Со второй половины XX века вопросы, связанные с состоянием атмосферы и качеством атмосферного воздуха, входят в круг постоянно обсуждаемых экологических проблем. На национальном и международном уровне предпринимаются вполне конкретные практические шаги, связанные с охраной компонентов атмосферы и регуляции производства атмосферных загрязнителей. В качестве примера можно привести Венскую конвенцию об охране озонового слоя (1985) и Монреальский протокол по веществам. разрушающим озоновый слой (1987), Рамочную конвенцию ООН по изменению климата (1992) и Киотский протокол к ней (1997). Кислород является одним из компонентов атмосферы, темпы его антропогенного потребления увеличивается, поэтому вполне естественно, что все становятся все более громкими призывы к охране и регуляции использования этого атмосферного ресурса. В России достаточно громкую известность приобрели публикации В.М. Болдырева (2001, 2003а, 2003б, 2004), в которых предлагается новая доктрина атмосферного пользования, основанная на лицензировании атмосферного кислорода.
Рассмотрим основные положения предлагаемой доктрины, поскольку сходная аргументация используется и во многих других публикациях в средствах массовой информации и природоохранных изданиях (Бирюлин, 2000, Гордина и др., 2002, Друзь и др., 1996, Ткаченко,). В.М. Болдырев исходит из известного определения (Наше общее будущее…, 1989), что «устойчивое развитие – это развитие, отвечающее нуждам и ожиданиям настоящего поколения и не подвергающее риску способность будущих поколений удовлетворять их собственные нужды». С позиций устойчивого развития промышленное потребление кислорода на территории страны (региона) не должно превышать возможность растительного мира страны (региона) по воспроизводству атмосферного кислорода в результате фотосинтеза. В.М. Болдыревым разработана методика по производительности растительного мира Земли в процессе фотосинтеза. С использованием этой методики обнаружено, что производство кислорода растительным миром России существенно превосходит его потребление экономикой страны, в результате Россия ежегодно производит 5.4 млрд. т «избыточного кислорода». В случае введения лицензирования на потребление кислорода на международном уровне, реализация «избыточного кислорода» может дать России до 70-140 млрд. долл. ежегодно. Проанализируем более подробно ряд положений и аргументов, лежащих в основе предлагаемой доктрины (Табл. 2).
Таблица 2. Критический анализ ряда ключевых положений публикации В.М. Болдырева «Атмосферным кислородом по глобализации и кредиторам. Значимый фактор геополитики, национальной безопасности и погашения долгов России» (2001).
| Цитаты из В.М. Болдырева (2001) | Наши комментарии |
| Резкий скачок потребления кислорода был вызван человеком. Добыча органического топлива и последующее его сжигание на ТЭС, транспорте, различных промышленных объектах привели к необходимости значительного использования кислорода как окислителя сжигаемого топлива. При увеличении добычи и сжигания органического топлива до 20 млрд. тонн условного топлива (т у.т.) в год промышленное потребление кислорода из атмосферы составит примерно 50 млрд. тонн и в совокупности с естественным потреблением превысит нижнюю границу оценки его воспроизводства в природе. | Современное потребление кислорода в результате сжигания ископаемого топлива составляет около 15% от дыхания гетеротрофных организмов суши, то есть скачок не столь уж резкий. Количество атмосферного кислорода уменьшается в относительном выражении крайне незначительно, однако этот процесс стартовал на грани XIX и XX столетий. Значит, порог естественного воспроизводства кислорода был превышен более ста лет назад. |
| Нами была разработана программа расчета регионального баланса состояния атмосферы исходя из общего потребления топлива в районе и «мощности» по производству кислорода флорой региона… Наши расчеты по указанной выше методике показали: …Россия производит 5346 млн. тонн «избыточного» кислорода в год. Кто его потребляет? Поэтому мировое сообщество должно найти справедливое решение этого вопроса. Если оно уже занялось квотированием промышленных выбросов углекислого газа, то более разумным является переход на квотирование промышленного потребления кислорода. | Суммарное выделение кислорода (то есть разность между валовой первичной продукцией и суммарным дыханием) всей биотой суши составляет около 3000 млн. т. По-видимому, под «производством кислорода флорой» автор понимает чистую первичную продукцию, игнорируя дыхание гетеротрофных организмов. По существующим балансовым оценкам (Nilsson et al., 2000), наземные экосистемы России выделяют около 560 млн. т кислорода в год. С учетом антропогенного потребления (табл. 1), Россия поглощала 2170 млн. т кислорода в 1990 г. и 1310 млн. т кислорода в 1990 г. |
| А примеров кислородного голодания множество. Один из них – сероводородное заражение Черного моря. Еще не так давно оно ощущалось, начиная с 200-метровой глубины, а ныне — с 70 метров: сероводород из-за нехватки кислорода в морской воде не окисляется. Кроме того, в Мировом океане активизировались процессы, приводящие к массовому замору рыбы, в том числе из-за нехватки в нем кислорода. | Снижение содержания кислорода действительно зарегистрировано во многих районах мирового океана. Его причиной является не снижение концентрации атмосферного кислорода, а повышение температуры воды в результате глобального потепления, приводящее к снижению растворимости кислорода. Негативные последствия этого процесса для морских экосистем пока изучены недостаточно. |
| Ясно, что сегодня в Земле и на её поверхности столько горючих ископаемых и углеводов, что если все их извлечь и одновременно сжечь, то будет израсходован весь кислород планеты. | При одновременном сжигании всех горючих ископаемых будет израсходовано лишь 2% от современного запаса кислорода атмосферы. Полное разложение всех растений, почвенного гумуса и торфа удалит из атмосферы 0.5% кислорода. |
| Однако мировое сообщество уже длительное время озабочено почему-то не кислородным голоданием большинства промышленно развитых стран, что более важно для жизни, а выбросами СО2 в связи с возможным потеплением климата Земли. | Кислородного голодания на суше нет, так как израсходована слишком малая часть кислорода атмосферы. Содержание CO2 в атмосфере очень мало по сравнению с кислородом, и потому человечество способно существенно изменить его. Роль CO2 как регулятора парникового эффекта не вызывает сомнений у подавляющей части мирового научного сообщества. |
| Тем временем на нашей планете леса уничтожаются со скоростью 20 гектаров в минуту. Это означает, что при годовом потреблении человеком 400 кг атмосферного кислорода, а его могут произвести 0.3 гектара леса, ежеминутно сокращается возможность существования 67 человек. | Уничтожение лесов, конечно же, крайне негативное явление. Однако кислород производит лишь растущий лес, в спелом лесу годичные потоки продукции и разложения сбалансированы. Роль спелых лесов (в обсуждаемом аспекте) состоит в хранении связанного углерода. Обезлесивание приводит к выделению CO2 в атмосферу и поглощению O2 за счет окисления биомассы сведенных лесов. |
Легко заметить, что многие положения В.М. Болдырева находятся в противоречии с имеющими в различных научных дисциплинах сведениями по биосферному круговороту кислорода. Если оставить в стороне ряд апокалипсических примеров «кислородного голодания», то главным методической ошибкой обсуждаемых выступлений является отсутствие балансового подхода к определению производства кислорода растительным покровом. Хотя В.М. Болдырев (2001) и пишет о «сбалансированности производства растениями атмосферного кислорода и его потреблении животными[3]», в своих дальнейших рассуждениях он использует величины «производства кислорода растительным покровом». В нашем анализе круговорота кислорода (Рис. 3) для аналогичного потока мы используем принятый в экологии термин «чистая первичная продукция».
Справедливости ради надо отметить, что подобную ошибку часто делают многие авторы, рассматривающие круговороты кислорода и углерода. Например, в научной и природоохранной литературе широко используется выражение «леса – легкие Земли», которое предполагает, что леса являются производителем кислорода в атмосфере. В то же время уже давно известно, что в зрелой лесной экосистеме при стабильном климате годичные потоки продукции (производства кислорода) и деструкции (потребления кислорода) сбалансированы. Поэтому производителями кислорода являются лишь растущие леса, в которых углерод из атмосферного углекислого газа складируется в биомассу деревьев, или, например, зарастающие озера, в которых углерод попадает в пул торфа. Правда, в настоящее время климат не является стабильным, а имеет тенденцию к потеплению. Кроме того, увеличение концентрации углекислого газа в воздухе приводит к так называемой фертилизации, что несколько увеличивает продуктивность фотосинтеза. В результате спелые леса, например, бореального пояса несколько увеличили запасы углерода в последние десятилетия (White et al., 1999, Nabuurs et al., 2000 и др.) и, следовательно, являлись источником кислорода. Однако абсолютные величины этого источника не так уж велики.
В результате сделанной методической ошибки В.М. Болдырев приходит к выводу, что годичное производство кислорода растительным покровом России превышает промышленное потребление на 5346 млн. тонн кислорода в год, и этим кислородом безвозмездно пользуются такие страны, как США, Япония и т. д. Если ввести международное лицензирование потребление кислорода, то это должно принести России значительные прибыли. Увы, делать деньги из воздуха – не самый лучший способ решения реальных экономических и экологических проблем. Если принять в расчет потребление кислорода гетеротрофными организмами, то превышение продукции кислорода над его естественным потреблением для территории России составит около 560 млн. т в год (Nilsson et al., 2000), что не компенсирует антропогенное потребление кислорода Российской Федерацией. Конечно, ситуация с соотношением промышленное потребление/естественное воспроизводство кислорода в таких странах, как Япония, Германия, Великобритания, США значительно хуже, чем в России. Однако утверждение, что эти страны используют кислородный ресурс России, явно ошибочно.
И Россия, и промышленные страны западного мира, и бурно развивающиеся Китай и страны Юго-Восточной Азии используют в настоящее время не собственные кислородные ресурсы и не ресурсы других стран, а тот кислород, который был накоплен в атмосфере за время развития биосферы. Основным фактором этого накопления, как было показано выше, являлось захоранивание органического углерода в осадочных породах литосферы. Возвращение этого углерода в атмосферу в массовых количествах невозможно, поскольку в ископаемом топливе содержится лишь 0.08% от общих запасов органического углерода литосферы. И потому кислородный ресурс атмосферы может в настоящее время рассматриваться как неисчерпаемый.
Заключение
Принцип устойчивого развития в приложении к использованию природных ресурсов приводит к необходимости поддержания баланса между эксплуатацией и воспроизводством. По этому критерию современное пользование атмосферным кислородом не соответствует устойчивому развитию, поскольку потребление кислорода превышает его воспроизводство, а запас кислорода в воздухе уменьшается уже около 100 лет. Однако запас атмосферного кислорода настолько велик, что его уменьшение практически незаметно. Столь малое в относительном выражении изменение запаса кислорода не сказывается ни на здоровье людей, ни на функционировании природных экосистем, ни на мощности озонового слоя. Более того, даже теоретическая возможность, связанная с полным сжиганием ископаемого топлива, не приведет к заметному снижению запаса атмосферного кислорода и каким-либо негативным экологическим последствиям. Другие серьезные возможности изменения человечеством запаса кислорода атмосферы в настоящее время просто отсутствуют.
По мощности своего запаса в атмосфере кислород намного превосходит другие важные в экологическом отношение газы, такие как диоксид углерода, озон, метан, оксиды серы и азота и т. д. Так как запасы перечисленных газов невелики, антропогенное воздействие сказывается очень сильно на их изменении, что и приводит к таким экологическим проблемам, как истощение озонового слоя, усиление парникового эффекта, глобальное потепление, «кислые дожди» и т. д. Эти проблемы не являются надуманными, и от их решения действительно зависит как существование человечества, так и функционирование биосферы.
Поскольку принцип устойчивого развития в настоящее время не проведен последовательно во всех сферах взаимоотношений между человечеством и природой, необходима четкая расстановка приоритетов. Оптимизации следует подвергать в первую очередь те взаимоотношения, которые вызывают наиболее негативные эффекты в биосфере. Именно по такому принципу и действует международное сообщество, последовательно решая или хотя бы пытаясь решать наиболее насущные проблемы взаимоотношений человечества и биосферы. В качестве примеров таких решений можно привести Венскую конвенцию об охране озонового слоя, Конвенцию о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, Рамочную конвенцию ООН об изменении климата и т. д. Охрана атмосферного запаса или регуляция промышленного потребления кислорода безусловно не входит в список таких приоритетов из-за практической неисчерпаемости данного атмосферного ресурса.
Литература
1. Башкин В.Н. Биогеохимия. М.: Научный мир, 2004. 584 с.
2. Бирюлин И. чем будут дышать наши потомки? ВОЛГА № 156, 18 октября, 2000.
3. Болдырев В.М. Атмосферным кислородом по глобализации и кредиторам. Значимый фактор геополитики, национальной безопасности и погашения долгов Россию. № 5-6 (16-17), март 2001 года
4. Болдырев В.М. Экологическая доктрина в части атмосферного пользования. Какой ей быть? Промышленные ведомости. № 9-10 (64-65), май 2003а
5. Болдырев В.М. Маниакально-депрессивный психоз по Киотскому протоколу и о возможностях его уменьшения. Промышленные ведомости. № 23-24 (76-77), декабрь 2003б
6. Болдырев В.М. Кислородный выход из Киотского тупика. Комментарий эксперта редакции. Промышленные ведомости. № 3-4 (80-81), февраль 2004
7. Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А.Л. История атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 205 с.
8. Воронов А.Г., Дроздов Н.Н., Криволуцкий Д.А., Мяло Е.Г. Биогеография с основами экологии: Учебник. М.: МГУ, Высшая школа, 2002. 392 с.
9. Гордина А., Калита А., Сизов О., Горшенин В., Касьянов А., Ларин А., Проханов А., Воронянский И., Дронкина Л., Шашурин С., Клопова-Балихина Т., Жиганов Е., Попович М. Что это даст России? (Открытое письмо Председателю правительства РФ М.М. Касьянову). Завтра. № 41(464) от 8.10.2002.
10. Друзь Н.Н., Брикун И.К., Космухамбетов А.Р. Достаточно ли нам природного ресурса – кислорода воздуха? Вестник «Проблемы экологического законодательства в Республике Казахстан и мировой опыт». Вып. 5. Алматы: Фонд «XXI век», 1996. C. 30-32.
11. Заварзин Г.А. Бактерии и состав атмосферы. М.: Наука, 1984. 192 с.
12. Захваткин Ю.А. Основы общей и сельскохозяйственной экологии: методология, традиции, перспективы. М.: Мир, Колос, 2003. 360 с.
13. Кислород от кондиционеров GREE. 2004. https://www.gree-air.ru/?page=show_news &NewsID=12
14. Наше общее будущее: Доклад Международной комиссии по окружающей среде и развитию (МКОСР). М.: Прогресс, 1989. 376 с.
15. Никберг И.И., Ревуцкий Е.Л., Сакали Л.И. Гелиометеотропные реакции человека. Киев: Здоров’я, 1986. 144 с.
16. Одум Ю. Экология: В 2-х т. Пер. с англ. Т. 1. М.: Мир, 1986. 328 с.Т. 2. М.: Мир, 1986. 376 с.
17. Овчарова В.Ф. Определение содержания кислорода в атмосферном воздухе на основе метеорологических параметров (давления, температуры, влажности) с целью прогнозирования гипоксического эффекта атмосферы. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры. 1981. № 2. С. 29-34.
18. Ткаченко Н.Ф. Попытки отодвинуть Россию: размышления над протоколом. Использование и охрана природных ресурсов в России. 2004. № 1. С. 12-21.
19. Третье национальное сообщение Российской Федерации, представленное в соответствии со статьями 4 и 12 рамочной Конвенции Организации Объединенных наций об изменении климата. Москва: Межведомственная комиссия по проблемам изменения климата, 2002. 158 с.
20. Andreev A.G., Kusakabe M. Interdecadal variability in dissolved oxygen in the intermediate water layer of the Western Subarctic Gyre and Kuril Basin (Okhotsk Sea). Geophysical Research letters. 2001. V. 28. No. 12. P. 2453-2456.
21. Andreev A.G., Watanabe S. Temporal changes in dissolved oxygen of the intermediate water in the subarctic North Pacific. Geophysical Research letters. 2002. V. 29. No. 146, 1680, doi:10.1029/2002GL015021
22. Najjar R.G., Keeling R.F. Mean annual cycle of the air-sea oxygen flux: A global view. Global biogeochemical cycles. V. 14. No 2. P. 573-584.
23. Keeling R.F., Shertz S.R. Seasonal and interannual variations in atmospheric oxygen and implications for the global carbon cycle. Nature. 1992. V. 358. P. 723-727.
24. Keeling R.F., Garcia H.E. The change in oceanic O2 inventory under global warming. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2002. V. 99. No. 12. P. 7848-7853.
25. Keeling R.F., Najjar R.P., Bender M.L., Tans P.P. What atmospheric oxygen measurements can tell us about global carbon cycle. Global Biogeochemical Cycles. 1993. V. 7. No 1. P. 37-67.
26. Keeling R.F., Piper S.C., Heimann M. Global and hemispheric CO2 sinks deduced from changes in atmospheric O2 concentrations. Nature. 1996. V. 381. P. 218-221.
27. Kim K., Kim K.-R., Min D.-H., Volkov Y., Yoon J.-H., Takematsu M. Warming and structural changes in the East (Japan) Sea: a clue to future changes in global oceans. Geophysical Research letters. 2001. V. 28. No. 17. P. 3293-3296.
28. Nabuurs G.J., Schelhaas M.-J., A. Pussinen. Validation of the European Forest Information Scenario Model (EFISCEN) and a projection of Finnish forests. Silva Fennica. 2000. V. 32. P. 167-179.
29. Nilsson S., Shvidenko A., Stolbovoi V., Gluck V., Mattias J., Obersteiner M. Full Carbon Account for Russia. IIASA Interim Report, 1R-00-021. Luxenburg Austria, 2000. 181 p.
30. Prentice I.C., Fraguhar G.D., Fashman M.J.R. et al. The carbon cycle and atmospheric carbon dioxide. In Houghton, J. T., Ding, Y., Griggs, D. J., Noguer, M., van der Linden, P. J., Dai, X., Maskell, K., and Johnson, C. A. (eds.) Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. P 185-237.
31. Rogner H.-H. Climate Change Assessments: Technology Learning and Fossil Sources – How Much Carbon Can Be Mobilized? The assessment of climate change damages. IEA Greenhouse Gas R&D Programme (SR6)., Cheltenham, UK, 1998. P. 49-65.
32. White A., Cannel M.G.R., Friend A.D. Climate change impacts on ecosystems and the terrestrial carbon sink: a new assessment. Global Environmental Change. 1999. V. 9. P. S21-S30.
33. World Energy Council. Energy for tomorrow’s world: the realities, the real options and the agenda for achievement. London: Kogan Press, 1993. 320 p.
34. World Resources 2000-2001: People and Ecosystems: The Fraying Web of Life. Washington, World Resources Institute. 2000. 400 p.
35. World Resources 2002-2004: Decisions for the Earth: Balance, Voice, and Power. Washington, World Resources Institute. 2003. 328 p.
[1] Здесь и далее для потоков и пулов органического вещества мы будем использовать кислородный эквивалент (КЭ), то есть количество кислорода, необходимое для полного окисления (до CO2 и H2O) данных количеств органического вещества. Такой подход позволяет выражать в сопоставимых единицах все обсуждаемые пулы и потоки.
[2] При детальном рассмотрении (см. Одум, 1986, Захваткин, 2003 и др.) фотосинтез является сложной химической реакцией, идущей в несколько стадий. Уравнение окисгенного фотосинтеза выглядит следующим образом:
CO2 + 2H2O = (CH2O) + H2O + O2,
причем два атома кислорода освобождаются из двух молекул воды, один атом кислорода из молекулы углекислого газа входит в состав органического вещества, а другой образует молекулу воды. Таким образом, свободный кислород происходит из воды, а не из углекислого газа. Однако данный факт не имеет принципиального значения в рамках нашего обсуждения.
[3] Даже этот тезис является не совсем корректным. Для биоты суши основными гетеротрофными потребителями кислорода являются грибы и бактерии, а не животные. Разложение растительной массы идет в большей мере через отмирание и разложение микроорганизмами, а не через выедание животными. В мировом океане ситуация обратная.