Газета "Своими Именами" №28 от 09.07.2013

При расчете qизл единственный источник погрешности – степень черноты Земли. Но ошибиться при её оценке на порядок практически невозможно. Для справки: степень черноты льда равняется 0,95(лед кажется нам белым, потому что отражает видимое излучение, а вот невидимое человеческим глазом инфракрасное излучение поглощает практически полностью).

В дальнейших расчетах нам может оказаться полезным знание площади поверхности Земли. Приняв радиус Земли R = 6350 км = 6,35·106 м, по известной формуле рассчитаем площадь поверхности Земли: F=4ПR² =5,06·1014 м².

Зная плотность излучения Земли и площадь её поверхности, легко рассчитать тепловой поток, излучаемый Землей:

Qизл = qизлF = 143 млн. ГВт.

Чтобы представить себе эту цифру, скажем, что мощность излучения Земли примерно равна тепловой мощности 50 млн. крупных атомных реакторов.  

Плотность теплового потока из центра Земли можно рассчитать по формуле: qя =(tц – t0)λl/R=0,01Вт/м², где tц=6000  - температура в центре Земли; t0 =0 - средняя температура поверхности Земли; l=10 Вт/(мК) – принятый средний коэффициент теплопроводности Земли.

Разумеется, такой расчёт является очень приближённым. Для точного расчёта теплового потока из центра Земли нужно было бы знать распределение пород по глубине Земли, коэффициенты теплопроводности каждой из этих пород, зависимости всех коэффициентов теплопроводности от температуры, распределение температур по глубине Земли. Принятый нами в расчёте средний коэффициент теплопроводности l=10Вт/(мК) носит, конечно, весьма условный характер. Но больше, чем на порядок, мы вряд ли ошиблись. Для справки: коэффициент теплопроводности глины – 0,7-0,9 Вт/(мК), железа – 92 Вт/(мК).

Но даже если мы ошиблись на порядок, очевидно, что тепловой поток из центра планеты несопоставимо мал по сравнению с излучением Земли, и его колебания никак не могут повлиять на изменение климата Земли. Вместе с тем, несмотря на свою малость, тепловой поток из центра Земли играет чрезвычайно важную роль в её жизни, являясь надежным тепловым барьером  для оттока тепла с поверхности Земли.

Человечество в своей производственной деятельности использует ежегодно примерно 13 млрд. тонн условного топлива. Это не только ископаемое топливо, а вся энергия, используемая человечеством, включая гидроэнергию, атомную энергию и др. Полагая, что вся энергия, используемая человечеством в производственных целях, переходит, в конечном счете, в теплоту и учитывая, что теплотворная способность условного топлива составляет 7000 ккал/кг, а ккал = 4,187 КДж, рассчитаем количество теплоты, вносимой производственной деятельностью человечества в атмосферу Земли:

13·109·1000·7000·4,187=3,81·1017КДж.

Тогда тепловой поток, вносимый человечеством в атмосферу, составит: Qпр = 3,81·1017/(365·24·3600) = 12·1012 Вт. Плотность теплового потока, вносимого человечеством в атмосферу, в пересчете на 1² земной поверхности составит:

qпр = Qпр /F=12·1012/(5,06· 1014)=0,024 Вт/м². Как мы видим, и эта составляющая не может существенно повлиять на тепловой баланс Земли.

Сложнее всего оценить количество «консервируемой» солнечной энергии. При такой оценке легко ошибиться на несколько порядков. Попытаемся оценить хотя бы минимальное количество солнечной энергии, идущей на «консервацию».

Начнём с потребления человечеством преобразованной растениями солнечной энергии. На планете сейчас проживают 6,8 млрд. человек. Допустим, что в среднем суточное потребление энергии одним человеком составляет 2000 ккал. Тогда годовое потребление энергии человечеством в виде пищи составит:

2000x6,8x109x365 = 5x1015 ккал.

По калорийности эта величина  равноценна 0,7 млрд. тонн условного топлива. Оказывается, что даже в наш промышленный век энергия, затрачиваемая человечеством на питание, составляет целых 5% от расходуемой в промышленном производстве.

Человеческие существа относятся к числу довольно крупных и многочисленных животных. Но кроме людей на Земле проживает еще 100 тыс. видов животных. Есть животные и крупнее, и многочисленнее человека. Но общая численность крупных животных относительно мала, а представители многочисленных видов существенно уступают человеку в размерах. Поэтому следует полагать, что суммарное потребление энергии с пищей человечеством значительно превосходит потребление энергии подавляющим большинством видов животных.

Все животные по способу потребления энергии делятся на плотоядных, травоядных и всеядных. Пищевые цепочки могут быть весьма сложными и разветвленными. Но для простоты рассуждений всеядных животных условно разделим на плотоядных и травоядных,. А пищевую цепочку плотоядных животных упростим до трехзвенной: плотоядные – травоядные – растительность.

Допустим, что условно плотоядные виды животных составляют только десятую часть всех видов животных, т.е. их число равно 10 тысячам. Предположим также, что один плотоядный вид в среднем потребляет в 1000 раз меньше энергии, чем человечество. Тогда потребление энергии всеми плотоядными животными  в 10 раз превысит потребление энергии человечеством.