Tuesday, October 02, 2018

Океан - диктатор климата (25.08.2018)

Сокращено.

Академик Роберт Нигматулин рассказывает о своих взглядах на решение проблем климата...У Роберта Искандеровича есть своя точка зрения, не всегда совпадающая с точкой зрения руководства РАН. Мы решили обсудить с ним эти проблемы. Но начали беседу с тех, что являются профессиональной заботой академика, — проблем океана и климата, которые океан в значительной мере определяет.

Ниже есть продолжение.

— Океан — диктатор климата. Масса океана в триста раз больше, чем масса атмосферы. А теплоемкость в тысячу раз больше. Вот почему малейшие изменения в океане очень сильно влияют на состояние атмосферы. И второе важное обстоятельство: в океане много углекислого газа, который, как все теперь знают, оказывает очень большое влияние на климат: в океане СО2 в пятьдесят раз больше, чем в атмосфере.

Содержание углекислого газа в атмосфере — три-четыре сотых процента, но это как раз тот случай, когда малый параметр оказывает большое влияние. Есть оценки, что если бы в атмосфере не было углекислого газа, то температура воздуха была бы на тридцать градусов ниже.

Когда коротковолновое солнечное излучение падает на Землю, в атмосфере его поглощает в основном только озоновый слой. А главное, оно поглощается поверхностью Земли и воды, а потом переизлучается в длинноволновый спектр. Именно это излучение поглощается уже парниковыми газами — углекислым газом и водяным паром — и греет атмосферу. А водяного пара в атмосфере на два порядка больше, чем углекислого газа.

За последние пятьдесят лет концентрация углекислого газа выросла в атмосфере примерно на треть. Это довольно много. Было 300 промилле, а теперь уже 400.


Климат и океан

— Всех интересует, что будет с климатом Земли...

— Как вы знаете, ученые и общественность всего мира озабочены перспективой глобального потепления. Средняя по всей поверхности Земли температура воздуха составляет примерно 13,5–14 градусов Цельсия. В последнее время, особенно после пятидесятых годов прошлого века, она стала расти. За сто лет температура увеличилась на 0,8 градуса. С точки зрения физики это немного, почти ничто, а с точки зрения биологии это существенно. Например: если температура вашего тела 36,6 градуса, это нормально, а если она на 0,8 градуса выше, вы больны.

Классическая концепция потепления состоит в следующем. В атмосфере, как я уже сказал, продолжает расти концентрация углекислого газа. Это связано с тем, что человечество сжигает много топлива, содержащего углерод, и с тем, что сокращается зеленая масса хлорофилла, поглощающего углекислый газ, из-за вырубки лесов. В результате температура воздуха повышается, повышается и температура воды в океане. Парниковое действие СО2 само по себе невелико, соответственно, повышение температуры от него тоже невелико. Однако в результате этого небольшого повышения температуры атмосферы повышается температура воды в океане, а значит, возрастает парообразование. В результате в атмосфере увеличивается содержание водяного пара, из-за этого опять увеличивается температура. Водяной пар является более сильным, чем СО2, парниковым газом. Казалось бы, возникновение такой положительной обратной связи должно привести к непрерывному росту температуры приземного воздуха: увеличилась температура, опять увеличивается содержания водяного пара и так далее. На самом деле природой предусмотрен компенсационный механизм. Я сейчас этим занимаюсь, хочу построить теорию этой компенсации. Пока это гипотеза: по мере увеличения в воздухе паросодержания должна увеличиться облачность, а значит, возрастает отражение солнечного излучения облаками.

— Возникает отрицательная обратная связь.

— Да, компенсационный механизм. Я думаю, такой механизм должен быть, иначе невозможно объяснить, почему устанавливается равновесие при существующем уровне температур и влажности воздуха на Земле.

Некоторые специалисты отрицают влияние антропогенного роста концентрации СО2 на процессы потепления, но я присоединяюсь к большинству специалистов и думаю, что этот рост — важный фактор. Шестьдесят пять миллионов лет тому назад углекислого газа было в два раза больше, чем сейчас. И на Земле стояла такая жара, что даже на дне океана было десять градусов Цельсия, а сейчас — минус один. Потом произошла вроде бы катастрофа — упал Юкатанский метеорит, поднял кучу пыли, стало холодно, динозавры вымерли. Я даже видел след этой пыли в одном великолепном германском хранилище кернов (образцов), выбуренных из осадочных пород под дном океана. В одном из кернов была видна желтая полоска. Что это такое? Это та самая осевшая на тогдашнее дно океана пыль. Поразительно! Наш выдающийся геолог, изучающий осадочные процессы в океане, академик Александр Петрович Лисицын называет это магнитофонной записью.

Но меня интересует изменение климата в масштабах десятилетий, в масштабах моей жизни, жизни моих детей, внуков. А динамика в масштабах сотен тысяч лет, когда влияют другие, еще и астрономические, факторы, — это мне неинтересно. Естественным образом концентрация углекислого газа на Земле существенно менялась, примерно периодами по пятьдесят-сто тысяч лет, а я рассматриваю десятилетия, когда сказывается антропогенный фактор роста концентрации СО2.

Нам нужно пережить пару десятилетий. Через двадцать-тридцать лет сжигание углеводородного топлива должно постепенно уменьшиться, потому что будут освоены возобновляемые источники энергии, главным образом солнечная энергетика. Ожидается существенный прогресс в области солнечных батарей и батарей, аккумулирующих электрическую энергию. Пока их энергетическая и экологическая эффективность, их экономика уступают существующим электростанциям. Пока стоимость полученной на солнечной электростанции электроэнергии меньше стоимости электроэнергии, затраченной на производство солнечных батарей и аккумуляторов, если учесть затраты на их утилизацию после отработки их ресурса. В Германии государство субсидирует солнечную энергетику, чтобы постепенно приучить людей к грядущей энергетической революции.

Оптимизм в этом отношении возрастает. Люди, которые были скептически настроены, и я тоже, теперь отвергают этот скепсис.

В связи с этим хочу напомнить классический пример. В девятнадцатом веке городской транспорт развивался за счет конной тяги. Из-за роста городов число лошадей в них увеличивалось с угрожающей скоростью. С такой же скоростью на улицах городов росло и количество неубранного навоза. В 1894 году в газете Times of London приводилась оценка какого-то скучного догматика, что к 1950 году каждая городская улица будет покрыта слоем конского навоза толщиной почти три метра. В Нью-Йорке в 1890 году подсчитали, что к 1930 году (всего через сорок лет) слой лошадиного навоза на улицах города будет доходить до окон третьего этажа. Но из-за научно-технического прогресса через тридцать лет транспорт в городах стал другим. Автомобили, автобусы, трамваи, метро, троллейбусы решили проблему навоза в городах. Конечно, появились другие проблемы. Но они тоже будут решены на основе научно-технического прогресса.

— У академика Фаворского очень критическое отношение к теории антропогенного влияния на климат. Он считает, что океан влияет значительно сильнее...

— То, что океан оказывает важнейшее влияние на климат, бесспорно. Но это не отменяет влияния антропогенного фактора, связанного с ростом концентрации СО2. Потепление непосредственно из-за антропогенного роста концентрации СО2 относительно мало, но это малое потепление вызывает рост концентрации важнейшего парникового газа — водяного пара. Благо океан покрывает 72 процента поверхности Земли, то есть воды для испарения пара в избытке.

Океан перераспределяет энергию, поступающую на Землю от Солнца. Он разносит тепло своими течениями. Океан чуть-чуть отдает тепло или чуть-чуть берет из атмосферы, но для атмосферы это как для бедняка доллар, который ему бросил миллионер: для богача доллар ничто, а для нищего — кое-что. Атмосфера как капризная девчонка, у которой чуть что настроение портится: солнце взошло — стало тепло, облака налетели — уже прохладно. А океан — это стабильный «диктатор» климата, облака пришли и ушли, а он все равно ведет себя стабильно.

Следует иметь в виду, что климат и погода зависят от многих факторов. Влияет эллиптичность орбиты Земли вокруг Солнца, из-за чего в январе мы ближе к Солнцу, чем в июле, поэтому в январе на Землю в целом поступает на семь процентов солнечной радиации больше, чем в июле. На климат влияют такие планеты, как Юпитер и Венера.

— Каким образом?

— Они за счет своей гравитации вносят небольшие возмущения в орбиту Земли, чуть отдаляя или приближая нас к Солнцу. И тем самым чуть уменьшая или увеличивая количество солнечной радиации, попадающей на Землю. Примерно каждые двенадцать лет возникает своеобразный резонанс, когда этот эффект более значителен. А каждые шестьдесят лет он максимален. Хотя все это в пределах одного процента солнечной радиации, но этого хватает, чтобы влиять на сезонные температуры.

На климат влияют и глобальные течения, поверхностные и глубинные, которые имеются в океане. Они переносят большое количество тепла, что определяет климат различных регионов мира. Вы, наверное, слышали о теплом течении Гольфстрим, многие смотрели фильм The Day After Tomorrow («Послезавтра»). Там описывается следующая ситуация: ледники Гренландии, которая с севера ограничивает Атлантический океан, из-за потепления начинают трескаться и таять. Талая пресная (легкая) вода стекает и с севера тормозит приповерхностное, несущее теплые воды с юга течение Гольфстрима. Поступление теплых вод сокращается, и в Нью-Йорке наступает катастрофический холод. Могу сразу вас успокоить: мы организуем экспедиции, делаем измерения, изучаем, что творится с Гольфстримом. Каждый год там работают наши экспедиции. Исследования нашего института показывают, что какого-то тренда в расходе теплой воды в Гольфстриме нет. Но небольшие циклические изменения с периодом около двадцати лет происходят. Меняются расход, температура и соленость. Недавно наши ученые обнаружили аномальное погружение холодных вод в море Ирмингера, находящегося к западу от Гренландии. Но Гольфстрим еще тысячи лет будет приносить тепло с экватора. Это важно для понимания того, что будет с климатом Земли.


Освоение природных ресурсов океана

— Сейчас модная тема — освоение природных ресурсов океана...

— Человечество сушу уже всю поделило, границы государств уже мало меняются. Сейчас активно делят шельф.

Проблема шельфа такая: двенадцатикилометровая зона — это государственная граница, двухсотмильная зона вдоль берегов — это зона экономической активности соответствующего государства. Мы в советское время от Кольского полуострова до Чукотки секторально Арктику отделили и считали Ледовитый океан до полюса своей территорией. В девяностые годы под давлением ряда государств ослабевшая Россия отказалась от своего сектора и ратифицировала правило, по которому в зону экономической активности включается не только двухсотмильная зона, но и шельфовая зона над продолжением континентального фундамента. Но последнее надо доказать.

Наш институт участвовал в работах по обоснованию претензий России на континентальный шельф в Ледовитом океане вместе с ВНИИ океаногеологии, который провел сейсмические исследования шельфа. А наш институт разработал модель, которая показывает движение континентов. Было доказано, что шельф действительно продолжение континентального фундамента. Заявка на шельф подана от имени России в соответствующую комиссию ООН.

Итак, шельф уже делится. Теперь начинают делить открытый океан: рыбные и другие пищевые ресурсы, минеральные ресурсы — нефть, газ, руды… То есть государства начинают делить 72 процента поверхности Земли. Основные запасы многих металлов сосредоточены именно там, на дне океана. Правило такое: стране выделяют зону для исследования. Благодаря этому исследованию страна доказывает, что в этой зоне такой-то ресурс, например анчоуса, или криля, или руды, или нефти и так далее, и то, что этот ресурс можно добывать в таком-то количестве без ущерба, в том числе экологического. Если вы доказали, то треть этой зоны отдается вам для экономической деятельности. Но, повторяю, для этого нужно проводить исследования, иметь соответствующие суда, организовывать экспедиции, все время там присутствовать. Эти правила в пользу состоятельных государств, которые после разделения океана станут еще состоятельнее, а несостоятельные останутся ни с чем. А у нас это мало кто понимает. В результате мы можем остаться без всего. Наши суда устарели, на экспедиции выделяют мало денег. Если не одумаемся, то причиним огромный геополитический ущерб для наших детей и внуков. Недавно этот вопрос обсуждался на заседании президиума РАН.

Но все же я добился выделения одного миллиарда рублей в год на океанские экспедиции для институтов РАН. Это существенная прибавка, так как до этого мы имели всего 170 миллионов рублей. Но этого для решения геополитических проблем явно недостаточно.

...к 2015 году все-таки смог этот миллиард пробить. Четвертый год мы реализуем это финансирование.

Это деньги на содержание судов и организацию экспедиций. Суда старые, они неэкономичные, у них экипажи большие, нет автоматики. Кроме того, все дорожает: топливо, ремонты, оборудование. Нужны современные судна, они более экономичные. Но строительство каждого судна — это около пяти миллиардов рублей. Нам нужно два судна: для базы в Калининграде и базы во Владивостоке. Их проекты уже разработаны. Если этих судов не будет, мы постепенно потеряем экспедиционные возможности. А эти возможности надо увеличивать.

— То есть мы можем потерять возможность исследования океана?

— Да. Мы потеряем возможность участвовать в «дележе» океанского дня и океанских глубин для российской экономической активности. А ведь, например, анчоуса в океане так много, что американцы его использовали и будут использовать как корм в птицеводстве. Его миллиарды тонн, резервы огромные. А на дне разнообразные руды. Например, кобальта в океане в шестьдесят раз больше, чем на суше. Руды можно добывать со дна океана, но надо решить экологические проблемы. В океане огромные бактериальные и вирусные массы. А это новое сырье для фармацевтики.

Наш институт занимается изучением сульфидных руд в Атлантике. За эти исследования группа наших сотрудников была награждена премией правительства РФ.

Нужно энергично расширять исследование ресурсов Мирового океана, увеличить потенциал исследовательского флота. Но в современной России средств на научные исследования выделяется очень мало. В США на науку тратят три процента ВВП, в Израиле — четыре процента, а мы — один процент ВВП, из них на институты РАН идет только 0,15 процента. А руководители страны говорят, что на науку выделяют большие средства. Конечно, следовало бы понудить бизнес, чтобы и он вкладывал средства в исследование океана, немного сократив траты на покупку фешенебельных яхт и дворцов в Европе.

— Как вы, математик по образованию, стали океанологом?

— Я вернулся из Уфы в Москву в 2006 году после двадцати лет работы в Тюмени, где я организовал Институт механики многофазных систем Сибирского отделения РАН, и в Уфе, где был председателем Уфимского научного центра Российской академии наук и президентом Академии наук Республики Башкортостан. Меня пригласил вице-президент РАН Николай Павлович Лаверов и говорит: надо возглавить Институт океанологии. А я океана никогда не видел. Но, говорит он, там кризис, а когда кризис, нужен человек со стороны. Тем более что в современной океанологии много теоретических проблем. Сначала я был очень удивлен, даже не знал, как к этому относиться. Лаверов еще раз мне сделал это предложение. И я начал думать, хотя у меня были другие планы, я в другой институт хотел идти, уже его посещал, хотел участвовать там в выборах директора. Но когда я посоветовался со своими учениками и друзьями, встретился с несколькими океанологами, все как один сказали: «Иди в Институт океанологии». И оказались правы. Я специалист в области гидродинамики, акустики, термодинамики многофазных систем. Все эти темы как раз в океанологии представлены. Океан взаимодействует с атмосферой, с океаническим дном. Фактически это и есть многофазная система.

Научный коллектив Института океанологии поверил мне и избрал директором. Я расширил ученый совет до ста человек, чтобы в нем были представлены географы (океанографы), физики, математики, химики, биологи, геологи, инженеры. Условно можно сказать, что каждый профессионально понимает двадцать-тридцать процентов проблем океана. Ведь океан — это очень сложный, комплексный объект. И исследовать его и решать возникающие проблемы надо комплексно, силами разных специалистов. Обсуждение научных докладов на ученом совете дало мне океанологическое образование. Сам я сейчас занимаюсь математическими проблемами моделирования климата, на который океан очень сильно влияет. Сюда же примыкает моя давняя любовь — кавитация.

— Кавитация в океане тоже присутствует?

— В любой воде есть пузырьки воздуха. А раз есть пузырьки, значит есть кавитация, связанная с возникновением газовых пузырьков, что часто завершается их схлопыванием с образованием экстремальных давлений и скоростей. Кроме того, из-за пузырьков вода меняет акустические свойства, а это влияет на трактовку акустических и сейсмических измерений, на применение разнообразной техники, которую, кроме того, кавитация может разрушать...

...Даже если оставить за скобками разгром генетики и кибернетики по инициативе и с участием некоторых ученых в конце сороковых годов, можно привести немало примеров порочных решений, имевших тяжелые последствия.

Так, наши предшественники «пробили» проект преобразования Волги, по которому эту реку в пятидесятые–шестидесятые годы перегородили плотинами ради получения электроэнергии на гидростанциях, что вылилось в тяжелый экологический кризис Волжского бассейна. Сотни тысяч людей, живших в прибрежных городах и селах, были переселены. Мы потеряли огромные и уникальные рыбные ресурсы, которые многократно перекрывали значимость электроэнергии на построенных гидростанциях.

В шестидесятые–восьмидесятые годы огромные ресурсы были затрачены на так называемую МГД-энергетику, хотя с самого начала многие специалисты понимали бесперспективность этого направления, но их голос «заглушили». На Западе это направление было быстро закрыто. Но особое упорство проявляли некоторые влиятельные ученые АН СССР. А к концу восьмидесятых вздорность этого направления энергетики стала ясна практически всем. В результате мы потеряли время, ресурсы и прозевали газотурбинную революцию.

Примерно в эти же годы академик Сергей Алексеевич Христианович предложил электростанции на основе парогазового цикла, но сторонники МГД-энергетики его остановили. А сейчас электростанции на базе парогазового цикла с современными высокотемпературными газовыми турбинами мощностью до 500 мегаватт повышают эффективность электроэнергетики до сорока процентов. Такие газовые турбины используют высочайшие технологии, которыми мы не владеем. Мы можем только собирать газовые турбины из деталей, купленных у General Electric и Siemens. При этом газотурбинная наука, лидером которой у нас является академик Олег Николаевич Фаворский, в России практически не финансируется.

Или другой пример. В 2008 году руководители энергетики России разработали амбициозный план ГОЭЛРО-2, в соответствии с которым обещали построить к 2020году 32 новых блока атомных станций. При этом с самого начала специалисты понимали, что максимум можно построить восемь блоков, а главное, 32 блока не нужны, потому что нет оснований для бурного роста промышленности, а с ним и соответствующего роста потребления электроэнергии. Сейчас уже ясно, что построено будет всего шесть блоков. А Отделение энергетики РАН всегда поддерживало утопические планы или отрешенно молчало.

Теперь пример из современной жизни. Ни одна страна не вкладывает таких огромных ресурсов в проектирование станций, оснащенных реакторами на быстрых нейтронах, как Россия. Идея реакторов на быстрых нейтронах, конечно, красивая и даже романтическая. В них не только выделяется ядерная энергия урана-235, но и производится новое ядерное топливо — плутоний из «негорючего» урана-238. Россия — признанный лидер этого направления. Но реализация «быстрых» реакторов сопряжена с очень серьезными проблемами, которые у нас не обсуждаются. Во-первых, это очень дорого, тем более что урановое топливо на основе урана-235 в разы подешевело и его хватит более чем на сто лет. Поэтому ни одна страна не тратит на разработку «быстрых» реакторов значимые ресурсы. Во-вторых, их коммерческая реализация противоречит ограничениям на распространение ядерного оружия, потому что из полученного в них плутония, по образному выражению специалистов, уже «в гаражах» можно будет делать атомные бомбы. Конечно, вы можете вкладывать туда деньги. Но зачем? Сейчас есть масса других вещей, куда надо вкладывать деньги. А Академия наук молчит.

Я привел несколько примеров, для того чтобы показать: прежде чем тратить ресурсы на масштабные проекты, их необходимо подвергать тщательной, открытой и правильно организованной экспертизе с активным участием президиума и отделений РАН. И здесь решающее слово должно быть за наукой. Экспертная деятельность для выявления ключевых проблем развития отечественных технологий, социально-экономического и гуманитарного развития, организации их острых обсуждений специалистами из разных учреждений у нас не активизирована...

https://aurora.network/forum/topic/61118-okean-diktator-klimata

No comments:

Post a Comment