Первый источник энергии на Земле – поток электромагнитного излучения от Солнца. Часть света сразу же отражается обратно в космос. Другая часть энергии, в виде тепла поучаствовав в круговороте воды и формировании океанических течений, возвращается в космос чуть позже. Остаток солнечной энергии на Земле связывается растениями в органику с помощью реакции фотосинтеза.
Второй источник энергии на Земле – это уран, находящийся в земной коре. В нём запасена ядерная энергия с далёких звёзд. Третий источник энергии на Земле – тепло ядра планеты. Тепло Земли наиболее доступно в зонах вулканической активности. Четвертым источником энергии, как планируется, может стать принесённая из космоса дополнительная энергия. Например, от солнечных батарей, размещенных на Луне, или гелия-3, находящегося в реголите, и способного зажечь термоядерную реакцию.
Какую энергию люди могут использовать без последствий для биосферы Земли, а какую лучше не трогать? К каким последствиям может привести дополнительная энергия, высвобождаемая человеком?
Биоэнергия
Жизнь невозможна без энергии. Растения получают энергию от Солнца. Травоядные поедают растения и отбирают у них энергию. Хищники пожирают травоядных. Суперхищники ловят хищников. Итак, биоэнергия:
1) приходит от Солнца
2) начинается с реакции фотосинтеза
3) циркулирует в живых организмах
4) в финале, или переходит в тепло атмосферы
5) или остается в органических могильниках (почва, торф, нефть, уголь, газ).
Организм человека также использует биоэнергию. Но кроме энергии для физического существования организма, человек в своей жизни научился использовать дополнительную энергию, а не только ту, которая отобрана растениями из солнечного света.
Как это произошло? Чего добился и добивается человек? Где границы наших энергетических аппетитов? Какие последствия нас ожидают?
Тепловой баланс
4,57 млрд лет назад зажглось Солнце. С тех пор водород на нем постепенно синтезируется в гелий. Энергия, высвобождаемая в этой термоядерной реакции, разлетается в разные стороны в виде электромагнитного излучения. Светимость Солнца постепенно возрастает. Через 1,1 млрд лет яркость Солнца повысится на 11%.
2,5 млрд. лет назад на Земле появились растения, которые научились улавливать электромагнитное излучение Солнца с помощью реакции фотосинтеза.Поглощая свет, хлорофилл разрушает углекислоту CO2 воздуха на углерод и кислород. Кислород выбрасывается в атмосферу, а на базе углерода создаётся химический энергоноситель – молекула АТФ. Таким образом, растение преобразует энергию электромагнитного излучения Солнца в энергию химической связи, заключенной в органической материи.
400 млн. лет назад Земля начала откладывать часть биомассы в природные органические могильники, так появились уголь, нефть и газ. В этих могильниках кроме энергии Солнца связывается углерод, тем самым снижается доля углекислоты (CO2) в атмосфере. Углекислота является парниковым газом, поэтому залежи органики снижают парниковый эффект.
За счет того, что светимость Солнца возрастает, а растения по ходу истории связывают излишки энергии света и излишки углерода, повышение температуры на Земле не происходит. Органические захоронения углеводородов естественным образом компенсируют повышение интенсивности Солнца. Таким образом, биосфера как бы двойным способом защищает себя, откладвая "излишки" энергии под землю, и забирая "лишний" углерод из атмосферы.
Мартышка гомо сапиенс
1,5 млн. лет назад человек научился высвобождать дополнительную энергию Солнца, сжигая древесину. Дерево задерживает энергию Солнца в среднем на 30 лет.
2 тыс. лет назад строят водяные мельницы. Энергия воды и дождя также солнечного происхождения. Задержка солнечной энергии около 0,5 года.
800 лет назад строит ветряные мельницы для помола зерна. Энергия ветра также солнечного происхождения. "Старость" ветра около 1 недели.
270 лет назад начали жечь уголь для выплавки стали. Уголь, это биоэнергия древних папаротников возрастом около 70 млн. лет.
120 лет назад в связи и изобретением двигателя внутреннего сгорания началась нефтяная лихорадка. Нефть, это биоэнергия древнего животного планктона возрастом 40 млн. лет.
55 лет назад человек запустил первый ядерный реактор для выработки электроэнергии. С этого момента начинается эра не солнечной энергии, освоенной человеком.
Таким образом, после промышленной революции человек достаёт энергию из древних органических могильников (старая энергия Солнца) и из ядер урана (энергия не солнечного происхождения, принесенная с других звезд).
Вскрытие энергетических «заначек» человеком спровоцировало изменения:
1. Глобальное потепление.Хотя тепловой баланс всегда соблюдается, так как Земля рассеивает излишки тепла в космос, но согласно второму закону термодинамики, средняя температура на Земле возросла. Это привело к таянию льда в горах и на полюсах Земли. Таяние ледников снижает отражательную способность планеты (планета становится как бы немного чернее), а это снижает число отраженного света и еще больше увеличивает нагрев Земли.
2. Парниковый эффект.Кроме теплового загрязнения, вскрытые «заначки» углерода спровоцировали выброс в атмосферу углекислого газа и метана. Что еще больше приводит к повышению температуры на планете.
За последние 100 лет человек существенно перекосил тепловые процессы на Земле, искривил установившуюся биосферой температурную картину, которая формировалась растениями и животным миром миллионы лет.
Глобальное вымирание
Если человек будет продолжать тащить на планету дополнительную энергию (из органических могильников, ядер урана, а вскоре и других частей космоса), то это приведет к глобальным экологическим потрясениям, вплоть до высвобождения океанических залежей метана с последующим глобальным вымиранием.
Что делать?
Как видно из диаграммы (см. выше) солнечная энергия многократно перекрывает потребности человека. Мы должны ею и ограничиться:
1. Пустыни заставить солнечными электростанциями на столбах; при этом разумно будет внизу под солнечными батареями посадить растения;
2. Ставить ветрогенераторы везде, где только позволяют ветра;
3. Свободные поля засеять культурами для производства биотоплива;
4. Достроить гидроэлектростанции (если где-то еще есть возможность).
Уже солнечные батареи (1й пункт) полностью обеспечат энергией всё население.
Дополнительно:
5. Нефть использовать только для производства полимеров.
6. Запретить жечь уголь.
7. Запретить ядерную энергию на Земле. Например, ядерное топливо могло бы быть полезно на первых лунных базах.
8. Запретить тащить на Землю энергию из других мест космоса. В частности, запретить везти на Землю ядерное и термоядерное топливо. Запретить отражать на Землю дополнительный свет.
9. Всю внешнюю по отношению к Земле энергию использовать только на других планетах, например на базах Луны и Марса.
P.S. Это адаптированная для Дзен статья из моего старого блога.
Другие мои статьи:
1. Практичная система образования.
