Подписывайтесь на нас в соцсетях

fb.com/scientificatheism.org

Александр Гончаров (alg@rbc.ru)

Климат на Земле обуславливается постоянным потоком энергии, исходящим от Солнца. Эта энергия доходит до нас, главным образом, в форме видимого света. Около 30% ее сразу же рассеивается в пространстве, но большая часть из поглощаемых 70% проходит через атмосферу и обогревает земную поверхность. Повышение средней температуры происходит во многом благодаря накоплению в атмосфере газов, удерживающих тепло, отраженное от поверхности Земли. Похожее явление наблюдается в теплицах и парниках (отсюда и название – «парниковый эффект». Пропуская через себя солнечные лучи, «парниковые газы», тем не менее, становятся преградой на пути инфракрасного (теплового) излучения нагретой земной поверхности, не давая тем самым остыть нашей планете.

Основные газообразные компоненты. ответственные за парниковый эффект – водяной пар, углекислый газ, озон, метан, окислы азота и фреоны (хлорфторуглероды). Водяной пар и углекислый газ вносят самый крупный вклад в усиление парникового эффекта. Об очевидной роли воды в парниковом эффекте ученые пишут не слишком много, хотя, возможно, именно изменение концентрации воды в атмосфере и будет основным фактором в этом явлении. Связано это, видимо, с тем, что присутствие воды в атмосфере не кажется на первый взгляд связанным непосредственно с человеческой деятельностью, хотя пары воды образуются в результате тех же самых процессов сгорания, в которых образуется и углекислый газ, которому в основном и отводят роль главного фактора в парниковом эффекте. За последние 200 лет содержание углекислого газа в атмосфере увеличилось, по разным оценкам, от 30% до 50%. Несмотря на то, что половина выбросов двуокиси углерода, обусловленных деятельностью человека (главным образом, при сжигании угля, нефти и природного газа), поглощается океанами и земной растительностью, уровень ее концентрации в атмосфере продолжает подниматься более, чем на 10% каждые 20 лет.

Можно ли бороться с парниковым эффектом? Вопрос этот решается на самых разных уровнях. Международные организации, например, считают, что самым важным является законодательное ограничение по нормам выбросов углекислого газа в атмосферу, устанавливаемое для каждой страны. Мы рассмотрим здесь некоторые технологии, которые предназначены для cвязывания углекислого газа.

Исследователи Лос-Аламосской национальной лаборатории в США предложили простой и недорогой метод для извлечения двуокиси углерода непосредственно из воздуха. Это исследование в итоге может привести к сохранению нынешнего уровня использования топливных материалов на основе природных ископаемых и при этом избежать потенциального глобального изменения климата. Ученые из Лос-Аламоса разрабатывают универсальную методику, которая позволяет извлекать углекислый газ даже тех небольших концентрациях (приблизительно в 370 частиц углекислого газа на миллион частиц воздуха), в которых он присутствует в атмосфере. В соответствии с общими законами химической кинетики и термодинамики этот процесс связывания СО2 ускорится при увеличении концентрации углекислого газа. Ученые утверждают, что наилучшие результаты получаются при использовании новой технологии для извлечения завоевания CO2 из многочисленных небольших источников вроде автомобилей и небольших печей, которые до сих пор не принимались в учет, хотя их вклад в глобальном производстве углекислого газа достигает 50%. Химизм процесса в технологических решениях такого типа в деталях не раскрывается, хотя, по-видимому, используются и простейшие химические реакции – например, взаимодействие углекислого газа с экстрационным раствором, содержащим негашеную известь, при этом образуется нерастворимый карбонат кальция, выпадающий в осадок. Отметим, что этот процесс идет самопроизвольно и не требует нагревания. Образующийся карбонат кальция является своеобразным концентратом углекислого газа (хотя на самом деле это уже совсем другое соединение), откуда его можно извлечь в чистом виде и также в концентрированной форме при сравнительно небольшом нагревании, при этом снова образуется негашеная известь (оксид кальция), которую, таким образом, можно неоднократно использовать в процессе извлечения. А образующийся концентрированный углекислый газ можно использовать либо в различных технологических процессах (например, в нефтехимической промышленности для экстракции углеводородов), либо закачивать под землю, где углекислый газ будет связываться с образованием нерастворимых минералов. Если построить на этих принципах крупномасштабную установку, то ее наиболее характерной чертой является отсутствие необходимости транспортировки реагентов – ведь поглощение углекислого газа уменьшает его концентрацию вблизи установки, следовательно, уменьшается и атмосферное давление в этом месте, и туда устремляются новые потоки атмосферного воздуха. Тут невольно возникают ассоциации с известным научно-фантастическим романом Александра Беляева «Продавец воздуха».

Исследователи считают, что при помощи таких установок можно довольно быстро снизить концентрации углекислого газа в атмосфере до уровня, на котором они были в доиндустриальную эру. Ученые оценили приблизительные затраты на осуществление такого процесса. Пока это довольно высокая цифра в 20 центов на каждый сжигаемый галлон топлива (около 2 л). Установки можно было бы строить в пустынях, потому что снижение концентрации углекислого газа в других регионах может привести вымиранию растений, использующих углекислый газ в процессе фотосинтеза.

Ученые в настоящее время работают над усовершенствованием процесса – проводят компьютерное моделирование для оптимизации конструкции реактора и ищут альтернативные вещества для экстракции. В Лос-Аламосе другая группа исследователей, например, предложила новый композиционный (полимерно-металлический) материал, с использованием которого можно изготавливать мембраны, способные отделять углекислый газ от других газов (в частности, от метана и от водорода), возникающих в определенных технологических процессах. В аналогичных мембранах для тех целей ранее использовали только полимеры, что ограничивало возможности их использования лишь температурой в 150 градусов. Новые мембраны, в которых использован полибензимидазол на пористой металлической подложке, способны выдерживать температуру до 370 градусов Цельсия, что значительно расширяет возможности применения мембран для разделения газов.

А надо ли вообще бороться с парниковым эффектом и разрабатывать дорогостоящие проекты? Здесь надо четко понимать и разделять разные научные понятия. Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере – процесс вполне понятный, поскольку его можно оценить на основе подсчета объема использования горючих природных ископаемых и продуктов на их основе. Но современные оценки роста концентрации углекислого газа очень сильно различаются друг от друга. Чтобы сделать более точные прогнозы, ученым необходимо наладить в первую очередь систему глобального мониторинга за состоянием атмосферы. До сих пор такой системы не было. Лишь на прошлой неделе НАСА заключила контракт стоимостью $39 млн. с компанией Orbital Sciences Corporation на создание спутниковой системы Orbiting Carbon Observatory (OCO, Орбитальная углеродная обсерватория), благодаря которой впервые будет создана карта всей поверхности Земли, где будут указаны основные источники углекислого газа. Будет также точно измерена концентрация углекислого газа в атмосфере с помощью датчиков, установленных на борту спутников. Спутники будут созданы и выведены на орбиту к 2006 г. Лишь тогда можно будет точно оценить масштабы влияния углекислого газа на различные глобальные процессы, в том числе и на возможное потепление климата.

В соответствии с докладом, обнародованном совсем недавно Международным советом ООН по переменам климата (IPCC) , к концу нынешнего столетия среднемировая температура повысится на 5,8 градуса – почти вдвое больше, чем предполагалось еще пять лет назад.

Даже в тех масштабах, о которых говорили раньше, последствия такого потепления, по мнению ученых, могут оказаться катастрофическими как для экологии планеты, так и для человека. Повышение температуры приведет к огромным потерям в сборах урожая; в беднейших странах мира объем производства продовольствия может сократиться на четверть. Сейчас среди ученых нет единодушия в оценках реального потепления – ведь даже изменение средней температуры на 0,1 градуса уже может дать ощутимый эффект.

Есть и сторонники совершенно противоположной точки зрения о том, что в реальности потепления нет, а, напротив, человечеству может грозить новый ледниковый период или, по крайней мере, похолодание. В качестве аргументов приводятся данные океанологов. Ученые обнаружили постоянное уменьшение оттока холодной воды из Арктики между Исландией и Шотландией в течение последних 50 лет. Эксперты говорят, что поток, протекающий на глубине 1,5-2 км, является одним из определяющих факторов в создании океанских течений, переносящих теплую воду в северные районы Земли. Так как отток холодной глубинной воды ослабевает, то соответственно снижается и количество нагретой замещающей воды. Это изменение может объяснить нынешнее понижение температуры прибрежных районов около Норвежского моря. Исследования были проведены учеными Норвегии, Шотландии и Фарерских островов в 700 км восточнее Исландии над подводным хребтом около этих островов. Полученные результаты изменения течения перекликаются с данными исследований скачков температуры, перемещения ветров и арктического льда, и соответствуют некоторым компьютерным прогнозам изменения климата. Но ученые считают, что естественные циклы в области между Арктикой и Атлантическим океаном остаются слабо изученными, и пока рано утверждать, что изменения климата связаны с человеческой деятельностью. Также остается под вопросом размер возможных последствий. Часть ученых считает, что уменьшение потока воды может со временем понизить среднюю европейскую температуру. Другие говорят, что понижение температуры может произойти только в областях, находящихся в непосредственной близости от конкретных течений, например, на Фарерах и в Исландии. Начиная с 1948 года, проводились различные исследования океанических течений в данном районе, в результате которых было установлено, что количество глубинной холодной воды, утекающей из Арктики, уменьшилось на 20%. Уверенно можно также сказать, что в последние пять лет происходит более резкое сокращение оттока, нежели за предшествующий 50-летний период.

Есть среди защитников теории предстоящего похолодания и такие всемирно известные ученые, как бывший президент Королевского астрономического общества сэр Фред Хойл. Он совместно с профессором астрономии Кардиффского университета Чандрой Викрамашингом опубликовал в журнале «Астрофизика и наука о космосе» статью, где утверждается, что попытки предотвратить глобальное потепление вредны.

Хойл и Викрамашинг доказывают, что последнее всемирное оледенение прекратилось после того, как около 10 тысяч лет назад с Землей столкнулась комета. В результате последовавшего гигантского взрыва в атмосферу было выброшено огромное количество водяных паров, что привело к возникновению естественного парникового эффекта. Его благоприятные последствия мы ощущаем до сих пор. Сейчас, по мнению обоих ученых, земная атмосфера постепенно загрязняется космической пылью, ничего общего с деятельностью человека не имеющей. В результате этого земной поверхности достигает все меньше и меньше солнечных лучей, и со временем это должно привести к новому всемирному оледенению и гибели цивилизации. Поэтому единственная возможность избежать оледенения – это сжигать больше такого топлива, как уголь, нефть и природный газ, и именно парниковый эффект сохраняет жизнь на Земле, а человечеству следовало бы не уменьшать, а, наоборот, увеличивать выброс продуктов сгорания в атмосферу. Еще один английский ученый, доктор Уилсон Флад, подчеркивает тот факт, что за четыре десятилетия ­ с 1940 по 1980 годы ­ средняя температура на Земле все время понижалась, в то время как содержание углекислого газа в атмосфере, на который многие экологи возлагают главную ответственность за парниковый эффект, непрерывно возрастало. В качестве аргумента Флад приводит данные о том, что за последние 33 года ледяной покров Антарктиды не уменьшился, а число бурь, гроз или случаев выпадения града не изменилось. Другими словами, по мнению Флада, климат пока остается стабильным.