Солнечное излучение – главный и основной источник энергии для всех естественных процессов в биосфере. Коротковолновое излучение Солнца, проходя через атмосферу в основном достигает земной поверхности. Некоторая часть солнечного излучения все же поглощается и рассеивается атмосферой. Наиболее сильно поглощают газы: озон, диоксид углерода, пары воды и др., а рассеяние вызывают аэрозольные частицы и молекулами некоторых газов. Достигшее земной поверхности солнечное излучение частично поглощается, и интенсивность такого процесса во многом зависит от свойств и рельефа поверхности. Например, покрытая льдом поверхность отражает не менее 75 % падающего излучения, песок – примерно 30 %, травяной покров – 10 %, водная поверхность – до 2 %.
Нагретая падающим солнечным потоком земная поверхность суши и акватории становится источником длинноволнового теплового излучения, направленного в атмосферу, от которой исходит первичный тепловой поток – между земной поверхностью и атмосферой происходит непрерывный тепловой обмен. Превращение энергии коротковолнового солнечного излучения в энергию теплового излучения и теплообмен между земной поверхностью и атмосферой поддерживают тепловой баланс Земли. Однако при активном антропогенном воздействии на биосферу естественный тепловой баланс нарушается – уменьшается тепловой поток от земной поверхности в верхние слои атмосферы, и в результате возрастает средняя температура нижнего приземного слоя атмосферы – происходит глобальное потепление климата. Такой процесс, известный как парниковый эффект, усиливается с увеличением в атмосфере концентрации диоксида углерода, метана, диоксида азота и других газов.
Расчеты, основанные на измерениях, показывают: интенсивности солнечного излучения, поглощаемого земной поверхностью и атмосферой, соответственно равны 157 Вт/м2 и 80 Вт/м2. Некоторая часть тепловой энергии атмосферы рассеивается в космическое пространство.
Тепловой баланс нарушают многие антропогенные процессы, так как они сопровождаются рассеянием тепловой энергии в окружающей среде. Например, при сжигании топлива лишь небольшая часть запасенной в нем энергии идет на совершение полезной работы, скажем, при движении транспорта либо преобразуется в электрическую энергию, а остальная значительная часть энергии бесполезно рассеивается. В свою очередь, энергия для выполнения полезной работы тратится на преодоление сил трения, гравитационных и других сил и на конечной стадии преобразования переходит в тепловую энергию, нарушая тем самым тепловой баланс Земли. Все реальные процессы сопровождаются неизбежными необратимыми потерями энергии в виде тепла, рассеиваемого в окружающей среде и приводящего к нагреванию нижнего слоя атмосферы.
При некоторых видах антропогенного воздействия на биосферу поверхность Земли не нагревается, а, наоборот, охлаждается. Например, при сведении лесов и травяного покрова образуются песчаные пустыни, отражающие больше солнечной энергии, чем покрытая растительностью территория. Образовавшиеся в результате взрывов и пожаров аэрозоли и дым задерживают поток солнечной энергии, поступающей на Землю.
На тепловой баланс Земли существенно влияют очень большие потери тепла при отоплении зданий. Так, для отопления жилого дома, построенного в 1960-е годы, требовалось в среднем не менее 3700 л котельного топлива ежегодно на 100 м2. Современный дом, построенный по шведскому стандарту, потребляет гораздо меньше топлива на ту же площадь – до 900 л в год. В последние годы в развитых странах Европы уже строятся дома с надежной теплоизоляцией и утилизацией тепловых отходов. Для них расход котельного топлива не превышает 160 л в год на 100 м2, и это не предел. При строительстве таких домов используются современные теплоизоляционные материалы, двойное или тройное остекление окон, усовершенствованная система вентиляции, что позволяет существенно сократить тепловые потери и тем самым сберечь природные ресурсы и уменьшить загрязнение окружающей среды. В некоторых домах тепловой режим регулирует компьютерная техника, и поэтому неслучайно подобные дома в последнее время называют умными.
Тепловой баланс нарушают тепловые отходы, сбрасываемые в атмосферу, реки и водохранилища топливно-энергетическими комплексами и промышленными предприятиями.
Библиографические ссылки
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов, 13-е изд. М.: Директ-Медиа, 2018.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум, 6-е изд. М.: Директ-Медиа, 2016.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник в 2-х кн., 2-е изд., М.: Директ-Медиа, 2017.
Карпенков С.Х. Экология. Практикум, 2-е изд. М.: Директ-Медиа, 2022.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник для бакалавров. М.: Логос, 2014.
Карпенков С.Х. Технические средства информационных технологий. 5-е изд. М.: Директ-Медиа, 2023.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Справочник. М.: Высшая школа, 2004.
Карпенков С.Х. Незабытое прошлое. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Воробьёвы кручи. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Русский богатырь на троне. М.: ООО «Традиция», 2019.
Карпенков С.Х. Стратегия спасения. Из бездны большевизма к великой
России. М.: ООО «Традиция», 2018.
Карпенков С.Х. К истории одного преступления // Уничтоженные как класс. М.: ООО «Традиция», 2020. С. 3 – 65.
Карпенков Степан Харланович
