Дерзкие мысли о климате

Объектом многих недоумений, полемик, споров и спорных объяснений постоянно являлся тот, кажущийся невероятным, факт, что коэффициент полезного действия (КПД) тепловых насосов часто, если не всегда, оказывался больше единицы. Компрессор теплового насоса затрачивал энергии меньше, чем должен был затрачивать для эквивалентного нагревания системы отопления. Это обстоятельство порождало недоверие к самой идее давно изобретенного устройства.

Но если обратить внимание на то, что в системах с тепловым насосом параллельно с компрессором работает сила тяготения, заставляя конвективно циркулировать воду через радиаторы отопления, а иногда и через другие дополнительные контуры, как отмеченное недоразумение становится само собой исчерпанным. Очевидно, что и здесь надо считаться с тепловым эквивалентом работы не только электромотора, но и работы силы тяготения, осуществляющей принудительную конвекцию в нагревательных системах.

Существует множество широко распространенных отопительных систем с естественной циркуляцией нагревающейся воды. В них устанавливается лишь один источник энергии – нагреватель и потому считается, что теплота и заставляет циркулировать нагревающуюся воду. Но поместите такую систему в условия невесомости и вода циркулировать не станет. В этом случае для возбуждения циркуляции надо будет ставить дополнительный насос, который мог бы выполнять ту же самую работу, какую в условиях земного тяготения выполняет работа силы притяжения. И опять мы убеждаемся в том, что тяготение способно выполнять работу и выполняет её всюду, где возникает такая необходимость и возможность.

Очень часто Земля называется «тепловой машиной». Но это пустая фраза, если в тепловой машине нет самой машины, то есть двигателя, работающего от какой-то силы. Мы показываем, что таким двигателем, является земное тяготение и потому более основательно можно взглянуть на характер работы земной «тепловой машины» в полном смысле этих слов.

Примером того, как работа внешней силы может вызывать охлаждение, термодинамической системы с установившимся внешним теплообменом, является обыкновенный бытовой холодильник. Работа перекачивающего фреон компрессора, получающего энергию со стороны, направлена на охлаждение внутренней полости холодильника с помощью испарителя, активно поглощающего теплоту, а на замыкающем контуре усвоенная испарившимся фреоном теплота удаляется с трубок конденсатора уже в наружный объем воздуха. Но можно переставить местами испаритель и конденсатор и тогда холодильник будет действовать в прямом цикле, то есть перестанет быть холодильником, поскольку начнет нагревать внутреннюю полость за счет отъёма тепла от наружного воздуха. Примерно в таком прямом цикле работает планетарный теплообменный механизм во внешних сферах Земли обладающий атмосферой и океаном. Вода океана здесь является «фреоном», то есть рабочим телом «тепловой машины». Проникающие до земной поверхности солнечные лучи большую долю своей энергии расходуют на испарение воды, превращаясь в теплоту парообразования и не позволяя океану перегреваться. В данном случае поверхность воды представляется как холодильник по отношению к массе океана. Далее начинается работа силы притяжения, поднимающей пар в холодную атмосферу. Чем холоднее становится атмосфера, тем энергичнее пар начинает конденсироваться, снова высвобождая теплоту парообразования. Но этот процесс не мог бы осуществляться, если бы в нем не участвовала работа внешней силы тяготения, какой в бытовом холодильнике является работа электромотора, от поступающей со стороны электроэнергии, а в системе внешних сфер Земли – работа тяготения. Во всем вышесказанном принципиально самым важным является установление того факта, что в теплообмене подвижных сфер Земли участвует внешняя сила земного притяжения. И именно пока знание этого факта обещает дать законченное объяснение нагревания атмосферы с должной физической состоятельностью и ясностью. Может возникнуть вопрос – с каким КПД работает тяготение в «подогреве» внешних сфер Земли? Коэффициент полезного действия в обыденном смысле мы понимаем весьма утилитарно и чаще всего применительно к оценке полезного использования энергии, потребляемой для работы какой-либо машины или устройства. В более общем случае КПД – это характеристика преобразования энергии, которую для того или иного случая мы считаем полезной. В таком случае мы можем, например, определять КПД энергии солнечного света в фотосинтезе, а путем конкретных расчетов установить, что для большинства растений он составляет 6–8 %, а у хлореллы достигает 25 %. Этот пример показателен ещё тем, что он ярко свидетельствует о возможности превращения тепловой энергии в энергию роста массы растений, которые окислившись или сгорев после отмирания снова могут высвободить запасенную тепловую энергию. Таким образом, ещё раз убеждаемся в единстве закона сохранения и превращения энергии и материи. О том, как велик вклад биосферы в формировании лика Земли, прекрасно писал В. И. Вернадский (1965).