Пик нефти и биосфера. Висельник снова тонет
Расхожая мудрость, говорящая о том, что «рожденный быть повешенным не утонет» нас подвела в случае с климатом, но, быть может, с биосферой повезет больше? Возможно пик нефти, переживаемый миром в данный момент, поможет уменьшить антропогенное давление на оставшиеся экосистемы и предотвратит их коллапс? Попробуем разобраться в сложных связях этих систем, благо прецеденты критического перехода биосферы из одного состояния в другое уже были и можно опереться на их анализ, проделанный учеными.
История нашей планеты знает как минимум пять подобных «переходов» - «больших вымираний». Длясь от десятков тысяч до миллионов лет эти события меняли направление эволюции: доминировавшие прежде виды исчезали, уступая место новым, менялись пищевые цепочки, ареалы обитания и т.д. Известно, что, вопреки тем огромным изменениям, которые они производили, сами переходы были относительно быстрыми, занимая около 5% от времени предыдущего состояния. Так, например, одним из самых быстрых планетарных сдвигов в биосфере стал последний переход от ледникового периода (100 тыс. лет) к межледниковому (11 тыс. лет), занявший приблизительно 3 300 лет. Причем большинство биотических изменений, включая исчезновение половины видов крупных млекопитающих, некоторых крупных птиц и рептилий, заняло около 1 600 лет. Все масштабные сдвиги в состоянии биосферы совпадали с действием глобальных сил, менявших состав атмосферы, океанов и климат. И по мнению ученых, мы сейчас стоим перед лицом очередного сдвига.
Ключевыми силами, приближающими новый коллапс биосферы, являются рост населения и климатические изменения. Конечно, последние можно рассматривать как часть естественных климатических циклов, ссылаясь при этом на то, что рост средней температуры пока что не превысил таковой PETM (Paleocene-Eocene Thermal Maximum, период естественного глобального потепления ок. 56 млн. лет назад, когда температура выросла на 6-8 оС). Однако сторонники этой позиции упускают из виду скорость изменений, которая в антропоцене на порядки выше, чем в конце палеоцена :
В стену можно упереться лбом, а можно влететь на скорости звука - какой сценарий вам напоминает картинка выше? Поэтому в рамках данного обзора мы будем придерживаться общепринятой версии антропогенного происхождения климатических изменений (другими словами, рост населения является первичным фактором). Быстрый климатический сдвиг очевидным образом повлияет на устойчивость биосферы: в течение столетия на 12-39% территории планеты установится климатический режим, который будет незнакомым для современных живых существ.
Что касается населения, то сейчас на планете Земля обитают порядка 7 млрд. человек, и хотя по данным ООН темпы роста падают (с 1,8% в 1950-55 гг. и 2,07% в 1965-70 гг. до 1,16% в 2005-2010), к 2050 году нас будет уже приблизительно 9,3 млрд. Причем рост будет происходить за счет наименее экономически развитых стран (на что похожа жизнь в одной из самых перенаселенных стран «третьего мира» можно посмотреть здесь и здесь). Большинство людей будут жить в условиях, напоминающих «Город Бога»:
трущобы Найроби
Прямым следствием роста населения является возрастающее давление на экосистемы: 43% поверхности Земли пережили глубокую трансформацию, став сельскохозяйственными угодьями или территориями городов, что привело к радикальному перераспределению и замыканию энергетических потоков на человеке - сейчас наш вид потребляет 20-40% глобальной «net primary productivity» (NPP - чистая энергия биомассы). Другими словами, человек радикально преобразовал почти половину территории земного шара. Для сравнения, в эпоху последнего перехода от ледникового к межледниковому периоду за относительно короткое время от льда освободилось лишь ок. 30% земной поверхности. По мнению ученых критическим порогом для глобальной биосистемы является 50% - когда эта доля экосистем переживет глубокие изменения, остальные, в силу связности и синергетических эффектов, также последуют за ними. Согласно их прогнозам этот порог будет перейден где-то году в 2025, когда население достигнет отметки 8,2 млрд.
Итак, если оставить за скобками климат, то главными элементами антропогенного давления являются города и сельское хозяйство. Индустриальная цивилизация является преимущественно городской и по мере её развертывания доля городского населения будет только расти. Сейчас по данным ООН в городах по всему миру живет приблизительно 51,6% всего населения Земли (ок. 3,5 млрд. человек), а к 2050 году горожанами станут 67,2% (ок. 6,2 млрд.). Абсолютное количество горожан почти удвоится. В Бразилии, например, города, расположенные в Амазонии, уже являются самыми быстрорастущими (23% с 2000 по 2010 годы) и к настоящему моменту достигли отметки 25 млн. человек. Благодаря богатым природным ресурсам этот регион показывает хороший экономический рост, однако дороги, дамбы и новые поля рискуют оставить человечество без его амазонских легких. Тем не менее, города занимают не более 1% суши и при всей их важности в рамках экономических процессов основным механизмом, приводящим в действие экологический армагеддон, является сельское хозяйство.
Парауапебас, Бразилия
Сельское хозяйство
Чтобы разобраться с перспективами аграрного сектора мы воспользуемся отчетом ООН «Agricultural Outlook 2012-2021». Если вынести за скобки дежурный оптимизм этого текста (а мы знаем, что происходит с аналитиками, недостаточно бодро смотрящими в будущее), то в сухом остатке мы имеем снижающиеся темпы роста производства (с 2,6% в прошлых десятилетиях до прогнозируемых 1,7% в следующем) и необходимость увеличить производство на 60% в следующие 40 лет для того, чтобы накормить растущее и все более урбанизированное население планеты. Это означает дополнительные 1 млрд. тонн зерновых и 200 млн. тонн мяса в год (в сравнении с уровнем 2005-2007 года) до 2050 года. (Причем эти оценки не учитывают стремительно растущее производство биотоплива). Впрочем, даже увеличения с/х производства на 1,7% в год вполне достаточно, чтобы выполнить эту задачу - темп роста производства в сельском хозяйстве все равно будет превышать темпы роста населения и авторы отчета оптимистично заключают, что в будущем нас ждет постепенное увеличение (0,7% в год) с/х продукции на душу населения. Правда, как всегда в таких случаях, есть один нюанс. По оценкам аналитиков ООН ресурсы пахотной земли крайне ограничены. В следующие полвека площадь пахотных земель увеличится лишь на 69 млн. га (это менее 5% от современного уровня), причем увеличение должно произойти за счет т.н. «развивающихся» стран - 107 млн. га, тогда как в «развитых» из-за деградации площадь сельхозугодий уменьшится на 38 млн. га и это не предел - по их оценкам около 25% существующих пахотных земель демонстрируют признаки ухудшения состояния. (К слову, согласно РГО самыми большими пахотными землями обладают такие страны, как Россия (9,7%), США (13,8%), Индия (12,3%), Китай (6,9%) и Канада(3,4%). Обстоятельнее по теме пределов с/х можно прочесть у AY и Марка Лотарева).
Как можно увеличить с/х производство на 60%, имея только 5% дополнительной площади хороших пахотных земель (и четверть откровенно плохих)? Ответ кажется соблазнительно простым - конечно, нарастив производительность аграрного сектора. Поскольку в «развитых» странах этот сектор уже и так высокопроизводительный, то основной прирост должен происходить за счет «развивающихся»:
Потенциал увеличения урожайности
Другими словами, для того, чтобы накормить растущее человечество странам Северной Африки, Южной Америки, Азии и далее по списку предстоит воспроизвести «зеленую революцию», прошедшую в 1940-1970 гг. ХХ века на Западе: капиталоемкое с/х производство, преимущественное монокультурное, осуществляемое крупными компаниями, ориентирующимися на интернациональные рынки.
А для этого необходимы три условия: вода, удобрения и нефть.
Вода
Современное сельское хозяйство является самым большим потребителем пресной воды - около 30% в «развитых» странах и до 90% в развивающихся. Для того, чтобы вырастить тонну зерновых необходимо потратить примерно 1 000-3 000 м3. воды или, другими словами, 1-3 тонны воды на 1 кг. зерна. Несмотря на то, что сам человек потребляет в день лишь 2-4 литра воды, для того, чтобы накормить его необходимо потратить 2 000-5 000 литров. «Зеленая революция» лишь усугубила положение вещей: из графика ниже видно, что с середины ХХ века сельскохозяйственный сектор США нарастил потребление воды больше, чем все остальные сектора экономики:
Привычно думать, что вода является возобновляемым ресурсом - природный цикл испарения-осаждения каждый год наполняет реки новой влагой. Однако, как ни странно, вода в качестве ресурса может быть больше похожа на нефть. Дело в том, что значительная часть пресной воды (99%) находится не в реках и озерах, а в виде резервуаров грунтовых вод, многие из которых либо не восполняются вообще, либо восполняются более медленными темпами, чем потребляются.
Примером нарастающего истощения подземного резервуара воды может служить самое крупное подземное озеро в мире, Огалалла, раскинувшееся под территорией восьми штатов США и занимающее 450 тыс. км2. Воды этого подземного озера составляют треть всех грунтовых вод страны и обеспечивают почти 2 млн. человек. В 2000 году для орошения было выкачано 26 км3. воды и 312 км3 всего с начала использования. По некоторым оценкам, этот резервуар может быть полностью истощен в течение следующих 25 лет.
Кроме того, следует учесть, что резервуары пресной воды (включая стоки рек), как и месторождения нефти, распределены неравномерно: всего 10 стран обладают 60% запасов - это Бразилия, Россия, Китай, Канада, Индонезия, США, Индия, Колумбия и Конго. Как и нефть, вода может быть в изобилии совсем не там, где она необходима для того, чтобы воспроизвести чудо «зеленой революции». Ситуацию усугубляет то, что сельское хозяйство не является единственным сектором, претендующим на водные запасы: согласно прогнозам ОЭСР в период с 2000 по 2050 годы спрос на воду увеличится на 55% - на 400% в промышленном производстве, на 140% в производстве электричества и на 130% в бытовом использовании. В итоге, к 2050 году более 3,9 млрд. человек (40% населения планеты) будут жить в условиях дефицита питьевой воды. (Красное пятно в центре Штатов на карте ниже - высыхающая Огалалла)
Удобрения
Другим принципиальным условием продолжения «зеленой революции» являются удобрения: с 1950 по 2000 годы мировое потребление удобрений выросло в 6 раз. Минеральные удобрения грубо делятся на три типа: азотные, калийные и фосфорные. Производство азотных удобрений связано с природным газом и принципиально ограничено его доступностью. С калийными удобрениями все немного сложнее. Более 80% запасов используемой для производства калия руды приходится всего на три страны - Канаду (37,5%), Россию (31,4%) и Беларусь (9,1%). Однако IFA прогнозирует рост спроса на 14% к 2016 году (до 36,6 млн. т.) и рост производства в Америке, Восточной Европе и Средней Азии на 36% (до 52,8 млн. т.). Калийные и азотные удобрения не являются узким местом в аграрном производстве - чего не скажешь о фосфоре, который принципиально не может быть замещен другими веществами.
Согласно различным оценкам фосфор должен закончится лишь через 50-130 лет, но, как и с нефтью, проблемы начинают появляться не в тот момент, когда выкопана последняя тонна руды (учитывая, что в земной коре его 4 х 1015 тонн, это сложно представить), а когда добыча проходит пик и начинает сокращаться, а спрос остается прежним или продолжает расти. В 2008 году фосфор, подобно нефти в 70-х, пережил свой первый ценовой шок - почти 900%-й рост с 50 долл. за тонну до 450 долл. за 14 месяцев.
Используя линеаризацию по Хабберту и основываясь на данных USGS по запасам Дана Корделл пришла к выводу, что пик добычи фосфора может быть пройден уже в 2033 году.
Прохождение пика фосфора означает истощение богатых источников руды (с высокой концентрацией фосфора) и переход к более бедным рудам, необходимый для поддержания прежнего уровня производства, что, в свою очередь, приведет к росту капитало- и энергоемкости добычи. Другими словами, все опять предсказуемо упирается в энергию.
Нефть
Вполне очевидно, что современное индустриальное с/х является энергоинтенсивным: по оценкам ряда исследователей, на одну калорию пищи приходится около 10 калорий ископаемых топлив, затраченных на её получение. Совсем неудивительно, что цена на продовольствие движется практически синхронно с ценой на нефть:
Итак, как же связан современный агрокомплекс, переживаемый нами сейчас пик нефти и критическое состояние биосферы? Другими словами, что произойдет с глобальной экосистемой, когда прогресс в с/х развивающихся стран упрется в усиливающие друг друга пределы нефти, воды, удобрений и пашни? Здравый смысл большинства людей подсказывает, что мир без грязных ископаемых топлив будет значительно более дружественным к окружающей среде. Именно эта молчаливая предпосылка так ярко проявила себя на конкурсе рекламных слоганов Shell, когда экологически озабоченные сознательные граждане дали понять нерукопожатой ТНК всю глубину своего презрения.
Правы ли эти люди в своих ожиданиях? Возможно, мир и станет «чище», жаль только жить в эту пору прекрасную но без интенсивного развития с/х значительная часть человечества обречена на голодную смерть. (Интересно, мне одному показалось, что в современном экологическом движении есть изрядная доля плохо скрытой мизантропии?) Правда, как показывает опыт, перед тем как сдаться и сложить руки люди обычно делают все возможное и невозможное, чтобы избежать подобной участи. И первой опцией среди всего разнообразия возможностей станет увеличение доли человечества в совокупной энергии биомассы (NPP). Как будет выглядеть этот последний спазм экстенсивного сельского хозяйства не так уж важно. Будут, например, вырубать оставшиеся леса под пашню и вводить в оборот земли, о которых в противном случае никто бы и не подумал. С уверенностью можно предсказать, что последние успехи Бразилии в деле снижения темпов дефорестации пойдут прахом. Почти наверняка высокая цена на нефть сделает выращивание культур для биотоплива ещё более соблазнительной возможностью вырваться из нищеты для мелких производителей в «развивающихся» странах - усугубляя и без того тяжелую ситуацию. Уже сейчас FAO предсказывает темпы роста производства биодизеля и биоэтанола на уровне 4,8-5% (т.е. производство почти удвоится к 2021 году), тогда как общий рост производства в с/х по их оценкам составит около 1,7% - представьте, что будет, когда цены на нефть ещё раз удвоятся.
Совсем не сложно предсказать во что выльется для биосферы взрывообразный рост доли человечества в энергии биомассы. Как и в случае с климатом, пик нефти совсем не является решением проблемы - скорее, её мультипликатором, усиливающим уже существующие негативные тенденции.
Мораль?
На месте экологов я бы молился на атомный «Прорыв».