Энергетика и глобальное потепления климата

В настоящее время три экологические проблемы обоснованно привлекают огромное внимание человечества: глобальное потепление климата на Земле, судьба озонового слоя и замкнутость глобальных биогеохимических круговоротов (концепция биотической регуляции окружающей среды). При дальнейшем потеплении клима...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автор:	Канило, П.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України 2016
Назва видання:	Проблемы машиностроения
Теми:	Экологические аспекты в машиностроении
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99261
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Энергетика и глобальное потепления климата / П.М. Канило // Проблемы машиностроения. — 2016. — Т. 19, № 1. — С. 54-63. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-99261
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-992612016-04-26T03:02:28Z Энергетика и глобальное потепления климата Канило, П.М. Экологические аспекты в машиностроении В настоящее время три экологические проблемы обоснованно привлекают огромное внимание человечества: глобальное потепление климата на Земле, судьба озонового слоя и замкнутость глобальных биогеохимических круговоротов (концепция биотической регуляции окружающей среды). При дальнейшем потеплении климата возможны отрицательные последствия: усиление испарения вод Мирового океана и интенсификация парникового эффекта, охлаждение стратосферы и соответствующее утончение защитного озонового экрана, поднятие уровня Мирового океана и затопление прибрежных зон, где проживает более 60% населения планеты. Особого внимания требует дальнейшее развитие исследований глобального круговорота углерода ввиду нерешенности проблемы «потерянного стока» диоксида углерода, который обусловлен, в том числе, уменьшением эффективности и продуктивности функционирования деградируемых и уничтожаемых фотосинтезирующих систем суши и Мирового океана, включая снижение их регуляторных и климатостабилизирующих функций. Обосновывается вывод, что современное потепление климата – это антропогенно-экологическая реальность, связанная с резким увеличением численности населения планеты и его хищническим отношением к ПРИРОДЕ, существенным повышением уровней неэффективного использования природных ресурсов и предельно опасным загрязнением окружающей среды супертоксикантами, с деградацией, разрушением и уничтожением систем биосферы, включая глобальную биоту, приводящих, соответственно, к снижению качества их функционирования, в том числе биопродуктивности, средообразующих и климатостабилизирующих функций. Поэтому выход из кризиса видится в изменении вектора развития экономики и экологизации всех сфер человеческой деятельности, включая стабилизацию численности населения и восстановление важнейших природных регуляторов экосферы, в том числе – климата планеты. Наводяться короткі історичні аспекти з історії вивчення таємниць льодовикових епох і змін клімату Землі, а також народження астрономічної теорії. Наголошується, що сучасне міжльодовиків’я за астрономічними канонами мало б закінчуватися в найближчому тисячолітті. Обґрунтовується висновок, що сучасне потепління клімату – це антропогенно-екологічна реальність, пов'язана з різким збільшенням чисельності людства і його хижацьким ставленням до природи, істотним підвищенням рівня неефективного використання природних ресурсів і гранично небезпечним забрудненням навколишнього середовища супертоксикантами з деградацією, руйнуванням і знищенням систем біосфери, призводять до зниження якості їх функціонування. Presently, three ecological problems are in the focus of humanities concern: the global climate warming on Earth, the future of the ozone layer and the circularity of global bio-geo-chemical cycles (the concept of biotic regulation of the environment). Further climate warming can result in adverse consequences such as enhanced evaporation of World Ocean water and intensification of the greenhouse effect, stratosphere cooling and respec-tive thinning of the protective ozone screen, a rising level of the World Ocean and flooding of coastal areas in-habited by over 60 % of the planet's population. Special focus should be placed on further research in the global carbon cycle due to the unresolved problem of "lost drain" of carbon dioxide caused, among other reasons, by decaying effectiveness and productivity of functioning of degrading and destructed photosynthesizing system on land and in the World Ocean, including a slowdown of their regulatory and climate stabilizing functions. A con-clusion is substantiated that the current climate warming is an anthropogenic-ecological reality related to the dramatic growth of human population and its depredation of NATURE, the intensely increasing level of ineffec-tive utilization of natural resources and critically hazardous environmental pollution with supertoxic materials, and the degradation, deterioration and destruction of biosphere systems, including the global biota. All this re-sults in a declining quality of their functioning, including their bioproductivity, environment forming and climate stabilizing functions. Hence, surmounting the crisis is seen as changing the vector of economic development and greening of all human activity areas, including stabilizing the population size and restoring critical natural eco-sphere regulators, and among them, the planet's climate. 2016 Article Энергетика и глобальное потепления климата / П.М. Канило // Проблемы машиностроения. — 2016. — Т. 19, № 1. — С. 54-63. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0131-2928 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99261 669.85/86+502.7 ru Проблемы машиностроения Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Экологические аспекты в машиностроении Экологические аспекты в машиностроении
spellingShingle	Экологические аспекты в машиностроении Экологические аспекты в машиностроении Канило, П.М. Энергетика и глобальное потепления климата Проблемы машиностроения
description	В настоящее время три экологические проблемы обоснованно привлекают огромное внимание человечества: глобальное потепление климата на Земле, судьба озонового слоя и замкнутость глобальных биогеохимических круговоротов (концепция биотической регуляции окружающей среды). При дальнейшем потеплении климата возможны отрицательные последствия: усиление испарения вод Мирового океана и интенсификация парникового эффекта, охлаждение стратосферы и соответствующее утончение защитного озонового экрана, поднятие уровня Мирового океана и затопление прибрежных зон, где проживает более 60% населения планеты. Особого внимания требует дальнейшее развитие исследований глобального круговорота углерода ввиду нерешенности проблемы «потерянного стока» диоксида углерода, который обусловлен, в том числе, уменьшением эффективности и продуктивности функционирования деградируемых и уничтожаемых фотосинтезирующих систем суши и Мирового океана, включая снижение их регуляторных и климатостабилизирующих функций. Обосновывается вывод, что современное потепление климата – это антропогенно-экологическая реальность, связанная с резким увеличением численности населения планеты и его хищническим отношением к ПРИРОДЕ, существенным повышением уровней неэффективного использования природных ресурсов и предельно опасным загрязнением окружающей среды супертоксикантами, с деградацией, разрушением и уничтожением систем биосферы, включая глобальную биоту, приводящих, соответственно, к снижению качества их функционирования, в том числе биопродуктивности, средообразующих и климатостабилизирующих функций. Поэтому выход из кризиса видится в изменении вектора развития экономики и экологизации всех сфер человеческой деятельности, включая стабилизацию численности населения и восстановление важнейших природных регуляторов экосферы, в том числе – климата планеты.
format	Article
author	Канило, П.М.
author_facet	Канило, П.М.
author_sort	Канило, П.М.
title	Энергетика и глобальное потепления климата
title_short	Энергетика и глобальное потепления климата
title_full	Энергетика и глобальное потепления климата
title_fullStr	Энергетика и глобальное потепления климата
title_full_unstemmed	Энергетика и глобальное потепления климата
title_sort	энергетика и глобальное потепления климата
publisher	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Экологические аспекты в машиностроении
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99261
citation_txt	Энергетика и глобальное потепления климата / П.М. Канило // Проблемы машиностроения. — 2016. — Т. 19, № 1. — С. 54-63. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
series	Проблемы машиностроения
work_keys_str_mv	AT kanilopm énergetikaiglobalʹnoepotepleniâklimata
first_indexed	2025-07-07T07:43:33Z
last_indexed	2025-07-07T07:43:33Z
_version_	1836973256090845184
fulltext	ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 54 П. М. Канило, д-р техн. наук Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, г. Харьков, e-mail: pmk@ipmach.kharkov.ua УДК 669.85/86+502.7 ЭНЕРГЕТИКА И ГЛОБАЛЬНОЕ ПОТЕПЛЕНИЯ КЛИМАТА Наводяться короткі історичні аспекти з історії вивчення таємниць льодовикових епох і змін клімату Землі, а також народження астро- номічної теорії. Наголошується, що сучасне міжльодовиків’я за аст- рономічними канонами мало б закінчуватися в найближчому тисячо- літті. Обґрунтовується висновок, що сучасне потепління клімату – це антропогенно-екологічна реальність, пов'язана з різким збільшенням чисельності людства і його хижацьким ставленням до природи, істо- тним підвищенням рівня неефективного використання природних ре- сурсів і гранично небезпечним забрудненням навколишнього середови- ща супертоксикантами з деградацією, руйнуванням і знищенням сис- тем біосфери, призводять до зниження якості їх функціонування. Ключові слова: льодовикові епохи, міжльодовиків’я, біосфера, парникові гази, біотична стабілізація клімату, спалювання палив, екологія, глобальне потепління клімату. Введение В настоящее время три экологические проблемы обоснованно привлекают огромное внима- ние: глобальное потепление климата на Земле, судьба озонового слоя в стратосфере, замкнутость глобальных биогеохимических круговоротов (концепция биотической регуляции окружающей сре- ды). Печальный парадокс состоит в том, что, несмотря на убедительно обоснованную в научной ли- тературе первичность третьей из этих проблем, отсутствует должное понимание концептуально важ- ного обстоятельства, в котором основополагающее значение имеет последовательность событий: со- циально-экономическое развитие (стимулируемое ростом численности населения планеты), антропо- генно-экологическое воздействие на биосферу и последствия подобных воздействий на окружающую среду (климат, озоновый слой и т.д.). За последние 45 лет среднеглобальная среднегодовая приземная температура воздуха (ССПТВ) повысилась примерно на 1 С, тают ледники, повышается уровень Мирового океана. Однако до настоящего времени нет однозначности в понимании определяющих причин современного потепления климата и возможностей человечества в решении этой глобальной проблемы. Существуют также неопределенности в прогностических оценках этого явления, в том числе по изменению подвижного баланса между естественными уровнями эмиссии в атмосферу пар- никовых газов (ПГ), в первую очередь диоксида углерода (СО2), и его стоками. При этом одна из важных нерешенных составляющих состоит в отсутствии надежных количественных оценок вклада антропогенных факторов в формирование глобального климата. Особого внимания требует дальней- шее развитие исследований глобального круговорота углерода. Имеется в виду нерешенность про- блемы «потерянного стока» СО2, который обусловлен, в том числе, уменьшением эффективности и продуктивности функционирования деградируемых и уничтожаемых фотосинтезирующих систем суши и Мирового океана, включая снижение их регуляторных и климатостабилизирующих функций. Ранее леса только России аккумулировали ~120010 9 т СО2 в год, т. е. в 30 раз больше, чем уровни эмиссии СО2 при сжигании всех топлив на Земле. Современное потепление климата – это кризис вар- варской по отношению к ПРИРОДЕ технократической цивилизации, т.е. кризис социально- демографический. При дальнейшем повышении ССПТВ возможны отрицательные последствия: уси- ление испарения вод Мирового океана и дальнейшая интенсификация парникового эффекта, охла- ждение стратосферы и соответствующее утончение защитного озонового экрана, поднятие уровня Мирового океана и затопление прибрежных зон, где проживает более 60% населения планеты. Все- мирный фонд дикой природы (WWF) прогнозирует, что к концу XXI века уровень океанов поднимет- ся более чем на метр. Специалисты предполагают: Мировой океан и его побережья входят в новую климатическую фазу. В последние годы шапка арктических льдов тает в три раза быстрее, чем 20 лет назад. Такие данные приводит Национальное управление океанических и атмосферных исследований США в ежегодном «Отчете о состоянии Арктики». На международно-политическом уровне проблему глобального потепления климата на Земле пытались и пытаются решать путем замены естественных  П. М. Канило, 2016 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 55 природных стабилизаторов климата – искусственными, т.е. техносферой, что лишено здравого смыс- ла. При этом, однако, следует особо отметить основное отличие результатов последнего климатиче- ского саммита, проведенного в предместье Парижа (декабрь 2015 г.), – произошел сдвиг в геополити- ческом восприятии глобального потепления климата на Земле. Предостережения о рисках в далекой перспективе превратилось в актуальную современную угрозу для человечества. Краткая историческая справка по изучению тайн ледниковых эпох Существенным дополнением теоретических исследований и численного моделирования кли- мата на Земле продолжает оставаться изучение колебаний климата, наблюдавшихся в прошлом, как образцов будущих изменений. ССПТВ на нашей планете за последние 100 млн. лет существенно из- менилась (рис. 1, [1]). Колебательный характер изменения ССПТВ (tВ) отражал временные потепле- ния и похолодания климата на Земле. Однако на фоне этих колебаний четко видна основная тенден- ция – развивающееся похолодание. Следует отметить, что известные температурные пределы существования жизни (растения со- храняют жизнеспособность в пределах от 0 до 60 С) позволяют утверждать, что уровни ССПТВ в истории жизни на Земле (за последние 30 млн. лет) отличались от современных условий не более чем на 2–3 С [2]. В последние 2 млн. лет tВ приняло резко колебательный характер с амплитудой ~3 С. Это и есть плейстоцен с развитием покровных оледенений, когда холодные фазы разрастания гран- диозных ледниковых щитов сменялись более короткими теплыми межледниковьями [3]. Климатиче- ская история Земли за последние 500 тыс. лет характеризовалась чередованием ледниковых перио- дов, продолжавшихся ~100 тыс. лет, включая короткие теплые межледниковья длительностью не бо- лее 12 тыс. лет. Еще каких-то 20 тыс. лет назад часть планеты Земля пребывала в жестких объятиях ледникового периода. Гигантские массы льда, получавшие непрерывное пополнение из арктических бастионов холода, медленно наступали на юг, безжалостно погребая под собой леса, равнины и горы. Уровень Мирового океана снижался ~ до 100 метров. Около 14 тыс. лет назад ледниковые покровы суши стали заметно сокращаться и за последующие несколько тысяч лет достигли своих современ- ных размеров. В Северном полушарии их остатки сегодня представлены лишь Гренландским ледни- ковым щитом и небольшим числом ледниковых шапок Канадской и Евразийской Арктики. Леднико- вые покровы отступили и исчезли, ушли они и из памяти людей. Примерно 10 тыс. лет назад нача- лось потепление климата. Наступившее межледниковье называют голоценом. Колебания ССПТВ примерно до 1970 г. происходило в пределах ±1 С (рис. 2, [1]). Еще в XVIII столетии новой эры геологи верили, что покров грубых несортированных «нано- сов», выстилавших сушу во многих районах Северной Европы и Америки, возник во время библей- ского Всемирного потопа. И лишь в начале XIX века появились ученые, которые усомнились в пра- вильности такого трактования. В 1837 г. на конференции Швейцарского общества естествоиспытате- лей молодой ученый Луи Агассис (президент общества) высказал «еретическую» гипотезу о ледни- ковом периоде в истории Земли. Начался околонаучный спор, ставший одним из самых ожесточен- ных в истории геологической науки, который продолжался ~40 лет и завершился все-таки признани- Исчезновение динозавров Межледниковые периоды Ледниковые периоды 100 80 60 40 20 0 6 5 4 3 2 1 0 –1 –2 tВ,°C Рис.1. Изменение глобальной температуры в последние 100 млн. лет относительно средней за 1961–1990 гг. (Информационные материалы. ЮНЕП/ОИК, Женева, 1997 г.) ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 56 ем существовавшей на тот период ледниковой теории, включая неоднократность древних оледене- ний, но без научно-фактического базиса доказательств ледниковых эпох [4]. Рождение астрономической теории В XVI веке польский ученый Николай Коперник изложил новую гелиоцентрическую систему мира, в которой Земля и другие планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца. Идея, что в роли главных возбудителей древних оледенений могли выступать изменения в закономерном ходе обращения Земли вокруг Солнца, принадлежит французскому математику Жозефу Альфонсу Адема- ру (1842 г.). Затем последовали научные дополнения к астрономической теории математика Жана Ленера Д’Аламбера и немецкого географа А. Гумбольда. Идею Жозефа Адемара подхватил шотлан- дец Джеймс Кролль, который в основу появления оледенений включил изменения: эксцентриситета орбиты движения Земли вокруг Солнца, наклона земной оси вращения и ее прецессии. Но вскоре большое число геологов Европы и Америки разочаровались в теории Д. Кролля. Они увидели ее несоответствие новым данным, по которым последнее оледенение завершилось не 80 тыс. лет (по теории Д. Кролля), а ~10 тыс. лет назад. Кроме того, свое слово сказали метеорологи, по расчетам которых изменения инсоляции, постулированное Д. Кроллем, было слишком незначительным, чтобы оказать заметное воздействие на климат планеты. Но в начале ХХ века астрономическая теория возродилась в трудах сербского ученого- математика Милутина Миланковича. В книге «Астрономические методы исследования истории кли- мата Земли» (1939 г.), а затем в монографии «Канон инсоляции и проблема ледниковых эпох» (1941 г.) он подвел итоги своих исследований, а результаты его многолетних трудов получили меж- дународное признание. М. Миланковичем были построены инсоляционные кривые колебаний по- ступления радиационного тепла для различных широт Северного полушария Земли за последние 500 тыс. лет. Каждому крупному инсоляционному минимуму должна была соответствовать особая ледниковая эпоха. Самая ценная особенность астрономической теории М. Миланковича – это ее при- годность для прогнозирования климата прошлого, поддающаяся геологической проверке. Однако к концу первой половины XX столетия астрономическая теория М. Миланковича потеряла практиче- ски всех ее сторонников. Это связано с развитием принципиально нового радиоуглеродного метода абсолютной геохронологии, т.е. нового подхода к проблеме датирования органических останков, из- влекаемых из плейстоценовых отложений материков. Уже в 1951 г. с использованием этого метода было показано, что последний ледниковый покров Северной Америки достигал своего максимально- го распространения ~18 тыс. лет назад, а около ~10 тыс. лет назад он быстро уменьшился. Между тем, в осадочных образованиях материков следы древних климатов сохранялись лишь фрагментарно. Одним из первых, кто сумел понять принципиальную неполноту наземной летописи климатов, был Джеймс Кролль. Он же пророчески предсказал: «В глубочайших уголках океанов, за- хороненные под сотнями футов песка, ила и гравия, нас ждут растительные и животные останки, ко- торые были во множестве вынесены туда реками из суши. А вместе с ними должны покоиться скеле- ты, раковины и панцири созданий, благоденствовавших тогда в самом океане». Эти предсказательные слова Д. Кролля были лишь плодом абстрактных размышлений. Но океан не мог вечно хранить свои Отклонения средней планетарной температуры приземного слоя воздуха (относительно среднего уровня 1961–1970 гг.) Средневековый теплый период Малый ледниковый период Конец ледникового периода 6000 до н.э. 2000 до н.э. 2000 tВ, °С 2 1 0 –1 –2 Рис. 2. Изменение ССПТВ в голоцене (Информационные материалы. ЮНЕП/ОИК, Женева, 1997 г.) ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 57 тайны. И уже к концу первой половины XX столетия начались научные исследования осадочных по- род на дне океанов, которое действительно было покрыто плащом осадочного материала. Вдали от материков основные площади дна были выстланы илами, целиком состоящими из окаменелостей останков мельчайших животных и растений. Образование органогенных илов было связано с дли- тельным процессом выпадения из водной толщи на дно скелетов организмов – типа планктоновых. К этому времени были разработаны и изготовлены ударно-поршневые трубы, с помощью которых можно было доставать с дна океанов необходимые «колонки» длиной до 15 метров, что означало но- вую эру в изучении истории климата Земли. Был предложен метод предсказания температур вод Ми- рового океана в прошлом по соотношению изотопов кислорода О 18 и О 16 . Оба типа атомов кисло- рода присутствовали и в известковых скелетах морских организмов. Чем вода холоднее, тем более высоким было содержание тяжелого изотопа кислорода в скелетах. Этот метод стал важнейшим для проверки конкурирующих теорий, выдвинутых для объяснения плейстоценовых ледниковых эпох. В начале 70-х годов XX века в США был подготовлен междисциплинарный междуведом- ственный проект (КЛИМАП), получивший финансовую поддержку из средств, ассигнованных Наци- ональным научным фондом США на программу Международного десятилетия исследований океана. В проекте были задействованы ведущие университеты США, приглашены известные ученые из Ев- ропы и среди них молодой геофизик Николас Шеклтон из Кембриджского университета (Англия), который существенно усовершенствовал методику изотопно-кислородного анализа. В результате можно было давать точные определения по считанному числу особей микрофауны. Началось изуче- ние «колонок», взятых из донных отложений в различных точках Мирового океана. На рис. 3 [4] при- веден график относительного содержания стабильных изотопов кислорода в останках планктона на дне океанов, полученный участниками междуведомственного проекта КЛИМАП (1971 г.), отражаю- щий практически относительное изменение суммарного объема ледниковых покровов Земли. В климате Земли последнего полумиллиона лет ясно видны отпечатки циклов, имеющих пе- риоды в 100000, 41000 и 22000 лет, которые были ранее предсказаны астрономической теорией. В течение этого времени на Земле происходили периодические разрастания и резкие сокращения лед- никовых покровов. Было подтверждено, что первопричиной ледниковых эпох второй половины плейстоцена действительно служили изменения в эксцентриситете земной орбиты, в наклоне оси вращения Земли и ее прецессии. Джон Имбри в своей книге «Тайны ледниковых эпох» написал: «Правда, конкретные механизмы преобразования слабых «космических сигналов» в глубокие изме- нения климата Земли и оледенение оставались неизвестными, как были неизвестны и причины, по которым 100000-летние циклы изменений эксцентриситета орбиты оставили столь сильный отпеча- ток на всей геологической истории последнего полумиллиона лет. Но это не могло заслонить главно- го: после многих лет поисков и сомнений мы наконец убедились, что путь к разгадке тайн леднико- вых эпох, избранный Милутином Миланковичем, этим «скитальцем по далеким мирам и векам», был правильным». Следует также отметить работу в этот период японского ученого Мотонори Матуяма, который с помощью палеомагнитного метода определил возраст плейстоцена, составивший ~1,8 млн. лет. На рис. 4 приведен график последнего большого климатического цикла, показывающе- Г л о б ал ь н ы й о б ъ ем л ь д а 500 400 300 200 100 Тысяч лет назад С о о тн о ш ен и е и зо то п о в к и сл о р о д а 4,0 3,5 3,0 2,0 2,5 1,5 Рис. 3. Изменение относительного содержания стабильных изотопов кислорода в останках планктона на дне океанов ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 58 го, что пульс климата Земли бился в ритме один цикл за 100 тысяч лет и в ближайшее тысячелетие по астрономическим канонам должно начаться похолодание [4]. Некоторые концептуальные аспекты климатической системы Земли Климатическая система Земли предельно сложная. Внешние, или астрономические, климато- образующие факторы – это светимость Солнца, положение и движение Земли в Солнечной системе, наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты и ее прецессия. Данные факторы определяют, во- первых, уровень инсоляции Земли (облучение солнечной радиацией) и, во-вторых – гравитационное воздействие внешних тел, создающее колебание характеристик орбитального движения и собствен- ного вращения Земли, а потому и колебаний в распределении инсоляции по внешней границе атмо- сферы. Фактические данные современной астрофизики подтверждают вывод о стабильности свети- мости Солнца. Солнечная активность может проявляться лишь в колебаниях корпускулярной и жест- кой электромагнитной компонент солнечного излучения, несущих очень малую долю от полной энергии Солнца, и вряд ли они могли дать основу для каких-либо выводов о генезисе колебаний кли- мата на планете. Ко второй группе климатообразующих факторов (геофизических), связанных со свойствами Земли как планеты, относятся: размеры и масса планеты, скорость вращения вокруг оси, собственные гравитационное и магнитное поля, внутренние геотермические источники тепла, свой- ства поверхности планеты, которые определяют ее взаимодействие с атмосферой. Геотермический поток тепла в настоящее время практически постоянен, составляет ~0,02% от ежегодного количества поступающей на поверхность Земли солнечной энергии и также практически не может заметно вли- ять на современное потепление климата на Земле. При этом скорость вращения Земли оказывает су- щественное влияние на характер всей атмосферной циркуляции. Климат Земли зависит также от ха- рактеристик каждого из звеньев климатической системы и, в первую очередь, от характеристик атмо- сферы и гидросферы. Главными метеорологическими климатообразующими факторами являются масса и химический состав атмосферы. Масса атмосферы определяет ее механическую и тепловую инерцию, ее возможности как теплоносителя, способного передавать тепло от нагретых областей к охлажденным. Без атмосферы на Земле существовал бы «лунный» климат, т.е. климат лучистого рав- новесия. Атмосферный воздух представляет смесь газов, различных жидких и твердых аэрозолей, которые также имеют существенное значение в формировании климата. Неотъемлемой частью кли- матической системы является Мировой океан, который играет в ней исключительно важную роль, в том числе являясь емким резервуаром СО2, способным в одних условиях поглощать избыток СО2, а в других – выделять СО2 в атмосферу. При этом вариации климата Земли рассматриваются как инте- грально-нестационарные, находящиеся под действием меняющихся со временем внешних и внутрен- них факторов. Принят интегральный показатель климата – среднеглобальная среднегодовая призем- ная температура воздуха. Установлено: мощность солнечной радиации, достигающей поверхности земного шара, равна ~120000, фотосинтеза ~130, мощность установок, производящих энергию на Земле, ~10 ТВт. Годовая «Супер-интергляциал», вызванный ростом СО2 Последнее межледниковье Современное межледниковье Начало земледелия Последнее оледенение Настоящее время Тысяч лет назад С р ед н я я г л о б ал ьн ая т ем п ер ат у р а (° С ) 150 125 100 75 50 25 – 25 10 15 20 Последний большой климатический цикл Рис. 4. Последний большой климатический цикл ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 59 энергия солнечной радиации соответствует ~410 12 ТДж и превышает годовое производство энергии человечеством (~410 8 ТДж) примерно в 10000 раз. Заметим, что ~90% энергии производится на Зем- ле за счет сжигания ископаемых топлив и примерно такая же доля массовых уровней супертоксикан- тов: оксидов азота (NOx) и серы (SOх), твердых частиц, канцерогенных углеводородов (индикатором наличия последних в окружающей среде (ОС) принят бенз(а)пирен), выбрасывается с продуктами их сжигания. За последние 50 лет установлено постоянство солнечной радиации на среднем расстоянии от Земли (~140 Вт/м 2 ) и практическое отсутствие влияния других астрономических факторов на уровни изменений солнечной радиации у ее поверхности. Поэтому практическое постоянство сол- нечной радиации и относительно небольшие объемы энергопроизводства в указанный период не мог- ли существенно влиять на современное потепление климата на Земле [5–9]. Климатическая система Земли физически имеет только два устойчивых, но безжизненных со- стояния (наподобие Венеры или Марса). Однако жизнь на Земле существует. Живая материя возник- ла в воде ~3,5 млрд. лет тому назад. В процессе эволюции глобальная биота создала механизм фото- синтеза, наполнила атмосферу кислородом, был образован защитный озоновый экран (~ 600 млн лет тому назад) и жизнь покорила сушу (~300 млн лет тому назад). В итоге сложилась устойчивая цепь глобальных биогеохимических круговоротов веществ и, что самое главное, был создан уникальный биотический механизм стабилизации климата [2, 10, 11]. Именно глобальная биота превратила Землю в планету, резко отличающуюся от других планет Солнечной системы. Глобальная биота Земли, со- здавая экосферу и разум, контролировала содержание уровней кислорода и основного парникового газа – СО2 в тропосфере (через изменение объемов и эффективности фотосинтеза, а также степени растворимости их в водах Мирового океана). Кроме того, она обеспечивала регуляцию парникового эффекта и альбедо нашей планеты, в том числе изменяя: интенсивность испарения вод Мирового океана (влияя на прозрачность воды путем выделения поверхностно-активных веществ и таким обра- зом влияя на степень прогрева более глубоких слоев воды), а также – соотношений СО2, паров и жид- ких капель воды в тропосфере, т.е. регулируя отражательные и поглощательные свойства атмосферы [2, 11]. В. И. Вернадский обосновал совершенно новый взгляд на феномен жизни как фактор геохи- мической организации планеты. Современное потепление климата – это антропогенно-экологическая реальность. В последнем межледниковье – голоцене – возникли цивилизации, и изменение концентраций СО2 как основного парникового газа в тропосфере пошло совершенно иным путем. В предыдущие межледниковые пе- риоды на климат планеты влияли только природные факторы, они и сейчас продолжают влиять. По- этому иной ход изменения концентрации СО2 и ССПТВ в голоцене наиболее естественно объясняет- ся появлением цивилизаций, которые сравнивают с «махровым» цветком, ибо такой живет за счет паразитирования окружающей природной среды. «Очеловечиваемая» природа подвергалась интен- сивным воздействиям, ведущим к структурно-организационной деградации. Леонардо да Винчи в XVI веке первым фиксирует антропогенное нарушение природного равновесия. При этом взаимо- связь систем биосферы и цивилизаций превратилась из философской в практическую, и вопрос, по какому пути пойдет их совместное развитие, остается открытым. Можно предположить, что неиз- бежное изменение климата и других природных условий на поверхности Земли явится началом дви- жения к новому глобальному квазиравновесию. Последние 60 лет в истории человечества характери- зуются трехкратным увеличением численности населения Земли. Эта «новая геологическая сила» при хищнической технократической цивилизации и варварском отношении к ПРИРОДЕ породила десят- ки суперглобальных проблем, включая: деградацию и разрушение биосферы, значимое сокращение видового разнообразия биоты, масштабное уничтожение лесов, антропогенное опустынивание земель и т. д. Все это, в основном, и привело к разбалансировке климатической системы Земли, т. е. к сни- жению (или отключению) природных механизмов стабилизации климата, к уменьшению уровней стоков основного парникового газа – СО2 и его накоплению в тропосфере, а следовательно, к потеп- лению климата на планете. Потепление климата будет продолжаться и в XXI веке, если человечество не примет должных мер [3, 5, 12–16]. К сожалению, до настоящего времени нет однозначности в понимании определяющих причин современного потепления климата на Земле и возможностей человечества в решении этой глобаль- ной проблемы. Многие ученые считают, что относительная безуспешность раскрытия тайн глобаль- ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 60 ного потепления климата на Земле объясняется сложностью изучаемой климатической системы и не- достаточно полным учетом комплексного влияния на климат планеты таких динамических систем, как Мировой океан, атмосфера, криосфера, биосфера, включая элементы биотической регуляции и стабилизации климата планеты, а в настоящее время – воздействия значительного роста населения [3, 9, 14–16]. На мировом политическом уровне уже более двух десятилетий (со времени конференции в Рио-де-Жанейро в 1992 г., где была принята рамочная конвенция по изменению климата) проблема глобального потепления климата являлась одной из наиболее дискутируемых, прочно вытеснившая из общественного сознания десятки других суперважнейших проблем. Эту проблему пытаются ре- шать путем замены естественных биотических стабилизаторов климата – искусственными, т.е. техно- сферой. Политиками, в основном руководителями европейских стран, неверно установлен диагноз проблемы потепления климата – из-за роста уровней эмиссии индустриальных парниковых газов, ко- торый, как будет показано далее, более чем на 90% не соответствует реальности [8, 9, 14–16]. При этом указанный дезорганизующий диагноз и решения, направленные как бы на ослабление глобаль- ного потепления климата на Земле путем технологического улавливания индустриальных выбросов СО2, был поддержан участниками климатического саммита в Париже. Согласно документу, все под- писавшиеся участники (из 196 стран) обязуются сокращать выбросы основного парникового газа – СО2 в атмосферу. К 2030 г. Евросоюз намерен сократить указанные выбросы СО2 на 40%, США – на 26 %, Украина – на 40%. Кроме того, в соглашении отмечается, что потепление климата не должно превысить 2 С, а идеале – 1,5 С. Однако ученые прогнозируют рост ССПТВ на 3–4 С и утвержда- ют, что проблема изменения климата в том, что нарушен естественный механизм его формирования за счет экосистем планеты. Но «безголосых» ученых-экологов не слышат или не хотят слышать «глу- хие» международно-политические деятели. Исходный вариант Парижского договора, который дол- жен заменить Киотский протокол, подписан, но его действие начнется с 2020 года. Четыре года уйдет на то, чтобы страны-участницы ратифицировали данный договор. Кроме того эти страны обязались каждые 5 лет пересматривать и корректировать план действий. Одним из самых сложных вопросов на переговорах стало принятие новой дифференциации стран в определении, кто будет предоставлять финансовую и техническую помощь, а кто ее будет получать. Развивающиеся страны будут иметь финансовую поддержку при внедрении соответствующих технологий для сокращения уровней вы- бросов ПГ в атмосферу. Украина во время переговоров отстояла свой особый статус страны с пере- ходной экономикой, чтобы иметь доступ к международной поддержке в развитии топливно- энергетических и экологических технологий. Следует также отметить, что, услышав о возможном «финансовом дождике», швейцарская компания «Climeworks» и канадская «Carbon Engineering» уже разрабатывают технологии по сбору СО2 из воздуха для возможной его продажи парниковым хозяй- ствам или даже для производства углеводородных топлив. Указанные технологии, как и технологии по улавливанию СО2 из дымовых газов энергетических установок, практически не смогут оказать сколь-нибудь заметного влияния на снижение уровня глобального парникового эффекта. Реальные истоки накопления диоксида углерода и супертоксикантов в тропосфере Земли На рис. 5 приведены данные по увеличению концентрации СО2, а соответственно, уровней его содержания в тропосфере и роста ССПТВ за период с 1970 по 2015 гг. Из представленных данных видна положительная корреляционная связь между увеличением концентраций СО2 в тропосфере и ростом численности населения Земли. Следует при этом особо от- метить, что влияние стационарной теплоэнергетики и транспорта как по уровням выбросов СО2 в тропосферу с продуктами сжигания топлив, так и по объемам производства энергии на Земле не яв- ляются значимыми. А вот уровни супертоксикантов, выбрасываемых в ОС с продуктами сжигания топлив, как раз способствуют угнетению и деградации фотосинтезирующих систем и биосферы пла- неты в целом. Поэтому, без решения проблемы экологии будущего у человечества нет, и надо срочно менять подходы к решению важнейшей проблемы современности – глобального потепления климата на Земле. Рост антропогенно-экологического воздействия численно возросшего населения на приро- ду резко обострил множество предельно опасных для живой материи и человека явлений: ежегодно на Земле исчезают от 100 до 1000 видов биоты из миллиона; не исключено появление глобальной озоновой дыры (из-за переохлаждения стратосферы); на планете голодает более 10% населения; ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 61 практически достигнуты пределы использования объемов пресной воды и площадей обрабатываемых земель; резко увеличиваются площади техногенных пустынь; исчезают лесные экосистемы – важ- нейшие природные источники аккумулирования СО2 в тропосфере и т. д. [1–3, 6–16]. Вместо применения технологий улавливания СО2 из дымовых газов энергоустановок для Украины было бы целесообразно разработать научно обоснованную программу по восстановлению лесных экосистем страны с учетом их природообразующих и климатостабилизирующих факторов. Это показательным было бы и для других стран мира. На рис. 6 представлены сравнительные данные по уровням накопления СО2 в тропосфере, а также уровням роста эмиссии СО2 и супертоксикантов (СТ) в тропосферу с продуктами сжигания топлив, где 1 – прирост уровней содержания СО2 в тропосфере; 2 – увеличение уровней эмиссии су- пертоксикантов с продуктами сжигания топлив; 3 – прирост уровней содержания СО2 с продуктами сжигания топлив. На международном уровне (в основном политиками) принимаются дезориентирующие реше- ния, направленные на узкотехнологическое снижение выбросов СО2 в тропосферу, в том числе путем его улавливания из дымовых газов энергоустановок, что лишено здравого смысла, учитывая, что рост индустриальных выбросов СО2 составляет менее 10 % от уровня его накопления в тропосфере (рис. 6). Если к 2020 г. будут снижены мировые уровни индустриальных выбросов СО2 на 20% (в соответ- ствии с ранее принятыми международно-политическими решениями), то к этому сроку растущая ССПТВ будет как бы ниже ~ на 0,01°C, а стоимость внедрения технологий такого улавливания СО2 может составлять более 100 млрд. дол. США в год. Это пример нерационального подхода к решению проблемы глобального потепления климата и начало на бесконечно безнадежном пути замены есте- ственных биосферных регуляторов климата искусственными, т.е. техносферой. И самое страшное – уничтожение лесов, являющихся мощным природным накопителем СО2 и, соответственно, фактором формирования устойчивого климата на Земле. Поэтому необходимо ставить совершенно другую стратегическую задачу – восстановление естественной природной среды, ее регуляторных и клима- тообразующих функций на всей территории планеты. Таким образом, из-за постоянно возрастающей численности населения планеты значительно увеличиваются потребление природных ресурсов и уровни загрязнения ОС супертоксикантами, что и стало по существу главной причиной нарушения 1970 1980 1990 2000 2010 Годы 2CO (троп.)M 10 –9 т 0,2 0,4 0,6 Вt , С 320 2CO (троп.)C , млн -1 N , млрд чел. 2200 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 6,5 0,8 330 340 350 360 370 380 390 0 5,5 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 N 2COC 2COM Вt Рис. 5. Изменение параметров тропосферы и роста населения планеты по годам: MCO2  510 15 СCO2(CO2/В); CO2, В – молекулярные массы СО2 и воздуха; tВ – рост ССПТВ; N – изменение численности населения Земли ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 62 равновесия в природе. Все это привело к разбалансировке климатической системы Земли: снижению биотической регуляции параметров ОС, уменьшению стоков СО2 и его накоплению в тропосфере, усилению парникового эффекта и росту ССПТВ. Выход же из кризиса видится в изменении вектора развития экономики и экологизации всех сфер человеческой деятельности, включая стабилизацию численности населения и восстановление важнейших природных регуляторов экосферы, в том числе климата планеты. Выводы 1. Для стабилизации климата на планете и оздоровления ОС, а также обеспечения дальнейше- го развития цивилизации или, вернее, выживания человечества, необходимо осознать, что дальней- шее развитие общества сверхпотребления приведет к глобальной экологической катастрофе и к кол- лапсу цивилизации; требуются глубокие качественные изменения: технологий производств, стерео- типов ценностей и обеспечение права людей на безопасную среду жизни; необходима замена мира ресурсоемкого, металло-нефтяного, машинно-технологического миром наукоемким, информацион- ным, биотехнологическим. Без этого невозможно преодолеть топливно-энергетический и эколого- климатический кризисы. 2. Все крупные сдвиги в глобальном климате являются следствием орбитально обусловлен- ных изменений в радиационном балансе Земли. Стабилизация климата в истории нашей планеты имела биотическую природу. Важнейшей составляющей современного потепления климата является хозяйственная деятельность постоянно увеличивающегося роста населения и связанное с этим суще- ственное повышение уровней неэффективного использования природных ресурсов, а также предель- но опасное загрязнение среды жизни супертоксикантами. Все это привело к угнетению, деградации, разрушению и уничтожению систем биосферы, изменению глобальных потоков углерода и кислоро- да, снижению стоков диоксида углерода и накоплению его в тропосфере и, как следствие, – к гло- бальному потеплению климата. Поэтому реальная экономизация и экологизация всех сфер человече- ской деятельности должны стать основным социально-экономическим мотивом дальнейшего разви- тия, а возможно, и существования человечества. Для этого потребуются объединенные усилия всех стран планеты. 3. Основным вектором поддержания пригодного для жизни климата Земли является: оздоров- ление экосферы, восстановление видового разнообразия и климатообразующих функций биоты на большей части территории планеты, т.е. нужны принципиальные изменения в стратегии природо- пользования. Ресурсо- и энергосбережение – основной путь экономизации и экологизации экономи- ки. Международным организациям (ООН, Совету Европы и т.д.), общественным организациям и ре- лигиозным конфессиям необходимо совместно подготовить и реализовать международно- мотивационную программу по снижению отрицательных последствий технократической цивилиза- ции и восстановлению природных стабилизаторов климата. Сегодня человечество вступило в совер- 100 200 300 400 200 300 400 500 600 т10 9 CO2 M 1970 1980 1990 2000 2010 Годы 0 т,10 6 CT. M 1 2 3 Рис. 6. Уровни накопления СО2 в тропосфере и увеличение уровней эмиссии СО2 и супертоксикантов с продуктами сжигания топлив ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 1 63 шенно новый этап своего развития, когда только коллективный Разум и общие целенаправленные усилия позволят избежать глобальной экологической катастрофы. Фактор времени и максимальное использование достижений науки и техники играют здесь решающую роль. Назад в пещеры пути нет – нас слишком много! Мы «обречены» на прогресс, но в этом и заключается наша надежда, наш оп- тимизм. Именно в общем согласии и решении возникших социоэкологических проблем есть Муд- рость и Будущее всего человечества. Литература 1. Подрезов, О. А. Изменение современного климата / О. А. Подрезов // Вестн. Казан. РСУ. – 2009. – Т. 9, № 1. – С. 123–137. 2. Горшков, В. Г. Природа наблюдаемой устойчивости климата Земли / В. Г. Горшков, А. М. Макарьева // Гео- экология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. – 2006. – № 6. – С. 483–495. 3. Монин, А. С. Новое о климате / А. С. Монин, А. А. Берестов // Вестн. РАН. – 2005. – Т. 75, № 2. – С. 126–138. 4. Имбри, Дж. Тайны ледниковых эпох / Дж. Имбри, К. П. Имбри. – М.: Прогресс, 1988. – 264 с. 5. Мелешко, В. П. Потепление климата: причины и последствия / В. П. Мелешко // Химия и жизнь. – 2007. – № 4. – С. 1–7. 6. Гулев, С. К. Глобальное потепление продолжается / С. К. Гулев, В. М. Катцов, О. Н. Соломина // Вестн. РАН. – 2008. – Т. 78, № 1. – С. 20–27. 7. Морев, С. Ю. Климатические проблемы XXI века / С. Ю. Морев // Усп. современного естествознания. – 2012. – № 3. – С. 65–68. 8. Канило, П. М. Автотранспорт. Топливно-экологические проблемы и перспективы / П. М. Канило. – Харьков: Харьков. нац. автодор. ун-т, 2013. – 272 с. 9. Канило, П. М. Глобальное потепление климата. Антропогенно-экологическая реальность: монография / П. М. Канило. – Харьков: Харьков. нац. автодор. ун-т, 2015. – 312 с. 10. Энергия. Экология. Будущее: учеб. / В. П. Семиноженко, П. М. Канило, В. Н. Остапчук, А. И. Ровенский. – Харьков: Прапор, 2003. – 464 с. 11. Макарьева, А. М. Парниковый эффект и проблема устойчивости среднеглобальной температуры земной по- верхности / А. М. Макарьева, В. Г. Горшков // Докл. РАН. – 2001. – Т. 376, № 6. – С. 810–814. 12. Канило, П. М. Влияние автотранспорта и энергетики на потепление климата / П. М. Канило, Н. В. Внукова, К. В. Костенко // Автомоб. трансп. – 2010. – Вып. 48. – С. 170–175. 13. Канило, П. М. Антропогенно-экологические составляющие глобального потепления климата / П. М. Канило, К. В. Костенко // Пробл. машиностроения. – 2010. – Т. 13, №. 4. – С. 68–76. 14. Кондратьев, С. М. Климат Земли и «Протокол Киото» / С. М. Кондратьев, К. С. Демырчан // Вестн. РАН. – 2001. – Т. 71, № 11. – С. 1002–1009. 15. Лосев, К. С. Парадоксы борьбы с глобальным потеплением / К. С. Лосев // Вестн. РАН. – 2009. – Т. 79, № 1. – С. 36–40. 16. Канило, П. М. Тепловая энергетика, ДВС и глобальное потепление климата / П. М. Канило, А. П. Марченко, И. В. Парсаданов // Двигатели внутреннего сгорания. Харьков: НТУ «ХПИ», 2015. – № 2. – С. 57–68. Поступила в редакцию 01.03.16

Энергетика и глобальное потепления климата

Репозитарії

Схожі ресурси