Во второй день работы Общего собрания СО РАН ученые обсуждали еще один пул важных вопросов, связанных с глобальным изменением климата, эмиссией парниковых газов и карбоновой повесткой. В научных организациях Сибири ведется широкий спектр исследований по всем этим направлениям.
На ключевых современных проблемах изменения климата, возможных механизмах их решения и актуальных задачах энергетики заострил внимание научный руководитель Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН академик Сергей Владимирович Алексеенко, который проанализировал различные сценарии выбросов CO2 и их влияния на глобальную температуру поверхности Земли.
Один из самых важных выводов — антропогенный фактор является существенным и действия по совершенствованию энергоэффективных технологий, постепенному тренду в сторону возобновляемых источников энергии абсолютно необходимы для всех государств, включая Россию. Важным фактором является то, что эффект перехода на низкоуглеродные технологии, мероприятия по декарбонизации начинают проявляться на средней температуре окружающей среды с существенным запаздыванием, только через 20—30 лет. Поэтому вне зависимости от мер по снижению концентрации парниковых газов в ближайшей перспективе, потепление на 1—1,5 градуса к середине столетия произойдет (при условии отсутствия глобальных катастроф), а вот дальнейшие сценарии уже существенно зависят от действий, предпринятых человеческим сообществом.
«Решение экологических, климатических проблем требует последовательной декарбонизации энергетики со скоростями, не превосходящими экономические возможности страны. Не менее важно сосредоточивать усилия на повышении интенсивности биосферного стока, то есть развивать лесоразведение и бороться с лесными пожарами. Вместе с тем в силу неизбежности изменений климата мы уже сейчас должны разрабатывать адекватные меры по адаптации общества к существованию в новых условиях», — подытожил Сергей Алексеенко.
С каждым годом углубляется проблема арктического потепления: деградация вечной мерзлоты и постепенное разрушение берегов, что уже оказывает сильное давление на биосистему. Интенсивно меняется площадь льдов в Северном Ледовитом океане. По последним прогнозам, к середине XXI века Арктика будет практически свободна ото льда летом. Сильные климатические изменения заметны и на уровне Сибирского региона.
«В нашем институте исследовалась реакция растительного покрова Сибири на изменение климата, — рассказал директор Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН доктор физико-математических наук Михаил Александрович Марченко. — Общий рост количества биомассы на Сибирском Севере, вызванный потеплением климата в Арктике, привел к увеличению поглощения СО2 из атмосферы. Это может спровоцировать существенные сдвиги в географическом распространении внетропических лесов и травяной растительности и ослабить способности лесов к поглощению СО2 из атмосферы».
Ученый призвал констатировать неполноту верифицированной информации по изменению климата, эмиссии парниковых газов и отклику природных систем. Значительную роль в решении этой проблемы сыграет инициатива институтов СО РАН по созданию междисциплинарного межведомственного проекта по анализу климатических изменений и эмиссии парниковых газов в Сибири и Восточной Арктике, разработке адекватных математических моделей и проведению сценарных расчетов. А направление численного анализа климатических, экологических и эпидемиологических процессов должно стать одной из главных вычислительных задач для проектируемого суперкомпьютерного центра «Лаврентьев».
Директор Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН доктор физико-математических наук Игорь Васильевич Пташник рассказал о дистанционных авиационных и космических методах в мониторинге парниковых газов. С помощью спутников осуществляется как активное, так и пассивное зондирование.
В Сибири есть несколько станций приема спутниковых данных с самыми разными функциями, обеспечивающими широкий круг задач: в Красноярске, Новосибирске, Барнауле, Томске, Иркутске, Ханты-Мансийске. «Вопрос стоит так: либо мы полностью ориентируемся на Институт космических исследований РАН, который создает мощную базу, либо пробуем сделать что-то свое на основе наших ресурсов. Здесь, конечно, нужна большая работа и вложения», — отметил ученый.
Еще один вариант дистанционного мониторинга — с помощью авиации. Игорь Пташник привел в пример исследования, которые ведутся с использованием самолета-лаборатории «Оптик» над Караканским бором, а также совместный проект с французами по маршруту от Новосибирска до Якутска и обратно, когда исследователи получили высотные срезы концентрации СО2 и озона. Кроме того, было выполнено комплексное исследование тропосферы Российской Арктики, получен почти единовременный срез концентрации различных газов и аэрозолей над шестью арктическими морями. «Обнаружено 5—7-процентное превышение концентрации метана над поверхностью всех акваторий, а также, что тревожно, ускоренный рост на низких высотах по сравнению с высокими», — прокомментировал Игорь Пташник.
Он заметил, что и у одного, и у другого способа зондирования есть как плюсы, так и минусы. «Очевидно, что нужно поддерживать и развивать оба метода мониторинга, ведь они друг друга дополняют», — сказал Игорь Пташник.
Широкий спектр многолетних исследований роли мерзлотных экосистем в глобальном изменении климата представил главный научный сотрудник Института биологических проблем криолитозоны ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН» доктор биологических наук Трофим Христофорович Максимов. По словам ученого, в результате потепления и деградации вечной мерзлоты образуются малопродуктивные экосистемы, не востребованные в углеродном цикле. «Основную биосферную роль в Якутском регионе выполняют лиственничные леса и тундра», — сказал Т. Максимов.
В рамках ряда международных проектов специалисты проводят междисциплинарные работы на северо-востоке России на семи научных станциях, которые служат для определения потоков парниковых газов, энергии, влаги и углерода в якутском секторе криолитозоны. «Нами, в ИБПК, была создана сеть наблюдений SakhaFluxNet, которая включает четыре пункта мониторинга в репрезентативных экосистемах вечной мерзлоты: высоко- и среднепродуктивной тайге, лесо- и субарктической тундре, — рассказал Трофим Максимов. — Кроме того, в рамках совместного с американскими коллегами гранта планируется оборудовать станции в горных районах, в Западной и Центральной Якутии, а в ходе выполнения проекта НОЦ “Север” — на побережье Северного Ледовитого океана».
Используя четыре классификационные карты различных проектов, исследователи оценили бюджет углерода для пяти основных регионов РФ. «Согласно нашим данным, Россия является стоком углерода: ежегодно поглощается до миллиарда тонн углерода, — сообщил Трофим Максимов. — Однако существуют процессы, которые связаны с лесными пожарами, землепользованием, экспортом древесины, потреблением ископаемого топлива и так далее, которые портят картину, и этот показатель существенно снижается».
«Оценки депонирования углерода в РФ по данным разных исследований различаются, — акцентировал заведующий лабораторией Института леса им. В. Н. Сукачёва ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» кандидат биологических наук Анатолий Станиславович Прокушкин, — и именно для Сибири агрегированные оценки практически отсутствуют».
Для решения задач адекватного анализа текущего поглощения парниковых газов на территории России Министерство науки и высшего образования РФ запустило пилотный проект по созданию сети карбоновых полигонов.
Надо отметить, что если говорить о распределении наблюдений в странах арктического и бореального биомов, то РФ, занимая 60 % таких территорий, охватывает измерениями баланса углерода лишь менее 20 %. Поэтому для развития карбоновых полигонов важно то, что в их число включены репрезентативные природные ландшафты, а также экосистемы с естественной эмиссией и поглощением парниковых газов. «Особенно значимо посмотреть антропогенно измененные территории, включая сельскохозяйственные угодья», — отметил Анатолий Прокушкин.
Центральной частью исследований по измерению баланса потоков парниковых газов, по словам Анатолия Прокушкина, является эколого-климатическая станция, которая включает в себя фиксацию чистого экосистемного обмена на основе малых мачт. Кроме того, существуют и высотные мачты, такие как международная обсерватория ZOTTO, охватывающие достаточно большие территории. Для развития сети мониторинга ученый предложил развивать сеть и тех, и других установок, а для оценки баланса углерода после каких-либо нарушений — использовать передвижные структуры на основе автомобилей высокой проходимости и мачт для измерения обменных потоков.
«Биогеофизический цикл углерода — один из важнейших процессов на нашей планете, тесно связанный с климатическими изменениями, и наземные экосистемы вносят значительный вклад: в России четверть круговорота углерода приходится на их долю», — сообщила директор Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН профессор РАН, доктор биологических наук Евгения Александровна Головацкая.
Водно-болотные угодья занимают 5 % поверхности нашей планеты, а в России — в Западной Сибири и на Севере — находятся самые заболоченные регионы: только в Сибири площадь болот 592 тысячи квадратных километров. В настоящее время естественные болотные экосистемы служат важной частью углеродного цикла: в России на их долю приходится 0,5 гигатонн углерода в год. Основная функция болот — депонирование углерода, причем его поглощение у них значительно выше, чем эмиссия. Однако с изменением климата они могут стать источником парниковых газов.
Поэтому очень важна недавно принятая стратегия по увеличению поглотительной способности всех экосистем России в два раза. В случае водно-болотных угодий, по мнению Евгении Головацкой, можно пойти двумя путями: естественным (поскольку процесс заболачивания в природе идет постоянно, хотя и отличается небольшой скоростью) и антропогенным, предполагающим восстановление осушенных болот. Проекты по обводнению высушенных торфяных болот есть и в Европе, и в нашей стране. Они направлены на улучшение общей экологической обстановки и снижение количества пожаров. По оценке ученых, обводнение высушенных болотных экосистем привнесет в углеродный баланс России 0,08 гигатонн углерода в год.
Долгое время считалось, что внутренние водные экосистемы играют лишь транзитную роль в углеродном цикле, однако начиная с 2000-х годов эта концепция была пересмотрена, и сейчас ученые рассматривают реки, озера, водохранилища как активный компонент круговорота углерода. О том, каков их вклад в этот процесс, рассказала директор новосибирского филиала Института водных и экологических проблем СО РАН кандидат биологических наук Надежда Ивановна Ермолаева.
«Внутренние водные экосистемы активно депонируют как аллохтонный, так и автохтонный углерод и теряют его в виде эмиссии СО2, — пояснила Надежда Ермолаева. — Остатки углерода транспортируются в океан». Несмотря на сравнительно небольшую площадь, очевидно, что роль пресноводных водных экосистем велика и значительно отличается от океана, где преобладает абиотическое хранение углекислого газа (в растворенном виде)».
Атмосферное выделение углерода внутренними реками Сибири учеными оценивается от 80 до 100 миллионов тонн в год, а его сток с речной сетью составляет порядка 9—14 млн т/год. Экспорт же растворенного углерода достигает 5,4 млн т/год. Малые озера лесостепной зоны Западной Сибири отличаются тем, что очень активно накапливают углерод — до 2,5 кг/м2 в год. Эти показатели ниже на юге в силу меньшего количество водорослей в водоемах, а на севере — из-за температуры.
Несмотря на высокий вклад континентальных водных экосистем в процессы транспорта и накопления углерода, биогеохимия углерода в реках и озерах Сибири, по мнению Н. И. Ермолаевой, мало изучена. Исправить эту ситуацию возможно, объединив усилия различных научных организаций региона, имеющих компетенции и опыт в этой области в рамках общей программы исследований Сибирского отделения РАН.
«Вулканы являются достаточно активным агентом, влияющим на атмосферу Земли, — подчеркнул заместитель директора по научной работе Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, заведующий лабораторией сейсмической томографии член-корреспондент РАН Иван Юрьевич Кулаков. — На примере действующего сейчас вулкана на острове Ла Пальма (Канарские острова) можно оценить масштабы выбросов парниковых газов во время извержений — более 10 000 тонн SO2 и 100 000 СО2 в сутки».
Известно, что в Земле содержится очень много углерода, и вулканизм — основной способ выноса летучих газов, в том числе содержащих углерод, из недр на поверхность. Согласно выводам проекта Deep Carbon Observatory, захоронение углерода в зонах субдукции в целом находится в балансе с выносом углерода вулканами (исключение составляют трапповые извержения объемом миллионы кубических километров, случавшиеся четыре раза за последние 500 миллионов лет). Тем не менее более 500 вулканов являются источниками постоянной, рутинной эмиссии газов: рекордсменом среди них является Амбрим (о. Вануату), выбрасывающий в атмосферу 4,5 тысячи мегатонн СО2 и 2,7 тыс. Мт SO2. Но несмотря на эти впечатляющие цифры, вулканы, хоть и оказывают очень сильное краткосрочное влияние на климат, парниковый эффект не усиливают. Более того, антропогенный вклад в выброс парниковых газов в 100—150 раз превышает вулканический.
Возможностям и ограничениям развития низкоуглеродной экономики Сибири был посвящен доклад директора Института экономики и организации промышленного производства СО РАН академика Валерия Анатольевича Крюкова. Он констатировал, что наш макрорегион находится в невыгодных стартовых условиях, как экономических, так и экологических. На усиление сырьевой специализации и фрагментацию экономического пространства, на отток населения и падение его реальных доходов накладывается наивысшая в России загрязненность водоемов и городов. Обь, Амур, Енисей и Колыма входят в Топ-10 самых грязных рек России, а Новосибирск и Омск на протяжении трех лет подряд признаются худшими по качеству городской среды из 15 городов-миллионников страны. Глобальные климатические процессы в Сибирском макрорегионе и особенно арктической его части протекают более интенсивно, чем в целом на планете. В 2020 году впервые за всю 130-летнюю историю регулярных метеонаблюдений в Сибири прежние рекорды среднегодовой температуры были превышены сразу на 1,5 °С, а наибольшая скорость ее роста отмечается на побережье Северного Ледовитого океана.
Декарбонизировать экономику Сибири академик В. Крюков считает в принципе возможным, но при императиве перераспределения рентного дохода: «Рента — это прибыль, получаемая субъектом рынка не за счет собственных компетенций и усилий, а вследствие внешних причин: выгодного географического положения, конъюнктуры и так далее. Значительную ее часть составляют отложенные расходы, в том числе климатического и экологического характера. Рента, по определению принадлежащая государству, должна уходить не на дивиденды и не в офшоры, а на реализацию новых комплексных долговременных эколого-экономических проектов с учетом уникальных региональных и местных условий генерации и поглощения». По мнению экономиста, такие проекты должны носить не корпоративный, а территориально-отраслевой характер, реализовываться по принципиально новой управленческой модели, быть основанными на новом социальном контракте, прозрачными и научно обоснованными. Последнее качество, по мнению Валерия Крюкова, вполне способно обеспечить Сибирское отделение РАН. «Наш принцип — think globally, doing locally, то есть мыслить глобально, а действовать локально. Шаг за шагом, этап за этапом, проект за проектом. Успех принесет соединение глубокого знания особенностей объекта регулирования и управления с пониманием процесса формирования современных экологических и социальных ценностных ориентиров», — обобщил директор ИЭОПП СО РАН.
Директор иркутского Института систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН член-корреспондент РАН Валерий Алексеевич Стенников акцентировал, что декарбонизация энергетики и энергопереход — не тождественные понятия. «Энергопереход связан не столько с экологической повесткой, сколько с историческими изменениями, со сменой технологических укладов, движением к экономике знаний. Климатический фактор и, в частности, требование к снижению выбросов углерода и его соединений являются одновременно ограничителем и стимулом для энергоперехода». Валерий Стенников подчеркнул, что при любых внешних влияниях этот процесс неизбежен, поскольку изменилась позиция потребителей и сложился рынок конкурентных технологий и решений. Он позволяет последовательно реализовать принцип трех «д»: децентрализации, дигитализации и декарбонизации.
Энергетика Востока России в ближайшее время не способна избавиться от сжигания природных топлив. К примеру, доля угля составляет в общероссийском энергетическом балансе 14 %, на Дальнем Востоке — 62 %, в Сибири — 86 %. Ресурсы возобновляемых источников энергии ограничены и рассеяны в пространстве, поэтому их ввод в эксплуатацию способен улучшить, но не изменить принципиально энергетический баланс. Валерий Стенников предлагает иные методы оптимизации генерации энергии и ее потребления. В частности, это новые распределенные сети и узлы, в том числе со встречными потоками, и трансграничные системы с участием Китая, Монголии и Японии. Важнейшим инструментом ученый считает энергосбережение, в том числе тепловое: «За счет энергосбережения можно сэкономить треть всего топлива, потребляемого энергетикой России», — уверен иркутский ученый. В научно-организационном плане он предложил инициировать разработку интеграционной исследовательской программы по трансформации систем энергетики до 2035 года с перспективой до 2060 года и проведение специальной сессии Общего собрания СО РАН на тему «Экотехнологии».
«Биосфера Земли удерживала концентрацию углекислого газа практически на одном уровне в течение около 20 миллионов лет, — констатировал доктор физико-математических наук Сергей Игоревич Барцев из Института биофизики, входящего в ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», — всё происходило по закону замкнутости биосферы, открытому Владимиром Ивановичем Вернадским. Содержание СО2 и среднегодовые температуры стали нарастать с наступлением индустриальной эры, и это трудно представить совпадением». Критерием глобальной опасности Сергей Барцев считает размыкание круговорота веществ, поэтому не стоит, например, обращать внимание на выбросы включенного в естественные циклы метана (за исключением эмиссии озер и болот, образовавшихся при таянии вечной мерзлоты). «Как это ни парадоксально, экологичнее всего топить дровами при условии восстановления лесов, поскольку это еще один вариант биотоплива, о котором говорят экологи, — отметил ученый. — Опасность представляет депонированный углерод, выделяющийся при сжигании ископаемых топлив, деградации мерзлоты, распаде метангидратных комплексов».
По мнению С. И. Барцева, Россия должна выступать в международном «карбоновом диалоге» с обоснованных и взвешенных позиций, очищенных от политики: «Нужен тщательный, почти теоремный анализ вероятности возникновения необратимых саморазвивающихся процессов, — считает ученый. — Также нужна проработанная оценка эффективности предлагаемых мер по преодолению глобального климатического кризиса. Например, предлагаемая массовая посадка лесов представляет собой лишь оттягивание последствий, если не предпринимать ничего другого». Важен также отход от поверхностной оценки технологий как более или менее экологичной. Сергей Барцев показал, что электрический транспорт выбрасывает в атмосферу больше углерода, чем углеводородный, если суммировать все загрязнения при производстве аккумуляторов.
Директор Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН академик Андрей Георгиевич Дегерменджи представил к обсуждению проект комплексной исследовательской программы «Парниковые газы Сибири», преследующей две цели: прогноза межгодового баланса потоков СО2, СН4, Н2О над экосистемой Сибири и оценки изменения структуры бореальных лесов (болот) в контексте эмиссии и поглощения парниковых газов. Программа построена по блокам: методический, лабораторно-экспериментальный, мониторинговый. «Нам нужен только такой мониторинг, который поможет определить общие объемы потоков над большими территориями», — подчеркнул Андрей Дегерменджи. Он сообщил, что начат сбор предложений по локальным проектам программы «Парниковые газы Сибири» от институтов под научно-методическим руководством СО РАН.
Академик А. Дегерменджи также обозначил инициативу учредить Международный углеродный год по аналогии с Геофизическим, проведенным с 1 июля 1957 года по 31 декабря 1958 года. «Нам надо будет на самом авторитетном уровне договориться о единых глобальных правилах измерений и допустимых уровнях их точности, способах обработки и анализа данных, методиках анализа и оценки», — резюмировал ученый.
«Наука в Сибири»
Фото из открытых источников
