Каковы перспективы развития топливно-энергетического комплекса в мире? Потребление энергии во всем мире растет примерно на 2 % в год. Приведем данные о количестве сжигаемого топлива, которое потребуется для этих нужд. На сегодня запасы каменного угля составляют 8,4 × 10¹¹ тонн, если его теплотворную способность принять равной 7000 ккал/кг. Это соответствует количеству каменного угля с реальной теплотворной способностью, равному 1,0754 × 10¹³ тонн. Все топливо в мире (включая нефть и газ) оценивается в 1,29 × 10¹³ тонн. На 80 % условное топливо состоит из каменного угля. Имеется и другая цифра — 94,2 %. Нефть составляет 3,5 %, а газ — 2,3 % от общей суммы. Исходя из этих цифр можно сделать такие выводы. Во-первых, основным продуктом сжигания топлива в будущем будет каменный уголь. Во-вторых, добыча топлива и его сжигание будет сосредоточено в отдельных крупных регионах мира. Во всяком случае, их распределение будет неравномерным в пространстве. Для оценки влияния на климат то и другое очень важно.

По оценкам экспертов годовое потребление энергии в мире в 2000 году составит 567 × 10¹⁸ джоулей, а в 2025 году — 1238 × 10¹⁸ Джоулей. В начале прошлого века потребление дерева в качестве источника топлива составляло 90 %. Сейчас оно составляет 10 %. Зато удельный вес угля сейчас достигает 50 %, а нефти и газа — 30 %. Остальную энергию даст гидроэнергетика и атомные электростанции. На рис. 70 представлен прогноз изменения различных источников топлива до 2200 года. Как видно, в настоящее время в странах с высоким уровнем потребления энергии на каждого человека расходуется около 10,0 киловатт. В странах со средним уровнем расходования энергии расходуется на каждого жителя в среднем 4,4 кВт, а в странах с низким уровнем — 1,05 кВт.

Несложно определить, как изменится окружающая среда при таком потреблении энергии. Вся энергия в конце концов перейдет в тепло и рассеется в окружающем пространстве — в атмосфере, а также в водах, суше и океане. Это очевидно. Но повышать температуру Земли и ее атмосферы нельзя. Есть предел допустимого потепления климата. Но оценки показывают, что прямым нагреванием этот предел не будет достигнут, так что в этом смысле опасности нет. Более опасно то, что тепловая энергия, выделяемая в конце концов в атмосферу, в определенных регионах очень большая. Например, в Манхэттене на каждый квадратный метр расходуется 150 Вт энергии. По аналогичной причине в центре городов температура на несколько градусов выше, чем в окружающих районах. Имеются обширные территории, такие как Япония, Рурский район, Восток США и др., где тепловые нагрузки составляют в среднем 5–6 Вт/м². Размеры этих регионов сопоставимы с размерами воздушных масс, которые определяют погоду. Для того, чтобы изменить циркуляцию атмосферного газа в ограниченном (не очень малом) регионе, надо добавить в атмосферу 2–3 ватта на каждый квадратный метр. Как видим, добавляется и значительно больше. Конечно, в результате этого средняя температура Земли не повысится, но может произойти значительное перераспределение энергии, поскольку изменится динамика атмосферного газа.

С помощью компьютеров климатологи рассчитали, к чему может привести сильное сосредоточение источников энергии. Такие расчеты сейчас принято называть экспериментами. Часто не добавляют слова «численные». Так вот, задавались различные исходные условия, близкие к прогнозируемым на будущее. Проводили расчеты и американские специалисты и наши. Конкретные результаты всех расчетов мы приводить не будем. Для нас важно знать одно — влияет ли на климат тепло, поступающее в атмосферу от потребителей энергии, и если влияет, то насколько. На основании результатов всех проведенных расчетов можно заключить, что при завышенных примерно в 10 раз тепловых выбросах должно произойти существенное изменение режима погоды. Эффекты воздействия постепенно будут распространяться от района воздействия. Уже через полтора месяца эффект от такого теплового воздействия распространится на все северное полушарие. Любопытно, что под действием гипотетических тепловых источников, для которых велись расчеты и которые располагались в районе Востока США, в тропической зоне сформировались новые области интенсивных ливневых осадков, которых согласно начальным условиям проводимых расчетов там не было. Расчеты показали, что тепловые выбросы могут повысить даже среднюю глобальную температуру. Это происходит из-за увеличения парникового эффекта, поскольку количество водяного пара в атмосфере увеличивается. Остается ответить на вопрос — когда мы будем осуществлять такие по величине тепловые выбросы, для которых велись расчеты. Оптимисты считают, что через 50 лет. На самом деле этот срок может сократиться в несколько раз. Тем не менее, если при современных тепловых выбросах и не происходит по этой причине глобальных изменений климата, но изменения региональные, местные несомненно происходят. Происходят сейчас и будут все чаще происходить в будущем. Что это значит? От этого климат не потеплеет, но различные климатические аномалии будут учащаться. Собственно, это мы уже наблюдаем. И если они будут учащаться с большим темпом, то неизвестно, что лучше — глобальное потепление или ежедневно проносящиеся торнадо. На специальном языке это называют изменением циркуляционного режима атмосферы и увеличением повторяемости климатических аномалий.

Как же скажется функционирование топливно-энергетического комплекса на свойствах подстилающей поверхности? Это зависит от того, как распределены районы добывания топлива. Уголь, например, добывается в основном вблизи поверхности Земли, хотя в будущем глубины увеличатся. Известно, что при добыче одного миллиона тонн угля на глубине залегания пластов 1–2 метра разрушается около пяти квадратных километров земель. При более глубоком залегании эта площадь уменьшается. При добыче угля разрушаются миллионы квадратных километров земли. Это с учетом подъездных путей и т. п. Ясно, что вся эта площадь подстилающей поверхности изменит свои отражательные свойства, а это повлияет на количество поступающей солнечной энергии, а значит и на нагрев атмосферного газа.

В результате своей технологической деятельности человечество меняет количество СО₂ в атмосфере. СО₂ совершает естественный цикл (кругооборот) в системе океан — атмосфера — биосфера. В процессе сжигания топлива человек ежегодно забрасывает в атмосферу не менее 5 миллиардов тонн углерода. Кроме того, человек воздействует на океан и биосферу и тем самым изменяет количество СО₂, поступающее в атмосферу.

Чистого углерода во всех земных запасах топлива содержится примерно 5–8× 10¹² т. При сжигании угля на 10 Дж в атмосферу выбрасывается 87 т СО₂. Если речь идет о нефти, то эта цифра несколько меньше — 71 т, для газа — 51 т. С начала индустриального развития общества (с 1860 года) количество СО₂ в атмосфере непрерывно растет. В 1860 году СО₂ в атмосфере было 2440 Гт, а в 1975 году его стало 2574 Гт. Одна гектотонна (Гт) равна миллиарду тонн. За указанный период в атмосферу поступило 240 Гт углерода. Из них около 95 Гт поступило за счет вырубки и сжигания лесов, а 146 Гт поступило в атмосферу непосредственно за счет сжигания ископаемого топлива. Часть углерода ушла на образование СО₂. Осталось в атмосфере нетронутым около 82,5 Гт из всего углерода, поступившего в результате деятельности человека. Что касается СО₂, то более половины его количества, поступившего в атмосферу за счет сжигания топлива, поглотилось океаном и биосферой. Остальная часть осталась в атмосфере. СО₂ поступает в атмосферу не только при сжигании лесов, угля, нефти, газа. Он поступает в атмосферу при культивации земель. Источником его является также минеральные источники и др. Если учесть все источники дополнительного углерода (кроме естественного), поступающего в атмосферу в течение года, то получится 10–12 Гт. Примерно 30 % поступившего в атмосферу углерода остаются там, а остальные 70 % переходят в океан и биосферу. Как известно, углерод и СО₂ поступают в атмосферу из биосферы. Человек изменяет это количество путем воздействия на почву, растительность и т. п. В середине нашего столетия больше углерода поступало в атмосферу за счет этого источника, чем за счет сжигания топлива. Но в наше время ситуация в корне изменилась — при сжигании топлива в атмосферу забрасывается примерно в 2,5 раза больше углерода, чем то количество, которое поступает из биосферы.