Автор: Светлана Болгова. Несколько лет назад Россия присоединилась к Парижскому соглашению по изменению климата. И хотя цель документа благая, изложенная там методика расчета эмиссии и поглощения парниковых газов на бумаге превратила нашу страну в один из основных источников загрязнения. И это несмотря на огромные лесные территории, которые участвуют в поглощении, но в расчет не принимаются.

В основе этого поста — лекция кандидата биологических наук Ольги Нестеровой «Морские экосистемы и глобальные изменения климата», которая прошла в Точке кипения Дальневосточного федерального университета.

Исходные данные

Глобальные изменения климата во многом происходят из-за парниковых газов в атмосфере — их присутствие создает парниковый эффект. Основные парниковые газы для нашей планеты: CO₂, метан, водяной пар и озон. Особый интерес представляет геохимический цикл углерода. Естественные экосистемы как на суше, так и в океане спроектированы таким образом, чтобы углерод находился в равновесии. Но это равновесие может смещаться.

Из-за смещения возникает парниковый эффект, который через несколько десятков лет приведет к тому, что изменится климат планеты, уровень вод океана поднимется на 5–8 метров и затопит части суши, где сейчас проживает чуть ли не 30% населения планеты.

В целом мировое сообщество пристально следит за бюджетом углерода. Этим занимается огромное количество международных организаций. Например, вот отчет про общепланетарный углеродный бюджет американской ассоциации U.S. Carbon Cycle Science Program, которая объединяет как государственные, так и частные организации и лаборатории.

Фрагмент отчета U.S. Carbon Cycle Science Program по обороту диоксида углерода за 2020 год

Как проблему начали решать в мире и что не так с Россией

В 1992 году в Рио-де-Жанейро приняли соглашение — Рамочную конвенцию ООН об изменении климата, в которой развитые страны условились действовать совместно в условиях изменения климата. Дальнейшие конференции определяли и уточняли эти действия. В 1997 году приняли Киотский протокол, который содержал обязательства для стран по сокращению выбросов. Наследие Киотского протокола — Парижское соглашение от 12 декабря 2015 года. Оно регулирует меры по снижению содержания углекислого газа в атмосфере с 2020 года. 175 стран-участниц, в том числе Россия, подписали документ 22 апреля 2016 года. Сегодня 197 стран — участники Парижского соглашения, из них 185 его ратифицировали.

Парижское соглашение не предусматривает механизма квот и в нем отсутствуют санкции для стран, не справляющихся с выполнением национальных вкладов. Но обязательства стран — участниц Парижского соглашения планируют обновлять каждые пять лет, начиная с 2022 года. Не исключен сценарий появления штрафов за эмиссию.

К сожалению, при подготовке Парижского соглашения Россия не занимала активную позицию в формировании методик расчета экологического налога и выработке доктрины, связанной с низкоуглеродными технологиями. На тот момент было не очевидно, что обсуждались стратегически важные вопросы. Но теперь они могут повлиять на мировую экономику и экологическую политику в целом.

Принятые документы декларируют, что методики прямого измерения выбросов парниковых газов не целесообразны. Вместо этого документы рекомендуют применять коэффициенты в зависимости от состава топливно-энергетического комплекса в каждой стране. Такой подход приводит к тому, что Россия в принципе всем должна, поскольку у нас есть нефть и газ, которые мы продаем другим странам. А нефте- и газодобыча приводит к огромным выбросам метана из-за утечек и двуокиси углерода при сжигании попутного газа. И никакие стратегии компенсации этих выбросов в Парижском соглашении и связанных с ним стандартах не предусмотрены.

Естественно, научное сообщество на такое положение вещей отреагировало довольно бурно. Владимир Павленко, доктор политических наук, автор монографий и публикаций по теме глобальной мировой политики, анализируя Киотский протокол, упоминал, что документ не очень выгоден для России.

По его мнению, положение «загрязнителя» может иметь последствия не только для страны в целом, но и для частного бизнеса. Многие зарубежные компании пишут на упаковке товаров, сколько углерода было выброшено в атмосферу во время производства. Уже разработаны стандартные методики расчета такого персонального углеродного следа. Надо быть готовым к тому, что товары российского производства могут просто не взять на европейский или азиатский рынок, потому что они не маркированы как низкоуглеродные согласно общепринятой методике.

В идеале мы тоже должны перестраивать свою экономику на низкоуглеродную. Но при нынешнем технологическом укладе выбросы пропорциональны развитию. Страны используют нефть и газ для своих производственных мощностей. Чтобы развиваться, нужно выбрасывать — просто нельзя этого не делать. А если мы отказываемся от этого вида энергии, встает вопрос, в какой стране будет размещаться очередное энергоемкое производство? Скорее всего там, где по какой-то методике насчитали положительный углеродный баланс. При этом общая ситуация с выбросами для планеты не изменится.

Леса в расчет не принимают

По оценкам ряда авторитетных экспертов (например, из Института физики атмосферы), Россия — первая в ряду доноров с показателем превышения поглощения над выбросами в 4–5 раз. К донорам также относятся: Канада, Бразилия, Австралия, Новая Зеландия и Швеция. В то время как выбросы превышают поглощение у остальной Европы, США, Китая и Индии.

Как выглядит ситуация согласно Парижскому соглашению? Парижское соглашение запрещает национальные методики подсчета и использует методику МГЭИК — межправительственной группы экспертов по изменению климата. Климатическая доктрина предусматривает компенсацию выбросов только за счет поглощения управляемыми лесами. Это такие территории, где ведется полный учет рубок, не бывает пожаров, и идут постоянные мониторинговые исследования. Как оказалось, на территории России таких лесов почти нет.

В наших масштабах управлять огромными лесными территориями крайне сложно и затратно. А один из немногих участков — заповедный бассейн реки Бикин на Дальнем Востоке — сдан в аренду на 49 лет немецким компаниям вместе с поглотительным ресурсом. В отчетах о своей хозяйственной деятельности этот ресурс засчитывается Германии.

По методике МГЭИК реальный поглотительный ресурс в секторе лесного хозяйства — 600 млн тонн, а по оценке наших экспертов, например профессора Владимира Лукьяненко, — свыше 12 млрд тонн в год. Следуя методике, МГЭИК занижает этот ресурс в 20 раз!

Чтобы привести данные МГЭИК в соответствие с реальностью, нам необходимо вести мониторинг всех земель лесного фонда. На правительственном уровне уже звучат предложения сделать все леса управляемыми. Это технически сложно, поскольку необходимо устанавливать вышки с газоанализаторами для учета состава атмосферы и потоков воздуха, а это не всегда возможно сделать на сложном рельефе. Плюс необходимо будет проводить наземную инвентаризацию запасов углерода и их динамику в фитомассе, аэрофотосъемку гиперспектральной камерой с помощью дронов и дистанционное зондирование земли с искусственных спутников.

В чем смысл и проблема подсчетов

Мы понимаем, что если правильно все посчитаем, сможем заработать на поглощении. Но сначала нужно доказать мировому сообществу, что мы поглощаем.

К сожалению, мы отстаем по этому направлению. В России темой эмиссии парниковых газов в первую очередь заинтересовались энергетики, поскольку им платить экологические налоги. Сейчас подтягивается научное сообщество. Но климатические исследования до́роги. Необходимо ставить оборудование, обрабатывать терабайты записанных данных.

Газоанализатор, подходящий для этой задачи, годами мониторит 26 климатических параметров одновременно, делая 800 измерений в минуту. Для решения таких задач у нас не хватает ни оборудования, ни вычислительных мощностей.

В итоге пока Россия с точки зрения понимания климатических моделей — белое пятно для мирового сообщества.

8 февраля этого года президент подписал указ о необходимости создать собственную климатическую доктрину (Указ о мерах по реализации государственной научно-технической политики в области экологии и климата). Первое, что следует сделать в рамках этой стратегии, — изучать климат и механизмы адаптации к его изменениям. Второе — научиться прогнозировать последствия изменения климата. В результате на базе научных образовательных учреждений и организаций должны появиться новые подразделения, которые будут заниматься этой темой.

Предстоит исследовать много новых междисциплинарных областей. Мы должны показать, что у нас есть планы по снижению выбросов парниковых газов. Необходимо увязать выбросы с поглощением и доказать свое донорство. Иначе как страна рано или поздно мы будем платить огромный экологический налог.

Например, если ставка за одну тонну CO₂ будет на уровне 15 долларов, о чем сейчас говорят на международном уровне, то с России попросят 42 млрд долларов, что соответствует ~3% ВВП! А с 2035 года ставка может подняться до 35 долларов за тонну.

Углерод в океане

Сегодня речь в Парижском соглашении идет только о суше. Но океан обеспечивает общемировой сток углерода, его тоже надо учитывать при расчете экологических квот.

Океаны занимают бо́льшую часть поверхности нашей планеты и количество углерода в них намного больше, чем на поверхности суши.

Глобальные циклы углерода в мировом океане очень сложны. Углекислый газ производится живыми организмами, а также попадает в океан из атмосферы. Часть его возвращается в атмосферу, а другая вместе с останками организмов оседает на морском дне: депонируется в донные осадки. Есть два основных процесса в глобальном круговороте углерода в океане — биологический и физико-химический насосы. Вместе они обеспечивают поглощение CO₂ океаном из атмосферы в объеме около 9,7 Гт в год (2,6 Гт углерода в год).

Последние 50 лет этот углеродный поток увеличивался вслед за антропогенным повышением уровня CO₂ в атмосфере.

Процессы, обеспечивающие сток углерода в океан

Биологический насос — терра инкогнита. Мы более или менее представляем, что происходит около поверхности океана. Но про океанские глубины известно гораздо меньше. Лишь малая часть углерода, связанного в верхнем слое океана в результате жизнедеятельности фитопланктона, достигает глубин, где больше не участвует в обмене с атмосферой.

Биологический насос — основные процессы

CO₂, полученный в ходе обмена с атмосферой (на схеме выше под цифрой 1), потребляется при росте фитопланктона (2). Зоопланктон питается фитопланктоном и дышит, снова выделяя углекислый газ (3). Фрагменты распада фитопланктона и фекальные пеллеты, формируемые зоопланктоном (4), содержат углерод, частицы которого оседают по отдельности или в скоплениях (5). Но лишь 5–50% общего углерода достигает глубины 100 метров (6). От 2 до 25% оседает между 100 и 500 метрами. Микробы разлагают оседающие частицы, часть из них потребляется зоопланктоном (7), поэтому предполагается, что только 1–15% исходного углерода из поверхностных вод опускается ниже 500 метров. При этом CO2, образовавшийся при окислении органического вещества (дыхании), рециркулирует обратно в поверхностные слои.

Что именно происходит в океанских глубинах, для нас загадка, которая может привлечь будущих исследователей. При этом объемы поглощения CO₂ сушей и морем сопоставимы между собой даже с учетом неопределенности расчетов. В рассчитанных бюджетах углерода мировой океан в первую очередь выполняет роль стока — в отличие от суши, которая является источником парниковых газов.

Важный факт — растворимость CO₂ в морской воде возрастает с понижением температуры. В полярных областях CO₂ интенсивно поглощается океаном, а в теплой экваториальной зоне он может выделяться в атмосферу. Поэтому холодные воды Арктики и высоких широт в целом содержат больше углекислого газа, чем воды низких широт. В этом смысле другим странам просто невыгодно учитывать эти углеродные циклы.

Концентрация CO₂ в воде в зависимости от температуры на разных этапах развития производства

Значительное содержание CO₂ есть и в придонных холодных водах на глубине ниже 4–4,5 тысяч метров, где происходит растворение известковых раковин. В данный момент концентрация CO₂ в атмосфере повысилась с доиндустриального уровня примерно на 40% (по данным на 2016 год). Около трети CO₂, поступившего в атмосферу с начала промышленной революции при сжигании ископаемого топлива и древесины, а также при производстве цемента, уже поглощено океаном.

Таким образом, океан — общемировой сток, и его никак нельзя сбрасывать со счетов при оценке углеродного баланса.

Карбоновые полигоны

Как узнать количество и концентрацию парниковых газов в океане и на суше? Проще всего взять готовые климатические модели, ввести туда данные и получить некие бюджеты — расчеты парниковых газов для определенной территории. Но этого недостаточно. Необходимы реальные исследования.

В марте этого года министр науки и высшего образования Валерий Фальков объявил о запуске нового большого научно-образовательного проекта по созданию карбоновых полигонов.

Карбоновые полигоны — специальные территории, где разместят оборудование для сбора данных, на основе которых планируют разработать методики измерения потоков и баланса основных парниковых газов.

Сейчас выделено семь пилотных геостратегических регионов — Калининградская, Свердловская, Новосибирская, Тюменская и Сахалинская области, Чеченская Республика и Краснодарский край. Конкретные территории еще обсуждают, но в Свердловской области уже подобрали две площадки — около Коуровской обсерватории и учебно-опытного лесхоза Уральского лесотехнического университета недалеко от поселка Северка — и выделили на них 40 млн рублей. Там сейчас закупают оборудование и готовятся к исследованиям. Кстати, один карбоновый полигон в России уже есть — в Калужской области в границах нацпарка «Угра».

Пока речь идет о создании только лесных полигонов, причем на территории управляемых лесов. Но необходимы и морские полигоны, чтобы собрать доказательные данные для учета вклада океана. Такая площадка должна включать в себя сеть наземных стационарных площадок по непрерывному измерению концентрации и потоков парниковых газов в комплексе с гидрометеорологическими и почвенными данными, а также судовые экспедиционные измерения тех же параметров.

Только так мы сможем доказать, что территория Дальнего Востока и арктических морей действительно поглощает огромное количество углекислого газа и метана.

Я надеюсь, что нам удастся получить документальные подтверждения и потом вынести это на обсуждение мирового сообщества для одобрения новых методик. К тому же мы тут не одиноки — буквально на днях пришли новости из Китая, который также взялся за океан и активное озеленение на суше. Но надо понимать, что все это долго и дорого.