ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2013, том 49, № 5, с. 503-522
УДК 551.58:001.891.57
СОКРАЩЕНИЕ ВЫБРОСОВ КОРОТКОЖИВУЩИХ АТМОСФЕРНЫХ ПРИМЕСЕЙ КАК АЛЬТЕРНАТИВНАЯ СТРАТЕГИЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА © 2013 г. И. Л. Кароль, А. А. Киселев, Е. Л. Генихович, С. С. Чичерин
Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова 194021 Санкт-Петербург, ул. Карбышева, 7 E-mail: karol@main.mgo.rssi.ru Поступила в редакцию 22.11.2012 г., после доработки 31.01.2013 г.
Обзор посвящен современному состоянию исследований ряда атмосферных составляющих (парниковых газов и аэрозолей), имеющих непродолжительное (от нескольких суток до нескольких лет) "время жизни" и способных оказывать заметное воздействие на окружающую среду и климат. Сокращение эмиссии этих составляющих предлагается как альтернатива сокращению антропогенных выбросов углекислого газа. Рассматриваются метан, гидрофторуглероды, тропосферный озон и различные аэрозоли (в первую очередь, черный углерод). В обзоре обсуждаются источники и механизмы разрушения этих веществ в атмосфере, приводятся оценки их содержания, эмиссии в атмосферу и воздействия на климат планеты, а также рекомендации, какие акции целесообразны в ближайшем будущем.
Ключевые слова: климатические загрязнители, черный углерод, метан, тропосферный озон, гидрофторуглероды, эмиссия, атмосфера, радиационный форсинг, климат.
Б01: 10.7868/80002351513050052
1. ВВЕДЕНИЕ. ПОСТАНОВКА ВОПРОСА
В текущем году заканчивается первый этап действия Киотского протокола, ограничивающего эмиссию важнейших парниковых газов в атмосферу. Уже сегодня ряд стран — Япония, Канада и Россия, ссылаясь на недостаточную эффективность протокола, отказались участвовать в его продлении, настаивая на выработке и принятии новых, более действенных мер для сдерживания темпов глобального потепления. Однако попытки согласовать такие меры на международных форумах: Копенгаген (Дания, 2009 г.), Канкун (Мексика, 2010 г.), Дурбан (ЮАР, 2011 г.) пока не увенчались успехом. Более того, этот переговорный процесс, похоже, может затянуться, и в этом случае эффект от будущих принятых соглашений проявится не ранее, чем через 10—20 лет.
Напомним, что наибольший вклад в глобальное потепление вносит углекислый газ СО2, по современным оценкам его доля составляет 60— 70% [1]. Поскольку углекислый газ химически пассивен, его "время жизни" в атмосфере достаточно велико — около 100 лет. Как следствие, меры, направленные на сокращение антропогенной эмиссии СО2, даже при высокой их успешности скажутся лишь через несколько десятилетий. В
этой ситуации сегодня активно предлагается идея сокращения выбросов других газов и аэрозолей, чье воздействие на радиационный режим и на климат тоже значительно, но их время пребывания в атмосфере существенно короче (недели, месяцы или годы), а значит, и отклик климатической системы может проявиться быстрее (см., например, [2]). В начале 2012 г. создана Коалиция (в составе Бангладеш, Ганы, Канады, Мексики, США и Швеции), объявившая своей целью реализацию этой идеи (http://www.unep.org/ccac/Portals/24183/ docs/CoalitionFramework.pdf). В намерения Коалиции входит поддержка глобальных, региональных и национальных усилий для снижения атмосферного содержания таких газов и аэрозолей путем разъяснения их опасности, выдвижения новых национальных инициатив, разработки и продвижения новых технологий для смягчения последствий их влияния на экологию и климат планеты. Газета "Нью-Йорк Таймс" назвала создание Коалиции "вторым фронтом" в климатической войне, намекая на известный эпизод Второй мировой войны. Во время проходившего в Кэмп-Дэвиде (США) с 18 по 20 мая 2012 г. саммита стран "Большой восьмерки", в которую кроме Российской Федерации входят также Великобритания, Германия, Италия, Канада, США, Франция и Япония,
принято решение о присоединении всех перечисленных стран, в том числе России, к инициативе Коалиции. Таким образом, анализ предлагаемой Коалицией "программы действий" и последствий реализации этой программы оказывается для России чрезвычайно актуальным. Предполагается, в частности, что благодаря заявленным Коалицией мерам, рост приземной температуры воздуха с настоящего времени не превзойдет 0.5°С в 2050 г. (в то время как предельно допустимым сегодня считается ее увеличение, начиная с доиндустриального уровня (середины XIX века) на 2°С — при большем, чем на 2°С росте начнутся необратимые изменения климата). Вышеупомянутые меры заключаются в сокращении выбросов в атмосферу короткоживущих климатических загрязнителей (ККЗ; в оригинале: Short-Lived Climate Pollutants, SLCPs): метана, большой группы гидрофторуглеродов, сажесодержащих и рассеивающих фотоны аэрозолей. В этот список также предлагается включить тропосферный озон. Сегодня нет точного критерия, какие компоненты атмосферного воздуха следует отнести к разряду короткоживущих. Пока, "по факту", таковым считается срок не более 10—12 лет, соответствующий "времени жизни" в атмосфере метана.
В последние годы появилось много публикаций, посвященных разносторонним исследованиям каждого из упомянутых ККЗ, включая мониторинг, анализ их химико-физических свойств, воздействие на климат Земли и здоровье людей и пр. (см., например, [1, 3—5]).
В состав ККЗ следует включить также некоторые аэрозоли и газы (например, СО) — их предшественники, входящие в состав загрязнений атмосферы в больших городах и в окрестностях промышленных центров. В связи с быстрым ростом интенсивности выбросов таких загрязнений, они начинают оказывать заметное влияние и на климатический режим не только в указанных регионах, но и в глобальном масштабе и могут составить существенный вклад в массу ККЗ.
Выбор веществ, отнесенных в список ККЗ, основан на накопленной научным сообществом информации, а также на видении конкретных практических шагов для сокращения их выбросов в атмосферу уже в самое ближайшее время и оценках стоимости таких шагов. Однако нельзя не отметить, что такая информация была получена по большей части благодаря усилиям отдельных специалистов и научных коллективов, не объединенных единой международной программой исследований, и потому не во всем представляет собой целостную картину. Как будет показано ниже, в ряде случаев обнародованные результаты имеют значительные погрешности, а иногда и взаимо-противоречивы. Как следствие, они нуждаются в дополнительных исследованиях и проверке, а вы-
воды, сделанные на их основе, должны быть критически переосмыслены. Целью настоящего обзора является ознакомление читателя с различными аспектами вышеизложенной инициативы. Разделы 2, 4 и 5 посвящены описанию основных источников и атмосферных циклов ККЗ, их физико-химическим свойствам и переносу в атмосфере соответственно. Основные характеристики, используемые для количественной оценки воздействия ККЗ на климат, приведены в разделе 3. Обсуждение того, каковы масштабы влияния ККЗ на климат, содержит раздел 6. В следующих трех разделах (разделы 7—9) представлены ожидаемые оценки будущей эволюции ККЗ, последствий снижения выбросов ККЗ, а также некоторые рекомендации, направленные на достижение такого снижения. В заключении обзора сформулированы основные выводы (раздел 10).
2. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ И АТМОСФЕРНЫЕ ЦИКЛЫ ККЗ
Метан. Основная часть атмосферного метана (СН4) имеет биогенное бактериальное происхождение. Химическим путем в атмосфере он не образуется, поскольку для генерирования его довольно сложных молекул необходимо большое количество энергии. Поэтому атмосферные источники СН4 отсутствуют, и поступление метана в атмосферу полностью контролируется его потоками с земной поверхности. Все источники метана условно делятся на две большие группы: естественные и антропогенные, хотя, например, в результате антропогенной деятельности могут осушаться естественные болота, и в то же время метан присутствует в продуктах жизнедеятельности не только домашних, но и диких травоядных животных. Наиболее важные естественные источники связаны с потоками СН4 с поверхности заболоченных территорий, пресноводных водоемов, океанической поверхности, а также с метаном, образующимся в колониях термитов и выделяемым при сжигании огромных объемов биомассы в результате пожаров. Согласно оценкам [6, 7], ежегодно благодаря естественным источникам в атмосферу попадает около 200 Мт СН4 (с разбросом оценок от 101 до 355 Мт/год). С антропогенной деятельностью связаны потоки метана в атмосферу при добыче ископаемого топлива, захоронении мусора на свалках, сжигании бытовых отходов, очистке сточных вод, расширении сельскохозяйственных угодий (в том числе рисовых плантаций), разведении крупного рогатого скота и др. Из антропогенных источников в атмосферу попадает около 360 Мт/год (от 259 до 537 Мт/год), а всего 560 Мт/год СН4 (от 360 до 892 Мт/год) [6]. Другими словами, примерно 2/3 глобальной эмиссии метана обусловлено деятельностью человека. Основные источники метана размещаются в Се-
верном полушарии, где находится подавляющее большинство экономически развитых держав. К тому же площадь суши, на которой в основном располагаются источники СН4, здесь значительно больше, чем в Южном полушарии.
Столь высокая погрешность в оценках эмиссии СН4 обусловлена вышеупомянутой разнородностью его источников. Вследствие этого размер выбросов метана, как правило, определяется путем решения обратной задачи (см., например, [6, 8]). Иногда при решении локальных задач используются параметризации (см. например, [9]).
В настоящее время средняя глобальная концентрация метана составляет около 1.85 ppmv, 1 ppmv = = 1 х 10-6 мол/мол (см., например, http://cdiac.ornl. gov/pns/current_ghg.html). Следует отметить, однако, что в течение почти 150 тыс. лет, как показывают результаты анализа проб воздуха из ледяных кернов, концентрации метана варьировали от 0.35 ppmv до 0.7 ppmv, причем минимумы приходились на периоды оледенения. Значимый же рост концентраций метана, как видно из рис. 1, начался примерно 150 лет тому назад.
Систематическая сводка данных по естественным выбросам метана от различных источников в глобальном масштабе, а также исчерпывающий список
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.