Апология человечества и углекислого газа.

В Сибири потоп и пожар, а в интернете - флейм и флуд. Кто-то пытается ловить за язык людей, которые никогда за свои слова не отвечали, кто-то с азартом плюет на плешь одного сказочного вермиколога... Кто-то мрачно пророчествует о глобальном потеплении (или даже "Глобальном Потеплении") и сыплет проклятьями и упреками в адрес человечества и углекислого газа, назначенных виновными в этих несчастьях. Однако, я бы хотел возвысить свой голос в защиту обвиняемых. Нет, я не утверждаю, что нет связи между уровнем углекислого газа в атмосфере и ростом температуры, но связь эта не причинно-следственная. Воздух вообще очень плохой теплопроводник, лучше изолирует тепло только вакуум, хотя в вакууме вообще никакого газа нет (ни углекислого, ни углесладкого, ни углесолёного).

Экспериментально было установлено, что растения способны поглощать углекислый газ гораздо быстрее если его концентрацию повысить. Это выражается в виде более интенсивного роста и повышения плодовитости по сравнению с контрольными, растущими при нормальных условиях. Также заметили, что ниже определенного уровня концентрация углекислого газа не опускается. Но когда уровень углекислого газа в атмосфере начал расти был сделан вывод, что именно люди произвели его настолько много, что растения перестали справляться с его поглощением. И ладно бы это повышение происходило впервые на Земле, но известно, что это явление вполне обычное и имело место задолго до появления далеких предков человека.

При этом есть и другой фактор, от которого напрямую зависит скорость поглощения углекислого газа. И это - количество солнечной энергии, непременного условия для реакции фотосинтеза. Я даже не предлагаю сравнить рост флоры в условиях тропиков со средними широтами, можно просто посмотреть на дерево. Любое. Его сторона, обращенная к Солнцу и лучше освещенная, будет более ветвистой, а ветви будут толще и длиннее. То есть, за равный промежуток времени от прорастания до наблюдения, при прочих равных условиях, растение поглотит больше углерода из воздуха там где больше солнечного света. И, соответственно, его меньше останется в воздухе. Можно сравнить растительность на северных и южных склонах холмов и гор. Можно сравнить растительность в подлеске и на опушке. Во всех случаях более освещенные образцы будут больше, толще, краше.

Итак, перед нами химическая реакция, которая происходит при наличии внешнего источника энергии и скорость течения которой зависит от концентрации реагентов и приложенного количества энергии. А из этого следует вывод, что рост остаточного углекислого газа в атмосфере может происходить не от того, что газа стало слишком много, а от того, что стало меньше солнечной энергии. То есть, регистрируемый уровень углекислого газа в атмосфере не является результатом баланса произведено/поглощено, а является минимальным для данного уровня солнечного излучения, при котором его поглощение замедляется. Что появится в воздухе сверх этого уровня - тут же жадно усваивается растениями, а что ниже - просто недоступно для поглощения. Этот уровень не является константой, а меняется вместе с плотностью фотопотока, освещающего растение. И растения этими свойствами меряются в борьбе за выживание.

Может показаться, что говорить о сокращении количества солнечной энергии в то время как температура воздуха растет - это издевательство. Как бы парадоксально это не прозвучало, но все именно так и обстоит. Ларчик открывается очень просто: круговорот воды в природе - это холодильная машина, работающая на солнечной энергии. Если выражаться попроще, то происходит вот что: производство льда и снега в атмосфере Земли - это не только постоянный процесс, но это еще и энергоемкий процесс. Вот у бытового холодильника есть шнур, которым его подключают к электросети. Без электроэнергии он морозить не будет. К Земле шнур питания не приделаешь, он при её вращении будет постоянно запутываться (ха-ха, шутка), но без внешнего источника энергии круговорот воды морозит не лучше бытового холодильника, отключенного от сети. Энергия идет на то чтобы сначала высвободить водяной пар из рабочего раствора (Мирового океана), затем поднять его в верхние слои атмосферы, для охлаждения и конденсации. После чего хладагент (остывший водяной пар) под действием силы тяжести оказывается на поверхности... и охлаждает её. Чем больше приложено энергии, тем больше образуется водяного пара. Чем больше водяного пара - тем больше высота, которой он достигает. Чем больше высота, которой достигает водяной пар - тем сильнее он охлаждается, и тем сильнее он охлаждает всё, с чем соприкасается.

Принцип работы этого холодильника, размером в целую планету, имеет некоторое сходство с абсорбционной холодильной установкой или с современными системами охлаждения процессоров компьютеров и смартфонов: имеется генератор (Мировой океан), хладагентом служит вода, разделение хладагента и сорбента происходит при нагревании и после разделения с сорбентом хладагент охлаждается и конденсируется. Можно назвать это - абсорбционно-адсорбционная холодильная машина. В отличие от абсорбционной машины хладагент замораживается до низких температур, ниже нуля. Сбор и сжижение хладагента для возврата в генератор происходит за счет абсорбции в атмосфере (осадков) и адсорбции на поверхности охлажденного осадками сорбента, которым служит поверхность Земли (вообще вся поверхность, до последней травинки, до последней пылинки). Хладагент служит для охлаждения сорбента, то есть температура сорбента, и следовательно эффективность адсорбции, зависит от количества произведенного хладагента, что и приводит к возникновению отрицательной обратной связи: меньше солнечного тепла - выше температура воздуха.

Для демонстрации этой связи предлагаю рассмотреть простенький эксперимент. Для него достаточно бутылки, наполненной водой примерно до половины, и источника тепла, масляный радиатор или батарея центрального отопления (в сезон, конечно). Для начала установим бутылку с водой на некотором расстоянии от источника тепла, можно начать с одного метра, и затем раз в день будем понемногу уменьшать расстояние и наблюдать, что происходит в бутылке. А в бутылке будет происходить следующее: на стенке, обращенной от нагревателя образуется конденсат, и по мере приближения бутылки к нагревателю количество конденсата будет расти. Увеличится размер капель, их количество, покрываемая ими площадь, а также высота от уровня жидкости, на которую вода сможет подняться. До поры капли удерживаются на стенке, но достигнув определенного размера, подчиняясь силе тяготения, сползают вниз. Чем сильнее греется вода, тем быстрее образуются и стекают капли.

Если экстраполировать эти наблюдения на большой цикл круговорота воды в природе, то получится вот какая картинка: при малом количестве солнечной энергии количество производимого Мировым океаном водяного пара будет невелико, он будет локализоваться вблизи от источника испарений, и будет до последнего оставаться в виде пара, растворенного в воздухе, потому что для ректификации воды из воздуха необходимо чтобы испарения достигли верхних слоёв атмосферы, застыли там в лёд, и начали падать вниз, собирая по дороге влагу из воздуха. То есть, это означает засушливость климата в удаленных от океана местах, малое количество осадков, медленный (а то и отрицательный) рост ледников в горах и на полюсах. Да-да, без водяного пара в воздухе ледники не регенерируют, а просто тают. Причём тают всегда, хоть в Ледниковый, хоть в Парниковый Период, реки текут подо льдом и зимой как ни в чём не бывало. А не текут они тогда, когда в воздухе недостаточно влаги для образования осадков в воздухе и на поверхности.

Если же поддать жару, то увеличится количество пара, увеличится количество осадков, пресная вода будет достигать более удаленных от океана регионов, смягчая континентальный климат. Во-вторых, возможность достичь более холодных верхних слоев атмосферы приведет к тому, что не только вырастет количество осадков, но также снизится их температура и сократится время формирования, что в свою очередь приведет к более эффективному охлаждению поверхности Земли. В-третьих, в горах и на полюсах имеются условия для накопления конденсата, и для того, чтобы этот конденсат промерзал и долго не таял. Вода сама в гору не потечет, для этого нужно приложить энергию, совершить работу. Вот Солнце эту работу и работает. Рост ледников в горах ведет к увеличению сброса рек и снижает температуру воды в них. Из-за большей массы вода медленнее прогревается, а значит несет прохладу на большую площадь и расстояние от истоков, что препятствует перегреванию воздуха.

Кроме того, впитывание росы и осадков сухой землей происходит медленнее за счет того, что соединениям, из которых она состоит, необходимо время для растворения. Насыпав сахар в чай, мы не сомневаемся, что он растворится без осадка, но при этом помогаем, помешивая ложечкой, ускорить процесс. Землю ложечкой помешать трудно и потому процесс идет своим чередом, ни шатко ни валко. По мере увлажнения земли меняется и её смачиваемость. Влажная земля проблем с усвоением влаги не испытывает, вода уже содержится в грунте в виде растворов, а потому коэффициент смачиваемости влажной поверхности гораздо выше, адсорбция водяного пара и осадков просто ведет к снижению плотности этих растворов. На влажной земле не бывает капель росы, они растекаются по поверхности и форму держать в принципе не способны, но влажная (и от того холодная) земля скорее соберёт конденсат из воздуха, чем сухая и горячая.

Земля насыщенная водой не только имеет большую массу и требует больше энергии для нагрева, но и охлаждается за счет испарения. Отсюда начинается малый цикл круговорота. Освещенные участки поверхности, сохраняют свою температуру, поскольку преобразуют солнечное тепло в испарение воды. Ледники в горах и на полюсах в свою очередь сохраняют свою температуру совсем не за счет отражения света (что за кретин мог такое придумать, и что за кретины в это верят?!), для этого есть процессы превращения фазового состояния, так называемые таяние и сублимация. Как результат, температура воздуха также остается низкой. Участки в тени, будучи более холодными, притягивают водяной пар, образуя росу, то есть пресную воду. Роса впитывается в землю, насыщает ее, просачивается на нижние горизонты, насыщаясь по дороге разными солями, питает родники, ручьи и реки. Пока вода высоко, у истоков, её температура не позволит растворить много, поэтому так вкусны горные источники. Но по мере течения вода прогревается, набирается уже большего количества солей и частично упаривается пока не вливается в крепкий раствор - море.

Если снижается количество солнечной энергии, то, во-первых, часть районов Земли лишаются пресной воды. Какое-то время старые запасы в грунте присутствуют и создают иллюзию что всё можно исправить экономией, но постепенно доступной воды становится меньше. Её никто не потратил бездумно, не выпил, ее никто не спустил в унитаз. Ее просто никогда не было, она не испарилась с поверхности Мирового океана, а осталась морской и соленой. Однако изменения в грунте по мере его просыхания создают довольно шизофреничную картину - одновременно происходят и засуха и потоп. Если капнуть воды на сухой лист бумаги, поначалу капля будет иметь форму капли с довольно большим углом смачивания. Если же капнуть каплю воды на лист мокрой бумаги - никакой капли не останется вообще. Она просто впитается. С просыхающей сушей происходит ровно то же - сухая земля поначалу отталкивает воду, препятствуя её впитыванию. От этого на поверхности образуются скопления после массивных атмосферных осадков, которые радостно носятся туда-сюда, снося всё на своём пути, но при этом уже через совсем короткое время земля, ещё вчера затопленная по пояс человеку, покрывается трещинами от засухи. По мере сокращения высоты, которой достигают осадки, меняются и маршруты их движения над поверхностью и дистанции, которые они способны преодолевать. Неспособность влаги достичь горных вершин ведёт к сокращению дистилляции на поверхности ледников и их исчезновению. Вода, которая могла бы стать ледником - падает бессильно на полдороги на участки где её не ждали. Не стекает медленно по мере таяния льда в горах, а сразу выливается на поверхности, которые к такому сюрпризу не готовы. Гравитация, которая собирает воду в Мировой океан, никогда никуда не денется. Сила гравитации, масса воды, перемножаем. В ответе присутсвуют не только полученная энергия, но и жертвы, и разрушения.

Ещё одним аспектом является неотрефлексированная роль растительности - это роль осмотической мембраны, разделяющей воздух над головой и землю под ногами. Мембраны с весьма развитой поверхностью в обеих средах, что обеспечивает ей очень высокую эффективность. Когда воды много в воздухе - растительность способствует осаждению этой воды на поверхности земли и её сохранению. Здесь имеют значение и леса, создающие тень, где конденсируется влага; и поверхность стволов и листьев, на которой осаждается роса, стекающая затем на землю. Но при просыхании воздуха - эта же мембрана продолжает действовать, только направление движение меняется на противоположное. Теперь растительность насыщает воздух влагой. Высосанная из земли вода не компенсируется, поскольку не из чего компенсировать, и по мере исчерпания запасов влаги в земле изменяется и среда. Сухая земля имеет меньше массу и хуже проводит тепло (пространство между отдельными частицами грунта, ранее заполненное теплоносителем - водой, теперь заполнено теплоизолятором - воздухом), и уже не содержит воды, которую бы можно было испарить с поверхности, а потому нагревается она сильнее, быстрее, но неглубоко. Как песок на пляже под солнцем, верхний слой - аж стоять больно, а зароешься поглубже так и ничего, терпимо. Горячая земля нагревает воздух так, как углекислому газу и не снилось. Климат при этом становится не столько жарче, сколько континентальнее, жестче, с большими температурами воздуха, и резкими их перепадами в течении суток и сезона. Жара и сухость вместе, все это и создает идеальные условия для возникновения лесных и степных пожаров.

Суммируя все вышесказанное можно сделать вывод, что не человечество виновно в росте уровня углекислого газа в атмосфере, а тот в свою очередь ни капли не виноват ни в повышении температуры воздуха, ни в изменении климата. Связь между этими явлениями есть, но они всего лишь симптомы процессов, повлиять на которые у человечества нет возможности, потому что они происходят далеко за пределами Земли и скромных возможностей нашей цивилизации