Лес и климат: звенья одной цепи

19 декабря 2009 года в Копенгагене завершила работу Конференция ООН по изменению климата на планете, участники которой сошлись во мнении, что мир в своем развитии должен выбрать путь, ведущий к повышению климатической безопасности. По заявлению устроителей, «Копенгагенское соглашение» призвано было дать импульс незамедлительным действиям по борьбе с изменением климата и одновременно привести переговоры к обсуждению долгосрочного плана действий.

Академик В. И. Вернадский в работе «Несколько слов о ноосфере», написанной в 1943 году и опубликованной в 1944-м, обратил внимание на то, что человечество стало геологической силой Земли: «Лик планеты — биосфера — химически резко меняется человеком сознательно и главным образом бессознательно. Меняется человеком физически и химически воздушная оболочка суши, все ее природные воды…» С тех пор не утихают научные споры на этот счет, но надо признать, что биомасса человечества достигла той величины, когда оно, человечество, является значительной силой переустройства и видоизменения планеты. Влияние человеческой деятельности на биосферу является несомненным и неоспоримым фактом.

В мировых средствах массовой информации растет количество публикаций, посвященных изменению климата, увеличению объема выбросов углекислого газа, а также необходимости борьбы с этими явлениями. Проблематика научного направления по изучению углеродного цикла, а точнее, той его части, что связана с выбросами углекислого газа в атмосферу, перешла из научной сферы в политическую и экономическую. В чем же причина такого интереса к экологической проблеме и не станет ли эта «модная» проблема новым мифом, с помощью которого правящие элиты смогут формировать новую политику? Своими корнями серьезный интерес ученых к изучению запасов углерода уходит в 1960-е годы, когда была осуществлена Международная биологическая программа (МБП). Эта программа была ориентирована на глобальную оценку экологического потенциала биологических ресурсов биосферы. В конце 1970-х — 1980-х годах интерес ученых к изучению цикла углерода усилился в связи с изменением климата под действием выбросов в атмосферу Земли «парниковых газов» (общепринятое название проблемы — глобальное потепление).

Глобальное потепление

Процесс постепенного повышения стреднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана, наблюдаемый с середины XX века, в докладах, публикуемых Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), обосновывается увеличением концентрации парниковых газов, главным образом углекислого газа, а также метана, закиси азота, гидрофторуглеродов, перфторуглеродов и гексафторида серы. Увеличение доли парниковых газов в составе атмосферы напрямую связано с деятельностью человечества, преимущественно со сжиганием ископаемого топлива и вырубкой лесов. Согласно данным МГЭИК, с 1850 по 1998 год в результате сжигания топлива и производства цемента в атмосферу поступило приблизительно 230 млрд т углерода в виде углекислого газа. Около 136 млрд т было выделено в результате изменений в землепользовании, главным образом лесными экосистемами. За этот период атмосферная концентрация углекислого газа повысились приблизительно с 0,0285 до 0,0366% (или с 285 до 366 ppm). При этом наряду с поступлением углекислого газа, происходило и его депонирование океанами и экосистемами суши. Вулканическая деятельность, в результате которой также в атмосферу выбрасываются парниковые газы, была недооценена экспертами в качестве причины разогревания атмосферы. Из отчета МГЭИК: «Потепление климатической системы — неоспоримый факт, что очевидно из наблюдений за повышением глобальной средней температуры воздуха и океана, широко распространенным таянием снега и льда, повышением глобального среднего уровня моря». По данным МГЭИК, линейный тренд изменения температуры, охватывающий период с 1906 по 2005 год, составляет 0,74 °С, что, по оценкам специалистов, является беспрецедентно высоким значением, указывающим на быстрый климатический сдвиг в сторону потепления. Удвоение содержания СО₂ в атмосфере, по данным МГЭИК, может произойти в середине XXI века или после 2100 года. Удвоение, как полагают, приведет к повышению температуры на 1,5−4,5 °С по сравнению с доиндустриальной (до XX века) эпохой. Однако многие эксперты выступают с критикой отчетов МГЭИК, заявляя о высоком разбросе погрешности (полвека!). Тем не менее в истории Земли были эпохи, существование которых доказано методами палеонтологии и углеродного анализа, когда климат был теплее, а фотосинтетическая активность растений выше по сравнению с нашим временем.

Современное состояние проблемы

Мировым сообществом для борьбы с глобальным потеплением как с результатом человеческой деятельности было принято решение о принятии соответствующих мер для снижения антропогенного воздействия на биосферу. Основные положения регулирования объемов выбросов парниковых газов были сформулированы в положениях Киотского протокола. Согласно ст. 3.1 Киотского протокола, стороны, подписавшие его, обязуются ограничить выбросы парниковых газов в период с 2008 по 2012 год. В качестве парниковых газов, подлежащих учету, окончательно указываются диоксид углерода, метан, закись азота, гидрофторуглероды, перфторуглероды и гексафторид серы. Для пересчета выбросов парниковых газов в эквивалент диоксида углерода принято использовать установленные МГЭИК коэффициенты. В этом документе говорится о необходимости повышения эффективности использования энергии, поощрения инновационных и экологически безопасных технологий; c природоохранной позиции подчеркивается необходимость содействия рациональным методам ведения лесного хозяйства, облесению и лесовозобновлению на устойчивой основе, поощрению устойчивых форм сельского хозяйства (ст. 2.1а). При расчете суммарных выбросов будут учтены «облесение, лесовосстановление и обезлесивание», а также согласованные виды деятельности, связанной с землепользованием, изменениями в землепользовании и лесным хозяйством.

В то же время Киотский протокол — это юридический документ, закладывающий фундамент для дальнейших экономических операций на мировом рынке, связанных с приобретением и распределением квот на выбросы углекислого газа промышленными странами. В настоящее время основные рынки продажи углеродных квот успешно функционируют в трех европейских странах: в Нидерландах (Амстердам) — Climex, во Франции (Париж) — Blunext, в Великобритании (Лондон) — Climate Spot Exchange и European Climate Exchange. Их суммарный объем на осень прошлого года оценивался в 90 млрд евро. В то же время влиятельное британское издание The Guardian сообщило о большом количестве зафиксированных финансовых махинаций и действий спекулянтов в сфере приобретения и распределения квот на выбросы углекислого газа среди промышленных стран. Все это говорит о том, что решение проблемы изменения климата экономическими методами приходится признать неэффективным.

Для большинства ученых в мире глобальное потепление — ясная и четко очерченная проблема. Но существует немало ученых, которые отрицают сам факт глобального потепления или утверждают, что результаты его воздействия на атмосферу будут мягкими и ограниченными. В самом деле, в отчетах МГЭИК нет четко представленной зависимости между увеличением среднегодовой температуры и ростом концентрации парниковых газов в атмосфере. По данным отчетов, сделанных экспертами этой организации, рост концентрации углекислого газа в атмосфере является прямым следствием человеческой деятельности (например, сжигания органического топлива) и уменьшения способности экосистем к его поглощению и депонированию.

Результаты исследований, выполненных в США организацией Pew Research, свидетельствуют о том, что число людей, серьезно обеспокоенных проблемой глобального изменения климата, за последние два года снизилось (с 77 до 65% от общего количества опрошенных). Международный опрос, проведенный Hоngkong and Shanghay Banking Corporation (одной из крупнейших банковских групп), показал снижение за последний год с 32 до 25% ответивших, что глобальное потепление — наиглавнейшая проблема, которая беспокоит их сейчас.

В отчетах МГЭИК явно недооценена роль лесов в снижении концентрации углекислого газа в атмосфере Земли. Прежде всего необходимо отметить решающую роль лесов в депонировании углерода и его атмосферном связывании. Для формирования устойчивого лесного сообщества, в котором поглощение и выделение углекислого газа считается уравновешенным, требуется 200−600 лет, а в течение этого периода лес является эффективным поглотителем углекислого газа. Таким образом, роль лесовозобновления в борьбе со снижением концентрации углерода в атмосфере трудно переоценить.

Климат и лес

Жизнь на Земле возможна благодаря двум важнейшим процессам, протекающим в биосфере: синтезу органического вещества из неорганических элементов под воздействием солнечного света (фотосинтезу) и обратному процессу — разложению с высвобождением углекислого газа и минеральных элементов. Фотосинтез выражается следующей химической формулой: 6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂. То есть шесть молекул углекислого газа связываются шестью молекулами воды с образованием органического вещества, при этом выделяются шесть молекул двухатомарного кислорода. Растения, в том числе древесные, берут воду преимущественно из почвы, а углекислый газ — из атмосферы. Древесина наполовину состоит из углерода (50−51%), а другую ее половину составляют кислород, водород, азот и прочие элементы. В процессе роста дерева и синтеза древесины в атмосферу поступает кислород, а из атмосферы поглощается углекислый газ. Синтез древесины описывается уравнением: 24СO₂ + 18H₂O → 4C₆H₉O₄ + 25O₂. Таким образом, 24 молекулы углекислого газа, соединяясь с 18 молекулами воды, образуют 4 молекулы древесины и 25 молекул кислорода. В результате реакции синтеза древесины углерод, заключенный в древесине, будет депонирован на многие десятки, а то и сотни лет. На одном гектаре в год в российских еловых лесах в среднем прирастает 2,3 м³ (0,828 т) древесины ели. При синтезе 0,828 т древесины, из атмосферы поглощается 1,533 т углекислого газа и 0,46 т воды, а выделяется 1,17 т кислорода. За этот же период на одном гектаре березового леса прирастает в среднем 3,6 м³ древесины.

Растения способны к увеличению интенсивности поглощения углекислого газа при росте его концентрации в атмосфере. У некоторых зерновых культур повышается активность фотосинтеза при увеличении концентрации CО₂ до 0,5% в окружающем их воздухе. Очень высоких значений скорость фотосинтеза достигает при содержании углекислоты около 0,1% (современные концентрации CО₂ в атмосфере Земли — 0,0366%). В обычных условиях растениям не хватает атмосферного углекислого газа, для того чтобы с максимальной эффективностью использовать попадающий на них солнечный свет.

Приведенные сведения, говорят о том, что для обеспечения поглощения углекислого газа из атмосферы эффективным инструментом станет разведение лесов. Оптимально — из быстрорастущих лиственных пород.

Зависимость от сжигания ископаемого топлива

В энергосистемах таких крупных держав, как США и Россия, доля атомной энергии занимает не более 20−25%. Экономистами и учеными подсчитано, что атомные электростанции в основном убыточны, поскольку требуют значительных средств на консервацию отработавших реакторов и утилизацию отходов. Эти средства в сумме часто превышают получаемую прибыль. Выход энергии от альтернативных источников (солнца, ветра и т. п.) чрезвычайно мал, именно поэтому мировая экономика еще долго будет нуждаться в энергии, получаемой от сжигания ископаемого топлива. Таким образом, объем выбросов углекислого газа от сжигания ископаемого топлива будет расти.

Лесная политика

По мнению большинства специалистов, в настоящее время назрела необходимость разработать принципы лесной политики, которые позволят снизить объемы выбросов СО₂ в атмосферу. Лесная политика на уровне государства может быть направлена на сток углерода из атмосферы и удержание его в древесине. Среди основных принципов этой политики должны быть следующие: защита леса от пожаров и массового усыхания; возобновление древостоя на площадях сплошных рубок, пожарищ и на прочих нелесных площадях; увеличение лесопокрытой площади; создание плантационных культур; защита древесины в деревянных конструкциях и сооружениях; использование древесины в строительстве вместо энергоемких материалов (таких как металлы, цемент). Таким образом, именно леса могут стать основным инструментом положительного влияния человечества на биосферу. Лес, как очень сложная многокомпонентная система, обеспечивает за счет биогенного круговорота веществ относительную стабильность изменения газового состава атмосферы.

Роль российских лесов в круговороте углерода

В 2004 году российское правительство ратифицировало Киотский протокол, несмотря на протесты Российской академии наук. Согласно требованиям Киотского протокола, наша страна должна зафиксировать выбросы углекислого газа на уровне эмиссии 1990 года, которая тогда составляла 3,2 млрд т в год. На 2004 год суммарный объем парниковых газов составлял 2,2 млрд т. В ряду таких секторов, как промышленность, сельское хозяйство, переработка отходов и других, на долю энергетики приходилось приблизительно 82% эмиссии парниковых газов. Поглощение и выделение парниковых газов в секторе ЗИЗЛХ, который мог бы осуществлять существенный сток углерода, не имеют четкой тенденции, что объясняется прежде всего нерациональным ведением хозяйства. Наша страна обладает самыми большими в мире запасами леса и лесными площадями. На долю России приходится примерно четверть мировых запасов леса. По некоторым оценкам, леса РФ ежегодно связывают около 0,7 млрд т углекислого газа. Связывание таких объемов углекислого газа стабилизирует газовый состав атмосферы и климат нашей планеты.

В России должна быть создана национальная система экономической оценки природных ресурсов — в первую очередь лесов. Имеющиеся сейчас экономические оценки лесов базируются в лучшем случае на стоимости древесины. Вне экономической оценки оказывается роль лесов в поддержании глобального баланса углерода в лесных экосистемах и другие важнейшие биосферные функции леса.

Решение проблемы

17 декабря 2009 года представители правительств Австралии, Франции, Японии, Норвегии, Великобритании и США в рамках встречи в Копенгагене по проблеме глобального изменения климата выступили с инициативой создания общественного фонда с начальной суммой $3,5 млрд. Цель организации фонда — возобновление лесов на планете, в основном в ряде развивающихся стран. Среди задач фонда: с помощью лесоразведения добиться стабилизации климата, содействовать процессу поглощения парниковых газов, поддержанию экономик развивающихся стран, сохранению биоразнообразия и качества окружающей среды, уменьшению скорости сведения лесов. Предполагается, что деньги поступят от стран — участниц проекта, который будет осуществлен в 2010−2012 годах. По мнению премьер-министра Великобритании Гордона Брауна, «посадки леса могли бы стать весомым вкладом в решение проблемы глобального изменения климата. Эти посадки могли бы дать 90% средств к существованию 1,2 млрд людей, живущих за чертой бедности. Около $25 млрд нужно потратить на нужды облесения в период с 2012 по 2015 год. Эти меры должны поддержать страны с исчезающими тропическими лесами. Именно коллективные действия многих стран приведут к эффективному решению проблемы. Так, начальный вклад Великобритании будет в размере $480 млн». Таким образом, уже сейчас закладывается необходимая финансовая база для создания лесов с экологическими и социальными функциями в бедных тропических странах. Остается надежда, что подобные инициативы по созданию лесов, выполняющих экологические функции, будут приняты и в России.

Екатерина КАПИЦА, канд. биол. наук,
доцент кафедры общей экологии, анатомии и физиологии растений СПбГЛТА,
Антон КУЗНЕЦОВ,
преподаватель кафедры общей экологии, анатомии и физиологии растений СПбГЛТА,
Игорь КАЗАРЦЕВ,
научный сотрудник Института защиты растений