Борьба с парниковым эффектом – каковы её шансы на успех? | Наука и техника | DW | 31.08.2005
  1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages

Наука и техника

Борьба с парниковым эффектом – каковы её шансы на успех?

11.04.2005

Учёные-климатологи всего мира, озабоченные глобальным потеплением и считающие его следствием парникового эффекта, размышляют над тем, как противодействовать этой тенденции. Правда, до сих пор остаётся открытым вопрос, оказывает ли сколько-нибудь значительное влияние на эти процессы хозяйственная деятельность человека или же роль антропогенного фактора сильно преувеличена. Однако это обстоятельство не мешает учёным выдвигать гипотезы и ставить эксперименты. В частности, сегодня в мире осуществляется целый ряд проектов, цель которых – выяснить, можно ли вызвать усиленное поглощение углекислого газа из атмосферы путём искусственного обогащения мирового океана железом. Один из таких проектов реализуется под эгидой Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера в Бремерхафене. Он получил название «EIFEX» («European Iron Fertilisation Experiment»), что переводится как «Европейский эксперимент по удобрению океана железом». Ещё в 1993-м году палеоклиматологи обнаружили, что в периоды оледенения содержание железа в мировом океане было значительно выше, чем сегодня. Нынешний дефицит железа тормозит вегетацию мелких плавающих водорослей – так называемого фитопланктона. Высокая же концентрация железа в морской воде, напротив, способствует стремительному разрастанию водорослей, которые, в свою очередь, в процессе фотосинтеза поглощают из атмосферы и связывают углекислый газ. Сам по себе этот факт давно не нуждается в доказательствах: он был экспериментально подтверждён уже не раз. По словам профессора Виктора Сметачека (Victor Smetacek), возглавляющего проект «EIFEX», водоросли в океане реагируют на железо как растения в пустыне – на дождь. Однако что происходит с этими разросшимися водорослями потом? Если они отмирают и погружаются на дно, где и пребывают столетиями, то действительно могут послужить своего рода накопителями углекислого газа и тем самым уменьшить вызываемый им парниковый эффект, тем более что на долю фитопланктона – благодаря его гигантской суммарной массе – приходится более трети объёма глобального фотосинтеза. Если же водоросли ещё на поверхности океана поедаются бактериями и мелкой морской фауной, то аккумулированный было углекислый газ снова попадает в атмосферу. Чтобы внести ясность в этот вопрос, 53 учёных – представители 14-ти научных институтов и 3-х коммерческих компаний из 7-ми европейских стран и ЮАР – совершили 2-месячную экспедицию на борту немецкого исследовательского судна «Полярная звезда». Они приняли участие в одном из самых необычных экспериментов: удобряли сульфатом железа участок акватории в южной части Атлантического океана. Попытки проследить за судьбой водорослей и провести достоверные измерения предпринимались и ранее, но каждый раз учёным мешала штормовая погода. Теперь им, наконец, повезло:

Это первый раз, что нам удалось реально наблюдать погружение в море масс водорослей после удобрения воды железосодержащими субстанциями, –

говорит один из участников проекта, сотрудник Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера Ульрих Батман (Ulrich Bathmann). Для своих экспериментов учёные выбрали район акватории Атлантического океана диаметром около 190 километров внутри Антарктического кругового полярного течения примерно в 2200 километрах к юго-востоку от Кейптауна. Ульрих Батман продолжает:

Мы направились на «Полярной звезде» в район этого кругового течения и произвели там удобрение сульфатом железа участка акватории диаметром в 14 километров, то есть площадью примерно в 150 квадратных километров, с тем, чтобы вызвать усиленную вегетацию фитопланктона. При этом судно двигалось по спирали, постепенно удаляясь от буя, выброшенного в центре участка. Всего в воду было спущено 7 тонн раствора сульфата железа.

За химическими и биологическими последствиями этой необычной операции учёные, сменяя друг друга, следили круглосуточно. Зона повышенного содержания железа расползлась в морской воде словно капля молока в чашке кофе. Спустя всего 10 дней началось интенсивное разрастание водорослей, а ещё через 2 недели уже четверть всей поверхности океана, ограниченной круговым полярным течением, была покрыта цветущим растительным ковром. Столь обильные запасы пищи привлекли в этот район океана огромное количество травоядных морских животных, следом за ними прибыли и массы хищников. Ульрих Батман говорит:

В результате произошли значительные изменения в пищевой цепи, причём эти изменения носят столь сложный и комплексный характер, что судить о них мы можем пока только очень приблизительно. Собранную нами информацию ещё предстоит изучать и анализировать.

Что же касается содержания углекислого газа в морской воде, то благодаря разрастанию фитопланктона оно снизилось на 10 процентов. Вот только по-прежнему оставалось неясно, идёт ли речь о долговременном или о преходящем эффекте. Ведь углекислый газ, содержащийся в водорослях, поедаемых морской фауной, вовсе не изымается из круговорота, через выделения и дыхание этих организмов он снова попадает в атмосферу. Лишь те водоросли, что опускаются на дно, действительно связывают углекислый газ прочно и надолго. Момент истины, которого так ждали учёные на борту «Полярной звезды», наступил лишь через четыре недели, когда минимум концентрации углекислого газа в воде был уже пройден, разрастание фитопланктона пошло на убыль, и началось массовое отмирание определённых видов водорослей. Ульрих Батман говорит:

Всё более значительные количества водорослей погружались в толщу морской воды на глубину в сто метров и более. Наши приборы позволили нам проследить за этим погружением и зарегистрировать опускание биомассы на самое дно моря на глубину 3800 метров. Иными словами, мы убедились, что тот самый процесс, о существовании которого мы догадывались, но наблюдать который нам прежде не доводилось, действительно имеет место.

Впрочем, окончательные выводы делать пока рано. И не только потому, что изучение и анализ собранной информации не завершены. Дело ещё и в том, что сходные эксперименты, но проведённые в рамках другого, не европейского, а японского проекта, дали совсем иные результаты. Речь идёт о проекте «SEEDS» («Subarctic Pacific Iron Experiment For Ecosystem Dynamics Study»), то есть «Субарктический тихоокеанский эксперимент с железом для изучения динамики экосистем». Удобрение моря железосодержащими соединениями проводилось в районе Камчатки с двух исследовательских судов на протяжении нескольких лет подряд. Однако результаты последней серии экспериментов поставили учёных в тупик. Американский океанограф Марк Уэллс (Mark Wells), научный сотрудник университета штата Мэн, активно участвующий в проекте «SEEDS», говорит:

В ходе экспериментов минувшим летом мы хоть и зарегистрировали усиление вегетации фитопланктона, однако этот эффект оказался гораздо слабее, чем в предыдущие три года на этом же самом месте. Разница была действительно весьма значительной.

В чём причина столь разительных перемен, учёные не знают. Пока ясно лишь одно: хоть взаимосвязь между концентрацией железа в морской воде и степенью разрастания водорослей действительно существует, она носит значительно более сложный характер, чем представлялось до сих пор. Впрочем, кое-какие мысли и предположения на сей счёт у учёных есть. Марк Уэллс поясняет:

Одноклеточный фитопланктон можно условно разделить на две группы. Одну группу составляют очень мелкие одноклеточные организмы, по размеру вполне сравнимые с бактериями. Во вторую группу входят более крупные организмы, и вот они-то и играют ключевую роль в круговороте углерода. Это именно они связывают большую часть углекислого газа, а отмирая, быстро погружаются на дно, унося его с поверхности моря в пучину. Мелкие одноклеточные водоросли тоже, конечно, поглощают углекислый газ, но они после смерти разлагаются здесь же, на поверхности, то есть их вклад в снижение парникового эффекта минимален.

В ходе экспериментов прошлых лет именно крупный фитопланктон быстро разрастался в ответ на искусственное повышение концентрации железа в морской воде. Это вселяло надежды. Конечно, мало кто из серьёзных учёных верил в то, что столь нехитрая процедура позволит повернуть вспять глобальные изменения климата, остановить потепление, но некоторые исследователи всё же полагали, что таким путём удастся хотя бы немного притормозить парниковый эффект. Нынешним летом эти робкие надежды рассеялись как дым. Марк Уэллс говорит:

Создаётся впечатление, что крупный фитопланктон голодает, хотя железа в воде более чем достаточно. Очевидно, что есть какая-то причина, мешающая планктону усвоить это железо. Что это за причина? Не исключено, что мелкий фитопланктон выделяет в морскую воду органические молекулы, которые как-то связывают железо и делают его малопригодным для усвоения крупным фитопланктоном.

Если не такой, то сходный механизм уже давно известен учёным – правда, среди микроорганизмов, обитающих на суше. Ведь почвенное железо заключено, как правило, в минералах, которые большинству бактерий «не по зубам». Однако те в процессе эволюции выработали хитрый способ повысить так называемую биодоступность такого железа: научились синтезировать особые белки – сидерофоры. Эти молекулы образуют с железом комплексы, которые могут усваиваться и расщепляться бактериями.

Бактерии, обитающие в почве, используют молекулы сидерофоров как оружие в борьбе за железо. Однако мы знаем, что подобную способность развили в себе и многие морские микроорганизмы. И с помощью сидерофоров они обеспечивают себя железом. Можно сказать, они как бы навешивают на железосодержащие комплексы замки, открыть которые можно, лишь обладая подходящим ключом. А для тех, у кого его нет, железо остаётся недоступным. Возможно, именно этим и объясняется тот факт, что вегетация фитопланктона как реакция на распыление в море у берегов Камчатки железосодержащих удобрений оказалась минувшим летом столь незначительной.

Эта гипотеза сейчас проверяется. Взятые в ходе экспериментов пробы воды анализируются на предмет содержания в них сидерофоров. Однако если их не найдут, если выяснится, что в данном случае действует какой-то совсем иной механизм, учёные окажутся в весьма затруднительном положении. Ведь все прочие условия проведения экспериментов были практически идентичными, – вспоминает Марк Уэллс:

Мы обнаружили в воде всё тот же видовой состав микроорганизмов, что и в предыдущие годы. Мы прибыли в то же самое время и на то же самое место. Видимо, решающую роль сыграли некие процессы, предшествовавшие нашему появлению там. Пока мы всё же склонны полагать, что дело в сидерофорах: к этому времени их в воде могло быть очень много, если месяцем раньше там имел место острый дефицит железа.

Так или иначе, проект «SEEDS» продолжается. Через 2 года в тот же регион отправится новая экспедиция, чтобы провести новую серию экспериментов. Однако какие бы результаты они ни дали, с идеей коррекции глобального изменения климата посредством обогащения мирового океана железом уже сегодня можно смело распроститься раз и навсегда. Даже если окажется, что водоросли действительно связывают и уносят с собой в пучину значительное количество углекислого газа, проблему борьбы с парниковым эффектом это не решит. Человечество производит 3 миллиарда тонн углекислого газа в год. Чисто теоретически такое количество двуокиси углерода могло бы быть связано путём обогащения железом всех океанов к югу от экватора, однако водорослям для цветения и размножения нужны и другие элементы. Столь чудовищное разрастание фитопланктона исчерпало бы запасы азота и фосфора. Ульрих Батман, участник проекта «EIFEX», поясняет:

После этого пришлось бы очень долго ждать, пока запасы минеральных солей восстановятся за счёт циркуляции. То есть если расширить масштабы нашего эксперимента, охватив им всю океанскую акваторию южного полушария, то это, наверное, позволит один раз связать годовой объём антропогенного углекислого газа, но повторить этот фокус снова удастся никак не ранее чем через 10 лет.

А потому Ульрих Батман уверен:

Удобрение мирового океана железом ни в коей мере не решает проблему углекислого газа.

Так что же делать? Выход – в так называемом секвестировании углекислого газа, то есть в его сжижении под давлением и закачивании в подземные резервуары, – утверждает Нильс Петер Кристенсен (Niels Peter Christensen), сотрудник Геологической службы Дании и координатор европейских исследовательских проектов этого профиля:

Существуют различные возможности аккумулировать углекислый газ. Можно, например, закачивать его в угольные шахты. Правда, их ёмкость ограничена, и есть ряд принципиальных сложностей. Значительно большим потенциалом, на наш взгляд, обладают старые нефтяные и газовые месторождения, а также так называемые соляные аквиферы. Это залегающие на глубине примерно в 1 километр водоносные слои пористого песчаника. Речь идёт об очень медленно текущих, практически застойных, сильно минерализованных водах, возраст которых насчитывает миллионы лет. В одной только северной части Германии такие хранилища могут принять многие миллиарды тонн двуокиси углерода.

По мнению Кристенсена, у соляных аквиферов большое будущее:

Прежде всего, нам нужен хороший резервуар. Песчаники отлично подходят для этой цели, потому что они пористые, то есть обладают высокой ёмкостью. Правда, есть ещё одно обязательное условие: сверху они должны быть наглухо закрыты скальными породами, глинами или соляными пластами, чтобы газ не просочился обратно на поверхность. К сожалению, соляные аквиферы, отвечающие этим требованиям, распределены на нашем континенте очень неравномерно. В Германии, Дании, Франции и Нидерландах такие резервуары могут вместить весь объём антропогенного углекислого газа за несколько столетий. А в Бельгии, например, соляных аквиферов едва ли хватит на то, чтобы принять углекислый газ, произведённый всего за один год.

Есть и ещё одна проблема: обогащение глубинных подземных вод двуокисью углерода повысит их кислотность, а как это отразится на обитающих там микроорганизмах, да и на самих песчаниках, пока неясно. Опыты, призванные дать ответ на этот вопрос, проводятся сейчас в окрестностях Потсдама. Но то, что на суше пока в новинку, уже давно практикуется при отработке одного из шельфовых газовых месторождений:

С 1996-го года эта технология используется на месторождении Слейпнер в Северном море у берегов Норвегии. Углекислый газ отделяется от добытого природного газа, но не выбрасывается в атмосферу, а нагнетается в соляной водоносный горизонт на глубину 800 метров под морским дном. Он тянется на сотни километров. Норвежцы закачивают туда ежегодно около миллиона тонн двуокиси углерода.

Однако самыми перспективными резервуарами Кристенсен считает нефтяные месторождения:

Видимо, наилучшим решением было бы закачивать углекислый газ в нефтяные месторождения: это позволило бы заодно увеличить и объёмы добычи нефти, потому что повышенное давление выдавливало бы её к скважинам. Большая часть двуокиси углерода при этом остаётся внизу, а то, что вместе с нефтью выходит обратно на поверхность, собирается и снова закачивается внутрь. Сегодня такая технология используется на 70-ти месторождениях в одних только США.

Впрочем, все эти ухищрения, конечно, не являются кардинальным решением проблемы глобального потепления, – подчёркивают учёные. В лучшем случае, они позволят лишь выиграть время, необходимое на развитие регенеративной энергетики.