Газета "Своими Именами" №28 от 09.07.2013

Газета Своими Именами (запрещенная Дуэль)

Но даже если мы ошиблись на порядок, очевидно, что тепловой поток из центра планеты несопоставимо мал по сравнению с излучением Земли, и его колебания никак не могут повлиять на изменение климата Земли. Вместе с тем, несмотря на свою малость, тепловой поток из центра Земли играет чрезвычайно важную роль в её жизни, являясь надежным тепловым барьером для оттока тепла с поверхности Земли.

Человечество в своей производственной деятельности использует ежегодно примерно 13 млрд. тонн условного топлива. Это не только ископаемое топливо, а вся энергия, используемая человечеством, включая гидроэнергию, атомную энергию и др. Полагая, что вся энергия, используемая человечеством в производственных целях, переходит, в конечном счете, в теплоту и учитывая, что теплотворная способность условного топлива составляет 7000 ккал/кг, а ккал = 4,187 КДж, рассчитаем количество теплоты, вносимой производственной деятельностью человечества в атмосферу Земли:

13·109·1000·7000·4,187=3,81·1017КДж.

Тогда тепловой поток, вносимый человечеством в атмосферу, составит: Qпр = 3,81·1017/(365·24·3600) = 12·1012 Вт. Плотность теплового потока, вносимого человечеством в атмосферу, в пересчете на 1² земной поверхности составит:

qпр = Qпр /F=12·1012/(5,06· 1014)=0,024 Вт/м². Как мы видим, и эта составляющая не может существенно повлиять на тепловой баланс Земли.

Сложнее всего оценить количество «консервируемой» солнечной энергии. При такой оценке легко ошибиться на несколько порядков. Попытаемся оценить хотя бы минимальное количество солнечной энергии, идущей на «консервацию».

Начнём с потребления человечеством преобразованной растениями солнечной энергии. На планете сейчас проживают 6,8 млрд. человек. Допустим, что в среднем суточное потребление энергии одним человеком составляет 2000 ккал. Тогда годовое потребление энергии человечеством в виде пищи составит:

2000x6,8x109x365 = 5x1015 ккал.

По калорийности эта величина равноценна 0,7 млрд. тонн условного топлива. Оказывается, что даже в наш промышленный век энергия, затрачиваемая человечеством на питание, составляет целых 5% от расходуемой в промышленном производстве.

Человеческие существа относятся к числу довольно крупных и многочисленных животных. Но кроме людей на Земле проживает еще 100 тыс. видов животных. Есть животные и крупнее, и многочисленнее человека. Но общая численность крупных животных относительно мала, а представители многочисленных видов существенно уступают человеку в размерах. Поэтому следует полагать, что суммарное потребление энергии с пищей человечеством значительно превосходит потребление энергии подавляющим большинством видов животных.

Все животные по способу потребления энергии делятся на плотоядных, травоядных и всеядных. Пищевые цепочки могут быть весьма сложными и разветвленными. Но для простоты рассуждений всеядных животных условно разделим на плотоядных и травоядных,. А пищевую цепочку плотоядных животных упростим до трехзвенной: плотоядные – травоядные – растительность.

Допустим, что условно плотоядные виды животных составляют только десятую часть всех видов животных, т.е. их число равно 10 тысячам. Предположим также, что один плотоядный вид в среднем потребляет в 1000 раз меньше энергии, чем человечество. Тогда потребление энергии всеми плотоядными животными в 10 раз превысит потребление энергии человечеством.

Потребление энергии травоядными животными в несколько раз превышает потребление плотоядных ввиду того, что оно должно обеспечить не только потребности плотоядных животных, но и собственное воспроизводство. Допустим, что потребление энергии травоядными в 5 раз превышает потребление плотоядных, или в 50 раз – потребление человечества.

Травоядные животные съедают не всю появляющуюся на планете растительность. Большая часть органической массы растений используется ими для своего воспроизводства и остается нетронутой. Допустим, что запас энергии, оставшийся в растительности, превосходит потребление травоядных животных в 10 раз и, соответственно, в 500 раз потребление человечества. Предположим, что половина этой энергии преобразуется, в конечном счете, в теплоту (использование в качестве топлива, лесные пожары, разложение растительных остатков с выделением тепла, выделение и последующее сгорание в атмосфере метана и др.). Тогда количество консервируемой солнечной энергии превысит потребление человечества в 250 раз.

Несмотря на все опасения, наша оценка величины консервации солнечной энергии оказалась не очень уж приближенной. В пересчете на плотность теплового потока, приходящегося на 1м² земной поверхности, эта величина составит qконс=0,315 Вт/м². Очевидно, что на три порядка ошибиться мы не могли, т.к. в этом случае количество консервируемой солнечной энергии превысило бы излучение всей Земли. А вот на один-два порядка занизить реальную величину консервации солнечной энергии мы вполне могли. В этом случае изменения доли солнечной энергии, идущей на консервацию, оказали бы определенное влияние и на изменение климата. Но даже если мы не ошиблись, то определённая нами минимально возможная величина консервации солнечной энергии все равно почти в 20 раз превосходит промышленное потребление энергии. А это означает, что, несмотря на постоянный рост мирового потребления топлива, запасы углерода на планете не уменьшаются, а накапливаются. Вопрос стоит только в доступности этих запасов. Как следует из проведенных расчетов, qя, qпр и qконс на несколько порядков меньше qизл. Следовательно, тепло, поглощаемое Землей, и тепло, излучаемое планетой, являются величинами одного порядка.

«Парниковый эффект»

Именно под этим названием широкой публике была преподнесена гипотеза о потеплении климата Земли вследствие повышения в её атмосфере концентрации углекислого газа. Между тем, парник на дачном участке – очень слабая аналогия Земли в космосе. Ещё в 1909 г. американский физик Роберт Вуд провёл опыты на модели парника и доказал, что степень поглощения инфракрасного излучения прозрачным покрытием практически не влияет на температурный режим парника. Полученные Вудом на модели результаты совершенно правомерно перенести на парник, но, увы, к теплообмену Земли с космосом они почти никакого отношения не имеют, ибо парник не является моделью Земли. Применительно же к парнику эти результаты большой ценности не представляют, т.к. с теплотехнической точки зрения вполне очевидны.

Благодаря многолетним усилиям массовой пропаганды в обществе сложилось превратное представление о работе довольно простого теплообменного устройства, каковым является парник. Большинство людей убеждено в том, что повышенная температура в парнике обеспечивается оптическими свойствами пленки, якобы пропускающей всю солнечную энергию и задерживающей всё тепло, накопившееся в парнике.

Для того чтобы разобраться с реальными процессами теплообмена между парником и окружающей средой, стоит вспомнить, что в природе, кроме излучения, существуют еще два вида теплопередачи – теплопроводность и конвекция. Обычно мы сталкиваемся с сочетанием всех трех видов теплопередачи. Но в каждом конкретном случае вклад отдельных видов теплопередачи различен. В твердых телах теплота передается теплопроводностью. А конвекция возможна только в текучих средах (газах и жидкостях). Причем, чем больше скорость среды, тем сильнее конвекция.

Парник получает тепло от Солнца только в дневное время, а отдает тепло окружающей среде круглые сутки (если, конечно, температура окружающей среды ниже температуры в парнике). Воздух в парнике изолирован от окружающей среды пленкой, поэтому прямой теплообмен парника с окружающей средой посредством конвекции незначителен (некоторое количество холодного воздуха все-таки проникает в парник через всегда существующие неплотности). Тем не менее, вследствие разности плотностей воздуха, обусловленной неравномерностью температур, в парнике возникает определенное движение воздуха. Такое движение воздуха определяет существование так называемой естественной конвекции.