Потоки энергии у земной поверхности

(по В.Г. Горшкову, 1997)

Таблица 6.8

Удельные вклады основных парниковых газов в парниковый эффект

Значительна и доля в тепличном эффекте метана (19%) и она продолжает расти со скоростью порядка 0,8% в год. Вклад окисла азота оценивается примерно в 6%, а ХФУ около 7%.

Резервы для повышения парникового эффекта огромны. В частности это касается, прежде всего, метана. Содержания его в малоустойчивых скоплениях газогидратов весьма значительны.

Рис. 6.12. Средняя месячная концентрация углекислого газа в атмосфере за 1957-1993 гг. на Гавайских островах (Мауна-Лоа) и Южном полюсе

Газогидраты - твердые кристаллические вещества внешне напоминающие снег или рыхлый лед. Способностью образовывать гидраты обладают все гидрофобные газы и легколетучие органические жидкости, молекулы которых имеют размеры 3,8-9,2 Å (Ar, N₂, O₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₈, изо-C₄H₁₀, Cl₂, CS₂, галогенные производные углеводородов С₁-С₄ и т.д.), а также некоторые гидрофильные соединения (СО₂, SO₂, окись этилена, тетрагидрофуран - ТГФ, ацетон), взаимодействие которых с водой достаточно слабое и не может препятствовать клатратообразованию. Между гостем и хозяином (водный клатратный каркас) существуют только слабые межмолекулярные (вандерваальсовы) взаимодействия, дающие выигрыш энергии по сравнению с энергией смеси исходных компонентов.

Газогидраты были открыты в 1969 г. в огромных масштабах (2×10¹⁶ м³) в недрах Земли сибирскими учеными В.Г. Васильевым, Ю.Ф. Макогоном, Ф.А. Требиловым, А.А. Трофимуком и Черским.

Разложение газогидратов происходит легче, чем образование.

Но в случае гидратов углеводородов при температуре <0°С в области относительно невысоких давлений, где они метастабильны, разложение происходит не сразу. И гидраты могут сохраняться длительное время за счет эффекта самоконсервации (при разложении газогидраты покрываются корочкой льда).

При высвобождении метана из газогидратов произойдет резкий рост его концентрации и метан может стать тем парниковым компонентом, который в основном и обусловит неуклонный рост температур на Земле и в ее атмосфере.

Это один из сценариев изменения парникового эффекта.

Очевидно, существуют значительные неопределенности связанные с чрезвычайной сложностью подобных предсказаний.

Гл. 7. БИОСФЕРА

1. Основные особенности биосферы

Одним из основополагающих глобальных понятий в естественных науках является биосфера. Этот термин был введен венским ученым Эдуардом Зюссом в 1875 г. Однако, в разработку представлений о биосфере особенно весом вклад В.И. Вернадского.

Биосфера - область существования живого вещества, в какой бы из геосфер оно не находилась. Вот как описывал ее В.И. Вернадский в далеком 1926 г.:

"Биосфера - область жизни - без перерыва облекает нашу планету. Всюду и везде на поверхности Земли мы встречаем жизнь, всюду и везде больше биллиона лет без перерыва идет ее химическая работа. Она обуславливает во все яснее перед нами вырисовывающейся силе и размахе непрерывный, закономерный, неизменный ток химических элементов из живой в косную материю и обратно.

Эта поверхностная оболочка охватывает площадь, равную 5,10065×10⁸ км²; она поднимается на несколько километров – более десяти - в газовую нижнюю оболочку планеты, в тропосферу; она проникает во всемирный океан средней мощностью больше 3,8 км, в отдельных местах достигающей до 10 км. Жизнь охватывает всю сушу, от высочайших вершин, почти до 8 км, до глубочайших низин; по трещинам и пустотам она идет в глубь, местами более чем на 1 км".

Как согласуются между собой обстановки геосфер с биосферой можно понять из сравнения физических характеристик, которые присущи им.

Согласно современным данным, параметры условий жизнедеятельности на Земле достаточно явно ограничены. Есть бактерии, способные находится в течение почти суток (20 часов) в жидком кислороде (-252°С). В сухой среде споры некоторых грибков сохраняются живыми при температуре +180°С. В донных зонах спрединга в пределах океанических акваторий хемогенез идет при температурах до 350°С. Поразителен диапазон давлений, при которых возможна жизнь: от 8000 атм. (дрожжи) до 0,001 миллибар (семена и споры). Существует жизнь в рассолах с концентрациями 250 г/л и, как мы теперь знаем, при очень высокой радиоактивности. Оживали бактерии из желудков трупов мамонтов, из египетских пирамид, из линз ископаемых льдов (описан случай оживления тритона с глубины 14 м).

Но принятые оптимальные условия жизни соответствуют температуре 0-50°С.

С физической точки зрения, биосфера - единая термодинамическая оболочка, в которой сосредоточена жизнь и где осуществляется взаимодействие всего живого с неорганическими факторами внешнего мира.

С точки зрения энергетической, биосфера - наружная область Земли, ограничивающая ее от космической среды, это область превращения космической энергии.

С химической точки зрения, биосфера - арена одного из грандиознейших планетарных явлений - процесса миграции химических элементов. Биоценоз связан с абиологической средой теснейшими реакциями, энергетическими связями. Взаимодействие неорганической природы с органической носит экстенсивно-интенсивный характер и осуществляется по особым законам.

Наконец, биосфера - понятие глубоко эволюционное. Она функционирует согласно своим внутренним зависимостям, определяющим ее устойчивость в условиях необратимости эволюции.