Наука Плоского мира - Йен Стюарт

Дать однозначный ответ на этот вопрос сложно. У нас нет достоверных сведений об уровне углекислого газа в прошлом, поэтому современные показатели просто не с чем сравнивать. Впрочем, благодаря кернам, взятым во льдах Арктики и Антарктики, законсервировавшим образцы древней атмосферы, картина проясняется. Если даже глобальное потепление идет полным ходом, оно не обязательно выразится только в повышении температуры (а следовательно, само название эффекта несколько неудачно). Прежде всего речь идет о климатических нарушениях. Несмотря на то, что в Англии рекордно теплое лето за весь прошлый век восемь раз пришлось на 90‑е годы, это не значит, что на планете становится жарче и глобальное потепление можно считать доказанным. В любом случае климат нашей планеты меняется самым непредсказуемым образом. И неизвестно, изменилось бы что-нибудь, если бы нас здесь не было?

Попытка разобраться с взаимодействием кислорода и углерода в глобальном масштабе путем создания замкнутой экосистемы, то есть системы, не получающей извне ничего, кроме солнечного света, и ничего не передающей наружу, была предпринята в ходе эксперимента, получившего название «Биосфера II». Это был гигантский футуристический сад с растениями, насекомыми, птицами, млекопитающими и людьми, живущими в нем. Идея заключалась в том, чтобы поддерживать экосистему, выбрав такую модель поведения, при которой все отходы перерабатывались бы.

Проблемы начались почти сразу, и для продолжения эксперимента пришлось начать добавлять кислород извне. Экспериментаторы пришли к выводу, что он каким-то образом терялся. В каком-то смысле так и происходило, только не в буквальном. Несмотря на то, что главной целью эксперимента было наблюдение за химическими и другими изменениями в замкнутой системе, ученые не рассчитали, сколько именно углерода они поместили в систему перед началом ее работы. Это неудивительно, учитывая невероятную сложность таких подсчетов, поскольку потребовалось бы рассчитать вес углерода исходя из веса живых растений во влажном состоянии. Из-за того, что было неизвестно, сколько именно углерода находилось под куполом в начале эксперимента, невозможно было отследить изменение в содержании угарного и углекислого газа. Впрочем, утечку кислорода можно было бы заметить по росту углекислоты, исследователи могли бы просто-напросто замерять ее уровень и следить, чтобы он не рос.

Короче говоря, «пропажа» нашлась: никакой утечки не было, кислород превращался в углекислый газ. Почему же никто не заметил его роста? Никто из экспериментаторов не знал, что углекислота накапливалась в бетоне, из которого были построены сооружения. Каждый архитектор в курсе, что этот феномен длится десять и более лет после закладки бетона, но для архитектуры это не существенно. Экологи же ничего об этом не знали, поскольку эзотерические особенности бетона не изучаются на курсах экологии, а между тем это знание оказалось для них очень важным.

В основе неверных предположений, сделанных по поводу «Биосферы II», лежало правдоподобное, но иррациональное суждение, что, раз для образования углекислоты требуется кислород, следовательно, эти газы – антагонисты. То есть в «приходно-расходной книге» кислорода сам он записывается в статью «доходов», а углекислый газ – в статью «расходов». Когда углекислота исчезает, это трактуют как погашение долга, то бишь – «доход». В действительности же, поскольку углекислый газ содержит кислород, то с исчезновением углекислого газа он тоже исчезнет. Однако если вы следите лишь за концентрацией углекислоты, небольшую потерю кислорода вы просто не заметите.

Между тем ошибка подобного рода может иметь куда более серьезное значение, чем судьба «Биосферы II». Таким глобальным примером важности соотношения между углеродом и кислородом являются тропические леса. Тропические леса Амазонки уничтожаются с угрожающей скоростью, они расчищаются и выжигаются. Против этого можно найти множество веских аргументов: разрушение ареала различных организмов, выброс углекислого газа при сжигании, гибель индейской культуры, и так далее, и тому подобное. Но вот рефреном звучащая в этом контексте фраза: «Тропические леса – это легкие планеты», здесь совершенно неуместна. Имеется в виду, что «цивилизованные», читай – индустриально развитые, страны производят большую часть углекислого газа, тогда как нетронутые тропические леса овевают нас легким, но стабильным кислородным бризом, поглощая излишки углекислоты, сварганенной всеми этими омерзительными людишками и их вонючими машинами. Ведь так и должно быть, верно? Леса – это растения, а растения вырабатывают кислород.

Нет, все не так. Баланс кислорода, произведенного лесами, равен нулю. Ночью, когда останавливается фотосинтез, деревья начинают «выдыхать» углекислый газ. Да, из кислорда и углерода они синтезируют сахар, но когда умирают, выделяется углекислый газ. Хотя леса могут опосредованно поглощать углекислоту, изымая из нее углерод и превращая его в каменный уголь или торф. В этом случае кислород действительно вернется в атмосферу. Но, по иронии судьбы, это именно те материалы, которые люди используют для производства большей части углекислоты. Мы добываем полезные ископаемые и заново сжигаем их, используя то же количество кислорода, которое было произведено деревьями.

Если теория, что нефть – это останки растений каменноугольного периода, верна, получается, что и наши автомашины сжигают все тот же углерод, бывший когда-то частью растения. Даже если окажется справедлива набирающая популярность альтернативная теория и нефть – это продукт жизнедеятельности бактерий, проблема все равно никуда не исчезнет. Конечно, сжигание тропических лесов приводит к одноразовому выбросу углекислоты в атмосферу, но это не уменьшает способность Земли производить новый кислород. Если вы хотите уменьшить количество углекислого газа в атмосфере планеты раз и навсегда, а не просто на короткий период, то вам надо собрать у себя дома огромную библиотеку, «заперев» углекислоту в бумаге, или заасфальтировать как можно больше дорог. Не слишком похоже на природоохранную деятельность, да? И тем не менее это так. Можете потом ездить исключительно на велосипеде, если вам так будет спокойнее.

Другим важным компонентом атмосферы является азот. «Подбить бюджет» этого газа намного проще. Живые организмы, в особенности растения, нуждаются в азоте для роста, о чем прекрасно осведомлены все садоводы. Однако они не способны поглощать его непосредственно из воздуха. Для этого он должен быть связан, то есть входить в состав химических соединений, потребляемых организмом. Некоторое количество азота находится в азотной кислоте, выпадающей вместе с дождями во время гроз, но большая его часть фиксируется биотическим путем. Множество простейших форм жизни «фиксируют» азот в качестве компонента для построения своих аминокислот. Последние могут быть использованы для синтеза белков других живых существ.

Земные океаны содержат много воды: около трети миллиарда кубических миль (1,3 миллиарда км³). Мы не знаем, сколько воды было на ранних стадиях развития планеты и как она распределялась по поверхности, но наличие окаменелостей возрастом около 3,3 миллиарда лет показывает, что вода уже была и, вполне вероятно, в немалых количествах. Как мы уже объясняли, Земля вместе с Солнцем и всей планетной системой сформировалась из обширного газопылевого облака, состоящего в основном из водорода. Водород легко вступает в реакцию с кислородом, образуя воду, но он также может объединяться с углеродом, образовывая метан, и с азотом, образовывая аммиак.

В атмосфере первобытной Земли имелось большое количество водорода и значительное количество водяного пара, но в начале своего существования планета была слишком горяча для жидкой воды. По мере того как Земля остывала, температура ее поверхности опустилась ниже точки кипения воды. Возможно, температура кипения тогда несколько отличалась от нынешней (поскольку она вообще непостоянна, так как зависит от давления и многих других обстоятельств). При этом атмосфера не только остыла, но из-за вулканической деятельности, в результате которой в нее попали подземные газы, она изменила свой химический состав.

Решающим фактором стало воздействие солнечного света, расщепляющего атмосферный водяной пар на кислород и водород. Поскольку магнитное поле Земли было слабым, водород улетучился из атмосферы, соответственно доля кислорода росла, в то время как количество водяного пара уменьшалось. Это привело к росту температуры, при которой происходила конденсация водяного пара. То есть, пока атмосфера медленно остывала, температура конденсации пара соответственно увеличивалась. Наконец атмосфера охладилась ниже точки кипения воды, и водяной пар начал превращаться в жидкую воду. И тогда впервые пошел дождь.