crustgroup (crustgroup) wrote,
crustgroup
crustgroup

Categories:

Хлеб-соль (PEAK8)

Все мы родом из детства.
А в глобальном, эволюционном смысле — все мы родом из первичного океана, носившего звучное русское название Мировия. Который противостоял первичному сверхконтиненту — Родинии.
Если кто подумал, что я шучу и толкаю в массы "фофудью" — то это, вообще-то вполне устоявшиеся научные термины. Ведь русская палеонтология — это очень важная и весомая часть мировой науки, которая отнюдь не ограничивается только Пермским периодом.

Первичный океан, по нынешним меркам был практически пресным. Собственно говоря, то, что мы сейчас называем физиологическим раствором, и представляет из себя точный слепок того, что представлял из себя этот первичный мегаокеан. 0,9% массовой доли NaCl — это именно тот состав, который имел тот древний океан, который и был для нас первичным домом. Гипотеза панспермии, если вы хотите верить в неё, в том числе, кстати, должна объяснить и этот факт — ведь вся наша внутренняя среда приспособлена именно к условиям Мировии, а не некоего гипотетического океана на далёкой Альфе Центавра.

Сейчас же ситуация в Мировом океане поменялась радикально. Солёность вод, монотонно увеличивающаяся за счёт постепенного сноса минеральных веществ с суши, сейчас уже составляет около 3,5%. Меряется она в промилле (‰) или в "тысячных процентах" и, конечно, немного отличается в разных местах нашего шарика. Однако, в целом, картина для современной биосферы выглядит достаточно безрадостной — 97,5% всей находящейся на планете Земля воды практически нереально впрямую включить в биологический оборот:

water-eau_e_img_0

Поэтому, всё последующее изложение этой статьи и будет крутиться вокруг магического треугольника "хлеб-соль-вода". Который, к сожалению, гораздо более жёсток и гораздо более жесток, нежели простенькие проблемы современного человечества с бензином и электроэнергией...


Теперь, памятуя о том, что кроме солнца, нам для существования биосферы в её современном виде, надо ещё и достаточные количества пресной воды, взглянем на картинку чистой первичной продуктивности биосферы (NPP — net primarily production) в целом по миру.
Эта картинка показывает нам, сколько могут связать в биологические соединения её основные первичные продуценты — высшие растения, мхи и водоросли. Их чистая продукция — это количество связанного в процессе фотосинтеза углерода (в виде СО2) минус то его количество, которое выделилось в процессе дыхания самих автотрофов. Иными словами, чистая первичная продукция — это реальный прирост массы всех растений.

Очевидно, что именно за счет потребления чистой первичной продукции и существуют все растительноядные животные и, опосредованно, и сам человек
:
atl_npp
Качественно картинка уже понятна?

Треть территории суши представляет собой классический мир "Дюны" Херберта — минимум биологической продуктивности, несмотря на максимум солнечной радиации, падающей на эти выжженные квадраты земной поверхности. Нет воды — и любые биологические фокусы и уловки не действуют, а жизнь превращается в выживание, которое никак не может обеспечить фиксацию сколь-либо заметных количеств солнечной энергии в связанный углерод растений, выдавая на-гора "ноль целых и ноль десятых"  килограмм биологического углерода в год. Аналогичная картина наблюдается и там, где вода находится в твёрдом виде льда или снега — полярные пустыни Антарктиды или Гренландии столь же безжизненны, как Сахара или пустыня Гоби.

Кроме того, понимающие люди могут оценить и абсолютную величину первичной продуктивности по углероду. Максимум, что можно выжать в год из квадрата земной поверхности в естественных условиях — это всего лишь 2,5 килограмма связанного углерода. И максимальная продуктивность у нас связана отнюдь не с агроценозами, в которых растёт столь милая человечеству пшеница или кукуруза, а со столь экзотическими системами, как коралловые рифы, болота и тропические леса:

54.03

Продуктивность агроценозов находится на весьма скромном уровне — всего лишь в пределах 500-600 граммов углерода на квадратный метр в год. Даже тайга или умеренный лиственный лес дают в полтора-два раза больше углерода (в пределах от 700 до 1200 грамм в год). Другой вопрос, что есть целлюлозу человечество пока не научилось, поэтому леса вырубаются и замещаются пастбищами или пашнями вот уже без малого около 10 000 лет.

Показательна и третья часть картинки — сколько составляет вклад каждого из биоценозов в общий баланс первичной продукции биосферы. Как видите, здесь пальму первенства уверенно держат тропический влажный лес и открытый океан, каждый из которых ответственнен за почти четверть от общей первичной продуктивности биосферы. Вместе же Мировой океан (глубоководные участи и шельф) и тропические леса выдают чуть более половины всего мирового NPP.

Пашни, самые ценные земли, разобранные здесь, обеспечивают всего лишь около 5% от общей первичной чистой продукции биосферы. Занимая при этом и того меньше — всего лишь 2,7% от общей поверхности Земли. На первый взгляд — перспектива роста здесь несомненна, чистая продукция планеты ещё на порядок больше!
Однако, надо понимать, что данная идиллия очень обманчива.
Свободной чистой продукции, которая может быть легко утилизована человеком вдобавок к уже им используемой, на самом деле на планете гораздо меньше. И связано это с двумя малоприятными факторами.

Во-первых, из чистой первичной продукции Мирового океана человек утилизирует лишь очень скромную её часть и пока не видно массовых прорывных технологий, которые могут сколь-либо эффективно включить Мировой океан в антропогенный оборот биомассы (хотя экологи, конечно скажут: "ну и слава богу, сволочи!"). В последнее время человечество понемногу переходит к разумной аквакультуре, но, на деле, это лишь первые робкие шаги перехода от собирательства и охоты, которыми, по факту, является промысел морских рыб и моллюсков к нормальным формам хозяйствования в условиях водной среды.

rice_fish_system_fig1_600
Карпы и рис — вместе они растут лучше.

Во-вторых, многие сухопутные биоценозы при попытке превратить их в пастбища или пашни резко теряют в своей чистой продуктивности.
В ряде случаев, прежде всего в областях, занятых влажными тропическими лесами, которые, как мы помним, дают почти четверть всей первичной продукции биосферы, первичная продукция на возделываемых землях оказывается в несколько раз меньше той, что была свойственна природным экосистемам, существовавшим на этом месте раньше. Однако представлена она компонентами, имеющими для человека в данный период времени большую ценность (меняю целлюлозу на крахмал, с доплатой!).

Кроме того, надо понимать, что часть биоценозов, в первую очередь — лесов, хоть и не вовлечена напрямую в производство пищевых продуктов для нужд людей, служит в качестве ценного поставщика топливного и строительного ресурса — древесины. Поэтому, отказ от леса, кроме неизбежного падения первичной продукции в полтора-два раза (смотри выше) ещё и приводит к тому, что выпавшие объёмы утилизируемой в виде строительных материалов или топлива биомассы надо заменять на искусственные материалы и на минеральное топливо, что снова предсказуемо выводит нас на вопрос энергии.

Отсюда уже, собственно говоря, можно влететь напрямую к выводам вот этой статьи:

planetary_boundary_fig3_600

Это диаграмма, показывающая соотношение доступной и недоступной для использования чистой первичной продукции суши (без Мирового океана!): 1) изымаемой человеком чистой
первичной продукции (Human appropriation of NPP); 2) доступной, но еще не изымаемой чистой продукции (Available); 3) недоступной для использования чистой продукции, находящейся в подземных органах растений (Belowground NPP); 4) недоступной чистой первичной продукции (национальные парки, заповедники, труднодоступные районы).
Величины чистой первичной продукции (NPP) приведены в Pg (петаграммах, 1015 ) связываемого углерода за год. Площади, к которым относится оценка NPP, — в миллионах км2. В изымаемой продукции приведены отдельно цифры для полей (Agriculture) и не возделываемых земель (пастбища и места сбора топлива). Обратите внимание, что доля доступной, но пока еще не изымаемой человеком чистой первичной продукции, очень невелика — всего лишь около 10% (в абсолютных цифрах это 5 Pg C).


По расчетам многих авторов к 2050 году численность народонаселения возрастет на 40%. Но вопрос в том, сможет ли такую нагрузку вынести биосфера. Еще пять лет назад считалось, что в 2000-е годы человечество изымало с суши за год 15,5 Пг углерода (или 23,8% всей чистой первичной продукции суши). Однако в работе этого года, выполненной при участии авторов цитируемой мной статьи, указывается уже на то, что человечество в той или иной форме изымает для своих нужд около 38% чистой первичной продукции. Исходя из этого, считается, что оставшиеся 62% (а это около 38 Пг углерода в год) достанутся следующим поколениям. Но на самом деле 53% всей чистой первичной продукции суши не могут быть использованы, поскольку представлены продукцией подземных органов (прирост корней), а также продукцией растительности на территории национальных парков или труднодоступных территорий. Поэтому на самом деле в свободном распоряжении человека остается всего 5 Пг углерода в год, или примерно 10% от всей чистой первичной продукции суши.

Единственным быстро утилизируемым и доступным человечеству источником чистой первичной продукции за пределами традиционных пашен и пастбищ, неожиданно являются именно засушливые и пустынные земли, где орошение и применение удобрений позволяют увеличить чистую первичную продукцию в несколько раз по сравнению с исходной продукцией естественных биоценозов.

Но и тут всё упирается в те же ограничители: в пресную воду и, опосредовано, в энергию.
Для понимания мировой ситуации можно снова посмотреть на первую картинку, чтобы понять, что вода в мире есть, да вот только расположена она часто совсем не там, где это надо человечеству. То есть её надо либо вести за полмира из Байкала в Сахару, либо опреснять из морской — прямо там, где она нужна для того, чтобы поднять чистую первичную продукцию выжженных дюн. Нефть и вода оказываются сиамскими близнецами. Ну или самое простое качать воду из подземных резервуаров прямо под пустынными или засушливыми землями Привет, Дюна, мы помним о тебе, старик Херберт.

В результате мы имеем вот такую безрадостную картинку
именно там, где вода важнее всего, и наблюдается самый жестокий "водный стресс":


 
Более подробно вопрос водного стресса и его связи с исчерпаемостью подземных резервуаров пресной воды разобран в журнале моего друга danko2050 — поэтому отсылаю вас к оригинальному исследованию и рекомендую вот эту его статью.

В статье в качестве примера нарастающего истощения подземного резервуара воды рассмотрено самое крупное подземное озеро в мире, Огалалла, раскинувшееся под территорией восьми штатов США и занимающее около 450 тыс. км2. Воды этого подземного озера составляют треть всех грунтовых вод страны и обеспечивают почти 2 млн. человек. В 2000 году для целей орошения из озера выкачали  26 км3 воды, а в целом, с момента начала его использования 312 км3 . По некоторым оценкам, этот резервуар может быть полностью истощен в течение следующих 25 лет.

Однако, в целом Огалалла ещё не самый проблемный подземный резервуар. Согласно вот этого исследования, ситуация с подземным резервуарами грунтовых вод в Пакистане, Индии, Иране, Мексике, Саудовской Аравии и Китае гораздо печальнее. Чем краснее, тем меньше спайса пресной воды в перерасчёте на текущие темпы её использования:

aquifers_archive

Кроме проблемы с исчерпанием воды в подземных резервуарах попутно возникает и ещё одна неприятность — неуёмное использование грунтовых вод человечеством буквально приводит к тому, что города, стоящие на истощающихся резервуарах "тонут" в море и без всякого глобального потепления.

Сегодня Индонезия спасает от воды три крупнейших города – Семаранг, Джакарту и Бандунг. Это «зоны тревоги», которые объявило министерство энергетики и горнодобывающей промышленности страны. Из-за активного использования грунтовых вод данные города потопают от проседания почвы.
На первом месте по степени проседания почвы стоит Джакарта. Ее рекорд – 10 см в год. Бандунг и Семаранг стабильно уходят под землю на 5-7 см ежегодно.

Тонет Шанхай. Крупнейший промышленно-финансовый центр Китая оседает со скоростью примерно 10 мм в год в воды реки Янцзы, на берегах которой он стоит. "Шанхай тонет, и хотя этот процесс можно приостановить, полностью прекратить его невозможно" — честно сообщает представитель геологического статистического института Шанхая, Вэй Цзысинь. Этот процесс, начавшийся ещё в 1921 году, вызван активным использованием подземных вод. За последние десять лет он замедлился, но между 1920 и 1960 годами скорость погружения была в четыре раза интенсивнее обычной. Это необратимое явление также отмечается и в прибрежных китайских провинциях Цзянсу и Чжэцзян.

В некоторых районах столицы Мексики Мехико усадка грунта с конца 19-го века достигла 13 метров. Из-за этого не только нарушено автомобильное движение по центральным трассам города, но и появилась угроза архитектурным сооружениям, расположенным в “критических” районах.Причиной постепенного “погружения” Мехико является особенности геологического строения гигантской впадины, где расположен город. Часть мексиканской столицы находится на месте древнего озера. К тому же огромный город потребляет воду из многочисленных подземных скважин, что лишь ухудшает ситуацию.

Грунтовые воды составляют более 60% всей влаги, потребляемой жителями долины Мехико, поэтому усадка грунта неизбежна. Поэтому,если не принять срочных мер, исторические здания претерпят серьезные повреждения. Собственно, их фундаменты и так время от времени уже приходится “латать” из-за появления трещин.

Ну а в реальности это выглядит вообще неимоверно и фантастично.

В общем, не бойтесь "войн за нефть". Войны за воду будут вестись с куда большим ожесточением. Жёстко и жестоко.
Ибо вода есть жизнь. И это — не фантастика.

dune4

И Дюна — тоже не фантастика. А лишь аллегорический вариант самого ближайшего возможного будущего, в котором у нас "внезапно" закончилась вода, еда и энергия. Сразу...

Tags: будущее, вода, цивилизация
Subscribe
promo crustgroup september 5, 2012 16:48 88
Buy for 100 tokens
Начиная цикл статей о ядерной энергии я постараюсь описать несколько моментов, которые часто проговариваются вскольз, либо вообще не упоминаются при разговоре о "ядерной альтернативе" ископаемым минеральным топливам. Стартанём собычных цифр и картинок, которые иногда гораздо более…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 134 comments