(Ещё раз об углекислом газе, но не о глобальном потеплении)
Поговорим о влиянии СО2 — но не на глобальный климат, о чём уже наверное было сказано сотни миллионов раз, а непосредственно на жизнь.
Что такое жизнь человека?
Определений «жизнь» много, но нам больше нравится самое простое определение. Жизнь — период существования отдельно взятого организма от момента его появления до его смерти. Всю свою жизнь человек занимается той или иной деятельностью. Считается, что деятельность — процесс сознательного активного взаимодействия человека с окружающей действительностью, во время которого человек целенаправленно воздействует на объекты, удовлетворяя какие-то свои потребности, достигая цели. Иными словами всю свою жизнь решает проблемы по удовлетворению своих потребностей. Например, физиологических потребностей в пище, воде, жилище и т.д. Как правило, человек решает свои проблемы по мере их поступления. Например, когда его доходы начинают превышать покрытие физиологических потребностей, в соответствии с пирамидой Маслоу, его начинают интересовать проблемы его личной безопасности — качественная пища, качественная вода, качественное жилище и т.д.
В условиях пандемии COVID-19, человек, неожиданно для него, был поставлен перед необходимостью выбора между покрытием своих физиологических потребностей и своей личной безопасностью при ограниченных финансовых возможностях, т.к. в этих условиях был высок риск снижения его доходов или потери источника доходов. Иными словами, человек, по не зависящим от него причинам, попал в нестандартную ситуацию, а навыков решения такого рода проблем у него не было выработано.
Для человека такое «состояние» более чем серьезное. Те последствия, к которым может привести такое «состояние», описал Л.Н. Гумилев в своей книге «Этногенез и биосфера Земли» (http://gumilevica.kulichki.net/EBE/). Он отметил, что понятие «состояние» имеет место и в природе, и в обществе. В природе — состояний вещества четыре: твердое, жидкое, газообразной и плазменное. Переход молекул косного вещества из одного состояния в другое требует дополнительной затраты энергии, равной скрытой теплоте плавления или парообразования. Этот переход происходит небольшим рывком, причем процесс обратим. В живом веществе биосферы такой переход связан с гибелью организма и необратим. Это могло бы означать, что для организма есть только два состояния: жизнь и смерть, но поскольку смерть есть уничтожение организма как целостности, то называть этот момент перехода «состоянием» — нелепо. Что касается жизни организма, то это тоже не «состояние», а процесс: от рождения через зрелость и старость до смерти.
Иерархический характер системы органического мира обусловлен ходом и характером эволюционных процессов, неотделимых от жизни и обязательных для нее. Но как только жизнь замирает, возникает «состояние», более или менее быстро разъедаемое воздействием среды, хотя бы последняя состояла из других мертвых «состояний», также подверженных необратимой деформации. Значит, для организма, в том числе человеческого, есть только один способ попасть в «состояние» — стать мумией. Отсюда напрашивается вывод, что человек находит выход из сложившейся ситуации, либо…
Сразу же напрашивается вопрос: будут ли в будущем возникать подобные ситуации и как часто?
А.С. Керженцев, автор книги «Метаболизм биосферы — вечный двигатель жизни» (https://regnum.ru/uploads/docs/2018/02/10/regnum_file_151826843612000834.pdf) писал, что человек оказался единственным видом в биосфере, который посмел нарушить закон природы, ограничивающий рост численности популяций. Сначала, ещё в эпоху неолита он отобрал часть ресурсов, предназначенных другим видам, по праву сильного. Потом нашел и освоил ресурсы, недоступные другим видам, по праву умного, что позволило ему увеличить численность популяции с её потребностями до предела возможностей биосферы. Это превратило биосферу в антропосферу и вызвало глобальный экологический кризис, который нарушил гармонию саморегуляции биосферы, согласованное взаимодействие биологической видов в ней. Сейчас восстановить прежний уровень саморегуляции невозможно, поскольку главный нарушитель продолжает его нарушать с нарастающей силой. Для восстановления исходного уровня гомеостаза придется убрать с арены жизни человека.
Поэтому весьма вероятно полное исчезновение человечества как биологического вида, потому что биосфера обладает гигантским потенциалом самовосстановления. За миллиарды лет эволюции в биосфере накоплен опыт сохранения гомеостаза и восстановления его после самых различных нарушений (достаточно вспомнить пять вымираний, несколько оледенений, катастрофические астероидные бомбардировки). Даже при огромном давлении на механизмы функционирования биосферы со стороны техносферы, биосфера пока продолжает сохранять благоприятное для человека качество среды обитания. Однако неразумная деятельность человека значительно ослабляет эту способность биосферы. Дальнейшее ослабление средообразующей функции биосферы может радикально изменить качество среды обитания и навсегда удалить человека из списка ныне живущих биологических видов. Избавившись от главного нарушителя, биосфера восстановит нарушенный им гомеостаз своих химических и климатических параметров до исходного уровня и продолжит процесс эволюции.
Нормальный человек, прочитав утверждение д.б.н А.С. Керженцева, сразу подумает: ему бы наши проблемы.
Известно, что в ответ на изменения факторов внешней среды, биосфера адаптируется к ней за счет смены видового состава. Когда-то в истории биосферы были мамонты — сейчас их нет.
А можно ли показать механизм смены видового состава биосферы на уровне школьной программы и без лишних слов?
Почему бы не попробовать.
Воспользуемся графиком зависимости изменения кислотности крови от роста концентрации углекислого газа в атмосфере из статьи Д.С. Робертсона «О том, как влияет растущий уровень CO2 в атмосфере на организм человека». (Журнал «Сантехника. Отопление. Кондиционирование» 2008, № 4. https://www.c-o-k.ru/articles/o-tom-kak-vliyaet-rastuschiy-uroven-co2-v-atmosfere-na-organizm-cheloveka) Автор отмечает, что рассчитанный токсичный уровень углекислого газа в атмосфере, при котором человек может жить всю жизнь, — 426 ррм (0,0426% по объёму) (рис. 1)
Всю физиологию человека изобразим одной картинкой (Рис.2).
Сопоставив два рисунка, приходим к выводу, что при концентрации углекислого газа в атмосфере, равной 426 ppm, кислотность крови может соответствовать рН=7,3, Следовательно, человечество может столкнуться с массовым ацидозом. В условиях пандемии COVID-19 и при отсутствии решения выхода из критической ситуации, в таком положении оказываются отдельные люди, длительное время находящиеся в плохо вентилируемых помещениях. При концентрации углекислого газа в атмосфере планеты, равной 426ppm и выше, все человечество попадает в нестандартную ситуацию, связанную с массовым ацидозом. По этой причине, уже сегодня должно быть найдено решение, которое бы не допустило развития событий по такому сценарию. Для того чтобы узнать время, которое отпущено на решение данной проблемы, достаточно экстраполировать кривую Килинга (Рис.3).
Но, на графике зависимости изменения кислотности крови от роста концентрации углекислого газа в атмосфере есть еще одна особая точка. При концентрации углекислого газа в атмосфере, равной чуть больше 750 ppm, кислотность крови может достигнуть рН=6,8 после чего наступает летальный исход. Иными словами, произойдёт шестое массовое вымирание на планете. Механизм смены биологических видов при адаптации биосферы в условиях роста концентрации углекислого газа в атмосфере — наиболее простой и эффективный. Из кривой Килинга можно вычислить время возможного наступления шестого массового вымирания на планете — это уже ближайшее десятилетие.
В данной ситуации возможны два варианта событий: или мы спорим о наступлении шестого массового вымирания на планете или ищем решение данной проблемы и снимаем угрозу человечеству со стороны биосферы.
Академик Н.Н. Моисеев в своей статье «Современный антропогенез и цивилизационные разломы. Эколого-политологический анализ» («Вопросы Философии» 1995, № 1. С. 3-30. https://docplayer.ru/63739322-Sovremennyy-antropogenez-i-civilizacionnye-razlomy.html) отмечал, что планета и общество вступают в совершенно новую стадию своего развития. Он считал, что с точки зрения популяционной динамики никакой живой вид, сделавшись монополистом в своей экологической нише, не способен избежать экологического кризиса. И он может иметь только два исхода: либо вид начнет деградировать, либо он, надлежавшим образом изменившись (изменив стандарты своего поведения и взаимоотношения с природой), сформирует новую экологическую нишу, чтобы разрушение естественных биосферных циклов не привело к глубоким цивилизационным противостояниям.
Он считал, что наше общество, по-видимому, тоже уже начинает реагировать на возможность грядущего кризиса. Возможным выходом из кризиса может оказаться, конечно, не только его преодоление и выход на новые рубежи развития, но и распад общественных структур, деградация человека и его возвращение в царство одних биосоциальных законов. Другими словами — возвращение к одному из первых этапов антропогенеза. Т.е. «феномен леммингов» нельзя исключить из числа возможных сценариев будущей истории.
Феномен леммингов — это самоуничтожение части популяции как реакция на возможное сокращение жизненных ресурсов и опасность перенаселения. Получил название от врождённого инстинкта небольших сухопутных зверьков, которые массами гибнут, сами бросаясь в воду. Каждые три-пять лет в северных странах случается «год леммингов» — массовое наступление маленьких грызунов. Тогда они поодиночке или небольшими отрядами проворно снуют по траве, поедают ее и размножаются. Каждый день они наедаются так, что их вес увеличивается десятикратно, и каждые три-четыре недели рождается новое поколение. Неудивительно, что количество зверьков резко увеличивается. Но так как еды перестаёт хватать всем, численность леммингов снижается. Причём так внезапно, что это явление нельзя объяснить гибелью от голода. Оказывается, зверьки в одночасье совершают массовое самоубийство, чаще всего самоутопление, прыгая в воду. И тогда дороги усеяны трупиками леммингов, а берега рек завалены тельцами утонувших зверьков, которые принесла вода. Академик Н.Н. Моиссеев расценивал это как проявление инстинктов, которые закодированы в генетическом аппарате живых существ — в отличие от нравственных принципов, нуждающихся в постоянном воспроизведении и направленных как раз на ограничение биосоциальных инстинктов.
В самом деле, во многих странах, причем вполне «благополучных», мы наблюдаем разрушение нравственных начал, усиление агрессивности и нетерпимости, проявление разного рода фундаментализмов, расцвет массовой псевдокультуры, широкое распространение генетических и иммунных заболеваний, уменьшение рождаемости и т. д. Это и многое другое Моисеев воспринимал как проявление тех самых биосоциальных законов (и даже как проявление «феномена леммингов»), которые властвовали на заре антропогенеза и для сдерживания действия которых в современных условиях традиционно действующих нравственных начал, по-видимому, уже недостаточно.
Но, там где недостаточно биологии, социологии и психологии — помогут техника и технологии! Решение проблемы выживания человечества в будущем так же предложено А.С. Керженцевым в упоминавшейся выше работе. Анатолий Семёнович писал, что для сохранения всего мирового социума с его численностью и потребностями человеку придется выполнять кроме своей естественной функции консумента (потребителя природных ресурсов) ещё две экологические функции: продуцента (производителя первичной биомассы) и редуцента (утилизатора ненужного вещества — отходов). Так что сейчас актуальна задача не нарушать биосферные процессы с их гигантским эволюционным опытом, а управлять деятельность человека с его мизерным опытом созидания и очень большими достижениями по части разрушения всего и вся. Нужно учиться жить у Природы, а не учить природу, как жить!
Человек должен взять на вооружение все достижения мудрой Природы. Для сохранения своего существования, человеку придется создавать новый, более высокий уровень устойчивого материального и энергетического баланса (гомеостаза), путем дополнительного производства первичной фотосинтетической биомассы и искусственного рециклинга третичного вещества (отходов) и непрерывно поддерживать этот уровень с помощью сверхмощных и экологически безопасных технологий.
Применительно к рассматриваемой проблеме роста концентрации СО2 в воздухе, решение «задачи Керженцева» по поддержанию нового уровня гомеостаза заключается не только в ограничении выбросов углекислого газа, но и в организации его технологического выведения из атмосферы. Причём последнее является гораздо более важной задачей, чем первое, потому что относится к разряду универсальных способов решения проблемы, не зависящим от её изначальной причины. Пока сторонники и противники гипотезы об антропогенной природе увеличения содержания диоксида углерода спорят до хрипоты, людям с глобальным, биосферным мышлением предельно ясно, что ограничение выбросов СО2 сработает в случае антропогенного происхождения избыточного углекислого газа и не сработает в случае его естественного происхождения. Выведение же СО2 из атмосферы сработает как в случае антропогенного, так и природного источника его поступления. То есть, новые экотехнологии позволят решить проблему независимо от природы её возникновения, что сделает споры о причине возникновения проблемы такими же бессмысленными, как и дискуссию о том, что было раньше, курица или яйцо.
И такие технологии — уже не фантастика. За рубежом обозначены группы технологий, которые предусматривают улавливание диоксида углерода и его хранение в резервуарах (CCS) и технологии улавливание углекислого газа и перевода его в биотопливо (BECCS). Идея заключается в том, что технологический сток позволит не только обеспечить баланс выбросов СО2 техносферой, но и позволит вывести из атмосферы излишек накопленного в ней углекислого газа, понизив его концентрацию до уровня начала неолита, т.е. до 300 ppm. Причём уже оценены возможности и перспективы применения указанных технологий. Первая группа — CCS по оценке, приведённой в статье «Проблема биомассы» («В мире науки» 2020, № 10. https://sciam.ru/articles/details/problema-biomassy) для реализации технологий с выведением и хранением диоксида углерода потребуется участок земли размером с континент, такой как Австралия. Поэтому налаживание стока углекислого газа из атмосферы в ближайшее время нереалистично, так как сейчас такое количество земли используется для выращивания сельхозкультур и выпаса скота.
Поэтому более перспективной представляется вторая группа технологий. И действительно — канадское предприятие «Carbon Engineering«(https://vc.ru/future/64127-sinteticheskoe-toplivo-iz-atmosfery-ekostartap-carbon-engineering-pridumal-kak-borotsya-s-globalnym-potepleniem) в 30 милях к северу от Ванкувера построило установку для извлечения углекислого газа из атмосферного воздуха. Уловленный и сконцентрированный таким образом диоксид углерода может быть переработан в топливо — метан, с помощью реакции гидрирования, уже достаточно давно применяемой в космических системах жизнеобеспечения для удаления СО2, выделяемого при дыхании космонавтов. Но если на космических станциях образующийся метан просто стравливается за борт, то полученный на земле СН4 можно использовать в качестве топлива для тепловых электростанций, котельных и средств транспорта, работающих на природном газе. При этом конечно тоже будет выделяться углекислый газ, но, во-первых, полученное топливо можно хранить в больших объёмах, откладывая поступление углерода в атмосферу на долгое время, а во-вторых, вводя большое количество мощностей по утилизации диоксида углерода, можно обеспечить превышение объёмов его выведения над количеством выбросов от всех техносферных источников. Таким образом будет обеспечен новый уровень баланса круговорота углерода и решение «задачи Керженцева» по одному из важнейших для жизни химических элементов.
В настоящее время канадский стартап Carbon Engineering планирует построить самый большой в мире завод по удалению углекислого газа, который сможет выкачивать из воздуха полмиллиона тонн CO2 каждый год. Установка будет размещена в Техасе, проект реализуется совместно с дочерним предприятием нефтегазового гиганта «Occidental» — который задумывается о своём будущем. Во многих странах мира уже приняты законы, требующие от каждой компании, работающей с ископаемым топливом, непрерывного сокращения эмиссии углекислого газа для того, чтобы стремиться к нулевому выбросу углерода, Поэтому мировые гиганты нефтегазовой отрасли вынуждены увеличивать расходы на экологически чистую «зелёную» энергетику.
Таким образом, путь в будущее уже просматривается. Конечно для тех, кто хочет его видеть. Тем, кто продолжает делать ставки на то, выживет ли биосфера или разрушится окончательно, необходимо крепко подумать над тем, что если они поставят на глобальную экологическую катастрофу, которая случится уже в ближайшем будущем, то получить свой баснословный выигрыш будет уже некому. Поэтому — нужно думать и работать только на одну цель — на победу биосферы. С помощью человечества разумеется. Работы по решению «задачи Керженцева» человечеству придётся выполнять — это неизбежность, как бы кто не сопротивлялся и не пытался от неё «отбояриться».
Гошка Л.Л., инженер, г. Сыктывкар
Ткаченко Ю.Л., к.т.н., г. Москва