Что не так с глобальным...: - физическая научная основа

Энергетический баланс Земли

Термин «глобальное потепление» означает увеличение средних температур поверхности земли и приземного слоя воздуха.

Тепло, это один из видов проявления энергии. В общем случае, энергия это способность совершать работу и для неё во времена Ньютона существовал термин «живая сила».

Как известно, существует несколько проявлений энергии.

Это – кинетическая энергия, энергия которой обладают движущиеся тела.

Это - потенциальная энергия, сжатая пружина, поднятый с земли камень, сжатый газ обладают потенциальной энергией.

Это – лучистая энергия, энергия света, влючающая излучение как видимого света, так и ультрафиолетовые, инфракрасные, рентгеновские лучи.

Это – тепловая энергия, здесь всё понятно и осязаемо.

Это – электрическая энергия, существующая благодаря взаимодействию электрических и магнитных полей.

Это - ядерная энергия, возникающая при распаде или синтезе ядер химических элементов. Она возникает либо спонтанно, либо в условиях экстремальных температур и давлений.

Это и химическая энергия, которая зависит от разрыва или образования химических связей и образования новых химических веществ. Для нас будет важной химическая реакция горения топлив, при которой мы получаем тепло, которое в дальнейшем превращаем в другие нужные нам виды энергии.

Почти все виды энергии, которые мы используем, связаны с солнцем (за исключением атомной энергии, которая обеспечивается ископаемым ураном). Мне могут возразить: - есть доказательства того, что нефть, и природный газ могут образовываться в недрах Земли без участия фотосинтеза. Это так, но нефть и газ отдают свою химическую энергию только при сгорании, для которого нужен кислород. А свободный кислород получается только при помощи фотосинтеза.

Попробуем разобраться, почему может происходить глобальное потепление. Другими словами – почему нарушается тепловой баланс на Земле.

Каких либо подтверждённых данных о том, что Солнце стало давать больше энергии на Землю нет. Значит, либо мы сами разогреваем климат, сжигая огромное количество ископаемых топлив. Либо что то случилось с отводом энергии от поверхности Земли.

В масштабах планеты вся производимая человечеством энергия выглядит очень скромно. Солнце за год присылает нам такое же количество энергии всего на площадку 30 × 30 километров. Это чуть больше, чем площадь Киева. Значит дело в отводе лишней солнечной энергии.

Говорить о тепловом равновесии можно только в том случае если излишки солнечной энергия компенсируются либо поглощением и складированием, (например, в уголь), либо отправляются обратно в космос в виде излучения.

Солнце – главный источник энергии на нашей планете. Солнечная энергия в основном поставляется на Землю в виде видимого света. Небольшие количества ультрафиолетовых и инфракрасных лучей большей частью поглощаются атмосферой. Поэтому и наше зрение воспринимает именно видимую часть спектра солнечного света. После поглощения части энергии атмосферой, до земной поверхности доходит энергия около 1000 Вт на каждый квадратный метр.

Затем, в среднем около 30% этой энергии отражается обратно в космос. Остальная часть нагревает планету или запасается растениями в виде органических веществ.

О величине отраженной солнечной энергии свидетельствует величина «альбедо». Она характеризует то, какой процент солнечной энергии данной поверхностью отражается.

Средние значения альбедо для различных видов поверхности суши, составляют, (в%):

Альбедо поверхности океана меняется в пределах 5–11%.

Читатель может спросить: - а как же отвод тепла от поверхности за счёт конвекции, когда нагретый воздух поднимается вверх, тем самым унося тепло? Это тепло остаётся в атмосфере планеты, вызывая её сильные возмущения (ураганы, смерчи). Для того, чтобы любое тело покинуло пределы планеты, оно должно иметь скорость равную первой космической (около 7,8 км/сек), а молекулы нагретого воздуха такой скорости не достигают, поэтому вечно останутся в плену земного притяжения.

С отражением видимого света всё понятно. Что же происходит с той немалой частью световой энергии, которая поглощается земными поверхностями? Тёмные поверхности этой энергией нагреваются. Нагреваясь, тёмные тела начинают «светиться» невидимым для нас инфракрасным светом. Эти инфракрасные лучи, (иногда называемые тепловым излучением), также как и видимые могут покидать пределы планеты. И ночью они остаются единственным средством охлаждения земной поверхности. Однако, для инфракрасных лучей существуют преграды, которые для видимых лучей прозрачны. Это парниковые газы. Парниковые газы являются препятствием на пути возврата теплового излучения Земли обратно в космос.

Парниковые газы

Водяной пар, является основным источником парникового эффекта. Хотя этот факт общеизвестный, водяной пар не принято считать виновником потепления климата. Поскольку зафиксировать глобальное повышение влажности атмосферы в результате человеческой деятельности – дело весьма непростое. Науке удобнее считать, что повышение концентрации водяного пара не происходит. Данный постулат можно поставить под сомнение исходя из следующих соображений:

- при сжигании нефтепродуктов, газа, древесины, кроме углекислого газа также образуется водяной пар;

- пар выделяется в большинстве технологических процессов (в том числе на атомных электростанциях);

- при потеплении климата и повышении температуры океана, увеличивается испарение воды;

Углекислый газ, он же диоксид углерода, (СО2), это бесцветный газ в полтора раза тяжелее воздуха. В небольших количествах может растворяться в воде, образуя слабую угольную кислоту. СО2 играет ключевую роль в процессе фотосинтеза, при котором растения под действием солнечного света поглощают из углекислого газа углерод и выделяют кислород. В земной атмосфере содержится около 0,03% углекислого газа.

Природными источниками поступления в атмосферу СО2 являются: вулканическая деятельность, лесные пожары, пожары торфяников, перегнивание органических материалов, таких как древесина, выделение из океанов, дыхание и пищеварение животных. Антропогенным источником углекислого газа в атмосфере является сжигание ископаемых топлив (уголь, нефтепродукты, природный газ). Косвенным фактором увеличения содержания CO2, является вырубка лесов, приводящая к уменьшению его поглощения По данным Википедии, хотя суммарное антропогенное выделение CO2 не превосходит 8% от его естественного годового прироста, наблюдается увеличение его концентрации во всё возрастающих масштабах.

Другие газы.

Основными источниками метана являются процессы анаэробного гниения (в болотах, кишечниках травоядных животных).

Источниками поступления оксидов азота в атмосферу являются высокотемпературные процессы (горение топлив, извержение вулканов, разряды молний). Концентрации таких газов в атмосфере колеблется в миллионных долях процента, хотя парниковая активность их превосходит активность CO2 в десятки и сотни раз.

Парниковый эффект

В чём суть и опасность парникового эффекта, который приводит к потеплению? Википедия даёт такое определение: «Парниковый эффект, это повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой теплового излучения планеты, наблюдаемой из космоса». Проще говоря, парниковый эффект, это блокирование атмосферой Земли отвода тепла в космос. Местный, временный парниковый эффект, мы можем наблюдать при помощи облаков. Если ночь облачная, то наутро будет теплее, чем при ясном безоблачном небе.

Вопреки навязанному средствами массовой информации мнению парниковый эффект не зло, а благо для жизни на Земле. Не будь парникового эффекта и парниковых газов атмосфере, средняя температура на поверхности Земли была бы близкой к минус 19°С. Фактически она составляет +14°С.

Впрочем, влияние парникового эффекта на температуру не следует недооценивать. Наглядным примером и моделью парникового эффекта является устройство называемое «горячий ящик». Устройство представляет собой ящик, все стенки которого покрыты теплоизоляцией, а верхняя часть покрыта стеклом. Внутренняя поверхность ящика окрашена в чёрный цвет. Солнечные лучи проходя через стекло, нагревают чёрные стенки внутри ящика. Тепло остаётся внутри благодаря непрозрачности стекла для теплового излучения. Об эффективности этого процесса свидетельствует факт, что при надлежащем утеплении стенок и установке двухслойного стекла, температура в ящике может достигать +120°С. В этом устройстве стекло играет роль парниковых газов.