Текст книги "Бросая вызов"

Автор книги: Юлий Медведев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 27 страниц)

Пятидесятые годы XXI века…

«…Непривычному человеку с свежего поветрия и одного раза нельзя будет продохнуть».

Неустанное загаживание воздуха, эти добавочные 30–40 процентов углекислоты в нем к 2000 году навели Ф. Ф. Давитая на другую, невеселую и естественную мысль. На каждый выдох нужен вдох! Чтобы образовался углекислый газ, подавай кислород. На атом углерода при полном сгорании расходуется два атома кислорода. Так вот: на много ли вдохов хватит кислорода цивилизованному миру, если он и впредь будет нагружать на свои железные плечи больше работы и развивать больше потребностей?

Хуже всего, когда нечем дышать. Хуже не только потому, что еды человеку надо в день килограмм с лишним (если он не вступил в секту лечебно голодающих), воды – два литра, а воздуха – двадцать пять килограммов. Голод можно терпеть, жажду тоже, а без воздуха не вытерпишь. И наконец, воду и пищу можно себе выбрать по вкусу и по виду, а воздух вдыхай какой есть.

Каков же он?

И миллион и сто лет назад он состоял по весу на 76 процентов из азота, на 23,10 процента из кислорода, на 0,03 процента из углекислого газа. Остальные приходятся на инертные газы, пары воды.

Миллион и сто лет выбраны не случайно, они служат важными вехами в истории свободного кислорода на Земле. (Разумеется, цифры смело округлены.) Примерно миллион лет тому назад кто-то первый зажег своими руками костер. Боги, как известно, наказали тогда Прометея, который своей близорукой благотворительностью причинил серьезные неудобства небожителям, вынужденным теперь дышать черт знает чем. Но кислорода стало в нем уменьшаться лишь через 999 900 лет (с той же оговоркой). А до того оставалось все то же —23,10 процента.

Газовый состав атмосферы весьма труден для изучения в историческом плане. Ископаемые остатки воздуха в древних ледниках, осадочных образованиях слишком молоды. К тому же однородность газового состава атмосферы на всей Земле, чрезвычайная его стабильность – не только за историческое время, но и в течение ряда предшествующих геологических эпох – не вдохновляли исследователей браться за эту тему.

С начала нашего века состав атмосферы перестал быть стабильным.

Кроме выяснения конкретного вопроса, Ф. Ф. Давитая имел еще и общую мысль, когда подытожил страхи, «вязанные с концентрацией в атмосфере СО₂. Шумим, мол, не по тому поводу. Есть посерьезней вещи, о которых надо беспокоиться. Загрязнение атмосферы и гидросферы хотя и представляет большую угрозу, пути борьбы с ним более или менее ясны. Наукой разработаны и разрабатываются системы мер по улучшению качества окружающей среды. Это строительство очистных сооружений, усовершенствование технологии в промышленности и на транспорте, постепенный переход на замкнутый способ производства материальных ценностей, внедрение такой системы земледелия, которая исключала бы загрязнение почвы и ее разрушение; это восстановление лесов и расстроенного растительного покрова, орошение пустынь и сухих степей, озеленение городов и сел, установление строгого контроля за удобрением полей, за химическим способом борьбы с сорняками, сельскохозяйственными вредителями и болезнями, за добычей нефти на шельфах и ее транспортировкой морскими путями и многое другое. Практическое осуществление этих мер – чрезвычайно сложное и дорогое дело, не все еще и технически решено, ряд задач довольно крупных. Нет, однако, принципиально новых научных проблем, без разработки которых было бы невозможно коренное улучшение качества окружающей среды.

А вот изменение компонентов атмосферы, гидросферы, их газового состава – эта новость последних десятилетий вызывает серьезную тревогу.

Наличные 23,10 процента кислорода высвобождены для всеобщего пользования зелеными растениями и фитопланктоном – вездесущими организмами, от которых зеленеет стоячая вода. (От свободного кислорода распространилась, правда, «рыжая чума» – коррозия, которая превращает металлоконструкцию в труху. Но эта непредусмотрительность заслуживает снисхождения, так как растения овладевали чудодейственной хлорофилловой технологией более двух миллиардов лет назад.)

Миллиарды лет назад вундеркинды зеленого мира – хлорофиллы поглощали углекислоту и расщепляли воду и синтезировали громоздкие углеводы с помощью энергии, заключенной в солнечном свете. Заслуживает внимания, что промышленным отходом зеленых фабрик, загрязнявшим окружающее пространство, был кислород. Если б новая технология распространялась тогда с помощью АСУ, сетевых графиков и прочих ускорителей технического прогресса, как знать, не перегрузилась ли бы атмосфера выхлопным газом – кислородом и растения не пали бы жертвой собственной высокой эффективности? Ведь для них кислород был отравой!

Но темпы установились бессознательно, и дело устроилось так, что выбросы растений вдохнули жизнь в новый класс организмов, получивших неэстетичное название животных.

Сегодня в этой истории можно усмотреть намек. Отравляя окружающее пространство кислородом, растения проложили дорогу животному миру, и он стал господствовать на земле. Для него кислородные выхлопы были освежающими. «Животное, чего с него взять!» – содрогается растение.

Однако растения имели достаточно времени, чтобы приспособиться к меняющемуся (в пользу животных) составу атмосферы, а человек будет ли иметь время, чтобы адаптироваться к меняющемуся (в пользу машины) составу воздуха?

Иной руководящий товарищ распорядился бы в плане оздоровительных мероприятий поднять процент кислорода, не дожидаясь милостей от природы. Но на «хорошем воздухе» участятся пожары, ведь кислород – пособник огня. И, наверное, пожары пылали бы до тех пор, пока в атмосфере не установилось прежнее соотношение тазов. «Хороший воздух» нанес бы немало вреда и его поклоннику – лишний кислород становится ядовитым. Природа бывает иной раз упряма.

За двести миллионов лет до последнего столетия запас кислорода, перекачиваемого из выхлопных труб растений в легкие животных, оставался постоянным. Он не мог меняться именно благодаря взаимосвязи между производством и потреблением.

Возникает вопрос, почему расходование кислорода за столетие приравнивается к тратам в течение всей истории огнепользевания, включающей и это, последнее, столетие? Как ни мало огня было в ходу, все же за миллион-то лет, помнящих Содом и Гоморру, Тамерлана и Батыя, Герострата и Нерона, Атиллу и Лойолу, а также лесные пожары, могла набежать ощутимая величина?

Ответ интересен. Вызывающе интересен. Между прочим тем, что наперекор трактует не узкоспециальную проблему, о которой через головы некомпетентного большинства спорят между собой знатоки на непонятном языке. Нет, речь идет о давно всеми усвоенном, привычном, непреложном. Удобнее будет, однако, рассказать об этом несколько погодя, а сейчас продолжим бухгалтерию атмосферного кислорода.

Ф. Ф. Давитая подсчитал, что за всю историю (до 1969 года включительно) человек сжег для окисления ископаемого сырья 273 миллиарда тонн кислорода, а с 1920 по 1970 год – 246 миллиардов тонн.

А концентрация углекислого газа за последние пятьдесят лет выросла на 12 процентов. Однако нас, естественно, интересует не сам по себе расход, а наши возможности тратить. Так вот: 273 и 246 миллиардов тонн составляют всего-навсего две сотых процента общего тоннажа свободного кислорода.

В этом месте своего рассказа Феофан Фарнеевич делает неуверенную паузу, чтобы переждать разочарование собеседника. «Всего-навсего…»

– Да, – повторил он, выждав паузу разочарования, как пропускает дирижер полосу аплодисментов. – Да, 246 миллиардов тонн кислорода, израсходованных за последнее пятидесятилетие, – это всего лишь две десятитысячных общих запасов.

Рассказчик, конечно, сейчас докажет, что ради и такой малости стоило огород городить и что из нее могут вырасти крупные последствия. Тогда чему же он улыбается?

– По моим расчетам, рост потребления кислорода составляет около шести процентов в год. А проценты на проценты – это кривая, забирающаяся круче и круче.

Сколько лет продержится жизнь на Земле? Иначе говоря, через сколько лет будут израсходованы две трети наличного свободного кислорода? (Оставшаяся треть уже будет не нужна аэробным организмам, поскольку они перестанут существовать). При одном проценте – через 700 лет. При пяти – через 180. При десятипроцентном росте (на мой взгляд, вполне реальном) – через 94 года. Тут надо учесть, что до сих пор кислород черпали преимущественно высокоразвитые страны, а развивающиеся еще возьмут свое. Я допускаю, что и десять процентов будут превзойдены. Острое кислородное голодание может наступить в пятидесятых годах XXI века, а в 2070 году…

Улыбка после мрачной недомолвки могла означать только одно: это будет драма с хорошим концом. Именно в такого рода пьесах каждое новое обстоятельство делает обстановку все более и более безысходной. Улыбка рассказчика – не что иное, как интермедия. Она завершает одно мрачное действие и предваряет следующее, мрачное вдвойне. «Дело серьезное… Осложнения неизбежны… Но – терпение, друзья, – все окончится хорошо. Драма – это то, что нужно человеку, иначе он будет благодушествовать и обленится».

– …А в 2070 году кислород практически кончится.

– Но хватит ли на Земле горючего, чтобы его израсходовать? – раздается голос с галерки. Зритель (голос с галерки изобразил я) хочет быть участником. Зрители против того, чтобы пьеса мировых событий шла и роли в ней расписывались без их влияния, даже если они понятия не имеют, как будут влиять.

– Законный вопрос. Действительно, если сжечь все разведанные запасы топлива, то кислорода в атмосфере уменьшится лишь на семь десятых процента. Однако разведанные запасы растут даже в таких, казалось бы, хорошо обследованных странах, как СССР и США. А развивающиеся еле тронуты… Не разведаны шельфы и дно океана. К полужидким сланцам – их в земле втрое больше, чем нефти, – едва притронулись; наконец, горючих сланцев, в десять раз больше, чем нефти… По расчетам, в недрах Земли залегает столько органического углерода, что на него надо ухлопать в десять раз больше кислорода, чем его имеется в атмосфере и гидросфере.

– И все это будет сожжено? Но ведь неловко даже напоминать – еще Менделеев стыдил своих современников: «Нефть не топливо, можно топить и ассигнациями». Что же и впредь люди будут сжигать это ценное химическое сырье? Наконец, в недалекой перспективе нынешняя пища моторов станет пищей человека. Биохимические методы получения пищевого белка из нефти уже разработаны, реализуются…

– Это не меняет дела. При идеальной переработке нефти, угля, природного газа в ту или иную продукцию кислорода пойдет столько же, сколько и при сжигании. А поскольку идеальной технологии не бывает, то даже больше. Очень просто: всю нефть без остатка можно превратить в тепло, но в ткань всю – нельзя.

– Но атомные станции! Специалисты обещают, что через десятилетия ядерная энергетика даст больше половины всей энергии, вырабатываемой на земном шаре. Вопрос о нехватке кислорода отпадет сам собой.

– В результате одна проблема сменится другой, тоже сложной. Энергетика будет наращивать непонятности в форме избыточного тепла. Сейчас на квадратный сантиметр поверхности суши она вырабатывает две сотых килокалории в год. Солнце на эту поверхность поставляет за то же время 49 килокалорий. Поступь мировой энергетики – шесть процентов годовых. Через сто лет соревнования под лозунгом «Кто больше?» Земля будет испытывать воздействие удвоенного Солнца. Сейчас средняя температура на поверхности Земли пятнадцать градусов Цельсия. Двойное Солнце не удвоит температуру, но все же поднимет ее градусов до двадцати – двадцати пяти. Этого более чем достаточно для катастрофы. Уже несколько градусов к нынешним растопят весь лед в том числе антарктический. Тогда высвободившаяся вода реализует идею всемирного потопа в несколько облегченном варианте. Уровень океана поднимется лишь на 64–68 метров (относительно четырех метров специалисты горячо спорят между собой!). Под водой окажутся примерно пятнадцать миллионов квадратных километров преимущественно территории древних цивилизаций. Утонет почти вся Западная Европа. Но это не главное. Коренным образом изменятся природные зоны. Арктика будет очень влажной; умеренные широты – сухими…

«Утверждение, пока единственное…»

– Хорошо, а леса? Озеленение? Нельзя ли обогатить кислородом воздух, если расширить лесные массивы?

– Лес приносит нам много разных благ, очень много, но кислорода он не прибавляет.

– Простите?..

– Растительность не меняет запаса кислорода в атмосфере.

Нет, я не ослышался. Как неловко получилось! Видимо, проморгал важный этап, когда были пересмотрены – ни более ни менее – фундаментальные взгляды на роль растений в жизни планеты. «За всем не уследишь…» – жаловался я себе на свою работу. Солидный материал заготовлен! Ну вот хотя бы: 4 тысячи квадратных метров букового леса в течение года способны взять из воздуха около 900 килограммов углекислого газа и возвратить в атмосферу приблизительно 680 килограммов чистого кислорода, а вся растительность земного шара в год потребляет около 550 миллиардов тонн углекислого газа и освобождает 400 миллиардов тонн кислорода. Это подсчеты профессора Технологического института штата Джорджия Клайда Орра. «…Посев пшеницы (при условии получения биологического урожая в десять тонн, включая четыре тонны зерна и шесть тонн соломы)… проделывает сложнейшую фотохимическую работу: разлагает на части около четырнадцати тонн воды, выделяя четырнадцать тонн кислорода», – считает член-корреспондент АН СССР А. А. Ничипорович.

Однако среди участников общего собрания Академии наук СССР, посвященного задачам рационального использования и охраны биосферы, было немало людей, которые могли не сомневаться на свой счет – они точно знали, что развенчание «зеленого друга» как бескорыстного поставщика кислорода предпринято впервые. Собственно, и сам выступающий, академик АН Грузинской ССР Ф. Ф. Давитая подчеркнул новизну своей концепции. Он сказал:

– Установлено, что более девяноста девяти процентов свободного кислорода атмосферы и гидросферы является продуктом фотосинтеза. Менее одного процента составляет кислород, образующийся в верхних слоях атмосферы в результате разложения водяного пара под действием ультракоротких волн солнечного излучения. Известно также, что растительные организмы суши и океанов ежегодно поглощают многие десятки миллиардов тонн углекислого газа и выпускают в атмосферу соответствующее количество кислорода. Казалось бы, нет принципиальных трудностей сбалансировать наблюдающееся в наше время изменение газового состава атмосферы, используя столь важные свойства фотосинтеза. Многие крупные ученые придерживаются именно такой точки зрения. Логически она, несомненно, обоснована, но фактически неубедительна…

В зале раздалось то характерное поскрипывание и шуршание, которое вызывается дружной переменой поз и означает дружное «ну-ну!».

– Неубедительна. Между тем правильное понимание этой проблемы не только имеет важное практическое значение, но и представляет большой теоретический интерес. Несмотря на то что свободный кислород почти целиком продукт фотосинтеза, увеличение или уменьшение количества растительных организмов, повышение или понижение интенсивности фотосинтеза практически не изменяет за обозримый период содержания кислорода в атмосфере. Такое утверждение, по-видимому, пока единственное, может показаться парадоксом.

…Новая мысль всегда поляризует аудиторию. Академик Н. Н. Семенов одобрительно кивал головой, явно встав на сторону докладчика, двое других ученых, напротив, нашли концепцию странной. Правда, критика получилась приблизительной, но это, возможно, объясняется внезапностью нападения на «зеленого друга». Некоторая эмоциональность тут была неизбежна. Объект-то ведь затрагивался особый, символизирующий. Лес… Шутка ли! Художественной прозой нам привита манера расширительно воспринимать иные слова, и мы уже сами, без подсказки, привносим в них заготовленный набор чувств – от эстетических до лояльных. Впрочем, и с подсказкой. На государственных гербах и флагах породы деревьев представлены довольно широко. Существуют и неписаные национальные предрасположения к «своему» дереву, даже к «своему» лесу.

Разумеется, суждения «от сердца» в академической аудитории нечасты.

Все это произошло позже, в июне, а тогда, весной, сидя в кабинете директора Института географии, я не знал, что в числе первых слышу от автора новую трактовку одного из важнейших феноменов жизни – кислородного равновесия в природе.

…Мертвая древесина съедает львиную долю кислородного наследства, оставленного живым деревом, – вот сердцевина новой концепции.

Да, растительность выпускает в атмосферу больше кислорода, чем потребляет. Но в итоге – нуль. Избыточный кислород расходуется на кремацию – медленную и беспламенную – растительных останков. Кислород помогает «колесу жизни» пройти через мертвую точку. Бывшие растения превращаются в сырье для будущих. Осенью и весной мы наблюдаем эту высокосовершенную и безотходную технологию в действии: кучи опавших листьев преют, превращаются в труху, и из нее, из этой трухи, проглядывает новая поросль. Гниение в присутствии кислорода очистительно.

Но гниение мертвых и дыхание живых растений – это далеко еще не весь баланс. Другая статья расходов – дыхание и гниение животных организмов. Они находятся на содержании растительного мира, и число, а также размеры, упитанность иждивенцев зависит от способности растений их прокормить. Жизнь запрограммирована так, что возможности всегда реализуются. В частности, нет на свете такого растения или животного, на которые не был бы устремлен чей-то алчный взгляд. Так что, чем пышнее и плодовитее делался «зеленый друг», тем гуще толпилось на нем букашек, тем жирнее откармливались птицы, тем импозантнее выглядели лисы, от высококалорийной пищи тучнели львы – и все поголовье животных множилось, и на каждую голову отпускался положенный ей прижизненно и посмертно кислород. В конечном же итоге выходило так на так: сколько было свободного кислорода до усиленного озеленения планеты, столько оставалось и после.

Итак, столкнулись два обстоятельства: признание того, что более 99 процентов кислорода атмосферы выработано фотосинтезом, то есть растениями, и утверждение, что мертвая древесина съедает кислородное наследство живого дерева. Как примирить одно с другим? Или иначе: как образовался избыток, «первоначальный капитал» – те самые 23,10 процента кислорода, которые входят в состав воздуха?

…Призрачное утро жизни, влажное и теплое, протекало в атмосфере, богатой углекислотой. Кислорода же в ней было ничтожно мало.

В этих условиях организмы развивались неистово. Папоротник и тот был гигантским. Никогда впоследствии формы жизни не достигали таких чудовищных размеров. Тут важно подчеркнуть вот что: кислорода не хватало, и потому отмиравшие деревья лежали не-окисленными.

Между тем неистовая зелень жадно поглощала углекислоту и отравляла атмосферу кислородом. Процесс этот растянулся на сотни миллионов лет, в течение которых растения надышали в небесный купол сотни тысяч миллиардов тонн кислорода.

За три-четыре тысячи лет они прибавляли в среднем столько кислорода, сколько теперь расходуется за один год. Продолжив эту тенденцию, веком позже будут потреблять столько тонн кислорода за год, сколько накапливалось в течение миллионов лет…

К ядовитому некогда газу новые поколения деревьев и кустарников приспособились настолько, что уже не могли без него обходиться (подобно тому, как курильщики не могут жить без табака). Теперь его стараньями любые останки быстро разлагались для участия в последующих циклах жизни. Но – максимум внимания! – гигантские папоротники и динозавры к тому времени уже покоились под спудом многовековых наслоений, и воздух не имел к ним доступа. Так они и не получили своей доли кислорода-очистителя, хотя внесли громадный кислородный пай: 1,5х10¹⁵ тонн – те самые 23,10 процента, которые входят в состав атмосферы. Им, доисторическим, не окисленным и замурованным, было уготовано, «от тленья убежав, посмертно жить». То есть их энергетическая кончина была отложена на неопределенный срок. А тот ажур в кислородном балансе, который застал человек, был установлен без учета задолженности по отсроченным векселям. Но кредиторы – папоротники и динозавры, превратившиеся за отсутствием кислорода в уголь, нефть, природный газ, – они просто готовы были ждать сколько угодно.

Впрочем, об этом можно рассказать иначе.

Залежи ископаемого горючего долгое время оставались замороженным капиталом. Но вот народился наследник. Им был – если излагать историю в стиле Жана Эффеля – механик университетских мастерских в городе Глазго Джеймс Уатт, которому в начале 1765 года во время прогулки в городском парке в ясный солнечный день пришла в голову простенькая мысль: «Поскольку пар представляет собой упругое тело, он должен устремляться в вакуум, и если связать между собой цилиндр и паровыпускную коробку, пар устремился бы в нее и мог бы там конденсироваться без охлаждения цилиндра». Он еще не миновал павильон для гольфа, как судьба несметных топливных богатств была предрешена. В голове Уатта сложился проект парового двигателя, открывшего новую промышленную эру в истории человечества. И вот сундуки вскрыты. Богатства пущены в оборот. Подобно тому как замороженный капитал создает осложнения в экономике, использование ископаемого топлива может вызвать нарушения отрегулированного в течение миллионов лет газового баланса атмосферы.

Вот теперь мы подошли к ответу на вопрос, почему за миллион лет и за сто последних (округляем для удобства) израсходовано одинаковое количество кислорода, хотя история помнит много костров, пожаров, факельных шествий, аутодафе, предшествовавших последнему столетию.

Ф. Ф. Давитая устанавливает это поразительное равенство на том основании, что до пятидесятых годов прошлого века главным топливом была древесина. А сжигание ее, как ни странно, обходится фактически без расходования кислорода. В самом деле, сгорит ли полено в камине или сгниет без огня, покрытое мхом и опятами, – все равно на него истратится примерно одна и та же порция кислорода. Выходит, сколько бы человек ни жег древесины, баланс остается тем же, что был.

Положение изменилось, когда пошло в ход ископаемое топливо – уголь, нефть, природный газ. По теоретическим расчетам, во всех слоях земной коры накопилось трудно вообразимое количество углерода, связанного главным образом с растениями далекого прошлого: 1,6х10¹⁵ тонн. Весь этот запас в распоряжении теперешней техники. И если предположить, что она его сожжет, то потребуется больше кислорода, чем есть в атмосфере.

Ну и еще одно важное соображение.

Установлено, что за последние двести миллионов лет состав атмосферы не изменялся. Между тем, за это время соотношение суши и моря не было постоянным. То оно сдвигалось в пользу суши – и тогда растительный мир, казалось бы, мог превратить атмосферу в кислородную подушку, то в пользу моря и льдов (двадцать тысяч лет назад они доходили до широты, на которой стоит Харьков) – и тогда зеленый цех фотосинтеза сворачивался…

В позднетриасовую эпоху между полярными кругами Северного и Южного полушария суша занимала 43 процента, а море – 49 общей площади. В позднемеловую эпоху море захватило более 73 процентов, оставив суше только 18. В наше время счет 67 к 25 в пользу воды. Так как продуктивность фотосинтеза на суше и на море неодинакова, то количество кислорода на Земле могло изменяться из-за этих колебаний вдвое. Но оно оставалось постоянным. Далее: в течение последних, совсем недавних оледенений около 14 процентов поверхности всей Земли покрывал лед, а сейчас он покрывает только 6 процентов. И опять же это никак не сказалось на газовом составе атмосферы.

За историческое время леса – наиболее продуктивные фабрики кислорода – были уничтожены на площади около пятидесяти миллионов квадратных километров, что составляет треть площади суши… В последние полстолетия валовое производство биомассы увеличилось на несколько десятков процентов – главным образом благодаря освоению под земледелие и животноводство новых площадей в степях, пампах, орошаемых пустынях, улучшению агро– и зоотехнии, применению удобрений, использованию более урожайных сортов сельскохозяйственных культур. Все эти меры приводят к повышению продуктивности фотосинтеза. Но сокращение лесов не привело к снижению содержания свободного кислорода в атмосфере, а развертывание зеленого цеха не содействовало повышению.

Итог? Озеленением не удастся ни предотвратить, ни задержать кислородное голодание, если ему суждено быть.