Вечная мерзлота

В районах вечной мерзлоты, по существующим оценкам, в замороженном состоянии находится по крайней мере 400 млрд тонн углерода органического вещества. Очевидно, что при повышении температуры воздуха возникает угроза поступления в атмосферу огромного количества метана и СО2. Произойти это может из-за того, что увеличение температуры многолетнемерзлых пород и глубины сезонного таяния приведут к интенсивному разложению накопленных в почве органических веществ и усилению потоков парниковых газов в атмосферу.

По модельным расчетам, проведенным с использованием нескольких климатических сценариев, прогнозируемое увеличение толщины сезонно-талого слоя торфа к середине 21 столетия в южной периферийной области составит 15%-20%, в центральной части криолитозоны России до 40%, а на арктическом побережье более чем 50%. Эту эмиссию смогли рассчитать при помощи диффузионно-кинетической модели углеродного газообмена.

Таким образом, становится очевидно, что основным фактором, катализирующим эмиссию диоксида углерода в атмосферу, является потепление климата. Это подтверждается кернами антарктического льда: в прежние эпохи сначала происходило потепление, а лишь за ним — повышение концентрации углекислого газа. Как видно на рисунке повышение содержания CO2 отстаёт от роста температуры (примерно 3000 г. н.э.).

Влияние человека на круговорот со2

С наступлением научно-технического прогресса сбалансированные прежде потоки углерода между атмосферой, материками и океанами канули в лету. Основной антропогенный эффект на круговорот углекислого газа заключается в обогащении атмосферы СО2 в количестве, которое не полностью может связаться ни растениями, ни поглощаться МО. За последние 100 лет содержание   постоянно растет из-за новых антропогенных поступлений и сведения лесов.

За период с 1750 г. по настоящее время концентрация углекислого газа в атмосфере возросла примерно на одну треть, достигнув самого высокого уровня за последние 420 тыс. лет (и, возможно, за последние 20 млн. лет), о чем свидетельствуют данные ледяных кернов [72]. Примерно на две трети рост концентрации СО₂ за последние 20 лет обусловлен выбросами в атмосферу за счет сжигания ископаемых топлив (остальное приходится на долю вкладов от сведения лесов и, в меньшей степени, - цементной промышленности). По оценкам экспертов ООН, антропогенный парниковый эффект на 57 % обусловлен добычей топлива и производством энергии, на 20 % – промышленным производством, не связанным с энергетическим циклом, но потребляющим топливо, на 9 % – исчезновением лесов, на 14 % – сельским хозяйством.

Промышленные выбросы СО2 в атмосферу составляют ~ 5-6∙109 т в год, из них 50% остается в атмосфере, а остальная часть попадает в процессе фотосинтеза в биосферу и поглощается гидросферой. Однако, оценки общим количества углекислого газа, поступающего в атмосферу разнятся, поэтому оценить долю антропогенной углекислоты сложно. По самым смелым оценкам она составляет не более 4 % (если принять естественный круговорот углерода 160*109 т/год). Полагают, что в начале промышленной революции (1800 г) в атмосфере Земли присутствовало около 0,029 %  . В 1958 г., когда были проведены первые точные измерения, - 0,0315 %, в 1980 – 0,0335 %.

1. Сжигание горючих ископаемых

Не вызывает сомнений, что главным фактором роста концентрации СО₂ в 21-м веке останется сжигание ископаемых топлив, причем роль биосферы как океана, так и суши как барьера для роста концентрации будет со временем ослабляться. Согласно Отчету МГЭИК-2001, вероятный интервал значений концентрации СО₂ к концу столетия составит 540-970 млнֿ¹ (доиндустриальное и современное значения равны, соответственно 280 млнֿ¹ и 367 млнֿ¹).

2. Уменьшение поглотительной способности растительности в результате сведения лесов.

Существуют разные оценки влияния деятельности человека на обогащение атмосферы СО2 однако все авторы сходятся во мнении, что основными накопителями углерода являются леса, так как в биомассе лесов содержится в 1,5 раза, а в гумусе, содержащемся в почве – в 4 раза больше СО2, чем в атмосфере.

Растения – хороший регулятор содержания СО2 в атмосфере.

На фоне этого происходит потеря углекислоты из почвенного фонда, что вызвано окислением гумуса в почве после уничтожения лесов при последующем использовании этих земель для сельского хозяйства или строительства городов.

Представить себе ситуацию, при которой человечество вдруг отказалось бы полностью от сжигания ископаемого топлива или перешло на новые технологии, исключающие эмиссию СО2, достаточно сложно. Вся инфраструктура современного общества рассчитана на использование ископаемого топлива, и при этом в атмосферу продолжается выброс СО2. Можно, правда, договориться о том, что мы допускаем некий предел повышения глобальной температуры и строго ограничиваем эмиссию СО2. В качестве предельной допустимой величины нагрева поверхности Земли в последнее время часто выбирают температуру на 2°C выше доиндустриального уровня. Расчеты показывают, что такому нагреву соответствует суммарный выброс в атмосферу примерно 1000 Пг (1 Пг = 1015 г) углерода, или 3700 Пг СО2. Примерно половина этого количества уже находится в атмосфере. Оставшегося количества хватит примерно на 50 лет, если сохранится существующий уровень эмиссии. Если мы хотим противостоять столь быстрому росту температуры и не допустить повышения температуры более чем на 2°C сверх доиндустриального уровня, то должны жестко ограничить объем выбросов СО2, при этом всеми странами без исключения.