Онтологические основания проблемы глобального климата
Одной из основных граней опасности экологической катастрофы является проблема изменения глобального климата, способная при сохранении сегодняшних тенденций стать угрозой существованию человечества. Особое место в философском рассмотрении этой глобальной проблемы занимает анализ ее онтологических оснований, в данном случае означающий анализ климатической ситуации и хода ее обсуждения. Климат принято определять как среднюю динамику температуры и количества осадков определенной местности в течение года. Диссертант считает такое определение недостаточно наглядным и непригодным для использования в системном анализе, поэтому в данной работе используется следующее определение: Климат — средняя динамика тропосферных явлений определенной местности в течение года, основными показателями которых являются: солнечная радиация, циркуляция воздушных масс, температура воздуха, осадки, влажность воздуха. Преимущества такого определения в том, что оно не вырывает температуру и осадки из биосферы и атмосферы как нечто особое и изолированное, а констатирует их детерминированность атмосферными явлениями, которые в свою очередь зависят от бесчисленного множества биотических и абиотических явлений. В этом параграфе излагаются положения, практически не вызывающие разногласий в научном мире, которые и послужат фундаментом настоящего философского исследования. Что же вызывает такое беспокойство мирового сообщества в связи с глобальным климатом? Прежде всего то, что климат — это та часть природы, которую человек ощущает непосредственно, с которой связано его ощущение комфорта или дискомфорта. Не менее важным является прямая зависимость климатической и продовольственной безопасности - на сегодняшний день (а радикальных изменений ждать не приходится) основная часть всего мирового сельского хозяйства существует в естественном климате и, несмотря на достижения науки и техники, сгладить негативные климатические изменения не в состоянии. К примеру, засухи уничтожают урожай в эпоху научно-технической революции практически столь же эффективно, что и в древнем Египте (вспомним хотя бы засуху 1988 года в США1 , погубившую 40% урожая кукурузы). Таким образом, климат является фактором, от которого прямо зависит физическое существование человека: изменения климата влияют на его безопасность непосредственно, без какой-либо отсрочки и действуют очень быстро (к примеру, от перегрева человек умирает в течение нескольких часов). И этот фактор меняется. Увы, изменения незапланированные, неуправляемые и могут привести к катастрофическим последствиям. К несчастью, уже есть примеры, подтверждающие этот тезис: вспомним наводнения в Китае, Восточной Европе, Турции и ураганы в США, вызванные усилением парникового эффекта. Рассмотрим, чем обусловлены климатические изменения и в чем они состоят. Все изменения среднеглобальной температуры вызываются изменениями теплового баланса атмосферы. Тепловой баланс атмосферы формируется радиационным балансом атмосферы и иными источниками тепла (в том числе геотермальными и антропогенными). Радиационный баланс зависит от активности Солнца и физико-химического состава атмосферы, некоторые компоненты которой задерживают длинноволновое излучение Земли, создавая парниковый эффект. Таким образом, климат зависит как от естественных, так и антропогенных воздействий на атмосферу. Оценим (по возможности количественно) их значения и роль в изменениях глобального климата. Явление парникового эффекта заключается в следующем. Наличие в атмосфере газов, молекулы которых состоят из трех и более атомов (такие газы называются парниковыми) приводят к образованию т.н. парникового эффекта: прозрачные для солнечной коротковолновой радиации (0,40..0,75 мкм), они задерживают тепловое излучение земной поверхности, нагретой Солнцем (от 5 до нескольких десятков мкм). Парниковый эффект можно определить как разность температур: ΔT = Ts - Tr где Ts — температура поверхности планеты Согласно расчетам, в настоящее время ΔT = 33.2 К Вклад в ΔT основных парниковых газов представлен диаграммой в приложении 1. Следует подчеркнуть, что парниковый эффект является неотъемлемой составляющей радиационного баланса Земли в течение миллионов лет, и жизнь на ней без парникового эффекта немыслима. Т.е. проблема не в наличии парникового эффекта, а в его антропогенном усилении. Антропогенное увеличение концентрации парниковых газов приведет к повышению глобальной среднегодовой температуры на 2-4°С в течение всего лишь 50 лет. Отметим вклад в это потепление основных парниковых газов (см. Приложение 1). Как видно из диаграммы, основную роль в усилении парникового эффекта играет увеличение концентрации углекислого газа, обусловленного четырьмя антропогенными источниками: · сжиганием ископаемого топлива (нефтепродуктов, каменного угля и природного газа), дающего около 80% потребляемой человечеством энергии; 2 · сжиганием попутного газа; · производством цемента; · антропогенными изменениями биотических источников (сведение тропических лесов, распашка саванн и степей и т.д.). Основной вклад в глобальный антропогенный выброс вносит сжигание органического топлива. На графике в Приложении 4 показан рост мирового потребления ископаемого топлива с начала технической революции 3 , а на диаграмме в Приложении 5 — удельный вес источников энергии в мировом потреблении4 . Суммарный выброс углекислоты при производстве цемента и сжигании попутного газа составляет не более 3% 5 . Таким образом, в атмосферу ежегодно поступает, помимо естественных источников, ≈ 5,5 млрд. т СО2 от сжигания топлива и еще ≈ 1,7 млрд. т за счет сведения и выжигания тропических лесов и окисления органического вещества почвы (гумуса). На основании расчетов в 1993 году полный антропогенный выброс составил 7.2 ГтС (в пересчете на тонны углерода)6 . В таблице в Приложении 7 приводятся данные об источниках СО2 , полученные различными исследователями. Приведенные данные свидетельствуют, что природные выбросы СО2 на порядок меньше антропогенных, обусловленных сжиганием углеводородного топлива. Имеются эмпирические данные, подтверждающие усиление парникового эффекта. На сегодняшний день они спорны: изменения климата столь незаметны, что позволяют многим климатологам объявить их нормальным отклонением от среднего. Но серьезного внимания они заслуживают: согласно математическим моделям теории катастроф, практически невозможно бороться с катастрофой, когда ее признаки станут уже заметными: скорость их увеличения неограниченно возрастает по мере приближения к катастрофе. Регулярные наблюдения за климатом ведутся уже более 100 лет. Шесть самых жарких лет за это время пришлись на 80-е годы нашего века [источник этих сведений датирован 1990 годом], что позволило Джеймсу Хансену (Институт космических исследований им. Годдарда при НАСА) заявить в 1988 году Конгрессу США, что потепление климата уже ощутимо7 . В 1989 году А.Стронг (Национальное управление по исследованиям атмосферы и океана) доложил: «Измерения температуры океанической поверхности, произведенные со спутников в период 1982-1988 гг., ...показывают, что океан постепенно, но заметно нагревается примерно на 0,1°С в год»8 . Это чрезвычайно важно, так как из-за своей колоссальной теплоемкости океаны почти не реагируют на случайные климатические флуктуации. Обнаруженная тенденция к их потеплению доказывают серьезность проблемы. В этой связи предметом особенно пристального внимания ученых-климатологов является обмен углекислотой между атмосферой и океаном. Количество углекислоты, растворенной в океане, на два порядка превышает ее содержание в атмосфере Земли9 . Анализируя математические зависимости потоков СО2 в системе «атмосфера — океан», Н.Н.Моисеев приходит к выводу: «Если окажется, что π > y3 =χT*2/(4l), [где π — антропогенное поступление углекислоты в атмосферу то, какова бы ни была начальная концентрация СО2 в атмосфере, механизм воздействия будет работать как насос, выкачивающий СО2 из океана»10 . К сожалению, современная математика не располагает моделями, расчет которых указал бы нам значения π и T*. Но очень важно помнить, что при некоторых их значениях возможно лавинообразное потепление глобального климата и увеличение концентрации углекислоты в атмосфере. Деятельность живой материи не способна будет полностью ликвидировать проявление механизма насоса. В контексте этих закономерностей полезно проанализировать изменения климата в более широком отрезке времени, отражающем историю Земли. Такой анализ необходим для ответа на вопрос: не являются ли изменения климата, фиксируемые в наши дни, проявлением неких циклических процессов, происходящих на нашей планете? Действительно, ледниковые эпохи обладают удивительной периодичностью. Окончание последнего ледникового периода почти на памяти человечества. А переход от максимума голоцена к малому ледниковому периоду произошел всего сотни лет назад и изменил всю историю освоения Америки: в период освоения скандинавами Гренландии последняя оправдывала свое название (Greenland - зеленая земля (англ.)) и при сохранении климатических условий той эпохи именно она сделалась бы базой колонизации Америки 11 . Естественно задаться вопросом — не находимся ли мы уже в конце затянувшегося межледниковья? И может быть, описанные выше процессы глобального потепления спасут человечество от нового оледенения? Масштабы антропогенных воздействий на климат заставляют ответить на этот вопрос отрицательно: деятельность человека еще Вернадским была определена как наиболее мощный геологический фактор. Антропогенные выбросы СО2 на порядок превышают выбросы земной биоты (связывание которых к тому же ежегодно уменьшаются за счет сведения человеком тропических лесов), и как показал Н.Н.Моисеев, способны вывести климатические процессы из колебательного режима в апериодический, возможно экспоненциальный. Приведем некоторые количественные характеристики углеродного цикла (Приложение 8). Таблица в приложении 8 иллюстрирует, что человечество обладает колоссальным потенциалом выброса углекислоты в атмосферу: каждый год оно увеличивает на 1% количество углекислого газа в атмосфере. Среднеглобальная температура в эпоху динозавров (меловой период, от 140 до 66 млн. лет назад) была на 10-15°С выше сегодняшней. Геохимики подсчитали, что это соответствует превышению содержания СО2 в атмосфере в 4-8 раз по сравнению с наблюдаемым в наши дни12 . На первый взгляд эти данные утешают и обнадеживают: была и большая концентрация углекислоты, чем сейчас, и температуры были выше нынешних — и ведь биосфера не деградировала, а, напротив, породила огромное количество видов живых существ! Но необходимо сделать три замечания. Первое. Изменения климата произойдет так быстро, что биота просто не успеет приспособиться к новым условиям существования: повышение среднегодовой температуры на 4°С прогнозируется всего за 50 лет! Это при том, что для естественного повышения среднегодовой температуры на эту же величину требовалось не менее нескольких тысячелетий. Второе. Энергопотребности человечества не обнаруживают тенденции к уменьшению — напротив, скорость их увеличения постоянно растет. Например, в одном только Китае планируется использование до 2025 года количества угля, достаточного для выделения в атмосферу 3 Гт углекислого газа в год, т.е. более половины современного годового антропогенного выброса СО2 в настоящее время13 . А сжигание всех разведанных месторождений угля и нефти увеличит содержание углекислоты в атмосфере до 2000 Гт, что в 3 раза превышает его содержание в атмосфере в настоящее время. Третье. К сожалению, знания человечества о системе механизмов глобального климата слабы, чтобы дать точный ответ на вопрос: при каких уровнях концентрации парниковые газы будут вызывать беспрецедентные изменения климата. Поэтому мы имеем неопределенность, связанную с возможным влиянием положительных обратных связей, повышающих среднегодовую температуру. Примером такой положительной обратной связи служит вероятный «механизм насоса», показанный Н.Н.Моисеевым и изложенный выше. Таким образом, сохранение нынешних тенденций в мировой энергетике весьма вероятно повысит среднегодовую температуру нашей планеты до величин, превышающих когда-либо существовавшие на Земле в эпоху жизни высокоразвитых животных. Негативные последствия глобального потепления: Ураганы и наводнения Антропогенные выбросы парниковых газов сильно увеличивают перепад температуры. Во-первых, потому, что в холодных областях (т.е. не прогреваемых Солнцем) увеличение концентрации углекислоты не повысит температуру, в то время как в нагретых Солнцем областях повысит. Во-вторых, выбросы парниковых газов в свою очередь распределяются неравномерно по поверхности Земли, причем, как правило, совпадая с сильно поглощающими солнечную энергию антропогенными ландшафтами. Увеличение перепадов температур вызовет и усиление ветров, которые в некоторых местностях в силу рельефа и направлений течения рек будут вызывать наводнения. Поднятие уровня мирового океана Термическое расширение воды за счет повышения среднегодовой температуры на 4°С составит 20-70 см14 , что способно нанести ущерб жителям прибрежных областей. Больше того — некоторые государства могут просто исчезнуть с лица земли при указанном повышении уровня мирового океана. Так, заместитель премьер-министра Голландии говорил в 1989 году президенту Бразилии, что если леса в Амазонии будут полностью сведены при продолжении существующего поступления углекислоты в атмосферу, Голландия перестанет существовать как страна из-за затопления. И это очень серьезно: две страны, имеющие рекордно высокую плотность населения — Голландия и Бангладеш — расположены на территориях, находящихся едва выше или даже ниже уровня океана. Также надо отметить, что в отличие от этих стран, ведущих активную работу по укреплению морских побережий, есть целая группа малых государств, не имеющая для этого ни людских, ни финансовых ресурсов. Часть из них — Кирибати, Мальдивская республика, Токелау, Тувалу — расположена на коралловых островах, возвышающихся не более чем на 1 м над уровнем океана. На карте мира середины XXI века этих государств может не оказаться. Так проявляется одна из социально-политических проблем, связанных с глобальным потеплением: перед его наиболее трагическими последствиями окажутся страны, не несущие ответственности за нарушение мирового теплового баланса — то есть страны, практически не производящие и не потребляющие энергетических ресурсов. Таяния льдов Антарктики, а также горных ледников при указанном потеплении не ожидается. Но 4°С - не конец истории; при дальнейшем потеплении они могут начать таять, приводя к катастрофическому поднятию уровня мирового океана. Потери плодородных почв Необходимость переориентации сельскохозяйственных регионов на новые культуры. Усиление распространения инфекционных заболеваний. Наиболее трагичные оценки потерь, которые могут быть вызваны отмеченными последствиями глобального потепления к середине следующего столетия, превышают 100 млн. человек и 1 триллион долларов17 . Конечно, следует критично относиться к этим цифрам, но они отражают порядок ответственности руководителей макроуровня за принятие решений, определяющих развитие национальной и мировой энергетики. Проблема антропогенных выбросов СО2 с технической точки зрения решаема даже сегодня: рабочая группа 2 МГЭИК (международная группа экспертов по изменению климата) при ООН составила реестр 105 технологий18 , исключающих или значительно снижающих выбросы углекислоты. Ряд их исследований показывает, что можно добиться снижения эмиссий парниковых газов на 10-30% почти бесплатно за счет энергоэффективности. Для России это особенно актуально: энергоемкость национального российского продукта в два раза (!) превышает аналогичный показатель развитых стран. Осмыслим данный факт: мы можем сократить энергопотребление вдвое и производить продукции столько же, сколько производим теперь! Особо следует остановиться на технологии, позволяющей радикально снизить выбросы СО2 . Такого успеха способна добиться водородная энергетика. Остановиться на ней необходимо для опровержения утверждений об отсутствии альтернатив углеводородному топливу. Отметим преимущества водорода как топлива19 . Неисчерпаемость. В Мировом океане водорода содержится 1,2·1017 т., дейтерия - 2·1013 т. Суммарная масса водорода составляет 1% общей массы Земли, а число атомов - 16%. Особенно важен здесь тот фактор, что при сгорании водород превращается в воду и полностью возвращается в круговорот природы. В то же время, по самым оптимистическим прогнозам, ресурсы углеводородного топлива будут истощены примерно через 100 с лишним лет, в то время как угля - через многие столетия. Величина запасов угля важна и в контексте водородной энергетики: ближайшей промышленной перспективой производства водорода будет получение его при газификации углей. Весовая теплотворная способность водорода (28630 ккал/кг) в 2.8 раза выше по сравнению с бензином. Энергия воспламенения в 15 раз меньше, чем для углеводородного топлива. Максимальная скорость распространения фронта пламени в 8 раз больше по сравнению с углеводородами. Излучение пламени в 10 раз меньше по сравнению с пламенем углеводородов. Экологичность При использовании водорода как топлива исключается возможность усиления парникового эффекта, не выделяются вредные вещества (автомобильный двигатель выбрасывает 45 токсичных веществ, в том числе и канцерогены 20 ), нет опасности образования застойных зон водорода — он легко улетучивается. Отметим и отрицательные качества водорода. Это низкие плотность и объемная теплотворная способность, более широкие пределы взрываемости и более высокая температура воспламенения по сравнению с углеводородами. Применение концепции энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ), описанной ниже, позволит снизить негативное влияние этих недостатков водорода как топлива, которые заметно перекрываются его достоинствами. Имеется много технологических разработок по применению водорода как топлива в промышленности, на транспорте и в быту. Так, в 1972 году в США на испытательном полигоне фирмы «Дженерал моторс» проводились соревнования городских транспортных средств, в которых участвовало 63 автомобиля с различными системами двигателей, в том числе на аккумуляторных батареях, аммиаке-пропане и два автомобиля на водороде. Последние заняли первое и второе места. Лучшие результаты показал конвертируемый на водород автомобиль фирмы «Фольксваген», в котором отработавшие газы были чище засасываемого в двигатель городского воздуха 21 . Водород также может использоваться в авиационных и ракетных двигателях, в турбинах для получения электроэнергии. Наиболее часто встречающееся возражение против водородной энергетики — водород якобы трудно получить и для этого нет приемлемых источников энергии (а сжигать нефть для получения водорода просто нецелесообразно), к тому же его опасно хранить и использовать из-за взрывоопасности. Необходимо показать несостоятельность этих опасных заблуждений. Для промышленного получения водорода разработано большое количество способов, однако практически оправдали себя лишь некоторые из них. К основным методам можно отнести химический, электрохимический и физический. Опишем их содержание22 ). Все химические способы получения водорода состоят обычно из двух ступеней: на первой образуется водяной газ (смесь водорода и окиси углерода), который во второй ступени подвергается конверсии. Здесь особо отметим способы получения водорода путем газификации каменных и бурых углей, сжигание которых чрезвычайно вредно для окружающей среды, но, к сожалению, до сих пор распространено в России (хотя еще король Англии Эдуард I (1272-1307) издал указ, запрещающий под страхом смертной казни использовать уголь как топливо23 ). Газификация углей позволит значительно снизить вред от использования угля и более эффективно реализовать потенциал земных запасов угля. Для получения водорода термическим разложением газообразных углеводородов или конверсией их с водяным паром, углекислотой или кислородом используется природный или попутные газы, газы нефтепереработки и гидрирования, метан-водородная фракция пиролиза и др. Электрохимический способ производства водорода заключается в разложении воды (водных растворов электролитов) с помощью электрического тока. При физических методах получения происходит выделение водорода из газовых смесей (коксовый газ, отходящие побочные газы установок каталитического реформинга, метан-водородные фракции) ступенчатым охлаждением до низких температур, когда происходит сжижение компонентов газовой смеси (кроме водорода). Теперь рассмотрим проблему хранения водорода24 . В настоящее время разработаны и применяются следующие способы хранения водорода: 1. В газообразном состоянии под давлением. 2. В жидком состоянии. 3. В интерметаллических соединениях. 4. В химических соединениях. 5. Комбинированные системы хранения. Использование того или иного способа хранения возможно лишь после определения области его применения. Остановимся на наиболее безопасных способах хранения водорода — в интерметаллических соединениях и в химических соединениях.
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (515)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |