Устойчивость климата, леса и океаны

Температура поверхности определяется парниковым эффектом и величиной альбедо, см. выше ответ Елене. Парниковый эффект Земли определяется водяным паром и облачностью, а также углекислым газом. В безоблачную ночь обычно холоднее, так как облака определяют парниковый эффект, а в безоблачную ночь их нет. Напротив, облачный день может быть как теплее, так и холоднее безоблачного в зависимости от температурных условий и освещенности, поскольку облака влияют также существенно и на альбедо Земли (ночью, в отсутствие потока солнечной радиации, альбедо несущественно). То же самое относится и к эффекту запыленности атмосферы, пыль может увеличивать как парниковый эффект, так и альбедо. Для среднеглобальных климатических параметров влияние пыли несущественно. Надежда на прогресс и будущее не в том, что мы сожжем или не сожжем углеводороды, а в том, чтобы, не теряя времени, изучить ранее неизвестные человеку факторы, отвечающие за устойчивость климата, и успеть изменить современную саморазрушительную практику взаимодействия человечества с биосферой до того, как благоприятный для человека климат необратимо потеряет устойчивость.

1. Необходимо конкретизировать, что имеется в виду под формированием климата. Солнце посылает на Землю определенный поток энергии. Часть этого потока отражается нашей планетой, как зеркалом, обратно в космос (эта часть называется альбедо). Оставшаяся часть, назовем ее величину 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 Венеры составляет более четырехсот градусов Цельсия. Температуру поверхности планеты задает 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, очевидно, что солнечное излучение полностью определяют мощность функционирования естественных экосистем (напомню, что зеленые листья усваивают излучение только определенных частот), наклон земной оси определяет смену сезонов и т.д.

При наличии термической устойчивости климата (которая на Земле имеет биотическую природу) любое внешнее возмущение, оказывающее, при прочих неизменных условиях, влияние на температуру (изменения 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.

2. Ваш вопрос подразумевает, что океанские движения вод и состояние лесов – независимые климатические факторы, но это не так. Циркуляция океанических вод обусловлена уникальным свойством воды, которая имеет наибольшую плотность при +4 ^oC. 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, ее 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 и характера океанической циркуляции. Помимо этого, независимо от этой циркуляции, сведение лесов приводит к опустыниванию обширных континентальных областей и нарушению термической устойчивости климата.

1. Сокращение глобальной численности населения имеет своей целью сохранение и восстановление естественных экосистем Земли и, как следствие, устойчивости климата (см. выше ответ Юрию Леонардовичу и п. 2 в ответе Екатерине Кочаровской). Сибирь – не пустующий район. Это уникальный район, занятый естественными экосистемами, которые составляют главное достояние России. Направленное переселение туда людей из густонаселенных стран гарантированно привело бы к уничтожению сибирских лесов и превращению Сибири в пустыню. Это стало бы преступлением против современного и всех будущих поколений россиян, преступлением против человечности, поскольку леса Сибири имеют общемировую ценность. Этот и подобные сценарии абсолютно недопустимы. 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) жесткая защита территориального суверенитета России и, тем самым, сохранение российских лесов.

2. Эффективность энергосберегающих технологий с точки зрения стабилизации климата равна нулю независимо от скорости прироста людского населения. 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 еще треть гектара леса.) В результате, негативное воздействие на естественные экосистемы, дестабилизирующее климат, в лучшем случае остается неизменным, в худшем – увеличивается.

Современная актуальность энергосберегающих технологий имеет экономические и политические причины, и, несмотря на многочисленные популярные высказывания в средствах массовой информации, не имеет отношения к проблеме устойчивости климата. Энергосберегающие технологии несколько снижают жесткую, чтобы не сказать жестокую, зависимость развитых стран – крупнейших импортеров энергии от стран – поставщиков энергии, подробнее об этом ”здесь”. Поэтому энергосберегающие технологии очень широко обсуждаются сегодня в Западной Европе и в США, а в России, например, никто этим особенно не озабочен. Ведь Россия энергию не импортирует и энергетически ни от кого не зависит.

3. Развивать гидроэлектроэнергетику практически некуда, сегодня уже задействована бОльшая часть имеющейся на Земле гидромощности. При этом вклад современных гидроэлектростанций в общее энергопотребление цивилизации 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, Эвенкийская ГЭС в Сибири) чреваты региональной экологической и климатической деградацией. Вся мыслимая технологически доступная приливная мощность ничтожно мала по сравнению с гидромощностью. Солнечные батареи с высоким КПД нерентабельны, см. также выше ответ Алексею касательно неограниченных запасов энергии.

После скорого истощения запасов жидких углеводородов человечеству с необходимостью придется использовать уголь, которого хватит еще примерно на столетие. (Современная разветвленная транспортная система, базирующаяся на жидком топливе, при этом исчезнет.) С этой точки зрения срочный тактический приоритет получает развитие экологически безопасных технологий использования угля. Стратегически же необходимо сокращать рождаемость, чтобы не допустить глобальной гуманитарной катастрофы при неизбежном сокращении энергопотребления.

Обзор доступных источников энергии, сделанный с точки зрения сохранения устойчивости климата Земли, представлен в статье “Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2008) Бюджет энергии биосферы и цивилизации: переосмысливая экологическую безопасность мировых возобновляемых и невозобновляемых энергоресурсов. Ecological Complexity, 5, 281-288” http://www.bioticregulation.ru/pubs/absn.php?ref=energy08&lang=ru.

Формальную классификацию ученых по их вузовским или диссертационным специальностям я считаю непродуктивной. Получив диплом о высшем образовании, молодой человек доказывает, в основном, лишь то, что он может заставить себя заниматься и способен запомнить, что написано в учебниках. Профессионалом в любой области человека делает только напряженная работа, конкуренция и общение с другими профессионалами, работающими в этой же области. Единственным показателем профессионализма ученого являются полученные им научные результаты. По образованию я биофизик и филолог, защитила диссертацию по специальности физика атмосферы, но, что касается экологии, я публикую свои результаты в ведущих мировых экологических и биологических журналах, включая Ecology (American Ecological Society), Functional Ecology (British Ecological Society), Экология (РАН) и других, рецензирую статьи в журналах Ecology Letters, Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A., Proceedings of the Royal Society of London Biological Sciences, Comparative Biochemistry and Physiology и других. Бессмысленность формальной классификации профессионалов особенно очевидна в современной науке об окружающей среде, где все наиболее остро стоящие проблемы требуют широких и глубоких междисциплинарных знаний и подходов.

Наука обязана дать рекомендации человечеству касательно того, ЧТО и КАК надо делать для того, чтобы восстановить устойчивость климата. Теория биотической регуляции однозначно указывает, ЧТО рождаемость необходимо сокращать. Никакая духовность не поможет человеку есть и пить на порядок меньше, чтобы сократить в десять раз современную антропогенную нагрузку на естественные экосистемы, см. п. 2 выше в ответе Е. Кочаровской. Решение вопроса о том, КАК обеспечить необходимое сокращение рождаемости, требует усилий специалистов всех областей знания, психологов, социологов, экономистов, политологов и, в конечном счете, усилий каждого члена общества, в частности, и усилий по неизбежному изменению этических (духовных) норм. Достижение глобальных целей требует глобальных усилий, вспомним хотя бы движение за отмену ядерных взрывов.

Это не оговорка. Нужно еще раз подчеркнуть, что любая хозяйственная деятельность человека так или иначе связана с разрушением естественных экосистем. Глобальная мощность хозяйственной деятельности пропорциональна полному энергопотреблению цивилизации. Открытие запасов углеводородного топлива сделало возможным беспрецедентный рост человеческой популяции и столь же беспрецедентное уничтожение экосистем, произошедшие за последние полтора столетия. Ограниченность этих запасов оставляет естественным экосистемам (и, следовательно, человечеству) небольшую надежду. В случае, если современное остающееся экологически неграмотным человечество получило бы в свое распоряжение практически неограниченный источник энергии (термояд или солнечная энергия), естественные экосистемы были бы полностью уничтожены и устойчивость благоприятного для человека климата необратимо утрачена. В этом смысле Вы правы, медленно дожигать остающийся уголь – лучше.

Основное парниковое вещество атмосферы Земли – вода (водяной пар и облачность). Жидкая гидросфера физически неустойчива из-за известной зависимости насыщенной концентрации 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.

О повышении температуры см. выше ответ Г. Куценко. Вне зависимости от скорости выбросов углекислого газа масштабная вырубка лесов России приведет к опустыниванию обезлесенных территорий с характерными для засушливых территорий климатическими последствиями.

Моей главной задачей как ученого является производство тех самых научных аргументов, которые можно будет затем использовать для убеждения широкой общественности. Должна измениться господствующая научная парадигма, в которой стабилизирующее воздействие естественных экосистем на климат и окружающую среду в настоящее время игнорируется, см. выше ответ Е. Кочаровской.

Популяризацией научного знания должны заниматься профессионалы – мастера художественного и публицистического слова, психологи, социологи – в контакте с учеными. В конкретном случае биотической регуляции это сложная задача, требующая большого труда и таланта, поскольку большинство утверждений идут вразрез с привычными догмами. Некоторые наши попытки изложить эти утверждения популярно представлены "здесь", но насколько они эффективны, я не знаю.

Я считаю, что любой человек способен предпринять интеллектуальное усилие и попытаться понять научное содержание концепции биотической регуляции. Без давления общественности смена научной парадигмы может происходить очень долго, так как в каждой сфере человеческой деятельности есть свой истеблишмент, который не желает терять свои формальные позиции. В Бразилии, например, благодаря разъяснительной деятельности ученых-энтузиастов, поддерживающих теорию лесного насоса атмосферной влаги, такое давление общества на метеорологическое сообщество уже оказывается. Игнорировать новые научные результаты становится труднее, см., например,"здесь" комментарий на эту тему д-ра Антонио Нобре, Национальный институт космических исследований, Бразилия.

Наибольшую опасность представляют вырубки, обработанные химическими веществами для подавления роста “ненужных” с точки зрения лесопромышленности пород деревьев. Бытовые загрязнения (разбросанные тут и там старые ботинки, конфетные фантики, бутылки и т.д.) химически менее опасны (не стоит, однако, собирать грибы возле сконцентрированной свалки, которую часто можно видеть в лесу около дачных поселков). Однако этот мусор наносит тяжелый моральный урон людям, пришедшим в лес для общения с естественной природой.

Разбрасывание мусора имеет инстинктивную, генетическую природу. Так человек, подобно другим животным, метит свою территорию. Именно поэтому вид разбросанных бумажек столь неприятен эстетически – кто-то уже здесь был и “присвоил” себе лес, по которому Вы собрались погулять. Легко доступного леса на всех, очевидно, сейчас не хватает. Карательными мерами природу человека не исправить. Поэтому необходимо в корне менять культуру поведения в лесу, начиная с дошкольного возраста, объяснять людям ценность нетронутой природы. Пребывание человека в лесу не должно оставлять там никаких следов. Недопустимо разбрасывать мусор, оставлять сделанные сидения, столы или любые другие признаки цивилизации. Единственным следом, который нельзя убрать, может быть кусочек обожженной земли от кострища. Если Вы оказались с друзьями на пикнике в замусоренном участке леса, попробуйте сами убрать мусор, закопав его в небольшую яму. Вы удивитесь, насколько быстро это можно сделать и как поразительно преобразуется лес вокруг. Через 10-15 минут Вы оказываетесь в девственном лесу и можете наслаждаться природой.

В изменении общественной культуры поведения может принять посильное участие каждый человек. И не нужно отчаиваться, если покажется, что Ваши действия не возымели немедленного эффекта.

Все параметры, от которых зависит существование жизни, должны быть устойчивыми и находиться под контролем самой жизни. В противном случае неконтролируемое изменение какого-то жизненно важного параметра может вывести его значение за пределы, пригодные для жизни, что приведет к прекращению жизни. Такими факторами являются температура, давление, уровень радиации, концентрация всех используемых жизнью веществ, наконец, сам запас органического вещества в живой и мертвой органике.

Устойчивость означает, что при случайном отклонении значения данного параметра от устойчивого оптимального значения в системе возникают процессы, направленные на компенсацию этого отклонения и восстановлению исходного значения. Например, рассмотрим в качестве устойчивого параметра количество живой биомассы в лесу. Хорошо 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 замечаем поразительную устойчивость его организации. Это свидетельствует о том, что при любом отклонении в скорости разложения (например, при случайном увеличении численности жуков-короедов) в экосистеме происходит процесс, компенсирующий это отклонении (например, увеличение числа птиц, уничтожающих этих короедов). В результате, энергетическая основа существования леса – живая биомасса листьев и хвои, биомасса деревьев – поддерживается в устойчивом состоянии. Как хорошо известно, нарушенные экосистемы подобной устойчивостью не обладают и постоянно страдают и погибают от различных вредителей.

Аналогично можно рассмотреть устойчивость любых других параметров, например, температурного режима. В наших работах, которые можно скачать с "http://www.bioticregulation.ru/index_r.php" из флэш иллюстрации к неустойчивости климата, это сделано на основе формализма функции Ляпунова.

Численность человечества должна быть такой, чтобы ненарушенные экосистемы имели мощность, достаточную для поддержания климата Земли в устойчивом состоянии. Оценки показывают, что для этого необходимо сокращение современной численности населения по меньшей мере в десять раз и восстановление естественных экосистем на большей части территории суши, подробнее об этом можно прочитать "здесь".

Разрушительность деятельности человека по отношению к естественным экосистемам неопровержима, так как последние подвергаются прямому уничтожению (вырубка и выжигание леса) и исчезают с лица Земли с огромной скоростью. Господствующая сегодня парадигма может быть кратко сформулирована как “перестанем сорить (например, выбрасывать в атмосферу углекислый газ) – и все будет хорошо, как раньше”. В ней игнорируется причинно-следственная связь между разрушением экосистем и потерей устойчивости климата, об этом см. предыдущий ответ Екатерине Кочаровской.

Даже причины современного изменения климата остаются неясными людям. Относительно прошлых изменений климата эмпирических данных во много раз меньше, и их причины еще менее понятны. Нет ни одного зарегистрированного изменения климата, относительно которого можно было бы однозначно сказать, что оно вызвано “метеоритами, вулканами, Солнцем…” Подобные утверждения являются предположениями. Естественные экосистемы Земли оказывают определяющее воздействие на ее климат. Поэтому любая реструктуризация биосферы – по причине ли действий человека или по причине внутренних эволюционных изменений – может вызывать изменения климата (скачкообразные или постепенные). В частности, согласно теории биотической регуляции, радикальное опустынивание Австралии, произошедшее за относительно короткий срок, имеет своей причиной уничтожение прибрежных лесов континента первыми аборигенами.