У самого синего моря…Природные ресурсы Туапсинского района (6+)

Окт 19th Скрытая угроза: Как изменение климата может породить новые заболевания

Об этой угрозе предупреждали. О ней писали статьи и книги. Для эпидемиологов и вирусологов она не стала полной неожиданностью. Задолго до пандемии COVID-19 фиксировались вспышки других коронавирусных инфекций, свиного и птичьего гриппа. 

В 2002 году в южной китайской провинции Гуандун произошла вспышка атипичной пневмонии, затем распространившаяся в Сингапур и на Тайвань. Через 10 лет после этого в Саудовской Аравии зарегистрировали случай заражения человека коронавирусом ближневосточного респираторного синдрома. Тогда человечеству «повезло»: при высокой летальности этот коронавирус оказался не способен к эффективной передаче от человека к человеку. Это были первые в XXI веке тревожные звонки, сообщающие о скрытой в экосистемах угрозе: новых и возвращающихся инфекциях.

Ускоритель естественной истории

Вирусы и бактерии возникли миллиарды лет назад, в самом начале истории биосферы. В отличие от бактерий, вирусы — объекты на грани живого и неживого, внутриклеточные паразиты, «оживающие» при контакте с жертвой, обреченной стать «фабрикой» по производству новых вирусов.

Вирусы быстро мутируют и способны гибридизироваться посредством рекомбинации, «создавая» новые варианты с новыми свойствами. Несколько удачных мутаций — и они уже перескакивают на новых хозяев, преодолевая межвидовые барьеры. Вся эволюционная история вирусов и патогенных бактерий состоит из таких переходов. Патогены, переносимые животными, «перепрыгивали» на людей, эволюционируя в агенты уже человеческих заболеваний — антропонозов. 

Так произошло, например, с бубонной чумой — относительно молодым заболеванием, вызываемым бактерией Yersinia pestis (чумной палочкой) произошедшей от псевдотуберкулезной палочки (Y. pseudotuberculosis). В бронзовом веке индоевропейские кочевники-скотоводы разнесли чуму по евразийской степи: так скотоводство создало еще один резервуар для патогенов. Затем чума, эволюционируя, наращивала свою заразность. В VI веке «Юстинианова» чума распространилась по Великому шелковому пути — торговой артерии глобальной экономики Средневековья. Понадобилось три года чтобы она добралась из Азии в Европу.

В современном мире действуют тысячи намного более быстрых «шелковых путей». Массовый туризм и современная логистика, перемещающие людей и товары на далекие расстояния за считанные часы, облегчают распространение инфекций в новые ареалы. Вспышка заболеваемости COVID-19 в Ухане была зафиксирована в ноябре 2019 года. Уже в марте 2020 Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила о пандемии. По всей видимости, коронавирусная инфекция останется с нами, став еще одним сезонным заболеванием.

Но в экосистемах юга и севера «припасены» новые, пока малоизученные или вовсе неизвестные науке возбудители заболеваний. Изменение климата, таяние мерзлоты, вырубка лесов, торговля дикими животными, промышленное животноводство, трущобы и связанность современного мира — такова рецептура современной эпидемической катастрофы.

Глобальный Юг

Именно глобальный Юг «подарил» нам коронавирусную пандемию. Коронавирусы — это семейство из 43 вирусов, часть которых давно циркулирует в человеческой популяции и не представляет для людей серьезной опасности. Множество же других коронавирусов существовало в лесных экосистемах миллионы лет. Но люди вторглись в эти экосистемы, что привело к росту контактов людей с животными. 

Так же было и с другими патогеном — ВИЧ: специалисты предполагают, что скорее всего «нулевое заражение» произошло во время разделки мяса обезьяны, убитой на охоте. Затем вирус распространился по трущобам в бассейне реки Конго и, наконец, вырвался в остальной мир.

Летучие друзья вирусов

Летучие мыши и вирусы совместно эволюционировали десятки миллионов лет. Именно рукокрылые — основной природный резервуар коронавирусов и множества других известных науке зоонозов. Эти млекопитающие обладают удивительно мощной иммунной системой, что, по одной из гипотез, связано с их способностью к полету. Полет требует ускоренного обмена веществ и, соответственно, высокой температуры тела, которая подавляет развитие вирусов, не давая им убить носителя, но оставляя достаточно «свободы» для мутаций.

Мы не только изменили прежние экосистемы, но создали новые, построив огромные города. Вырубка лесов вынуждает рукокрылых осваивать антропогенные ландшафты вблизи населенных пунктов и в них самих: подвалы, чердаки, парки, заброшенные строения. В Малайзии в 1998 году в районах, где велась вырубка лесов и высадка на их месте плантаций масличной пальмы и фруктовых деревьев, произошла вспышка смертоносного вируса Нипах (летальность 40-75%). Летучие лисицы переселялись на плантации, вирус перескакивал на свиней, живущих на расположенных поблизости фермах, а свиньи уже заражали людей. 

В России потенциальная опасность может скрываться в курортной зоне — на черноморском побережье. Как показали недавние исследования, у летучих мышей Сочинского национального парка нашли два новых SARS-подобных коронавируса. Один обнаружили в пещерах, другой, Хоста-2, — в подвале сочинского Института медицинской приматологии.

Лихорадка Западного Нила 

Летом 2021 года в Москве произошла вспышка лихорадки Западного Нила. Кому-то даже «повезло» увидеть как птицы падают замертво. 

Случаи заражения лихорадкой Западного Нила в России фиксировались и ранее: первая — в 1999 году в Волгоградской области, последующие в Воронежской, Липецкой и Ростовской областях. С тех пор ареал инфекции расширялся. Основные переносчики вируса — комары видов Culex pipiens и Culex torrentium, личинки которых способны развиваться в подвалах жилых домов. В холодном климате вирус не успевает размножиться, но продолжительная аномальная жара 2021 года создала для него благоприятные условия.

Привычные нам птицы, такие как вороны и воробьи, становятся основным резервуаром вируса. От них, в свою очередь, заражаются люди. В случае симптоматического течения болезни человек испытывает тяжелое поражение нервной системы, а летальность лихорадки составляет 12-14%.

Возвращение оспы 

Возвращение оспы

Победа над оспой, одержанная благодаря всемирной кампании массовой вакцинации, была одним из самых значимых медицинских и социальных достижений XX века. После победы над вирусом обязательная вакцинация была прекращена.

Но и оспа может вернуться. Помимо вируса натуральной оспы существуют другие осповирусы, такие как оспа обезьян, оспа верблюдов, оспа коров. Основным резервуаром оспы обезьян, несмотря на название, являются грызуны. Опасность все та же — преодоление родственниками оспы межвидового барьера. Распространению оспы обезьян способствуют вырубка лесов, питание мясом диких животных, а также многочисленные африканские войны, от которых люди часто спасаются в лесах.

Случаи заражения оспой обезьян участились за последние 20 лет в центральной и западной Африке. Особое беспокойство вызывает линия оспы обезьян из бассейна Конго, поскольку она показывает высокий уровень передачи от человека к человеку. Как отмечают российские специалисты, «последствия могут быть катастрофическими».

Уже были подтверждены случаи заражения людей в Индии и Судане. Из-за того, что различные осповирусы способны рекомбинироваться, также существует риск появления нового и более опасного для людей штамма.

В октябре 2026 года оспа обезьян вновь оказалась в центре внимания в России. 19 октября стало известно, что инфекция подтвердилась у пяти пациентов, госпитализированных в Санкт-Петербурге. Ранее в Подмосковье госпитализировали людей, контактировавших с возможным носителем вируса. Роспотребнадзор сообщил, что принимает необходимые меры для выявления инфекции и предотвращения ее распространения.

Злая память Севера 

До сих пор большинство тревожных эпидемиологических вестей приходило с глобального Юга. Но в условиях изменения климата нужно ждать угрозы и с севера. 

Мерзлота тает, высвобождая не только метан, но и древние вирусы и бактерии. Угроза не в том, что там содержатся какие-то особо патогенные супербактерии и супервирусы, а в том что заключенные в мерзлоте патогены могут со временем преодолеть межвидовой барьер. 

Однако есть в мерзлоте и старые знакомые патогены, такие как сибирская язва — бактериальная инфекция Bacillus anthracis. Ее споры могут сохраняться в почве сотни лет, а в мерзлоте — намного дольше. К счастью, за исключением крайне редких случаев сибирская язва не передается от человека к человеку. Заражение происходит через контакт с мясом, шкурами и шерстью животных. 

На территории России находится 35 тысяч почвенных очагов сибирской язвы, из них почти 8 тысяч — скотомогильники. Состояние многих из них не отвечает санитарно-эпидемиологическим требованиям. Это угроза для многотысячных стад одомашненных и диких оленей, а также других животных. Конечно, это угроза и для людей, в первую очередь коренных народов Севера. 

В Ямало-Ненецком автономном округе в 2016 году произошла крупная вспышка сибирской язвы. Тогда от язвы умерло больше 2,3 тысяч оленей и заболело 36 человек с одним летальным исходом. До этого последняя вспышка сибирской язвы на Ямале была в 1941 году (!). Вакцинация оленей на Ямале была прекращена с 2007 года, поскольку считалось, что сибирская язва больше не представляет значительной угрозы. Как выяснилось, такой вывод был преждевременным. 

Вспышка 2016 года произошла из-за аномального тепла, повлекшего таяние мерзлоты. Жара способствовала также размножению кровососущих насекомых, способных переносить инфекцию. Другим фактором стал свободный выпас оленей на зараженных пастбищах. Ранее олени паслись на специально выделенных маршрутах, однако после развала колхозной системы от такой практики отказались. 

Некоторые исследователи также допускают возможность превращения размороженных микроорганизмов в патогены человека. Древние бактерии могут нести гены антибиотической резистентности и через горизонтальный перенос генов передать их современным микробам, которые и так уже наращивают способность сопротивляться антибиотикам. 

Грипп

Птичий и свиной грипп по-прежнему являются одними из кандидатов на возбудители будущих пандемий. Промышленное свиноводство представляет собой ненамеренно созданную лабораторию по выведению новых вирусов. В организмах свиней легко смешиваются геномы различных штаммов и возникают новые варианты вирусов.

Птичий грипп — вирус гриппа А, чьим естественным резервуаром являются водоплавающие птицы, с которыми его связывают миллионы лет совместной эволюции. Поэтому для птиц вирусы этой группы менее патогенны. Однако новый штамм способен убить миллионы особей. Домашние, не обладающие к нему иммунитетом, могут заразиться от диких. 

Климатические изменения вносят значительные изменения в пути миграции водоплавающих птиц. Виды, которые ранее редко контактировали, сталкиваются друг с другом в новых местах кочевок — следовательно, происходит контакт разных штаммов птичьего гриппа. Возрастает риск появления новых гибридных штаммов в результате перемешивания геномов птичьего, свиного гриппа и человеческого гриппа. Такой новый штамм будет способен к передаче от человека к человеку. 

На страже 

В 2015 году Генеральной ассамблеей ООН был представлен план достижения целей устойчивого развития — «Повестка дня до 2030 года». Третий пункт плана — «обеспечение здорового образа жизни и содействие благополучию всех», подразумевает борьбу с инфекционными болезнями. Но есть серьезные сомнения, что эта цель будет достигнута. 

До недавнего времени так называемый развитый мир жил в эпоху относительной передышки, несмотря на эпидемию СПИД, унесшую миллионы жизней. В странах Юга при этом продолжали бушевать эпидемии, о которых никто, кроме специалистов и некоторых журналистов, не знает. Например, эпидемия холеры на Гаити, продолжавшаяся с 2010 по 2019 год унесла жизни более 9000 человек.

О возможности новой масштабной эпидемии можно предупредить, но трудно точно предсказать, где и когда она вспыхнет. Чтобы грозные предостережения снова не оказались предсказаниями, нужна долгосрочная стратегия борьбы с новыми инфекциями. 

Где-то просто не хватает средств отслеживания заболеваний, как во многих странах глобального Юга, откуда поступает мало данных. Необходимо также масштабное секвенирование геномов вирусов. Анализ изменений в геноме позволяет создать картину эволюции вируса в режиме реального времени, что облегчает выявление цепочек передачи и получение информации, необходимой для разработки мер контроля. Само по себе секвенирование геномов ускорилось, но мощностей и специалистов по секвенированию не хватает, в том числе и в России. В НИИ Пастера всего один прибор для полногеномного секвенирования, тогда как в европейских сиквенсных центрах их десятки. 

Не облегчает задачу по мониторингу и предотвращению эпидемий и сокращение в России количества санэпидемстанций. Одной из важных мер является эконадзор за скрытой циркуляцией патогенов в водоемах.

Нужно больше специально обученных ветеринаров для предотвращения выплесков инфекций в человеческую популяцию. Необходима превентивная разработка новых вакцин — как для людей, так и для животных. Наконец, требуется скоординированное сотрудничество на международном уровне, включающее обмен данными и технологиями. Надзор за болезнями должен стать глобальным общественным благом. Это все прямые меры эпидемиологического характера. 

Кроме них предлагаются и другие: более строгий контроль за продажей диких животных, сохранение биоразнообразия и лесов. Животные являются носителями множества патогенов. Обезлесение и фрагментация лесов вынуждает их селиться ближе к человеку и домашним животным. Распространение заболеваний — комплексная — и в том числе экологическая — проблема. Сохраняя экосистемы, мы оберегаем себя и от новых патогенов.

***

Индоевропейские кочевники не знали о том, что их образ жизни создал условия для эволюционного успеха чумной палочки. Но мы-то знаем, что оказываем мощное влияние на эволюцию микроорганизмов. Знание, как гласит одно высказывание, — это половина битвы. Нужно чтобы оно стало действительно эффективной силой. Относительно «легкий» коронавирус привел к потере миллионов жизней, усугубил глобальную стагфляцию и затормозил декарбонизацию. Цена бездействия в следующий раз может оказаться еще более высокой.

Posted in Биоразнообразие, Взгляд, Климат, Человек by Экосфера with comments disabled.

Окт 12th Земля в иллюминаторе: как космические технологии помогают устойчивому развитию

С начала космической эры прошло всего 65 лет, а пилотируемые полеты на орбиту и запуск техники к дальним уголкам Солнечной системы воспринимаются наравне с земными событиями. Новости из космоса мелькают в нашей ленте каждый день: будь это Илон Маск, который выводит на орбиту спутники Starlink и сажает ступени ракет, Китай, строящий орбитальную станцию, или Россия с запуском новых модулей для МКС. Но эта обыденность лишь кажущаяся — освоение космоса, как и сохранение нашей планеты, задача важная и нетривиальная. Между этими вопросами есть прямая связь — космическая наука устремлена не только в будущее, но и помогает решать проблемы Земли здесь и сейчас. В частности — бороться с изменением климата и достигать целей устойчивого развития (ЦУР).

Спутник всем ЦУР голова

Около трети всех спутников, находящихся на орбите, используются для дистанционного зондирования Земли. Сегодня более чем у 80 государств есть свои аппараты в космосе — ими обзавелись даже такие небогатые страны как Бутан, Непал, Эфиопия и Судан. Те, кто имеет на орбите лишь один спутник, в первую очередь используют его для наблюдения за своей территорией. 

Дистанционное зондирование — это как первый паровой двигатель для промышленности, только в сфере наук о планете: революция, перевернувшая понимание людей об устройстве Земли, ее происхождении и климате. Сегодня спутники выдают точнейшие метеорологические и геолокационные сведения, предупреждают о надвигающихся природных катаклизмах, помогают обнаружить экологические катастрофы (пожары, загрязнения, незаконные вырубки и пр.), поставляют данные для климатического моделирования и прогнозирования последствий глобального потепления. Но и это не все — каждая из целей устойчивого развития выигрывает от взаимодействия с космическими технологиями.

Согласно исследованию, опубликованному в научном издательстве BioMed Central, наибольший эффект космическая наука оказывает на Цели, ориентированные на технологии, — «Ликвидация голода», «Здоровье и благополучие» и «Индустриализация, инновации и инфраструктура». Меньше всего спутники помогают в достижении «Гендерного равенства», »Уменьшения неравенства» и «Мира, правосудия и эффективных институтов», поскольку они ориентированы на политический контекст.

Вклад космических наук в улучшение жизни настолько велик, что появилось предложение создать восемнадцатую ЦУР — «Космос для всех». Инициативу запустили студенты из Нидерландов, хотя концепцию поддерживают и крупные организации — управление по вопросам космического пространства ООН (UNOOSA) и американское Национальное космическое общество (NSS). Конечно, применение космических технологий для достижения устойчивого развития не панацея. Да и, как уже писала «Экосфера», непродуманное заселение орбит новыми девайсами угрожает появлением свалок в околоземном пространстве. Однако «дружить» с космосом нужно — задачи, включенные в ЦУР, становятся все более зависимы от орбитальной техники.

И пастухи, и санитары

Космические аппараты даже поддерживают продовольственную безопасность. Спутники позволяют оценить состояние посевов, характеристики почвы и спрогнозировать запас продовольствия в регионе. А еще помогают фермерам оптимизировать посадки, повысить урожайность сельскохозяйственных культур, наладить орошение, адаптироваться к изменению климата и ухаживать за скотом. Так, проект Европейского космического агентства (ЕКА) VGTropics, ориентированный на развивающиеся страны Африки, использует спутниковую связь для определения численности животных в стаде и раннего выявления вспышек зоонозных инфекций. 

Еще один пример — картографирование выпаса крупного рогатого скота и овец в Нигере — одной из беднейших стран мира. С помощью спутниковых данных были созданы пастбищные коридоры — это поддержало местное сельское хозяйство и сократило конфликты, вспыхивающие между фермерами из-за борьбы за скудные водные ресурсы и землю. А Восточному Тимору спутники ЕКА помогают выращивать кофе в труднодоступных горных районах. 37% домохозяйств страны напрямую зависят от кофейных плантаций. Данные дистанционного наблюдения позволяют повысить урожайность, улучшить качество кофе, а значит, увеличить доходы людей.

Космические аппараты востребованы и в здравоохранении — они необходимы для телемедицины. К примеру, портативное устройство Tempus Pro по спутниковой связи передает медицинские данные пациентов из удаленных мест врачам, оказывающим дистанционную помощь. В чрезвычайных ситуациях это помогает принять правильные решения о лечении и транспортировке больных. 

Также спутники позволяют моделировать распространение инфекций и оценивать риски возникновения эпидемий. Чтобы предугадать движение малярийных комаров, специалисты опираются на спутниковые данные о температуре и влажности. Так врачи понимают, где появятся вспышки заболевания, и размещают в этих местах медицинские центры. Кроме того спутники помогают оценивать целостность озонового слоя, УФ-излучение и уровень загрязнения воздуха, искать источники вредных выбросов и наблюдать за их распространением по регионам — эти показатели важны для поддержания здоровья населения и предупреждения серьезных заболеваний.

Еще одно направление — энергетика. Спутники оценивают ветровые и солнечные характеристики разных районов и находят наилучшие места для строительства альтернативных электростанций. Также спутниковые данные помогают сбалансировать нагрузку между возобновляемыми и традиционными источниками энергии — прогнозы о солнечном свете, облачности и скорости ветра позволят исключить перебои в электроснабжении.

Наконец, на космические аппараты можно положиться во всем, что касается устойчивого управления природными ресурсами. Например, проект OceanMind, использует искусственный интеллект и спутниковые данные для отслеживания незаконного рыболовства  в океане. Похожая инициатива — ForestMind — определяет места вырубок и предоставляет информацию об устойчивости лесозаготовок. Спутники также помогают изучать и сохранять биоразнообразие. Подсчет животных — дело трудное, особенно в удаленных регионах. Спутники упрощают эту работу — с их помощью ученые собрали данные о популяциях самых разных видов, например, китов, слонов и пингвинов. По данным отчета о космических технологиях World Economic Forum, спутники пресекают незаконный рыбный промысел, нелегальные лесозаготовки и торговлю дикими животными на сумму более 73 млрд долларов в год.

Главные по климату

Без орбитальных технологий невозможно представить современную климатологию, спутниковые наблюдения без преувеличения позволили совершить настоящую революцию в этой науке. Благодаря данным из космоса, ученые могут делать достоверные выводы о последствиях потепления и выбросов парниковых газов. Спутниковые данные европейской службы мониторинга атмосферы «Коперник» (CAMS) позволили определить, что концентрации углекислого газа и метана ежегодно растут на 0.6% и 0.4% соответственно. В планах ученых — научить космические приборы с такой же точностью измерять еще один «опасный» парниковый газ — закись азота. Кстати, именно «Коперник» оценил влияние пандемии Covid-19 на качество воздуха.

Сегодня на службе у климата стоит более 160 спутников, каждый из которых отвечает за измерение особых показателей. Более того, 26 из 50 основных климатических параметров можно измерить только из космоса.

Первым в мире спутником, заточенным под мониторинг парниковых газов (СО2 и СН4), стал японский GOSAT — его запустили в 2009 году и он до сих пор трудится на орбите. В 2018-м к нему присоединился GOSAT-2 — его функционал позволяет оценивать концентрацию не только углерода и метана, но также водяного пара, озона и других газов. В 2016-м году Китай вывел аппарат TanSat для оценки потоков углекислого газа — спустя два года он составил первую глобальную карту СО2 в атмосфере Земли. 

Технологии мониторинга парниковых газов активно развиваются — на смену отдельным аппаратам приходят целые созвездия спутников. Например, совместный проект США и Канады CarbonMapper уже вывел на орбиту три аппарата, а к 2025 году их должно стать 10. Большинство спутников справляются с зондированием больших площадей, но имеют ограничения при измерении выбросов от локальных объектов. То есть спутник понимает, сколько выбросов производит район, но ему сложно распознать от какой инфраструктуры они исходят. Дополнительные «помощники» должны решить проблему. В 2024 году NASA планирует запустить GeoCarb — геостационарную обсерваторию углеродного цикла. Она будет не только измерять основные парниковые газы, но и анализировать работу источников и поглотителей СО2. 

В России мониторинг парниковых газов из космоса развит плохо. Сегодня специализированных аппаратов, измеряющих выбросы, в арсенале Роскосмоса нет, но есть несколько устройств дистанционного зондирования — спутники серий «Ресурс-П», «Канопус-В», «Метеор-М», «Электро-Л» и «Арктика-М». Они выполняют широкий спектр задач — от социального до экономического мониторинга. Под экологию заточены аппараты «Электро-Л» — они снабжают Росгидромет оперативной информацией о пожарах, загрязнениях, стихийных бедствиях, оценивают состояние атмосферы, водных ресурсов, снежного покрова и измеряют некоторые климатические параметры.

Недавно госкорпорация заявила, что в 2025-28 году на орбиту выведут 14 аппаратов серии «Сфера» — они будут поставлять информацию о мусорных свалках, отслеживать добычу полезных ископаемых, мониторить пожарную обстановку, наблюдать ледовый режим в районе Севморпути и контролировать выбросы парниковых газов. Для этой задачи в Институте им. Келдыша разработан фурье-спектрометр, способный распознавать СО, СО2 и СН4. 

Планы на «климат-контроль» есть и у частного российского космоса — компания Success Rockets поставила амбициозную цель: создать глобальный мониторинговый комплекс, определяющий содержание парниковых газов в атмосфере, а также конкретные источники эмиссий и экосистемы, поглощающие углерод. В марте 2021 года «Успешные ракеты» объявили о запуске проекта, в ноябре — уже показывали модель спутника на климатическом саммите в Глазго. Пробный полет первого спутника состоится в конце этого года. В группировку войдут 60 космических аппаратов и 100 наземных станций — к 2030 году система должна заработать в полную мощь.

2030 год подведет итог Целям устойчивого развития. Каких результатов достигнут страны, что человечество приобретет, а что утратит к этому времени — зависит от сегодняшних решений, в том числе в области космических технологий. 

Как космический туризм и космическая индустрия влияют на природу

 

Posted in Биоразнообразие, Взгляд, Климат, Наука, Обзор, Сознание, Технологии by Экосфера with comments disabled.

Окт 5th Почему экосистемам и видам нашей планеты необходим генетический ремонт

Климат нашей планеты стремительно меняется, а многим видам животных и растений угрожает вымирание. В то же время другие виды распространяются благодаря человеку, разрушительно воздействуя на экосистемы. Возможно, в будущем биотехнология позволит воскресить некоторые вымершие виды — например, мамонта. Появился даже специальный термин: de-extinction, или «отмена вымирания». 

Правда, до воскрешения мамонта и других вымерших животных и растений пока еще далеко – возможно, так же, как пока далеко до терраформирования Марса. Но зато ученые предлагают использовать методы генной инженерии и синтетической биологии для сохранения биоразнообразия и борьбы с инвазивными видами. Работа над такими проектами уже ведется в лабораториях. 

Синтезированное биоразнообразие

В 2016 году было опубликовано письмо, авторы которого — специалисты в области синтетической биологии — призвали специалистов по охране природы к сотрудничеству ради сохранения биоразнообразия. Они назвали свой подход синтезированным биоразнообразием и предложили несколько возможных способов применения биотехнологий для спасения видов. Что это за технологии и как они применяются на практике? 

Коралловые рифы, устойчивые к потеплению

Коралловые рифы — это естественные очаги биоразнообразия, сравнимые с лесами. 

Они поддерживают жизнь около миллиарда человек и служат естественной защитой от штормов и наводнений. При этом потепление климата угрожает самому существованию коралловых рифов. Риф — это своего рода сверхорганизм, состоящий из животного — полипа — и живущей с ним в симбиозе водоросли. Кораллы снабжают водоросли неорганическими веществами, а водоросли дают кораллам продукты фотосинтеза. Повышение температуры воды приводит к тепловому стрессу, убивающему водоросли и обесцвечивающему кораллы. Даже если потепление удастся удержать в рамках 1,5°C, к 2050 году может исчезнуть 90% коралловых рифов и связанных с ними экосистем. 

Спасти кораллы способна генная инженерия и направленная эволюция. Ученые из Австралийского института морских наук выявили у кораллов ген HSF1, отвечающий за способность адаптироваться к повышению температуры. Затем они ввели компоненты CRISPR/Cas9 в оплодотворенные яйцеклетки кораллов Acropora millepora, «отключив» этот ген. Личинки с отключенными копиями HSF1 погибали при тепловом стрессе, когда температура воды повышалась с 27 до 34 градусов Цельсия. Напротив, личинки с работающим геном выживали в более теплой воде. 

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, или короткие палиндромные кластерные повторы) — особые участки бактериальной ДНК, иммунная защита, которую археи и бактерии «используют» против вирусов. Между идентичными повторами последовательностей ДНК бактерий находятся отличающиеся друг от друга фрагменты — спейсеры, многие из которых соответствуют участкам геномов вирусов, паразитирующих на бактерии. Когда вирус проникает в бактериальную клетку он обнаруживается с помощью Cas-белков, связанных с CRISPR РНК. Если фрагмент вируса «записан» в спейсере CRISPR РНК, Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее, защищая клетку от вируса. В редактировании геномов чаще всего используется система CRISPR/Cas9, то есть система с белком Cas9, но есть и другие Cas-белки. Так, сотни миллионов лет назад «изобретенная» бактериями система позволяет человеку точно и быстро редактировать геномы.

Ученые из этой команды говорят, что пока рано использовать метод редактирования генома для выведения более термостойких кораллов. Однако он может применяться для расширения знаний о биологии кораллов и их реакции на тепловой стресс. Это позволит точнее спрогнозировать будущее рифов в условиях глобального потепления, а также определить риски и преимущества использования биотехнологий для защиты кораллов.

Исследователи из Университета Мельбурна пошли другим путем — на основе собранных в 2010 году образцов симбиотических водорослей вывели культуру, а затем в серии экспериментов модифицировали ее, постепенно повышая температуру воды. Таким образом в лаборатории получилось вывести термостойкие штаммы водорослей, которые затем поместили в личинки кораллов. Три из десяти теплостойких штаммов смогли защитить коралл от обесцвечивания при недельном воздействии 31-градусной температуры. Предполагается, что в дальнейшем такие полипы будут привиты к существующим кораллам в живой природе — если ученым разрешат это сделать.

Апгрейд черноногого хорька

В Северной Америке живет черноногий хорек — родственник нашего степного и лесного хорьков. Этот вид находится на грани вымирания из-за сокращения кормовой базы. Более того, внутри популяции очень низкое генетическое разнообразие. Из 18 особей, спасенных почти 30 лет назад из прерий США, только семь передали свои гены последующим поколениям. «Каждый (ныне живущий) черноногий хорек происходит от семи особей», — говорит Кимберли Фрейзер, представитель Национального центра охраны черноногих хорьков. 

Для решения этой проблемы было предложено ввести в популяцию ДНК, извлеченную из образцов, хранящихся в зоопарках и музеях. В прошлом году генетики секвенировали геномы двух живых хорьков, а также ДНК самца и самки, которые умерли в 1980-х годах и хранятся в криохранилище зоопарка Сан-Диего. Самку Уиллу ученые клонировали, используя замороженные клетки. Ее яйцеклетка была имплантирована в самку домашнего хорька, детеныш которой — самка по кличке Элизабет Энн — стала клоном не оставившей потомков Уиллы.

Черноногому хорьку также угрожает лесная чума, которой он заражается от своей добычи — луговых собачек. Поэтому выращенные в неволе хорьки вакцинируются перед выпуском в дикую природу. Ученые предложили ввести в геном резистентные аллели (варианты генов) домашнего хорька, для которого лесная чума не смертельна, чтобы сделать черноногого хорька более устойчивым к заболеванию. Другое решение — применить генную инженерию для активации врожденных аллелей. Второй подход — добавить устойчивые к чуме аллели домашнего хорька в геном черноногого хорька. 

Защита каштанов от инвазивного грибка

Американский каштан зубчатый некогда был широко распространен на востоке США и Канады. Благодаря быстрому росту и устойчивой к гниению древесине американский каштан может помочь в запуске проектов связывания углерода, которые используют для сокращения выбросов. Проблема в том, что сто с лишним лет назад в США были интродуцированы японский каштан городчатый и китайский каштан мягчайший, а вместе с ними завезен паразитический грибок Cryphonectria parasitica. Азиатские каштаны к этому грибку устойчивы, а вот для американского каштана он оказался губителен, вызывая у него болезнь эндотиоз. К середине 20 века исчезло 90 процентов американских каштанов. 

В 1990 году генетики Уильям Пауэлл и Чарльз Мейнард из Университета штата Нью-Йорк создали каштаны, устойчивые к болезни, с помощью старой доброй генной инженерии, а точнее трансгенеза. Они вставили в геном каштана ген пшеницы, кодирующий фермент оксалатоксидазу, который расщепляет щавелевую кислоту, выделяемую грибком. 

В трансгенезе применяются вирусные векторы или векторы на основе плазмид бактерий, посредством которых в геном клетки вставляются нужные гены. Таким образом организм приобретает свойства, передающиеся его потомкам. 

Продолжением экспериментов занимается команда ученых, возглавляемая Эндрю Ньюхаусом. Ими были выведены деревья, устойчивые к патогенному грибку и это качество наследуется. По словам Пауэлла, некоторые деревья оказались даже более устойчивы к грибку, чем их азиатские родственники. Длительные наблюдения показали, что плоды трансгенных каштанов не отличаются от обычных, а их пыльца, цветы и опавшие листья не наносят вреда насекомым, лягушкам и грибам. Тем не менее, модифицированные каштаны изолированы от окружающего мира двойной оградой и слоем специального пластика, чтобы не допустить разнесения пыльцы. 

Борьба с инвазивными видами 

Инвазивные виды разрушительны для сформировавшихся за миллионы лет экосистем. Избавление от них — сложная и малоприятная задача, ведь требуется уничтожить сотни тысяч, а то и миллионы особей. Например, таких, как инвазивные виды грызунов или бабочка-огневка на черноморском побережье России, уничтожившая местные самшиты. 

Но благодаря генной инженерии появился сравнительно более гуманный способ — технология генного драйва, которая не убивает каждую отдельную особь, а уничтожает популяции инвазивных видов, делая их бесплодными. Генный драйв распространяет в популяции набор определенных генов, предотвращающих ее распространение. В отличие от обычного наследования признаков, наследование под влиянием генного драйва стопроцентное по отношению к заданному признаку. 

Потенциально его можно использовать на любых организмах с половым размножением и непродолжительным временем жизни — от комаров до млекопитающих. На млекопитающих — лабораторных мышах — технология была испытана в 2019 году. 

С помощью генного драйва можно уничтожить не только инвазивные виды, но и лишить способности переносить вирус таких переносчиков болезней как малярийный комар. Сейчас такие опыты проводятся в Италии. В контролируемом лабораторном помещении выпускаются особи комаров с отредактированным геномом, которые скрещиваются с обычными особями. Их потомство несет этот ген, снова скрещиваясь с другими особями — так ген, а значит, и кодируемый им признак, распространяется в популяции. 

Риски 

Экологи и некоторые исследователи опасаются, что такие усилия по исправлению ошибок прошлого могут больше навредить, чем помочь. Если генный драйв выйдет из под контроля, гены распространятся за пределы популяции-мишени, вызвав так называемое генетическое загрязнение. Воображение рисует апокалиптические картины крушения экосистем. На технологию даже предлагалось наложить мораторий. 

Несколько известных биологов, среди которых Джейн Гудолл, знаменитая исследовательница шимпанзе, в 2016 году подписали открытое письмо в котором предостерегают, что использование генного драйва дает «возможность вмешиваться в эволюцию, определять судьбу целого вида, резко изменять экосистемы и вызывать крупномасштабные изменения окружающей среды способами, которые раньше считались невозможными». 

Сторонники применения технологии утверждают, что такой вариант развития событий маловероятен. Как показывают некоторые исследования, генный драйв может встретиться в природе с резистентностью. В большой популяции могут быть особи, обладающие устойчивым к драйву генотипом. Размножаясь, они будут распространять устойчивость к генному драйву.

Кроме того, уже существует своего рода встроенный контроль этой технологии. Молекулярные биологи из Калифорнийского технологического института в Пасадене разработали метод, при котором «генный драйв» начинается только тогда, когда число модифицированных особей в популяции достигает определенного порога. Поэтому особи из других популяций не смогут запустить этот процесс. В популяции, в которой применен генный драйв, его можно будет остановить, добавив в нее не модифицированные особи.

В начале этой статьи была упомянута идея терраформинга Марса. Для терраформинга Красной планеты понадобилось бы создать целую новую биосферу с системой постоянного мониторинга и контроля. Виды в этой биосфере отличались бы от земных, даже если бы создавались на их основе — поскольку они должны быть адаптированы к марсианским условиям. При этом сами эти новые организмы в свою очередь помогали бы преобразовать Марс. Земля, какой мы ее знаем, это и есть ее биосфера. Истощение биосферы превращает Землю в некотором смысле в другую планету — в менее разнообразную и пригодную для жизни. Но пока до колонизации Марса далеко, а вот залатать бреши, пробитые в биосфере Земли человеческой деятельностью нужно уже сейчас. Возможно, со временем на основе биотехнологий будет создана целая система глобального ремонта видов, а значит, и экосистем.

Posted in Биоразнообразие, Взгляд, Климат, Наука, Обзор, Технологии by Экосфера with comments disabled.

Сен 28th История первого и последнего экополиса в СССР: Пущино как пример устойчивого развития

В 1970-е годы многие политики и ученые мирового уровня впервые оценили опасность исчерпания ресурсов и загрязнения природной среды. Для решения этой проблемы были созданы государственные и международные структуры. Самые известные — Римский клуб и Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП). В СССР этими проблемами занимался Всесоюзный институт системных исследований. 

Результатом их работы стал подход, который мы знаем как «устойчивое развитие». Смысл этой концепции состоит в следующем — удовлетворение потребностей настоящего времени не должно подрывать способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности. Сейчас идеи «устойчивого развития» в виде принципов ESG являются неотъемлемый частью стратегии любой уважающей себя компании.

Экополис как модель устойчивости

Как это ни удивительно, первые шаги к «устойчивому развитию» были предприняты еще в Советском Союзе. Подход к решению экологический проблем сильно варьировался на протяжении существования СССР, однако к началу 1960-х годов в стране возникло мощное низовое экологическое движение, представленное студенческими дружинами охраны природы, с одной стороны, а с другой — самоорганизацией ученых в борьбе с «поворотом течения рек».

Важной частью этого общественного движения стала попытка создания города-«экополиса». Такой город должен был стать дружественным природе и экологически благополучным благодаря использованию передовых научных исследований и широкому участию жителей.

Похожие концепции, пытавшиеся воплотить идеи утопического урбанизма, возникали еще в начале XX-го века. Например, так называемый «город-сад», сочетающий в себе все лучшие элементы среды города и деревни. Впрочем, эти попытки, не имея под собой четкой научной базы, чаще всего оканчивались неудачей. Совершенно по-другому ученые и градостроители подошли к созданию экополиса в Пущино.

Биологический наукоград

В середине 20 века в качестве ответа на создание технополисов в США в СССР началось строительство собственных наукоградов. Как правило, они создавались вокруг перспективного научно-исследовательского центра. Так, Обнинск, Дубна, Троицк, Протвино выросли вокруг институтов, занимающихся фундаментальными исследованиями в области физики и ядерных программ.

Город Пущино должен был быть связан с исследованиями в сфере биологии. Ученым фактически дали карт-бланш при выборе места для города — его определил академик Несмеянов после поездки по Оке. В результате, у села Пущино было выделено 761 га под создание научного города и радиоастрономической станции. Строительство начали еще в 1956 году, а к 1979 году было решено реализовать в городе экспериментальную программу «Экополис».

Глобальную цель этой программы Пол Даунтон, — теоретик устойчивого города и экологический архитектор, — сформулировал так: создать «урбанизированную систему, население которой намеренно интегрировано в процессы биосферы для оптимизации функционирования биосферы на благо человека». Основная же задача эксперимента заключались в следующем: «Строить так, чтобы вписываться в окружение в сотрудничестве, а не в конфронтации с природой».

Создатели Пущино предполагали, что добиться этого можно через следующие принципы:

— соразмерность архитектурных форм росту человека;

— пространственное единство водных и озелененных площадей;

— включение элементов природного окружения при строительстве и квартирное озеленение (на балконах, вертикальное озеленение улиц, создание газонов на крышах и т. п.).

Философия и биология

В Советском Союзе идею «экополиса» развивали специалисты биологического факультета МГУ — в лаборатории экологии и охраны природы кафедры высших растений. Один из сотрудников лаборатории — биолог Дмитрий Николаевич Кавтарадзе — предположил, что советскому экологическому движению не хватает философского «обоснования». По рекомендации коллеги, он знакомится с философом и социальным психологом Ароном Абрамовичем Брудным для обсуждения проблем природоохранной деятельности и выработки совместной стратегии. 

Благодаря этому сочетанию биологии и философии удалось запустить экспериментальное исследование городской среды с психологической и с экологической точек зрения. Специально для Пущино была разработана программа методов создания в малых городах оптимальной экологической и социально-психологической среды обитания человека.

На территории, отведенной для строительства наукограда, планировалось разместить восемь институтов со всей необходимой инфстраструктурой, включая полигоны, опытные поля и радиофизическую станцию ФИАН. Особенностью Пущино с самого начала его существования было отсутствие промышленности. Генплан строящегося наукограда стал идеальным примером комплексной застройки территории.

Самым необычным элементом застройки «эконополиса» в генплане стала идея запланировать «буферную зону», отделяющую жилые дома от зданий университетов. В центре жилой зоны был также расположен бульвар, спускающийся к реке лестницей. Такая компоновка была столь удачной, что сохранялась во всех последующих генеральных планах. Это сделало Пущино одним из самых красивых городков Подмосковья. В бульваре наглядно воплотилось изменение подхода — от покорения природы к взаимодействию с ней.

Баланс города и экосистем

Территория Пущино может быть условно поделена на четыре части: заказники, входящие в городскую черту; территория институтов; протяженный парк, выполняющий функцию буферной зоны; и, собственно, жилые микрорайоны.

Основываясь на принципах программы «Экополис», руководство города и его жители решили, что существующие биоценозы — луга, родники, склоны реки Оки — необходимо сохранить во что бы то ни стало. В результате вокруг города было создано 13 заказников: 330 га охраняемых природных территорий кольцом окружают город.

Внутри Пущино зеленый облик города поддерживает парк «Зеленая зона». Зеленый каркас подмосковного экополиса был заложен еще при планировании. Было высажено порядка 4 600 деревьев и более 3 000 кустарников. Сегодня «Зеленая зона» представляет собой ось шириной 170 метров и длиной 2 километра и отделяет институты биологического профиля от жилой застройки. Сама структура «Зеленой зоны» организована таким образом, чтобы она образовывала череду открытых, полуоткрытых и закрытых пространств.

Конечно, зеленые территории есть не только в городском парке, но и по всему городу. Внутри одного из микрорайонов располагается Яблоневая аллея — 56 яблонь породы «Антоновка», выращенных специалистами Главного ботанического сада Академии наук. Яблони расположены в пешеходной зоне и регулярно плодоносят, а значит, любой желающий может их попробовать.

Городские микрорайоны террасами спускаются от «Зеленой зоны» к реке. Кроме традиционных ив, берез и дубов, здесь высажены и редкие для этой местности деревья — например, маньчжурский орех, сибирская пихта, конский каштан, пенсильванская вишня. Для озеленения микрорайонов был также создан собственный питомник, где выращиваются саженцы деревьев и кустов и цветочная рассада.

В 2016 году Пущино депутаты муниципалитета решили включить город в Приокско-террасный заповедник. Пущино теперь располагается в переходной зоне заповедника и именуется «территорией сотрудничества». Таким образом Приокско-Террасный заповедник стал единственным в России, на территории которого есть городское поселение.

Все это делает экополис Пущино образцом для проектирования и строительства малых городов или микрорайонов для городов-миллионников.

Почему экополис только один? 

Возникает резонный вопрос: если эксперимент был удачен, почему мы не видим его более масштабного воплощения? 

Критики указывают на то, что сложности у экополиса начались еще до того, как изменившаяся в 1990-е годы общественно-политическая ситуация поставила крест на развитии наукоградов.

Во-первых, место для строительства Пущино было выбрано без учета мнения экологов. Природа «отомстила» за такое пренебрежение. Создатели города не учли, что на таких наветренных холмах в среднерусской возвышенности традиционно не строили деревень. В результате на склоны часто дует северный ветер, который, двигаясь по улицам-трубам, задерживает наступление весны на две недели.

Во-вторых, местная растительность, не боявшаяся плуга, начала наступление на город разными видами сорняков. Жители страдали от аллергии на местные растения. Овраги разрушали оползни, а текущие в них ручьи собирали городскую грязь. Высаженные на бульварах и улицах чужеродные деревья прижились плохо.Наконец, распад СССР поставил наукограды на грань выживания. В этом плане подмосковные наукограды имели одно большое преимущество — располагаясь в орбите Москвы они, по сути, превратились в очередные «спальники». В нулевые годы вновь приехавшие жители почти удвоили количество жителей Пущино (до 20 тыс. жителей), но с собой они привезли совершенно другие ценности. В город пришла многоэтажная и элитная коттеджная застройка, а уровень экологических требований существенно снизился.

Пущино, XXI век

Опыт создания «экополиса» в Пущино представляет интерес даже сейчас, не смотря на допущенные ошибки. 

Принцип «воспитание — понимание — действие», лежавший в основе проекта, применим и сейчас. На практике он работает следующим образом. Сначала составляется социальный и экологический портрет города, определяются характеристики населения, состояния окружающей среды, загрязнения вод, почв, воздуха, биоразнообразия, исследуется ситуация на особо охраняемых природных территориях. На втором этапе проводится открытая конференция для жителей города, посвященная проблемам окружающей среды. На третьем этапе ведется обсуждение текста программы, конкретных действий, формируются направления-подпрограммы, проходит обсуждение структуры и функций экологических служб и общегородских лабораторий.

Эта модель, учитывающая все стороны жизни и включающая в обсуждение развития города его жителей, стала самым важным наследием проекта «экополис». Даже если сам город Пущино и не превратился в город-сад, как это было задумано его создателями, заложенные в этом проекте идеи позволят создавать такие города в будущем.

Posted in Биоразнообразие, Взгляд, Город, История, устойчивое развитие, Человек by Экосфера with comments disabled.

Сен 21st Кто на самом деле открыл глобальное потепление? История Михаила Будыко

«У природы нет плохой погоды, — радостно сообщает радио. Впрочем, каждый из нас может поспорить с этим утверждением. Изнывая от небывалой жары в июле 2010 или задыхаясь от дыма якутских пожаров летом 2021, наблюдая все более мощные смерчи или невиданные раньше ливни, мы все становимся немного метеорологами.

Интерес к климату и процессам, происходящим с ним последние годы растет во всем мире. Прямое свидетельство этого — вручение высшей международной научной награды ученым-климатологам. В прошлом году лауреатами Нобелевской премии по физике стали климатолог Сюкуро Манабэ и океанолог Клаус Хассельман «за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку изменчивости и надежное прогнозирование глобального потепления». 

Но признание вычислительной климатологии научным сообществом было бы невозможно без исследований отечественных ученых и в первую очередь Михаила Ивановича Будыко. Благодаря советскому ученому, климатология, — ранее наука по преимуществу теоретическая и описательная, — стала наполняться эмпирическими данными и превратилась в прогностическую дисциплину, а отечественная школа климатологии получила мировое признание. 

Глобальное потепление — новая реальность

Мы все любим порассуждать о глобальном потеплении, но очень мало знаем о климатологии как науке и ключевых для ее развития событиях. Одним из них был проведенный профессором Будыко в 1971 году Международный симпозиум по физической и динамической климатологии, чьи выводы о влиянии человека на климат опередили научный мейнстрим. Именно здесь впервые прозвучало научно обоснованное мнение о том, что деятельность человека меняет климат нашей планеты.

На конференции Будыко подвел итог своим изысканиям по исследованию теплового и энергетического баланса Земли, неустойчивости полярных льдов и зависимости их площади от изменения климата. Именно он первым показал, что повышение глобальной температуры ведет к исчезновению льдов в Арктике. Это предвидение полностью подтвердилось уже в начале XXI века. 

Вместе с Хельмутом Лансбергом Будыко отстаивал идею о том, что человеческая деятельность влияет на климат — с этой идеей участники симпозиума согласились, хотя единого понимания о том, будет ли климат меняться в сторону потепления или похолодания, у них на тот момент не было. Ряд климатологов — Митчел, Лэм и другие — считали, что планете угрожает похолодание из-за влияния аэрозольного загрязнения атмосферы. Будыко и Лансберг, напротив, настаивали на том, что человеческая деятельность — это фактор потепления. 

Вот как Будыко вспоминал эту конференцию: «Обычно в конце организаторы говорят какие-то общие слова… Я же вместо общих слов сформулировал идею, показавшуюся всем абсолютно неприемлемой, сказав, что глобальное потепление неизбежно. Я представил некоторые количественные оценки и выразил надежду, что все попытаются заняться этой проблемой, потому что она очень важна. Это вызвало взрыв негодования, все явно демонстрировали крайнее нерасположение к докладчику. Разумеется, никто и не думал больше о том, чтобы благодарить организаторов. Несколько очень известных ученых выступили, сказав, что человеческая деятельность не может оказать никакого влияния на климат, что изменения климата непредсказуемы и что внедрять в умы такие идеи совершенно недопустимо».

Итогом симпозиума стала изданная в 1972 году брошюра Будыко «Влияние человека на климат». Михаил Иванович определил два основных фактора, влияющих на климат: рост производства энергии и увеличение концентрации углекислоты в атмосфере. Так, он подсчитал, что повышение производства энергии на 4-10 % в год в течение 100 лет приведет к тому, что количество тепла, производимое человеком, будет сравнимо с величиной радиационного баланса всей поверхности континентов Земли. Это повлечет за собой значительный рост глобальной температуры. Уже в начале XXI века, как считал Будыко, увеличение температуры будет гораздо выше естественного повышения, которое наблюдалось в начале XX века. 

Михаил Иванович указывал так же и на рост содержания углекислого газа в атмосфере со скоростью 0.2% в год. А так как атмосферная углекислота поглощает длинноволновую радиацию, это должно усилить парниковый эффект и способствовать повышению температуры, предполагал Будыко. Сейчас, спустя более чем тридцать лет с момента этого прогноза, мы можем наблюдать его точность. 

Сам Будыко считал необходимым прогнозировать изменения климата хотя бы на сто лет вперед — как минимум для строительства и проектирования инфраструктуры и зданий. К сожалению, на признание идей советского ученого о глобальном потеплении ушло без малого 20 лет — и это только в научном сообществе. 

От шахмат к геофизике

Михаил Иванович Будыко родился 22 января 1920 года и провел первые девять лет жизни в Белоруссии в городе Гомель. Затем его родители вернулись в родной для них Ленинград, где в 1937 году он закончил школу. В начале Великой Отечественной войны Ленинградский политехнический институт(ЛПИ), где работал отец и дядя Михаила Ивановича и учился он сам, был эвакуирован из города на Урал, в Свердловск.

Там будущий отец современной климатологии сближается с Михаилом Исааковичем Юдиным, — одним из ведущих специалистов по динамической метеорологии, — оказавшимся в Свердловске вместе с эвакуированными сотрудниками Главной геофизической обсерватории им. Воейкова (ГГО). 28-летнему Юдину было поручено сформировать в ГГО отдел военной метеорологии. Недолго думая, он приглашает работать в отдел друга по шахматам, Михаила Будыко. Вместе они начинают погружаться в не слишком тогда популярную метеорологическую науку.

Будыко так объяснял свой выбор: «Когда я оканчивал Политехнический институт, шла война, и все было неясно. Совершенно случайно меня пригласили не в физический, а в геофизический институт, который занимался проблемами, связанными с войной. Я и представить не мог, что буду более 50 лет идти начатым путем. Но каждая моя научная статья или книга становилась маленьким шагом, после которого следующий шаг был неизбежен».

Так, почти случайно, определился жизненный путь Михаила Ивановича и вместе с ним направление развития климатологии на ближайшие полвека.

Первые шаги в науке

Неудивительно, что первое исследование Михаила Ивановича находилось на пересечении физики и метеорологии. Оно было посвящено влиянию турбулентности пограничного слоя атмосферы на испарения с «подстилающей поверхности». Здесь впервые проявился свойственный Будыко подход, в котором теория подкреплялась обширными практическими исследованиями. В данном случае, полученная в ЛПИ теоретическая подготовка по аэродинамике была дополнена полевыми исследованиями на почвенных испарителях вблизи Свердловска.

Исследование настолько увлекло его, что вскоре Будыко сел за учебники и сдал требовавшиеся для защиты кандидатской диссертации экзамены. Итогом ее защиты стало создание математической модели турбулентности приземного слоя атмосферы. Будыко предложил использовать индекс устойчивости пограничного слоя, рассчитываемый по разности измеряемых на двух уровнях значений температуры и скорости ветра, и дал ему физическое обоснование. Предложенный индекс до сих пор используется в современных автоматизированных системах метеонаблюдений.

Еще одна важная разработка Михаила Ивановича — «комплексный метод расчета испарения», позволивший многократно увеличить точность метеорологических прогнозов погоды. Предложенный Будыко и его коллегой Лидией Ивановной Зубенок в первые послевоенные годы, этот метод позволяет рассчитать среднемесячные значения испарения с поверхности суши по измеряемым данным об осадках, стоке, температуре, влажности воздуха и влагозапасу в верхнем метровом слое почвы.

Свое 28-летие Михаил Иванович отметил выходом монографии «Испарение в естественных условиях». Она стала и его докторской диссертацией, сделав Будыко первым метеорологом в СССР, получившим столь высокую научную степень до 30 лет. Молодому ученому предложили занять должность заместителя директора Главной геофизической обсерватории им. Воейкова. Увлеченный научными изысканиями Будыко сначала отказался от должности, но масштаб научных исследований убедил его, что в одиночку справиться будет невозможно, и в 1951 году он вступил в должность заместителя директора ГГО, а в 1954 году стал директором обсерватории.

Будыко так вспоминал работу в ГГО: «Я отвечал за всю климатологию в стране… Мне не нужно было ничего ни у кого спрашивать и получать разрешения. Руководство давало деньги, а на что их тратить я решал сам. Когда я только стал директором, в ГГО работали 500 человек. За 20 лет моей работы число сотрудников увеличилось в три раза до 1 500 человек. Но эта свобода не была бесплатной… Времени на самостоятельную научную работу у меня все эти годы было очень мало».

Климатология: от описания к прогнозированию

В начале 50-х Будыко полагал, что климатическая система более или менее замкнута — в ней нет главных или второстепенных процессов, а изменение климата определяется в первую очередь энергией. Это стало краеугольным камнем всех его последующих исследований. Михаил Иванович начал работать вместе с выдающимся российским географом и климатологом Андреем Александровичем Григорьевым. Вместе они пришли к пониманию того, что главным механизмом климата является тепловой баланс поверхности, поддерживаемый солнечной радиацией, с одной стороны, и уходящим излучением, а также явными и скрытыми потоками тепла, с другой.

Важным для понимания климатических изменений является вопрос о строении подстилающей поверхности. Ее изменения, — такие как смена растительности и влажности почв, облачность, — влияют на тепловой баланс, температуру поверхности и атмосферы в целом. Это наблюдение позволило Будыко и Григорьеву предложить свою классификацию климатов Земли и сформулировать периодический закон географической зональности. Их работа имела двойное значение: 1) она выявила главная особенность зональности — ее периодичность; 2) установила количественные показатели для проведения границ ландшафтных зон.

На смену эмпирическим классификациям климата благодаря Будыко пришел анализ данных на основе измеряемых количественных показателей. Это позволило Михаилу Ивановичу и сотрудникам ГГО составить атлас теплового баланса Земли. Их работа была награждена Ленинской премией и получила широкую известность за рубежом. Поняв, как работает связь между температурой воздуха и поверхностью и как это можно выразить количественно, Михаил Иванович разработал энергобалансовую модель климата. Она была опубликована в 1968 году в журнале «Метеорология и гидрология», а через год в английском журнале «Tellus». Схожую модель предложил в то же время Уильям Селлерс. В последующем эти модели получили название «модели Будыко — Селлерса».

Работая над энергобалансовой моделью, Будыко столкнулся с необходимостью проведения оценки ускорения потепления в результате увеличения уровня СО2 в атмосфере. Михаилу Ивановичу предстояло понять, как изменится глобальная температура в случае, если концентрация углекислого газа увеличится вдвое по сравнению с доиндустриальной эпохой. Эмпирические данные для этого можно было получить через исследование палеоклимата. Проведя анализ немногочисленных на тот момент данных по истории климата, ученый предположил, что чувствительность климата составляет около 3 градусов по Цельсию. Будыко установил, что такой рост приведет к разрушительным изменениям окружающей среды. Современные исследования — например, последний доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата — определяют эту величину в том же диапазоне, что и профессор Будыко, за 50 лет до них.

Климат в большой политике

Еще одним шагом к глобальному обсуждению климата и его изменений стало создание так называемой «Рабочей группы № 8» (РГ8). Она возникла по итогам заключенного в 1972 году Соглашения о сотрудничестве в области охраны окружающей среды между СССР и США. Со стороны Советского союза РГ8 бессменно возглавлял Михаил Будыко, и эта группа дала продуктивный пример кооперации ученых даже в самые непростые годы «холодной войны». 

Уже к началу 80-х многие советские и американские участники группы установили личные контакты и нашли общие научные интересы. Начался обмен метеорологическими данными между США и СССР, анализ предстоящих изменений климата на основе используемого в СССР метода палеоаналогов и развиваемых в США численных моделей общей циркуляции атмосферы и океана. РГ8 сыграла большую роль не только в развитии научной деятельности, но и в улучшении отношений между странами. Все это не могло бы произойти без работы Михаила Ивановича Будыко.

В 1992 году, вскоре после распада СССР, деятельность группы была прекращена. Тогда же Михаил Иванович был избран академиком РАН и до конца жизни руководил созданным им отделом, работая над прогнозированием климата будущего.

В 1998 году Михаил Иванович получил почетную премию «Голубая Планета» Фонда Асахи — своего рода аналог Нобелевской премии в области экологии. К премии полагалась денежная часть в размере 400 тысяч долларов. Поскольку ученый не понимал, как их потратить, они долгое время просто лежали у него в квартире в Санкт-Петербурге. Но однажды Будыко узнал, что известный физик Жорес Алферов планирует организовать школу для молодых физиков. Не долго думая, Михаил отсчитал половину премии и передал Алферову.

***

Михаил Иванович Будыко скончался 10 декабря 2001 года, но его открытия в климатологии и научные прогнозы продолжают быть актуальными и сегодня. Во многом благодаря его научному наследию в России в сентябре 2021 года была принята программа низкоуглеродного развития до 2060 года.

Что нового в историческом отчете МГЭИК: 4 ключевых вывода

Posted in Взгляд, Климат, Наука, Человек by Экосфера with comments disabled.

Сен 14th Угольная зависимость. Почему странам сложно отказаться от самой грязной энергии

Угольная промышленность в России зародилась еще при Петре 1. Именным Указом от 7 декабря 1722 года было велено искать каменный уголь в южных регионах Российской империи. В 1771 году была заложена первая угольная шахта, а сейчас в стране более 170 добывающих предприятий (54 шахты и 117 разрезов). 

Уголь до сих пор остается самым главным источником энергии в мире. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2021 году на угольных электростанциях выработали почти 37% электричества, на втором месте — природный газ (23,5%). 

Все это несмотря на хорошо известные экологические минусы угля: от загрязнения воздуха угольной пылью до усугубления парникового эффекта. Чтобы понять, как именно уголь воздействует на окружающую среду, проследим весь его путь от шахты до потребителя.

Проблемы шахт и карьеров

Исследование американских ученых показало, что разработка угольных месторождений вредит планете гораздо сильнее, чем считалось ранее. Оказалось, что выбросы метана производят не только действующие шахты, но и заброшенные. Отработанные пласты продолжают «коптить» парниковые газы. Шахты с каждым годом становятся все глубже, что еще больше увеличивает концентрацию метана. 

Продолжительность жизни людей в регионах добычи угля значительно ниже, а уровень профессиональной заболеваемости среди шахтеров превышает средний показатель по стране в 20 раз. Практически у каждого работника несколько хронических заболеваний. Чаще всего это происходит из-за ненормированного графика, использования устаревших технологий, тяжелейших условий труда, запыленности, облучения, неблагоприятного микроклимата.

Население шахтерских городов также страдает от превышающей нормы концентрации вредных веществ воздухе, воде, почве и высокого уровня шума. Опасны даже заброшенные шахты: из-за подтопления территорий в реки поступают грязные производственные воды, а в атмосферу выделяются токсичные газы.

Кроме того, на предприятиях угольной промышленности в пустотах среди пород скапливается метан. Это опасно не только с точки зрения влияния на климат (метан — парниковый газ, в 25 раз активнее углекислого), но и приводит к масштабным авариям  из-за регулярных нарушений техники безопасности. Так, в конце прошлого года взрыв на шахте «Листвяжная» унес жизни 51 человека, 92 — пострадали. В 2014 году в Турции в результате взрыва на шахте в Соме погиб 301 человек. Такие аварии случаются регулярно. 

Смертность от угольной промышленности в 2,5 раза больше, чем от нефтяной, в 25 раз, чем от газовой и в тысячу раз от ядерной энергетики: даже после включения в анализ катастроф в Чернобыле и Фукусиме. В среднем в результате аварий на предприятиях угольной отрасли ежегодно гибнет не менее 50 человек. 

Последствия транспортировки

Перевозят уголь с помощью железнодорожных и автоперевозок, углепроводов и морским транспортом. Железные дороги — основной способ транспортировки угля. По данным ОАО «РЖД», в 2021 году погрузка составила 371,7 млн тонн (+5,2% к 2020 году).

Во время загрузки железнодорожных полувагонов несколько десятков тонн угля выпускается из бункера и ударяется о дно, а вытесняемый воздушный поток высвобождает огромное количество пыли. Площадь загрязнения увеличивают грузовики, курсирующие между районами добычи и железнодорожными терминалами перевалки угля: в результате угольная пыль распространяется на значительные расстояния вокруг карьера и вдоль дорог. 

В портах, где производится перевалка, дробление и сортировка угля чаще всего продолжают использоваться устаревшие технологии. В результате пыль распространяется как в акватории портов, так и в окрестные населенные пункты. Например, жители Приморского края рассказывают, как угольная промышленность отравляет их жизнь: сажа оседает на окнах и мебели, залетает в двигатели машин и тракторов, выводя их из строя, выпадает черный снег, увеличивается количество респираторных и легочных заболеваний.

Чем же так опасна угольная пыль? По сути это мелкие минеральные частицы, образующиеся при добыче, переработке и транспортировке сырья. В ней могут находиться некоторые твердые токсические вещества, например, свинец, фосфор, мышьяк, сурьма, бор, а также их соединения. Загрязнение угольной пылью опасно для здоровья человека, потому что вызывает различные респираторные заболевания, например, пневмокониоз. Ее высокая концентрация также приводит к взрывам и пожарам. Окружающей среде угольная пыль наносит не меньший вред. Оседая на листья растений, она блокирует поры и затрудняет фотосинтез и дыхание. Ее проникновение в почву изменяет физико-химические свойства, что тоже ухудшает рост и развитие растительности. 

Опасное потребление

В 2020 году Центр исследований энергетики и чистого воздуха (CREA) оценили глобальную стоимость загрязнения воздуха от ископаемого топлива — более $8 миллиардов в день или 3,3% от мирового ВВП. Из-за выбросов ежегодно умирает более 4,5 млн человек по всему миру. Кроме того сжигание одной тонны угля приводит к образованию 2,7 тонн CO2. С учетом мировой добычи угля отрасль ответственна за образование более 20,1 млрд тонн выбросов — столько же производят все отрасли Китая за два года.

В атмосферу также выбрасываются взвешенные частицы, диоксид серы, оксиды азота, угарный газ. Воздействие этих загрязнителей повышает риск возникновения онкологии, сердечно-сосудистых заболеваний и органов дыхательных путей. Наиболее уязвимые группы — дети, пожилые, беременные женщины и люди со слабым иммунитетом.

Однако уголь, биомасса и отходы сгорают не полностью. На тепловых электростанциях образуются зола и шлаки, которые содержат токсичные элементы: ртуть, мышьяк, торий и др. Их хранят в резервуарах или просто отправляют на свалки, где они попадают в почву, а летучие соединения переносятся по воздуху вместе с дымовыми газами.

Еще одна опасность, связанная с угольными шахтами и ТЭЦ, которой часто уделяется недостаточное внимание, это радиоактивность. Она вызвана естественными радионуклидами, содержащимися в угле. Радионуклиды поступают в воздух из дымовых труб и оседают в почве. Вблизи станций в несколько раз превышаются не только фоновые, но даже предельно допустимые значения урана и тория, что вызывает онкологические заболевания и опасные мутации у населения. 

Котельные, особенно с устаревшим оборудованием, тоже наносят вред природе. Хотя относительно ТЭС они выбрасывают меньше вредных веществ, КПД полезного действия при сжигании угля в котельных значительно меньше. Это приводит к недожогу топлива и высвобождению более опасных веществ, например, бензпирена. Эффективность сжигания угля напрямую влияет на уровень загрязнений — чем она выше, тем меньше выбросов. Самая низкая — у печей и котлов в частном секторе, самая высокая – у современных ТЭЦ.

Старые котлы, работающие на угле, древесине и щепе выбрасывают большое количество вредных соединений в атмосферу. В частном секторе небольшая высота труб (10-15 метров), из-за этого зимой в таких районах можно наблюдать черный клубящийся дым. Решить такую ​​проблему можно только подключением домов к общей системе теплоснабжения или ликвидацией старых котельных.

Европа, COP26 и уголь: что будет дальше

По итогам климатической конференции COP26 в Глазго, 40 стран, а также представители бизнеса и финансовых институтов подписали обязательство о поэтапном отказе от угольной энергетики. Более богатым странам рекомендовано выбрать дату окончания в 2030-х годах, более бедным — в 2040-х. Пакт призывает прекратить субсидии на ископаемое топливо, но сроки страны и компании должны устанавливать себе сами.

Генсек ООН Антониу Гутерриш считает, что миру необходимо решительно отказываться от угля. Делать это предполагается поэтапно по трем направлениям: 

• отмена планируемых проектов по строительству угольных электростанций;
• прекращение международного финансирования угольных электростанций и переключение инвестиции на проекты возобновляемой энергии;
• создание новых рабочих мест за счет развития чистых источников энергии, чтобы компенсировать, потерянные в угольной промышленности.

Переход на «зеленую» энергию начался в Европе еще несколько лет назад. В 2016 году первой страной, отказавшейся от добычи угля стала Бельгия. За ней последовали Швеция и Австрия, закрывшие все свои угольные электростанции ​​в 2020. Великобритания обязалась закрыть угольные предприятия к 2024 году. В 2020 страна провела 5 тыс. часов без угольной электроэнергии, а ранее в этом же году побила новый рекорд ветроэнергетики — она обеспечивает более трети территорий страны. В 2021 году Китай отказался от строительства новых угольных электростанций за рубежом и обязался помогать другим развивающимся странам осваивать чистую и низкоуглеродную энергетику. 

Водород — новое светлое будущее энергетики?

Но полностью исключить уголь из энергобаланса не так просто по экономическим причинам. По итогам 2021 г. многие страны Европы нарастили импорт топлива — более 50 млн. тонн угля из России или около 46% совокупного импорта, хотя сегодняшние санкции в корне изменят картину уже к концу 2022 года.  Германия также продолжает открывать собственные угольные шахты в деревнях, чтобы обеспечить свое население стабильной и недорогой электроэнергией. Польша сохраняет и расширяет свою главную угольную шахту «Туров» в Богатыне несмотря на ежедневный штраф в размере 500 тыс. евро за игнорирование решения Верховного суда Европы (CJEU). По мнению геологов, продолжение разработки рудника приведет к опасным изменениям в структуре пород: немецкие и чешские города могут буквально уйти под землю.

Угольная отрасль оказалась в неоднозначной ситуации. С одной стороны, в тренде зеленого перехода он является самым грязным источником электроэнергии, а с другой — остается надежным ресурсом по доступной цене, спрос на который растет. Тем не менее, согласно прогнозу Международного энергетического агентства (МЭА), к 2050 году почти 90% электроэнергии будет производиться из возобновляемых источников.

Откажется ли от угля Россия?

Угольная промышленность обеспечивает 1,7 млн рабочих мест в пяти регионах России, где проживает 11 млн человек. Объем добычи растет: за последние 5 лет он увеличился в 1,3 раза, было введено 300 млн тонн новых добывающих мощностей. По данным на 2020 год, Россия занимает 6-е место как по добыче угля (5,2% от мирового производства), так и по его потреблению (3,27 эксаджоулей). 

Полностью отказаться от угля в ближайшие годы  страны не получится. Хотя и его потребление на внутреннем рынке не растет, экспорт будет продолжать увеличиваться. В 2021 году российский экспорт составил 215,1 млн тонн (49%), а на внутренний рынок было отгружено лишь 166,6 млн тонн (37%), всего же было добыто 438,4 млн тонн. По плану развития промышленности до 2035 года поставки практически полностью уйдут из Европы в Азиатско-Тихоокеанский регион: Индию, Таиланд и Малайзию.

Эксперты прогнозируют: добыча ископаемого топлива в России к 2035 году вырастет на 10-50% и составит от 485 до 668 млн тонн. Планируется развивать новые месторождения и строить терминалы по перевалке угля. При этом компании угольного сектора адаптируются к ESG-требованиям и вводят более экологичные технологии. В качестве примера можно привести АО «СУЭК», который построил в порту Мурманска экраны, защищающие город от угольной пыли. Помимо этого, предприятия отрасли вводят программы по разработке месторождений высококалорийного угля и обогащению угля, чтобы минимизировать выбросы пыли и углекислого газа.

Меры по экологизации отрасли поддерживает и правительство. В марте 2021 Виктория Абрамченко утвердила «дорожную карту» по сокращению негативного воздействия предприятий угольной промышленности на окружающую среду. Задача плана —  внедрить современные и не причиняющие здоровью человека вреда технологий закрытой перевалки угля. Правительство также поддержало проект закона о повышении ответственности за санитарные и экологические нарушения при перевалке угля в портах.

Экономика vs экология: ради спасения бизнеса в России отменяют экологический контроль и сворачивают экопроекты

Снижение спроса на уголь неизбежно вызовет экономические проблемы добывающих территорий. Например, среди регионов РФ по вовлеченности населения в малый бизнес Кемеровская область находится на 52-м месте, Республика Хакасия — на 75-м, Забайкальский край — на 77-м, Коми на — 82-м. Чтобы полностью прекратить добычу топлива, нужны четкие планы диверсификации экономики этих регионов. 

В 2021 году такие планы были приняты для Кузбасса и Республики Коми. Общие инвестиции в новые проекты могут составить до 500 млрд. Только большая часть из них все равно будет связана с добычей и переработкой полезных ископаемых, производства аммиака и карбамида, что едва ли поможет восстановлению окружающей среды. Другие проекты будут направлены на производство извести, алюминия, на строительство аэропорта, а также логистического центра онлайн-ретейлера Wildberries.

Минэнерго России выступает за развитие в стране углехимии (т.е. производство синтетического топлива). Это должно помочь отрасли постепенно адаптироваться к снижению экспортного спроса на уголь. Однако для развития этой отрасли нужны собственные технологии, квалифицированные кадры, стратегия развития и конкуренции на внешнем и внутреннем рынках. 

По мнению экспертов, лучший вариант — превращение угольных областей в точки роста возобновляемой энергетики: производство ветряков, генераторов, лопастей. Это бы сделало экономику регионов устойчивее. В России уже есть подобный пример: открытие ветроэлектростанции в бывшем шахтерском моногороде Гуково (Ростовская область).

***

Европа идет к низкоуглеродному будущему быстрее, чем Россия, Индия и другие развивающиеся страны. Использование угля в энергобалансе скорее всего сохранит сегодняшние позиции еще на 5-10 лет, ведь страны АТР, Африки, СНГ потребляют большое количество этой энергии. Тем не менее растущая популярность ESG ведет к переходу на устойчивые источники энергии в мировом масштабе.

Нездоровая атмосфера: почему сложно доказать вред здоровью от загрязнения воздуха?

Posted in Взгляд, Земля, Климат, Обзор, Экономика, Энергетика by Экосфера with comments disabled.

Сен 7th Какие богатства таит дно Мирового океана и чем грозит их освоение?

Фото: screenshot video MBARI

Как все начиналось

О богатствах океанического дна известно уже более полутора веков. В романе Жюля Верна «20 000 лье под водой» капитан Немо упоминает «значительные залежи руд, цинка, железа, серебра, золота» и видит за ними будущее. В 1868 году российский корабль добыл самородок железной руды в Северном Ледовитом океане в ходе работ по углублению морского дна. Еще пять лет спустя месторождение железа было найдено в Атлантическом океане, еще через два года — в Тихом. Но настоящий прорыв в освоении глубоководных запасов полезных ископаемых начался лишь в 1960-е годы XX века, с выходом книги «Минеральные богатства океана» (Mineral Resources of the Sea) американского геолога Джона Меро (в 1969 году она была переведена на русский язык и издана в СССР в издательстве «Прогресс»). В 1970 Генеральная Ассамблея ООН признала океанические ресурсы общим достоянием человечества и декларировала их международное использование в мирных целях. В 1982-м была принята конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву (ЮНКЛОС), участниками которой стали 168 стран. В 1994 году все они вошли в состав Международного органа по морскому дну, регулирующего глубоководную разведку и добычу полезных ископаемых.

В последние десятилетия XX века интерес к глубоководной добыче несколько иссяк из-за доступности запасов полезных ископаемых на суше и падения цен на металлы: затраты на технологии и оборудование превышали потенциальную выгоду от освоений подводных месторождений. Современная ситуация выглядит иначе: ресурсы на суше истощаются, а материально-техническая база — совершенствуется. Именно поэтому правительства, корпорации и научно-исследовательские организации осваивают программы добычи полезных ископаемых.

Мировой океан как мировое достояние

Если представить себе Мировой океан со всеми его ресурсами в виде условного государства, то его ВВП составит порядка 3 трлн долларов США: так считают эксперты Росгеологии. Это сопоставимо с показателями Бразилии, Великобритании, Франции или Индонезии. К середине XXI века эта цифра может увеличиться более чем вдвое. В океане обнаружены конкреции —россыпи традиционных и специфических твердых полезных ископаемых, запасы нефти, газа, газовые гидраты (их можно использовать как альтернативный источник природного газа). Кроме того, в морской воде содержится более 70 элементов таблицы Менделеева.

Уже к концу XX века стали широко известны нефтяные и газовые запасы всех четырех океанов, а также дна Каспийского моря (доступ к каспийской нефти имеют Россия, Иран, Азербайджан, Казахстан и Туркменистан). 30-35% мировой добычи углеводородов относится к шельфовым и глубоководным месторождениям. Мировой алмазный гигант De Beers Group использует специализированные корабли на атлантическом побережье Африки для перемещения техники по морскому дну в поисках алмазов. На подводные месторождения возлагается большая надежда после значительного спада в алмазной отрасли в 2019 году и сокращения добычи в разгар пандемии коронавируса. 

Канадская геологоразведочная компания Nautilus Minerals разрабатывает месторождения драгоценных металлов в территориальных водах Папуа-Новой Гвинеи, а в Японии и Южной Корее запускаются государственные проекты по освоению собственных морских запасов. Не остается в стороне и Россия: в Указе Президента РФ №327 «Об утверждении Основ государственной политики Российской Федерации в области военно-морской деятельности на период до 2030 года» от 20 июля 2017 года говорится о растущем значении океанических вод «в связи с истощением природных ресурсов суши, воздействием хозяйственной и иной деятельности человека на окружающую среду, изменением климата, миграцией населения и другими процессами». Но наиболее лакомым кусочком для корпораций становятся воды открытого моря: они составляют более половины всего пространства Мирового океана и содержат больше полезных ископаемых, чем все континенты, вместе взятые.

Вплоть до 70-х годов прошлого века считалось, что в глубоководных впадинах жизни нет, потому что солнечные лучи не проникают так глубоко. Соответственно, фотосинтез водорослей там невозможен. А без водорослей, которые становятся первым звеном для множества пищевых цепочек, не смогут существовать и другие организмы. Но в 1977 году океанологи открыли гидротермальные источники на глубине около 2500 метров. В их водах обнаружили осьминогов, крабов и трубчатых червей, питающихся органическими соединениями. Согласно современному исследованию Шведской королевской академии наук, одно горнодобывающее судно оставляет за собой более 50 тысяч кубометров отходов в день. Часть этих отходов содержит ртуть и свинец, что, по мнению ученых, может привести к вымиранию целых видов подводных организмов. 

С одной стороны, освоение морских богатств сможет восстановить горнодобывающую отрасль после кризиса и сберечь минеральные ресурсы суши (обеспеченность запасами многих полезных ископаемых на континентах не превышает 50 лет). С другой, развитие глубоководной добычи неизбежно приведет к негативным последствиям для экосистемы Мирового океана. Что же делать и как регулировать эту проблему на государственном и международном уровне?

Проблемы и пути их решения

Основная проблема правового регулирования глубоководной добычи полезных ископаемых заключается в «плавающем» статусе Международного органа по морскому дну. В отличие от многих других организаций ООН, он подчиняется собственному генеральному секретарю: сейчас этот пост занимает британец Майкл Лодж. Собрания организации проходят ежегодно в Кингстоне, столице Ямайки. Целью их деятельности является не запрет глубоководной добычи, а уменьшение ущерба для окружающей среды от нее.

В 2019 году представители стран-участниц Международного органа по морскому дну впервые рассмотрели проект Горнодобывающего кодекса — документа, определяющего порядок добычи полезных ископаемых на дне океана. В то же время, к этому моменту порядка 30 корпораций уже оформили разрешения на освоение морского дна в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах. По состоянию на 2020 год, кодекс еще не вступил в силу, а подводная добыча уже происходит в коммерческих масштабах и вызывает закономерные вопросы у экологических организаций. Согласно исследованиям, отходы от разработки полезных ископаемых в Мировом океане могут перемещаться на тысячи километров.

Подводные горы, богатые металлами и минералами, являются источником обитания рыб, кораллов, губок, дельфинов и морских черепах. В водах гидротермальных источников селятся моллюски, и промышленные работы могут поставить некоторые их виды на грань вымирания. По словам Майкла Лоджа, развитие добычи приведет к развитию мониторинга и необходимости разработки международных стандартов. Сейчас, на предварительном этапе, эксперты видят меньше опасности для окружающей среды в освоении морского дна, чем в ядерной и нефтяной промышленности. Ожидается, что в период с 2020 по 2030 год рынок глубоководной добычи будет расти на 37,1% в год.

Но пока ни коммерческие, ни общественные организации не могут объективно оценить последствия для окружающей среды от освоения морского дна. Часть ученых говорит о том, что не стоит спешить с бурной деятельностью, ссылаясь на недостаточную изученность флоры и фауны Мирового океана. По словам биолога Лизы Левин из Института океанографии Скриппса, миллионы видов живых организмов, обитающих в морской воде, до сих пор не описаны подробно. С ней соглашается и ее коллега Джефф Дрейзен из Гавайского университета в Маноа: ученый утверждает, что оценить все риски невозможно, пока морские глубины остаются самой неизученной экосистемой на планете.

В настоящее время ведутся ожесточенные дебаты о том, разрешать ли глубоководную добычу полезных ископаемых и устанавливать ли новый крайний срок для предлагаемых правил, которые все еще находятся в режиме проекта.

Пока не до конца ясно, чем обернется для планеты глубоководная добыча полезных ископаемых: новыми возможностями или новой экологической катастрофой. Ответ на этот вопрос во многом зависит от согласованных действий корпораций, международных организаций и мирового научного сообщества.

Исследование: Устранение ущерба от глубоководной добычи обойдется вдвое дороже самой добычи

Posted in Биоразнообразие, Взгляд, Вода, Климат, Технологии by Экосфера with comments disabled.

Авг 31st История одной пластиковой бутылки: почему переработка не спасает нас от мусора

Как выглядит цикл переработки пластиковой бутылки?  

Проиллюстрировать процесс переработки вторсырья лучше всего на примере главного «экозлодея», пластика: именно пластиковая упаковка составляет более половины всех отходов на полигонах. И главное, что переработка пластика — самая трудоемкая и сложная по сравнению с другими материалами. Пусть конкретным примером переработки будет пластиковая бутылка. 

• 1 этап. Сбор 

Первый шаг — собрать отходы. Поскольку речь о том, что будет переработано, собирают их на пунктах приема и акциях сбора вторсырья, из баков для раздельного сбора мусора, в офисах, которые разделяют отходы, из «синих» баков возле жилых домов и так далее. Наша бутылка где-то тут, среди других видов мусора, перерабатываемого и неперерабатываемого. Бутылка может быть испачкана органикой, песком, грязью, и, скорее всего, ее этикетка на месте.

• 2 этап. Категоризация и сортировка  

Пластиковая бутылка пришла в пункт переработки вперемешку с другим мусором. Сначала ее отделяют от остальных отходов (бумага, консервные банки) и отправят к пластику. Затем пластик отсортируют на категории по цифрам в треугольнике — цифры «1», «2», «3» и так далее. Наша бутылка отправится в кучу пластика с категорией «1». Дальше весь пластик будут сортировать по цветам. Бутылки разложат на четыре цвета: зеленый, голубой, коричневый, прозрачный. Зеленый идет к зеленым, прозрачные бутылки к прозрачным. На этом этапе весь неперерабатываемый мусор, к сожалению, уедет на полигон.

• 3 этап. Мытье

Пластиковую бутылку с остальным пластиком отправят мыться. Тут его надо очистить от посторонних предметов и примесей — это этикетки и клей от них, остатки еды и напитков, грязь и все, что могло попасть на пластик в мусорках. Любая посторонняя примесь помешает операции или испортит всю партию получаемого сырья. Моют не просто водой, а кипятком и специальными средствами.

• 4 этап. Измельчение

Вымытую бутылку и весь остальной чистый пластик той же категории, цвета и типа отправляют в измельчительный аппарат. Там бутылку со всем вместе рубят на мелкие части. Получается пластиковая крошка, которую в таком виде могут добавлять в другие материалы — смешивать с асфальтом, к примеру, или продавать в качестве самостоятельного сырья. На этом этапе иногда также находят примеси, которые не вышли на этапе чистки — например, магнитом достают частички металла.

• 5 этап. Идентификация качества пластика и классификация

На этом этапе давно потерявшуюся в пластиковой крошке бутылку «испытывают» водой и воздухом — погружают в воду и помещают в аэродинамическую трубу, чтобы определить плотность и толщину материала. Пластиковые хлопья проходят отбраковку по качеству и дополнительную сортировку — вновь по цвету. Этот этап помогает проверить качество и добиваться чистоты партии сырья.

• 6 этап. Переплавка и создание нового предмета

Пластиковую крошку превращают в гранулы. Для этого ее еще раз измельчают и переплавляют, потом вытягивают в длинные пластиковые «нити» и рубят на гранулы. Иногда к гранулам добавляют дополнительные примеси других полимеров или смешивают пластик разных видов. Все гранулы — финальный продукт, из которого делают новые бутылки, упаковку, одежду, строительные материалы.

• 7 этап. Изготовление нового предмета

Полученные пластиковые гранулы покидают пункт переработки и отправляются на предприятие, где из них (или из созданного на основе гранул волокна) сделают новые вещи. Ими могут быть: 

• футболки из полиэстера, флиски, куртки — спортивная, технологичная одежда,
• утеплители,
• мебель,
• стройматериалы, 
• широкий спектр пластиковых бытовых вещей, типа метелок и ворса для них, ведер, тазов,
• пакеты и пленки,
• иногда — бутылки, одноразовая упаковка.

Это основные этапы процесса переработки. Детали каждого этапа отличаются на разных пунктах по объемам, времени и результату, и специфика процесса зависит от технической оснащенности и автоматизации. Где-то применяют ультрасовременные машины с инфракрасными, рентгеновскими и другими типами продвинутых датчиков, способных точнейшим образом сортировать пластик, а где-то до сих пор встречается ручная первичная сортировка.

Из пластиковой бутылки не получится такая же пластиковая бутылка

Цель переработки — получить обратно в оборот безопасное сырье максимально высокого качества, которое будет конкурировать с первичным пластиком. В реальности переработку пластика можно представить как сужающуюся спираль, а не  бесконечную петлю — по мере спускания сверху вниз первоначальное качество теряется. 

В течение процесса значительная часть изначальных ресурсов (отходов) отбракуется, и при стандартной схеме переработки из пластика можно извлечь только 10% полезного сырья. Это переработка нисходящего цикла, даунсайклинг, при котором получается ресурс худшего качества, и его в большинстве случаев нельзя использовать повторно в пищевых целях. 

Обратная сторона переработки пластика — расследование National Public Radio

Пластик — простой полимер, длинная цепь атомов, представляющая собой повторяющиеся участки длиннее тех, что встречаются в природе. Длина цепи и способ соединения участков делают пластик пластиком — гибким, прочным, многофункциональным. А каждая переработка укорачивает длину этой цепи. В конце процесса переработки уменьшается количество исходного материала (изначального мусора) и снижается его качество. 

Поэтому из одной пластиковой бутылки не получится создать точно такую же пластиковую бутылку — чтобы покрыть спрос рынка на новую упаковку, производитель использует только чистое сырье. 

Не каждый пластик имеет второй шанс 

Есть семь видов пластика — те самые цифры от 1 до 7 в треугольном значке переработки, который указан на упаковке. 

• Номера «1» и «2» — пластиковые бутылки, контейнеры, крышки для бутылок, плотные пакеты и многое другое широко перерабатывается. 
• Номер «5» — применение от крышек для бутылок до хирургических инструментов — перерабатывается, но значительно реже. Номер «6», или полистирол, перерабатывается редко, потому что это нерентабельно.
• Номера «3» (ПВХ) и «7» (категория «другое») вообще не подлежат переработке — третья категория токсична, а в седьмой есть примеси мало используемых пластиков: её переработка нерентабельна. 

https://ecosphere.press/2020/09/09/kak-razobratsya-v-markirovke-plastika/

Таким образом, из семи категорий широко перерабатываются только две. Благо, именно они чаще всего встречаются. Но даже попадание пластика в его категорию не гарантируют переработку. Среди переработчиков в России только:

• 62% примут посуду от бытовой химии, 
• 59% — непрозрачные и цветные ПЭТ-бутылки,
• 28% — бутылки от масла,
• 43% — от молочных продуктов. 

За бортом остается множество вещей — пластиковые трубочки для напитков, ватные палочки, пакеты, одноразовая посуда, стаканчики для кофе и крышки для них, многие игрушки, дойпаки и саше и другое. Их у нас почти не принимают.

Еще одно возможное препятствие для переработки — условия. Выше была описана схема переработки пластика при идеальных условиях: чистый и неповрежденный пластик, не загрязненный органикой. Переработчик вообще может отказаться принимать грязное или испорченное вторсырье — бутылка, которая месяцы провалялась под дождем и солнцем, или грязная упаковка из-под еды могут не получить шанс на переработку. 

Будущее переработки

Из-за недостаточно развитой инфраструктуры сбора вторсырья, путаницы с маркировкой и недостаточного уровня просвещения в России на переработку попадает всего 7% вторсырья (в сравнении с 4% в 2019 году), а остальное отправляется на свалку или сжигается. Большую часть неперерабатываемых отходов составляет именно пластик. 

Это действительно проблема, потому что остальное вторсырье перерабатывать намного проще, и его качество сохраняется лучше. Стекло и алюминий можно перерабатывать бесконечное количество раз, бумагу — от 5 до 7 раз, и даже после этого из бумаги можно сделать, например, подложку из-под яиц.

Для пластика количество циклов переработки тоже конечно — разные виды пластика по разным оценкам можно переработать от 1-2 раз до 10 раз, некоторые специалисты считают, что пластик можно перерабатывать до 16 раз. Из-за своей особенности разрушаться после переработки, он редко используется как чистое сырье — чаще как примесь. Поэтому экологи прежде всего призывают отказаться от пластиковых вещей, которые переработать нельзя и заменять одноразовые многоразовым.

Но есть и хорошая новость для переработки. Как в свое время прогрессировало и усложнялось производство пластика, так и индустрия переработки не стоит на месте. Актуальный вызов для химии полимеров — переработать любой и вернуть его к первичному виду — приняли в Великобритании.

Британская компания Recycling Technologies разработала «всеядную» машину, которая подойдёт для переработки любого пластика. Методом пиролиза (экстремальная температура превращает пластик в газ, затем его сжижают в жидкость) из пластика делают маслоподобную жидкость Plaxx. Из нее можно делать пластик качества, равный новому. Технологию быстро подхватили и опробовали во Франции, США, Швеции. Плюс этого способа очевиден — переработать можно любой пластик и по состоянию, и по типу, а взамен будет сырьё первозданного вида.

Экологи технологию оценили, но призвали не считать панацеей. Эксперты считают, что важнее сосредоточиться на задаче рационального использования ресурсов как способе сокращения образования отходов. Более того, Глобальный альянс альтернативы мусоросжиганию выпустил отчет, где привел данные о вреде переработки — о сопутствующих выбросах, тратах энергии и воды. Так что главным решением проблемы пластикового мусора должно стать снижение его образования. Это значит, что прежде всего нам нужно сократить производство пластиков и ограничить количество одноразовой пластиковой упаковки.

Posted in Взгляд, Мусор, Пластик, Технологии, Человек by Экосфера with comments disabled.

Авг 24th От кроссовок до водки: как углекислый газ становится ресурсом для производства

Почему CO2 становится ресурсом?

Хорошая новость заключается в том, что технологии по улавливанию CO2 уже существуют. И если улавливание из труб высокоэффективно благодаря высокой концентрации газа, то улавливание из воздуха не требует привязки к конкретным объектам. Но что делать с полученным газом дальше? 

В 1977 году итальянский химик Чезаре Маркетти предложил складировать запасы CO2 на дне океанов. Тогда для этого не было подходящих технологий, но сегодня это не только возможно, но и практикуется (как и захоронения в земле, наподобие ядерных отходов). Проблема в том, что таким образом мы просто откладываем решение на неизвестный срок. Можно также использовать газ для повышения добычи нефти и угля — это даже выгодно. Но, опять-таки, это лишь повторное использование газа, который вновь возвращается в атмосферу. Более того, такой подход противоречит целям Парижского соглашения — ведь добыча углеводородов при этом увеличивается, а не сокращается. 

Но есть еще одно решение: производить из углекислого газа разнообразные материалы и товары. Безусловный плюс этого подхода — негативная эмиссия и полное исключение CO2 из круговорота веществ в природе. Так что же производят из углекислого газа? Давайте разберемся. 

https://ecosphere.press/2021/12/06/pojmaj-menya-esli-smozhesh-kak-rabotayut-tehnologii-zahvata-i-hraneniya-ugleroda/

Первые попытки

В 2015 году учеными из университета Джорджа Вашингтона была представлена технология по изготовлению из углекислого газа углеродного волокна и нанотрубок. Вообще этот ультрапрочный и легкий материал, устойчивый к высоким температурам и обладающий высокой силой натяжения, производится еще с конца XIX века, но традиционными способами изготавливать его очень дорого. При этом он активно используется в строительстве, промышленности, медицине, авиа- и машиностроении.

Неудивительно, что разработка ученых по изготовлению углеродного волокна из CO2 была названа «Алмазами с неба». Для процесса требуются только парниковый газ, от которого мы так хотим избавиться, и энергия солнца. Себестоимость в итоге составляет порядка 1000 $ за тонну материала. Сейчас внедрением технологии занимается компания C2CNT, основанная профессором Стюартом Лихтом, разработчиком этого метода. Компания ставит перед собой амбициозные задачи по извлечению CO2 из атмосферы и массовому внедрению своего углеродного волокна.

Дом из углекислого газа

Еще один материал, который человечество может производить из углекислого газа — это абсолютно незаменимый в строительстве бетон. Если для производства традиционного бетона используется известняк, запекаемый в специальных печах при огромной эмиссии CO2 (порядка 8% от всех антропогенных выбросов), то в случае с бетоном из углекислого газа процесс противоположный: углекислый газ не выбрасывается, а наоборот, становится частью изготовленного материала. Такой материал более твердый, прочный, долговечный и, что немаловажно, более дешевый.

Еще один плюс этой технологии — для нее необязательно строить новые предприятия, а достаточно модернизировать уже существующие. Сейчас экологичный бетон пытается внедрить в строительстве канадская компания Carbon Upcycling Technologie, но в целом подобных предприятий насчитывается более десятка.

В принципе, из экологичного бетона и материалов на основе углеродного волокна можно без особых проблем построить дом, но для комфортной жизни мало голых стен и потолка. 

Помимо бетона, нам очень сложно представить жизнь без пластика, хоть ученые и бьют тревогу по поводу пластикового загрязнения не первый год, а при производстве полимеров используются большие объемы ископаемого топлива. Но пластик тоже можно производить из улавливаемого из воздуха CO2.

Процесс этот непростой, в нем участвуют микроорганизмы, перерабатывающие углекислоту в биомассу, и сложные катализаторы. Но в перспективе он может оказаться значительно дешевле традиционного способа благодаря доступности основного компонента — углекислого газа. Уже сейчас эти технологии внедряют Ford (первый из автопроизводителей), IKEA, Econic и многие другие.

К «зеленому» будущему на углекислой тяге

Но и это далеко не все. Следующее на очереди — топливо. В принципе, способ производства бензина из углекислого газа известна с начала XX века, но он требует высоких температур и давления, а значит, весьма энергозатратен. Тем не менее, прогресс не стоит на месте. 

В Германии еще несколько лет назад было открыто небольшое производство бензина из CO2. Пока что конечный продукт выходит несколько дороже, чем получаемый из ископаемого топлива, но производители уверены, что развитие технологий, наращивание объемов и изменение налоговой политики могут изменить эту ситуацию.

С другой стороны, новейшие разработки, например, японских ученых дают возможность изготавливать топливо значительно проще и дешевле при помощи нетепловой плазмы. Также существует технология производства из углекислого газа метанола, используемого как в качестве топлива, так и в других областях — например, для производства все тех же пластмасс.

Кроссовки, еда и даже… водка

Строительные материалы, пластик, различные виды топлива… На этом возможности по превращению парникового газа в полезные предметы не заканчивается! Выпускающий спортивную обувь швейцарский бренд On выпускает обувь, все компоненты которой сделаны исключительно из извлеченного из воздуха углекислого газа. 

Стоимость производства этой пробной пары составила около миллиона долларов.

Тем временем базирующаяся в США фирма Air Company, уже продает парфюм, санитайзеры и — неожиданно! — водку, произведенные из углекислого газа. Для изготовления одной бутылки водки необходимо 0,2 м³ CO2 — так что теперь можно даже выпивать с заботой об атмосфере. К тому же, в такой водке нет никаких вредных примесей, вроде сивушных масел. И хотя цена продукта пока что довольно высока (65–80 долларов на сайте компании), кажется, что виной тому лишь ограниченность масштабов производства.

Из углекислого газа — а точнее из воздуха, содержащего CO2 — можно производить даже еду. Ученые из Лаппеенрантского технологического университета разработали довольно простую технологию изготовления питательной смеси в прямом смысле слова из воздуха. Смесь газов, которой мы дышим, содержит в себе все те же элементы, из которых состоит любой белок — азот, углерод, водород и кислород. Так что для производства еды нужно только электричество, с помощью которого молекулы в газах разбиваются на составные части, и немного бактерий, перерабатывающих все это в белки, жиры и углеводы.

Расчетная мощность завода, строящегося сейчас в Финляндии связанной с университетом компанией Solar Food, составляет 1 миллион тонн смеси в год, что может обеспечить едой 5 миллионов человек. Поскольку стоимость производства зависит только от стоимости электроэнергии и не требует ни доступа к воде, ни плодородных (да и любых других) почв, производство можно развернуть абсолютно в любом регионе. Эта технология способна внести свой вклад в решение проблемы голода (от которого на данный момент страдает порядка 9 процентов населения). 

Полученный продукт по вкусу и консистенции похож на обычную пшеничную муку. Возможно, это не слишком привлекательно с гастрономической точки зрения, но зато его можно использовать в качестве основы для производства огромного разнообразия продуктов. К тому же, у смеси неплохой химический состав: 50–60 % белка, 20–25 % углеводом и 5–10% жиров.

Российские разработки

А что же в России? Хотя в отечественных научных центрах, например, в Новосибирске, и ведутся разработки в области производства из CO2, практического применения они пока не находят. 

Сейчас речь идет только о планах по улавливанию углекислого газа нефтегазовыми компаниями и его захоронении (вероятно, в Западной Сибири) или использовании для увеличения добычи ископаемого топлива. Например, Роснефть собирается запустить пилотный проект по улавливанию углекислого газа к 2028 году. А потенциал улавливания углерода в России, по оценкам специалистов, составляет больше 1 миллиарда тонн. И все эти тонны можно было бы использовать для производства, не отставая от других стран.

Что дальше?

Согласно данным, представленным учеными из Мичиганского университета, переработка углекислого газа в промышленных масштабах способна сократить мировую эмиссию CO2 на 10 %. Конечно, одного этого недостаточно, чтобы остановить глобальное потепление: главным способом борьбы с ним все равно должно оставаться сокращение выбросов. Но вместе с другими мерами использование углекислого газа как сырья для производства других продуктов может помочь нам не превратить нашу планету в «Необитаемую Землю».

Posted in Взгляд, Климат, Наука, Технологии by Экосфера with comments disabled.

Июл 27th Как Советский Союз был пионером ветроэнергетики

Одна из древнейших используемых человеком энергий — энергия ветра, получила первое применение при постройке парусных кораблей, в далекой древности, порядка 6000 лет назад. Первые ветродвигатели, использовавшиеся в ветряных мельницах для помола зерна, начали использоваться во II в. до н.э. в Персии. А электричество из энергии ветра впервые добыл при помощи ветрогенератора в 1887 году британец Джеймс Блит. 

Сегодня ветроэнергетика рассматривается как ключевой элемент “зеленой” экономики, без которого невозможен переход к безуглеродному получению энергии. Мощности ВЭС в мире в среднем растут на 10% в год. Россия пока качественно отстает в технологиях и масштабах получения электроэнергии из ветра, правда, Росатом стремится наверстать упущенное — существует целая программа по развитию ветроэнергетики в России. Однако, были времена, когда в нашей стране разрабатывались передовые модели ветрогенераторов, добытое из силы ветра электричество шло на обеспечение нужд народного хозяйства, а энтузиасты изобретали и внедряли собственные разработки.  

«Коммунизм есть Советская власть плюс электрификация всей страны»

В. Ленин

Нехватка электроэнергии была одним из ключевых препятствий на пути модернизации экономики и жизни СССР после трагичных событий, давших рождение советской республике. Тем больше надежд возлагалось не только на упорный труд в попытке “догнать и перегнать”, но и на какое-нибудь неожиданное решение, способное перенести общество, как сквозь кротовую нору, из отсталости в технологическое электрифицированное будущее. Таким решением вполне могла бы оказаться ветроэнергетика.

Покоряя энергию ветра

Систематические научные исследования по получению электроэнергии из ветра были начаты уже в 1918 году, когда профессор Николай Егорович Жуковский основал Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). В задачи Отдела ветряных двигателей в нем входили: “изучение ветряных двигателей как теоретическое, так и экспериментальное; обработка и систематизация соответственного литературного материала; изыскание способов применения ветряных двигателей к различным отраслям промышленности; составление проектов двигателей.”

Заведующий отделом, Николай Валентинович Красовский, опытный летчик, участник Первой мировой войны, начал опыты в 1919 году с небольшого американского ветрячка, установленного на крыше Аэродинамического института в Кучине. А уже в 1923 году, на Первой сельскохозяйственной выставке в Москве, командой отдела был представлен новый ветрогенератор с динамо-машиной, получивший диплом I степени. Размер башни, на которой был установлен аппарат, составлял 25 метров, а диаметр лопастей шесть метров. 

Было решено установить такой ветрогенератор на Бакинских нефтепромыслах. Под руководством Красовского, на нефтяной вышке поставили ветрогенератор с диаметром лопастей уже 14 метров. Так это непростое предприятие описывалось в советской литературе:

“Руководил сборкой Красовский. Он сам вязал бревна для подъема наверх, первый лез туда, куда боялись лезть рабочие, увлекая их своим примером. Но рабочие, зараженные примером инженера, и сами скоро освоились с необычной для них работой на большой высоте. Все это время, пока строился ветряк, Красовскому пришлось вести спартанский образ жизни. Не было подходящего помещения для жилья и даже мебели. Конструктор спал на голых досках, подстелив под себя газету и покрывшись солдатской шинелью, с которой он не расставался.”

Самая мощная в мире ВЭС

Видимо, бакинский опыт оказался вполне успешным, так как работы продолжились, в ЦАГИ под руководством Григория Харлампиевича Сабинина была создана уникальная ветросиловая лаборатория, а в 1931 году в Балаклаве (Крым) был введен в строй первый экспериментальный ветроагрегат мощностью 100 кВт — самый мощный в мире на тот момент. 

Ротор для этого аппарата был разработан Сабининым и Красовским на основе точных вычислений и экспериментальных исследований в ветросиловой лаборатории ЦАГИ; Опорную конструкцию спроектировал знаменитый архитектор Владимир Шухов (создатель легендарной башни), а аппаратную часть — талантливый инженер Юрий Кондратюк. Интересно, что Кондратюк во время утверждения проекта был в ссылке, поэтому документ подписывал Николай Никитин, который позже спроектирует Останкинскую башню. До самой войны эта огромная ветроустановка весом в 9 тонн и диаметром лопастей в 30 метров давала электричество для трамвайной линии Балаклава–Севастополь, но боевые действия на полуострове, увы, не пережила. 

Уже в 1932 году Наркомтяжпром объявил конкурс на проект Крымской ветроэлектростанции, которая должна была обеспечивать электроэнергией все южное побережье полуострова. Проект выиграл Кондратюк — башня должны была достигать высоты 165 метров и обладать двумя 80-метровыми ветроколесами, размещенными на двух уровнях. Проект поддержал нарком Орджоникидзе и работы даже начались, в 1936 году для ветрогенератора на 12 000 кВт был построен фундамент возле горы Ай Петри. Однако вскоре после смерти наркома масштабы проекта были сокращены, а уже в 1938 году проект и вовсе свернули и воплощения он так и не получил.  

Тогда же было налажено серийное производство ветрогенераторов малой мощности (3–4 Квт), использовавшиеся в сельском хозяйстве и кустарной промышленности, преимущественно в отдаленных районах. Например, в родном стойбище чукотского писателя Юрия Рытхэу Улак, электрическое освещение появилось в конце 1930-х годов именно благодаря ветродвигателю, который обеспечивал электроэнергией и соседнюю полярную станцию.

Проект ветроэлектрификации всей страны

Другое неоспоримое достижение советской ветроэнергетики 1930-х годов — ветроэлектростанция Уфимцева, построенная в Курске знаменитым энтузиастом, “поэтом в области научной техники”, как выразился близко общавшийся с ним Максим Горький. Анатолий Георгиевич Уфимцев — курский самоучка, внук купца и астронома-любителя Ф.А. Семенова, родился в 1880 году. Он не закончил даже реальное училище, но с ранних лет занимался изобретательством. В 16 лет он соорудил специальное перо для копирования прокламаций, а в 1898 году изготовил с друзьями взрывное устройство и, руководствуясь антицерковными мотивами, произвел взрыв в церкви (никто не пострадал), за что впоследствии получил пять лет ссылки в Акмолинске.

Всю свою жизнь, не считая ссыльных лет, изобретатель прожил в родном Курске. Всего он получил 68 патентов, включая несколько интересных новаторских конструкций самолетов и двигателей. В 1929 году, Уфимцев построил в Курске довольно мощную (7 кВт) ветроэлектростанцию, впервые в мире оснащенную аккумулятором для равномерной отдачи энергии ветродвигателя и поворотными лопастями. Высота станции составляла 42 метра, а диаметр лопастей 9 метров. Часть средств на постройку выделило правительство, кроме того, активную поддержку изобретателю оказывали в ЦАГИ. Важно, что для энтузиаста Уфимцева это был не просто эксперимент ради науки и техники — он, вместе с известным в то время ученым-теоретиком профессором Ветчинкиным, провел статистические расчеты по районам России и они подтвердили гипотезу, что вся энергетика страны может быть основана на энергии ветра. Дело оставалось только за техническим воплощением. 

Ветроэлектростанция Уфимцева успешно работала, давая электропитание дому и мастерской изобретателя, а также освещая еще несколько домов по улице. Более масштабную ветроэлектрификацию остановила внезапная смерть изобретателя: 1936 году Уфимцев заболел тифом и скончался. Его творение не переставало работать, перенесло войну и оккупацию, но в 1957 году было остановлено для ремонта и замены деталей. К сожалению, техническая документация не сохранилась, а инженеры не смогли разобраться в конструкции, так что уникальную ветроэлектростанцию запустить снова уже не удалось. 

От энергии ветра к нефти

После Второй мировой войны развитие ветроэнергетики в СССР не остановилось, в то время как в странах Запада эта отрасль на тот момент не приобрела сколько-то заметного потенциала. Имея за спиной значительные теоретические и технические наработки, ветроэнергетика развивалась и внедрялась в различные отрасли народного хозяйства. В 1950-е годы в стране производилось до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до 30 кВт. На целине в Казахстане впервые была сооружена многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт. 

Издавались научно-популярные книги и специализированная научная литература о строении ветродвигателей и их применении в экономике (от механизации животноводческих ферм, до электрификации отдельных железнодорожных будок). Изготовление и совершенствование ветряков стало излюбленным хобби для многих советских энтузиастов. 

В 1960-е годы, когда были открыты казавшиеся неисчерпаемыми нефтяные и газовые запасы Сибири, развитие ветроэнергетики в СССР было заморожено. Ископаемая энергия была значительно дешевле, получил развитие “мирный атом”, и советская экономика переориентировалась на строительство ТЭС, ГЭС и АЭС.

Уже в ходе Перестройки, в условиях крайнего дефицита, внутри министерств родился и был согласован проект по модернизации и развитию ветроэнергетики. МКБ «Радуга» Минавиапрома СССР и НПО «Южное» Минобщемаша СССР к 1990 году организовали серийное производство современных ветроэнергетических установок мощностью 200, 250 и 1000 кВт. Началось создание первых крупных системных ветроэлектростанций: Восточно-Крымской, Ленинградской, Калмыцкой, Магаданской и Заполярной (в Воркуте). Со скрипом начавшийся проект быстро заглох после того, как СССР перестал существовать, а развитие ветроэнергетики в России было фактически приостановлено на два десятилетия. 

Тем временем, стоимость электроэнергии полученной от силы ветра стремительно дешевела благодаря развитию технологий и завоевывала свою нишу на мировом рынке. Попытки восстановления отрасли в России, предпринятые в нулевые годы, провалились, и только несколько лет назад начали действовать государственные программы поддержки и развития ветроэнергетики. Благодаря этим запоздавшим мерам, в России снова строятся ветроэлектростанции (крупнейшая запущена совсем недавно в Ставропольском крае), ведутся научные разработки и налаживается собственное производство ветрогенераторов совместно с датской компанией Vestas. 

Правда, сегодняшние российские достижения выглядят весьма скромно на фоне мирового уровня развития ветроэнергетики. Мощность отечественных ветроустановок всего лишь немного превышает 600 МВт, а к 2024 году планируется увеличить этот показатель до 1,8 ГВт. Для сравнения, в Китае только в 2017 г. мощность ветроустановок составила 188,4 ГВт, в США 89 ГВт, в Германии 56,1 ГВт — и каждый год эти показатели увеличиваются в среднем на 10%. Так что пока Россия только строит свои новые ветроэлектростанции на основе зарубежных технологий, во многих странах этот тип зеленой энергии уже занимает заметную долю в общем производстве электричества. Все это особенно печально, если вспомнить, что когда-то СССР был одним из лидеров ветроэнергетики. 

фото на обложке: Дмитрий Солодянкин / https://zen.yandex.ru/netakie

Posted in Взгляд, История, Энергетика by Экосфера with comments disabled.