышению уровня Мирового океана. Это с одной стороны, а, с другой, увеличится за счет более высокой температуры испарение воды с поверхности земли. А значит произойдет расширение пустынных земель.

Углекислый газ постоянно поступает в атмосферу и выводится из нее разными способами. Океаны (наряду с лесами) – одни из важнейших нейтрализаторов СО2, поглощающие значительную его часть. При этом увеличивается кислотность воды, что негативно влияет на жизнедеятельность морских организмов, а также истощаются запасы минерального карбоната кальция, необходимого для нейтрализации углекислого газа. Ученые из США и Канады построили модель, описывающую эти процессы, чтобы узнать, насколько силен антропогенный вклад в закисление океанов. По их оценкам, сразу в нескольких зонах Атлантического, Индийского и Тихого океанов этот вклад составляет от 40 до 100%, а максимальная глубина, на которой еще происходят реакции нейтрализации, уменьшилась на 300 метров.

Ученые выяснили, что за 2,5 млн лет содержание углекислого газа в атмосфере выросло со стартовых 250 единиц на миллион до сегодняшних 415-и. При этом со времен первых дальних прямоходящих предшественников современного человека, которые появились 2,1–1,8 млн лет назад, и вплоть до 1965 года содержание углекислого газа было ниже 320 единиц на миллион. Так что гигантский скачок пришелся именно на последние шесть десятилетий.

Лед и почва – свидетели изменения атмосферы

Группа геофизиков из Техасского университета (США) во главе с Йигом Джангом установили приведенные данные опытным путем. Для исследования древней атмосферы ученые используют ледяные керны, так как лед отлично подходит на роль временной капсулы. Лед может поведать, какая была атмосфера десятки и сотни тысяч лед назад.

Чтобы заглянуть еще глубже, Джанг и его коллеги обратились к почве. Когда почва формируется, она создает карбонаты. Изучив карбонаты в окаменевших образцах почвы из Лёссового плато в Китае, специалисты впервые смогли восстановить историю изменения уровня углекислого газа в атмосфере за 2,5 млн лет.

«Современный высокий уровень углекислого газа – это не только испытание для климата и окружающей среды, но и для нас, – предупреждает Йиг Джанг, – а изучение прошлого важно для прогнозирования будущего». Он и его команда собираются развивать методы анализа почвы и перепроверить свои результаты, а также углубиться еще дальше в прошлое. Лёссовое плато это позволяет: возраст самых древних образцов почвы здесь достигает 22 млн лет.

Парижское соглашение по климату

Пока бурное развитие медицины, фармацевтики и систем очистки окружающей среды как-то сдерживают человечество от отравления углекислым газом, но сможем ли мы справиться с ним в дальнейшем, если его присутствие станет увеличиваться еще большими темпами?

Если диоксида углерода становится слишком много, он начинает играть роль тепловой изоляции для планеты. Излучение солнца свободно проходит через атмосферу, но вот обратно, в космос, уходит тем меньше тепловой энергии, чем больше парниковых газов в газовой оболочке Земли. Поверхность планеты начинает нагреваться. Тают льды, изменяются климат и видовой состав флоры и фауны.

Потому ряд ученых утверждает, что засилье углекислого газа в атмосфере ведет к опасному глобальному потеплению. Отсюда Парижское соглашение по климату, которое подписали 194 страны в декабре 2015 года, определяющее мировой план действий по сдерживанию глобального потепления. Для выполнения Парижского соглашения был создан специальный Зеленый климатический фонд ООН.

Правда, у других исследователей есть сомнения в доказательности научных обобщений, которые показывают связь между выбросами углекислого газа и изменением климата.

Круговорот углерода при помощи солнечного света

Пока одни ученые выясняют динамику присутствия CO2 в атмосфере за миллионы лет, другие ломают копья о его влиянии на климат, ученые из института Вейцмана (Израиль) поставили себе задачу найти способ превращения углекислого газа в топливо, то есть сделать некий круговорот углерода, который позволит решить массу проблем. В международном научном журнале Science такие исследования недавно были названы одним из крупнейших достижений в области охраны окружающей среды.

Как известно, углекислый газ является продуктом сгорания, то есть он образуется в результате выделения энергии, и обратный процесс требует энергетических затрат. При этом необходимо добиться того, чтобы затраченная энергия не превышала энергию получаемого в результате углеродного топлива. Также необходимо, чтобы процесс не вызывал загрязнение окружающей среды.

Согласно выводов, идеальным источником для такого процесса является солнечный свет. И получать в результате реакции нужно топливо как основной продукт и кислород как побочный, но весьма полезный. Так окружающей среде не будет нанесен вред.

Эти исследователи уже накопили достаточный опыт создания катализаторов для различных химических реакций, и их разработки можно успешно использовать в промышленности. В первую очередь речь идет о методах уменьшения вредных выбросов на химическом производстве. Но, как известно, путь от новаторских научных разработок до их внедрения и использования в цивилизационном масштабе в большинстве случаев непрост и извилист.

Во всяком случае ученые разных стран и изучают сам процесс расширения присутствия СО2, включая самый последний период, когда оно побило все «рекорды», и рассматривают влияние углекислого газа на климат, и проектируют практические возможности, как обезопасить атмосферу от этого опасного недуга. И всё это вселяет надежду…

Есть и сторонники срочных мер

Человечество ждут «неописуемые страдания», если оно не предпримет срочные меры для сокращения выбросов углекислого газа и улучшения экологической ситуации. Такое мнение высказывается в обращении, которое недавно подписали более 11 тысяч ученых из 153 стран мира, включая Россию.

Свои подписи под заявлением поставили климатологи, биологи, геологи, океанологи и специалисты в других областях науки. Как заявил один из авторов документа, сотрудник Университета Сиднея (Австралия) Томас Ньюсом, ученые должны «выполнить свой моральный долг», предупредив весь мир о чрезвычайной экологической ситуации. Ученый из Университета штата Орегон (США) Уильям Риппл добавил, что климатические изменения развиваются стремительнее, чем ожидалось.

Специалисты призвали заменить ископаемое топливо на возобновляемые источники энергии, ввести высокие «углеродные налоги», сократить выбросы нестойких загрязнителей, отойти от стремления к росту ВВП. Кроме того, авторы обращения советуют остановить массовую вырубку лесов, потреблять меньше животной пищи, а также сократить пищевые отходы (ныне выбрасывается до одной трети продуктов питания) и стабилизировать рост населения Земли.

Автор: Евгений Бень