artyom_ferrier (artyom_ferrier) wrote,
artyom_ferrier
artyom_ferrier

Category:

Снова о парниках и эффектах

В последнее время (да и раньше) я сказал много ласковых слов про эту потеплистскую алармистику и борьбу с якобы убийственной для планеты эмиссией углекислоты. Ну, это действительно совершенно антинаучная шизуха, которая не только тормозит развитие Цивилизации, но и наносит огромный ущерб репутации как учёного сообщества, так и реальной заботе об экологии. При этом, сложно сказать, действительно ли имеет место Глобальное Потепление, но, если имеет, то а) явно не в тех масштабах, в каких хотелось бы; б) оно уж точно не может быть вызвано повышением углекислоты в атмосфере с трёх сотых процента до четырёх сотых (хотя может быть вызвано каким-то иным антропогенным фактором; скажем, сведение зелёных лесов под чёрные пашни в наиболее подогреваемых экваториальных регионах).

Да, СО2 — это парниковый газ, но в таких мизерных количествах он не работает как «завеса» на пути исходящего с поверхности инфракрасного излучения (в отличие от водяного пара, который может так работать). Чтобы парниковые свойства углекислоты сыграли — нужно, чтобы она абсолютно доминировала в атмосфере, как на Венере, а не «формально присутствовала», как на Земле. Об этом, впрочем, после.

А сейчас, ради баланса, должен сказать, что порой и скептики, которые чувствуют подвох во всей этой алармистской ахинее, тоже строят очень своеобразные «контртеории».

Помню, доводилось как-то общаться с одним дядечкой, который не физик, а инженер по образованию и бизнесмен, и вот он заявил: «А я, если честно, вообще не верю в этот так называемый «парниковый эффект». Вот они (алармисты) всё тычут пальцем в эту Венеру, мол, там из-за углекислого газа и парникового эффекта такая огромная температура, а как по мне — всё проще. Там просто масса атмосферы огромная, давление огромное, и вот когда газ сжимается — понятно, что он нагревается».

Я тоже не физик, и даже не инженер, но просто по возрасту ближе к школе, чем он. Поэтому пришлось возразить: «Э, нет, это мы сейчас с вами перпетум мобиле создадим. Насколько понимаю, тело при сжатии только один раз нагревается, а не служит вечным источником тепла. Потом-то — по-любому должно отдать то тепло излучением. А будь такая лафа, что один раз сжал и лови эффект до бесконечности — у нас бы в Марианской впадине пар стоял и фундамент Импайр Стейт Билдинга дымился бы».

Он вынужден был согласиться, поразмыслив. Но его ляп, конечно, не отменяет того факта, что модели, предлагаемые потеплистами, где чуть ли не главным действующим лицом сложнейших физических взаимодействий на Земле и в её окрестностях делают вполне себе безобидный и даже полезный газ, составляющий четыре сотых земной атмосферы, где он возводится в ранг этакого «вируса», способного убить слона, - это неимоверная профанация и вульгаризация.

Между тем, такое явление, как «парниковый эффект», - оно реально существует. Но я уже говорил, что его название, сугубо метафорическое, легко может вводить в заблуждение. Поскольку в действительности механизм его работы имеет очень мало общего с огородными теплицами.

Последние — работают прежде всего за счёт механической изоляции грядок с огурчиками-помидорчиками от вполне себе обычного, «контактного» теплообмена между воздушными массами. Именно это — главное в теплице, что она защищена от более прохладного ветра со стороны и от утечки собственного нагретого воздуха конвекцией. Перенос тепла излучением — в данном случае играет очень малую роль. Поэтому в принципе пофиг, из чего сделано покрытие — из стекла, непрозрачного для инфракраса, или из вполне себе прозрачного пластика.

Планетарный же парниковый эффект — он именно про потоки излучения «туда-сюда» и избирательную спектральную проницаемость «покровного материала» (то есть, атмосферы). Поскольку обмениваться теплом с космосом «контактным» способом — возможным не представляется. Там не с чем контактировать. Ну и единственное, что роднит планету, окружённую парниковым газом, с обычной теплицей — так это возможность удерживать вблизи себя какую-то часть тепла, поступающего от светила. Не сразу отдавать в космос — а вот получать в своё распоряжение на какое-то время.

При этом, парниковые газы бывают разные. Ведут себя немножко по-разному (и это, честно сказать, до сих пор в процессе изучения). Мало установить про некий газ, что он непрозрачен для исходящего от планеты излучения (инфракрасного, как правило), чтобы смоделировать его участие в термобалансе. Важно знать: а) как именно он непрозрачен; б) как именно он присутствует в атмосфере.

По первому пункту надо помнить, что когда некое излучение попадает в некую вещественную среду, она может поступить с ним трояко. Либо пропустить, либо поглотить, либо отразить. Ну или — некая комбинация этих таможенных политик.

Если пропускает — значит, прозрачна для этого излучения. Но когда непрозрачна, то вот важно, что именно она с ним делает: поглощает — или отражает.

Так вот, не вдаваясь в квантовую всякую заумь, молекула СО2 предпочитает поглощать фотоны инфракрасного излучения, исходящие от умеренно нагретых планет (там тоже есть нюансы, поскольку инфракрас - довольно растяжимое понятие, и для некоторых длин волн, излучаемых на некоторых температурах, углекислота прозрачна, но не будем морочиться).

Таким образом, вот исходит от нагретой земли пучочек инфрокраса, встречает на пути молекулу углекислоты — и она его поглощает. При этом — подзаряжается его энергией.

А что делает молекула газа, когда получает лишнюю энергию? Начинает веселиться и прыгать в броуновском движении, наскакивая на другие молекулы. При этом передаёт им часть энергии, а часть — излучает сама тоже в инфракрасе, поскольку все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля — стремятся её излучить.

Что же касается места СО2 в атмосфере, то, вообще-то, он чуть-чуть тяжелее воздуха. В смысле, это часть воздушной смеси, пусть очень малая, но он тяжелее кислорода и азота. Поэтому в целом стремится вниз, чтобы деревья могли ухватить его своими листиками.

Но азот и кислород, составляющие абсолютно большую часть земной атмосферы — они практически прозрачны для инфракраса. Они не ловят от него фотоны, не получают дополнительную энергию. А СО2 — получает. И, начиная дёргаться энергичней, бодаясь с другими молекулами других газов, поднимается. Но обычно не очень высоко, поскольку он теряет эту энергию так или иначе.

Как при этом его движения влияют на подогрев всей прочей атмосферы? Да никак практически. Это четыре сотых процента — о каком тут серьёзном влиянии можно говорить?

Как его наличие, вот в этих концентрациях, влияет на способность земной поверхности отдавать тепло инфракрасным излучением? Да тоже никак. Оно отдано. Что по дороге повисло на этой молекуле углекислоты — ну, это её горе или радость, а не земной поверхности. Да и молекула это тепло отдаст в конце концов в космос. И те немногие молекулы других газов, подогретые её прыжками — тоже отдадут излучением. Никаких проблем.

При этом в земной атмосфере углекислота присутствует довольно рассредоточено. Не кучкуется. И если считать её «стеной» на пути исходящего от Земли инфракраса — то это вот очень такая разобранная на кирпичики стена.

Другое дело — когда атмосфера планеты состоит преимущественно или почти полностью из углекислого газа. Вот как на Венере. Там — да, его способность поглощать исходящий от поверхности инфракрас и нагреваться от этого — начинает играть существенную роль. Это тепло — как бы «замирает» вблизи поверхности. Его не так просто отдать вверх, когда кругом такие же молекулы СО2, и вот они греются, давят друг на друга — кошмар, что творится.

Хотя в случае с Венерой — не вполне ясно, обусловлена ли её эпическая температура только лишь парниковым эффектом, или ещё немножко — непреходящей вулканической активностью. Ну, это трудная для изучения планета. Как говорил уже, туда даже зонды-роботы соваться боятся, и мы очень многого не знаем о тех мрачных делах, какие там творятся под покровом сернистых облаков.

Но в случае с Землёй СО2 — практически никакой роли не играет и не может играть в создании парникового эффекта. Скорее, он мог бы работать наоборот, на охлаждение Земли, блокируя тот инфракрас, который есть и в солнечном нисходящем излучении, не пуская его к поверхности. Но вот вследствие реально мизерного его содержания — он, можно сказать, вообще на лучевой баланс не влияет. Зато, конечно, очень сильно влияет на жизнь на планете, предоставляя главный для неё строительный материал.

Между тем, конечно же, есть в земной атмосфере и настоящие парниковые газы.

Можно было бы помянуть, для полноты картины, озон, трёхатомный кислород, но его в этой связи поминать не принято, поскольку было уже объявлено, что он хороший. Его в своё время героически спасали от холодильников. Если сказать теперь, что он тоже один из виновников Глобалворминга, поскольку тоже не пропускает инфракрас, - получится, что зря была вся эта шумиха с запретом фреона. Но, ради справедливости, стратосферный озон и мало влияет на отдачу планетой инфракраса. Он на таких высотах обитает и в такой холодрыге, что в общем-то пофиг, когда он, подзарядившись ИК, чуть-чуть приподнимается. Зато — он действительно блокирует самый жёсткий ультрафиолет, чьё беспрепятственное проникновение к поверхности никого бы здесь не порадовало. Правда, и образуется автоматически фотолизом кислорода (тоже ультрафиолетом, но немножко другим, не будем вдаваться в подробности).

Ещё, конечно, новейшая страшилка — метан. Он как вырвется из тающих арктических льдов да из болот на месте оттаявшей вечной мерзлоты, да как окутает всю планету — и тогда мы точно все умрём. Ну это уж, честно, на грани клинического слабоумия. Метан — во-первых, очень лёгкий, он по определению займёт самые верхние эшелоны атмосферы, где всем пофиг, пропускает он инфракрас или нет, а во-вторых — хорошо горючий. Поэтому, сколько бы его ни утекло с Земли — он очень быстро раскладывается на углекислоту и воду при взаимодействии со свободным окислителем (который есть в нашей атмосфере, по счастливому совпадению) и со «спичкой» в виде молнии.

Но истинный, полноценный парниковый газ для планеты Земля — только один. Водяной пар. Вот он — во-первых, умеет не только поглощать, но и отражать инфракрасное излучение, а во-вторых — имеет склонность не рассредотачиваться, как СО2, а сбивать в плотные такие экраны, называемые «облака». Поэтому его может быть в атмосфере в целом и сравнительно немного, в общем объёме, но вот локально — он реально способен создавать стену на пути инфракрасного излучения. Причём — довольно такую «зеркальную», отражающую стену.

Поэтому, собственно, в пасмурную ночь поверхность под тучами выхолаживается гораздо меньше, чем в ясную (при прочих равных). Происходит такой обмен инфракрасом между землей и облаками. И водяные облака, в отличие от углекислоты, не столько поглощают ИК, не столько сами от него нагреваются (хотя и это — тоже), сколько — отсылают обратно. Они с поверхностью — этак шпыняют ИК друг другу. И вот это — действительно позволяет удерживать тепло на поверхности.

Но вместе с тем, в случае надобности — облака работают и на понижение температуры. Поскольку отражают не только инфракрас с земли, но и солнечный свет в широком спектре. Снижают проницаемость атмосферы вдвое и выше.

Ну и вот водяной пар (вообще вода, вещество, которое умеет присутствовать в земных условиях в трёх агрегатных состояниях, легко их меняя) — это действительно и серьёзный парниковый газ, и критически важный регулятор климатической системы. По сути, основное её «рабочее тело».

Что до парникового эффекта как такового, с которым эти наскипидаренные параноики всё призывают бороться, бросив все прочие дела, то я вот долго думал, как бы сформулировать его сущность и значение, чтоб было понятно и детишкам. Потому что «теплица» - это всё же довольно вычурная и сбивающая с толку метафора.

Лучше — представить себе речку. Вот она течёт от истока до устья, издалека-долго. Но тут решают вдруг: «А чего она просто так течёт? Давайте гидроэлектростанцию на ней построим».

Для этого строят плотину, делают водохранилище, создают перепад высот конкретно в данном месте — и направляют воду реки на турбины так, чтобы максимально задействовать обретённую той водой кинетическую энергию.

То есть, сначала придерживают её в водохранилище за плотиной, чтобы эта вода, поднявшись, набралась потенциальной энергии — а потом реализуют через кинетическую.

При этом, что характерно, не меняется ни перепад высот между истоком и устьем, ни общий сток реки (если не брать в расчёт такие мелочи, как повышенное испарение с поверхности водохранилища или уход в грунтовые воды). Просто — в одном конкретном месте мы запруживаем поток воды, накапливаем его — и вырабатываем энергию.

Хотя на самом деле, это громко сказано, будто мы вырабатываем энергию. Нет, мы её только получаем. А вырабатывает — всё-таки солнце, которое подняло пар с поверхности моря, устроило ветер, перенесло этот пар в бассейн реки — и вот так мы получили эту подвижную воду, с которой можно снять немножко энергии.

Так вот парниковый эффект, применительно к планетарным делам, это то — что позволяет создать «водохранилище». То есть, это такая запруда на пути энергетического потока из внешнего источника (звезды, живого термоядерного реактора), которая позволяет накапливать ту энергию и распоряжаться ею.

Замечу, сам по себе парниковый эффект (то есть, такое устройство планетарной оболочки, которое пропускает излучение звезды, но придерживает излучение нагретой звездой планеты) — ещё не образует собственно распоряжения энергией. Но — создаёт к этому предпосылки. Что вот не просто сразу же и тупо отдаётся обратно в космос всё, что было получено от щедрот светила, а — создаётся некоторый резервуар.

Конечно же, если энергия в этом резервуаре не будет как-то преобразована — она в любом случае вернётся в космос. Ну или планета нагреется так, что начнёт светить в диапазоне, проникающем через оболочку (это вот если представить некое идеальное зеркало в вакууме), или эта оболочка так или иначе нагреется и сама будет отдавать тепло в космос собственным инфракрасом (как это происходит с реальными планетами, окружёнными сколь угодно мощными слоями парниковых газов).

Точно так же, как, с турбинами или без, наше водохранилище не будет удерживать воду бесконечно. Нет, наполнится, перельётся через край — и речка дальше потечёт.

Но лучше, конечно, раз уж у нас есть эта дамба, это водохранилище — пускать воду через турбины и снимать энергию, чтобы потом как-то использовать.

Так же думают и планеты, достаточно продвинутые в своём умственном и физическом развитии. Особенно, если у них есть подходящие рабочие тела для перераспределения и преобразования той энергии, которую им удалось придержать в этом «резервуаре», сиречь, близ поверхности, благодаря парниковому газу.

Образуется среда, в которой можно использовать эту придерживаемую энергию для всяких механических и химических манипуляций. Становятся в принципе возможны такие химические реакции, которые требуют энергозатрат. В результате — получаются вещества всё более сложной организации. Ну, вплоть до таких навороченных молекулярных комплексов, что даже учатся воспроизводиться. Вплоть до таких даже молекулярных комплексов, которые даже умудряются закончить универ и получить учёную степень.

И вот тогда — они начинают неистово бороться с парниковым эффектом и парниковыми газами, уверяя, что повышение температуры — это самое страшное, что может случиться с планетой, которая за последний миллион лет десять раз покрывалась льдом чуть ли не до тропиков и может запросто сделать это ещё раз при малейшей смене наклона оси.

Смотришь на них и думаешь: Земля, вот зачем ты так старалась сберечь на себе тепло и зародить жизнь? Чтобы вот такие формы жизни получить и такую-то благодарность от них?

Но, думаю, этому потеплистскому психозу — недолго осталось править бал и можно будет уже разумно заняться вопросами климатического планирования.

Целевое повышение средней температуры — пять градусов в ближайшие пятьдесят лет, ликвидация вечной мерзлоты в Северном полушарии, целевое содержание СО2 — между 1000 и 1500 ppm. Можно сказать, «гайя-трансформация». И вот тогда старушка Земля станет тем, чем она всегда хотела быть, ради чего растила нас, припасая для нас карбон, отрывая последнее от своей атмосферы.

Если б баллотировался в президенты Земного Шара — это было бы самой важной частью программы. И это имело бы успех. Поскольку все устали слушать это «хипповское» нытьё, как мы стоим на пороге катастрофы и будто бы ничего не можем сделать, кроме как отказаться от бренных радостей жизни, урезать пайки и покаяться перед папуасами и белыми мишками за Глобалворминг (и все прочие грехи наши тяжкие). Было уже такое. Рим так рухнул, когда развитие материальной культуры и наращивание энерговооружённости променяли на всякую душеспасительную муть.

И то была бы оптимистическая программа, устремлённая в будущее. Подобающая времени. Ну, мы в двадцать первом веке — или где?

Главное же, как говорил уже когда-то, если считать потепление планеты на несколько градусов и оттаивание субарктических зон чем-то плохим, если считать это проблемой — то она в принципе не имеет решения.

Ну вот предположим даже, что прямо завтра открыли термояд с положительным выходом энергии. С огромным выходом — из ничего буквально. Чистое преобразование вещества в энергию. Дёшево, доступно, безопасно.

От ископаемого и любого иного топлива можно отказаться прямо сразу и полностью. Так, только шашлычки да копчёная на ольхе рыбка.

Но что думаете, Глобального Потепления удастся избежать? Ага, да конечно!

Где холодно — вот теми самыми токомаками будут греть. И не только дома, но и улицы, и поля. Где жарко — кондиционеры врубят, опять же, так, чтоб целые города опрохладить. А тепло от них — куда-нибудь отведут, но в планетарный баланс оно вольётся.

То есть, мы будем подогревать планету уже не мифическим парниковым газом (а СО2 в земных условиях — в общем-то мифический в этом качестве), а напрямую своим энергетическим воздействием.

Почему мы это будем делать? Да потому, что мы всегда стремились сделать среду обитания — максимально комфортной для нас. По этой причине, в общем-то, и развивались (когда не сбивались с пути истинного на поиски всякой мистической хрени вроде «вселенской гармонии»).

Конечно, иногда мы, вынужденно, портили эту среду, отравляя её всякой химической дрянью. Но это не было целью, это были лишь издержки на пути к цели, на пути к комфорту. И чем больше наша энерговооружённость — тем лучше мы способны убирать за собой.

Но пяток «лишних» градусов тепла в планетарный баланс — это не то, что мы, в здравом уме, хотели бы убрать. Это то, что мы хотели бы иметь.

Нарушатся привычные потоки распределения воздушных масс? Вентиляторы поставим. То же — с морскими течениями. Да, и дноуглубительные работы — для компенсации лишней воды от таяния ледовых панцирей.

Но как всё-таки быть с метаном, который вырвется изо льдов да болот да коровьих жоп? Истребитель с зажигалкой послать, блин! Ну, полёт — братья Райт открыли, и это было не вчера. А воздушный шар — так и вовсе Монгольфьер.

Tags: глобальное потепление, грядущее
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 4 comments