Под знаком кванта.

За час 1 м² листьев усваивает 6—8 г (3—4 л) СО₂ из воздуха и выделяет такой же объем кислорода. Человек потребляет около 500 л кислорода в сутки (продукция трех взрослых деревьев) и такой же объем углекислого газа возвращает растениям. Весь углекислый газ атмосферы проходит через растения за 300 лет, а весь кислород через животных — за 2000 лет.

Красный свет, используемый в процессе фотосинтеза, составляет всего 2 % от общего потока излучения Солнца и только 30 % из этой части, то есть около 0,5 % общего потока,

усваивается растениями. (Это число впервые измерил в 1860 г. отец Анри Беккереля Эгмон Беккерель.) Это немного, но эта узкая тропа — единственный путь, связывающий царство неживой материи с миром живых существ, по которому энергия термоядерных топок Солнца, непрерывно дробясь, достигает нервных клеток мозга человека, способного понять и оценить весь этот непостижимый замысел Природы и его постигаемое воплощение.

Жизнь под Солнцем

Поклонение Солнцу — самая древняя из религий и, если позволительно так говорить о вере, самая понятная из них. «Солнце... является неисчерпаемым источником физической силы... та непрестанно заводящаяся пружина, которая поддерживает в состоянии движения механизм всех происходящих на Земле деятельностей»,— писал Роберт Майер в 1845 г.

Радиус Земли R₃=6350 км, поэтому с Солнца, на расстоянии 150 млн. км, она видна как копеечная монета с расстояния в сотню метров. Из 4,2 млн. т фотонов, излучаемых Солнцем каждую секунду, на нее попадает только 0,45∙10^-9 часть, то есть половина миллиардной доли излучаемой энергии Солнца, а именно

(4,2∙10⁶ т)∙(0,45∙10^-9)= 1,85∙10^-3 т =1,85 кг.

В холодной пустыне космоса именно эти два без малого килограмма фотонов в секунду сохраняют оазис нашей планеты теплым и зеленым. Благодаря им текут реки, дуют ветры, шумят леса и жив человек.

2 кг фотонов — не так уж мало: по формуле Эйнштейна Е=тс² в них заключена энергия

Е=(1,85∙10³г)∙(3∙10¹⁰см/с)²=1,7∙10²⁴ эрг=1,7∙10¹⁷Дж,

то есть мощность солнечного излучения, падающего на Землю, равна 1,7∙10¹⁷ Вт — почти в 20 тысяч раз больше, чем мощность всей энергетики мира (10¹³ Вт). Примерно половина этой мощности (0,8∙10¹⁷ Вт) достигает земной поверхности, площадь которой равна 4πR₃²=5·10¹⁴ м², то есть средняя интенсивность излучения Солнца на уровне Земли равна 160 Вт/м².

Подавляющая часть этой мощности (99,9 %) поглощается почвой, расходуется на испарение воды, на ветры, грозы и все то, что мы называем погодой. И только 0,1 % лучистой энергии Солнца (10¹⁴ Вт) накопляется растениями в процессе фотосинтеза органических веществ из углекислого газа и воды. Именно этой долей энергии питается все живое на Земле: от бактерий до животных и человека, поскольку сущность жизни в своей первооснове — это обратный фотосинтезу процесс разложения органических веществ на углекислый газ и воду.

Первичная мощность фотосинтеза 10¹⁴ Вт, или 10¹¹ т сухого органического вещества в год,— это все, на что может рассчитывать человек в своих долгосрочных планах и прогнозах. Эта мощность не может быть существенно увеличена, поскольку для процесса фотосинтеза нужна пресная вода, а уже сейчас 60 % ее мировых запасов вовлечено в круговорот органических веществ.

Из всей энергии фотосинтеза около 10 %, или 10¹³ Вт, приходится на пашни, луга и пастбища и примерно половину ее (5·10¹² Вт) потребляет на свои нужды человек.

Эту мощность можно вычислить и по-другому, вспомнив, что для нормальной жизни человек должен каждые сутки усваивать с пищей около 3000 ккал, то есть примерно 1,26· 10⁷ Дж энергии. В сутках 8,6·10⁴ с, поэтому средняя мощность жизненных процессов в организме человека равна

(1,26·10⁷ Дж)/(8,6∙10⁴ с)≈140 Вт

— меньше мощности горящей спички (200 Вт). На Земле сейчас живет 5 млрд. человек и только для питания им всем необходима энергия

140 Вт∙(5∙10⁹) =0,7∙10¹² Вт.

С учетом эффективности использования продукции пашни (13 %) эта энергия возрастет как раз до 5∙10¹² Вт.

Это — заметная доля (5%) от всей продукции фотосинтеза. Еще примерно столько же человек потребляет в виде древесины, т. е. всего 10¹³ Вт, или 10 % первичной продукции. А с учетом того, что луга и пашни в три раза менее продуктивны, чем леса, вырубленные на их месте, доля потребляемой человеком продукции фотосинтеза возрастает до 17 %. Еще примерно столько же (10¹³ Вт) человечество черпает из запасов ископаемого топлива, сжигая уголь, нефть и газ. Таким образом, человечество, общая биологическая масса которого не превышает 2·10⁸ т (5·10^-14 от массы Земли), потребляет в год около 2·10¹⁰ т органических веществ — в сто раз больше своего веса. Это — очень много и означает, что человек — лишь один из многих миллионов биологических видов — в последнее столетие превратился в решающий фактор дальнейшей эволюции жизни на Земле. «Человек — властелин природы», — сказано давно, но при этом, похоже, забыли, что власть предполагает ответственность.