К ВОПРОСУ ОБ АНТРОПОГЕННОЙ ПРИЧИНЕ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ-ЗА ВЫБРОСА В АТМОСФЕРУ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

Борис Михайлович Клинский, д.т.н.
Юрий Борисович Назаренко

Несмотря на то, что на мадридской межправительственной конференции ООН, проведенной в 1995 г., получил признание тезис "глобального потепления" на планете Земля, споры ученых о причинах наблюдающегося в последнее столетие упомянутого явления не прекращаются до последнего времени.

Не останавливаясь на возможных последствиях "глобального потепления" для человечества Земли, в литературе можно выделить несколько причин, вызывающих "парниковый эффект": деятельность человека в связи с выбросом в атмосферу углекислого газа, а также вследствие увеличения в последние тысячелетия концентрации метана в атмосфере; увеличение интегральной интенсивности солнечной светимости (по данным наблюдений Пулковской астрономической обсерватории, а также специалистов NASA, что также косвенно подтверждается глобальным потеплением (1999-2005 гг.) на Марсе, на котором в отличие от Земли отсутствует "парниковый эффект"); нелинейность и неравновесность "парникового эффекта", обусловленные возможностью разложения газогидратов.

Поскольку большая часть исследователей объясняет "парниковый эффект" исключительно влиянием человеческого фактора, авторы настоящей статьи главное внимание уделили возможности антропогенной природы глобального потепления Земли вследствие выброса в атмосферу двуокиси углерода.

В соответствии с первой версией, причина наблюдаемого ныне глобального потепления - усиление парникового эффекта в атмосфере Земли из-за увеличения количества выбрасываемого в атмосферу углекислого газа антропогенного происхождения.

Обсудим в связи с этим некоторые факты. Можно утверждать, что на Земле влияние парникового эффекта от содержащегося в атмосфере СО₂ на среднюю температуру поверхности Земли ничтожно: повышение температуры не превышает одну десятую градуса. Известно, что наличие на Земле Мирового океана (и, как следствие, - возникновение парникового эффекта из-за содержащегося в атмосфере водяного пара) приводит к повышению средней температуры поверхности Земли на 36 °С. Расчетным путем можно показать, что парниковый эффект от всего содержащегося в атмосфере СО₂ в 400 раз меньше парникового эффекта от содержащегося в ней же водяного пара. Отсюда следует, что даже при удвоении содержания углекислого газа в атмосфере или его полном исчезновении средняя температура поверхности Земли изменится крайне незначительно. Кстати, на Марсе, где над каждым квадратным метром поверхности витает 160 кг СО₂ против 4,75 над квадратным метром поверхности Земли, мягко говоря, отнюдь не жарко.

Апологеты второй версии утверждают, что основной регулятор содержания СО₂ в атмосфере - растения, распространенные на суше, а деятельность человека, как известно, ведет к резкому сокращению площади, занимаемой лесами, джунглями и т.п.

Однако, к счастью для нас, в природе имеется несколько, выражаясь кибернетически, "контуров регулирования" содержания СО₂ в атмосфере. Главный из них - система "атмосфера-гидросфера", которая работает следующим образом.

Известно, что СО₂ , содержащийся в атмосфере в количестве mA = 2,3·1012 т, находится в состоянии динамического равновесия с углекислым газом, растворенным в океане в гораздо большем количестве mG = 1,4·1014 т. Согласно второму закону Дальтона, концентрация растворенного в жидкости газа пропорциональна парциальному давлению последнего над жидкостью. Это означает, что при внесении или изъятии из системы "атмосфера-гидросфера" некоторого количества СО₂ , его прибыль или убыль будет делиться соответственно пропорционально их количествам в атмосфере и гидросфере.

Таким образом для того, чтобы увеличить концентрацию СО₂ в атмосфере на 1 %, в неё надо внести 62 % от того количества углекислого газа, которое в ней содержится. Реально - еще больше, поскольку значительное количество поступающего в океан СО₂ выводится из обращения, расходуясь на "производство" нерастворимых в воде карбонатов магния и кальция как животного (скелеты позвоночных и панцири моллюсков), так и неорганического происхождения.

Важное следствие. Деятельность человека не может быть основной причиной увеличения содержания СО₂ в атмосфере, наблюдаемой в последнее время. Сегодня человечество выбрасывает в систему "атмосфера - гидросфера" порядка 30 млрд т углекислого газа в год. Положив средние темпы роста выбросов СО2 равными 1,5 % в год, нетрудно подсчитать, что сумма выбросов за последние 100 лет составила 1500 млрд т, из которых порядка 25 млрд т "достались" атмосфере, а остальные были растворены в гидросфере. Таким образом, вклад человека в повышение концентрации СО₂ в атмосфере за последние сто лет был немногим более 1 %, а с учетом той части, которая была "выведена из обращения" океаном и законсервированной в осадочных породах - и того меньше. Откуда взялись остальные, по разным подсчетам, от 15 до 33 % прироста? Ведь с учетом доли гидросферы для такого увеличения необходимо в 9…20 раз больше СО₂ , нежели его сегодня содержится в атмосфере. Если не ставить под сомнение результаты наблюдений, остается предположить, что наука вообще сильно недооценивает количество СО₂ , поступающего из земных недр, или что поступление это происходит неравномерно и в настоящее время имеет место его рост.

В соответствии с третьей версией повышение средней температуры поверхности Земли угрожает "вскипанием" океана с выделением значительного количества СО₂ в атмосферу.

Эта угроза на поверку оказывается также несостоятельной. Анализ показывает, что при повышении средней температуры поверхности Земли на 1 °С соотношение между равновесными количествами СО₂ в атмосфере и гидросфере изменится примерно на 3,5 %, а чтобы равновесие установилось при вдвое большем количестве СО₂ в атмосфере, нежели сейчас, необходимо повышение средней температуры поверхности Земли на 23 °С.

Авторы четвертой версии утверждают, что существующая тенденция к повышению концентрации в атмосфере СО2 в недалеком будущем угрожает превратить Землю в подобие Венеры.

Оценим количество углекислого газа, необходимое для такого превращения. Известно, что среднее давление у поверхности Венеры - 100 кгс/см2, а содержание СО₂ в атмосфере Венеры - 95 %. Иначе говоря, парциальное давление углекислого газа на поверхности "утренней звезды" - 95 земных атмосфер. Откуда взять на Земле столько окиси углерода? В земной атмосфере его вклад в атмосферное давление - 0,46 гс/см2, в гидросфере - 27,5 гс/см2. Если сжечь все запасы ископаемых топлив, имеющиеся на планете, добавится еще 2,43 кгс/см2. Впрочем, для этого потребовался бы кислород в количестве 1,77 кгс/см2, или в 7,6 раза больше того, что есть в атмосфере. Следует учесть также, что согласно второму закону Дальтона образовавшийся углекислый газ атмосфера и гидросфера поделят между собой в пропорции, близкой к той, в которой они делят СО₂ сегодня. Т.е. в атмосфере останется его 1/60 часть или 40 гс/см2, гидросфере - достанется остальное. Конечно, и такой воздух, мягко говоря, был бы мало пригоден для дыхания, однако, согласитесь, от 95 кгс/см2 до 40 гс/см2 - "дистанция огромного размера".

В соответствии с пятой версией утверждается, что человеческие возможности безграничны, а природа хрупка и беззащитна перед деяниями неразумного "гомо сапиенса".

Не следует все же переоценивать возможностей человечества на современном этапе. Попытаемся вновь сравнить могущество природы с "проделками" человека. Содержание углерода в земной коре - 0,48 %. Средняя толщина земной коры - 35 км, ее плотность порядка 2,6 т/м3. Исходя из этого, можно оценить среднее содержание углерода. Это количество углекислоты, находящееся над одним квадратным метром земной поверхности, может создать давление около 130 земных атмосфер, что близко к среднему атмосферному давлению на поверхности Венеры. Из этого следует, что если верна гипотеза, согласно которой атмосфера Земли некогда была похожа на современную атмосферу Венеры, то содержащийся тогда в ней углекислый газ ныне законсервирован в карбонатных осадочных породах.

Различия в дальнейшей эволюции атмосфер этих планет, по-видимому, обусловлены в первую очередь тем, что Венера расположена ближе к Солнцу, вследствие чего поток солнечной энергии, приходящийся на единицу ее поверхности, в 1,91 раза больше, чем на Земле.

Итак, естественный ход природных процессов приводил к тому, что какая-то часть СО₂ непрерывно выводилась из атмосферы, вследствие чего количество его в атмосфере уменьшалось, а вместе с ним уменьшался и парниковый эффект. Как следствие, все интенсивнее снижалась температура. Убыль водяного пара из атмосферы, обусловленная переходом его части в жидкое состояние, компенсировалась за счет поступления водяного пара из земных недр, где шло термическое разложение пород, в состав которых входила химически присоединенная вода. Спустя некоторое время температура понизилась настолько, что стало возможным существование постоянных водоемов.

В соответствии с шестой версией, на климат Земли огромное влияние оказывает космическая пыль.

Рассмотрим фактическое положение дел. Ежегодно на Землю "выпадает" порядка 40000 т космической пыли с размером частиц от нескольких молекул до 0,1 мм с сердцевиной из графита или силиката. Выделяющаяся энергия при торможении частиц со скоростью примерно 30 км/с и их сгорании в атмосфере Земли составляет ориентировочно 606,3 МВт. При этом суммарный поток солнечной энергии, падающей на Землю, составляет 1,75·1011 МВт. Таким образом, относительная величина выделяемого частицами тепла в атмосфере Земли по сравнению с солнечной энергией пренебрежимо мала и не превышает 3,46·10-7 %. Образующийся при сгорании частиц СО₂ составляет всего 4,85·10-4 % от общего объема двуокиси углерода, поступающей в атмосферу вследствие деятельности человека.

Не имеют под собой никакой научной базы панические прогнозы превращения Земли в некое подобие Венеры по причине сжигания органического топлива. Направление естественного хода природных процессов на Земле и Венере еще задолго до появления человечества было диаметрально противоположным, вследствие чего львиная доля имеющегося на Земле СО₂ оказалась надежно законсервированной, главным образом, в породах, содержащих карбонаты кальция и магния. Чтобы вернуть СО₂ назад в атмосферу, первые надо нагреть до 820 °С, а вторые - до 350 °С.

Позднее в водоемах зародилась жизнь и появились первые водоросли и растения, которые стали расходовать значительные количества СО₂ в процессах фотосинтеза. Появление животных, использующих его для строительства раковин, панцирей и скелетов, создало еще один канал убыли СО₂ 2 из атмосферы, вследствие чего в наши дни его содержание сократилось в 250 тысяч раз (!) по сравнению с моментом появления первых кислотных луж на поверхности Земли.

Следует отметить, что и по сей день концентрация СО₂ в воде морей и океанов значительно меньше равновесной, ведь в морской воде растворено значительное количество солей металлов второй группы, прежде всего, кальция и магния. Поэтому и в настоящее время продолжается процесс растворения углекислого газа в Мировом океане, который поглощает из атмосферы СО₂ и "складирует" углерод на своем дне. Там же законсервирована и большая часть некогда содержавшихся в воде металлов второй группы, однако и того, что осталось, достаточно, чтобы перевести в нерастворимые известняки и доломиты в десятки раз большее количество СО₂ , нежели то, что может образоваться при сжигании всего имеющегося на Земле ископаемого топлива.

Следует отметить, что само по себе глобальное потепление ведет к сокращению количества СО₂ в атмосфере. Известно, что чем выше средняя температура Земли, тем больше частота повторения штормов и их сила, а, значит, тем интенсивнее идет процесс растворения углекислого газа в воде морей и океанов. Суммарная же поверхность мельчайших капель воды, из которых состоят облака, одновременно находящиеся в атмосфере, не менее чем на порядок превышает поверхность мирового океана.

Значительная часть этой воды вместе с растворенной в ней углекислотой выпадает в виде атмосферных осадков и попадает в моря и океаны. Повышение температуры атмосферы способствует увеличению содержания водяного пара в атмосфере, а, значит, образованию более интенсивной облачности. Это, в свою очередь, приведет к ускорению процесса вымывания СО₂ из атмосферы и сокращению его содержания, что следует рассматривать как нежелательное явление. Ведь чем меньше в атмосфере СО2, тем менее интенсивно идет процесс фотосинтеза, а, значит, и прирост биомассы.

Итак, если переживаемое нами потепление не было вызвано увеличением поступления в атмосферу антропогенного СО₂ в последние полтора века, то это дополнительное количество углекислого газа оказалось в атмосфере как нельзя кстати, поскольку иначе, помимо потепления, имело бы место еще и снижение количества производимой биомассы, а, значит - и продовольствия.

Таким образом, количественный анализ гипотезы о том, что поступление в атмосферу СО₂ антропогенного происхождения и есть причина глобального потепления, выявляет ее несостоятельность. Основной парниковый газ в атмосфере Земли - водяной пар, парниковый эффект от которого в 400 раз превышает парниковый эффект от СО₂ .

Отсюда следует, что в атмосфере и гидросфере Земли действуют стабилизирующие природные механизмы, уменьшающие влияние внутренних и внешних факторов на климат Земли.

[Напоминаем, что Интернет-вариант статьи сильно сокращен. Ред.]