Мировая хозяйственная деятельность и ее влияние на глобальные климатические процессы

В настоящее время все мировая общественность озабочена глобальными климатическими флуктуациями, связанными с современным потеплением климата. На рисунке 1 представлены ежегодные среднегодовые аномалии приземной температуры воздуха, направленные с 1960-х годов на резкое потепление.

Как видно из рисунка 1, за последние 140 лет отклонение глобальной среднегодовой приземной температуры воздуха от нормы превысило 1,2 °C. Повышенное внимание уделяется источникам этого потепления, в первую очередь эмиссиям парниковых газов антропогенного происхождения. В мировой экологической практике ежегодно учитываются и публикуются в открытой печати суммарные общемировые выбросы углекислого газа (СО2), производящие в мире отдельными странами в процессе их хозяйственной деятельности, которые затем суммируются. на втором месте - США, на третьем в этом списке - Индия [2]., приводящие к выбросам парниковых газов.

В Таблице 1 приведены мировые выбросы углекислого газа (СО2) за последний 31 год с 1990 по 2020 гг., согласно ежегодным отчетам British Petroleum [ВР 1990-2020]. Для сравнения, самые большие объемы выбросов углекислого газа отмечаются у КНР: в 2020 г. их доля в мировом энергобалансе составила 30,7 %. США, которые находятся по объему эмиссии СО2 на втором месте в мире, составили 13,8%, на третьем месте страны Евросоюза – 11,1%, а выбросы РФ составили в том же 2020 г. 4,8% [ВР, 2021]. Как видно из таблицы 1, суммарные ежегодные выбросы СО2, превысив 30 млрд. т, возрастают год от года, кроме 2020 г., вследствие глобального кризиса, повлекшего сокращение мирового производства. Исключение составил Китай и ряд других стран, например, Иран, которые и в 2020 г. продолжали наращивать свою производственную деятельность, ориентировав свою экономику на внутреннее потребление.

Долгое время считалось, что антропогенные выбросы парниковых газов исчезающе малы по сравнению с выбросами природного происхождения, а именно извергающимися вулканами. Однако в настоящее время имеется ряд публикаций, в частности британской Геологической службы, утверждающих, что выбросы субаэральных (наземных) вулканов в сумме в 120-150 раз меньше антропогенных и составляют от 130 до 440 млн. т СО2/год. Более того, извержения вулканов затеняя атмосферу, охлаждают землю и тем самым замедляют глобальное потепление. Однако охлаждающий эффект исчезает быстрее, чем парниковый, вызванный СО2, который остается в атмосфере в течение сотен лет [3].

---

Еще один природный показатель, по мнению гелиогеофизиков, влияющий на различные природные процессы на нашей планете, это ежегодно изменяющаяся активность солнца, так как «... доказано что в разные годы солнечная активность может оказывать на климат разное влияние» [4], представленная в работе с 1990 по 2020 гг. (рисунок 2). Солнечная активность имеет одиннадцатилетнюю цикличность, однако отмечено, что амплитуда этих циклов за последний тридцатилетний период уменьшается.

Чем больше страны мира потребляют первичной энергии (рисунок 3а)– тем больше развито их и мировое производство, а, следовательно, и благосостояние населения (рисунок 3б). Иллюстрация к закону представлена на рисунке 3. Рост же потребления энергии как в России, так и во всем мире сопровождается добычей углеводородов – нефти, газа, угля, необходимых для ее производства (рисунок 4). Исключение составила лишь Япония, которая после 2005 г. при постоянном, хотя и незначительном росте ВВП понизила энергопотребление за счет внедрения энергосберегающих технологий.

В связи с вышеизложенным, целью данной работы было выявить, какие антропогенные и природные источники энергии, а также основные результаты хозяйственной деятельности, выраженные в ряде макроэкономических показателей, связаны с глобальными климатическими процессами.

Для этого с помощью методов математической статистики (парного корреляционного анализа и факторного анализа методом главных компонент) была проанализирована взаимозависимость ряда основных показателей, влияющих прямо и/или косвенно на глобальные климатические процессы, собрав их в единую матрицу за 31 год (с 1990 по 2020 гг.), но при этом исключив данные, характеризующие выбросы вулканов. Для этого автором была составлена матрица, которая включает следующие переменные: х1 Мировое потребление первичной энергии (млн. тнэ); х2 Добыча нефти мировая (млн. т/год); х3 цена на нефть ($); х4 Мировое ВВП (трлн. $); х5 Обменный курс доллара КНР (юань/$); х6 Выбросы СО2 в мире (млрд. т/год); х7 Мировая добыча газа (млрд. м3/год); х8 Производство атомной энергии в мире (млн. тнэ/год); х9 Производство гидроэнергии в мире (млн. тнэ/год); х10 Количество солнечных пятен (ед./год); х11 Мировое потребление угля (млн. тнэ); х12 Мировое производство энергии возобновляемыми источниками (ВИЭ), т.е. солнечными и ветряными электростанциями (млн. тнэ/год); х13 Отклонение среднегодовой температуры приземного атмосферного воздуха от нормы (град. ^оС) (таблица 2).

Полученная матрица (таблица 2) была проанализировали методом парного корреляционного анализа (таблица 3).

где

Var1 - Мировое потребление первичной энергии (млн. тнэ);

Var2 - Добыча нефти мировая (млн. т/год);

Var3 - цена на нефть ($);

Var 4 - Мировое ВВП (трлн. $);

Var5 - Обменный курс доллара КНР (юань/$);

Var6 - Выбросы СО2 в мире (млрд. т/год);

Var7 - Мировая добыча газа (млрд. м3/год);

Var8 - Производство атомной энергии в мире (млн. тнэ/год);

Var9 - Производство гидроэнергии в мире (млн. тнэ/год);

Var10 – Количество солнечных пятен (ед./год);

Var11 - Мировое потребление угля (млн. тнэ);

Var12 - Мировое производство энергии возобновляемыми источниками ВИЭ (млн. тнэ/год);

Var13 - Отклонение среднегодовой температуры приземного атмосферного воздуха от нормы (град. оС)

Анализ корреляционной матрицы показал, что большая ее часть имеет значимые показатели r > 0,7, следовательно, представленные расчеты репрезентативны. Получено, что значимые положительные корреляции (r>0.7), которые выделены в матрице курсивом и полужирным шрифтом, значимо связывают переменную «отклонение температуры от нормы (°C)» с переменными «глобальное потребление первичной энергии» (r=0,89), мировая добыча нефти (r=0,90) и газа (r=0,91), мировое ВВП (r=0,86), выбросы СО2 (r=0,87), производство гидроэнергии (r=0,89). Особенно велики коэффициенты корреляции между «отклонением температуры от нормы» и добычей газа (r=0,91) и несколько меньше – с добычей нефти (r=0,90) даже по сравнению с потреблением угля, взаимозависимый показатель корреляции который весьма скромен (r=0,81). Зависимость «отклонения температуры от нормы» от показателя выбросов СО2 также велика (r=0,86), но сопоставима с производством ВИЭ (r= 0,86) и давно распространенным альтернативным источником энергии – гидроэнергией (r=0,87). Переменные «производство атомной энергии» и «количество солнечных пятен» имеют среднюю значимость, их 0,7>r>0,3. Т.О. можно сделать вывод, что мировая добыча газа, интенсифицированная в последние годы сланцевой революцией, преимущественно осуществляемая в США методом гидроразрыва пласта, особенно сильно влияет на рост выбросов парниковых газов, так как является наиболее вредным с экологической точки зрения видом добычи полезных ископаемых.

В представленной работе, вклад в суммарный парниковый эффект крупных и средних гидроэлектростанций, развитых по всему миру, впервые продемонстрирован на глобальном уровне с весьма значительным показателем коэффициента корреляции (r=0,89). Итак, получено, что гидроэнергетика вошла в общий пул энергетической отрасли, способствующей потеплению климата, что ранее было отмечено только на локальном уровне, так как известно, что крупные гидростанции способствуют эвтрофированию воды, замедляя течения рек, сбрасывая после прохождения через турбины подогретые воды и и «перемалывая» в своих турбинах фито- и зоопланктон.

Из всех проанализированных видов энергии и энергоносителей самым безопасным для климатических флуктуаций оказывается атомная энергия, значимо не связанная с показателем «отклонение температуры от нормы»: (r= -0,64).

Отмечается наиболее сильная прямая зависимость (r ≥ 0,95), показатели которой в таблице 2 отмечены красным цветом, между потреблением первичной энергии Var 1 и Var 4 - мировым ВВП (r=0,99), Var5 - выбросами СО2 (r=0,99), Var6 – мировыми добычами газа (r=0,99), нефти (r=0,98), и потреблением угля (r=0,96). Большой вклад в производство первичной энергии оказывают и альтернативные источники, такие как ВИЭ (r= 0,90) и гидроэнергия (r=0,98). На величину выбросов СО2 влияют по убывающей ряд следующих энергетических показателей: потребление угля и добыча нефти (r=0,98), добыча газа (r=0,97), производство гидроэнергии (r=0,96) и производство ВИЭ (r=0,84. Согласно данным показателям и ряду их взаимосвязи, все мировое производство и, соответственно, глобальный уровень благосостояния народов мира по-прежнему зависит от потребления невозобновляемых источников энергии, что, соответственно, приводит к возрастающим выбросам парниковых газов. Единственный путь сокращения выбросов СО2 при условии сохранения устойчивого роста мирового ВВП - повсеместное внедрение энергосберегающих технологий во все отрасли мирового хозяйства.

Что касается финансовых макроэкономических показателей, то единственный из них, значимо не связанный ни с одним из представленных в матрице – это обменный курс доллара КНР. В то же время другая важная для мировой экономики переменная – «цена на нефть», имеет значимую положительную взаимосвязь с большинством из представленных в матрице показателей, а именно, по убывающей: с потреблением угля (r=0,86), объемом выбросов СО2 (r=0,79), мировым ВВП по ППС (r=0,76); мировым потреблением первичной энергии (r=0,74. Многие экономисты утверждают, что бурное развитие ВИЭ приведет к постепенному снижению цены на нефть, как на уходящий «в лету» источник энергии, однако корреляционный анализ это не подтвердил: цены на нефть значимо не связаны с производством ВИЭ – r=0,44.

Для того, чтобы более достоверно выявить значимость каждого вида источников климатических флуктуаций, был проведен факторный анализ корреляционной матрицы переменных. Результатом трех вращений переменных (Var 1 – Var13) в процессе анализа методом главных компонент, были выявлены два фактора (таблица 4).

Фактор № 1, имеющий максимальную нагрузку на факторную матрицу (Р=75,98%) объединил все показатели, характеризующие добычу и производство как невозобновляемых источников энергии (добыча газа, потребление угля, добыча нефти и цена на нее), так и возобновляемых (гидроэнергия и ВИЭ), а также результаты этой деятельности (мировое ВВП и мировое потребление первичной энергии, выбросы СО2 и отклонение температуры от нормы). Учитывая перечень переменных, вошедших в данный фактор, его можно охарактеризовать как «Фактор хозяйственной активности народов мира», влияющий на рост глобальной температуры. Примечательно, что в данный фактор не вошла переменная, характеризующая производство атомной энергии, хотя и в корреляционной матрице данный показатель не был значимым.

В Фактор № 2 вошла единственная переменная, характеризующая обменный курс доллара КНР. Поскольку он имеет весьма незначительную нагрузку на факторную матрицу (р = 10,1%), следовательно, не имеет смысловой нагрузки, а реально влияющие на глобальное потепление переменные группируются лишь в один фактор – Фактор 1. Подтверждением тому являются проекции переменных на факторную плоскость (рисунок 4), где все переменные, вошедшие в Фактор 1, показали высокую скученность. Показатели же, не вошедшие в Фактор 1 (Var5 - обменный курс доллара КНР, Var8 - производство атомной энергии в мире и Var10 – количество солнечных пятен) находятся на значительном расстоянии друг от друга и в разных квартилях, указывая на отсутствие, либо весьма слабое влияние на климат нашей планеты.

Переменная, характеризующая солнечную активность, не вошла ни в один из факторов. Т.О., можно сделать предварительный вывод, что воздействие солнечной активности на климат нашей планеты - весьма сложный процесс, который не может быть описан прямыми взаимодействиями.

Выводы

1) С помощью корреляционного и факторного анализов проанализировано взаимодействие ряда основных переменных, прямо и/или косвенно влияющих на глобальные климатические процессы. Данные переменных с 1990 по 2020 гг. были собраны в единую матрицу. Среди них: глобальный индекс приземной температуры атмосферного воздуха суши и океанов (отклонения температуры от нормы в °C), глобальное потребление первичной энергии (млн. т.н.э./год), мировая добыча нефти (млн. т/год) и газа (млрд. м3/год), мировое ВВП (трлн./$ по ППС), суммарные мировые выбросы СО2 (млн. т/год), производство атомной энергии и гидроэнергии (млн. т.н.э./год) и среднегодовое количество солнечных пятен.

2) Парный корреляционный анализ показал, что:

а) Мировая добыча газа, интенсифицированная в последние годы сланцевой революцией, и осуществляемая в США преимущественно методом гидроразрыва пласта, особенно сильно влияет на рост выбросов парниковых газов, так как с точки зрения охраны окружающей среды является наиболее вредным видом добычи полезных ископаемых.

б) Все мировое производство и, соответственно, глобальный уровень благосостояния населения, по-прежнему тесно связаны с использованием невозобновляемых источников энергии - нефти и газа.

в) Гидроэнергетика вошла в общий пул отраслей промышленного производства, способствующих потеплению климата, что ранее было отмечено только на локальном уровне, так как известно, что гидростанции сбрасывают подогретые воды, и тем самым способствуют эвтрофированию воды, замедляя течения рек и перемалывая в своих турбинах фито- и зоопланктон. В представленной работе, вклад в суммарный парниковый эффект крупных и средних гидроэлектростанций, развитых по всему миру, впервые продемонстрирован на глобальном уровне с весьма значительным показателем коэффициента корреляции (r=0,89).

Факторный анализ переменных, выявил единственный фактор (Фактор 1), влияющий на рост глобальной температуры, который можно охарактеризовать как «Фактор хозяйственной активности народов мира». В него вошли переменные, характеризующие добычу и производство как невозобновляемых источников энергии (добыча газа, потребление угля, добыча нефти и цена на нее), так и возобновляемых (гидроэнергия и ВИЭ), а также результаты этой деятельности (мировое ВВП и мировое потребление первичной энергии, выбросы СО2 и отклонение температуры от нормы). Переменные Var5 - обменный курс доллара КНР, Var8 - производство атомной энергии в мире и Var10 – количество солнечных пятен в данный фактор не вошли.

Из всех проанализированных видов энергии и энергоносителей самым безопасным для роста глобальной температуры оказывается атомная энергия, значимо не связанная корреляционной связью с показателем «отклонение температуры то нормы» и не вошедшая в Фактор хозяйственной активности народов мира, влияющего на рост глобальной температуры приземного атмосферного воздуха. Следовательно, следует отдавать приоритет развитию атомной энергетики, при условии соблюдения строжайших мер экологической безопасности, так как развитие атомной энергетики является наиболее безопасной для климатических флуктуаций в планетарном масштабе. Следовательно наиболее приемлемым и перспективным в современных условиях глобального потепления климата и необходимости проведения политики, направленной на устойчивый рост экономики.