Роста величины энергопотребления человека

Средние характеристики климата Земли, в частности среднегодовая температура, обладают сравнительным постоянством. Основной видовой состав биоты адаптирован к существующему климату и его наблюдаемым флуктуациям. Поэтому для сохранения существующей биоты недопустимо воздействие на климат, приводящее к превышению естественных флуктуации.

Анализ хода среднетемпературных флуктуаций показывает, что колебания температуры не превосходили 10 °С за 10⁵ лет, 1 °С за 10⁴ лет и составляли десятые градуса Цельсия за времена порядка 100 лет. В соответствии с законом

Стефана-Больцмана изменение температуры на 0,1 К происходит при изменении потока излучения на 0,1%. Так как солнечное излучение, падающее на поверхность Земли, имеет порядок 10 ТВт, то в течение нескольких десятков лет допустимо без ущерба для существующего климата и живых организмов изменение этого потока на величину ~100 ТВт. Это изменение может быть вызвано как антропогенным изменением парникового эффекта или альбедо, так и дополнительными к солнечной энергии источниками: сжигание ископаемого топлива, ядерная энергетика, облучение Земли отражателями со спутников Земли, поглощение падающего солнечного излучения (при растоплении льда как источника пресной воды), нагрев глубин океана при получении энергии за счет разности поверхностной и глубинной температур. Недопустимы также пространственное перераспределение и перестройка бюджета солнечной энергии на поверхности Земли по сравнению с установившимися в размере, превышающем 100 ТВт. Последнее относится к использованию солнечной энергии пустынь и транспортировке этой энергии в области с максимальной концентрацией населения.

Использование внешней энергии человеком на земной поверхности означает перевод ее в тепловую энергию по заранее заданному человеком каналу распада внешней (свободной) энергии. Генерация тепловой энергии неизбежно увеличивает приземную температуру Земли в соответствии с законом Стефана-Больцмана. Принципиально невозможно отводить отработанную тепловую энергию с земной поверхности, избегая связанного с этим нагрева земной поверхности. С поверхности Земли может быть отведена без изменения приземной температуры лишь сама внешняя (свободная) энергия. Например, за счет увеличения

альбедо - отражательной способности земной поверхности - часть солнечной энергии может быть испущена обратно в космос.

Но тогда эта энергия не вызовет на Земле никаких процессов, т.е. не будет использована. Охлаждение поверхности Земли при фиксированном производстве тепла на ней возможно только за счет ослабления парникового эффекта, т. е. изменения существующей атмосферы. Это неприемлемо для всей биоты и человека.

Современное энергопотребление человечества составляет 10 ТВт и, следовательно, допустимо увеличение энергопотребления по сравнению с современным уровнем примерно в 10 раз. Таков климатический предел (рис. 1). Однако современное антропогенное изменение парникового эффекта составляет 103 ТВт, что в 100 раз превосходит энергопотребление человечества и в 10 раз климатический предел. Поэтому рост парникового эффекта вызывает наибольшие опасения среди климатологов, к которым в последнее время стали прислушиваться политики.

Полная биосферная мощность первичной продукции определяется водным режимом на суше и структурой глубоководных сообществ в океане. Она поглощает 100 ТВт солнечной мощности и находится на пределе мощностей, не изменяющих естественные температурные флуктуации. Это не случайное совпадение - мощность биосферы достигла наибольшей мощности, совместимой с устойчивостью климата. Энергетика фотосинтеза растений позволяет увеличить мощность биоты по крайней мере на порядок, например, путем замены всех обычных С₃ растений на С₄ - растения, к которым относятся кукуруза и сахарный тростник. Если бы человек поднял среднюю эффективность фотосинтеза на порядок величины (к чему неудержимо стремятся исследователи), то это означало бы катастрофическую перестройку бюджета солнечной энергии. Такая тенденция столь же опасна, как и чрезмерное потребление энергии. Она соответствовала бы нарушению климатического предела. Поэтому полная биосферная мощность биоты не может быть увеличена в рамках современного климата.

Согласно закону сохранения энергии в рамках стабильного климата в антропогенный канал может быть переведено не более полной мощности всей глобальной биоты, т. е. не более 100 ТВт. Это соответствует увеличению антропогенной доли потребления, т. е. пищи людей, скота и потребления древесины, примерно на порядок по сравнению с существующей величиной. Таков биологический предел.

Рост антропогенной доли потребления продукции биосферы обеспечивается ростом общего энергопотребления человечества. В настоящее время последнее опережает первое. Это отражает сильное сопротивление естественной биоты разрушающим воздействиям человека. Рост парникового эффекта вызван изменением водного режима суши, увеличением концентрации атмосферного СО₂. Последнее традиционно связывается с сжиганием ископаемого топлива. Климатический предел в результате антропогенного возмущения парникового эффекта уже в 10 раз превышен по сравнению с биологическим. Поэтому под

главным направлением борьбы за сохранение окружающей среды в глобальных масштабах климатологи и политики понимают сокращение выбросов ископаемого углерода путем перехода к другим "экологически чистым" источника энергии. После осуществления подобного перехода и прекращения выбросов ископаемого углерода в атмосферу в режиме экономии энергии можно было бы, как

предполагается, дойти до биологического предела раньше, чем до

климатического (рис. 1).

Рис. 1. Энергопотребление и устойчивость окружающей среды. Горизонтальные линии: P - глобальная валовая первичная продукция всей биосферы, V - глобальное потребление естественных растительноядных позвоночных. Линия V совпадает с порогом экологически допустимого антропогенного потребления продукции биосферы. Кривые линии: F - мощность сжигания ископаемого топлива, А - антропогенное потребление (пища людей и скота, потребление древесины, продукции биосферы, B - сокращение органических запасов на суше. Области: I - экологически разрешенная величина антропогенного потребления. Все антропогенные возмущения биоты и окружающей среды компенсируются естественной биотой. II - экологически запрещенная для антропогенного потребления область. Глобальное потребление первичной продукции в этой области осуществляется в устойчивом режиме мелкими беспозвоночными естественной биоты, которые выполняют основную работу по стабилизации окружающей среды. Антропогенное потребление в ней приводит к вытеснению естественных сообществ и разрушению устойчивости биоты и окружающей среды.

Однако оба эти предела, многократно обсуждавшиеся в литера-

туре, не имеют никакого отношения к реальности. Реально существующим пределом роста человечества является экологический предел. Он связан с поддержанием устойчивости окружающей среды и действия принципа Ле Шателье в естественной биоте (рис.1). Как уже было показано, есть все основания полагать, что этот предел превышен на порядок величины. И именно это, а не сжигание ископаемого топлива, является причиной роста парникового эффекта и превышения на порядок величины климатического предела.

Если бы антропогенное возмущение биоты суши было бы много меньше порога ее разрушения, то современные выбросы ископаемого углерода полностью компенсировались бы его поглощением из атмосферы невозмущенными биотами суши и океана. Роста концентрации атмосферного СО₂ в этом случае не наблюдалось бы. Переход к так называемым "экологически чистым источникам энергии" не предотвратил бы антропогенное возмущение глобальной биоты, ибо оно определяется величиной энергопотребления, а не его источником. Поэтому скорость глобального разрушения окружающей среды не может уменьшиться при замене одного источника энергии на другой при сохранении или увеличении мощности источника. Улучшение экологической ситуации может произойти только при сокращении мощности энергопотребления до экологического предела (рис. 1).

Нарушение экологического предела приводит к разрушению естественных сообществ биоты, прекращению компенсирующего действия принципа Ле Шателье в биоте и нарушению устойчивости окружающей среды. Изменение управляемой биотой части окружающей среды вызывает изменение состава парниковых газов в атмосфере, водного и температурного режимов планеты. Это, в свою очередь, нарушает устойчивость климата, что влияет на условия существования жизни и человека. Климатический и биологический пределы оказываются в этом случае превышенными автоматически.

На мой взгляд, приведенные пределы определены слишком приближенно и делать какие-то выводы на основе уже полученных данных рано. Требуется более детально изучить рассматриваемый вопрос. Что же касается вопроса об изменении климата, то здесь тоже рано говорить о том, что оно вызвано деятельностью человека, т.к. постоянные наблюдения за погодой ведутся около 150 лет, что является крайне малым сроком для климата Земли.

Поиск по сайту: