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.
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.
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.
15-20 июня 1981 года. Будыко — в центре, в светлом костюме. Фото: Wikimedia Commons
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.
Из кофейной гущи и чайных листьев делают арт-объекты, которые можно потрогать
Дизайнер и художник из Тайваня Сяо-Юй Ван использует кофейную гущу, чайные листья и другие пищевые остатки для создания фактурных работ.
Вместо традиционных красок художник работает с тем, что остается после приготовления напитков. Высушенная кофейная гуща и чайные листья становятся частью композиций, сохраняя собственную текстуру, цвет и даже визуальные следы своего прошлого использования.
Такой подход относится к upcycling — вторичному использованию материалов с повышением их ценности. В данном случае пищевые отходы не просто перерабатывают в новое сырье, а превращают в самостоятельный художественный материал.
Особенность работ — их тактильность. Частицы кофе и чая образуют неровную поверхность, поэтому произведение воспринимается не только глазами, но и буквально на ощупь. Материал, который обычно ассоциируется с запахом утреннего напитка и коротким сроком жизни, получает совершенно другой контекст.
Идея интересна не только с эстетической точки зрения. Пищевые отходы — один из крупных потоков бытового мусора, а кофейная гуща и чайная заварка обычно используются всего один раз. Превращение таких остатков в предметы искусства показывает простой принцип циркулярной экономики: отход может быть не концом жизненного цикла материала, а началом нового.
Posted in Искусство, Сознание, Среда, Технологии, Человек by Экосфера with comments disabled.
Пушистый холодильник вырос из бактерий
Дизайнер Одри Леви решила представить совершенно другой вариант. Её проект Xero Cool, также названный How to Grow a Refrigerator — «Как вырастить холодильник», предлагает буквально выращивать часть бытовой техники с помощью бактерий.
Главный материал необычного холодильника — ксерогель из бактериальной целлюлозы. Бактерии способны производить целлюлозу, а после специальной обработки из неё получается лёгкий пористый материал с хорошими теплоизоляционными свойствами. В проекте он должен заменить пенопласт и другие пластиковые утеплители, которые используют в обычных холодильниках.
Снаружи Xero Cool больше похож не на бытовой прибор, а на большой кокон или странный предмет из фантастического фильма. Бактериальная целлюлоза сочетается с валяной шерстью, поэтому дизайнер не стала скрывать происхождение материалов под привычным слоем белого пластика. Холодильник получился мягким, фактурным и даже немного пушистым.
Но необычен не только корпус. Леви предлагает отказаться и от привычного принципа постоянного электрического охлаждения. Внутри холодильника должны работать панели, по которым циркулирует охлаждённая вода, а в будущем систему предполагается соединить с солнечным тепловым коллектором.
Солнечный коллектор нагревается и запускает абсорбционный холодильный цикл. Такая технология существует уже давно, однако Леви предлагает объединить её с биоматериалами и создать систему, которая сможет работать без постоянно включённого электрического компрессора. В перспективе для такого устройства могут использоваться биооснованные материалы, а в качестве рабочих веществ — например, этанол и активированный уголь.
Проект пока остаётся концептом, и до появления такого холодильника в магазинах ещё очень далеко. Нужно доказать долговечность бактериальной целлюлозы, безопасность материалов при длительном использовании и способность системы стабильно поддерживать необходимую температуру.
Но Xero Cool интересен не только как эксперимент с бактериями. Он предлагает пересмотреть саму идею охлаждения.
Сегодня холодильник должен работать постоянно и быть готовым охладить почти всё, что мы в него положим. При этом многие продукты вообще не нуждаются в холодильнике, а некоторым низкая температура может даже вредить. Например, помидоры при хранении в холоде теряют часть вкусовых качеств.
Поэтому в конструкции Xero Cool предусмотрено отдельное место для хранения продуктов при комнатной температуре. Идея проста: возможно, проблема не только в том, как сделать холодильник эффективнее, но и в том, почему мы охлаждаем столько вещей, которые охлаждать вовсе не обязательно.
Posted in Среда, Технологии, Человек by Экосфера with comments disabled.
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.
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.
Что скрывает вечная мерзлота: отвечает геокриолог Алексей Маслаков
Э: Алексей, здравствуйте. Начнем с самого главного: почему вечная мерзлота оказалась не такой уж и вечной, и почему она сейчас тает?
АМ: Для того, чтобы понять это, давайте сначала определимся с тем, что такое вечная мерзлота. Вечная мерзлота — это грунты горной породы или отложения, которые находятся при температуре 0 градусов по Цельсию или ниже. В зависимости от научной школы различаются и подходы к определению, что такое вечная мерзлота: западные научные школы считают, что если два года грунт не оттаивал — это уже вечная мерзлота, в российских научных школах считают, что вечна мерзлота — отложения, которые не оттаивали 50-100 лет. Также, по мнению российских научных школ, на территории вечной мерзлоты должен обязательно быть лед. Можно выделить три фактора, определяющих вечную мерзлоту: низкая температура, лед и пребывание в замерзшем состоянии не менее двух лет.
Э: Вечная мерзлота — это и те грунты, которые находятся в горах? Или вечная мерзлота находится только за полярным кругом?
АМ: Вечная мерзлота занимает 66% территории России. Находится она далеко не только за полярным кругом. Если смотреть на карту России, то границу можно провести примерно следующим образом: это север Кольского полуострова, это полуостров Канин нос, это Большеземельская тундра на восточно-европейской равнине, потом в районе Урала она уходит на юг до субширотного течения реки Оби — это территория города Ханты-Мансийска, дальше спускается до города Красноярска и где-то в районе Байкала зона вечной мерзлоты спускается от России и уходит в Монголию. А на Дальнем востоке она вклинивается в Приморском крае.
Э: Существует ли карта вечной мерзлоты?
АМ: Да, конечно, карты вечной мерзлоты действительно есть. Если вы увидите карту мировую, то будете удивлены, узнав, что среди стран, где есть вечная мерзлота, фигурируют Иран и Турция. Там ее можно найти в горах. Более того, вечная мерзлота есть и в горах тропиков, субтропиков и экваториального пояса. Например, моим коллегой подтверждено существование вечной мерзлоты на Гавайях. Там есть вулкан, у которого кратер обращен в северную сторону, и на нем породы не оттаивают в течении года. Вообще, лед в горных породах является самым распространенным материалом во вселенной, а косвенные данные подтверждают наличие мерзлоты, например, на Марсе.
Э: Сколько парниковых газов содержится в вечной мерзлоте? Как можно сравнить выбросы в результате таяния вечной мерзлоты с антропогенными выбросами?
АМ: Во-первых, нужно отметить, что на Земле наблюдается потепление климата. Мерзлота также является продуктом этого климата, и, так как климат теплеет, то и мерзлота начинает теплеть и таять. Во-вторых, есть так называемые петли положительной обратной связи. В мерзлоте находится просто гигантское количество органики. Это может быть торф, корешки растений, гнезда белок, орехи, целые трупы мамонтов или пещерных львов.
Этой органики очень много по сравнению с другими системами нашей планеты: в среднем в трехметровом слое вечной мерзлоты находится 1700 петаграммов. Чтобы быть понятным: один петаграмм — это миллиард тонн. При этом в атмосфере органики — т.е. углекислого газа и метана — в два раза меньше. Наблюдаемое потепление климата провоцирует оттаивание вечной мерзлоты. Оттаивание происходит темпами примерно 0,3-0,4 градуса Цельсия за 10 лет: в одних районах где-то 0,2, в других — 0,5, где-то 0,7. А если говорить про скорость оттаивания, то глубина слоя почвы, оттаивающей летом, составляет примерно от 0,7 до 1,5 сантиметра в год для Чукотки. Когда органика оттаивает, то микробы, находящиеся в вечной мерзлоте, начинают ее перерабатывать, превращая в углекислый газ и метан. Соответственно, таяние мерзлоты провоцирует больший выброс парниковых газов, а парниковые газы создают парниковый эффект и нагревают Землю еще больше.
Э: Вы говорите, что за летний сезон оттаивает от 0,7 до 1,5 сантиметров почвы, а зимой она опять замерзает?
АМ: Я уже 10 лет провожу измерения того, как меняется высота поверхности земли и глубина оттаивания почвы. Можно наблюдать интересное явление, когда сезонный талый слой достигает своих максимальных отметок и начинает растапливать нижние слои. Бывает, что в теплые годы энергии хватает, чтобы растопить два лишних сантиметра почвы, и тогда этот лед начинает стекать в виде грунтовых вод. Пустоты, образовавшиеся в результате оттаивания льда, никуда не пропадают, а грунт сверху давит, и земля оседает. Зимой же, после осенних дождей, происходит промерзание этих отложений, избыток объема выталкивает грунт обратно: так называемый процесс пучения. Процессы осадки и пучения компенсируют друг друга. Однако в результате климатических процессов грунт просаживается все глубже и глубже. И, по моим личным измерениям, глубина просадки грунта за 7 лет на приморских равнинах Чукотки в некоторых местах достигла 15 сантиметров! На этой мерзлоте стоят дороги, дома, линии электропередач, целые города.
Э: …и те же самые нефтеперерабатывающие и газоперерабатывающие станции, на которых часто происходят аварии.
АМ: Не исключено. В статье в журнале Nature, опубликованной в 2018 году, говорится, что к 2050 году — то есть через 30 лет — 70% всей инфраструктуры на вечной мерзлоте будет подвержено деформациям.
Э: У нас много городов, построенных на вечной мерзлоте, газопроводы, линии электропередач — это все будет разрушаться?
АМ: Если мы рассматриваем нефтегазопромыслы, то они были построены в основном в 1970-х годах, в эпоху Брежнева. В те времена вечная мерзлота считалась действительно вечной. Предполагалось, что температура не будет меняться в течение всего срока эксплуатации сооружений. Однако, начиная с 90-х эта парадигма начала ломаться, и оказалось, что мерзлота также меняется, как меняется и климат, а спроектированные сооружения не учитывали изменения среды.
Приведу пример: как вы знаете, все здания, которые стоят на вечной мерзлоте, стоят на сваях. Но держатся они не за счет того, что сваи опираются на землю, а за счет того, что сваи смерзаются с мерзлотой. И сила этого смерзания тем сильнее, чем сильнее окружающий холод. Допустим, строители рассчитывали, что при температуре -3 градуса по Цельсию нужно 100 свай с определенным заложением глубины. И дом стоял, пока не начиналось растепление мерзлоты. А когда температура начала повышаться, несущая способность свай начала падать. В итоге здания продавливают мерзлоту и происходят деформации типа трещин в стенах.
Это происходит уже сейчас. По оценкам сотрудников географического факультета МГУ, в некоторых поселениях до 99% зданий находятся в аварийном состоянии в результате таяния мерзлоты. Если мы говорим про Норильск, то речь идет о 50-70% зданий так или иначе деформированных.
Э: И что же делать?
АМ: Прогресс не стоит на месте. В 70-80-е годы здания строились тяжелые — на основании бетона, блоков, кирпичей. Естественно, нагрузка от них была очень высокой. Сейчас здания строятся более легкие. Они не требуют большого заглубления свай, поэтому не так сильно зависят от почвы. Могу предложить: во-первых, нужно старые фонды выводить из эксплуатации, если это возможно, и бюджет позволяет строить новые облегченные конструкции, которые учитывают фактор меняющейся среды. Во-вторых, выполнить ремонтные и профилактические работы для стабилизации грунтов-оснований. К примеру, на Чукотке дома трескаются, но не из-за потепления, а из-за протечки труб: вода попадает на мерзлоту и растепляет ее.
Э: Катастрофа в Норильске повлияла на подход компаний и администраций городов, расположенных в зоне вечной мерзлоты, к вопросам инфраструктуры и ее сохранности?
АМ: Безусловно. После аварии нас, мерзлотоведов, стали срочно привлекать к анализу ситуации. Честно сказать, я не берусь оценивать, что явилось причиной утечки дизеля. Но хочу отметить, что такая авария обнажила очень большую проблему: много объектов инфраструктуры и объектов инженерного назначения находятся в предаварийном состоянии.
Э: Как образуются знаменитые кратеры в вечной мерзлоте?
АМ: Вы знаете, эти кратеры впервые были обнаружены в 2014 году. Снимки кратеров произвели огромное впечатление, и вызвали интерес не только российского научного сообщества. но и мирового. Диаметр найденного кратера составлял примерно 20 метров, а глубина примерно 40 метров, однако вскоре он был затоплен грунтовыми водами и превратился в озеро. Кратеры образуются из-за того, что на месте этой дыры раньше был небольшой бугор пучения с областью высокого давления в центре. Видимо, произошел «хлопок» и — как пробка из шампанского — из-за высокого давления из бугра выплеснулась вода и газы, образовав полость. Кстати, это случилось всего в нескольких метрах от газопровода. Поэтому мы не исключаем, что такие хлопки могут происходить на территории нефтегазопроводов с известными последствиями. А второй интересный факт состоит в том, что таких кратеров обнаружили около пяти — оказывается, что они существовали и раньше. И появилась гипотеза, что некоторые озера в мерзлоте образовались именно в результате такого взрыва.
Э: Почему необходимо проводить мониторинг вечной мерзлоты?
АМ: Для того, чтобы понять, почему важна система мониторинга, нужно внимательнее посмотреть на текущую ситуацию. В 90-е большинство скважин было закрыто, исследования стали проводиться изолированными группами из разных институтов, за это даже не платили. Поэтому те данные, которые мы имеем — они очень разрозненные. Кто-то до сих пор пользуется советскими термометрами, которые спускаются в скважину и выстраиваются там несколько часов, кто-то пользуется резисторами — у всех у них различная погрешность. Поэтому всероссийская система мониторинга нужна для того, чтобы унифицировать методы измерения вечной мерзлоты и собирать данные в единую базу. Существует также международная система мониторинга, объединяющая порядка 1500 скважин и все эти данные собираются в едином центре данных. С помощью этой системы данных можно анализировать в каких регионах температура мерзлоты растет, в каких она понижается. Так мы можем определить каковы диапазоны изменяющейся среды.
Э: Есть ли среди этих 1500 скважин Всемирной системы мониторинга мерзлоты российские скважины?
АМ: Российские скважины там есть, но люди делают измерения в них на волонтерских началах. Поэтому хорошо бы было, чтобы на мониторинг выделили финансирование — тогда можно было бы получать более полные данные. Кроме того, государственная сеть подразумевает обустройство новых скважин, в тех регионах где недостаточно информации.
Э: Вы сами в проекте создания системы государственного мониторинга как-то участвуете?
АМ: Лично я нет, но я близко знаком с коллегами, которые участвуют. Я в этой организации глобального мониторинга некоторые функции исполняю и вижу, как происходит сбор данных. Но сами я данные не собираю, потому что моя территория — это Чукотский полуостров, и там нет ни одной скважины пробуренной в мерзлоте глубже, чем на два метра. И мы даже не знаем, какая там температура, мы можем только по косвенным данным и архивным свидетельствам эту температуру узнать.
Э: Алексей, вы наверняка слышали о таком проекте как Плейстоценовый парк — что вы о нем думаете?
АМ: Это очень амбициозный проект Сергея Афанасьевича Зимова. Они взяли в аренду небольшой участок Тундры на северо-востоке России, примерно 160 га. Огородили его забором и запустили в него бизонов, лошадей, овцебыков и прочих травоядных. Их гипотеза в том, что в плейстоцене существовали мамонты, которые питались злаковыми и удобряли их своим навозом. Происходил очень быстрый оборот углерода, и этот углерод активно захоранивался. Существовавшая тогда экосистема тундростепи позволяла депонировать этот газ в почву.
По гипотезе Зимова, возвращение мегафауны позволит превратить почвы тундры в активный резервуар углерода, помогающий в борьбе с потеплением климата. Сейчас уже видно, что парк, в котором много злаковых, очень пышный по сравнению с окружающей его тундрой. Теория Зимова была принята мировым сообществом с интересом, у него есть много публикаций в журнале Nature. То, как он представляет результаты проекта, выглядит потрясающе, но действительно ли это поможет в извлечении углерода из атмосферы и можно ли масштабировать проект на всю тундровую зону, я сказать не могу.
Э: Спасибо вам за интересный рассказ! А сейчас наш традиционный вопрос, который мы задаем всем гостям: какая недавняя новость связанная с экологией или климатом вызвала у вас самую сильную реакцию?
АМ: Меня больше всего будоражит новость, что ученые находят в мерзлоте все новые и новые организмы, которые оживают. В том, что штаммы сибирской язвы оживают в могильниках Ямала нет ничего необычного, но вот когда просыпаются вирусы 30 000 лет, находившиеся в замерзшем состоянии — это уже другая история. И они могут нести потенциальную опасность — большую, чем коронавирус.
Posted in Климат, Лица, Наука, Человек by Экосфера with comments disabled.
Дизайнер вырастил лампу из грибницы и мочалки-люффы
Люффа знакома многим как растительная мочалка для душа, но для дизайнера она стала полноценным конструкционным материалом. У плода люффы есть два слоя с разными свойствами: пористая внешняя оболочка хорошо рассеивает свет, а плотная внутренняя сердцевина — прочная и жёсткая, поэтому годится в качестве каркаса. Получается, что одно и то же растение может одновременно выполнять роль и структуры, и светового фильтра.
К этому дизайнер добавил мицелий — грибницу вешенки, которую сначала вырастили на смеси измельчённых волокон люффы, кокосовой скорлупы, кукурузных зёрен и древесной щепы. Такое сочетание субстратов подбиралось экспериментально — важно было найти состав, на котором грибница развивается лучше всего.
После заражения спорами вешенки материал инкубируют около двух недель, пока грибница полностью не прорастёт сквозь субстрат. Затем колонизированную массу измельчают, смешивают со свежим субстратом и сердцевиной люффы и формуют в основании будущей лампы. Финальный штрих — мягкий внешний слой люффы оборачивают вокруг грибного основания, получая проницаемый абажур, через который свет проходит сквозь естественную клеточную структуру материала.
Получившийся объект светится тёплым янтарным светом, а благодаря живой природе материала каждая лампа выходит немного разной — со своим уникальным рисунком поверхности.
Проект продолжает более раннюю работу автора с люффой и мицелием и вписывается в растущее направление, где грибница используется не как замена привычным материалам, а как самостоятельный процесс формообразования. Рост здесь — не побочный эффект, а сам метод производства: свойства, форма и внешний вид объекта складываются в процессе культивирования, а не задаются заранее чертежом.
Название GOURDO происходит от испанского слова «gordo» — ласкового обозначения чего-то «пухлого» или «большого», что хорошо описывает округлый, почти живой силуэт светильника.
Подобные материалы на основе мицелия сегодня всё активнее исследуют дизайнеры по всему миру — как способ использовать сельскохозяйственные и пищевые отходы вместо традиционного пластика и других ресурсоёмких материалов.
Posted in Среда, Технологии, Человек by Экосфера with comments disabled.
Ночи теплеют быстрее дней, усиливая угрозу для здоровья людей
Авторы проанализировали изменения теплового стресса с помощью Универсального индекса теплового климата (UTCI), который учитывает не только температуру воздуха, но и влажность, ветер и солнечную радиацию. Такой показатель лучше отражает реальные условия, которые испытывает человек.
Исследование показало, что десять самых жарких ночей каждого года нагреваются в среднем на 0,32 °C за десятилетие, тогда как десять самых жарких дней — на 0,27 °C за десятилетие. Это означает, что ночная жара усиливается быстрее дневной, увеличивая риск перегрева, сердечно-сосудистых осложнений и смертности, особенно среди пожилых людей и людей с хроническими заболеваниями.
Сильнее всего ситуация изменилась в субтропических регионах. Южная часть Северной Америки, юг Европы, север и юг Африки, а также Южная Америка сегодня переживают до 50 дополнительных дней в году с сильным или экстремальным тепловым стрессом по сравнению с 1970-ми годами.
Авторы также подсчитали, что доля населения Земли, испытывающего хотя бы один день экстремального теплового стресса в год, выросла с 16% до 22%. Это означает, что за последние десятилетия к группе риска добавился примерно ещё один миллиард человек.
По мнению исследователей, проблема уже выходит далеко за рамки отдельных волн жары. Тепловой стресс становится более частым, продолжительным и интенсивным практически на всех континентах. В связи с этим учёные призывают активнее внедрять системы раннего предупреждения, разрабатывать планы защиты населения от жары, создавать более прохладную городскую среду и использовать показатели теплового стресса при оценке климатических рисков.
Posted in В мире, Климат, События, Человек by Экосфера with comments disabled.