Газета "Своими Именами" №28 от 09.07.2013 - страница 33
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 CO>2, а излучение в этом диапазоне составляет половину всего излучения Земли.
Полосы поглощения CO>2 составляют менее 0,4 этого диапазона. Примем средний коэффициент поглощения CO>2 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 CO>2. Учитывая, что концентрация водяных паров в атмосфере примерно на порядок больше концентрации CO>2, логично предположить, что в полосах поглощения CO>2 основную часть излучения поглощает водяной пар. Допустим всё же, что на долю CO>2 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 CO>2 в атмосфере на 15°C ниже температуры поверхности Земли. Тогда в соответствующем диапазоне длин волн поглощённое CO>2 и H>2O тепло составит 0,2 земного излучения.
Все наши расчёты нужно отнести к относительному приросту за сто лет содержания CO>2 в атмосфере, равному 0,3. После перемножения коэффициентов получим относительную величину уменьшения излучения Земли в космос за счет 30% увеличения содержания CO>2 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 CO>2 в атмосфере не способен обеспечить даже сохранение повышенной на 0,7°C температуры Земли.
Интересно, а что произойдёт с температурой Земли, если содержание CO>2 в атмосфере увеличится не на 30%, а, скажем, в 100 раз? Увеличение концентрации CO>2 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 CO>2 в 100 раз приведёт к тому, что концентрация CO>2 превысит концентрацию H>2O в 10 раз. Тогда коэффициент, учитывающий долю CO>2 в суммарном поглощении CO>2 и H>2O, увеличится с 0,2 до 0,9. В вышеприведённом расчёте мы оценивали влияние повышения содержания CO>2 на 30%, а сейчас оценим влияние всего объёма CO>2, 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 CO>2 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.