![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
Вокруг климата
Wс= Pс·π·Rз2 =1370 ·128 млн км2 =1,75·10+17Вт
Пока не будем учитывать альбедо (интегральный коэффициент отражения) и косое падение на краях диска, поскольку при уменьшении поглощения площадь поглощения при этом увеличивается, так подобная неоднородность для Луны едва ли заметна на глаз, и поправочный коэффициент вряд ли составит более десятка процентов.
Теперь вспомним формулу Стефана-Больцмана для излучения черного тела:
Pз= σT4,
где σ – постоянная Стефана-Больцма, равная 5,67·10-8 вт/м2/К4,
Коэффициент черноты что для излучения, что для поглощения примерно одинаков, поэтому приравняв потоки, и учитывая, что для излучения берется вся поверхность Земли, получим равновесную температуру:
Wс = Wз = Pс· π · Rз2 = Pз · 4 · π · Rз2 = σTЗ4· 4· π · Rз2, TЗ4=Pс/4σ
TЗ= 278,785 К = +5,6 ˚С
Отсюда следуют несколько выводов:
Любое шарообразное тело в окрестностях Земли будет иметь такую же равновесную температуру, если теплопроводность его поверхности достаточно велика, или оно вращается достаточно быстро.
Структура приповерхностных слоев (альбедо, атмосфера и пр.) не столь существенна, как могло бы показаться, и мало влияет на величину равновесной температуры.
Для сплюснутых тел, например человек в скафандре, отношение площадей – примерно 2, равновесная температура будет примерно 331К или 58˚С
Также никакой вселенский холод не падает и не упадет на Землю, как показывают в некоторых фильмах-катастрофах, пока светит Солнце. Коэффициент отражения (коэффициент черноты, альбедо) влияет на длительность переходных процессов, на время установления равновесной температуры, но не на конечное ее значение. Поэтому скафандры делают белого (хорошо отражающего) цвета, и основная проблема космического скафандра отвод тепла, где помимо солнечного тепла еще и человеческое тело выделяет более 100 вт. Все «парниковые» и, как будет показано далее, техногенные игрушки не влияют на величину равновесной температуры. Была бы атмосфера на Луне или нет (как в данный момент) для подсолнечной точки имеет весьма слабое значение:
ТЛ4=Pс/σ, ТЛ =120 ˚С,поскольку теплоемкость и теплопроводность атмосферы да и грунта достаточно низкие, чтобы обеспечить выравнивание температуры по всей поверхности. Для сравнения можно привести температуру песка в наших пустынях – около 80˚С, днём и около 0 под утро. Из-за отсутствия воды и растительности для подобных ландшафтов локальное равновесие устанавливается в течение нескольких часов, в других местах время релаксации может доходить до месяца, а для Луны это и составляет одни солнечные сутки.
Для сравнения равновесная температура Марса, который в полтора раза дальше от Солнца и, следовательно, получает в два раза меньше энергии, составит -45.5˚С, для Венеры – +54.6˚С. Особенностью Венеры является то, что её сутки примерно равны половине «венерианского» года, т.е.ситуация хуже, чем для Луны, и подсолнечная точка прогревается до +190 ˚С.
Дальнейшие расчеты будем производить за период равный одному году или 31557600 сек. Итак, Солнце посылает на Землю за год энергию:
Ез= Wс·t = 1,75·10+17Вт · 3,156·10+7сек = 5,5·10+24Дж,
Соответственно столько же отражается и переизлучается Землей в мировой пространство.
А что же Человек?
Человек производит 660 кВт*ч электроэнергии на каждого жителя (2005) за год и добывает примерно 5 млрд т нефти, но поскольку добывается еще уголь и газ, мы просто удвоим цифру по нефти для учета всех остальных энергоносителей (более точно 12 млрд тонн углерода, но энергия сгорания чистого углерода в 1,3 раза ниже, чем у углеводородов, так что, то на то и выходит):
EE= 660000 · 3600 · 6,5 · 10+9Дж = 1,54 · 10+19Дж; p1 = EE/ Ез= 2,8 · 10-6
EOIL = 10+13кг · 45 МДж/кг = 4,5 · 10+20Дж; p2= EOIL/ Ез= 8,2 · 10-5Как видим Человеку еще очень и очень далеко до Солнца. Повышение температуры Земли на один градус вызовет дополнительное тепловое излучение за год (без учета коэффициента черноты):
dЕз = Ез (TЗ +1)4/TЗ 4- Ез = Ез (4/278,785) = 1,4 · 10-2Ез = 7,7·10+22 Дж
такое количество энергии человек выработает при современных темпах лет эдак за 170 (dЕз/EOIL), при этом, чтобы нагреть всю атмосферу Земли на один градус (~2·10+22Дж) человечеству надо трудиться самое малое лет 40 и еще столько же чтобы нагреть корку Земли толщиной метра 3.
У большинства сложилось весьма превратное понимание терминов «парниковый эффект» и «парниковые газы», в основном из-за того, что сами климатологи не понимают о чем «лопочут».Основная задача «парника» – отгородить прозрачной нетеплопроводной оболочкой внутренний объем от внешней среды, не давая возможности выходить теплому воздуху и пару за пределы парника, предотвращая, главным образом, конвективный теплообмен. Радиационный теплообмен при этом остается практически на том же уровне, поэтому к утру воздух все-таки остывает, а при длительной пасмурной погоде в теплице без внутреннего подогрева температура мало отличается от температуры окружающего воздуха.
Рассматривая атмосферу в целом, даже Физическая Энциклопедия признает, что ее радиационный баланс равен нулю, за исключением некоторых переходных процессов, которые продолжаются от силы несколько часов. А об конвективной составляющей для атмосферы в целом вообще говорить бессмысленно.
Наличие «парниковых газов» и пыли, а также воды, пара, льда ничего не убавляет и не добавляет в энергетический баланс и, как следствие, в равновесную температуру Земли, поскольку «палка о двух концах» и действует в обе стороны – если меньше поглощает, то и меньше излучает. В качестве иллюстрации подобного подхода можно привести пример «погреба»:
температура грунта на глубине нескольких метров слабо меняется от сезона к сезону, от времени суток и близка к равновесной для данной местности. Другой пример, циклон с сильной облачностью, в нем температура также заметно приближается к равновесной.
Из всего этого следует простой и однозначный вывод:
Температура на Земле определяется потоком солнечной энергии !
Изменение потока на 1 % приведет к изменению средней температуры Земли на 0,7 градуса.
Однако последствия запыления атмосферы и избыточного поглощения ею есть. Это связано с тем, что, как говорилось ранее, недостаточная теплопроводность и недостаточная циркуляция атмосферы в настоящий момент создали неравномерное распределение средних температур, а означенное явление приведет к их выравниванию – на экваторе станет прохладнее, а в средних и полярных широтах потеплеет. Последствия могут быть катастрофическими, если, например, растают льды Гренландии, но влияние человека в этих делах едва ли больше, чем какого-нибудь вулкана в Исландии...
Еще расчеты...
В атмосфере содержится 0,05% углекислого газа по массе или в абсолютных цифрах - 2,5·10+15 кг (масса всей атмосферы составляет 5·10+18 кг). Если суммировать сколько угля, нефти и газа сжигает человек, то получим в пересчете на углерод величину 1,2·10+13 кг, а углекислого газа соответственно – раза в три больше, 4·10+13 кг. ([2] http://www.warandpeace.ru/ru/news/view/58546/)Таким образом, человеку надо сжигать существующими темпами уголь и углеводороды в течение 60 лет, чтобы «наработать» такое же количество СО2, какое ныне содержится в атмосфере. Но это еще не вся правда об углекислом газе, во-первых, в воде: в морях, реках, озерах и в болотах уже содержится почти в 60 раз больше углекислоты, чем в атмосфере, то есть, существует равновесие между газообразным углекислым газом и растворенным, значит 59/60 дополнительно образованной углекислоты будет накапливаться в воде. Во-вторых, существует такое явление как фотосинтез, который осуществляет связывание (депонирование) углекислоты в органические молекулы. Годовой прирост биомассы на Земле составляет по некоторым оценкам (http://www.ecomuseum.kz/dieret/biomass/biomass.html) 400 миллиардов тонн или 4·10+14кг. Углерода в «сухой» органике содержится примерно 40-45%, в «сырой» – 18-20%, т.е. в пересчете на углекислоту такая же по порядку цифирь (4·10+14кг) и получится, в биомассе запасается энергии 3 · 10+21Дж.
Удивительно, но депонируется углекислоты чуть ли не на порядок больше, чем получается от сжигания топлива. Это лишний раз подтверждает тезис о том, что наша техническая деятельность не столь существенна, как ее преподносят экологи. Спору нет – природу необходимо беречь, но нельзя дело доводить до экзальтированной паранойи. Живые существа выделяют СО2 в количествах сопоставимых с технологическими выбросами, затем сама биомасса разлагается в основном без участия человека, есть и другие причины, например, те же вулканы..
Перечисленных цифр и причин хватает, чтобы снять и закрыть вопрос по СО2, но поскольку идет большая политико-экономическая игра, то появляется груда заказных статей, исследований, в которых жонглирование цифрами и подтасовки приводят к заранее известным результатам.
Теперь снова вернемся к «запылению» и заодно рассмотрим проблему «ядерной зимы».
Если вся солнечная энергия поглотится атмосферой, то за год ее температура увеличится на:
dT = Ез / Ср / М = 1100К, где Ср= 1 кДж/кг/К; М = 5·10+18кг
за месяц примерно на 90 градусов.
Понятно, что такое в действительности невозможно, атмосфера начнет излучать избыток энергии во все стороны. Откуда некоторые ученые берут похолодание при запылении – не понятно. Повторим еще раз – локальные повышения и понижения температуры на время установления равновесия возможны и даже неизбежны, но в глобальном масштабе такое не реализуемо.
Ни «ядерная зима», ни «глобальный парник» Земле не грозят ни в каком случае, пока Солнце светит ровно.
Один из апологетов и теоретиков «ядерной зимы» академик Моисеев Н. Н. в своей работе «Ядерный конфликт глазами климатологов и математиков» [1] пишет:
«Вспоминали об одном из самых сильных извержений – извержении вулкана Самбора в 1815г., когда в атмосферу было выброшено около 100 км3 пыли, плававшей там около двух лет. Тогда в Европе действительно было очень холодное лето – «лето без лета», как отмечали современники. А ведь, как показывают расчеты, такой выброс пыли соответствует выбросу ее от ядерного взрыва мощностью примерно 1000 Мт – больше 70 тыс. бомб, сброшенных на Хиросиму...»
Отметим, что пыль болталась в воздухе около двух лет, а лето холодное было одно и только в Европе. Т.е., собственно, мировых катастрофических последствий не произошло, хотя цифра 1000 Мт соответствует полномасштабной ядерной войне — таким количеством можно уничтожить большую часть человечества (на основе «официальных» данных о бомбардировке Хиросимы и
Нагасаки). При этом должно выделиться энергии примерно 5·10+18 Дж. Сама пыль весит 2-3·10+11 тонн (из расчета 2-3 тонны на м3, типа сажи, песка или глины), считается, что она должна подняться на высоту 20 км, в верхние слои тропосферы, при этом потенциальная энергия пыли (mgh) составит ни много, ни мало 5·10+19 Дж. Что в десять раз превышает собственную энергию взрыва, а поскольку, едва ли кпд взрыва по транспортировке пыли более 10%, то, на мой взгляд, мощность взрыва для 100 км3 пыли необходимо увеличить в сто раз. А это в несколько раз превышает все мировые арсеналы ядерного оружия. Видимо у академиков какие-то особенные арифмометры-калькуляторы.
Но хитрость ученых мужей не знает границ — на помощь приходит «торнадо»:
«...Под руководством Сагана группа ученых, используя данные Крутцена об «огненном торнадо», разработала сценарий, точнее, целый набор сценариев воздействия разных «вариантов» ядерной войны на атмосферу и климат Земли.
По основному («базовому») сценарию происходит обмен ядерными ударами суммарной мощностью в 5000 Мт, 20% которой приходится а промышленные районы, в том числе на тысячу крупных городов. В остальных сценариях мощность варьируется от 100 до 25000 Мт, а доля, приходящаяся на города и индустриальные районы, – от 10 до 33% (бомбардировка городов, по мнению авторов сценария, основанного на тщательном изучении соответствующей литературы, неизбежна: слишком много приоритетных военно-промышленных целей расположено в городах или поблизости от них, а «хирургические» удары по этим изолированным целям технически невозможны из-за большой – свыше 100 кт – мощности стратегических боеголовок*). Авторы сценария оценили масштабы выброса пыли и сажи и возможные глобальные последствия этого выброса для климата: при всех возможных сценариях неизбежно быстрое и резкое похолодание. Климатические изменения по отдельным зонам и периодам не рассчитывались сколько-нибудь точно: как заметили авторы в статье на страницах журнала «Science», даже падения температуры на 5–10°, соответствующего самым «мягким» сценариям охлаждения, вполне достаточно, чтобы превратить лето в зиму.
Общий вывод Сагана и его сотрудников по всем сценариям выражался двумя понятиями: «ядерная зима» и «ядерная ночь».
Ясно, как божий день, что количество пыли товарищу Сагану необходимо раз в десять больше, чем от выброса Самборы, а 5000 Мт едва покрывают эту (100 км3) величину, а с учетом кпд на порядок меньше, поэтому и необходим «огненный торнадо». Ну, раз надо, так надо!
Но тут штука такая приключается как закон сохранения: ведь для того, чтобы выбросить пыли в 10-100 раз больше, нужно и энергии как минимум в 10-100 раз больше. Саган и сотоварищи, таким образом, утверждают, что на 1 ядерную килотонну(якт) должно коптить, но сгореть от 10 до 100 килотонн угля или древесины. На 1 яМт — 10-100 Мт угля, на 1000 яМт — 10-100 млрд тонн угля (!), а на 5000 яМт — … стоп, стоп! Выше уже приводилась цифра 12 млрд тонн углерода человечество добывает и сжигает за год! А здесь предлагается десятилетние накопления сжечь за два-три дня, и это при невероятно завышенном 10% кпд переноса пыли и сажи в тропосферу... Дай-то бог один процент кпд наскрести! Первые тепловые (паровые) двигатели имели всего 5%, а здесь взрыв...
Но что такое 1000 км3 пыли? Поделив на площадь Земли (511 млн км2) получим толщину слоя пыли в мировом масштабе = 2 мм. В принципе величина большая, и если размазать ровным слоем, «ночь» будет очень даже тёмная, но так как пылинки мелкие и хаотично распределены в толще атмосферы, то будут сумерки, темноватые беззвездные, безлунные сумерки. Сколько времени она там будет плавать — простыми оценками трудно получить, плотность пыли в атмосфере снижается нелинейно. Цифра 2 мм приведена для того, чтобы не говорили, что, дескать, 1000 км3 пыли — это воздух вперемежку с пылью, иначе тогда толщина слоя получится около нескольких микрон, и уж говорить о какой-либо «ночи» совсем не приходится. Для сравнения слой всего атмосферного льда — 3,3 мм. Однако продолжим изучение «климатических апокалипсисов» от академика:
«... Один из вариантов сценария (Сагана) предусматривал, что на города сбрасывается не 5000–6000 Мт, а всего 100 Мт – примерно столько, сколько составляют в сумме ядерные боеголовки ракет на одной подводной лодке США. После конференции мы посчитали и этот вариант.
По климатическому эффекту он оказался очень близким к «базисному сценарию». Правда, оптическая плотность атмосферы при этом увеличивается не на семь порядков, а «только» на три, но для нескольких месяцев «ядерной зимы» столь же суровой, что и при первом варианте, этого достаточно.»
Даже как-то неудобно за автора, он как будто забыл, что сам писал несколькими страницами ранее про вулкан Самбору... Даже если 100-мегатонная «спичка» вызовет пожары с стократным выделением энергии и пыли, то мы получим лишь повторение «холодного лета 1815 года».
Видимо, «заказ» по продвижению «ядерной зимы» пришел с самых верхов, вот и пришлось всем правдами и натяжками спасать утопленника.
С потеплением климата и «парниковыми» выбросами ситуация, похоже, аналогичная.
А вот что дает хотя бы приближенный расчет, если воспользоваться мемуарами Л. Гровса, руководителя Манхэтеннского проекта:
«2. ... Бомба не сбрасывалась с самолета, а была взорвана на верхней платформе 33-метровой стальной вышки.
3. На основании доступных на сегодня данных я могу оценить выделенную при взрыве энергию, как эквивалентную энергии взрыва 15-20 тысяч тонн тринитротолуола (15-20 кт). …
Облако состояло из нескольких тонн пыли, захваченной с поверхности земли, ...
4. В результате взрыва в окружности 370 метров была уничтожена вся растительность и образовался кратер с легким наклоном к центру. В центре этого кратера находилось чашеобразное углубление диаметром 37 метров и глубиной 1,8 метра. Поверхность центральной части кратера остояла из мелкораспыленной земли. Вещество, покрывавшее более удаленные участки кратера, было зеленоватого цвета, ...»[2, Приложение].
Чашеобразное углубление имеет объём равный примерно pi*37*37*1,8/4 = 2000 м3. Про наклон всего кратера цифр не приведено, сказано только, что он — легкий, не будет большой ошибкой считать, что он не превосходит углубление центральной части, а скорее в несколько раз меньше (наклон, вероятнее всего, связан с воздействием ударной волны, которая уплотняет грунт, нежели дает дополнительный вклад в образование пыли). Для глубины в 0.5 м мы получим объём равный S*h/3 = 17 000 м3. Таким образом, суммарный объём выброса пыли (хотя и завышенный раз в десять от реального) можно считать примерно равным «тоннажу» бомбы в тротиловом эквиваленте.
Из этого следует простой вывод: для 100 Мт варианта выброс пыли составит 100 млн м3 или 0,1 км3, что в точности соответствует выбросам всеми нами любимого вулкана Эйяфьятлайокудль в апреле 2010г. Для 1000 Мт варианта выбросы составят 1 км3, что в сто раз меньше оценок Сагана и Моисеева, и существенно ближе к тому, что написано выше про один процент энергии взрыва, который расходуется на образование пылевого облака. В данной ситуации «огненный торнадо» должен обеспечить в сто (а то и в тысячу) раз больше сажи и пыли, чем образуется собственно от взрыва. Боюсь, что всех мировых запасов лесов и древесины не хватит для этого.
На сей оптимистической нотке и заканчивается наш рассказ про Глобальный Климат.
Ссылки
1.Моисеев Н.Н. Избранные труды. В 2-х томах.Т.2. Междисциплинарные исследования глобальных проблем. Публицистика иобщественные проблемы.—М.:ТайдексКо,2003.—264с. ISBN5-94702-017-3
2. Л. Гровс. Теперь об этом можно рассказать. М., Атомиздат, 1964 г.
3. http://www.warandpeace.ru/ru/news/view/58546/
Уровень выбросов СО2 в атмосферу рекордно возрос
31.05.11
В сообщении, опубликованном на сайте МЭА, говорится, что уровень выбросов, который в 2009 снизился благодаря финансовому кризису, в прошлом году превысил показатели также рекордного 2008 года на 5%. Больше всего отходов производят Китай и Индия, хотя и в развитых странах выбросы углекислого газа возросли. 44% СО2 в 2010 году было произведено на основе сжигания угля, 36% - нефти, и 20% - натурального газа.
Срочные меры
Увеличение количества выбросов вызывает вопросы о том, насколько вообще возможно выполнить обязательства по сокращению выбросов парниковых газов.В прошлом году на международном саммите по климату в мексиканском Канкуне мировые лидеры согласились с необходимостью ограничить выбросы, чтобы не допустить возрастания температур воздуха более чем на 2 градуса по Цельсию по сравнению с до-индустриальным периодом.
По мнению ученых, увеличение температур воздуха более чем на 2 градуса по Цельсию чревато возрастанием риска климатических катаклизмов, а именно - наводнениями, штормами, поднятием уровня воды в море и исчезновением видов.
Согласно выводам МЭА, мировой уровень количества углекислого газа, выброшенного в атмосферу в 2010 году, достиг 30,6 гигатонн (3*10+10 т = 3*10+13 кг ). По словам ведущего экономиста МЭА Фатиха Бирола, это открытие стало еще одним сигналом к действию.
"Мир почти исчерпал лимит на выбросы, которого должен был достигнуть только к 2020 году, - сказал Бирол. – Если в ближайшее время не принять срочных и действенных мер, то будет чрезвычайно сложно достичь целей, обозначенных на саммите в Канкуне".
Источник:BBC