Чем грозит планете борьба против роста выбросов углекислого газа

Площадь листьев на планете быстро растет, как и биомасса растений, а в месте с ней — и всего животного мира, в том числе и в России. Согласно накапливающимся наблюдательным данным, виноват в этом человек, а точнее выбрасываемый цивилизацией углекислый газ. И это может означать, что борьба с глобальным потеплением будет иметь неожиданные последствия: сокращая выбросы углекислого газа, человечество «сократит» и биомассу Земли. А вот пустынь при этом станет больше. Непреднамеренно глобальное озеленение Земли неожиданно поставило наш вид перед весьма сложным выбором.

Обычно, когда речь заходит о влиянии человека на природу, подразумевается, что он может ей только вредить: пластиковые острова в Тихом океане (которых не существует), поднимающийся уровень океанов (правда, в основном именно суша наступает на поднимающееся море) и тому подобное. Как правило, подобные сообщения заключаются призывом бороться против экологической угрозы.

Конечно, пластиковый мусор в океане — это реальная проблема, как и повышение уровня моря. Рыбы страдают от пластика в организме, а поднимающиеся моря в отдаленной перспективе действительно начнут затапливать часть суши. Только от первого не стоит ждать появления мифических островов. А от второго — исчезновения реальных обитаемых островов в XXI веке (текущие темпы подъема моря недостаточно велики для этого).

Однако бывают и обратные истории. Иногда антропогенное воздействие на земную жизнь ведет к росту биомассы на планете. А вот неизбежная борьба с этим влиянием может стать действительно опасной. Именно так получилось с углекислым газом.

 

Наиболее объективный параметр «самочувствия» растительности в целом — индекс площади листьев (ИПЛ), равный площади верхней половины листьев или, в случае хвойных пород, иголок. Именно верхнюю половину зеленой части растений проще всего зафиксировать на спутниковых снимках. Уже в 2017 году перекрестный анализ снимков, полученных с различных спутников, показал, что как минимум с 1980-х годов этот индекс растет, и довольно быстро.

Так, в 1982–2011 годах рост индекса площади листьев наблюдался на 46 процентах всей площади суши, покрытой растительностью, а сокращение — лишь на 4 процентах той же площади, в основном за счет вырубки лесов.

Одной из причин этого является потепление, ведущее к росту ИПЛ в тундре, а другой — пока еще небольшой рост осадков в засушливых районах (рост температуры означает рост испаряемости с поверхности океанов). Но исследователи отмечают, что эти факторы отвечают лишь за меньшую часть глобального озеленения, а вот рост концентрации СО2 — за 70 процентов от этого процесса.

Растения строят свои ткани в основном из углекислого газа и воды. Чем больше в атмосфере СО2, тем меньше растениям требуется открывать свои устьица для «дыхания», а значит, и воды на него они тратят меньше. То есть чем больше углекислого газа в воздухе — тем больше растениям достается и того, и другого. Именно поэтому в парниковых хозяйствах на Западе концентрация СО2 искусственно поддерживается на уровне 800 частей на миллион (вдвое больше, чем в воздухе, которым мы дышим).

Человечество выбрасывает 37 миллиардов тонн СО2 в год. Всего в атмосфере содержится 3,2 триллиона тонн углекислого газа, то есть ежегодно люди добавляют по 1,15 процента этого вещества. Хотя основная часть этих выбросов поглощается океаном, растениями и горными породами, около 5 миллиардов тонн в год остается. Поэтому в конце XVIII века СО2 в воздухе было 280 частей на миллиона, а сегодня — 410, и ежегодно прибавляется еще 2,45 части на миллион.

Это и есть тот самый парниковый газ, что ведет к глобальному потеплению. Водяной пар играет подчиненную роль в этом процессе, поскольку его концентрация в воздухе сильно зависит от температуры. Одновременно СО2, непреднамеренно со стороны вырабатывающего его человечества, привел к наблюдаемому сегодня глобальному озеленению.

 

Недавняя работа китайских исследователей показала, насколько именно антропогенное озеленение повлияло на земную растительность. Для этого ученые подсчитали рост индекса площади листьев для крупнейших стран мира.

Авторы этой работы проанализировали индекс поверхности листьев по 11 крупным странам мира на спутниковых снимках 2000-2017 годов. Как и следовало ожидать, рост ИПЛ наблюдался во всех них. Сильнее всего индекс вырос в двух странах — КНР и Индии.

Успехи Китая и Индии не случайны. В этих странах реализуется крупнейшая в истории человечества программа по насаждению деревьев, и общая площадь лесов в Китае только в 2000–2015 годах выросла на 32 процента. В 2018 году деревья были посажены на площади, примерно равной площади Ирландии.

В Индии ситуация сходная: экономический и демографический рост заставил местных фермеров расширять посевные площади, в том числе в ранее засушливых районах (с помощью ирригации). Соответственно, 82 процента озеленения Индии приходится именно на пашню.

Непреднамеренное антропогенное озеленение идет медленнее, но и его цифры впечатляют. Те же спутниковые снимки говорят: в России за 2000-2017 годы площадь листьев выросла на 6,62 процента (это более чем 0,7 миллиона квадратных километров, площадь двух Германий).

Да, значительная часть российского роста обеспечена за счет зарастания пашни лесом после коллапса планового хозяйства в 1991 году. Но если взять страны, где никаких экономических потрясений не было, то и там озеленение идет своим чередом. За те же годы площадь листьев в Австралии выросла на 5,62 процента, в США — на 4,55 процента.
 

Быстрее озеленяются ЕС и Канада (рост ИПЛ на 7,78 и 7,13 процента соответственно), но там приросту способствует более высокая влажность, так как интенсивнее всего озеленение протекает в условиях, когда уровень осадков превышает 500 миллиметров в год.

А вот Россия с ее холодным климатом, из-за которого значительная часть территории страны занятая тундрой и северной тайгой, такого количества осадков не получает. Аналогичная картина наблюдается в Австралии, 70 процентов территории которой занято пустынями и полупустынями, и даже в США, где заслушливых районов тоже хватает. Но это пока: ситуация постепенно меняется, осадков выпадает все больше, что уже сказывается на климате как Австралии (ссылки: раз, два, три), так и в России.

Но рост количества осадков (плюс два процента за весь ХХ век) значительно отстает от роста площади листьев, на который куда больше влияет рост концентрации СО2 в атмосфере (0,5 процента в год).
 

Процессы зарастания остального мира будут идти до тех пор, пока внесенный людьми в атмосферу СО2 не начнет из нее активно «вымываться». Этого не случится в XXI веке: не хватит времени. То есть, в конечном счете, эффект антропогенного озеленения будет чрезвычайно длительным.

Российские и австралийские 5-7 процентов роста площади листьев за 17 лет — это только на первый взгляд не очень много. Продолжение этой тенденции в неизменном виде до 2100 года увеличит площадь зеленых листьев в 1,5 раза, то есть на многие миллионы квадратных километров только для нашей страны. Более влажные Канада и страны ЕС подвергнутся еще большему зарастанию.

Другим крупным странам, еще более теплым и влажным, где растут особенно густые экваториальные леса, наращивать площадь листьев будет нелегко: она там и так уже превышает площадь самих этих стран (для Индонезия и Конго — в 2-4 раза). Однако и в этих странах площадь листьев несколько подрастет, как росла все время спутниковых наблюдений.

Может показаться, что это хорошие новости. Но на самом деле не совсем. Борьба с глобальным потеплением стоит на повестке дня западного мира, и в этой области уже принимаются серьезные меры. Быстрое развитие возобновляемой энергетики, производство электромобилей и многое другое — это только начало. В перспективе, уверены многие ученые и политики Запада, не обойтись без геоинжиниринга, а также фиксации и вывода СО2 из атмосферы — иначе глобальное потепление не остановить. Но борьба с СО2 неизбежно обернется и борьбой с антропогенным озеленением планеты.

Но самое главное, о самом факте глобального антропогенного озеленения — и его масштабах — стало известно совсем недавно. Эффект глобального озеленения долгое время оставался вне поля зрения современного научного сообщества. Если словосочетание «глобальное потепление» систематически используется в научной литературе с 1970-х, то «глобальное озеленение» (global greening) в XX веке в научном обороте практически отсутствовало, а в научно-популярных публикациях вообще появилось в самые последние годы.

Лишь в 2016-2017 годах был установлен колоссальный масштаб глобального озеленения: по следам сульфида карбонила (COS) в антарктических льдах выяснилось, что растения в XX веке наращивали свою биомассу быстрее, чем когда-либо еще за последние 54 000 лет. Скорость наращивания зеленой биомассы на Земле в прошлом столетии была на 31 процент больше, чем до начала промышленной революции — и повысилась именно из-за нее. Точнее, из-за порожденных ею дополнительных выбросов углекислого газа.

Прирост площади листвы в 1982–2015 годах
 

 

Такие известные ученые, как Сванте Аррениус и Михаил Будыко, довольно давно указывали на вероятные положительные последствия потепления и выбросов СО2 в атмосферу. Но первый жил еще до начала современной научной дискуссии об углекислом газе и вызванном им потеплении, а точка зрения второго уже к 1990-м годам стала фактически маргинальной.

Будыко, в частности, опирался на палеоклиматические данные, согласно которым потепление и рост содержания СО2 в атмосфере неизменно сопровождаются расцветом растительности и питающегося за ее счет животного мира.

Между тем главным инструментом современной западной климатологии стало компьютерное моделирование, ничего не говорившее о том, что в результате выбросов СО2 и глобального потепления может начаться столь же глобальное озеленение. Напротив, модели зачастую предсказывали расширение пустынь на планете.

Дело в том, что большинство моделей предполагает расширение так называемых ячеек Хэдли, ответственных за появление засушливых зон в тропиках. Влага, испарившаяся над экваториальными океанами, с теплыми и влажными воздушными массами перемещается на юг и на север, в сторону полюсов. Там эти массы охлаждаются и снижаются, а влага выпадает в виде осадков — над Северной или субэкваториальной Африкой. Именно поэтому, например, над Сахарой дождей почти нет, а над Сахелем их очень мало.

Моделирование показывало, что площадь ячеек Хэдли должна расти тем больше, чем выше будет температура. Правда, этому противоречило отсутствие соответствующих палеоклиматических данных — фактически, в теплые периоды Сахара и Сахель были зеленее, чем в холодные. Но на это до поры просто не обращали внимания.

Все изменили спутниковые снимки. Благодаря им стало очевидно, что африканский Сахель является одной из зон самого интенсивных озеленения на планете. Затем подтянулись и данные метеостанций, показавшие рост количества осадков над Сахелем. Тем не менее, эти данные до сих пор не стали широко известны, и в обществе преобладают прежние представления.

 

Так, Продовольственная организация ООН (ФАО) систематически сообщает, что площадь лесов на планете сокращается. Однако определение слова «лес», используемое этой организацией, с одной стороны, включает территории, где деревьев нет вообще (дороги, просеки, противопожарные вырубки и так далее), а с другой — исключает территории, заросшие деревьями, если более 10 процентов площади таких зарослей не покрыто деревьями высотой пять метров и более. При этом ни биомасса деревьев, ни их количество на этой территории критерием леса для ФАО не являются.

Дополнительно ситуацию усложняет тот факт, что ФАО не считает площадь лесов напрямую: вместо этого берется оценка плотности леса в том или ином районе суши и умножается на общую площадь такого района. При быстрых изменениях в фактическом покрытии территории лесом такой метод может давать определенные ошибки.

У спутниковых снимков же свои критерии: для них просеки — не леса, но зато значительная часть площадей, которые не являются лесами для ФАО, вполне могут учитываться как леса. Это и вызывает систематические расхождения между тезисами ООН о гибели лесов, и тем, что описывают научные работы, опирающиеся на снимки.

На самом деле спутниковые снимки показывают куда менее печальную картину: нетто-площадь листьев в лесах растет примерно на 100 тысяч квадратных километров (более трех четвертей площади Греции) в год. Земля не лишается лесов и растительности, а, наоборот, быстро покрывается ими. К концу столетия леса прибавят примерно столько же площади листьев, сколько занимает весь Европейский континент.

Впрочем, это не значит, что уже существующие леса можно вырубать на корню: конечно же, молодой лес, нарастающий из-за глобального антропогенного озеленения, дает совсем иную экосистему, чем старый. Поэтому сведение последнего все равно надо держать под контролем.

Но в целом ситуация такова, что из-за устоявшихся ожиданий, связанных с «опустыниванием» планеты из-за роста ячеек Хэдли, альтернативные мнения пока просто не слышны. По словам известного исследователя Сахары Стефана Крепелина, эмпирические данные оказались оказались погребены под массой работ, описывающих происходящее только в рамках математических моделей.

«Я изучаю Сахару 30 лет и определенно могу утверждать, что она становится зеленее... Кочевники выпасают свои стада там, где никогда не могли раньше... Я говорю всем: приезжайте в пустыню и посмотрите сами. Но все слишком заняты со своими компьютерными моделями, и им не слишком интересно, что происходит на практике», — сетует Крепелин.

 

Рано или поздно всему хорошему приходит конец. То же самое ждет и озеленение планеты. Дело в том, что использование угля во всем мире идет на убыль, и быстрее всего это происходит все в том же Китае, потребляющем половину из 8 миллиардов тонн ежегодно добываемого угля, а также производящем половину выбросов СО2 от него (на Китай приходится 7 миллиардов тонн выбросов «угольного» углекислого газа в год). Если в начале 2010-х годов на угольные ТЭС в КНР приходилось более 80 процентов выработки электроэнергии, то сейчас — менее 60 процентов, и только в 2016 году добыча угля в КНР упала на 9 процентов.

Разумеется, СО2 образуется при сгорании не только угля, но и других видов топлива, например метана. Однако на единицу получаемой при сжигании энергии метан дает на десятки процентов меньше углекислого газа (в силу другого химического состава). Что еще важнее, выработка электроэнергии на солнечных и ветровых электростанциях растет быстрее, чем на газовых ТЭС.

Западный мир настойчиво разрабатывает технологии закачки СО2 в подземные хранилища. Есть и другая категория проектов: геоинжиниринг, «переделка Земли», предусматривающая, например, распыление диоксида серы в стратосфере, что приведет к охлаждению планеты. Как известно из школьного курса физики, чем ниже температура, тем ниже испаряемость, а значит, тем меньше осадков.

Рано или поздно хотя бы часть этих проектов будет реализована. Как только антропогенные выбросы углекислого газа упадут с нынешних 37 миллиардов тонн в год до хотя бы 20 миллиардов тонн, заметный рост содержания СО2 в атмосфере почти прекратится. Один из сценариев Межправительственной группы экспертов по изменению климата — RCP 2.6 — предусматривает снижение таких выбросов уже в 2020-х годах и преодоление указанного порога не позднее 2030 года.

Это сначала замедлит нынешнее озеленение планеты, а потом и развернет его вспять. На сегодня такая ситуация выглядит, скорее, гипотетической, но эксперты по климату, к которым обращался N + 1, считают, что без снижения выбросов парниковых газов, скорее всего, «никак не обойтись».

А если так, то в будущем лесные и степные ландшафты не смогут удержаться там, куда они проникают сегодня: им просто не будет хватать воды. Мало того, что осадков станет меньше, так еще и уменьшение количества углекислого газа в воздухе заставит растения быстрее терять воду, шире открывая устьица для забора СО2. Планета столкнется с неизбежной потерей растительности.

Возьмем нашу страну: если экстраполировать темпы 2000-2017 годов, полученные из спутниковых наблюдений, то к 2100 году площадь листьев в ней будет в полтора раза больше, чем была в 2000 году, когда она равнялась 12,29 миллиона квадратных километров. На пике глобального озеленения разница будет еще больше. Следовательно, откат к естественному состоянию растительности в результате ликвидации итогов антропогенного глобального озеленения будет стоить России многих миллионов квадратных километров площади листьев, или примерно трети от всей растительности.

В планетарном масштабе размер будущего опустынивания пока оценить трудно. Чтобы сделать это хотя бы приблизительно, необходимо понять, как далеко может зайти озеленение планеты.

Последняя работа на эту тему сообщает, что изменение климата в африканском Сахеле и на Аравийском полуострове более чем удвоит количество выпадающих там осадков. Это значит, что сегодняшние полупустыни и пустыни этих регионов, общей площадью более шести миллионов квадратных километров, превратятся в саванны и редколесья.

Сомнительно, что растительность, которая там разрастется, сможет существовать без воды. И не исключено, что после конца антропогенных выбросов СО2 и возможного начала геоинжиниринга опустынивание жестоко ударит по этим районам.

 

В развитых странах и России людям беспокоиться почти не о чем. Их население либо не растет, либо убывает. Сокращение покрытой растительностью площади суши оставит местному населению достаточно земель для выращивания пищи.

Правда, уменьшение урожайности сельского хозяйства (неизбежное при падающем атмосферном СО2) заставит человека либо потеснить живую природу, расширив пашни, либо начать использовать больше пестицидов и неорганических удобрений.

Сложнее придется животному миру этих стран. После начала снижения концентрации СО2 в атмосфере растительная биомасса будет прирастать намного медленнее, чем сейчас, — теми же темпами, как в эпоху до промышленной революции. Значит, объем растительной пищи для животного мира просядет на десятки процентов.

Может показаться, что беспокоиться не о чем и странам менее развитых: половина Африки и почти вся Аравия в историческую эпоху не были избалованы изобилием растительности, так что и терять им особо нечего. Но этого только кажется. Дело в том, что Сахель, да и вся Черная Африка (а глобальное озеленение идет почти по всей ее площади) характеризуются быстрым демографическим ростом, и, по прогнозам, к 2100 году численность населения там составит 3,7 миллиарда человек.

Пока озеленение наступает на пустыни, все будет хорошо. Рост содержания СО2 в воздухе увеличивает урожаи и на сегодняшних полях, лежащих вне пустынных и полупустынных зон. Если исключить сценарий наиболее радикального геоинжиниринга, озеленение будет длиться более ста лет. За это время африканцы с высокой вероятностью заселят хотя бы часть бывших пустынь и полупустынь. Сельское хозяйство этих районов адаптируется к растущему количеству осадков и повышенному содержанию СО2 в воздухе — и площадь пашни, и урожайность тоже пойдут вверх.

Но в случае успеха проектов по выкачиванию СО2 из воздуха и активному геоинжинирингу все эти процессы могут повернуть вспять. Урожайность снизится, бывшие поля станут пустыней и полупустыней. Сотни миллионов человек окажутся перед перспективой массового голода.

Повторим, все это пока не более чем теоретические выкладки. Но их следует по крайней мере учитывать при разработке сегодняшних планов по борьбе с глобальным потеплением.