Продолжение серии научно-популярных публикаций "Жизнь на новой Земле" журнала "В мире науки". Начало здесь.
В этой статье специалисты рассказывают, какие действия могут удержать важнейшие экологические процессы в безопасных пределах.
Потеря биоразнообразия
Гретхен Дейли (Gretchen C. Daily), профессор экологических наук Стэнфордского университета.
Пора взглянуть в лицо суровой правде: одни лишь традиционные подходы к сохранению окружающей среды обречены на провал. Резервы природы слишком малы, недостаточно консолидированы, чересчур подвержены изменениям, и поэтому способны обеспечить поддержание лишь малой доли биоразнообразия Земли. Наша задача — сделать сохранение природы привлекательным занятием с экономической и культурной точек зрения. Мы не можем продолжать относиться к окружающей среде как к шведскому столу, по принципу: «Съешь сколько сможешь».
Мы зависим от природы буквально во всем: она дает нам пищу, пресную воду, морепродукты, лесоматериалы, обеспечивает устойчивый климат, удовлетворяет множество биологических и физических потребностей. Для сохранения возможности пользоваться этими благами нам требуется нечто вроде «станций обслуживания экосистем» — мобильная и эффективная система защиты, которая должна быть создана и действовать на государственном уровне.
Пока лишь немногие страны осознают это и предпринимают эффективные меры, затрагивающие политику, экономику и общество. Так, правительство Коста-Рики платит землевладельцам за обслуживание экосистем в тропических лесах, включая компенсации за углерод, производство гидроэнергии, сохранение биоразнообразия и красоты ландшафтов. Китай вкладывает около $100 млрд. в «экокомпенсацию», в том числе в эффективную инновационную политику и финансовые механизмы поощрения сохранения и восстановления природы. Страна создает «зоны охраны функционирования экосистем», отведя под них 18% территории. Резко изменили природоохранную политику также Колумбия и ЮАР.
Широко внедрить эти успешные модели помогут три фактора. Во-первых, достижения науки и новый инструментарий для оценки природного «капитала». Например, в рамках проекта Natural Capital Project была разработана программа InVEST, объединяющая оценку экосистемных услуг с компромиссными решениями, принимаемыми правительствами при планировании использования земель и ресурсов и развития инфраструктуры. Во-вторых, демонстрация использования этого инструментария в политике в отношении ресурсов. И наконец, сотрудничество правительств, проектных, коммерческих и общественных организаций в построении более надежных экономических систем, способных поддерживать экологическую стабильность.
Азотный цикл
Роберт Хауарт (Robert Howarth), профессор экологии и экологической биологии Корнельского университета.
Человеческая деятельность сильно повлияла на распространение азота по всему земному шару. Главный источник — использование удобрений. Однако в некоторых регионах, например на северо-востоке США, еще больший вклад дает сжигание ископаемого топлива. Решением в этом случае может стать сбережение энергии и более эффективное ее использование. Другое эффективное средство — внедрение гибридных автомобилей. Они выделяют намного меньше соединений азота, чем традиционные автомобили, т.к. на время остановок их двигатели выключаются (у обычных автомобилей больше всего выбросов выделяется как раз во время работы двигателя на холостом ходу). Выбросы соединений азота электростанциями США также можно существенно уменьшить, если электростанции, построенные до введения Закона о чистом воздухе, будут удовлетворять его требованиям. Сегодня они загрязняют воздух больше, чем производят электроэнергии.
В сельском хозяйстве многие фермеры могли бы вносить меньше удобрений, почти или даже совсем не снижая урожайности. Смыв с полей неизбежен, поскольку корни зерновых пронизывают только верхний слой почвы глубиной всего в несколько дюймов и усваивают удобрения лишь в течение двух месяцев в году. Кроме того, потери азота можно уменьшить на 30% и более, если выращивать такие озимые культуры, как рожь или пшеница, что позволит почве удерживать азот. Эти культуры увеличивают также связывание углерода в почве, смягчая этим изменение климата. Еще лучше отдать предпочтение не зерновым культурам, а многолетним растениям, например травам: при этом потери азота уменьшаются во много раз.
Большую проблему представляет собой загрязнение азотом комплексами «интенсивного откорма скота по замкнутому циклу» (CAFO). Совсем недавно, еще в 1970-х гг., скот кормили в основном продукцией местных ферм, и отходы животноводства возвращались на поля в качестве удобрений. Сегодня основная часть скота в США откармливается культурами, выращенными в сотнях километров от места откорма, что делает возврат навоза экономически невыгодным. Что делать? Потребовать от откормочных предприятий, чтобы они организовали перерабатку своих отходов так же, как муниципалитеты — бытовых. Кроме того, если мы станем потреблять меньше мяса, то и отходов будет меньше, а для производства кормов потребуется меньше искусственных удобрений. Идеальным могло бы стать употребление в пищу мяса скота, который свободно пасется на многолетних травах.
Сильно увеличивает загрязнение биосферы азотом и стремительный рост производства этанола в качестве биотоплива. Данные некоторых исследований показывают, что, если намеченные Соединенными Штатами планы по производству этанола будут выполнены, то сток соединений азота по реке Миссисипи, формирующий мертвую зону в Мексиканском заливе, увеличится на 30–40%. Наилучшей альтернативой был бы отказ от производства этанола из зерна. Если страны хотят использовать биотопливо, им следует выращивать травы и деревья и сжигать их для производства тепла и электроэнергии. При этом загрязнение азотом и выбросы парниковых газов будут гораздо меньше.
Фосфорный цикл
Дэвид Ваккари (David A. Vaccari), директор по строительной, экологической и морской технике Технологического института Стивенса
В результате повышения уровня жизни потребность в фосфоре растет быстрее численности населения. При сегодняшних темпах потребления фосфора легко доступных его запасов хватит меньше, чем на сто лет. Таким образом, перед нами стоят две цели: сберегать этот ресурс и одновременно уменьшить смыв фосфора, повреждающий прибрежные экосистемы.
Допустимым пределом долговременного наличия фосфора в окружающей среде был бы естественный поток в 7 млн. т. в год. Чтобы удержать его на этом уровне, удовлетворяя при этом нашу потребность в 22 млн. т. в год, потребуется возвращать для повторного использования 72% потребляемого фосфора, а если спрос будет расти, то и больше.
Поток можно уменьшить и с помощью существующих технологий. Такие сберегающие агротехнические методы, как беспахотное и террасное земледелие, могли бы уменьшить поступление фосфора в реки на 7,2 млн. т. в год. Большую часть не возвращаемого для повторного использования фосфора с животноводческих ферм (а оттуда в море поступает около 5,5 млн. т. в год) можно было бы перевозить в земледельческие зоны, где ему нашлось бы применение. Современные технологии также позволяют в большем количестве извлекать фосфор из отходов жизнедеятельности человека (от 50 до 85%), сберегая 1,05 млн. т. в год.
Перечисленные меры реально осуществимы уже сегодня, но их недостаточно, чтобы предотвратить наиболее опасные варианты развития событий. И тем не менее они позволят уменьшить смыв фосфора в водоемы с 22 до 8,25 млн. т. в год, т.е. до уровня, лишь немного превышающего естественный.
Изменение климата
Адель Моррис (Adele C. Morris), директор по стратегии Проекта по экономике в области климата и энергетики Брукингского института
Выбор предельно допустимой концентрации парниковых газов в атмосфере, хотя и представляется научно обоснованным, на самом деле требует еще раз взвесить преимущества и затраты, связанные с достижением тех или иных целей и определением того, кто будет платить. Как бы это ни было трудно, мы должны принять стратегии, минимизирующие затраты и позволяющие сохранить консенсус для действия на многие годы. Консенсус очень важен, поскольку если программа покажется избирателям и налогоплательщикам дорогостоящей, они могут потребовать отказа от нее.
Политика, связанная с изменением климата, основанная на учете цен, поможет преодолеть такие экономические и политические препятствия. Внутри страны можно выбрать, например, повышение налога на выброс парниковых газов, не слишком большое, но охватывающее достаточно широкие области экономики. Другим вариантом может стать политика ограничения выбросов и торговли квотами по ценам в определенном диапазоне. Регулируемый диапазон позволит сделать цену выбросов достаточно высокой, чтобы стимулировать их уменьшение без большого риска для экономики, если по недосмотру ограничения окажутся слишком жесткими.
Международные соглашения должны также допускать основанные на ценах обязательства как альтернативу жестким ограничениям выбросов, которые могут оказаться невыполнимыми. Договор по климату может позволять странам вводить налоги согласованного уровня. Такая гибкость уменьшит опасения развивающихся стран, которые боятся, что ограничения затормозят их выход из бедности. Чтобы оставаться в пределах «безопасного рабочего пространства», нужно держаться в пределах всех относящихся к делу границ, включая и готовность избирателей платить.
Использование земель
Эрик Лэмин (Eric F. Lambin), специалист по земельным ресурсам Стэнфордского и Лувенского университетов
Чтобы держать под контролем использование земель, необходимо сосредоточиться на распределении обрабатываемых земель в глобальном масштабе. Интенсивное земледелие следует концентрировать в местах, обладающих наибольшим потенциалом плодородия. Однако значительная часть таких земель сегодня теряется. Мы рискуем достичь критической точки, когда любое увеличение производства продуктов питания (не говоря уже о биотопливе) потребует быстрой вырубки тропических лесов и уничтожения других экосистем, а также распространения земледелия на менее перспективные земли, где урожаи будут меньше.
Избежать потери лучших сельскохозяйственных земель можно путем контроля их деградации, истощения источников пресной воды и расширения городов. Это потребует зонирования и внедрения более эффективных агротехнических методов, особенно в развивающихся странах. Потребность в расширении возделываемых земель можно сократить также путем уменьшения потерь при распределении продовольствия, поощрения замедления роста населения, обеспечения более справедливого распределения продуктов питания по всему миру и существенного уменьшения потребления мяса в богатых странах.
Можно также принять более жесткую политику выведения земель из сельскохозяйственного оборота, как это сделано в Европейском союзе. Некоторые развивающиеся страны (Китай, Вьетнам, Коста-Рика) сумели остановить уничтожение лесов и даже начать их восстановление благодаря более разумной экологической политике, сильной политической воле, изменениям в политике землепользования, основанной на регламентации использования земель и защите экосистемных услуг. Перед этими странами стоит задача продолжить внедрение такой политики, избегая при этом увеличения импорта продовольствия.
Окисление океанов
Скотт Дони (Scott C. Doney), старший специалист Вудс-Холского океанографического института
Окисление мирового океана вызвано выбросами диоксида углерода (СО2), однако для борьбы с этим явлением годятся не только глобальные, но также региональные и местные меры.
В глобальном масштабе необходимо остановить рост выбросов СО2 в атмосферу, так чтобы постепенно снизить их до уровня доиндустриальной эпохи. Главной тактикой здесь должно быть повышение эффективности использования энергии, переход на возобновляемые и ядерные источники электроэнергии, защита лесов и использование технологий связывания углерода.
В региональном масштабе сток удобрений в прибрежные воды приводит не только к образованию мертвых зон, но и к повышению кислотности океана. Избыток удобрений вызывает ускоренное размножение фитопланктона, а при отмирании составляющих его организмов в воду выделяется СО2. Нам следует быть осмотрительнее в отношении того, как мы удобряем поля и пастбища и перерабатываем отходы животноводства. Другой мерой должно стать уменьшение кислотных дождей, порождаемых в основном выбросами электростанций и промышленных предприятий.
В локальном масштабе окисленную воду можно нейтрализовать известняком или другими основаниями, получаемыми электрохимическим способом из морской воды и горных пород. Более практичной может оказаться защита конкретных моллюсковых банок и рыбоводных хозяйств. Личинки двустворчатых моллюсков, в частности устриц, более чувствительны к повышению кислотности, чем взрослые особи, поэтому переработка старых раковин в ил может помочь выравнивания рН и созданию более подходящего субстрата для прикрепления личинок двустворчатых моллюсков. Контролировать химию воды и способствовать переходу на более устойчивые виды могут питомники для моллюсков.
Ожидается, что в предстоящие десятилетия снижение рН океана ускорится, и морским экосистемам придется приспосабливаться к этому. Мы можем помочь им, уменьшив другие повреждающие факторы, в частности загрязнение воды и чрезмерный вылов рыбы, что повысит устойчивость экосистем к некоторому повышению кислотности в период перевода энергетики с ископаемого топлива на другие источники.
Потребление пресной воды
Питер Глейк (Peter H. Gleick), президент Тихоокеанского института
Сегодня лишь немногие отрицают необходимость установить предельные значения использования пресной воды. Больше споров вызывают вопросы о том, какими должны быть эти пределы и какие шаги нужно предпринять, чтобы не дать человечеству их перейти.
Одним из способов определения этих пределов вытекает из концепции пика потребления воды (peak water), в рамках которой существует три различных подхода. «Пик возобновления» (peak renewable water) — это потребление, ограничиваемое суммарным возобновляемым поступлением воды в бассейн реки. Состояние многих крупных рек уже приближается к пределу, когда сумма испарения и забора воды превышает естественное ее восполнение из атмосферных осадков и других источников. Концепция «пика невосполнения» (peak nonrenewable) применима там, где потребление воды человеком намного превышает темп естественного восполнения. Это касается питаемых ископаемыми водами водосборных бассейнов на Великих Равнинах США, в Ливии, Индии, северной части Китая и в некоторых частях Большой Калифорнийской долины. В таких бассейнах потребление воды вначале растет, а затем уменьшается, т.к. усилия и затраты, необходимые для использования скудеющего ресурса, растут.
Идея «экологического пика» (peak ecological) состоит в том, что в любой гидрологической системе увеличение отбора со временем достигает точки, когда экологический вред, вызываемый забором воды, нивелирует любую дополнительную экономическую выгоду от ее потребления. Точно определить эту точку трудно, но мы несомненно уже прошли ее во многих бассейнах в разных частях мира, где произошли колоссальные повреждения, — в районе Аральского моря, в Национальном парке Эверглейдс во Флориде, в долине рек Сакраменто и Сан-Хоакин и многих бассейнах Китая.
К счастью, возможности экономии воды без ущерба для здоровья человечества и экономики огромны. Повысить эффективность использования воды можно во всех секторах экономики. Многие продовольственные культуры можно выращивать, расходуя (и загрязняя) меньше воды, если перейти от традиционного орошения напуском к капельному, или к использованию прецизионных спринклеров-оросителей в сочетании с более точным мониторингом влажности почвы. Обычные электростанции можно перевести с водяного охлаждения на воздушное, а также использовать источники, практически не требующие потребления воды — фотоэлектрические и ветровые. Внутри стран миллионы людей могут заменить бытовые устройства с большим потреблением воды более экономичными: особенно это касается стиральных машин, смывных устройств в туалетах и душевых насадок.
Разрушение озонового слоя
Дейвид Фейхи (David W. Fahey), физик Национального управления по исследованию океанов и атмосферы
В результате принятия Монреальского протокола в рамках Венской конвенции по защите озонового слоя использование разрушающих озон веществ, прежде всего хлорфторуглеродов (ХФУ) и галонов, за два десятилетия уменьшилось на 95%. К 1 января их производство в 195 странах, подписавших этот протокол, было прекращено. Ожидается, что к 2100 г. разрушение озонового слоя сменится его восстановлением. Этот результат был достигнут за счет использования временных заменителей, в основном гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) и растущего применения соединений, не вызывающих разрушения озонового слоя, например гидрофторуглеродов (ГФУ).
Для дальнейшего успеха необходимы следующие меры:
- продолжать наблюдения за озоновым слоем, чтобы оперативно отслеживать непредвиденные изменения; обеспечить выполнение странами принятых соглашений (например, использование ГХФУ не будет полностью прекращено до 2030 г.);
- продолжать работу Группы научной оценки, созданной в рамках протокола, которая должна определять причины изменений озонового слоя и оценивать вредные свойства новых химикатов в отношении разрушения озона и влияния на изменение климата в целом;
- продолжать работу Группы технической и экономической оценки, которая должна предоставлять информацию о технологиях и замещающих соединениях, позволяющую использовать холодильную технику, кондиционирование воздуха и теплоизоляционные пеноматериалы, не нанося ущерба озоновому слою.
Эти две группы должны будут также оценивать изменения климата и восстановление озона в совокупности. Изменения климата влияют на концентрацию озона вследствие изменения химического состава и динамики стратосферы. Например, ожидаемый большой спрос на ГФУ может внести существенный вклад в изменение климата.
Источник: ежемесячный научно-информационный журнал «В мире науки» №6 2010
