WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 18 | 19 || 21 | 22 |   ...   | 55 |

Любая спонтанно возникшая конвективная ячейка перетекания нагретого воздуха вверх, а холодного — вниз, в этих условиях может разрастаться, увеличивая свой масштаб и мощность. Двигаясь по океану, тайфун приобретает устойчивуюспиральнуюструктуру, вовлекающую в себя все новые и новые неустойчивые области воздуха, и высвобождаемую потенциальную энергию переводит в скорость ветра, которая может достигать 60 м/с (более 200 км/час). Тайфуны вызывают в океане волнение до 20 м высотой, наводнения за счёт большого количества осадков и нагонов воды, многочисленные и катастрофические разрушения.

420. На ранних этапах истории Земли её атмосфера состояла из азота и углекислого газа (до 35%), а сейчас его совсем мало (0,03%). Куда же подевался почти весь СО2 Земли Cм. ответ на вопрос №226, стр. 118.

421. В среднем за 2000 лет весь свободный кислород атмосферы Земли проходит через цикл фотосинтеза. Сколько (примерно) раз на нашей планете растениями воспроизводились молекулы O2, аналогичные тем, которыми Вы в данный момент дышите Довольно часто встречалась неверная интерпретация сути вопроса;

когда смысл рассуждений сводился к тому, что поскольку много растений и много молекул, то невозможно посчитать число актов фотосинтеза точно. Также в этом вопросе не требовалось пытаться решать вероятностную задачу о судьбе каждой конкретной молекулы, попавшей в Ваши лёгкие. Эта комбинаторная задача слишком сложна даже в порядке её рассмотрения.

Речь в данном случае идёт о том, что на нашей планете Земля имеется атмосфера, масса которой составляет около 5,1 · 1021 г и газовый состав которой разнообразен и переменен с высотой и со временем. В настоящее время возле поверхности основнуюдолюатмосферы составляют 7 газов (указаны их объёмные доли):

N2 O2 H2O Ar CO2 Ne He 0,7808 0,2095 < 0,028 0,0093 0,00032 0,000018 0,В оболочках Земли осуществляется круговорот кислорода, аналогично круговороту воды в природе. Свободный кислород в атмосфере мы можем рассматривать, как некоторый банк молекул, который (как и любой другой банк или бассейн) имеет приток (приход) и сток (расход). Кислород является активным окислителем, и расход его молекул осуществляется через весьма большое разнообразие химических реакций (от горения дров в костре до ржавчины на велосипеде).

Одной из многих в этом ряду является превращение кислорода в углекислый газ в процессе дыхания животных вообще и человека, в частности. Очевидно, что данный расход кислорода в земной атмосфере Земли заведомо пренебрежимо мал по сравнению с другими. Существуют многие другие химические реакции (например, переход в озон О3) и физические процессы (например, растворение в водах Мирового океана), которые, как мы можем предполагать, с интересующей нас сейчас точностьюявляются взаимообратными, т. е. происходят с равной скоростьюв обе стороны и, следовательно, не влияют на итоговое обилие О2. Наконец, единственным (по крайней мере, единственным существенным) поставщиком свободного кислорода в атмосферу является реакция его фотосинтеза зелёными растениями.

Напомним, что хлоропласты растений содержат специфические пигменты (хлорофилл), молекулы которого способны поглощать лучи красного и синего участков спектра (поэтому, кстати, сами растения имеют цвет отражённого излучения, т. е. зелёного). При этом хлорофилл переходит в возбуждённое состояние, выделяя свободный электрон и запуская сериюокислительно-восстановительных реакций в хлоропласте (фотохимическая или световая фаза фотосинтеза). Присутствующие в растворе молекулы воды находятся в виде комбинации ионов Н2О Н+ + ОН-. В результате ряда ферментных превращений образуются молекулы АТФ и комплекс НАДФ*Н, в состав которого включается ион Н+. Освободившиеся ионы ОН-, возвращая электроны ехлорофиллу, образуют молекулы О2 + Н2О. В ходе второй, термохимической или темновой части фотосинтеза АТФ и образованный восстановитель (НАДФ*Н) участвуют в биохимических превращениях углекислого газа СО2, который ассимилируется в органические кислоты и углеводы. Затем поглощённый из атмосферы углерод в этом виде используется организмами для всех дальнейших биосинтезов, для роста и т. д.

Каждый человек для дыхания потребляет в сутки около 500 л кислорода, а годовая потребность 1 человека обеспечивается жизнедеятельностью10–12 деревьев среднего возраста.

А ты поблагодарил сегодня дерево Очевидно, что общее обилие кислорода в атмосфере определяется соотношением скоростей реакций по его поставке и расходу. Если его производство растениями будет происходить существенно быстрее, чем его потребление, то обилие кислорода в атмосфере будет возрастать.

Если мы (и другие планетарные пользователи) будут увеличивать расход кислорода, то его обилие будет уменьшаться, а обилие углекислого газа, напротив, возрастать. По-видимому, в настоящее время в глобальном масштабе имеет место развитие именно такого сценария. Значительные площади лесов на нашей планете катастрофически быстрыми темпами уничтожаются, а сжигание углеводородных топлив в современном технократическом обществе потребления столь же катастрофически нарастает. Как точно отмечал один из писателей, в наше время автомобили и другую технику уже можно рассматривать, как особый техногенный вид, активно конкурирующий с человеком за свободные ресурсы кислорода в атмосфере Земли. Например, один трансконтинентальный перелёт лайнера по количеству сожжённого кислорода «стоит» столько же, сколько суточная потребность 100 000 чел (!).

Каждая произведённая молекула О2 имеет своюсудьбу: она может или в ту же секунду быть истрачена (что маловероятно), или хоть всю геологическую историю Земли 4 млрд. лет «витать в облаках» (что также маловероятно). Поскольку все молекулы в воздухе активно перемешиваются, мы вполне можем считать их идентичными друг другу, рассматривать их «среднюю» судьбу и оценивать их среднее время жизни. По оценкам, для современной Земли это время составляет около 2000 лет. Это можно понимать так, что молекула О2, которуювы только что вдохнули, до этого момента 2000 лет свободно летала в воздухе, или что то же самое, была произведена каким-либо растением как раз в эпоху Рождества Христова (например, его пальмовой веткой, почему бы и нет). Или, в других терминах, скорости производства и потребления кислорода таковы, что весь банк молекул О2 полностью обновляется за 2000 лет (примерно).

Теперь мы можем оценить число таких циклов «возобновления» кислорода. Будем считать, что атмосфера Земли стала «кислородсодержащей» между архейской и протерозойской эрами, около 3 млрд.

лет назад. Тогда, разделив этот период времени на длительность цикла в 2000 лет, мы получим 1500000 раз. Однако, заведомо понятно, что обилие О2 в атмосфере не могло быть постоянным, поскольку свободный кислород накапливается по мере жизнедеятельности растений. Переменность газового состава земной атмосферы в прежние геологические эпохи точно пока не установлена. Очевидно также, что уменьшение обилия О2 означает увеличение числа циклов его воспроизводства. Иными словами, в архейскую эру, когда свободного кислорода в атмосфере было очень мало, он расходовался быстрее, и время его жизни было меньше, чем теперь. С учётом имеющихся неопределённостей правильными признавались те ответы, в которых число циклов производства О2 называлось от 500 000 до 3 000 000 раз. Иными словами, в среднем 2 млн. раз (!) растения воспроизводили молекулы О2 на нашей планете, которыми мы в настоящее время пользуемся для дыхания.

Основной поставщик кислорода с древнейших времён до настоящего времени — это сине-зелёные водоросли. Именно они сделали на этой планете кислородную атмосферу в её нынешнем виде, это они позволили всем остальным растениям и животным существовать и развиться до сегодняшнего состояния. А мы 422. Когда росли каменноугольные леса и жили динозавры, на Земле было жарко и влажно. Во время оледенения мамонты, например, хотя и имели мощную шерсть, но всё равно замёрзли. Потом опять потеплело; в Европе расположились субтропики, где жили львы, а в Сахаре всё высохло, и она превратилась в пустыню. В средневековье было сильное похолодание (в 829 и 1010 гг. замерзал Нил), а сейчас говорят о глобальном потеплении. Отчего бывают такие скачки, и что нам лучше покупать: дублёнку или панамку В очень многих работах ответ на этот вопрос сводился примерно к следующим фразам: «В будущем нам нужна будет панамка, потому что озоновый слой разрушается и происходит парниковый эффект»; или:

«потепление происходит из-за парникового эффекта и виноват в этом только человек». Много было сказано правильных слов и про промышленные выбросы. Откровенно говоря, невольно возник недоуменный вопрос: «А как же потепление во времена динозавров Кто же тогда портил экологию“, уж не они ли» ” Во-первых, основной смысл данного вопроса направлен на вариации климата в прошлом, которые происходили до человека и безо всякого участия человека. Антропогенные воздействия на климат мы рассмотрим позднее.

Во-вторых, многие (и не только дети) путают вариации температур и погоды в данном конкретном месте (в городе, где они живут) и переменность глобального климата. Современной цивилизации присущ заметный «европо-» и «америкоцентризм», жители западных стран искренне убеждены, что именно там находится современный «пуп Земли». Соответственно, если что-то не то начинает происходить с погодой у них, то это сразу же подаётся как глобальная проблема, никак не меньше. Сейчас говорят о «глобальном» повышении температуры на 1–2 градуса.

Хотелось бы напомнить, что, например, в Сахаре +50 С, а на стан ции «Восток» в Антарктиде бывает и -89 С. Таким образом, диапазон температур на поверхности Земли превышает 140 градусов, а соответственно, в разных климатических зонах всегда будут нужны где-то панамка, а где-то дублёнка. И если в каком-то месте Земли наблюдается некоторое потепление, то скорее всего, это эффект региональный, связанный с изменчивостью морских и воздушных потоков в данной части земного шара. В иных, ненаселённых регионах эффект может быть и другим. В целом, вопрос о полноте, достоверности и представительности собираемых метеоданных, их соответствия всей глобальной картине в целом остаётся, по-видимому, открытым.

В-третьих, говоря о вариациях климата, всегда необходимо чётко определять интервал времени, о котором идёт речь. Один достаточно остроумный участник Турнира написал, что нам нужнее дублёнка, ведь Турнир проходит в октябре, а впереди — зима! С точки зрения интервала времени в несколько месяцев — это абсолютно верно. Как верно также заметила Эльвира Гайсина: «Климат — это многолетний режим погоды, и судить об изменении климата мы сможем лишь через 100 лет».

Рассмотрим для начала эволюцию нашей планеты в целом. Действительно, на стадии формирования самой Земли (4500–4000 млн. лет), когда происходило выпадение на неё других планетозималей, её поверхность скорее всего была разогрета выше 1000 К. После утраты первичной водородно-гелиевой атмосферы (4000–3500 млн. лет) и перехода ко вторичной (углеродно-азотной) парниковые эффекты, аналогичные венерианским, скорее всего не позволяли остывать земной поверхно сти ниже 200–400 С. Постепенное захоронение растениями углекислого газа и накопление ими кислорода (примерно 1/100 часть от современного количества 2000 млн. лет назад и 1/10 часть — 600 млн. лет) «позволило» Земле остыть ниже 100 С, и сформироваться земным океанам. Наконец, в районе 250 млн. лет назад случился первый геологический ледниковый период. Таким образом, на интервале времени геологической жизни нашей планеты порядка 4 млрд. лет, можно точно утверждать, что Земля заметно (на 1000 градусов) остывает.

Считается, что 250 млн. лет огромный кусок суши под названием Гондвана находился в южном полушарии. Это блокировало океанские течения и перераспределение ими тепла по земному шару, что и привело к глобальному похолоданию и даже оледенению части южного материка. В свою очередь, это стимулировало биологическую эволюцию, хвойные растения полностью вытеснили каменноугольные леса, а позднее появились и первые млекопитающие. После распада Гондваны 150–100 млн. лет назад на отдельные куски (Южная Америка, Африка, Антарктида, Австралия, Индостан) климат вновь стал теплее, чем сейчас, и поверхность земли захватили гигантские рептилии. Таким образом, можно сказать, что вследствие движения материковых плит на интервале 250–100 млн. лет имело место значительное (на 20–30 градусов) глобальное потепление.

Тёплый климат привёл вновь к бурному развитию растительности в её современном виде, и содержание кислорода в это время приблизилось к современному. Снижение содержания СО2 способствовало накоплениюизвестняковых осадков (см. стр. 119), и дальнейшему захоронениюуглерода уже по этому механизму (меловой период).

За последние несколько десятков миллионов лет на Земле прошло множество повторяющихся оледенений различной мощности, которые случаются нерегулярно, через 100–250 тыс. лет. Продолжительность каждого из них составляла около 50 тыс. лет. Считается, что климат Земли перешёл в неустойчивое состояние из-за ослабления парникового эффекта, с одной стороны, и перемещения в район Южного полюса материка Антарктиды, с другой. Динозавры закончились, на суше стали жить теплокровные животные, а 1–2 млн. лет назад появился и человек. Амплитуда оледенений за последние 1700 тыс. лет увеличилась, возможно, из-за появления льдов в Арктике. Около 20–15 тыс. лет назад наступил максимум оледенения, сопровождавшийся наибольшим распространением материковых льдов в северном и морских в южном полушарии. При этом уровень мирового океана опускался на 100 м ниже современного, а содержание СО2 в атмосфере падало до 0,02 %. Сейчас мы живём в межледниковье, последнее по счёту оледенение закончилось примерно 11 тыс. лет назад, так что можно утверждать, что на этом интервале времени также имеет место глобальное потепление, а предстоит нам не менее глобальное похолодание.

На интервале за последние 2000 лет происходили как относительные потепления (около 800–1200 гг), так и «малые ледниковые эпохи средневековья» (1400–1800 гг). Причины этих колебаний также точно не ясны. Среди возможных факторов называют изменения в солнечной активности (т. н. маундеровский минимум солнечных пятен), взрывные извержения вулканов и другие. На интервале инструментальных наблюдений за последние 100 лет можно предполагать некоторое уве личение температуры на 0,5 С. Однако, поскольку в южном полушарии представительность данных очень низка (80 % площади приходится на океан), то этот результат трудно проверить.

Хотелось бы подчеркнуть, что требуется большая осторожность при анализе возможных причин колебаний глобального климата. Повидимому, чисто астрономические причины в данном случае не играют заметной роли. Например, изменения интенсивности излучения Солнца за время 11-летнего цикла солнечных пятен составляют около 0,05%.

Pages:     | 1 |   ...   | 18 | 19 || 21 | 22 |   ...   | 55 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.