Современное состояние биосферы и экологическая политика - [5]

Согласно закону теплового излучения, плотность потока световой энергии абсолютно черного тела можно определить в соответствии со следующей закономерностью:

S = Т ⁴, (1)

где S – интенсивность излучения, а – коэффициент пропорциональности – постоянная Стефана – Больцмана, равная 5,67 10^-8 Вт/(м²К⁴), Т – температура нагретого тела.

Солнце излучает энергию во всех направлениях. Поэтому общую мощность излучения (светимость звезды) можно вычислить, если умножить поверхность шара, равную 4πR², на температуру внешних ее слоев. Принимая во внимание выражение (1), имеем (Иванов, 1986, с. 287):

L = 4πR²σT⁴, (2)

где R – радиус, Т – температура поверхности Солнца.

Учитывая, что максимум энергии излучения Солнца приходится на желто-зеленую часть спектра, Т = 5330 К (Иванов, 1986, с. 286–287). Подставляя в формулу (2) параметры светила определим светимость L:

L = 4 3,14 (7 10⁸)² 5,7 10^-8 10³)⁴ Вт = 2,8 10²⁶ Вт.

Следует заметить, что температура поверхности Солнца (Т) у некоторых авторов не совпадает с вышеприведенной. Например, в монографиях Ю. И. Витинского (1983, с. 57–70), А. В. Бялко (1989, с. 96–97) этот показатель равен, соответственно, – 5770 К, 5780 К.

Светимость Солнца L можно определить еще одним способом. Для этого надо знать, сколько энергии во всем спектре приносится солнечными лучами за секунду на единичную площадь, т. е. солнечную постоянную (5). Измерения показали, что вне земной атмосферы 5 = 1360 Вт/м².

Тогда

L = 4πR²s, (3)

где r – расстояние планеты до Солнца.

Подставим в (3) параметры нашей планеты. Имеем:

L = 4 3,14 1,496 10¹¹ 1,36 10³ = 3,83 10²⁶Вт.

Оценка светимости звезды по формуле (3) основывалась на предположении, что Солнце светит одинаково во все стороны, а, следовательно, мощность солнечных лучей должна пронизывать каждый квадратный метр всей сферы радиуса r вокруг Солнца (Вавилов, 1982, с. 70–71; Бялко,1989, с. 97–98). Учитывая формулы (2) и (3), найдем выражение для определения солнечной постоянной для других планет, расположенных от светила на соответствующем расстоянии:

s₀ = R ²σT⁴/r². (4)

Для нашей планеты показатель s₀ = (3,83 10²⁶/4π)/2; 24 10²⁰ = 1361 Вт/м², а для Венеры и Марса, соответственно, – 2606 и 586 Вт/м².

Как следует из формулы (4), числитель сохраняет неизменное выражение, а переменной величиной, от которой зависит солнечная постоянная для других планет, является их расстояние до Солнца. Имеются данные, что на величину s₀ оказывает влияние изменение интенсивности излучения звезды и колебание ее радиуса (компоненты числителя, представленные в формуле (4) (Чистяков, 1997, с. 24–25). Доказано, что тепловое излучение Солнца постоянно. Его активность изменяет только коротковолновую, нетепловую часть излучения, и она, практически, не меняет тепловой поток, приходящий к нашей планете, и т. д. (Бялко, 1989, с. 133–134).

Можно определенно сказать, что нам «повезло» в том, что планета Земля заняла положение, которое в силу общеприродной закономерности (энергетический фактор) способствовало возникновению и дальнейшей эволюции биосферы на нашей Земле. Обратим внимание на состав атмосферы Венеры, Земли и Марса:

♦ углекислый газ на этих планетах составляет, соответственно, – 98, 0,03 и 95 %;

♦ азот – 1, 9, 79 и 2,7 %;

♦ кислород – следы, 21 и 0,13 %.

При отсутствии живых организмов на Земле углекислого газа было бы 98 %, азота 1,9 % и кислорода – следы.

Важным показателем является и температура поверхности этих планет:

♦ на Марсе она равна -53 С;

♦ на Венере – +477 С;

♦ на нашей планете – +15 С.

Ширина комфортной зоны, когда вода на нашей планете может существовать сразу в трех состояниях (жидкое, твердое и газообразное), составляет 0,06 расстояния Земли от Солнца. Граница полосы лежит в пределах 0,95 и 1,01 этого расстояния (Лосев, 1985, с. 44–45).

Если бы Земля сместилась на 5 % от комфортной зоны в направлении Венеры, то на планете начался бы смертоносный для биосферы разогрев утяжеляющейся углекислотой атмосферы. При ее смещении на 1 % ближе к Марсу она погрузится в вечную спячку под толстым слоем льда (Лосев, 1985, с. 44–45). Отметим, что Земля находится очень близко от роковой границы, за которой развитие климата на ней может пойти по вышеприведенным сценариям. Поэтому похолодания периодически дают о себе знать.

Глава 2 В. И. Вернадский о биосфере и «живом веществе»

2.1. Определение и понятие «живого вещества»

Как отмечалось выше, центральным звеном учения В. И. Вернадского о биосфере является понятие о живом веществе. Не является исключением из этого правила и человек, влияние которого на биосферу сравнимо в настоящее время с природными процессами. В отличие от других живых организмов воздействие людей на биосферу характеризуется:

♦ своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени;

♦ тем воздействием, какое их деятельность оказывает на остальное живое вещество.

Это создание многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных, которые в естественных, природных системах не способны к длительному существованию. Они полностью зависят от человека. Только некоторые из них, уходя от человека, способны к одичанию. Поэтому В. И. Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества, состоящего из всех живых организмов и находящихся в неразрывной связи, как работу единого целого.