Месяц: Сентябрь 2021

Ни в коем случае не пытаюсь склонить своих читателей в ту или иную сторону в развернувшейся в последнее время дискуссии по поводу того, какую все же энергетику стоит выбрать человечеству для предотвращения нависшей над планетой климатической катастрофы. Я не случайно все чаще и чаще обращаюсь к аргументам, подкрепленным выводами фундаментальной науки. А выводы эти – весьма неутешительны. В независимости от способа получения энергии – будь то «зеленые» методы или банальное сжигание углеводородного топлива – все они в равной степени вредны для окружающей среды.

Почему? Давайте разбираться.

В прошлом выпуске я на примере растительности рассказал как происходит преобразование энергии, пришедшей на Землю от Солнца. Оказывается, что в таком преобразовании участвует не только флора, но и фауна (мы с вами – не исключение). Более того, вся неорганика, находящаяся на поверхности земной коры – почва, минералы, вода (во всех возможных агрегатных состояниях) – все включено в бесконечный «оборот энергии в природе». Практически вся энергия, поступающая на землю с потоком солнечных лучей «перерабатывается» в излучение меньшей интенсивности, часть из которого используется для поддержания жизнедеятельности населяющих ее живых организмов, часть – возвращается назад в космическое пространство. Если посмотреть на нашу планету из космоса не только невооруженным глазом, но и с помощью специальной аппаратуры, можно увидеть, что Земля «светится» практически во всем оптическом диапазоне длин волн – от ультрафиолетового до инфракрасного. Это при том, что, как мы говорили в прошлом выпуске, основной пик солнечного излучения за пределами земной атмосферы приходится на жесткий ультрафиолет. Основное преобразование падающего потока происходит в атмосфере, затем вступает в действие земная кора и водная поверхность, и, в заключении, с отраженным от них излучением снова «работает» атмосфера. Заметьте, под термином «атмосфера» нужно понимать не только газовую смесь, формирующую основной ее объем, но и пары воды и мелкие твердые частицы — пыль, сажа, мелкая не видимая глазу органика.

Если бы все поступившее на землю солнечное излучение возвращалось назад в космос в неизменном виде, наша планета ничем не отличалась от других планет Солнечной системы – нестерпимо горячая на обращенной к Солнцу стороне и жутко холодная на противоположной. Жизни на ней в том виде, какая она существует сегодня, точно бы не было.

Благодаря наличию у нашей планеты атмосферы, земной коры и биосферы с их уникальными свойствами, энергия в объемах, необходимых для поддержания жизни аккумулируется вблизи ее поверхности. Энергия эта никогда не покинет Землю и будет нагревать ее. Пока существует атмосфера, процесс нагрева не остановится. В какой-то момент температура достигнет уровня, при котором жизнь в ее нынешней форме существовать больше не сможет. Сколько нам осталось? По разным оценкам, если не вмешиваться в природные процессы – от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов лет. Дело в том, что в ходе эволюции сформировался уникальный механизм утилизации излишков энергии, который спасал планету от перегрева – это механизм образования и хранения углеводородов. Сотни миллионов лет лишняя энергия, вместо того, чтобы чрезмерно нагревать планету, аккумулировалась в растениях и прочей биомассе, а после их гибели складировалась под толщей земной поверхности в виде угля, нефти и газа. Благодаря этому, Земля нагревалась не лавинообразно, а со скоростью, достаточной, чтобы живые организмы могли приспособиться к изменяющимся условиям.

Но вот несколько тысяч лет назад один из наиболее прогрессирующих обитателей планеты научился, в дополнение к живительному теплу, исходящему от Солнца, извлекать дополнительное тепло из природного «углеводородного аккумулятора». Сначала это делалось путем сжигания древесины или торфа, позднее – более энергоемких ископаемых видов топлива. Лишняя энергия снова вернулась в оборот и стала вносить свою лепту в нагрев планеты.

Хорошо это или плохо? С одной стороны, конечно же хорошо, ведь именно этот навык помог человеку выжить в период глобальных похолоданий, которых, как известно, в истории Земли было несколько. Те же динозавры или мамонты, несмотря на то, что были намного мощнее человека физически, не смогли пережить резких климатических скачков. С другой стороны, нерачительное и бездумное использование «углеводородного аккумулятора» привело к тому, что время, отведенное для существования всему живому и которое, как говорилось выше, могло растянуться на миллионы лет, стало катастрофически сокращаться. 

В чем же дело? А в том, что основной «техногенный» диапазон температур – это 100…300 градусов Цельсия. В данном диапазоне, как правило, работают все тепловые машины и нагревательные приборы, созданные человеком. Отказаться от их использования человечество уже не сможет – это приведет, если не к гибели, то к лавинообразной деградации человеческой цивилизации.

В то же время, в атмосфере существует так называемая зона поглощения (окно непрозрачности) ИК-излучения, которая находится в диапазоне длин волн от 5 до 8 микрометров, это как раз примерно соответствует той самой температуре от 100 до 300 градусов Цельсия. То есть искусственное тепло, вырабатываемое человеком, не может покинуть поверхность Земли. Это не значит, конечно же, что оно останется с нами навсегда. «Распадаясь» на более «холодные» составляющие (более длинноволновые излучения), тепло все – таки частично «просачивается» через атмосферный щит и улетает в космос. Но процесс этот не столь эффективен как нам хотелось бы, о чем говорит медленное, но неуклонное повышение средней температуры на планете.

Можно ли с этим бороться? Обсудим в следующий раз.

В заключении – традиционный дайджест некоторых событий и публикаций, имевших место за прошедшую неделю:

1. Bloomberg опубликовал свежий рейтинг самых состоятельных семей мира.
2. Время Больших Решений.
3. Второе серьёзное потрясение для Bitcoin за месяц.
4. Китай расширяет запрет на криптовалютные транзакции. Биткоин падает (англ).
5. Европа ищет истину в угле.
6. «Зеленый курс» завел Европу в ловушку.
7. Вопреки всему. Первая в мире страна перешла на биткоин. К чему это приведет?

Вы никогда не задумывались, почему растительность, покрывающая землю, а также водоросли, населяющие водоемы – в основном — зеленого цвета? Для ответа на этот вопрос давайте обратимся к физике, а именно – ее разделам, описывающим электромагнитное излучение.

Те из вас, кто хорошо учился в школе и университете, легко вспомнят, что электромагнитное излучение представляет собой гармонические колебания, а проще – волну, распространяющуюся в пространстве в направлении от ее источника к наблюдателю. Одна из важнейших характеристик такой волны – ее длина. Она так и называется – длина волны, измеряется в метрах и представляет собой расстояние между ближайшими точками на поверхности такой волны, колеблющимися в одинаковых фазах. Все виды электромагнитного излучения, доступные для наблюдения современному человеку, в зависимости от длин их волн, для удобства организованы в специальную шкалу, называемую спектром электромагнитного излучения.

На картинке хорошо видно, что данный спектр довольно широк – от тысячных долей нанометра для гамма – излучения, до сотен метров для радиоволн. Близко к середине, в районе примерно от 350 до 750 нанометров расположился видимый диапазон, то есть излучение, которое способен воспринимать человеческий глаз. И ровно посредине видимого диапазона находится свет с длиной волны 500 – 550 нанометров – зеленый! Получается, что зеленый свет находится практически в самой середине известного нам на сегодняшний день электромагнитного спектра.

Давайте посмотрим, что находится слева от зеленого. Из видимых длин волн – голубой, синий и фиолетовый. Далее – ультрафиолет ближний, средний, дальний и экстремальный. Еще дальше – рентгеновское и гамма – излучения. Не самые дружелюбные для человека и земных животных излучения, не так ли? Нужно отметить, что основной поток солнечной энергии, идущей в сторону земли, относится к экстремальному ультрафиолетовому излучению – от 30 до 100 нанометров. Если бы не земная атмосфера, которая рассеивает губительное излучение и понижает его энергию, жизнь на земле в таком виде, в котором она существует сегодня, вряд ли могла зародиться.

Теперь посмотрим вправо. Желтый, оранжевый, красный – из видимых, далее – инфракрасное, микроволновое и радио излучения. В диапазоне до 10 микрометров – длина волны, которая примерно соответствует температуре человеческого тела – инфракрасное излучение очень даже необходимо для существования как теплокровных, так и холоднокровных обитателей нашей планеты. Все, что выше – уже вызывает дискомфорт и даже опасность.

Выходит, нейтральный и безопасный зеленый свет – «самое то», что нужно для существования жизни на земле, в том числе – разумной, то есть нас с вами. Можно сказать, что сама природа озаботилась тем, чтобы создать человеку и его соседям по планете максимально комфортные условия.

На самом деле, конечно же, все не совсем так. Так как растения появились на земле задолго до возникновения мыслящих живых организмов, в результате естественного отбора выжили именно те из них, кто сумел приспособиться к «зеленым» окружающим условиям. Если бы изначально на планете стали преобладающими «красная» или «фиолетовая» растительность, возможно сейчас бы Землю населяли существа, прекрасно чувствующие себя под воздействием микроволн или жесткого ультрафиолета.

От физики перейдем к химии и биологии. Из этих наук мы знаем, что растения живут и размножаются благодаря процессу фотосинтеза. О нем мы уже говорили здесь и здесь. Используя углекислый газ и воду, растения строят из них полимерные цепочки – целлюлозу, из которой формируют свои корни, стебли, стволы, листья и хвою. Реакция образования целлюлозы довольно энергозатратная. Собственного внутреннего источника энергии у растений нет, поэтому требуется внешний. Этот источник – солнечный свет, причем – наиболее высокочастотная, а значит – наиболее энергичная его часть – ультрафиолет. Поглощая ультрафиолетовый фотон, растение «делит» его энергию на две части. Одну часть – использует в качестве источника питания для запуска реакции фотосинтеза, а вторую – возвращает назад в окружающую среду. Агрессивный ультрафиолетовый фотон, лишенный части своей изначальной энергии, превращается в фотон нейтрального зеленого цвета, который и придает комфортный человеческому глазу цвет растениям. Благодаря этому чудесному превращению мы, находясь в лесу, кроме насыщенного кислородом воздуха, имеем возможность наслаждаться прохладой и успокаивающим полусумраком.

Физику данного явления я рассказывать не буду. Для читателя, дружного с естественными науками, она и без меня хорошо понятна. Тем же, кто захочет разобраться с ней самостоятельно, гарантирую немало проведенного с пользой времени в постижении загадок атомной модели с ее энергетическими уровнями, для перехода между которыми электрон поглощает или наоборот излучает кванты энергии.

К чему я это все здесь рассказал? Вроде бы мы начали обсуждать всемирное потепление, климатическую миграцию и строительство новых сибирских городов, а тут – целлюлоза и фотоны! Да потому, что все это – и фотоны и великий «Кедровый путь» С. Шойгу – звенья единой логической цепи. О том, как они связаны будем разбираться в следующих выпусках.

В заключении – традиционный дайджест некоторых событий и публикаций, имевших место за прошедшую неделю:

1. Заброшенные города России: почему они появляются?
2. Над Европой нависла угроза новой волны инфляции.
3. Минфин России и Банк России представили на общественное обсуждение Стратегию развития финансового рынка до 2030 года.
4. КАМАЗ представил на международной выставке COMTRANS-2021 свой первый водоробус.
5. Мировой долг вырос до исторического максимума.
6. Более 200 млн. человек станут климатическими мигрантами к 2050 году.
7. Россия может стать легкими планеты.
8. Люди сами соглашаются на слежку за собой. Это плата за удобство.