Читать книгу "Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога - Маршия Бьорнеруд"

Изменения в соотношениях изотопов углерода позволяют рассчитать вероятное количество углерода, выделенного в атмосферу на протяжении всего ПЭТМ: большинство оценок попадает в диапазон от 2000 до 6000 млрд метрических тонн, или гигатонн (Гт), углерода. Чтобы вы могли лучше представить себе, что значит 2000–6000 Гт углерода, сравните: на сегодняшний день совокупные антропогенные выбросы углерода составляют около 500 Гт, четверть из которых приходится на период после 2000 г. Учитывая, что уровень эмиссии по-прежнему растет, к 2100 г. мы можем достичь и даже превзойти нижний предполагаемый порог углеродных выбросов в ходе ПЭТМ.

Важный вопрос, на который пока нет точного ответа, касается того, что именно могло быть источником такого количества биогенного углерода в ходе ПЭТМ (задолго до появления людей с их страстью жечь ископаемые углеводороды). Основные кандидаты — это: (1) горение угля или торфа, вызванное магматической активностью в процессе открытия северной части Атлантического океана (вспомните печально известный подземный пожар в угольных пластах под городком Сентрейлия в Пенсильвании, который тлеет вот уже больше 50 лет), и (2) внезапное испарение метана, заключенного во льду в форме клатратов или газогидратов в отложениях под морским дном. Эти газогидраты, образующиеся в результате взаимодействия воды и метана, производимого микробами при переработке органики в низкокислородной среде, стабильны в очень ограниченном диапазоне температур и давления. Если морская вода нагревается или, например, подводный оползень обнажает слой, богатый газогидратами, последние стремительно распадаются, порождая гигантскую метановую «отрыжку». Газогидраты были открыты только в 1980-х гг.; до этого ученые ломали голову над тем, почему во взятых с морского дна кернах обычно присутствовали большие пустоты: было очевидно, что прежде там находилось какое-то вещество, которое при подъеме на поверхность бесследно исчезало. Более эффективные технологии извлечения кернов позволили установить, что этим таинственно исчезающим веществом был «горючий» метановый лед. По оценкам, объемы метанового гидрата в морских отложениях в настоящее время составляют от 1000 до 10 000 Гт. Как и тундровый торф, эти запасы законсервированного углерода становятся нестабильными при повышении глобальных температур, а их внезапное испарение может запустить кошмарный самоусиливающийся парниковый эффект.

К сожалению, осадочная летопись, имеющая разрешение порядка нескольких тысячелетий, не позволяет точно определить, как именно произошло насыщение атмосферы углеродом в ходе ПЭТМ: почти мгновенно, в результате выброса метана с морского дна, или же постепенно, в результате длительного (на протяжении тысячи лет) горения угля или торфа. Это различие представляет не только научный интерес. Если знаменатель в скорости выброса углерода в ходе ПЭТМ равен году, это дает нам возможность цепляться за утешительную мысль о том, что Земле уже приходилось переживать нечто похожее на антропогенную эмиссию. Но, если знаменатель составляет тысячелетия, нам придется признать, что эмиссия углерода в антропоцене является не имеющей аналогов аномалией в истории планеты.

Ловушки для углерода

Сегодня мы, люди, выбрасываем в атмосферу более 10 Гт углерода в год — через сжигание ископаемого топлива (основной источник эмиссии), производство цемента (сопровождающееся обжигом известняка) и уничтожение лесов, — превосходя в этом все земные вулканы более чем в 100 раз. Но нельзя ли найти способы имитировать биогеохимические циклы, чтобы выводить выбрасываемый нами углерод из атмосферы? Сегодня предлагается множество возможных стратегий, от сложных инженерных систем до прямого воспроизведения природных процессов. Но высокотехнологичные подходы пока слишком дороги, чтобы быть осуществимыми в нынешних условиях, а низкотехнологичные не смогут быстро улучшить ситуацию; такова уж специфика нашей планеты: она любит неспешные геологические процессы.

Последние годы американская угольная промышленность усиленно продвигает оксюморонную идею «чистого угля», в основе которой лежит маловероятный сценарий, согласно которому на всех угольных электростанциях страны могут быть установлены эффективные системы УХУ — улавливания и хранения углекислого газа (Сarbon capture and sequestration, CCS). Технологически это вполне осуществимо; система включает захват CO2, выделяемого при сжигании угля, сжатие газа под высоким давлением и его закачивание в пористые породы глубоко под землей, в идеале — под электростанцией или рядом с ней (если позволяют геологические условия). Для электростанций, расположенных вблизи побережья, предлагается хранить уловленный CO2 в глубоководных отложениях на морском дне, но это рискованная схема, поскольку подкисление (повышение кислотности) океана является одним из главных негативных последствий повышения концентрации СО2, на борьбу с которым направлены технологии УХУ.

В начале 2000-х гг. казалось возможным, что достаточно мощные экономические стимулы, такие как налог на выбросы углерода или система квот и торговли квотами на выбросы, подтолкнут широкомасштабное внедрение технологий УХУ, но этим надеждам было не суждено сбыться из-за появления технологий добычи сланцевого газа посредством горизонтального бурения и гидроразрыва пластов. Резкое падение цен на энергоносители, а также более низкий чистый выброс СО2 при сжигании природного газа по сравнению с углем погасили импульс зарождающегося движения по внедрению УХУ. (Хотя природный газ действительно выделяет примерно на 50 % меньше СО2 на единицу произведенной энергии, его нельзя назвать действительно «экологически чистым топливом», как это утверждают представители газовой промышленности; здесь следует учитывать и факт значительных утечек метана из плохо запечатанных скважин и некачественно обслуживаемых газопроводов.)[103] Работающие на газе электростанции также могут использовать системы УХУ, но стоимость строительства таких электростанций будет вдвое выше обычной, а себестоимость улавливания CO2, которая определяет нижнюю планку для эффективного налога на выбросы углерода или их рыночной стоимости, будет составлять примерно $70 за тонну, без учета транспортировки и хранения[104]. Таким образом, при нынешнем экономическом и политическом климате использование таких технологий представляется крайне маловероятным.

Но даже если бы технологии улавливания и хранения углекислого газа были экономически жизнеспособными, они вряд ли стали бы панацеей. Тогда как прямые выбросы CO2 электростанциями действительно можно было бы сократить на 80–90 %, сам по себе процесс УХУ требует значительных энергозатрат, и эти энергозатраты возрастают еще больше, если хранение уловленного CO2 нельзя обеспечить на месте и требуется его транспортировка. Наконец, закачка CO2 в глубокие геологические «резервуары» также сопряжена с определенными проблемами. Породы-коллекторы должны быть достаточно пористыми, чтобы удерживать большое количество сжатого газа, но недостаточно проницаемыми, чтобы не позволить ему просачиваться наружу, — а это все равно что желание иметь общительного и разговорчивого друга, который умеет надежно хранить ваши секреты. Кроме того, многократная закачка в глубинные пласты жидкости под высоким давлением, будь то сжиженный СО2 или вода с химикатами для гидроразрыва пластов, может спровоцировать непреднамеренный побочный эффект — землетрясения, которые могут нарушить целостность резервуара углекислого газа и выпустить его на поверхность.