science Александр Крузе Остынь планета ! ru rusec lib_at_rus.ec LibRusEc kit 2007-06-12 Tue Jun 12 12:36:36 2007 1.0

Крузе Александр

Остынь планета !

АЛЕКСАНДР КРУЗЕ

ОСТЫНЬ ПЛАНЕТА!

Сто лет назад считалось: главная угроза

грядущему развитию человечества

исчерпание запасов топлива.

Сегодня, похоже, на первый план

выдвигается другая угроза

перегрев планеты...

На протяжении тысячелетий четыре энергетических потока управляли температурой земной поверхности: два приходящих - солнечное излучение и теплота разогретых недр, и два уходящих - часть солнечного излучения, сразу же отражаемого Землёй, и тепловое излучение самой планеты, тем более мощное, чем выше температура её поверхности. До недавних пор равновесие между поступающей и уходящей энергией достигалось при средней температуре Земли 15 градусов. Ситуация стала меняться в последние десятилетия из-за вмешательства человечества в планетарные процессы.

С одной стороны, оно добавило в планетарный баланс пятый поток приходящую энергию сжигания огромных масс ископаемого и ядерного топлива. С другой - затруднило сброс теплового излучения в космос, загрязнив земную атмосферу, сделав её менее прозрачной для теплового излучения. Образно говоря, человечество делает атмосферу всё более тёплым одеялом для Земли. В результате для установления равновесия, которое раньше достигалось при 15 градусах, теперь требуется более высокая температура. И процесс этот уже пошёл: средняя температура Земли уже повысилась на 1 - 1,5 градуса!

Последствия грядущего потепления труднопредсказуемы, но не нужно особой проницательности, чтобы понять: не за горами время, когда человечеству придётся озаботиться охлаждением земной поверхности. Решение подобных проблем, требующих колоссальных технических и энергетических ресурсов, - дело отнюдь не ближайшего будущего. Но оценить масштабы и возможные направления работ можно уже сегодня.

Здесь есть три возможности: регулирование теплопрозрачности атмосферы, установка всякого рода отражающих экранов и, наконец, активное воздействие на энергетический баланс в целом, что-то вроде "прилаживания кондиционера к земному шару".

Регулировать поступающее на Землю солнечное излучение с точки зрения физики не так уж сложно, принципиальных запретов тут нет. Но чрезвычайно сложно, практически невозможно предугадать экологические последствия реализации подобных проектов. Наша планета - это система такой сложности, с таким колоссальным количеством взаимодействующих факторов, что сегодня нельзя рассчитывать на точные предсказания даже с привлечением всей мощи современной вычислительной техники. То же самое можно сказать и о способах отражения лучистой энергии Солнца, связанных с изменением отражательной способности поверхности океанов и материков и прозрачности атмосферы. Так что оставим эти возможности на будущее.

Тогда остаётся последняя составляющая баланса - энергия, уходящая с Земли в пространство в виде инфракрасного - теплового - излучения. В принципе для восстановления равновесия, существовавшего сотни лет назад, необходимо отводить в космическое пространство всю ту энергию, которая производится на Земле в результате жизнедеятельности человечества.

Для рукотворного отвода этой теплоты можно использовать такую примитивную схему: создать в горных районах на высоте 5 - 6 км нагреваемые поверхности. Воздух здесь разрежён, его плотность почти вдвое меньше, чем на уровне моря, поэтому инфракрасное излучение должно практически целиком уходить в мировое пространство. Нагревать такие поверхности можно по-разному, важно только, чтобы теплота, идущая на нагрев, отводилась непосредственно от почвы, воды, атмосферы и т. п.

Простейшая схема: насос заставляет теплоноситель циркулировать через два змеевика. В нижнем теплоноситель подогревается за счёт окружающей среды (вода тропических морей, раскалённый воздух пустынь, грунт на глубине десятков метров и т. д.), в верхнем - охлаждается, отдавая теплоту радиатору - просто сплошному металлическому или даже пластиковому листу, к которому приварен змеевик. Инфракрасные лучи от нагретой поверхности радиатора уходят безвозвратно в космическое пространство.

Каков порядок величины общей площади такого радиатора, способного избавить Землю от рукотворной энергии, с помощью которой человечество нарушает энергетический баланс и повышает среднюю температуру планеты? Пусть требуется сбрасывать в космос порядка 1015 джоулей в секунду (столько энергии, по прогнозам, будет производиться через 100 лет). Температуру радиатора примем равной всего 27°С. При этих условиях общая площадь излучателей должна составлять 2,2-10е км2 (приблизительно территория Гренландии). Излучающая поверхность не обязательно должна быть размещена в одном месте, целесообразно рассредоточить её по всей поверхности земного шара.

Возможны и другие, более элегантные технические решения.

Одно из них - использование принципа тепловой трубы. В горах прорывают шахты или пробуривают скважины, которые сверху закрыты радиаторами-излучателями, а в нижней части соединены с резервуарами. При этом образуется герметически замкнутая полость, из которой откачивают воздух. Полость эта и есть тепловая труба. Если заполнить резервуар легкокипящей жидкостью (эфир, спирт, ацетон, бензин и т. п.) и испарить её за счёт тепла недр, то, поднимаясь и конденсируясь наверху, она передаст теплоту излучателю и снова стечёт в резервуар. Процесс идёт непрерывно, стабильно и самостоятельно, пока к резервуару подводится теплота. Никаких насосов, никакой мощности на перекачку не нужно.

Разумеется, при разработке такой системы охлаждения возникнут немалые технические трудности, связанные, например, с откачкой воздуха, поддержанием прочности и герметичности.

Многие отрасли промышленности сбрасывают большое количество теплоты в окружающую среду. Много тепла уходит в атмосферу или в воду при охлаждении выплавленного металла и шлака при обжиге цемента и гашении извести, при работе холодильных установок и кондиционеров, двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин и др. Причём температура здесь значительно выше температуры окружающей среды. Этим можно воспользоваться, чтобы сократить поверхность инфракрасных излучателей за счёт повышения температуры. Так, если температуру поднять до 47°С, то мощность излучения с квадратного метра будет больше на 30%, чем при 27°; при 77°С - уже на 85%, а при 97°С - в 2,3 раза. Соответственно сократится и размер излучателей.

Выгодно будет устанавливать инфракрасные излучатели и в районах интенсивной вулканической деятельности, где благоприятно сочетаются большие высоты над уровнем моря с большой температурой грунта и подземных вод. Наверняка можно придумать и другие способы передачи теплоты от земного шара к инфракрасным излучателям, а от них - в мировое пространство, скажем, на основе теп-лонасосной технологии. В зависимости от местных условий, достижимой высоты над уровнем моря, экономических возможностей в разных местах Земли охладители, по-видимому, придётся делать разнотипными.

И, наконец, к пяти потокам можно добавить и новые, увеличив число составляющих уходящей энергии. Ведь в атмосфере, кроме инфракрасного, есть и другие окна прозрачности, например, в оптическом и радио диапазоне. Может быть, и ими смогут воспользоваться земляне, чтобы сбрасывать излишки энергии в космос. Или удалять с помощью ракет некие вещества, требующие для своего изготовления значительных энергетических затрат.

Как показывает исторический опыт, проблемы, связанные с сохранением человеческой цивилизации, так или иначе решались. Будет решена и проблема глобального охлаждения Земли, так что идея "приладить к земному шару кондиционер" не такая уж бредовая!