Современные ветряные турбины уже представляют собой строго оптимизированное слияние материаловедения и аэродинамики. Виирс и др. (Veers et al.) рассмотрели проблемы и возможности для дальнейшего расширения этой технологии, с акцентом на необходимость междисциплинарного сотрудничества. Они подчеркивают необходимость лучшего понимания физики атмосферы в регионах, где будут работать более высокие турбины, а также материальных ограничений, связанных с масштабированием. Взаимодействие турбинных узлов друг с другом и с развивающимися характеристиками всей электросети, кроме того, потребует перспективного системного подхода в будущем.

Собранная с помощью передовых технических систем, отточенных в течение десятилетий исследований и разработок, энергия ветра стала основным источником энергии. Тем не менее, необходимы постоянные инновации, чтобы реализовать потенциал ветра для удовлетворения глобального спроса на чистую энергию. Авторы обрисовывают в общих чертах три взаимозависимых, междисциплинарных больших проблемы, лежащих в основе этого исследования. Первое - это необходимость более глубокого понимания физики атмосферного потока в критической зоне эксплуатации станции. Второй касается науки и техники крупнейших динамических вращающихся машин в мире. Третий включает оптимизацию и управление парком ветряных электростанций, работающих синергетически в пределах электрической сети. Решение этих проблем может позволить ветроэнергетике обеспечить до половины наших глобальных потребностей в электроэнергии и, возможно, и более.

Ссылка: https://science.sciencemag.org/content/366/6464/eaau2027

Таяние вечной мерзлоты, которая покрывает более половины российской территории, создает угрозу разрушения для домов, трубопроводов и прочей инфраструктуры. К 2050 году потепление может затронуть пятую часть всех строений и объектов инфраструктуры в зоне вечной мерзлоты, и это обойдется примерно в 84 миллиарда долларов. Такие данные приводятся в исследовании, опубликованном группой ученых, в число которых входит профессор Университета Джорджа Вашингтона Дмитрий Стрелецкий. Это равно 7,5% российского ВВП. Также может быть повреждено более половины жилого фонда, стоимость которого оценивается в 53 миллиарда долларов. «Изучение вечной мерзлоты является одной из несправедливо забытых задач и приоритетов государства, — сказал заместитель министра по развитию Дальнего Востока и Арктики Александр Крутиков. — Мы как министерство, отвечающее за развитие Арктики, не можем игнорировать эту тему, так как она непосредственно влияет на экономическое развитие». Из организаций, котрые работают в этом напрвлении, аторы статьи отмечают алмазодобывающую компанию «Алроса», в составе которй работает специальное подразделение по наблюдению за вечной мерзлотой.

Ссылка: https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-10-18/russia-s-thawing-permafrost-may-cost-economy-2-3-billion-a-year

МЭА считает, что ветряная энергетика может обеспечить потребности в электричестве США, ЕС, Японии и Индии

Международное энергетическое агентство (МЭА) заявило, что прибрежные ветряные установки способны обеспечить спрос на электричество в США, ЕС, Японии и Индии к 2040 году. К этому времени издержки на установку ветряков могут упасть на 40%, а объем индустрии составит $1 трлн, что сделает ее конкурентной по отношению к газовой и угольной энергетике.

В пятницу МЭА представило ежегодный доклад о текущем состоянии ветряной энергетики и ее перспективах Offshore Wind Outlook 2019. Он является частью более общего доклада о мировой энергетике, который будет опубликован 13 ноября.

МЭА считает, что в ближайшие 20 лет электроэнергетика будет расти в среднем на 13% в год и к 2040 году достигнет объема в $1 трлн, сравнявшись с объемом инвестиций в газовую и угольную энергетику за тот же период.

«В последние десять лет две отрасли лидировали в развитии технологий и снижении издержек, что уже существенно повлияло на расстановку сил мирового энергетического рынка — я говорю о революции в добыче сланцевой нефти и солнечных батареях,— заявил исполнительный директор МЭА Фатих Бирол.— У прибрежных ветряных установок есть потенциал, чтобы стать еще одной такой отраслью».

МЭА отмечает, что в ближайшие 20 лет объем инвестиций в ветряную энергетику увеличится в 15 раз по сравнению с нынешними объемами. Совокупная мощность таких установок к 2040 году, по расчетам агентства, может в 11 раз перекрыть спрос на электричество в ЕС, в 9 раз — в Японии, в 4 раза — в Индии, в 2 раза — в США, а также на 30% обеспечить спрос в Китае.

В ЕС наиболее перспективными странами для выработки ветряной энергии МЭА считает Великобританию и Германию, которые обладают протяженной береговой линией, высоким уровнем развития соответствующих технологий и оборудования, а также инвестиционным потенциалом. Также в число лидеров по потенциалу развития ветряной энергетики агентство включает Францию, Нидерланды, Бельгию и Данию.

Только в прошлом году Китай ввел в работу установки совокупной мощностью 1,6 ГВт — больше чем какая-либо другая страна в мире за этот период. Кроме того, амбициозные цели по развитию ветряной энергетики уже поставлены властями США, Канады, Японии, Индии и Южной Кореи. «Поскольку сейчас мы видим за этой отраслью все больше потенциала, многое зависит от правительств разных стран и бизнеса, насколько они готовы вести работу, чтобы оставаться в русле глобального перехода к чистой энергетике»,— считает господин Бирол.

Ссылка: https://www.iea.org/newsroom/news/2019/october/offshore-wind-to-become-a-1-trillion-industry.html

Согласно новому анализу данных по торфяным кернам, северные торфяники хранят более 1000 Гт углерода, что почти вдвое превышает предыдущие оценки. Однако судьба этого торфяного углерода остается неопределённой в быстро меняющемся мире.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-019-0455-y

Потепление в Арктике приводит к более быстрому разложению почв даже зимой. Современные оценки зимней потери углекислого газа показывают, что она может компенсировать прирост углерода в течение вегетационного периода, а это означает, что регион является источником углерода.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-019-0604-8

Последствия глобального потепления ощущаются в арктических регионах раньше, чем где-либо ещё в мире. В настоящее время исследования показывают, что морские пищевые сети Арктики могут адаптироваться к изменению климата, но авторы исследования предупреждают, что это впечатление устойчивости может быть ложным в долгосрочной перспективе.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-019-0616-4

Статья представляет собой синтез тенденций последних наблюдений и прогнозов будущего Арктики. Во-первых, Арктика уже быстро меняется в результате изменения климата. Современные высокие арктические температуры и большой дефицит морского льда (потеря объёма 75%) являются беспрецедентными. Моделируемые изменения арктической криосферы демонстрируют, что даже ограничение роста глобальной температуры двумя градусами оставит Арктику к середине столетия совершенно другой средой с меньшим количеством снега и морского льда, растаявшей вечной мерзлотой, изменённой экосистемой и прогнозируемым ежегодным повышением средней арктической температуры на +4°C. Во-вторых, даже в рамках масштабных сценариев сокращения выбросов предполагается, что таяние льда в высоких широтах, включая Гренландию, продолжится из-за внутренних лагов, что ведёт к ускорению повышения уровня Мирового океана в течение всего столетия. В-третьих, будущие изменения в Арктике могут, в свою очередь, повлиять на состояние климата в более низких широтах, вследствие выбросов парниковых газов в тундре и изменений в океане и в атмосферной циркуляции. Наличие специфических для Арктики обратных связей по части радиации и аккумулирования тепла могут стать препятствием для достижения стабильного глобального климата. В свете этих тенденций необходимы ранняя адаптация и акции, направленные на смягчение ситуации.

Ссылка: https://doi.org/10.1016/j.polar.2018.11.008

Рис. 1. Изучив песчаные отложения плиоценового возраста в долине реки Уонгануи в Новой Зеландии, ученые смогли определить, насколько сильно менялся уровень моря в плиоцене. Фото с сайта ru.wikipedia.org

По данным спутниковых наблюдений, из-за таяния ледников Гренландии и Антарктиды уровень Мирового океана ежегодно повышается примерно на 3,5 мм. При сохранении тренда на рост температуры, по самым мрачным прогнозам развития событий, в ближайшие сто лет под воду могут уйти целые государства, такие как Мальдивы, Нидерланды или Бангладеш. Но в относительно недавнем (по геологическим меркам) прошлом на Земле уже был период, когда средняя температура была на 1–2°C выше, чем сейчас, а содержание СО₂ в атмосфере практически равнялось современному, — это так называемый теплый период среднего плиоцена. Разные оценки уровня моря в этот период согласуются в том, что уровень был выше, чем сейчас, однако разброс очень большой — от 5 до 35 метров. Недавно в журнале Nature вышли две статьи, в которых разными методами эти оценки были существенно уточнены: теперь диапазон сужен до 15–25 метров.

Климат в среднем плиоцене (3,3–3,0 млн лет назад) был очень похож на современный: уже имела место сезонность, существовали ледниковые щиты Антарктиды и Гренландии, а содержание СО₂ в атмосфере было примерно равно современному — около 400 ppm. При этом температура была на 1–2°C выше. Поэтому теплый период среднего плиоцена обычно рассматривают в качестве примера состояния, к которому может приблизиться глобальная климатическая система в ближайшее столетие, если тенденция роста температур на планете сохранится.

Одним из главных факторов риска, связанных с глобальным потеплением, является рост уровня Мирового океана. Понимание того, в каких пределах менялся этот параметр в условиях среднего плиоцена, поможет понять, к чему следует готовиться человечеству.

Надо сказать, что и позднее, уже в плейстоцене, были периоды, когда климат на Земле был теплее современного. Это так называемые климатические оптимумы Гольштейнского (Holstein, 335–300 тыс. лет назад) и Эемского (Eemian, 130–115 тыс. лет назад) межледниковий. Средняя температура на Земле в эти периоды были на 1–2°C выше, чем в позднем голоцене (доиндустриальная эпоха). Выше на 6–10 м, чем сейчас, был и уровень моря (рис. 2).

Рис. 2. Изменение глобальных температур (вверху) и уровня моря (внизу) за последние 5 млн лет. За нулевую отметку приняты параметры позднего голоцена (доиндустриальная эпоха). Буквами Н и Е отмечены Гольштейнское и Эемское межледниковья. Графики из статьи J. E. Hansen, M. Sato, 2012. Paleoclimate Implications for Human-Made Climate Change и с сайта alpineanalytics.com

Несомненно, рост содержания СО₂ в атмосфере — важный фактор глобального потепления и связанного с ним повышения уровня Мирового океана. Однако этот фактор не единственный. Например, уровень СО₂ в период Гольштейнского и Эемского межледниковий, когда уровень моря был существенно выше, чем сегодня, был относительно низким — всего 280 ppm (на начало 2019 года содержание СО₂ в атмосфере составляло 408,78 ppm).

Отсюда понятно, что судить об уровне Мирового океана по одному из параметров, описывающих состояние атмосферы и влияющих на изменения климата, — например, только по температуре — невозможно, а учитывать в моделях взаимное влияние всех факторов (орбитальных параметров, влияющих на инсоляцию поверхности Земли, режимов атмосферных и океанических циркуляций, состава атмосферы, альбедо Земли и т. д.) очень и очень сложно.

Международная группа ученых под руководством Джорджии Роуз Грант (Georgia Rose Grant) из Университета королевы Виктории в Веллингтоне (Новая Зеландия) разработала прямой метод оценки уровня моря в прошлом по размеру и окатанности частиц песка в прибрежной зоне (метод PlioSeaNZ). Сначала были изучены современные песчаные отложения, благодаря чему ученые установили теоретическую взаимосвязь между гранулометрическим составом осадочных пород и глубиной, на которой они образовались, а затем применили полученную закономерность к непрерывной 800-метровой толще мелководных песчаных отложений плиоценового возраста в бассейне реки Уонгануи (Новая Зеландия). Эти породы, извлеченные при помощи бурения, содержат непрерывную последовательность неглубоких морских отложений плиоцена самого высокого разрешения в мире, что позволило ученым восстановить историю колебаний уровня моря со значительно большей точностью, чем это было возможно ранее.

Детальные замеры зерен после поправок на вертикальные тектонические движения сначала позволили получить представление о циклических изменениях относительного уровня моря (RSL — relative sea-level), амплитуда которых в течение ледниково-межледниковых циклов среднего-позднего плиоцена (3,3–2,5 млн лет) по оценкам авторов составляла 13±5 м. Затем к полученным результатам была применена астрономическая калибровка, выполненная ранее для отложений бассейна Уонгануи (T. R. Naish et al., 1998. Astronomical calibration of a southern hemisphere Plio-Pleistocene reference section, Wanganui Basin, New Zealand). То есть выявленные в результате гранулометрических исследований колебания были сопоставлены с более чем 50 зафиксированными в отложениях Уонгануи глобальными колебаниями уровня моря, которые являлись отражением природных климатических циклов, известных как циклы Миланковича (изменения орбитальных параметров Земли каждые 100 и 41 тыс. лет; подробнее о циклах Миланковича см. статьи Циклы Миланковича и Удлинение ледниковых циклов в плейстоцене может быть связано с ослаблением циркуляции океанических вод, «Элементы», 22.03.2019), а также с циклами продолжительностью 20 тыс. лет, связанными с циклическими изменениями инсоляции Антарктиды, вызванными орбитальной прецессией (рис. 3).

Рис. 3. Относительный уровень моря (RSL на правой шкале, в м; голубая линия), полученный методом PlioSeaNZ, и его сопоставление с орбитальными параметрами: эксцентриситетом орбиты (крайняя левая шкала; пунктирная линия) и величиной инсоляции (левая шкала, в Вт/м²; сплошная черная линия). Серым показаны периоды межледниковий. По горизонтали — время в млн лет и подразделения осадочной толщи бассейна Уонгануи. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Учет всех астрономических корректировок позволил авторам произвести оценку колебаний среднего уровня моря (GMSL — global-mean sea level) в плиоцене, который был на 5–20 м выше современного, а максимальное зафиксированное превышение составило 25 м (рис. 4). Предполагается, что для такого повышения нужно, чтобы растаяло до трети ледникового покрова Антарктиды, а также произошло практически полное освобождение от льда Гренландии.

Рис. 4. Амплитуда колебаний уровня моря в плиоцене относительно современного (в метрах). Синие точки — ледниковые фазы, красные — межледниковья. По горизонтали — время в млн лет. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Интересно то, что практически параллельно другие ученые под руководством Оаны Думитру (Oana A. Dumitru) из Университета Южной Флориды в США, используя другой метод прямых измерений, получили очень близкие значения. Объектом изучения этой группы исследователей стали пещеры Арты на острове Мальорка. В течение последних 4,5 млн лет эти пещеры были соединены с морем, и на границе соприкосновения морской воды со стенками пещер откладывались так называемые фреатические образования, сложенные карбонатами (кальцитом и арагонитом). Постоянное присутствие в их составе урана (на уровне примесей) позволило авторам, используя уран-свинцовый метод, определить возраст отложений. В итоге ученые получили абсолютно независимые данные, привязанные к абсолютному возрасту. По их определениям уровень моря в позднем плиоцене превышал современный на 16,2–23,5 м.

В недавно опубликованном Специальном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) об океанах и криосфере в условиях изменения климата отмечается, что более 90% образующегося вследствие глобального потепления избыточного тепла поглощается океаном. Наибольший рост температур отмечается в Южном океане, омывающем Антарктиду. Даже при нынешних темпах таяния антарктических ледников уровень Мирового океана к 2100 году повысится на 60–110 см. Авторы первого исследования говорят о том, что с учетом возникающей в системе ледники–океан положительной обратной связи, это повышение может составить до 2 м. Далее ситуация может развиваться катастрофически в связи с тем, что около 30% ледяного покрова Антарктиды окажется ниже уровня моря.

Ссылка: https://elementy.ru/novosti_nauki/433551/Pri_klimate_blizkom_k_sovremennomu_uroven_morya_v_pliotsene_byl_na_25_metrov_vyshe