Евгений Борисенков: Климат и деятельность человека

Земная биосфера поглощает CO 2в процессе синтеза и хранит C в стволах деревьев, почве, перегное, листве и др. В современных моделях биосферу подразделяют на короткоживущую биоту с характерным временем перемешивания около 2,5 лет (листья, трава и др.) и долгоживущую с характерным временем перемешивания порядка 60 лет. В биосфере содержится около 835 Гт C, хотя по различным оценкам данная цифра несколько колеблется. Около 90% C сосредоточено в лесах.

Роль океана в цикле CO 2, по мнению большинства исследователей, исключительна велика, поскольку он является основным источником C и хранителем излишков индустриального CO 2. Обычно океан разделяют на два слоя: верхний, хорошо перемешанный толщиной порядка 75 м (деятельный океан), в котором содержится 600—750 Гт C (т. е. примерно столько же, сколько и в атмосфере) [9] Встречаются и другие оценки содержания C в деятельном слое океана — в 2—3 раза выше приведенных, при этом глубина деятельного слоя принимается не 75, а 250—300 м. , и глубинный, медленно перемешивающийся, в нем около 40 тыс. Гт C, т. е. примерно в 50 раз больше, чем в атмосфере и деятельном слое. Часть C глубинного океана находится в виде бикарбонатных ионов и около 1 тыс. Гт в виде растворенного органического вещества [10] В неорганических осадочных месторождениях и органических осадочных отложениях Земли содержится соответственно 3·10 7 и 0,66·10 7 Гт C. Он находится в связанном состоянии и не участвует в углеродном цикле рассматриваемых масштабов времени. . Общее содержание C в почве колеблется от 1 тыс. до 3 тыс. Гт. Это объясняется различными оценками содержания торфа.

Между атмосферой, биосферой и океаном существует непрерывный обмен CO 2, причем скорость его зависит от климатического режима. Так, скорость обмена CO 2между атмосферой и деятельным слоем океана обусловлена температурой воды. В результате в высоких широтах поток CO 2направлен в основном из атмосферы в океан, а в южных районах из океана в атмосферу. Наличие загрязняющих океан пленок нефти может уменьшить этот обмен.

Время полного обмена между глубинным океаном и его деятельным слоем порядка 300 лет, между деятельным слоем и глубинным океаном 4—6 лет. Между атмосферой и биосферой и биосферой и атмосферой время обмена соответственно 33 и 40 лет, а между атмосферой и деятельным океаном 5—6 лет [11] Временем полного обмена считается время, которое потребовалось бы для перехода всего C из одного резервуара в другой. .

Результаты математического моделирования углеродного цикла с моделями различной сложности зависят от типа и параметров модели, скоростей обмена и т.д. Однако общая качественная картина получается сходной. Результаты моделирования с одной из последних и наиболее полных моделей углеродного цикла, учитывающей влияние биосферы, иллюстрирует рис. 21. На рис. 21 б, в приведены результаты моделирования при различных значениях параметра биологического роста (β), характеризующего скорость поглощения антропогенного CO 2биосферой. Чем больше β, тем больше антропогенного CO 2переходит в биосферу. После того как концентрация антропогенного C в атмосфере достигнет максимума, что происходит вслед за максимальным его выбросом, в атмосфере начинается спад концентрации. В пределе концентрация стремится к величине (порядка 10—20%), не намного больше имевшей место в доиндустриальный период в атмосфере. Однако максимальная концентрация C (CO 2) в атмосфере будет в 5,5—7 раз выше, чем в предындустриальный период.

Равновесие наступает в результате перекачки антропогенного C в океан и биосферу к концу XXIII в. При этом CO 2увеличится в океане и во всех биосферных резервуарах (в рассматриваемой модели имелось 14 резервуаров, из них 8 биосферных). Основным поглотителем CO 2является все же океан. При этом между 2060 и 2260 г. в глубинном океане CO 2накапливается постоянно. Максимальная концентрация в глубинном океане и деятельном его слое достигает 41 021—42 456 Гт (в начальный период 38 420 Гт) в зависимости от β, т. е. от той доли антропогенного CO 2, которую берет на себя биосфера.

К 2000 г. масса C в атмосфере достигнет 798,1—892,2 Гт в зависимости от параметров модели. Увеличение по сравнению с 1960 г. составляет 21—30%, что, возможно, несколько завышено, поскольку на 1975 г. при некоторых параметрах модель дает завышенные значения CO 2в атмосфере. Тем не менее к концу XX в. увеличение CO 2в атмосфере на 20—25%, по-видимому, реально. Двойная концентрация CO 2по данным этих экспериментов может быть достигнута в середине XXI в. или позже в зависимости от темпов антропогенного поступления CO 2.