Газета "Своими Именами" №28 от 09.07.2013

СМИ внушают обществу представление, что, по мнению большинства специалистов, потепление климата явилось следствием промышленных выбросов углекислого газа. Но это мнение настолько явно расходится с общеизвестными фактами, что назвать его даже «спорным» нельзя.

Чтобы показать очевидность непричастности промышленных выбросов углекислого газа к изменению климата Земли, предельно упростим изложение: никаких интегралов и дифференциалов – обойдёмся средними величинами. Попробуем также обойтись без ссылок на различные источники – всё, что можно, посчитаем сами.

Проблему «глобального потепления» можно разделить на три части. Во-первых, это – собственно потепление климата. Во-вторых, влияние углекислого газа на изменение климата планеты. И в-третьих, влияние промышленных выбросов углекислого газа на его содержание в атмосфере. Попробуем с этими вопросами последовательно разобраться.

Тепловой баланс Земли

Земля получает тепло из трех источников. Самым мощным источником является, конечно, Солнце, температура поверхности которого составляет 5800°C. Второй источник тепла – ядро планеты. По оценкам, температура в центре Земли достигает 5-7 тысяч°C. Третий источник – промышленная деятельность человечества, в ходе которой различные виды энергии (химическая, атомная, гидроэнергия, ветровая и др.) преобразуются в тепловую энергию.

Тепловой баланс на планете поддерживается тепловым излучением Земли в космос. При нарушении теплового баланса температура на планете, соответственно, увеличивается или уменьшается.

Солнечный тепловой поток частично отражается, но в основном поглощается поверхностью Земли и её атмосферой. Часть попадающей на Землю солнечной энергии тратится растениями на преобразование углекислого газа (CO₂) в углеродные соединения. Растения служат пищей травоядным животным, а теми, в свою очередь, питаются хищники. Все животные являются своеобразными тепловыми двигателями, преобразующими энергию «топлива» (в качестве которого выступает органическая пища, содержащая углерод) в механическую энергию. Конечно, какая-то часть потребляемого углерода идет на строение живого организма, но его значительная часть тратится на совершение работы и переходит, в основном, в тепловую энергию. Таким образом, часть солнечной энергии при помощи растений и животных снова преобразуется в тепловую энергию.

Но значительная часть растительной массы, не пройдя полный цикл преобразований, остается в земле в виде своеобразной «консервированной солнечной энергии». Для приготовления различных видов «консервов» требуется различное время. Сухую траву природа изготавливает за несколько месяцев, слой торфа растет со скоростью 1-2 мм в год, для «приготовления» бурых углей требуется 10-60 млн. лет, антрацита – 200-250 млн. лет.

При составлении теплового баланса планеты необходимо учесть, что не вся поглощённая Землей солнечная энергия излучается в космос – часть её консервируется в виде органического топлива.

С учетом этого, уравнение теплового баланса Земли запишется следующим образом: Qт + Qя + Qпр = Qизл + Qконс, где Qт  – часть поглощенной Землей солнечной энергии, преобразованной в тепло; Qя – тепло, поступающее к поверхности Земли из ядра планеты; Qпр – тепло, получаемое планетой от производственной деятельности человечества; Qизл – тепло, излучаемое Землей в космос; Qконс   – «консервируемая» солнечная энергия.

Изменение любого из членов этого уравнения может привести к нарушению теплового баланса Земли и, соответственно, к её охлаждению или нагреву. Однако составляющие теплового баланса далеко не равноценны по своей величине. Для их оценки нам потребуется провести некоторые расчеты. При этом мы не будем стремиться к большой точности – нам нужно будет просто «почувствовать цифры». И не очень страшно, если мы ошибёмся даже на порядок.

Легче всего оценить величину теплового излучения Земли. Для этого воспользуемся законом Стефана-Больцмана, согласно которому излучение тела пропорционально его абсолютной температуре в четвертой степени. Абсолютные температуры измеряются в градусах Кельвина, а шкала температур Кельвина смещена относительно шкалы Цельсия на 273 градуса (абсолютный нуль равен -273 °C). Поэтому, чтобы получить абсолютную температуру, нужно к температуре по Цельсию просто прибавить 273 градуса.

Закон Стефана-Больцмана для абсолютно чёрного тела можно записать в следующем виде: Q = c₀F (T/100)4 Вт, где T – абсолютная температура, °К; F – излучающая поверхность, м²; c₀ =5,67 Вт/(м2 К4 ) – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.

Абсолютно чёрное тело поглощает все, падающее на него излучение. Реальные тела поглощают не всё излучение, часть его отражают, а часть – пропускают через себя. Их поглощательная способность оценивается степенью черноты, которая для разных тел находится в пределах от 0 до 1.

Примем степень черноты Земли равной 0,9, температуру её поверхности – 0 °C или 273 °К. Тогда, в соответствии с законом Стефана-Больцмана, плотность теплового излучения Земли составит:

qизл = 5,67·0,9(273/100)4=283 Вт/м².