Дерзкие мысли о климате

Итак, выпадение дождя вызывается силой тяжести (в этом никто не сомневается), но на место выпавшей воды в атмосферу этой же силой, но обращенной на выталкивание, поднимается такая же масса пара. А вот об этой последней возможности, подсказанной Ф. Энгельсом, мало или почти никто из нас не знал. Зато часто говорят и пишут о так называемой потенциальной энергии падающих или уже упавших до неопределенного по отношению к центру тяжести Земли положения, потенциальная энергия которых в этом случае, условно принимается равной нулю. «Потенция» (с латинского) означает возможность, способность, обладание какой-то силой, могущей выполнять какую-то работу. Здесь кругом неопределенности, условности и неясные своей постановкой задачи, вечно ждущие какого-то дополнительного радикального решения. Очень похоже, что все сложности возникают как раз из-за недосказанностей, которые мы обсуждаем здесь.

Простенький опыт с вентилятором, описанный выше, показывает, что силу выталкивания дает тяготение через конвективное выталкивание вверх нагревающегося воздуха, а с ним и пара. Здесь наглядно видно действие одной и той же силы, которая в одном случае заставляет подняться сильно уменьшившую плотность массы испарившейся воды, в другом – заместить её немного утяжеленными сконденсировавшимися каплями воды. И разве не об этом же писал М. В. Ломоносов, доходчиво представляя передачу силы по эстафете обмена масс?

Верно, что нам ещё надо много потрудиться, чтобы хорошо узнать и осознать детали такой эстафеты, но здесь главные неясности уже вскрываются знанием закона сохранения энергии и массы, из которого следует, что для поднятия пара также нужна сила, а оценки и опыт свидетельствуют, что ею может являться лишь обратимая сила притяжения.

Рассмотрим отношение силы тяготения к теплообмену во внешних подвижных сферах Земли, в частности атмосферы. В ньютоновском представлении силой тяготения обладают все тела, в том числе и внешние сферы Земли. Однако по массе, сравниваемой с массой всей Земли и в силу ее шарообразности, собственное тяготение всех участков внешних подвижных сфер оказывается столь ничтожным, что практически действующую на них силу общеземного тяготения уверенно можно отнести к внешней силе, действующей со стороны тяжелого ядра Земли. Это уточнение важно, поскольку изменить энтальпию (уровень нагретости) термодинамической системы с неизменным внешним теплообменом, то есть массы подвижных сфер Земли, может только внешняя сила. Именно в этом случае атмосферу вместе с гидросферой грубо можно представить, как тепловую машину, работающую от энергии, поступающей со стороны. Если «машина» вызывает нагревание системы океан – атмосфера, то условно принимается, что она работает в прямом тепловом цикле. Если «машина» работает как холодильник, значит, осуществляется обратный цикл. На Земле может осуществляться и тот и другой тепловые циклы.

Из рассмотренных выше примеров с планетами солнечной системы следует, что работа силы тяготения чаще бывает направлена на увеличение энтальпии (на согревание) внешних сфер планет, имеющих атмосферы, в том числе и Земли. Однако на самой земной поверхности были известны лишь охлаждающие действия гравитационного массообмена (растекание холодных вод по глубине Мирового океана, «расползание ледников и айсбергов, опускание холодных масс воздуха» и так далее), в то время как положительные тепловые эффекты гравитационного массообмена кажется оставались неизвестными, а точнее незамеченными и не только в естественном обороте энергии, но и, что удивительно, в ряде созданных человеком тепловых устройствах.

Самой энергоёмкой формой обращения тепла на земной поверхности, является испарение и конденсация влаги, происходящие на земной поверхности и в атмосфере. В теплоту парообразования и конденсации вовлекается более 80 % количества всей тепловой энергии, поступающей от Солнца и излучающейся в космос. Поднятие пара и выпадение сконденсирующейся воды, как мы уже знаем, осуществляется работой силы тяготения, то есть работой внешней силы, совершаемой в атмосфере. Эта работа (в прямом цикле) отдаленно схожа с действием теплового насоса, также потребляющего энергию от внешнего источника (электростанции) и способного передавать теплоту от тел менее нагретых (холодная речная вода) к телам, более нагретым (обогреваемое помещение). И здесь, и там движение рабочего тела (испаряющихся жидкостей, передающих теплоту парообразования) осуществляется внешней силой (в атмосфере выталкивающим действием силы тяжести, в тепловом насосе – электроэнергией). О том, какими явлениями и следствиями сопровождается принудительное движение пара в атмосфере мы знаем. Сейчас же интересно заметить, к какому последствию привело невнимание к участию силы тяготения в системе водяного отопления, работающей от теплового насоса.