July 1st, 2010

2009

Global warming

Давление земной атмосферы -- 105 паскалей. Деля на g = 10 м/с2, получаем, что над каждым квадратным метром Земли лежит 10 тонн воздуха.

Содержание углекислого газа в нём -- 0.035% по объёму. Умножая на это массу воздуха, и на отношение молекулярных масс CO2 и воздуха (44/29), получаем, что над каждым квадратным метром содержится 5.3 килограмма CO2, в коих сидит 5.3*12/44 = 1.45 кг углерода.

Теплота сгорания последнего -- около 25 МДж/кг. Значит, чтобы восстановить этот углерод из CO2 до угля, требуется порядка 36 мегаджоулей энергии на квадратный метр. Растения, на самом деле, восстанавливают его не до угля, а до сахара, но разница невелика, а лазить за тонкостями окисления углеводов в справочники мне лень.

На квадратный метр Земли в полдень падает от Солнца 1360 ватт/м2. Половина задерживается атмосферой. Ещё на 4 надо поделить из-за усреднения по суткам и широте. Ну и ещё на два, допустим, из-за поглощения в атмосфере под большими углами к горизонту. Итого 85 Вт/м2.

КПД преобразования растениями света в сахар в полевых условиях -- около 1%. Суша составляет треть площади Земли, и треть её покрыта растениями (океанами пренебрежём, хотя они и вносят едва ли не больший вклад). Итого, в среднем квадратный метр Земли преобразует углерод в сахар с мощностью около 85*0.01*0.3*0.33 = 0.08 Вт/м2.

Деля 36 МДж/м2 на 0.08 Вт/м2, получаем 4.5*108 секунд, или 15 лет. Это -- характерное время, за которое земные растения съедают весь CO2 в атмосфере. Ну или скорее 10% его за 10% этого времени. Причём оценка завышена; более точный подсчёт, думаю, вообще даст лишь лет пять.

Итак, время оборота CO2 в атмосфере -- единицы лет. Между тем как атмосфера, в практически неизменном составе, существует уже миллионы лет. О чём это говорит? Правильно. О том, что углекислый газ в атмофере -- буферная компонента. И поддерживается равновесием между пожирающими его растениями и разложением органики (и вулканизмом, конечно). И это равновесие, будучи нарушено, восстанавливается по геологическим меркам времени мгновенно.

И тем не менее, последние лет 50 мы наблюдаем стабильный рост содержания CO2 в атмосфере. Процентов так на сорок уже.

Вопрос: так почему же растительность не справляется? Не успевает? Или проблема просто в том, что мы её слишком уж быстро рубим?