Энергетические ресурсы Мирового океана

В Мировом океане заключены огромные, поистине неисчерпаемые ресурсы механической и тепловой энергии, к тому же постоянно возобновляющейся. Основные виды такой энергии – энергия приливов, волн, океанических (морских) течений и температурного градиента. Однако, как правило, концентрация такой энергии в водных массах очень невелика, что затрудняет ее эффективное производственное использование. Тем не менее в качестве потенциального резерва энергетические ресурсы Мирового океана имеют большое значение.

Особенно привлекает внимание энергия приливов (точнее, приливно-отливных движений воды, которые по предложению одного из виднейших российских океанологов Ю. М. Шокальского принято называть одним термином – приливы). Приливные явления известны людям с незапамятных времен и в жизни многих прибрежных стран играли и играют очень большую роль, в какой-то мере определяя весь ритм их жизни.

Общеизвестно, что приливы и отливы происходят два раза в сутки. В открытом океане амплитуда между полной и малой водой составляет примерно 1 м, но в пределах континентального шельфа, особенно в заливах и эстуариях рек, она бывает значительно большей. Суммарную энергетическую мощность приливов обычно оценивают от 2,5 млрд до 4 млрд кВт. Добавим, что энергия только одного приливно-отливного цикла достигает примерно 8 трлн кВт-ч, а это лишь немногим меньше общей мировой выработки электроэнергии в течение целого года. Следовательно, энергия морских приливов – неисчерпаемый источник энергии.

Добавим и такую отличительную черту приливной энергии, как ее постоянство. Океан, в отличие от рек, не знает ни многоводных, ни маловодных лет. К тому же он «работает по графику» с точностью до нескольких минут. Благодаря этому количество вырабатываемой на приливных электростанциях (ПЭС) электроэнергии всегда может быть заранее известно, в отличие от обычных ГЭС, на которых количество получаемой энергии зависит от режима реки, связанного не только с климатическими особенностями территории, по которой она протекает, но и с погодными условиями.

Тем не менее ученые считают, что технически возможно и экономически выгодно использовать лишь очень небольшую часть приливного потенциала Мирового океана (по некоторым оценкам, только 2 %). При определении технических возможностей большую роль играют такие факторы, как характер береговой линии, форма и рельеф дна, сила волн и ветра. Опыт показывает, что для эффективной работы ПЭС высота приливной волны должна быть не менее 5 м. Чаще всего такие условия возникают в узких заливах и эстуариях рек. Но подобных мест на земном шаре не так уж много: по разным источникам 25, 30 или 40.

Считается, что наибольшими запасами приливной энергии обладает Атлантический океан. В его северо-западной части, на границе США и Канады, находится залив Фанди, представляющий собой внутреннюю суженную часть более открытого залива Мэн. Этот залив знаменит самыми высокими в мире приливами, достигающими 18 м. Очень высоки приливы и у берегов Канадского Арктического архипелага. Например, у побережья Баффиновой Земли они поднимаются на 15,6 м. В северо-восточной части Атлантики приливы до 10 и даже 13 м наблюдаются в проливе Ла-Манш у берегов Франции, в Бристольском заливе и Ирландском море у берегов Великобритании и Ирландии.

Велики также запасы приливной энергии в Тихом океане. В его северо-западной части особенно выделяется Охотское море, где в Пенжинской губе (северо-восточная часть залива Шелихова) высота приливной волны составляет 9—13 м. На восточном побережье Тихого океана благоприятные условия для использования приливной энергии имеются у берегов Канады, Чилийского архипелага на юге Чили, в узком и длинном Калифорнийском заливе Мексики.

В пределах Северного Ледовитого океана по запасам приливной энергии выделяются Белое море, в Мезенской губе которого приливы имеют высоту до 10 м, и Баренцево море у берегов Кольского полуострова (приливы до 7 м). В Индийском океане запасы такой энергии значительно меньше. В качестве перспективных для строительства ПЭС здесь обычно называют залив Кач Аравийского моря (Индия) и северо-западное побережье Австралии. Однако и в дельтах Ганга, Брахмапутры, Меконга и Иравади приливы тоже составляют 4–6 м.

К числу энергетических ресурсов Мирового океана относят также кинетическую энергию волн. Энергию ветровых волн суммарно оценивают в 2,7 млрд кВт в год. Опыты показали, что ее следует использовать не у берега, куда волны приходят ослабленными, а в открытом море или в прибрежной зоне шельфа. В некоторых шельфовых акваториях волновая энергия достигает значительной концентрации: в США и Японии – около 40 кВт на 1 м волнового фронта, а на западном побережье Великобритании – даже 80 кВт на 1 м.

Еще один энергетический ресурс Мирового океана – океанические (морские) течения, которые обладают огромным энергетическим потенциалом. Достаточно вспомнить, что расход Гольфстрима даже в районе Флоридского пролива составляет 25 млн м³/с, что в 20 раз превышает расход всех рек земного шара. А после того как Гольфстрим уже в океане соединяется с Антильским течением, его расход возрастает до 82 млн м³/с. Уже не раз предпринимались попытки подсчитать потенциальную энергию этого потока шириной 75 км и толщиной 700–800 м, двигающегося со скоростью 3 м/с.

Когда говорят об использовании температурного градиента, то имеют в виду источник уже не механической, а тепловой энергии, заключенной в массе океанских вод. Обычно разность температур воды на поверхности океана и на глубине 400 м составляет 12 °C. Однако в акваториях тропиков, расположенных между 20° с. ш. и 20° ю. ш., верхние слои воды в океане могут иметь температуру 25–28 °C, а нижние, на глубине 1000 м, – всего 5 °C. Именно в таких случаях, когда амплитуда температур достигает 20° и более, считается экономически оправданным использование ее для получения электроэнергии на гидротермальных (моретермальных) электростанциях.

Теоретическая возможность такого использования сильного перепада температур океанских вод была доказана французскими учеными и инженерами еще в конце XIX в. Однако вплотную к техническому осуществлению этой идеи подошли только в 70-х гг. XX в. По современным представлениям, моретермальная электростанция является плавучей установкой, в теплообменнике которой нагретая Солнцем поверхностная океанская вода подогревает жидкость, испаряющуюся при сравнительно невысокой температуре, например аммиак. Получаемый при этом пар поступает к турбине, которая соединена с генератором, а затем отводится в глубинный холодный слой, где снова превращается в жидкость. Такая система имеет непрерывное действие, не нуждается в горючем и не оказывает отрицательного влияния на окружающую среду. Издержки на ее эксплуатацию также невысоки. Однако моретермальные электростанции требуют больших инвестиционных затрат и имеют низкий (7—10 %) коэффициент преобразования энергии.

В целом же энергетические ресурсы Мирового океана правильнее было бы отнести к ресурсам будущего.

Мировые лесные ресурсы

В научной литературе часто встречается характеристика роли леса, лесной растительности как составной части биосферы. Обычно отмечают, что леса образуют на Земле самые крупные экосистемы, в которых аккумулируется большая часть органического вещества планеты. Что они имеют большое значение для фотосинтеза, для нормального протекания процессов стабилизации кислородного баланса атмосферы, поглощения углекислого газа, а также для сохранения плодородия почв, чистоты вод. Что они – самые крупные хранилища генофонда биосферы, место обитания для большого числа растений и животных, важный источник древесных, пищевых, кормовых, технических, лекарственных и других ресурсов. Помимо всего этого леса поглощают шум, многие загрязняющие воздух вещества, тем самым благоприятно влияя на качество окружающей природной среды, а опосредованно и на настроение людей, находящих положительные эмоции в общении с природой. Словом, и экономическое, и экологическое, и эстетическое значение лесов всегда оценивают очень высоко.

Для количественной оценки мировых лесных ресурсов, как важной составной части биологических ресурсов суши, используются различные показатели. Самые главные среди них – это показатели лесной площади, лесистости (доля лесной площади во всей территории) и запаса древесины на корню. Однако при знакомстве с ними обращает на себя внимание довольно значительная разница в оценках. Если попытаться сравнить оценки ФАО, других международных организаций и отдельных специалистов в этой области, то подобная разница обнаружится довольно легко. Например, в разных источниках мировая лесная площадь оценивается в 51,2 млрд га; 43,2; 39,6; 36,0; 34,4;

30,0 млрд га. Соответственно велики и разночтения в показателях лесистости земной суши (37 %, 32, 30, 27 % и т. д.), а также в показателях запасов древесины (385 млрд м³, 350, 335 млрд м³ и т. д.).

Этот разнобой объясняется тем, что те или иные из этих оценок относятся к различным категориям лесной площади. Самые высокие из них относятся к площади всех земель лесного фонда, которые, помимо собственно лесных угодий, включают также кустарники, редины, вырубки, гари и пр. Средние соответствуют более строгому подходу к определению лесных угодий, более низкие – к лесопокрытой, т. е. непосредственно занятой лесами, площади, а самые низкие – к сомкнутым лесам, которые занимают не более 2/3 всех лесных площадей и, пожалуй, наиболее точно характеризуют истинную лесистость территории. Иногда статистика учитывает также первичные и вторичные леса.

Представление о региональных различиях в распределении мировых лесных ресурсов дает таблица 28.

Из приведенных в таблице 28 данных вытекают следующие выводы. Во-первых, о том, что лидирующее место в мире по всем важным «лесным» показателям занимает Латинская Америка. Во-вторых, о том, что во «второй эшелон» по этим показателям попадают СНГ, Северная Америка и Африка. В-третьих, о том, что зарубежная Азия, отличающаяся высокими общими показателями, имеет – как и можно было ожидать – самую низкую обеспеченность лесными ресурсами из расчета на одного жителя. И в-четвертых, о том, что по всем основным показателям, включенным в таблицу, замыкают ранжир крупных регионов зарубежная Европа и Австралия с Океанией.

Таблица 28

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИРОВЫХ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ ПО КРУПНЫМ РЕГИОНАМ

* Без стран СНГ.

Наряду с распределением мировых лесных ресурсов по крупным регионам мира большой интерес представляет и их распределение по основным лесорастительным поясам (рис. 24). На рисунке 24 хорошо прослеживается распространение хвойных лесов холодной зоны (или хвойных бореальных лесов), протягивающихся широкой полосой через северные части Евразии и Северной Америки. Южнее простирается пояс смешанных лесов умеренного пояса. Леса сухих областей наиболее характерны для Африки (там они представлены редкостойными лесами и кустарниками зоны саванн), но встречаются также в Северной и Южной Америке, в Австралии. Экваториальные дождевые леса произрастают в поясе с постоянно высокими температурами и обильными осадками к северу и югу от экватора. Главные их массивы расположены в бассейнах рек Амазонка и Конго, а также в Южной и Юго-Восточной Азии. Тропические влажные леса в целом сохранились гораздо хуже, и их следует искать только в отдельных районах Центральной и Южной Америки, Африки и Южной Азии. Наконец, влажные леса теплого умеренного пояса встречаются в виде отдельных довольно крупных ареалов в Северной и Южной Америке, в Восточной Азии и в Австралии.

Рис. 24. Схематическая карта лесов мира (по И. С. Малахову): 1 – хвойные леса холодной зоны; 2 – смешанные леса умеренного пояса; 3 – леса сухих областей; 4 – экваториальные дождевые леса; 5 – тропические влажные леса; 6 – влажные леса теплого умеренного пояса

Рисунок 24 дает основание и для более генерализованного подхода к выделению лесорастительных поясов, чаще используемого в учебной литературе. Он заключается в объединении их в два главных лесных пояса Земли – северный и южный, которые разделены широким поясом аридных территорий.

Площадь северного лесного пояса – 2 млрд га (в том числе под сомкнутым древостоем 1,6 и под кустарниками и редколесьем 0,4 млрд га). Самые большие лесные площади в этом поясе находятся в пределах России, Канады, США. Хвойными породами занято 67 % всей лесной площади, а лиственными – 33 %. Разнообразие видов в лесах северного пояса не столь велико: например, в зарубежной Европе насчитывается примерно 250 видов деревьев и кустарников. Прирост древесины также происходит довольно медленно. Так, в хвойных лесах России в среднем за год на 1 га прирастает 1,3 м³, в Финляндии – 2,3 м³, в США – 3,1 м³. В зоне смешанных лесов этот прирост заметно больше.

Площадь южного лесного пояса – также примерно 2 млрд га, но на 97 % он состоит из широколиственных лесов. При этом половину всей лесной площади занимает высокоствольный лес, а остальное приходится на низкоплотный разреженный лес, кустарник, а также лесной перелог. В южном лесном поясе древостой гораздо разнообразнее, чем в северном: во всех тропических лесах на 1 га можно встретить более 100 и даже 200 различных видов деревьев. Средний годовой прирост древесины с 1 га здесь в несколько раз больше, чем в лесах северного пояса. А средний запас древесины на корню достигает 250 м³/га, что в десятки раз превышает такой запас в некоторых видах лесов северного пояса. Поэтому и общий запас древесины в лесах южного пояса больше.

Естественно, что страны с самыми большими размерами лесных площадей надо искать в пределах либо северного, либо южного лесных поясов (рис. 25). В состав этих же поясов входят и страны с самой высокой лесистостью: в северном поясе это прежде всего Финляндия, Швеция, а в южном – Суринам и Гайана в Латинской Америке, Габон и Демократическая Республика Конго в Африке, Папуа– Новая Гвинея в Океании.

Россия – самая богатая лесными ресурсами страна мира. Из рисунка 25 вытекает, что это относится как к ее лесной, так и к лесопокрытой площади (последняя составляет 22,1 % от мировой). Общий запас древесины в лесах России – 82 млрд м³ – превышает запасы любого крупного зарубежного региона, за исключением Латинской Америки. Это означает, что на долю России приходится более 1/5 мировых запасов древесины, в том числе почти 1/2 запасов древесины хвойных пород. По соответствующим душевым показателям (5,2 га и 560 м³) она уступает только Канаде. Однако распределены лесные ресурсы России по ее огромной территории очень неравномерно: почти 9/10 всей лесопокрытой площади находится в зоне тайги, в особенности в пределах Восточной Сибири и Дальнего Востока.

Рис. 25. Первые десять стран по размерам лесной площади

Проблемы обезлесения

Обезлесениет (обезлесиванием) называется исчезновение леса по естественным причинам или в результате хозяйственной деятельности человека.

Процесс антропогенного обезлесения фактически начался еще 10 тыс. лет назад, в эпоху неолитической революции и возникновения земледелия и скотоводства, и продолжается до наших дней. По существующим оценкам, в эпоху этой революции лесами было покрыто 62 млрд га (62 млн км²) земной суши, а с учетом кустарников и перелесков – 75 млрд га, или 56 % всей ее поверхности. Если сравнить вторую из этих цифр с современной, которая была приведена выше, нетрудно сделать вывод о том, что лесистость суши за время становления и развития человеческой цивилизации уменьшилась в два раза. Пространственное отражение этого процесса показывает рисунок 26.

Этот процесс проходил в определенной и вполне объяснимой географической последовательности. Так, сначала сведению подверглись леса в районах древних речных цивилизаций Передней Азии, Индии, Восточного Китая, а в эпоху античной цивилизации – и Средиземноморья. В средние века широкое сведение лесов началось и в зарубежной Европе, где до VII в. они занимали 70–80 % всей территории, и на Русской равнине. В XVII–XIX вв., с началом промышленных революций, активной промышленной и городской застройки, а также с дальнейшим развитием земледелия и животноводства, процесс обезлесения в наибольшей мере охватил Европу и Северную Америку, хотя затронул и некоторые другие регионы мира. В результате только в 1850–1980 гг. площадь лесов на Земле сократилась еще на 15 %.

Рис. 26. Изменение площади, покрытой лесной растительностью, за время существования цивилизации (по К. С. Лосеву)

Сведение лесов быстрыми темпами продолжается и в наши дни: ежегодно оно проявляется на площади примрено в 13 млн га (эти цифры сопоставимы с размерами территории целых стран, например Ливана или Ямайки). Главные причины сведения лесов остаются прежними. Это необходимость увеличения сельскохозяйственных угодий и площадей, предназначенных для промышленно-городской и транспортной застройки. Это также постоянный рост потребностей в деловой и дровяной древесине (на топливо идет примерно 1/2 всей добываемой в мире древесины). Вот почему объем заготовки древесины все время возрастает. Так, в 1985 г. мировой показатель его составлял примерно 3 млрд м³, а к 2000 г. он увеличился до 4,5–5 млрд м³, что сопоставимо со всем годовым приростом древесины в лесах мира. А ведь надо помнить еще о том ущербе, который наносят лесной растительности пожары, кислотные дожди и другие отрицательные последствия человеческой деятельности.

При этом, однако, нужно учитывать, что географическое распределение процесса обезлесения в последние десятилетия претерпело существенные изменения. Его эпицентр переместился из северного в южный лесной пояс.

В экономически развитых странах, находящихся в пределах северного лесного пояса, благодаря рациональному ведению лесного хозяйства положение в целом можно оценить как сравнительно благополучное. Лесные площади в этом поясе в последнее время не только не сокращаются, но даже несколько возрастают. Это стало следствием осуществления системы мер по сохранению и воспроизводству лесных ресурсов. Она включает в себя не только контроль за естественным возобновлением лесов, характерный прежде всего для таежных лесов Северной Америки и Евразии, но и искусственное лесоразведение, применяемое в странах (прежде всего европейских) со сведенными ранее и малопродуктивными лесами. В наши дни объем искусственного лесовосстановления в северном лесном поясе достигает уже 4 млн га в год. В большинстве стран Европы и Северной Америки, а также в Китае прирост древесины превышает объемы ежегодных рубок.

Это означает, что все сказанное выше о растущем обезлесении относится в основном к южному лесному поясу, где этот процесс приобретает характер экологической катастро фы. Тем более что леса этого пояса, как хорошо известно, выполняют важнейшую функцию «легких» нашей планеты и именно в них сосредоточено более половины всех видов фауны и флоры, представленных на Земле.

Рис. 27. Гибель тропических лесов в развивающихся странах в 1980–1990 гг. (по «Рио-92»)

Общая площадь тропических лесов к началу 1980-х гг. еще составляла около 2 млрд га. ВАмерике они занимали 53 % всей площади, в Азии – 36, в Африке – 32 %. Эти леса, находящиеся в пределах более чем 70 стран, принято подразделять на вечнозеленые и полулистопадные леса постоянно влажных тропиков и листопадные и полулистопадные леса и древесно-кустарниковые формации сезонно-влажных тропиков. К категории влажных тропических лесов относятся примерно 2/3 всех тропических лесов мира. Почти 3/4 из них приходятся всего на десять стран– Бразилию, Индонезию, Демократическую Республику Конго, Перу, Колумбию, Индию, Боливию, Папуа – Новую Гвинею, Венесуэлу и Мьянму.

Однако затем сведение лесов южного пояса ускорилось: в документах ООН скорость этого процесса сначала оценивалась в 11, а затем стала оцениваться в 15 млн га в год (рис. 27). Статистика свидетельствует о том, что только в первой половине 1990-х гг. в южном поясе было вырублено более 65 млн га лесов. По некоторым оценкам, общая площадь тропических лесов за последние десятилетия уже уменьшилась на 20–30 %. Наиболее активно этот процесс протекает в Центральной Америке, в северной и юго-восточной частях Южной Америки, в Западной, Центральной и Восточной Африке, в Южной и Юго-Восточной Азии (рис. 28).

Этот географический анализ можно довести и до уровня отдельных стран (табл. 29). Вслед за первой десяткой стран-«рекордсменов», представляющих почти все отмеченные выше регионы, следуют Танзания, Замбия, Филиппины, Колумбия, Ангола, Перу, Эквадор, Камбоджа, Никарагуа, Вьетнам и др. Что же касается лесных потерь отдельных стран, выраженных не в абсолютных, а в относительных показателях, то здесь в качестве «лидеров» выступают Ямайка (там сводили 7,8 % лесов в год), Бангладеш (4,1), Пакистан и Таиланд (3,5), Филиппины (3,4 %). Но и во многих других странах Центральной и Южной Америки, Африки, Южной и Юго-Восточной Азии такие потери составляют 1–3 % в год. В результате в Сальвадоре, на Ямайке, Гаити почти все тропические леса фактически уже сведены, на Филиппинах сохранилось только 30 % первичных лесов.

Рис. 28. Страны с наибольшими ежегодными объемами сведения тропических лесов (по Т. Миллеру)

Можно назвать три главные причины, приводящие к обезлесению в южном лесном поясе.

Первая из них заключается в расчистке земель для городских, транспортных нужд и особенно для подсечно-огневого земледелия, которым в тропических лесах и саваннах все еще занято 20 млн семей. Считается, что подсечно-огневая система земледелия служит причиной сведения 75 % площади лесов Африки, 50 % лесов Азии и 35 % лесов Латинской Америки.

Таблица 29

ПЕРВЫЕ ДЕСЯТЬ СТРАН ПО РАЗМЕРАМ СРЕДНЕГОДОВОГО СВЕДЕНИЯ ЛЕСОВ

Вторая причина заключается в использовании древесины в качестве топлива. По данным ООН, 70 % населения развивающихся стран для обогрева жилищ и приготовления пищи используют дрова. Во многих странах Тропической Африки, в Непале, на Гаити их доля в используемом топливе доходит до 90 %. Подъем цен на нефть на мировом рынке в 1970-х гг. привел к тому, что леса стали вырубаться (прежде всего в Африке и в Южной Азии) не только в ближнем, но и в дальнем окружении городов. В 1980 г. в районах, испытывавших недостаток дров, проживало примерно 1,2 млрд жителей развивающихся стран, а к 2005 г. численность их возросла до 2,4 млрд.

Третья причина заключается в возрастании экспорта тропической древесины из стран Азии, Африки и Латинской Америки в Японию, Западную Европу и США, ее использовании для нужд целлюлозно-бумажной промышленности.

Бедные и тем более беднейшие из развивающихся стран вынуждены идти на это, чтобы хоть немного улучшить свой платежный баланс, отягощенный долгами богатым странам Севера. Многие считают, что их нельзя осуждать за такую политику. Например, на открытии проходившего в Париже в 1991 г. IX лесного конгресса бывший тогда президентом Франции Франсуа Миттеран сказал: «Какое мы имеем право упрекать население тропических районов, например, за то, что они способствуют разрушению лесов, когда они вынуждены это делать, чтобы просто прожить».

Для предотвращения полного уничтожения тропических лесов уже в XXI в. необходимы срочные и действенные меры. Среди возможных путей воспроизводства лесных площадей в южном поясе наибольший эффект, пожалуй, может дать создание лесных плантаций, специально предназначенных для выращивания высокопродуктивных и быстрорастущих пород деревьев, например эвкалиптов. Имеющийся опыт создания таких плантаций показывает, что они позволяют вырастить в 10 раз больше полноценной древесины, чем, скажем, европейские леса. В конце 1990-х гг. такие плантации во всем мире занимали уже 4,5 млн га, из которых 2 млн га находились в Бразилии.

На Всемирной конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. в качестве специального документа было принято Заявление о принципах в отношении лесов.

Многие из перечисленных выше проблем актуальны и для России, несмотря на ее богатство лесными ресурсами. При формальном подходе к этому вопросу оснований для какого-либо беспокойства не возникает. Действительно, расчетная лесосека страны составляет 540 млн м³, а фактически вырубается примерно 100 млн м³. Однако это средние показатели, не учитывающие различий между европейской частью страны, где расчетную лесосеку зачастую превышают, и азиатской ее частью, где ее недоиспользуют. Необходимо принимать во внимание и значительную гибель лесных насаждений, в первую очередь из-за лесных пожаров (в 2006 г. – 15 млн га). Поэтому в России принимают меры по рациональному лесопользованию и воспроизводству лесных ресурсов. Теперь площади под лесами в ней не уменьшаются, а растут.