menu

<<Назад | Оглавление | Вперед>>


4.
Угроза из мелководья:
сельхозживотные, эвтрофикация
и водные выбросы метана

Согласно подсчетам, проведенным в 1990-х годах, различные водные или полуводные источники могут производить около 190–250 млн тонн метана.

Из них 115–147 млн тонн приходилось на заболоченные территории, 15–20 млн тонн — на океаны, 25 млн тонн — на городские и промышленные сточные воды и 30–60 млн тонн — на влажные рисовые поля.

Наиболее примечательным в этих ранних оценках было отсутствие данных по озерам и рекам, а также по искусственным водохранилищам с плотинами.

С тех пор было проведено множество исследований, которые показали, что в этих данных есть серьезные упущения. Ученые нескольких десятков стран доказали, что значительное количество метана имеет тенденцию выделяться в воздух как из естественных озер, так и из водохранилищ, созданных вместе с плотинами.

До сих пор нет четкого консенсуса относительно точного размера этих выбросов. Одно авторитетное исследование пришло к выводу, что природные озера могут ежегодно производить 83 млн тонн метана, а созданные плотинами водохранилища — еще 20 млн тонн. Однако по другим оценкам, только искусственные водохранилища могут производить до 104 млн тонн.

Самое главное, исследования показали, что между различными пресноводными водоемами существуют огромные различия в производстве метана. Согласно измерениям, гетеротрофные озера, в воде и донных отложениях которых содержится небольшое количество питательных и органических веществ, производят лишь 0,078 г метана на 1 м² в год. На другом конце спектра — суперэвтрофные озера с огромными биогенными нагрузками и массами органических веществ, которые производят до 19,044 г метана на 1 м² в год. Если вместо квадратных метров использовать гектары, то измеренные годовые выбросы метана варьируются от ошеломляющих 190 тонн до скромных 0,78 кг. Другими словами, между наибольшими и наименьшими выбросами, измеренными на гектар земли, имеется разрыв в 243 590 раз, то есть почти шесть полных порядков.

Несомненно, степень эвтрофикации является фактором, оказывающим наибольшее влияние на выбросы. Водохранилища и озера, получающие большие биогенные нагрузки, могут производить огромные массы водных растений и одноклеточных водорослей. Если процесс биологического разложения всей этой растительной материи задействует достаточно высокие объемы кислорода, это делает озера и водохранилища гипоксическими (страдающими от недостатка кислорода) или даже полностью аноксическими (где кислород отсутствует). Гипоксические и аноксические озера и водохранилища могут производить очень большое количество метана.

Выбросы метана из естественных озер, рек и заболоченных территорий, а также из мелководных морей до сих пор классифицируются как природные, а не антропогенные выбросы парниковых газов, но это противоречит тому, что есть на самом деле. Мы точно знаем, что биогенные нагрузки и эвтрофикация увеличивают выбросы метана из пресноводных водоемов, и мы знаем, что бесчисленные озера, пруды и реки уже стали эвтрофными благодаря поступившим в них питательным веществам. Поэтому вполне очевидно, что некоторые из этих выбросов метана — и, возможно, подавляющее большинство из них — были вызваны деятельностью человека. То же самое относится и ко многим заболоченным территориям, особенно если они использовались как пастбища, или предоставляли бесплатные услуги по очистке городских сточных вод, или если они получали неестественно большие биогенные нагрузки из-за разлива рек.

Наиболее важным источником питательных веществ в большинстве случаев было сельское хозяйство, особенно животноводство. Во многих местах муниципальные сточные воды и промышленные предприятия также сыграли свою роль, но их влияние, как правило, — более концентрированное и локальное. Питательные вещества из навоза сельхозживотных или органических и химических удобрений влияют если не на все, то на большинство пресноводных водоемов, которые располагаются в густонаселенных районах.

Пока невозможно точно сказать, какая часть биогенной нагрузки обусловлена производством мяса, молока и других продуктов животного происхождения и какую часть этой нагрузки следует отнести к другим формам сельского хозяйства. Существуют миллионы различных локальных ситуаций, и это не является приоритетным направлением исследований.

Однако уже десять лет назад навоз и мочевина сельхозживотных содержали на 35% больше азота, чем химические удобрения, производимые во всем мире, причем 25% из них использовались для выращивания кормов для животных. Сегодня численность крупного рогатого скота и свиней увеличилась, они производят еще больше навоза и мочевины и на производство их корма тратится примерно треть всех удобрений в мире. Навоз также содержит много фосфора и других питательных веществ, и, по сравнению с химическими удобрениями, большая часть его питательных веществ, как правило, вымывается в реки и озера. Кроме того, выпас скота приводит к сокращению растительного покрова, который защищает почву от эрозии. Это увеличивает нагрузку питательными веществами, которые вымываются из почв лесов, полей и пастбищ в озера, реки и заболоченные территории.

У нас недостаточно данных, но, вероятно, есть очень веские основания считать, что животноводство ответственно за значительное количество и, возможно, даже большую часть выбросов метана из различных пресноводных водоемов. в моей родной стране, Финляндии, есть тысячи случаев, когда сброс питательных веществ в сточные канавы с одной сравнительно небольшой фермы, производящей молочные продукты и мясо, приводил к экстремальной эвтрофикации мелкого озера.

Все это — не природные выбросы, и они не должны классифицироваться как таковые!

Примерно таким же образом выбросы метана в атмосферу из водных резервуаров не приписываются животноводству. Они были классифицированы как антропогенные, но относящиеся к энергетическому сектору. Действительно, крупные плотины, помимо обеспечения ирригации и водоснабжением городов и промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций, как правило, также производят и электроэнергию. Тем не менее, определенная доля выбросов метана из водохранилищ, безусловно, была произведена одноклеточными водорослями и водными растениями, выросшими благодаря питательным веществам, которые распространялись на окружающих водоемы землях в виде навоза или удобрений, а затем вымывались дождевой водой в водохранилище.

Подводя итог, можно сказать, что подавляющая доля выбросов метана из водохранилищ, пресноводных озер, рек, мелких морей и, возможно, также с некоторых заболоченных территорий и рисовых полей должна приходиться на производство мяса, молока и других продуктов животного происхождения.

Ученым следует разработать методологии, с помощью которых мы можем хотя бы приблизительно определить, какой процент всех этих выбросов следует классифицировать как антропогенные, а не природные, какой процент антропогенного вклада обусловлен животноводством, а какой — другими видами сельского хозяйства или городскими и промышленными сточными водами.

В любом случае, самое важное в этом контексте — осознать, что, каковы бы ни были нынешние размеры выбросов метана из различных водоемов, вызванные животноводством, в ближайшем будущем эти выбросы могут увеличиться, если мы не предпримем ряд корректирующих мер.

Следует также иметь в виду, что это может произойти, даже если количество питательных веществ, ежегодно поступающих в различные пресноводные водоемы, останется на прежнем уровне или даже в некоторой степени уменьшится. Эвтрофикация — это кумулятивный процесс. После того, как критический порог будет преодолен, даже относительно небольшое дополнительное количество питательных веществ может сделать водоем более гипоксическим и увеличить выбросы метана. в настоящее время мы продолжаем добавлять в наши почвы активный азот и другие питательные вещества. На практике это означает, что мы берем на себя ответственность за приток питательных веществ в бесчисленные озера и реки на годы или десятилетия вперед. Даже если мы не будем разбрасывать новый навоз или удобрения на полях, потребуется некоторое время, прежде чем они перестанут выделять питательные вещества в наши водные системы. Корректирующие действия всегда возможны, даже после нанесения значительного ущерба, но удаление избыточных питательных веществ из десятков миллионов озер и миллионов рек и небольших ручьев было бы огромным и дорогостоящим мероприятием.

Дополнительные биогенные нагрузки, которые поступают в реки, также увеличивают выбросы метана из мелководных морей, но это кажется относительно небольшой проблемой. По существующим оценкам, прибрежные воды Европы производят от 350 000 до 750 000 тонн метана в год, а Восточно-Китайское и Желтое моря вместе выделяют лишь немногим более 70 000 тонн метана. Бактерии, производящие метан, предпочитают пресную воду соленой. Аналогичным образом, похоже, что океаны лучше, чем пресноводные озера, подходят для образования закиси азота. Согласно оценкам, китайское высокоэвтрофное озеро Байяндянь производит 114 закиси азота в год, но это одно из крупнейших озер в Китае, площадь которого составляет 366 км².

Сколько метана будут вырабатывать наши пресноводные водоемы в будущем?

Количество метана, которое вырабатывается в пресноводном водоеме — природном озере, реке, водохранилище или торфянике с водными поверхностями — зависит от трех факторов: количество органического вещества в воде, уровень насыщенности кислородом (гипоксии или аноксии воды) и температура. Первые два фактора являются наиболее важными.

Чем больше органического вещества производится одноклеточными и более крупными водными растениями, тем больше становится органики, способной производить метан. Чем более аноксичными становятся условия, тем меньше будет вырабатываться углекислого газа и больше — метана. Более высокие температуры также сместят баланс в сторону метанобразующих бактерий, что приведет к меньшему производству углекислого газа и большему производству метана. По этим причинам теоретический максимум того, сколько метана могут в конечном итоге произвести наши озера, пруды, водохранилища и реки, действительно очень высок.

Водные растения растут очень быстро и в эвтрофных условиях могут производить огромное количество биомассы в расчете на один гектар в год. Одним из наиболее известных примеров является водяной гиацинт, мощное тропическое водное растение, которое часто образует толстые плавающие ковры над пресноводными прудами и озерами. Заросли водяного гиацинта весом 470 тонн на 1 га часто увеличивают свой вес на 5% за один день. Это означает, что их рост может составлять до 800 кг сухой биомассы на 1 га в день.

Одноклеточные водные растения могут достигать еще более впечатляющих темпов роста. Согласно экспериментам, проведенным в 1970-х годах в США, в прудах можно производить 70–200 тонн биодизеля с 1 га в год, выращивая одноклеточные водоросли с высоким содержанием масла и удобряя их, например, городскими сточными водами. Поскольку содержание жирных кислот в наиболее богатых маслом цианобактериях составляет 50–60%, это означает, что одноклеточные водоросли могут в экстремальных условиях превращать до 400 тонн атмосферного углерода с 1 га в год в органические углеродные соединения.

Другими словами, водные растения могут производить огромное количество органических веществ, которые могут опускаться на дно пресноводного водоема и там разлагаться. Когда условия становятся настолько аноксичными (бескислородными), что органика эта распадается на метан, а не на углекислый газ, потенциал глобального потепления даже относительно небольшого водоема может стать действительно впечатляющим. Как упоминалось выше, самый высокий зарегистрированный годовой выброс метана из пресноводного водоема составил приблизительно 190 тонн на 1 га, что почти в четверть миллиона раз больше, чем наименьший зарегистрированный годовой выброс на 1 га.

На нашей планете много озер, прудов, рек и водохранилищ — сотни миллионов гектаров, — поэтому имеет смысл вкладывать больше ресурсов в мониторинг их состояния и делать все возможное для уменьшения количества питательных веществ, которые ежегодно вымываются в эти пресноводные водоемы с полей, пастбищ и навозохранилищ.

В противном случае выбросы метана из пресноводных водоемов могут постепенно превратиться в один из наших худших парниковых кошмаров.


<<Назад | Оглавление | Вперед>>