Чтоб не обрушить мирозданье

Анастасия Макарьева
(Опубликовано в журнале "Наука и жизнь" № 8, 2009)

Ураганы и небывалые ливни, засухи и наводнения, гибель кораллов и таяние вечной мерзлоты, затопление обширных береговых зон — эти и другие последствия глобального изменения климата всё более заметны. В чём причины неблагоприятных климатических изменений? В силах ли человечество остановить опасные процессы, что для этого надо сделать? Эти вопросы уже несколько десятилетий остаются в центре внимания учёных и общества.

В апреле 2009 года на вопросы посетителей портала www.nkj.ru ответила старший научный сотрудник Петербургского института ядерной физики РАН кандидат физико-математических наук Анастасия МАКАРЬЕВА — соавтор теории биотической регуляции (см. «Наука и жизнь» №9, 2008 г.). Согласно этой теории главная причина происходящих глобальных изменений климата — разрушение естественных экоси­стем человеком, а именно, уничтожение лесов и освоение океана. Если разрушение биосферы будет и далее происходить так же быстро, как сегодня, предотвратить деградацию климата и окружающей среды окажется невозможным. Предлагаем вни­манию читателей материал, подготовленный на основе этого интернет-интервью.

Что нас ждёт в ближайшем будущем — глобальное потепление или новый ледниковый период? И как можно объяснить 400-летние циклы похолодания-потепления климата?

Если климат устойчив, то при любом отклонении в сторону похолодания или потепления он возвращается к исходному состоянию.

Но если разрушить силы, поддерживающие устойчивое состояние климата, произойдёт переход в другое устойчивое состояние. Теоретический анализ показывает, что это будет не похолодание или потепление, а либо адская жара с температурой + 400°С и полностью испарившимся океаном, либо адский холод с температурой — 100°С и полностью оледеневшей Землёй. Оба эти состояния одинаково катастрофические для жизни на планете.

Увеличение частоты и амплитуды локальных колебаний температуры, которые никогда не наблюдались раньше, указывает на то, что произошло существенное ослабление сил, поддерживающих устойчивость климата. Главная из этих сил — функционирование лесов, управляющих водным режимом суши и прилегающих к ней областей океана. Прогнозы по изменению климата на год или несколько месяцев сейчас никто дать не может. Но можно оценить, как будет происходить опустынивание континентов в течение десятков лет, если сохранится современная практика эксплуатации и вырубки лесов. Биотическая устойчивость подразумевает, что изменения температуры как при похолодании, так и при потеплении не должны выходить за узкие пределы допустимых отклонений от оптимального для жизни значения. Не обсуждая здесь достоверность строгой цикличности похолодания-потепления в масштабах нескольких сотен лет, отмечу, что разрушение растительного покрова суши человеком и его естественное восстановление происходили с разной скоростью в разных регионах планеты в течение многих тысячелетий. В прошлом флуктуации функционирования климатической системы приводили лишь к небольшим обратимым отклонениям температуры от устойчивого среднего значения. Но сегодня, при существенно разрушенной биоте, они могут вызвать необратимый переход климата в непригодное для жизни состояние.

Что означает понятие биотической устойчивости?

Существование жизни зависит от нескольких важных параметров. Это температура, давление, уровень радиации, концентрация всех используемых жизнью веществ, наконец, запас органического вещества в живой и неживой органике. Устойчивость означает, что при случайном отклонении значения данного параметра от оптимального в системе возникают процессы, направленные на компенсацию этого отклонения и восстановление исходного значения. Рассмотрим, например, в качестве устойчивого параметра количество живой биомассы в лесу. Известно, что скорость разложения органики живыми организмами леса столь высока, что живая биомасса может быть полностью уничтожена (грубо говоря, съедена) за несколько лет. Тем не менее этого не происходит: возвращаясь в ненарушенный лес год за годом, мы видим поразительную устойчивость его организации. Это свидетельствует о том, что при любом отклонении скорости разложения (например, при случайном увеличении численности жуков-короедов) в экосистеме идёт процесс, компенсирующий такое отклонение (например, увеличение числа птиц, уничтожающих короедов). В результате энергетическая основа существования леса — живая биомасса листьев и хвои, биомасса деревьев — поддерживается в устойчивом состоянии. Нарушенные экосистемы подобной устойчивостью не обладают и постоянно страдают и погибают от различных вредителей. Аналогично можно рассмотреть устойчивость любых других параметров, например температурного режима.

Как влияет на формирование земного климата Солнце или, например, положение земной оси?

Солнце посылает на Землю определённый поток энергии. Часть этого потока отражается нашей планетой, как зеркалом, обратно в космос (эта часть называется альбедо). Оставшаяся часть, назовем её величиной F, поглощается планетой. Определяет ли величина F температуру поверхности планеты? Нет, не определяет. На Венере, например, имеющей большое альбедо, величина F меньше, чем на Земле, а температура поверхности составляет более 400°С. Температуру поверхности планеты задаёт величина парникового эффекта, определяемая составом атмосферы (на Венере парниковый эффект огромен). При заданной величине F, но разном парниковом эффекте температура планеты будет разной. Однако величина F определяет, каким должен быть планетарный парниковый эффект, чтобы получить заданную температуру поверхности. Кроме этого, солнечное излучение полностью определяет мощность функционирования естественных экосистем (напомню, что зелёные листья усваивают излучение только определённых частот), наклон земной оси определяет смену сезонов и т.д. При наличии термической устойчивости климата любое внешнее возмущение, оказывающее, при прочих неизменных условиях, влияние на температуру (изменение солнечной активности, периодические изменения параметров вращения Земли, падение метеоритов и др.), может быть скомпенсировано изменением парникового эффекта так, что результирующее изменение среднеглобальной температуры окажется равным нулю. В этом случае в момент возникновения возмущения мы зарегистрируем отклонение температуры от устойчивого среднего значения, а затем постепенное возвращение к нему. Скорость такой релаксации будет определяться мощностью процессов, поддерживающих устойчивость климата.

Что оказывает большее влияние на изменение климата — состояние лесов или океанские движения вод?

Вопрос подразумевает, что океанские движения вод и состояние лесов — независимые климатические факторы, но это не так. Циркуляция океанических вод обусловлена уникальным свойством воды — она имеет наибольшую плотность при + 4°С. Поэтому холодные воды опускаются в приполярных областях и затем, при глубинном движении к низким широтам, поднимаются по всей акватории Мирового океана, нагреваясь, и перемещаются обратно к приполярным областям в поверхностном океаническом слое. Таким образом, характер океанической циркуляции зависит от температуры океана, её распределения и изменений. Обширный лесной покров определяет атмосферную циркуляцию в примыкающих к суше районах Мирового океана и тем самым влияет на температурный режим океана. Поэтому масштабное сведение лесов может привести к значительным изменениям характера океанической циркуляции.

Как может сказаться на климате искусственное разведение лесов с повышенным выделением влаги? Например, тополь выделяет кислорода больше всех других деревьев, а влаги — в несколько раз больше, чем сосна или пихта. Может ли компенсировать вырубку ельников расширение посадок тополей?

Биотическая регуляция не может быть заменена никакой искусственной биогенной или техногенной системой. Естественный лес представляет собой сложное экологическое сообщество деревьев и других растений, бактерий, грибов и животных. Леса построены жизнью в процессе её эволюции как механизмы обводнения и заселения суши. В течение более 0,5 млрд. лет леса эволюционировали в направлении оптимизации жизни на суше. Современные ненарушенные леса закачивают атмосферную влагу с океанов на любые расстояния от океана так, что почва остаётся везде влажной, пригодной для произрастания деревьев и жизни всего лесного сообщества. Количество закачиваемой с океана влаги должно точно компенсировать речной сток. Ненарушенный лес предотвращает чрезмерный забор влаги из атмосферы, вызывающий наводнения, и не допускает недостаточного забора влаги, приводящего к засухам и возможности возникновения пожаров. Кроме того, он предотвращает развитие ураганных ветров и смерчей, поддерживая постоянную среднюю скорость ветра порядка нескольких метров в секунду.

Принципиально невозможно понять всю сложность биотической регуляции и роль в этой регуляции всех видов лесного экологического сообщества. Нельзя регулировать окружающую среду лучше, чем естественный лес, нельзя помочь естественному лесу, можно только не мешать.

В разных регионах Земли лес состоит из разных видов деревьев, которые отобраны эволюцией для наиболее эффективной регуляции окружающей среды. Естественные нарушения лесного покрова чрезвычайно редки, но тем не менее иногда происходят. Лес реагирует на эти нарушения определённой системой восстановительных мероприятий, подобно тому, как наш организм реагирует на травмы и болезни. Восстановление естественного леса осуществляется другими видами деревьев (например, хвойный лес восстанавливается сначала лиственными породами). Эти леса называют вторичными. Их функция состо­ит в восстановлении ненарушенного леса в как можно более краткие сроки. (При этом деревья такого леса воссоздают условия, пригодные для деревьев ненарушенного леса и невыгодные для самих себя, почему и происходит их последующее вытеснение деревьями ненарушенного леса.) Как человек в процессе восстановления после травм и болезней не способен к эффективной работе, так вторичный лес не способен к эффективной регуляции окружающей среды — он восстанавливает условия для жизни ненарушенного леса. Наш ненарушенный лес состоит в основном из ели и сосны и никак не может быть заменён тополями. В Сибири ненарушенный лес состоит из лиственницы и сибирского кедра и не может быть заменён на европейский ненарушенный лес, как европейский лес не может быть заменён лиственницей и кедром.

Нынешнее потепление климата на нашей планете —- далеко не первое, и человечество не основной поставщик парниковых газов в атмосферу. Они могут поступать туда и при извержениях вулканов, и при тектонических сдвигах. Так ли уж виноват человек в изменении климата?

Главное парниковое вещество, определяющее температуру Земли, — водяной пар. Облачность регулируется лесным покровом суши и планктоном океана. Водный режим Земли влияет на температуру планеты в десятки раз сильнее, чем изменение содержания углекислого газа в атмосфере.

Жидкая гидросфера физически неустойчива из-за известной зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры. При случайном повышении температуры поверхности гидросферы количество влаги в атмосфере возрастает. В результате увеличивается парниковый эффект, что приводит к дальнейшему росту температуры, и так далее. Аналогичной положительной обратной связью характеризуется случайное понижение температуры. Поэтому в отсутствие естественных экосистем, контролирующих глобальный влагооборот, жидкое состояние гидросферы и приемлемая для жизни человека среднеглобальная температура поверхности поддерживаться устойчиво не смогут.

Изменение климата Земли в прошлом не выходило, согласно существующим данным, за пределы отклонения среднеглобальной температуры на ±5°С от современного значения (+15°С). Скорость изменения температуры составляла порядка одного градуса Цельсия за сто тысяч лет. Существует или нет изменение среднеглобальной температуры сейчас, не установлено. Достоверно наблюдается лишь значительное увеличение локальных флуктуации температуры, что весьма неприятно и опасно.

Насколько реально уменьшить выбросы парниковых газов за счёт освоения новых источников энергии, например водородного топлива или биотоплива?

Главная проблема состоит не в выбросах парниковых газов и других загрязнений, а в том, что любое энергопотребление человечества неизбежно связано с хозяйственной деятельностью и, как следствие, с разрушением естественных экосистем. Сегодня только незначительная часть населения Земли понимает, что антропогенное влияние на естественные экосистемы необходимо резко сократить. Беспрецедентную угрозу существованию цивилизации и жизни на планете несёт использование энергии ядерного синтеза и любых других неограниченных запасов энергии, включая солнечную. При современном непонимании природы устойчивости климата энергетическое изобилие неминуемо привело бы к глобальному всплеску хозяйственной активности и, как следствие, к тотальному уничтожению механизма поддержания устойчивости климата Земли — естественных экосистем.

Современное энергопотребление человечества основано на углеводородном топливе и составляет 1,5 х 10¹³ Вт. Мощность гидроэлектростанций — 3 х 10¹¹ Вт, то есть в 50 раз меньше. Реальная доступная мощность всех возможных возобновляемых источников энергии (ветровая, геотермальная, приливная и пр.), включая наибольшую из них — гидромощность, не превосходит 5 х 10¹¹, то есть в 30 раз ниже современного энергопотребления. Создание водородного топлива из воды требует во много раз больших затрат энергии, чем оно само содержит. Чтобы производить биотопливо, придётся изъять соответствующее количество сельхозугодий, на которых выращиваются продукты питания, или уничтожить леса.

Поэтому единственный реальный путь предотвращения катастрофы — сократить потребление углеводородного топлива за счёт уменьшения численности населения Земли по крайней мере в 10 раз.

С развитием цивилизации человечеству нужно всё большее количество энергии. В XXI веке, чтобы выжить, обществу необходима энергия не только для развития, но и для утилизации загрязнений и восстановления экосистемы. Где выход?

Человечеству необходимо всё больше энергии только потому, что растут численность и плотность населения. Энергопотребление цивилизации делится примерно в равных пропорциях на отопление, транспорт и промышленность. С ростом плотности населения резко увеличиваются расходы на транспорт, поставляющий продовольствие, на утилизацию отходов, борьбу с эпидемиями, постройку и оснащение удобствами многоэтажных жилищ и т.д. Собственно научно-техническое развитие цивилизации, интеллектуальный и технологический прогресс не связаны напрямую с энергопотреблением. Например, самое существенное изменение жизни людей за последнее время — изобретение и распространение персональных компьютеров и интернета никак не повлияло на глобальное энергопотребление человечества. Энергозатраты на производство и использование компьютеров ничтожны по сравнению с затратами на транспорт, отопление и прочее.

Что выгодней для общего теплового баланса Земли: развивать энергетику на углеводородах или наращивать мощности приливных, солнечных и гидроэлектростанций?

Развивать гидроэлектроэнергетику практически некуда, сегодня уже задействована большая часть имеющейся на Земле гидромощности. При этом вклад современных гидроэлектростанций в общее энергопотребление составляет всего два процента. Постройка гидроэлектростанций приводит к нарушению функционирования естественных экосистем на обширных территориях и, следовательно, к дестабилизации климата. Имеющиеся планы по строительству ГЭС (например, Эвенкийской в Сибири) чреваты региональной экологической и климатической деградацией.

Вся технологически доступная приливная мощность ничтожно мала по сравнению с гидромощностью. Солнечные батареи с высоким кпд нерентабельны.

После истощения запасов жидких углеводородов человечеству придётся использовать уголь, которого хватит ещё примерно на столетие. (Современная разветвлённая транспортная система, базирующаяся на жидком топливе, при этом исчезнет.) С этой точки зрения срочный тактический приоритет получает развитие экологически безопасных технологий использования угля.

Эффективны ли энергосберегающие технологии для стабилизации климата?

Эффективность энергосберегающих технологий с точки зрения стабилизации климата равна нулю независимо от скорости прироста населения планеты. Например, ваша хозяйственная задача — вырубить гектар леса, для этого у вас имеется бочка бензина. Вы внедряете энергосберегающие технологии и вырубаете тот же гектар леса, истратив всего три четверти бочки. (Как вариант — оставшуюся четверть вы пускаете на экономический рост и вырубаете ещё треть гектара леса.) В результате негативное воздействие на естественные экосистемы, дестабилизирующее климат, в лучшем случае остаётся неизменным, в худшем — увеличивается. Актуальность энергосберегающих технологий имеет экономические и политические причины и не имеет отношения к проблеме устойчивости климата. Их внедрение несколько снижает жёсткую, чтобы не сказать жестокую, зависимость развитых стран — крупнейших импортёров энергии от стран — поставщиков энергии. Поэтому энергосберегающие технологии очень широко обсуждаются сегодня в Западной Европе и США, а в России, например, никто этим особенно не озабочен. Ведь Россия энергетически ни от кого не зависит.

В негативном антропогенном воздействии на природные комплексы Земли трудно сомневаться. Что более разрушительно, на ваш взгляд, несовершенство используемых технологий или потребительское отношение человека к природе?

Никакая технология не может скомпенсировать разрушение природных комплексов Земли и обеспечить устойчивость климата. Потребительское отношение к природе человека и всех живых существ на Земле содержится в их генетической программе и не может быть изменено.

Разрушение естественных экосистем происходит в основном в результате сведения лесов под пашни и пастбища и потребления древесины, то есть обуславливается биологическими потребностями людей и домашнего скота в пище. Эти потребности живых организмов существенно изменить нельзя, поэтому давление на биосферу, как уже говорилось выше, можно уменьшить только путём сокращения численности населения. То есть необходимо немедленное плановое глобальное сокращение рождаемости.

Каким образом предполагается снижать рождаемость — через доплаты однодетным семьям или с помощью ещё какой-нибудь умной формулы? Как насчёт духовности?

Решение вопроса, как обеспечить необходимое сокращение рождаемости, требует усилий специалистов всех областей знания — психологов, социологов, экономистов, политологов и, в конечном счёте, усилий каждого члена общества — в том числе и усилий по неизбежному изменению этических (духовных) норм. Никакая духовность не поможет человеку есть и пить на порядок меньше, чтобы сократить в десять раз современную антропогенную нагрузку на естественные экосистемы. Достижение глобальных целей требует глобальных усилий, вспомним хотя бы движение за отмену ядерных взрывов.

Могут ли войны и смертельно опасные инфекции сократить население в 10 раз? И не пострадает ли при этом биота?

Войны не замедляют скорости роста народонаселения. Даже такие страшные войны, как Первая и Вторая мировые, уничтожившие несколько десятков миллионов мужского населения враждующих стран, не сказались на скорости роста их народонаселения. Менее чем через двадцать лет никаких следов от провалов численности населения не осталось, и рост народонаселения продолжается так, как если бы этих войн не было. Человечество научилось успешно бороться с эпидемиями, локализуя очаги их возникновения и уменьшая вероятность возникновения последующих очагов болезни практически до нуля. Так люди избавились от чумы, оспы, холеры. Нет сомнения, что люди со временем избавятся и от СПИДа. Поэтому эпидемии также не могут изменить скорость прироста населения.

Сокращение рождаемости — это единственный реальный выход из глобального кризиса, не сопряжённый с насильственной гибелью огромного числа людей.

Можно ли решить вопрос сохранения биоты с помощью миграции людей из перенаселённых регионов в пустующие районы, например в Сибирь?

Сибирь — не пустующая земля. Там, в частности, с экологически устойчивой низкой плотностью проживает коренное население. Этот уникальный район занят естественными экосистемами, которые составляют главное достояние России. Направленное переселение туда людей из густонаселённых стран гарантированно привело бы к уничтожению сибирских лесов и превращению Сибири в пустыню. Это было бы преступлением против нынешнего и будущих поколений россиян, преступлением против человечества, поскольку леса Сибири имеют общемировую ценность. Демографическая стратегия будущей России, как мне представляется, должна включать три направления: 1) выдвижение Россией, как признанным мировым лидером, международной инициативы по глобальному сокращению рождаемости; 2) экологическое просвещение населения, разъяснение преимуществ низкой плотности численности населения и мирового значения российских лесов; 3) жёсткая защита территориального суверенитета России и тем самым сохранение российских лесов.