Евгений Гришанин. Парниковый эффект: мифы и реалии. Продолжение.

Миф третий: Вредность СО2

Сколько поднято шума в связи с увеличением содержания СО2 в атмосфере, что в сознании широких масс, наверное, создалось мнение о его вредности. Однако это не так. При концентрации углекислого газа ниже 1% он не оказывает вредного влияния на животных. Более того, слишком низкое содержание СО2 в воздухе для некоторых людей является причиной астматических болезней. Их не даром лечат по методу профессора Бутейко задержкой дыхания. Ведь присутствие СО2 совершенно необходимо для эффективного дыхания. По-видимому, этот результат (точнее пережиток) эволюции. Ведь животный мир возник при весьма высокой концентрации углекислого газа. Еще 600 млн. лет назад, когда животный мир начал трансформироваться в современные виды, концентрация кислорода в воздухе составляла всего 2%.

Предки приматов возникли примерно 20 миллионов лет назад, когда концентрация СО2 была втрое выше, т.е. 0,1%. Для растений углекислота является самым необходимым жизненным веществом, так как другой возможности усвоения растениями углерода в природе не существует. Поэтому СО2 ни в коем случае нельзя считать вредным веществом для здоровья животных и тем более растений. Экспериментально показано, что с повышением концентрации в воздухе углекислого газа урожайность всех культур возрастает. По мнению некоторых врачей, человеку полезнее высокогорный воздух, где абсолютная концентрация кислорода вдвое меньше .

В обыденном сознании сформировалось мнение , что леса являются "легкими планеты". Но леса и растительность вообще в основном поглощают СО2. Очищать воздух от углекислого газа бессмысленно, так как его уже практически там нет: осталось всего 0.035%. Таким образом , и в этом смысле обыденное сознание отягощено мифами.

По оценкам ученых, без парникового эффекта средняя температура поверхности Земли была бы на 30 градусов ниже нуля и никакой жизни на ней скорее всего не было бы. Именно парниковый эффект, являясь природным одеялом, создает благоприятные условия жизни на земле. Парниковый эффект , то есть степень поглощения инфракрасного излучения земной поверхности, обусловлен наличием многоатомных газов (СО2, пары H20, СН4), непрозрачных для теплового излучения. В наше время парниковый эффект в среднем на 78% порожден парами воды и только на 22% углекислым газом при их объемном соотношении 1:10. Вкладом других газов можно пренебречь.

Влияние парникового эффекта на климат в зависимости от концентрации СО2 хорошо известно метеорологам. Он в основном повышает температуру зимой в высоких широтах и практически не влияет на температурный режим низких широт . Это объясняется следующим. Вышеупомянутое соотношение вкладов водяного пара и СО2 в парниковый эффект наблюдается только раз в год. В высоких широтах при снижении зимней температуры концентрация водяного пара в атмосфере резко снижается, так как он конденсируется и выпадает в виде осадков. В результате парниковый эффект резко снижается и температура атмосферы уменьшается. Кибернетики сказали бы, что имеет место сильная обратная связь. При дальнейшем снижении температуры водяной пар вымораживается из атмосферы, на землю выпадает снег и резко увеличивается отражение лучистой энергии, поступающей от солнца. Физики и метеорологи сказали бы, что увеличивается альбедо (доля отраженной лучистой энергии) Земли. Это вторая сильная обратная связь. А вот концентрация СО2 в атмосфере не зависит от этих факторов. Именно парниковый эффект от СО2 сохраняет тепло в атмосфере при вымораживании из нее водяного пара. Увеличение концентрации СО2 приведет к тому, что снижение температуры и вымораживание водяного пара, а также выпадение снега и увеличение альбедо будет проходить в существенно меньшей степени.

Итак, наличие СО2 в атмосфере играет важную роль для улучшения климата, прежде всего в зимнее время. Но наличие СО2 в атмосфере еще важнее для стабилизации климата при воздействии случайных факторов, приводящих к временному похолоданию, которые в отсутствие СО2 могли бы вызвать оледенение. Очень показательно, например, сравнение климата на Марсе и Венере. Уровень температуры на Марсе таков, что там не только вода, но и СО2 вымораживаются из атмосферы настолько, что давление марсианской атмосферы, состоящей в основном из СО2, составляет всего 0,6% земной. Поэтому на Марсе наблюдаются водяные и углекислотные льды. На Венере, получающей в два раза больше тепла от Солнца, атмосфера также в основном состоит из СО2 и имеет давление 90 атмосфер. Из-за мощного парникового эффекта температура на поверхности Венеры составляет 500 С.

Парниковый эффект и оледенение, по имеющимся научным данным, взаимно связаны. На рисунке приведены кривые изменения концентрации СО2 в атмосфере и температуры за последние 160 тысяч лет. Эти данные получены анализом состава воздушных пузырьков в толще ледников Антарктиды. На кривых хорошо видно почти полное совпадение максимумов концентрации СО2 и температуры, что объясняется малой тепловой инерцией атмосферы и отсутствием материковых льдов. Следует отметить, что максимумы температуры и содержания СО2 совпадали и похоже способствовали появлению неандертальцев 100000 лет назад и сельскохозяйственной революции примерно 5000 лет назад.

Максимум последнего оледенения был примерно 20000 лет назад. Он соответствовал концентрации СО2 в атмосфере , равной всего 0.02%, что почти в два раза меньше ,чем сейчас. Тогда ледники занимали всю территорию Канады , значительную территорию США в всю Северную Европу включая Берлин, Москву , Киев и Санкт-Петербург. Общая площадь материковых льдов в Северном полушарии тогда составляла 23 млн.км2 ,толщина слоя льда - 1.5 км, объем материковых льдов превышал 37 млн. км3.

Ледниковая эпоха характеризуется крайне неустойчивым климатом. Небольшое случайное похолодание приводит из-за сильных обратных связей к росту ледников, а потепление к их быстрому таянию. Поэтому ледниковая эпоха характерна быстрыми колебаниями температуры с периодом 10000 лет.

Именно быстрое возрастание концентрации СО2 привело за 9000 лет к почти полному таянию этих ледников. Остались лишь ледники в Антарктиде и Гренландии, консервация которых обусловлена близостью к полюсу, водным окружением и замкнутой циркуляцией холодных течений.

При изменении концентрации СО2 потепление может быть очень быстрым, если нет материковых льдов, так как нагрев атмосферы ввиду ее тепловой инерции составляет около 2 месяцев. Но для таяния льдов необходимо больше времени , так как требуется много тепла. На таяние материковых ледников не влияет антропогенный фактор.

В сознании широкой общественности потепление почти всегда соединяется с повышением температуры летом и засухой зимой. Однако это не так в случае увеличения концентрации СО2. Количество влаги, поступающей на сушу, зависит в первую очередь от интенсивности испарения водной поверхности. При потеплении количество образующегося пара увеличится, во-первых, за счет увеличения площади испарения на освободившейся от океанических и материковых льдов в высоких и средних широтах и, во-вторых, за счет увеличения средней температуры. Таяние высокогорных ледников не грозит мелением рек, так как количество влаги в горах не уменьшится. И лишь изменится сезонное распределения поступления воды в горные реки. Эти теоретические рассуждения вполне поддерживаются данными палеоклиматологии . А вот каждое оледенение сопровождалось засухой , так как накопление на суше материковых льдов приводило в сокращению площади мирового океана на 30% и одновременно снижалась температура атмосферы и водной поверхности.

В океане СО2 содержится в растворенном виде в виде угольной кислоты и ионов различных углекислотных солей, и его в 60 раз больше чем в атмосфере. При повышении концентрации СО2 в атмосфере большая его часть поглощается океаном. Правда, перемешивание океанической воды длится от 200 до 2000 лет . Океан, следовательно, является гигантским аккумулятором и регулятором концентрации углекислоты в атмосфере. Именно поэтому изменение концентрации СО2 в атмосфере будут происходить во много раз медленнее , даже несмотря на рост антропогенных выбросов.

В каменноледниковых, сланцевых и иных углеродосодержащих месторождениях угольной кислоты содержится в 300 раз больше по сравнению с атмосферой. Если ее освободить из этих месторождений, то концентрация СО2 в атмосфере увеличится с 0.035 до 9 %. Такая концентрация наблюдалась во время каменно-угольного геологического периода, когда на земле буйствовала растительность, был теплый устойчивый климат и процветали динозавры. Такая растительность была следствием высокой концентрации углекислоты, которая являлась главной , ничем не заменимой пищей для фотосинтеза. Реальная причина вымирания динозавров - похолодание в связи с наступлением ледникового периода, увядание растительности и недостаток пищи. Они вымирали в течении нескольких миллионов лет: одни виды раньше, другие позже.

Основная масса СО2 в карбонатных породах , причем в основном на дне океанов. Материковые карбонатные породы сформировались когда эти участки суши были дном морей и океанов. Как же почти весь СО2 оказался захороненным на дне океанов?

Согласно современным научным представлениям первичная атмосфера образовалась в результате разделения по плотности земных пород. Она состояла из СО2, метана, аммиака, сероводорода. Изъятие из первичной атмосферы углекислоты происходило благодаря фотосинтезу в первых живых организмах на Земле. Самозарождение жизни, по мнению ученых, было возможно только в атмосфере без кислорода, и сначала только в океане. Первичный океан был сначала настоящей "газировкой". Первые сине-зеленые одноклеточные водоросли возникли не менее 3 миллиардов лет назад. Именно они за счет фотосинтеза произвели первый кислород и тем создали условия для жизни животных, энергетическим источником которых является процесс окисления. Первые животные, появившиеся сначала в океане, строили скелеты из известняка СаСО3 и магнезита (доломита) MgСО3. Их скелеты и раковины гигантских размеров откладывались на дне океанов и морей, и эти отложения можно видеть сейчас, в виде месторождения мрамора, меловых гор, известняка. А углекислота была почти начисто извлечена как из воды океана, так и из атмосферы. Кстати, некоторые ученые называют результатом этого процесса первой экологической катастрофы для первых обитателей Земли. Ведь интенсивность фотосинтеза пропорциональна концентрации СО2 в атмосфере и океане. Когда растительность распространилась на суше, создались условия для начала каменноугольного периода - эпохи карбона. Однако в образовавшиеся каменноугольные, нефтяные и газовые месторождения попало тогда меньшая часть углекислоты, так как для их образования на суше требовались специфические условия, а именно болота, покрытые минеральными осадками. В противном случае органика сгнивает, а СО2 возвращается обратно в атмосферу. Иное дело океанские отложения из СаСО3 и MgСО3. Они хоронились на всегда, и возвратить и обратно в оборот не в силах даже человечество, как оно делает с СО2 при сжигании нефти, каменного угля и газа.

В нашу геологическую эпоху в атмосфере остались буквально жалкие остатки прежнего количества СО2. Чтобы извлечь необходимую для жизни углекислоту, растениям приходится прокачивать через себя огромное количество воздуха, так как в нем содержится мало СО2 - всего 0,035%. Но даже при низкой в нынешнюю геологическую эпоху интенсивности фотосинтеза на суше и в океане можно за несколько лет выбрать и эти жалкие остатки. Среднее время обращения СО2 в сегодняшней атмосфере составляет всего пять лет. Почему же углекислота в атмосфере не исчезает? Ее поступление осуществляется за счет гниения и сжигания растительности, извержения вулканов и сжигания человеком каменного угля, нефти и газа, накопленных в недрах Земли. Откуда же появился СО2 в вулканах?