Газета "Своими Именами" №28 от 09.07.2013

Газета Своими Именами (запрещенная Дуэль)

Благодаря естественной конвекции теплота от нагретой Солнцем почвы передается воздуху, нагретые слои воздуха поднимаются вверх и посредством той же естественной конвекции передают теплоту внутренней поверхности плёнки, а охлажденные слои воздуха опускаются вниз. Теплота от почвы к плёнке передается также излучением. Часть излучения проходит через плёнку, а другая часть – поглощается ею. Теплота от внутренней поверхности передается теплопроводностью внешней поверхности плёнки. А от неё теплота передается окружающей среде конвекцией и… излучением (о таком физическом факте борцы с углекислым газом умалчивают). Ввиду небольшой толщины плёнки её термическое сопротивление очень мало, вследствие чего температуры внутренней и внешней поверхностей плёнки очень близки. А это означает, что плёнка почти не задерживает тепловое излучение, т.е. коэффициент поглощения инфракрасного излучения плёнкой практически не влияет на температурный режим парника. Плёнка в парнике выполняет иные функции: пропускает солнечные лучи и препятствует проникновению в парник холодного воздуха.

Теплообмен Земли с космосом кардинально отличается от теплообмена парника с окружающей средой. Во-первых, Земля обменивается теплом с космосом посредством только излучения (теплопроводность и конвекция участвуют в теплообмене на промежуточной стадии обмена теплотой между Землёй и её атмосферой). А во-вторых, Земля излучает тепло в пространство, температура в котором близка к абсолютному нулю, в отличие от парника, излучающего теплоту в среду с близкими температурами.

Отрицательные обратные связи

Отрицательные обратные связи используются в системах автоматического управления для обеспечения устойчивости системы. Природа в целом представляет собой огромную систему, для устойчивости которой необходимы бесчисленные отрицательные обратные связи, роль которых исполняют объективные законы природы. В любой природной системе, большой или малой, при появлении возмущения включаются отрицательные обратные связи, направленные против возникшего возмущения и стремящиеся вернуть систему в первоначальное состояние. И чем сильнее возмущение, тем большее сопротивление оно встречает. Например, чем сильнее мы сжимаем пружину, тем с большей силой она стремится разжаться. Или: сопротивление движению тела пропорционально квадрату его скорости.

Современные климатологи уверяют нас, что за последние сто лет температура на планете увеличилась на 0,7°C. Допустим, что действительно по каким-то причинам за сто лет температура на планете повысилась на 0,70°C. Но повышение температуры является возмущением системы. Земля не может остаться к этому равнодушной и сразу же включает обратные связи, направленные на снижение температуры.

Во-первых, повышение температуры вызывает дополнительное таяние льдов, что требует определенных затрат тепла (теплота плавления льда составляет 333 кДж/кг). Во-вторых, усиливается испарение воды, требующее ещё больших затрат тепла – теплота парообразования воды составляет 2260 кДж/кг. Для сравнения: теплоёмкость воды равна 4,2 кДж/(кг·град), воздуха – 1 кДж/(кг·град). Иными словами, таяние 1 кг льда приводит к уменьшению температуры на один градус 79 кг воды, или 333 кг воздуха. А испарение 1 кг воды вызовет уменьшение температуры на один градус 540 кг воды или 2260 кг воздуха.

В-третьих, повышение температуры Земли приводит к увеличению её теплового излучения. Если средняя температура Земли в настоящее время составляет 0°C или 273°К, то сто лет назад, в соответствии с данными климатологов, она равнялась 272,3°К. Согласно закону Стефана-Больцмана, за счёт повышения температуры излучение Земли в настоящее время должно было бы увеличиться по сравнению с излучением сто лет назад в (273/272,3)4 =1,01 раза. Следовательно, только для того, чтобы температура на Земле не снижалась, необходимы, по сравнению с началом прошлого века, увеличение поглощения теплоты атмосферой, как минимум, на 1%, либо соответствующий прирост тепла, поступающего от Солнца.

Углекислый газ в атмосфере

Атмосфера Земли состоит в основном из азота (78%) и кислорода (21%). В относительно малых концентрациях в атмосфере присутствуют и другие газы: аргон, водяной пар, углекислый газ, неон, метан, водород и др.

Концентрация различных газов в зависимости от их плотности распределяется неравномерно по высоте атмосферы – концентрация тяжелых газов выше в нижних слоях, а легких – в высоких слоях атмосферы. Плотность газа пропорциональна его молекулярному весу. Молекулярный вес азота (N₂), составляющего 78% атмосферы, 14·2=28, кислорода (O₂) – 16·2=32, водяного пара (H₂O) – 1·2+16=18, углекислого газа (CO₂) – 12+16·2=44. Углекислый газ концентрируется в основном в нижних слоях атмосферы. Водяной пар поднимается на определенную высоту и образует облака. Подняться еще выше пару мешает конденсация, усиливающаяся с понижением температуры и с увеличением концентрации водяных паров. Концентрация кислорода уменьшается с высотой, но её изменение не такое сильное, как у других газов, ввиду близости молекулярных весов азота и кислорода.

Содержание CO₂ в атмосфере составляет примерно 0,04%. Несмотря на малую концентрацию, углекислый газ играет важную роль в нашей жизни, обеспечивая пищей всю растительность Земли. Однако, невзирая на несомненные заслуги, углекислый газ в последние десятилетия подвергается постоянным нападкам. Его уже причислили к «вредным выбросам» и назвали главным виновником грозящей человечеству катастрофы в виде глобального потепления. Появились даже предложения своеобразного «уголовного наказания» углекислого газа в виде закачивания его под землю.

Попробуем спокойно разобраться, насколько обоснованны эти обвинения. CO₂ обладает свойством поглощать часть инфракрасного излучения. Причём задерживает он не только излучение, идущее от Земли, но и излучение, идущее от Солнца. Но т.к. CO₂ концентрируется в нижних слоях атмосферы, задержка солнечных лучей не приводит к охлаждению воздуха вблизи земли, а поглощение земного излучения нагревает нижние слои атмосферы. Так что CO₂ виноват не в том, что задерживает инфракрасное излучение, а в том, что слишком тяжёлый и не может подняться наверх (водяной пар ещё сильнее поглощает тепловое излучение – и никаких претензий!). Вина углекислого газа в повышении температуры воздуха несомненна, но насколько она велика?

Все газы отличаются селективным (избирательным) излучением и поглощением: они поглощают излучение только в определенных интервалах длин волн, для волн, не входящих в эти интервалы, газ является прозрачным. CO₂ имеет только три заметные полосы поглощения: в интервалах длин волн от 2,4 до 3,0 мк, от 4,0 до 4,8 мк и от 12,5 до 16,5 мк. (Всё инфракрасное излучение находится в диапазоне от 0,8 до 800 мк.) Но и в этих узких полосах поглощения даже максимальные значения коэффициентов поглощения меньше единицы.

Борцы с углекислым газом утверждают, что, по данным исследования полярных льдов, содержание CO₂ в атмосфере за последние 150 лет увеличилось на 30%. Иными словами, концентрация CO₂ увеличилась с 0,03% до нынешних 0,04%, т.е. на 0,01%. Представляется крайне сомнительным, что эти несчастные 0,01% концентрации CO₂, поглощающего тепло в узких диапазонах, способны поглотить более 1% всего излучения Земли (как мы выяснили выше, это необходимо для того, чтобы повышенная на 0,7°C, по сравнению с началом прошлого века, температура планеты не снижалась). Попробуем проверить наши сомнения оценочными расчётами.