XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

С конца XIX века средняя температура на Земле повысилась на 1,1 °C, и этот показатель продолжает расти. Для планеты это серьезные изменения, которые могут привести к различным стихийным бедствиям, нарушению естественных ареалов растений и животных, голоду и другим тяжелым последствиям. Причиной глобального потепления стало усиление парникового эффекта в атмосфере.

Парниковым эффектом называют повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Повышение температуры происходит из-за избыточного накопления парниковых газов в нижних слоях атмосферы. Земля преобразует энергию падающего на неё видимого солнечного света в инфракрасное излучение, исходящее от Земли в космос. Парниковые газы затрудняют этот процесс, частично поглощая инфракрасное излучение и удерживая уходящую в космос энергию в атмосфере. Добавляя в атмосферу парниковые газы, человечество ещё больше увеличивает поглощение инфракрасных волн в атмосфере, что ведёт к росту температуры у поверхности Земли [2].

Основными парниковыми газами Земли являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон (в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс). Потенциально в парниковый эффект могут вносить вклад и антропогенные галогенированные углеводороды и оксиды азота, однако ввиду низких концентраций в атмосфере оценка их вклада проблематична.

По последним научным данным основным источником углекислого газа в атмосфере являются антропогенные источники, такие как сжигание ископаемого топлива; сжигание биомассы, включая лесные пожары; некоторые промышленные процессы приводят к значительному выделению углекислоты (например, производство цемента).

Антропогенная эмиссия увеличивает концентрацию углекислого газа в атмосфере, что, предположительно, является главным фактором изменения климата. Углекислый газ является «долго живущим» в атмосфере. Согласно современным научным представлениям, возможность дальнейшего накапливания СО2 в атмосфере ограничена риском неприемлемых последствий для биосферы и человеческой цивилизации, в связи с чем его будущий эмиссионный бюджет является конечной величиной.

Вместе с годовым ростом 2,20±0,01 ppm, в течение года наблюдается периодическое изменение концентрации амплитудой 3-9 ppm, которое следует за развитием вегетационного периода в Северном полушарии. Потому как в северной части планеты располагаются все основные континенты, влияние растительности Северного полушария доминирует в годовом цикле концентрации CO2. Уровень достигает максимума в мае и минимума в октябре, когда количество биомассы, осуществляющей фотосинтез, является наибольшим [1].

Следует упомянуть о таком термине как Углеродный след. Это совокупность всех выбросов парниковых газов, произведённых прямо и косвенно отдельным человеком, организацией, мероприятием или продуктом. Парниковые газы, включая диоксид углерода (CO2) и метан (CH4), могут выбрасываться при расчистке земель, производстве и потреблении продуктов питания, топлива, производстве и использовании промышленных товаров, материалов, древесины, дорог, зданий, транспорта и различных услуг. Большая часть углеродного следа жителей развитых стран возникает благодаря «непрямым» источникам, например, сжигание топлива для производства и доставки продукта конечному потребителю. Эти выбросы отличаются от сжигания топлива напрямую в машине или плите, которые обычно называют «прямыми» источниками углеродного следа человека [4].

Одним из путей решения проблемы накопления углерода является его фиксация из окружающей среды растениями. Фиксация углерода или ассимиляция углерода - это процесс, при котором неорганический углерод (особенно в форме диоксида углерода) превращается живыми организмами в органические соединения. Затем соединения используются для хранения энергии и в качестве структуры для других биомолекул [5].

Около половины антропогенных выбросов парниковых газов накапливается в наземных и морских экосистемах. Занимая 31% суши (почти 4 миллиарда гектаров), все леса на планете ежегодно поглощают 2,6 миллиарда тонн углекислого газа — это около 7% его глобальной эмиссии (38 миллиардов тонн в 2020-м) и около трети выбросов от сжигания ископаемого топлива. Обеспечивается это тем, что растения поглощают диоксид углерода по мере своего роста. И если человечество научится управлять способностью растений поглощать углерод из атмосферы, то это станет ключевым инструментом в достижении нулевого углеродного баланса.

Именно с такой целью по всему миру сейчас создаются карбоновые полигоны – это испытательно-исследовательские площадки, на которых измеряют природную эмиссию парниковых газов из экосистем, а также объемы, в которых эти же экосистемы способны поглощать выбросы из атмосферы. Там же разрабатывают и тестируют всевозможные подходы и технологии рационального управления природными территориями — такого, которое позволило бы повысить их способности к поглощению углерода из атмосферы. Площадками для разработки и тестирования таких подходов и технологий — перед их последующим внедрением на уровне национальной экономики — и должны послужить карбоновые полигоны [3].

Россия намерена достичь углеродного нуля к 2060 году. Чтобы обеспечить страну эффективными средствами достижения этой цели, в феврале 2021-го Министерство науки и высшего образования РФ запустило пилотный проект по созданию в регионах России карбоновых полигонов. Ожидается, что этот проект станет ключевым элементом национальной системы мониторинга потоков парниковых газов в российских экосистемах и контроля углеродного баланса страны. Главным человеком в стране в данной области сейчас является Николай Дмитриевич Дурманов, научный руководитель федерального проекта "Карбон". Изучением занимаются лаборатории ведущих ВУЗов страны. Так центр мониторинга окружающей среды и экологии Московского физико-технического института (МФТИ) под руководством Александра Родина активно работает над проектом оперативного мониторинга углеродного баланса.

Сегодня по стране действует 15 карбоновых полигонов общей площадью около 40 тысяч гектаров. К 2030 году число таких площадок собираются увеличить до 80. Каждый полигон создается в партнерстве научных организаций, крупного бизнеса и университетов.

В данный момент в рамках программы «ВКР как стартап», которая подразумевает разработку и коммерциализацию результатов научно-исследовательской деятельности, проводится оценка динамики углерода на пионерных площадках карбоновых полигонов в границах лесостепного Зауралья.

В том числе оценивается потенциал накопления углерода различными древесными сообществами на территории ботанического сада Курганского государственного университета. Оценка производилась на следующих территориях: дубовая аллея, березовая лесополоса, заросли клена американского, фрагмент сухого бора.

Для данного исследования была выбрана методика информационно-аналитической оценки бюджета углерода лесных насаждений. Накопления углерода, согласно методическим рекомендациям Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) учитываются по 4 пулам углерода: живой фитомассы, мертвой древесины, подстилки и почвы. Основой для расчетов служат данные по динамике объемных запасов насаждений, оцениваемые в результате последовательных инвентаризаций. В прогнозном режиме данные по динамике запасов берутся из таблиц хода роста лесных насаждений.

На данном этапе проведены расчеты поглощения углерода для всех площадей, занимаемых древесными сообществами, а также проведена конвертация этого показателя в эквиваленте . По результатам расчетов древесные сообщества в ботаническом саду КГУ за год могут накапливать углерод в эквиваленте в следующих объемах:

дуб черешчатый -

клен американский -

сосна лесная -

береза Крылова -

В Курганской области карбоновые полигоны являются новшеством. Подобных проектов на территории Зауралья еще было, однако воплощение в жизнь данного проекта особенно актуально для Курганской области. Курган по некоторым данным называют самым «грязным» городом УрФО, действительно, на территории города размещаются несколько предприятий, ежегодно выбрасывающих в атмосферу сотни тысяч тонн парниковых газов в год.

Полученные результаты свидетельствуют о достаточном потенциале древесных сообществ ботанического сада КГУ к поглощению и накоплению углерода, что позволяет в дальнейшем разработать рекомендации по использованию конкретных древесных видов растений в создании защитных полос леса на территории отдельных предприятий города Кургана и на территории всего города.

Необходимость полномасштабного и повсеместного создания территорий, которые будут улавливать и накапливать парниковые газы обуславливается тем, что перед российской экономикой в данный момент стоят серьезные вызовы и открываются дополнительные возможности, одна из которых связана с развитием международной торговли карбоновыми кредитами, или углеродными единицами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Парниковые газы. – 2022. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Парниковые_газы

Парниковый эффект: причины и последствия. – 2022. – URL: https://plus-one.ru/manual/2022/06/24/parnikovyy-effekt-prichiny-i-posledstviya

Полигон будущего климата. – 2022. – URL: https://climate-change.moscow/article/poligon-budushchego-klimata

Углеродный след. – 2022. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Углеродный_след

Фиксация углерода. – 2022. – URL: https://ru.zahn-info-portal.de/wiki/Carbon_fixation

Код для цитирования: Скопировать