Том Фетисов - Профиль равновесия

В приходной части естественного теплового баланса прежде всего значится солнечная энергия. Земля получает от Солнца 5 · 10 20больших калорий в год. Немного «подогревает» Землю энергия, выделяемая в процессах естественного радиоактивного распада, в результате вулканических извержений, лесных пожаров и т. д. В расходной части — энергия, постоянно рассеиваемая Землей в мировое пространство.

Конечно, баланс тепла никогда не был абсолютно стабильным и в целом для Земли, и для крупных ее областей. Известны периоды длительного потепления и похолодания, великие оледенения и прочие неприятности, от которых немало натерпелись наши отдаленные предки. Но тогда отклонения были лишь составными частями динамического равновесия. Своим последующим изменением тепловой баланс планеты, как и следовало ожидать, обязан людям. Они сумели значительно «подогреть» атмосферу.

Вплоть до XIX века человек использовал только энергию Солнца, употребляя в пищу растения и животных и сжигая древесину и жиры растительного и животного происхождения.

В настоящее время в США потребление всех видов энергии составляет 10 тысяч ватт на человека в сутки. За 200 лет оно увеличилось в 100 раз и продолжает ежегодно увеличиваться на 2,5 процента! При этом львиную долю составляет сжигание горючих ископаемых. Энергия ежегодно добываемого во всем мире топлива достигла 4,2 · 10 15больших калорий.

Ученые подсчитали, что, если численность населения Земли возрастет до 10 миллиардов, а потребление энергии достигнет современного уровня США, ее мировое производство составит колоссальную величину: 110 миллионов мегаватт в год! Угрожает ли такой рост нарушению общего теплового баланса атмосферы? Сам по себе скорее всего нет, производимая энергия будет все-таки в 1000 раз меньше той, которую Земля рассеивает в мировое пространство.

Если мы возьмем более отдаленную перспективу, положение может выглядеть менее радужным. Потребление энергии во всем мире в конце 60-х годов составляло примерно 2,93 · 10 13киловатт-часов. Средние ежегодные темпы роста энергетики равны 4 процентам. Предположим, что они еще очень долго останутся неизменными. Тогда через 160 лет энергия, вырабатываемая человечеством, сравняется с отражаемой Землей солнечной радиацией. Однако и сейчас возможны серьезные местные нарушения, вызванные концентрацией тепла. С ними мы сталкиваемся в крупных населенных пунктах, в промышленных зонах.

…Постоянство газового состава атмосферы совершенно необходимо для существования современной жизни на Земле. 21 процент кислорода, немного более 0,03 процента углекислого газа, азот. Если кислорода становится меньше, а углекислого газа больше обычного уровня, дыхание затрудняется. Резкое изменение содержания этих газов ведет к губительным последствиям для большинства высокоразвитых организмов.

Всегда ли наша атмосфера имела такой газовый состав? Нет. Около 2 миллиардов лет назад в ней отсутствовал свободный кислород, зато было огромное количество углекислого газа. Жизнь первых примитивных организмов основывалась на внутренних, ферментативных процессах восстановления. Чтобы концентрация кислорода достигла 1 процента от современного уровня, понадобился миллиард лет. Его «накопили» первые организмы, обладавшие способностью к фотосинтезу. Такое содержание кислорода оказалось уже достаточным для окислительного типа обмена веществ и появления многоклеточных организмов — настоящих «фабрик» свободного кислорода.

Для достижения следующего важного рубежа в эволюции жизни на Земле понадобилось «только» 300–400 миллионов лет. Кислорода в атмосфере стало в 8–10 раз больше, и вокруг планеты появился озоновый экран. Он стал надежной защитой организмов от ультрафиолетовой радиации. Бурно расцвела жизнь в поверхностных слоях океана, они заполнились мельчайшими, взвешенными в воде растениями, фитопланктоном. «Фабрики кислорода» заработали с еще большей силой.

Современная концентрация кислорода установилась в атмосфере примерно 50 миллионов лет назад. Ее постоянство стало бы невозможным, если бы круговорот кислорода не был строго сбалансирован с круговоротом углекислого газа.

Не станем приводить цифры, подробно характеризующие круговорот углерода в природе, хотя они и известны науке. Важно, что такой круговорот существует и что он (по крайней мере, до последнего времени) хорошо «подогнан» к круговороту кислорода. Напомним только, что есть два самостоятельных цикла круговорота углерода в биосфере — один на суше, другой в Мировом океане — и что связаны они через атмосферу.