Выделение углекислого газа мировым океаном

Академик РАЕН Олег Георгиевич Сорохтин. Влияние океана на содержание углекислого газа в атмосфере.

Влияние океана на содержание углекислого газа в атмосфере

(Выдержки из работы академика РАЕН Олега Георгиевича Сорохтина «Адиабатическая теория парникового эффекта»)

В океанических водах растворено углекислого газа почти в 59 раз больше, чем его содержится в атмосфере [12]. Можно показать [17], что повышение температуры современного океана на 1 °С приводит к повышению парциального давления СО₂ в атмосфере приблизительно на 13,6 . 10 –6 атм (т.е. на 13,6 ppm) [ppm – одна миллионная доля (от англ. parts per million — частей на миллион) — единица измерения концентрации], тогда как в периоды четвертичных оледенений с понижением средней температуры океана до 277 К оно равнялось 12,5 ppm. Если же сравнить осреднённые значения парциальных давлений СО₂ в ледниковые и межледниковые периоды, то окажется, что их разность может достигать приблизительно 50–52 ppm. Но именно такого порядка разности давлений СО₂ и были обнаружены в пузырьках воздуха при бурении антарктического ледникового покрова на станции «Восток» (рис. 11). Интересно отметить, что в тёплый период мелового возраста, когда средняя температура океанических вод могла подниматься до +17 °С (291 К), парциальное давление углекислого газа должно было подниматься до 610 ppm, т.е. в 1,33 раза выше современного. [Примечание А.В. Краснянского. Выражать парциальное давление в ppm некорректно, в этих единицах (ppm) измеряется концентрации компонентов в системе]

Рис. 11. Корреляция изменений концентраций углекислого газа с колебаниями температуры воздуха за последние 420 тыс. лет на антарктической станции «Восток» по керну скважины во льду, пробуренной до глубины 3623 м (время направлено справа налево). Как видно, тренд температурной кривой (штриховые линии) отмечает общее похолодание климата за последние 420 тыс. лет, хотя размах локальных колебаний температуры между ледниковыми эпохами и межледниковыми стадиалами и достигает 10 °С. Ход температурной кривой опережает изменения СО₂ приблизительно на 600 лет. Запаздывание кривой СО₂ при похолодании климата ещё выше и заметно даже на глаз. В настоящее время мы живем в эпоху снижения температуры и повышения или стабилизации концентрации СО₂ в атмосфере.

Рассматривая проблемы парникового эффекта, нельзя обойти молчанием и аргументы последователей идеи С.Аррениуса о прямом воздействии концентрации углекислого газа на температуру тропосферы. Да, содержание СО₂ в пробах воздуха из древних слоёв фирна Гренландии и Антарктиды показывает, что в периоды межледниковых потеплений концентрация этого газа в атмосфере всегда повышалась. В значительно большей степени этот эффект наблюдался в тёплые климатические эпохи, например, в меловом периоде. Однако, как следует из приведённых данных, сторонники классического подхода явно путали причину со следствием, ведь повышения или понижения парциального давления СО₂ в атмосфере являются не причиной, а следствием температурных изменений. При внимательном рассмотрении видно, что кривая температурных колебаний явно опережает соответствующие им изменения концентраций СО₂: температурные колебания являются первичными, а изменения содержания углекислого газа в атмосфере – лишь следствие этих колебаний.

[Примечание А.В. Краснянского. Чтобы понять это, рассмотрим равновесие: CO₂(атмосфера) CO₂(океан) + Q. При растворении CO₂ в воде выделяется теплота, а при выделении газа из воды (при дегазации) теплота поглощается. Согласно приниципу Ле-Шателье, увеличение температуры смещает равновесие влево (в сторону эндотермического процесса). Следовательно, увеличение температуры приводит к увеличению концентрации CO₂ в атмосфере, понижение — к увеличению концентрации газа в океане. Поскольку равновесие не устанавливается мгновенно, ход температурной кривой опережает изменения СО₂: сначала происходит изменение температуры, а потом (приблизительно через 600 лет) устанавливается равновесная концентрация СО₂ в атмосфере (см. рис. 11). Общее количество (масса) углекислого газа в системе: океан-атмосфера не изменяется.]

Объясняется это отрицательной температурной зависимостью растворимости СО₂ в океанических водах и законом Генри, устанавливающим динамическое равновесие между парциальным давлением газа в атмосфере и его концентрацией в гидросфере. Повышение температуры океанических вод приводит к их частичной дегазации и переходу части СО₂ из океана в атмосферу, и, наоборот, при похолодании увеличивается растворимость СО₂ в океанических водах. Интересно отметить, что задержка изменений концентрации СО₂ по сравнению с изменениями температуры на рис. 11 приблизительно соответствует времени полного перемешивания вод Мирового океана (порядка тысячи лет).

Истинные же причины температурных колебаний земного климата надо искать в других процессах и явлениях, например, в неравномерности солнечного излучения, в прецессии собственного вращения Земли, в неустойчивости океанических течений или в изменениях их циркуляции, вызванных другими причинами (например, периодическими опреснениями или осолонениями поверхностных вод Арктического океана).

В эволюционном же плане, начиная приблизительно с середины мезозоя (около 150-100 млн лет назад), происходит постепенное похолодание климата. Объясняется это несколькими причинами, в том числе удалением азота из атмосферы и связыванием его в нитратах и нитритах почвенного покрова [19], соответствующим уменьшением массы атмосферы, а также дрейфом континентов в высокие широты. Сейчас мы живем в межледниковом стадиале, но следует ожидать прихода новой фазы оледенения – повышенной суровости.

Именно поэтому проблему изменений земного климата надо решать системно и на базе строгой физической теории, с учётом эволюции состава атмосферы, геологических обстановок, с привлечением данных по колебаниям светимости Солнца, прецессии вращения Земли и океанологических данных, при обязательном учёте существующих в этой сложной системе обратных связей, а не объяснять всё единственной и мнимой зависимостью климата от концентрации в атмосфере так называемых «парниковых» газов.

Естественное происхождение так называемых «озоновых дыр»

Под «озоновыми дырами» обычно понимают участки стратосферы в полярных и умеренных широтах с пониженной приблизительно на 20-30% концентрацией озона. Они возникают в зимне-весенние периоды над местами стояния устойчивых антициклонов, например, в Антарктиде или над Якутией. Связано это с тем, что зимой резко уменьшается солнечная инсоляция, а в полярных широтах она и вовсе пропадает, а над антициклоническими областями происходит подъём воздушных масс и их перетекание в стратосферу, в результате озоновый слой над ними как бы развеивается. Летом же «дыры» резко сокращаются или вовсе пропадают.

Паника возникла только после того, как в конце 50-х гг. XX в. стали количественно измерять содержание озона в атмосфере. Впервые «озоновую дыру» обнаружили в Антарктиде. Вскоре появилась масса предположений об антропогенном влиянии. При этом, правда, оставалось непонятным, почему наиболее глубокие и обширные «озоновые дыры» наблюдаются в Антарктиде, т.е. в Южном полушарии, тогда как максимум антропогенных выбросов фреонов происходит в Северном, а также, чем по сравнению с антропогенными лучше природные фреоны, поступающие в атмосферу в несоизмеримо больших количествах при вулканических извержениях. Однако главными «разрушителями» озонового слоя являются не фреоны, а метан и водород. Так, только по реакциям типа серпентинизации пород океанической коры при их гидратации сейчас освобождается, по оценкам [10], по 6–10 млн т/год, тогда как техногенный выброс фреонов не превышает 100 тыс. т/год. К этому следовало бы добавить многие миллионы тонн метана и водорода, поступающие из почв тектонически активных регионов и тропических лесов, а также метана, выделяемого болотами северных регионов Канады и Евразии. Всего же масса ежегодно поступающих в атмосферу природных газов достигает многих десятков и даже сотен миллионов тонн!

Отсюда можно заключить, что роль антропогенного воздействия на озоновый слой в стратосфере Земли, в котором и возникают «озоновые дыры», пренебрежимо мала – приблизительно на четыре порядка ниже влияния природных факторов. Поэтому все колебания концентрации озона в земной атмосфере носят исключительно природный характер и никак не связаны с деятельностью человека. Как показали А.П.Капица и А.А.Гаврилов [22], концентрация озона в стратосфере меняется с сезонной периодичностью, и ничего страшного в этом нет. Более того, в процессе исследований выяснилось, что на экваторе и в тропических широтах концентрация озона оказалась более низкой, чем в наиболее глубоких «озоновых дырах» приполярных областей. И никакой опасности для жизни на этих широтах не наблюдается. Можно заключить, что нет проблемы «озоновых дыр», на борьбу с которыми, однако, тратятся колоссальные средства. Так, по некоторым оценкам, только на выполнение обязательств по Монреальскому протоколу к Венской конвенции 1985 г. о сохранении озонового слоя Россия должна тратить около 5 млрд долларов в год, а разовый убыток от уничтожения и замены оборудования, использующего фреоны, составляет около 10–15 млрд долларов! Этим деньгам можно найти и лучшее применение.

В заключение хочу выразить благодарность академикам К.Я.Кондратьеву за поддержку идеи, А.С.Монину за обсуждение проблемы и С.С.Григоряну за детальное рассмотрение теории, полезные советы и замечания.

Литература

10. Сорохтин О.Г. Парниковый эффект: миф и реальность. – Вестник РАЕН, 2001, т. 1, № 1, 6–21.

12. Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии.– М.: Недра, 1990.

17. Сорохтин О.Г., Леин А.Ю., Баланюк И.Е. Термодинамика океанических гидротермальных систем и абиогенная генерация метана. – Океанология, 2001, т. 41, № 6, с. 898–909.

19. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Развитие Земли. – М.: Изд-во МГУ, 2002.

22. Капица А.П., Гаврилов А.А. Подтверждение гипотезы о естественном происхождении антарктической озоновой дыры. – Докл. РАН, 1999, т. 366, № 4, с. 543–546.

При упоминании значений физических величин автор использует единицы различных систем, а также внесистемные. Редакция сохранила упомянутые автором единицы. Следует учитывать, что 1 кал 4,2 Дж; 1 эрг = 10 –7 Дж; 1 атм = 101,32 кПа.

Олег Георгиевич Сорохтин – выпускник Ленинградского горного института 1951 г., д.ф.-м.н., проф., академик (РАЕН), заслуженный деятель науки РФ, почётный полярник. После окончания с отличием ЛГИ работал в Гидропроекте – проводил гидрогеологическую разведку на «великих стройках коммунизма» (Куйбышевской ГЭС, Туркменском канале). В 1953 г. возвратился в Москву и начал работать в Институте физики Земли. Участвовал в трёх антарктических экспедициях, проводил глубинное бурение и сейсмологические исследования, побывал на полюсе холода, геомагнитном полюсе, открыл полюс недоступности. С 1966 г. работает в Институте океанологии им. П.П.Ширшова АН СССР (РАН). Принимал участие во многих океанологических экспедициях, опускался на дно океана, исследовал подводные вулканы, горячие источники (чёрные курильщики). Имеет более 300 научных трудов, в том числе публикации в журналах «Доклады АН СССР/РАН» и «Nаture». Награждён орденом Трудового Красного Знамени, медалями. Имеет двух сыновей, двух внуков (младшему – год) и внучку. Младший сын – д.г.-м.н., профессор Мурманского госуниверситета (г. Апатиты), член-корреспондент РАЕН.

Источник

Ученые: океан поглощает около трети выбросов СО2, связанного с деятельностью человека

ЖЕНЕВА, 19 марта. /Корр. ТАСС Константин Прибытков/. Потепление на Земле шло бы более быстрыми темпами, если бы не способность океанов поглощать выбросы углекислого газа, связанные с хозяйственной деятельностью человека. Как установила группа исследователей из семи стран, работавшая под руководством специалистов Швейцарской политехнической школы Цюриха (ETH Zurich), за 13 лет — с 1994 по 2007 год — Мировым океаном из атмосферы было «изъято» 34 млрд т СО2, что составляет 31% от общего объема таких выбросов.

«Не весь СО2, произведенный в результате сжигания ископаемого топлива, остается в атмосфере и способствует глобальному потеплению. Океан, а также экосистемы на суше поглощают из атмосферы значительную часть объема этой рукотворной эмиссии», — пояснили в ETH Zurich. Океан аккумулирует двуокись углерода в два этапа: сначала СО2 растворяется в поверхностном слое воды, а затем в результате циркуляции и смешивания он распределяется в водной массе, перемещаясь с поверхности во внутренние области, где накапливается и «хранится». «Без такого поглощения концентрация СО2 в атмосфере и масштабы изменения климата были бы существенно выше», — констатируют в ETH Zurich.

Группа ученых во главе с профессором Николасом Грубером опиралась в своей научной работе на результаты более 50 экспедиций, предпринятых в 2003-2013 годах с целью исследования состава воды. Образцы отбирались как на поверхности океанов, так и на глубине до 6 км. Было установлено, что за последние 200 лет доля поглощаемого СО2 остается примерно одинаковой, несмотря на количественный рост его объемов. Иными словами, чем больше становится двуокиси углерода в атмосфере, тем большее ее количество аккумулирует океан. Так будет происходить до момента насыщения, который пока не наступил. Во всяком случае, в 1994-2007 годах «глобальный океан продолжал принимать антропогенный СО2 темпами, которые соответствуют темпам увеличения СО2 в атмосфере», считает профессор Грубер.

Океан помогает людям

Вместе с тем, хотя в целом на планете темпы поглощения соответствуют темпам эмиссии, разные районы океанов ведут себя в этом отношении неодинаково. В частности, в Северной Атлантике в 1994-2007 годах было поглощено на 20% меньше углекислого газа, чем можно было ожидать. Ученые предполагают, что это произошло в связи с замедлением циркуляции воды в конце 90-х годов, которая в свою очередь была вызвана влиянием изменения климата. Однако в Южной Атлантике в тот же период поглощение СО2 океаном усилилось, и это компенсировало слабый процесс поглощения в Северной Атлантике. Аналогичные процессы были зарегистрированы исследователями в водах рядом с Антарктидой в Тихом и Индийском океанах.

«Мы установили, что морское поглощение не является простой реакцией на увеличение атмосферного СО2. Его значительная чувствительность к вариациям климата говорит о наличии существенного потенциала ответной реакции на происходящее сейчас изменение климата», — отметил Грубер. Другое исследование, в котором участвовал этот ученый в 1980-1990 годах, дало возможность рассчитать объем двуокиси углерода, который, предположительно, был аккумулирован океаном с 1800 по 1994 год, — 118 млрд т.

Как подчеркивают в ETH Zurich, поглощая углекислый газ, «океаны оказывают большую услугу человечеству, однако все имеет свою цену: растворяясь в воде, СО2 вызывает рост кислотности морской воды». Полученные данные показали, что такая повышенная кислотность достигает глубины в 3 тыс. м. Этот процесс, предупреждают ученые, может иметь негативные последствия для жизни многих обитателей океанов, в частности, моллюсков.

Источник