Газета "Своими Именами" №28 от 09.07.2013

Газета Своими Именами (запрещенная Дуэль)

СМИ внушают обществу представление, что, по мнению большинства специалистов, потепление климата явилось следствием промышленных выбросов углекислого газа. Но это мнение настолько явно расходится с общеизвестными фактами, что назвать его даже «спорным» нельзя.

Чтобы показать очевидность непричастности промышленных выбросов углекислого газа к изменению климата Земли, предельно упростим изложение: никаких интегралов и дифференциалов – обойдёмся средними величинами. Попробуем также обойтись без ссылок на различные источники – всё, что можно, посчитаем сами.

Проблему «глобального потепления» можно разделить на три части. Во-первых,

это – собственно потепление климата. Во-вторых, влияние углекислого газа на изменение климата планеты. И в-третьих, влияние промышленных выбросов углекислого газа на его содержание в атмосфере. Попробуем с этими вопросами последовательно разобраться.

Тепловой баланс Земли

Земля получает тепло из трех источников. Самым мощным источником является, конечно, Солнце, температура поверхности которого составляет 5800°C. Второй источник тепла – ядро планеты. По оценкам, температура в центре Земли достигает 5-7 тысяч°C. Третий источник – промышленная деятельность человечества, в ходе которой различные виды энергии (химическая, атомная, гидроэнергия, ветровая и др.) преобразуются в тепловую энергию.

Тепловой баланс на планете поддерживается тепловым излучением Земли в космос. При нарушении теплового баланса температура на планете, соответственно, увеличивается или уменьшается.

Солнечный тепловой поток частично отражается, но в основном поглощается поверхностью Земли и её атмосферой. Часть попадающей на Землю солнечной энергии тратится растениями на преобразование углекислого газа (CO₂) в углеродные соединения. Растения служат пищей травоядным животным, а теми, в свою очередь, питаются хищники. Все животные являются своеобразными тепловыми двигателями, преобразующими энергию «топлива» (в качестве которого выступает органическая пища, содержащая углерод) в механическую энергию. Конечно, какая-то часть потребляемого углерода идет на строение живого организма, но его значительная часть тратится на совершение работы и переходит, в основном, в тепловую энергию. Таким образом, часть солнечной энергии при помощи растений и животных снова преобразуется в тепловую энергию.

Но значительная часть растительной массы, не пройдя полный цикл преобразований, остается в земле в виде своеобразной «консервированной солнечной энергии». Для приготовления различных видов «консервов» требуется различное время. Сухую траву природа изготавливает за несколько месяцев, слой торфа растет со скоростью 1-2 мм в год, для «приготовления» бурых углей требуется 10-60 млн. лет, антрацита – 200-250 млн. лет.

При составлении теплового баланса планеты необходимо учесть, что не вся поглощённая Землей солнечная энергия излучается в космос – часть её консервируется в виде органического топлива.

С учетом этого, уравнение теплового баланса Земли запишется следующим образом: Qт + Qя + Qпр = Qизл + Qконс, где Qт – часть поглощенной Землей солнечной энергии, преобразованной в тепло; Qя – тепло, поступающее к поверхности Земли из ядра планеты; Qпр – тепло, получаемое планетой от производственной деятельности человечества; Qизл – тепло, излучаемое Землей в космос; Qконс – «консервируемая» солнечная энергия.

Изменение любого из членов этого уравнения может привести к нарушению теплового баланса Земли и, соответственно, к её охлаждению или нагреву. Однако составляющие теплового баланса далеко не равноценны по своей величине. Для их оценки

нам потребуется провести некоторые расчеты. При этом мы не будем стремиться к большой точности – нам нужно будет просто «почувствовать цифры». И не очень страшно, если мы ошибёмся даже на порядок.

Легче всего оценить величину теплового излучения Земли. Для этого воспользуемся законом Стефана-Больцмана, согласно которому излучение тела пропорционально его абсолютной температуре в четвертой степени. Абсолютные температуры измеряются в градусах Кельвина, а шкала температур Кельвина смещена относительно шкалы Цельсия на 273 градуса (абсолютный нуль равен -273 °C). Поэтому, чтобы получить абсолютную температуру, нужно к температуре по Цельсию просто прибавить 273 градуса.

Закон Стефана-Больцмана для абсолютно чёрного тела можно записать в следующем виде: Q = c₀F (T/100)4 Вт, где T – абсолютная температура, °К; F – излучающая поверхность, м²; c₀ =5,67 Вт/(м2 К4 ) – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.

Абсолютно чёрное тело поглощает все, падающее на него излучение. Реальные тела поглощают не всё излучение, часть его отражают, а часть – пропускают через себя. Их поглощательная способность оценивается степенью черноты, которая для разных тел находится в пределах от 0 до 1.

Примем степень черноты Земли равной 0,9, температуру её поверхности – 0 °C или 273 °К. Тогда, в соответствии с законом Стефана-Больцмана, плотность теплового излучения Земли составит:

qизл = 5,67·0,9(273/100)4=283 Вт/м².

При расчете qизл единственный источник погрешности – степень черноты Земли. Но ошибиться при её оценке на порядок практически невозможно. Для справки: степень черноты льда равняется 0,95(лед кажется нам белым, потому что отражает видимое излучение, а вот невидимое человеческим глазом инфракрасное излучение поглощает практически полностью).

В дальнейших расчетах нам может оказаться полезным знание площади поверхности Земли. Приняв радиус Земли R = 6350 км = 6,35·106 м, по известной формуле рассчитаем площадь поверхности Земли: F=4ПR² =5,06·1014 м².

Зная плотность излучения Земли и площадь её поверхности, легко рассчитать тепловой поток, излучаемый Землей:

Qизл = qизлF = 143 млн. ГВт.

Чтобы представить себе эту цифру, скажем, что мощность излучения Земли примерно равна тепловой мощности 50 млн. крупных атомных реакторов.

Плотность теплового потока из центра Земли можно рассчитать по формуле: qя =(tц – t0)λl/R=0,01Вт/м², где tц=6000 - температура в центре Земли; t0 =0 - средняя температура поверхности Земли; l=10 Вт/(мК) – принятый средний коэффициент теплопроводности Земли.

Разумеется, такой расчёт является очень приближённым. Для точного расчёта теплового потока из центра Земли нужно было бы знать распределение пород по глубине Земли, коэффициенты теплопроводности каждой из этих пород, зависимости всех коэффициентов теплопроводности от температуры, распределение температур по глубине Земли. Принятый нами в расчёте средний коэффициент теплопроводности l=10Вт/(мК) носит, конечно, весьма условный характер. Но больше, чем на порядок, мы вряд ли ошиблись. Для справки: коэффициент теплопроводности глины – 0,7-0,9 Вт/(мК), железа – 92 Вт/(мК).