Газета "Своими Именами" №28 от 09.07.2013

ГЛОБАЛЬНОЕ ОГЛУПЛЕНИЕ

СМИ считают одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, «глобальное потепление». Недаром за успехи в борьбе с этим самым «потеплением» бывший вице-президент США А. Гор получил Нобелевскую премию.

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.

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.

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.

Потребление энергии травоядными животными в несколько раз превышает потребление плотоядных ввиду того, что оно должно обеспечить не только потребности плотоядных животных, но и собственное воспроизводство. Допустим, что потребление энергии травоядными в 5 раз превышает потребление плотоядных, или в 50 раз – потребление человечества.

Травоядные животные съедают не всю появляющуюся на планете растительность. Большая часть органической массы растений используется ими для своего воспроизводства и остается нетронутой. Допустим, что запас энергии, оставшийся в растительности, превосходит потребление травоядных животных в 10 раз и, соответственно, в 500 раз потребление человечества. Предположим, что половина этой энергии преобразуется, в конечном счете, в теплоту (использование в качестве топлива, лесные пожары, разложение растительных остатков с выделением тепла, выделение и последующее сгорание в атмосфере метана и др.). Тогда количество консервируемой солнечной энергии превысит потребление человечества в 250 раз.

Несмотря на все опасения, наша оценка величины консервации солнечной энергии оказалась не очень уж приближенной. В пересчете на плотность теплового потока, приходящегося на 1м² земной поверхности, эта величина составит qконс=0,315 Вт/м². Очевидно, что на три порядка ошибиться мы не могли, т.к. в этом случае количество консервируемой солнечной энергии превысило бы излучение всей Земли. А вот на один-два порядка занизить реальную величину консервации солнечной энергии мы вполне могли. В этом случае изменения доли солнечной энергии, идущей на консервацию, оказали бы определенное влияние и на изменение климата. Но даже если мы не ошиблись, то определённая нами минимально возможная величина консервации солнечной энергии все равно почти в 20 раз превосходит промышленное потребление энергии. А это означает, что, несмотря на постоянный рост мирового потребления топлива, запасы углерода на планете не уменьшаются, а накапливаются. Вопрос стоит только в доступности этих запасов. Как следует из проведенных расчетов, qя, qпр и qконс на несколько порядков меньше qизл. Следовательно, тепло, поглощаемое Землей, и тепло, излучаемое планетой, являются величинами одного порядка.

Именно под этим названием широкой публике была преподнесена гипотеза о потеплении климата Земли вследствие повышения в её атмосфере концентрации углекислого газа. Между тем, парник на дачном участке – очень слабая аналогия Земли в космосе. Ещё в 1909 г. американский физик Роберт Вуд провёл опыты на модели парника и доказал, что степень поглощения инфракрасного излучения прозрачным покрытием практически не влияет на температурный режим парника. Полученные Вудом на модели результаты совершенно правомерно перенести на парник, но, увы, к теплообмену Земли с космосом они почти никакого отношения не имеют, ибо парник не является моделью Земли. Применительно же к парнику эти результаты большой ценности не представляют, т.к. с теплотехнической точки зрения вполне очевидны.

Благодаря многолетним усилиям массовой пропаганды в обществе сложилось превратное представление о работе довольно простого теплообменного устройства, каковым является парник. Большинство людей убеждено в том, что повышенная температура в парнике обеспечивается оптическими свойствами пленки, якобы пропускающей всю солнечную энергию и задерживающей всё тепло, накопившееся в парнике.

Для того чтобы разобраться с реальными процессами теплообмена между парником и окружающей средой, стоит вспомнить, что в природе, кроме излучения, существуют еще два вида теплопередачи – теплопроводность и конвекция. Обычно мы сталкиваемся с сочетанием всех трех видов теплопередачи. Но в каждом конкретном случае вклад отдельных видов теплопередачи различен. В твердых телах теплота передается теплопроводностью. А конвекция возможна только в текучих средах (газах и жидкостях). Причем, чем больше скорость среды, тем сильнее конвекция.

Парник получает тепло от Солнца только в дневное время, а отдает тепло окружающей среде круглые сутки (если, конечно, температура окружающей среды ниже температуры в парнике). Воздух в парнике изолирован от окружающей среды пленкой, поэтому прямой теплообмен парника с окружающей средой посредством конвекции незначителен (некоторое количество холодного воздуха все-таки проникает в парник через всегда существующие неплотности). Тем не менее, вследствие разности плотностей воздуха, обусловленной неравномерностью температур, в парнике возникает определенное движение воздуха. Такое движение воздуха определяет существование так называемой естественной конвекции.

Благодаря естественной конвекции теплота от нагретой Солнцем почвы передается воздуху, нагретые слои воздуха поднимаются вверх и посредством той же естественной конвекции передают теплоту внутренней поверхности плёнки, а охлажденные слои воздуха опускаются вниз. Теплота от почвы к плёнке передается также излучением. Часть излучения проходит через плёнку, а другая часть – поглощается ею. Теплота от внутренней поверхности передается теплопроводностью внешней поверхности плёнки. А от неё теплота передается окружающей среде конвекцией и… излучением (о таком физическом факте борцы с углекислым газом умалчивают). Ввиду небольшой толщины плёнки её термическое сопротивление очень мало, вследствие чего температуры внутренней и внешней поверхностей плёнки очень близки. А это означает, что плёнка почти не задерживает тепловое излучение, т.е. коэффициент поглощения инфракрасного излучения плёнкой практически не влияет на температурный режим парника. Плёнка в парнике выполняет иные функции: пропускает солнечные лучи и препятствует проникновению в парник холодного воздуха.

Теплообмен Земли с космосом кардинально отличается от теплообмена парника с окружающей средой. Во-первых, Земля обменивается теплом с космосом посредством только излучения (теплопроводность и конвекция участвуют в теплообмене на промежуточной стадии обмена теплотой между Землёй и её атмосферой). А во-вторых, Земля излучает тепло в пространство, температура в котором близка к абсолютному нулю, в отличие от парника, излучающего теплоту в среду с близкими температурами.

Отрицательные обратные связи используются в системах автоматического управления для обеспечения устойчивости системы. Природа в целом представляет собой огромную систему, для устойчивости которой необходимы бесчисленные отрицательные обратные связи, роль которых исполняют объективные законы природы. В любой природной системе, большой или малой, при появлении возмущения включаются отрицательные обратные связи, направленные против возникшего возмущения и стремящиеся вернуть систему в первоначальное состояние. И чем сильнее возмущение, тем большее сопротивление оно встречает. Например, чем сильнее мы сжимаем пружину, тем с большей силой она стремится разжаться. Или: сопротивление движению тела пропорционально квадрату его скорости.

Современные климатологи уверяют нас, что за последние сто лет температура на планете увеличилась на 0,7°C. Допустим, что действительно по каким-то причинам за сто лет температура на планете повысилась на 0,70°C. Но повышение температуры является возмущением системы. Земля не может остаться к этому равнодушной и сразу же включает обратные связи, направленные на снижение температуры.

Во-первых, повышение температуры вызывает дополнительное таяние льдов, что требует определенных затрат тепла (теплота плавления льда составляет 333 кДж/кг). Во-вторых, усиливается испарение воды, требующее ещё больших затрат тепла – теплота парообразования воды составляет 2260 кДж/кг. Для сравнения: теплоёмкость воды равна 4,2 кДж/(кг·град), воздуха – 1 кДж/(кг·град). Иными словами, таяние 1 кг льда приводит к уменьшению температуры на один градус 79 кг воды, или 333 кг воздуха. А испарение 1 кг воды вызовет уменьшение температуры на один градус 540 кг воды или 2260 кг воздуха.

В-третьих, повышение температуры Земли приводит к увеличению её теплового излучения. Если средняя температура Земли в настоящее время составляет 0°C или 273°К, то сто лет назад, в соответствии с данными климатологов, она равнялась 272,3°К. Согласно закону Стефана-Больцмана, за счёт повышения температуры излучение Земли в настоящее время должно было бы увеличиться по сравнению с излучением сто лет назад в (273/272,3)4 =1,01 раза. Следовательно, только для того, чтобы температура на Земле не снижалась, необходимы, по сравнению с началом прошлого века, увеличение поглощения теплоты атмосферой, как минимум, на 1%, либо соответствующий прирост тепла, поступающего от Солнца.

Атмосфера Земли состоит в основном из азота (78%) и кислорода (21%). В относительно малых концентрациях в атмосфере присутствуют и другие газы: аргон, водяной пар, углекислый газ, неон, метан, водород и др.

Концентрация различных газов в зависимости от их плотности распределяется неравномерно по высоте атмосферы – концентрация тяжелых газов выше в нижних слоях, а легких – в высоких слоях атмосферы. Плотность газа пропорциональна его молекулярному весу. Молекулярный вес азота (N₂), составляющего 78% атмосферы, 14·2=28, кислорода (O₂) – 16·2=32, водяного пара (H₂O) – 1·2+16=18, углекислого газа (CO₂) – 12+16·2=44. Углекислый газ концентрируется в основном в нижних слоях атмосферы. Водяной пар поднимается на определенную высоту и образует облака. Подняться еще выше пару мешает конденсация, усиливающаяся с понижением температуры и с увеличением концентрации водяных паров. Концентрация кислорода уменьшается с высотой, но её изменение не такое сильное, как у других газов, ввиду близости молекулярных весов азота и кислорода.

Содержание CO₂ в атмосфере составляет примерно 0,04%. Несмотря на малую концентрацию, углекислый газ играет важную роль в нашей жизни, обеспечивая пищей всю растительность Земли. Однако, невзирая на несомненные заслуги, углекислый газ в последние десятилетия подвергается постоянным нападкам. Его уже причислили к «вредным выбросам» и назвали главным виновником грозящей человечеству катастрофы в виде глобального потепления. Появились даже предложения своеобразного «уголовного наказания» углекислого газа в виде закачивания его под землю.

Попробуем спокойно разобраться, насколько обоснованны эти обвинения. CO₂ обладает свойством поглощать часть инфракрасного излучения. Причём задерживает он не только излучение, идущее от Земли, но и излучение, идущее от Солнца. Но т.к. CO₂ концентрируется в нижних слоях атмосферы, задержка солнечных лучей не приводит к охлаждению воздуха вблизи земли, а поглощение земного излучения нагревает нижние слои атмосферы. Так что CO₂ виноват не в том, что задерживает инфракрасное излучение, а в том, что слишком тяжёлый и не может подняться наверх (водяной пар ещё сильнее поглощает тепловое излучение – и никаких претензий!). Вина углекислого газа в повышении температуры воздуха несомненна, но насколько она велика?

Все газы отличаются селективным (избирательным) излучением и поглощением: они поглощают излучение только в определенных интервалах длин волн, для волн, не входящих в эти интервалы, газ является прозрачным. CO₂ имеет только три заметные полосы поглощения: в интервалах длин волн от 2,4 до 3,0 мк, от 4,0 до 4,8 мк и от 12,5 до 16,5 мк. (Всё инфракрасное излучение находится в диапазоне от 0,8 до 800 мк.) Но и в этих узких полосах поглощения даже максимальные значения коэффициентов поглощения меньше единицы.

Борцы с углекислым газом утверждают, что, по данным исследования полярных льдов, содержание CO₂ в атмосфере за последние 150 лет увеличилось на 30%. Иными словами, концентрация CO₂ увеличилась с 0,03% до нынешних 0,04%, т.е. на 0,01%. Представляется крайне сомнительным, что эти несчастные 0,01% концентрации CO₂, поглощающего тепло в узких диапазонах, способны поглотить более 1% всего излучения Земли (как мы выяснили выше, это необходимо для того, чтобы повышенная на 0,7°C, по сравнению с началом прошлого века, температура планеты не снижалась). Попробуем проверить наши сомнения оценочными расчётами.

Земля обладает сплошным спектром излучения. Тем не менее предположим, что максимум её излучения приходится на диапазон длин волн от 2,4 до 16,5 мк, в котором расположены полосы поглощения CO₂, а излучение в этом диапазоне составляет половину всего излучения Земли.

Полосы поглощения CO₂ составляют менее 0,4 этого диапазона. Примем средний коэффициент поглощения CO₂ равным 0,5.

В том же диапазоне от 2,4 до 16,5 мк поглощает тепло и водяной пар, причем полосы поглощения H2O в основном перекрывают полосы поглощения CO₂. Учитывая, что концентрация водяных паров в атмосфере примерно на порядок больше концентрации CO₂, логично предположить, что в полосах поглощения CO₂ основную часть излучения поглощает водяной пар. Допустим всё же, что на долю CO₂ остается 0,2 излучения.

Углекислый газ не только поглощает земное излучение, но и сам излучает тепло на Землю. Разница между отданным и полученным тепловыми потоками называется результирующим тепловым потоком. Результирующий тепловой поток пропорционален разности четвертых степеней абсолютных температур (излучение газов несколько отклоняется от закона Стефана-Больцмана, но для упрощения рассуждений эти отклонения не будем учитывать).

Предположим, что средняя температура CO₂ в атмосфере на 15°C ниже температуры поверхности Земли. Тогда в соответствующем диапазоне длин волн поглощённое CO₂ и H₂O тепло составит 0,2 земного излучения.

Все наши расчёты нужно отнести к относительному приросту за сто лет содержания CO₂ в атмосфере, равному 0,3. После перемножения коэффициентов получим относительную величину уменьшения излучения Земли в космос за счет 30% увеличения содержания CO₂ в атмосфере:

0,5x0,4x0,5x0,2x0,2x0,3 = 0,0012.

Как мы видим, эта величина на порядок меньше требуемого 1%, т.е. 30%-й прирост содержания CO₂ в атмосфере не способен обеспечить даже сохранение повышенной на 0,7°C температуры Земли.

Интересно, а что произойдёт с температурой Земли, если содержание CO₂ в атмосфере увеличится не на 30%, а, скажем, в 100 раз? Увеличение концентрации CO₂ приведёт к увеличению оптической толщины среды, но в наших рассуждениях мы эту величину, чтобы не загромождать изложение большим количеством формул, не учитывали, приняв соответствующий коэффициент равным единице. Увеличение содержания CO₂ в 100 раз приведёт к тому, что концентрация CO₂ превысит концентрацию H₂O в 10 раз. Тогда коэффициент, учитывающий долю CO₂ в суммарном поглощении CO₂ и H₂O, увеличится с 0,2 до 0,9. В вышеприведённом расчёте мы оценивали влияние повышения содержания CO₂ на 30%, а сейчас оценим влияние всего объёма CO₂, поэтому коэффициент 0,3 увеличится до 1. Остальные коэффициенты останутся без изменения. После коррекции коэффициентов получим относительную величину уменьшения излучения Земли в случае увеличения концентрации CO₂ в 100 раз:

0,5x0,4x0,5x0.9x0,2 = 0,018. При таком уменьшении земного излучения температура планеты сможет увеличиться не более, чем на 1,2°C.

Наши выкладки ясно показывают, что углекислый газ необходимо срочно реабилитировать: он не только неповинен в приписываемых ему «преступлениях», но и не смог бы их совершить даже при всем своём «желании».

Ежегодно человечество сжигает примерно 12 млрд. тонн условного топлива. Зная, что теплотворная способность условного топлива составляет 7000 ккал/кг, а углерода 7830 ккал/кг, и приняв, что энергия топлива в среднем обеспечивается на 0,9 углеродом и на 0,1 – водородом, вычислим массу углерода, ежегодно выбрасываемого в атмосферу промышленностью:

12x109x0,9x7000/7830 = 9,7 млрд. тонн.

Согласно Википедии, в атмосфере Земли постоянно находится 500 млрд. тонн углерода, т.е. суммарные промышленные выбросы углерода за год составляют менее двух процентов от его содержания в атмосфере. Кроме промышленных предприятий углерод в атмосферу поставляют также вулканы и животные, в том числе люди.

Попробуем оценить вклад людей в снабжение атмосферы углеродом. Выше мы определили, что человечество потребляет ежегодно на питание 5·1015 ккал. Такая энергия может быть получена при сжигании 0,64 млрд. тонн углерода. После его «сжигания» в человеческом организме углерод в составе углекислого газа выдыхается в атмосферу. По нашей оценке, животный мир в целом потребляет на питание, как минимум, в 10 раз больше углерода, чем человечество, а значит, выбрасывает в атмосферу более 6,4 млрд. тонн углерода.

Но растительный мир потребляет значительно больше углекислого газа, чем его выделяют животные. Выше мы оценили, что потребление углерода флорой Земли более, чем в 500 раз превосходит потребности человеческих организмов, т.е. составляет ежегодно, как минимум, 320 млрд. тонн. Эта величина близка к содержанию углерода в атмосфере. Конечно, флора существует не только на суше, но и в океане, а там CO₂ больше, чем в атмосфере. Но в любом случае потребление флорой значительно превышает его поставки фауной. Почему же содержание CO₂ в атмосфере не уменьшается?

Процесс фотосинтеза в растениях может быть схематично представлен уравнением: 6CO₂ + 6H₂O = C₆H₁₂O₆ + 6O₂. В результате фотосинтеза из атмосферы, почвы и океана растения извлекают углекислый газ и воду, а отдают в окружающую среду только две трети содержащегося в CO₂ и H₂O кислорода. Часть запасенных растениями элементов поглощается животными, а оставшаяся часть в течение сотен миллионов лет проходит несколько стадий обуглероживания: растительные остатки – торф – бурые угли – каменные угли – антрацит. В процессе обуглероживания из топлива выделяются водяной пар, углекислый газ и метан (CH₄). И через каких-нибудь 200-250 миллионов лет из 1 кг древесины мы получим 370 г антрацита, состоящего в основном из углерода.

Таким образом, углеродный цикл (CO₂ – растения – животные – CO₂) оказывается незамкнутым, т.к. углерод из него непрерывно выводится. Следовательно, в геологическом масштабе времени содержание CO₂ в природе уменьшается – ведь все огромные (разведанные и неразведанные) запасы ископаемого топлива когда-то были углекислым газом. И в очень далекой перспективе жизнь на Земле прекратится из-за отсутствия углекислого газа. Жаль, что борцы с ним не доживут до этого времени (человечество прекратит свое существование гораздо раньше и совсем по другим причинам), а то они наверняка поучаствовали бы в установлении квот не на выбросы, а на потребление углекислого газа.

А в нашем мелком масштабе времени (по сравнению с геологическим) относительно постоянное содержание в атмосфере поддерживается выделяющимися в процессах обуглероживания CO₂ и CH₄ (который затем сгорает в атмосфере с образованием CO₂). Чем моложе органические остатки, тем ближе к поверхности Земли они располагаются и тем интенсивнее идет выделение летучих веществ. Но чем старше органические остатки, тем большее их количество успело накопиться в недрах Земли. В малом масштабе времени выделение CO₂ органическими остатками можно считать постоянным, а колебания содержания CO2 в атмосфере в ту или иную сторону будут определяться в основном поглощением CO2 флорой Земли. Конечно, промышленные выбросы CO₂ тоже могут иметь какое-то значение, но не очень сильное. Например, уменьшение площади лесов на 1% может привести примерно к такому же повышению концентрации CO₂ в атмосфере, как и увеличение нынешних промышленных выбросов CO₂ в два раза.

Итак, мы выяснили, что утверждения о влиянии промышленных выбросов CO₂ на глобальное потепление не соответствуют общедоступным научным фактам. Тем не менее, этот миф утвердился в общественном сознании. В одной из передач радиостанции «Эхо Москвы» приводились результаты социологических опросов, согласно которым в Германии 92% (!) опрошенных признали углекислый газ виновником глобального потепления, в Испании и Франции – по 88%, а в РФ – только 59%. И практически все страны мира подписали Киотский протокол 1997 г., согласно которому в целях борьбы с глобальным потеплением были введены квоты на выбросы углекислого газа.

В истории человечества встречались научные мистификации, но столь масштабных ещё не было. В этой связи возникает вопрос о причинах устойчивости этого мифа. Если миф о «парниковом эффекте» был бы рядовым научным заблуждением, то он бы тихо скончался внутри научного сообщества. А если же очевидно ложное утверждение выходит за его пределы, то это означает, что данное ложное утверждение потребовалось какой-то сильной структуре или даже нескольким структурам. Если мы сумеем правильно ответить на вопросы, какие структуры заинтересованы в сохранении мифа о «парниковом эффекте» и в каких целях этот миф используется, то сильно продвинемся в понимании того, как устроен современный мир и какие объективные законы определяют его развитие.

Не претендуя на полноту освещения проблемы, сделаем несколько предположений. Во-первых, миф о «парниковом эффекте» утвердился во всем мире. Следовательно, и структура, заинтересованная в таком мифе, должна иметь глобальный характер.

Во-вторых, Киотский протокол направлен на сохранение нынешнего «мирового порядка», соответствующего интересам этой глобальной структуры. И дело не столько в установлении квот на выбросы углекислого газа, сколько в предоставлении возможности слаборазвитым странам продавать свои квоты. Фактически по Киотскому протоколу высокоразвитые страны выплачивают слаборазвитым странам небольшое пособие в обмен на замедление темпов их экономического развития.

В-третьих, особый размах борьба с углекислым газом приобрела в странах ЕС. Возможно, здесь борьба с «глобальным потеплением» используется и в качестве объединяющей идеи. Ведь ничто не сплачивает людей так сильно, как сознание общей опасности.

В-четвертых, борьба с «глобальным потеплением» способствует созданию новых рабочих мест. В эту «борьбу» прямо или косвенно вовлекается множество людей: журналисты, научные работники, инженеры, рабочие, крестьяне. Несмотря на очевидную бессмысленность борьбы с «глобальным потеплением», в её ходе могут решаться и вполне разумные задачи: энергосбережения, повышения эффективности энергоустановок, освоения альтернативных источников энергии.

Научный интерес может представлять также исследование механизма внедрения в массовое сознание мифа о «парниковом эффекте». В результате такого исследования могут быть выявлены роли в становлении мифа СМИ, научного сообщества, степень влияния массовой пропаганды на сознание отдельных людей и многое другое. А после рассмотрения истории с «парниковым эффектом» возникает более общий вопрос о последствиях внедрения в массовое сознание заведомо ложных представлений. Не грозит ли такая практика самому существованию человеческой цивилизации?

А. КАМЕНЩИК

P.S. Определенный оптимизм внушают результаты вышеупомянутых социологических опросов о причинах «глобального потепления». Согласно этим опросам, в РФ 59% опрошенных признали углекислый газ виновником «глобального потепления». Но, с другой стороны, 41% опрошенных не согласились с таким утверждением. А в Германии только 8% решились защитить углекислый газ. И это может свидетельствовать о том, что в нашей стране людей, критически относящихся к массовой пропаганде, в пять раз больше, чем в Германии!