Дерзкие мысли о климате

После некоторого шока я всё же снова вернулся к анализу причин, приводящих к увеличению энтальпии замерзающего водоёма, продолжая представлять его заключенным в термо-адиабатически изолированном участке. Всякую возможность поступления дополнительного тепла в такую изолированную систему пришлось сразу отбросить, как абсолютно бессмысленную. Оставалось искать только какую-то работу внутри этой системы, как эквивалент теплоты, но работу, которая бы обеспечивалась какой-то обязательно внешней, по отношению к системе, силой.

Снова обратил внимание на представлявшийся ключевым факт всплывания стаивающего льда на воде. Что такое всплывание? Это движение массы какой-то силой, а, значит, это работа, которая, как мы уже знаем, в конце концов и приводит к тому, что теплота плавления возвращается в водоём многократно интенсивнее, чем удаляется зимой такое же количество теплоты кристаллизации. Однако, если эта работа внутренней, принадлежащей самой изолированной системе, силы, то мы опять не раскрываем тайну дополнительного поступления энергии извне системы, как того требует закон сохранения и превращения энергии. В этом смысле не годится и постулируемая законом Архимеда подъёмная сила, действующая на тело, погруженное в жидкость или газ, поскольку она мыслится заключенной в самой изолированной системе. Тут опять не обошлось без раздумий о тяжком бремени неординарных исследований. Но цель обозначилась точнее – все же это должна быть сила и обязательно внешняя. Не сразу, но, наконец, прочно пришло осознание, что внешней силой, от которой невозможно оградиться никакой изоляцией, может являться только тяготение, а в нашем случае – внешняя сила земного притяжения! Это она заставляет более плотную воду опускаться в сторону наибольшей массы Земли и выталкивает тем самым менее плотный лёд к поверхности воды. Она такой работой задаёт и неравновесность обмена теплотой фазовых превращений при намерзании и плавлении льда, приводящую к увеличению энтальпий замерзающего водоёма, в отличие от вечной мерзлоты, где эта сила не способна осуществлять подобной работы.

Анализу работы силы тяготения на Земле мы далее специально посвятим ещё немало страниц, а сейчас с удовлетворением можем отметить, что новым обнаружением этой давно известной силы, нам удалось кажется завершить объяснение своего открытия и примирить его с законом сохранения энергии. Оказалось, что неравновесность собственно теплообмена замерзающего водоёма с внешней средой в конце концов устраняется эквивалентом работы силы земного притяжения в полном соответствии с требованием закона сохранения и превращения энергии.

В аналогичном случае неравновесного теплообмена мы неизбежно придём к ошибочному заключению о нарушении закона сохранения энергии, если будем считать обмен только теплотой, а не всей энергией, в состав которой включается, и работа внешней силы земного притяжения. Думаю, что читатель уже понял, как сложен был путь к примирению обнаруженного открытия с законом сохранения и превращения энергии и как важно было здесь вспомнить о превращении внешней силы в работу, повышающую количество внутренней энергии в мысленно замкнутой системе.

Теперь можно снять эту условную замкнутость и все явления снова предоставить как они есть без неё. И ничего в добытых нами представлениях не изменится.

Стоит ли после этого удивляться, что, впервые услышав об обнаруженной неравновесности теплообмена, мои оппоненты в первую очередь обвинили меня в невежестве, выразившемся якобы в незнании закона сохранения и превращения энергии. Их главный аргумент сводился к тому, что раз замерзающий водоём существует в неизменном от года к году тепловом режиме, значит сохраняется строгий баланс его теплообмена с атмосферой, и этого якобы уже достаточно, чтобы закон сохранения здесь не нарушался. Мои ссылки на очевидность разительных различий сумм атмосферного «тепла» и «холода» необходимых на таяние и намерзание равных слоев плавучего льда, сходу объявлялись невозможными и несущими какую-то «завиральную» идею.

Аналогичные мыслительные препоны не позволили до сих пор увидеть и саму обнаруженную мною закономерность неравновесного теплообмена замерзающего водоёма с атмосферой. К её раскрытию полвека назад едва ли не более всех приближался В. В. Шулейкин, исследуя тепловой баланс ледовитого (Карского) моря, описанный в ряде его книг и статей.

В то время ещё не было достаточных данных о суммах градусо-суток отрицательной и положительной температуры воздуха над полярными морями и примерное их значение он определял косвенно, по интенсивности солнечной радиации. Они позволили В. В. Шулейкину составить график суммарной кривой потока тепла положительной и отрицательной температуры между замерзающим морем и атмосферой (рис. 5).

Рис. 5. Суммарная кривая внешних тепловых потоков, воздействующих на «ледовитое» море (по В. В. Шулейкину, 1962).