СТАБИЛИЗАЦИЯ КЛИМАТА НА ПЛАНЕТЕ ЗЕМЛЯ

Комаров В.М.

Доктор технических наук, ЦНИИ ВВС Минобороны России

СТАБИЛИЗАЦИЯ КЛИМАТА НА ПЛАНЕТЕ ЗЕМЛЯ

Аннотация

В статье рассматривается одна из причин периодических колебаний климата на планете Земля и предложены рекомендации по его регулированию.

Ключевые слова: Солнце, Земля, энергия, масса, климат, закон всемирного тяготения, освещенность земной поверхности, расстояние от Земли до Солнца, фотосинтез, зоомасса, превращение энергии Солнца в массу Земли, регулирование, контроль.

Komarov V.M.

PhD in Engineering, Central Research Institute of the Air Forces of Ministry of Defence of the Russian Federation

CLIMATE STABILIZATION ON THE EARTH

Abstract

The article considers one of causes of periodic variations of Planet Earth climate and provides recommendations on the climatic control.

Keywords: the Sun, the Earth, energy, mass, climate, law of (universal) gravitation, intensity of earth surface illumination, distance from the Earth to the Sun, photosynthesis, biomass, phytomass, zoomass, solar energy conversion into mass of the Earth, regulation, control.

В первые десятилетия XXI века планету Земля начали сотрясать мощные природные катаклизмы. Засухи, лесные пожары, ураганы, небывалые осадки, землетрясения, извержения вулканов стали распространяться на всё большие территории планеты Земля, делая климат всё более экстремальным. Совокупный мировой объём финансовых потерь от природных бедствий на планете Земля растёт из года в год, подчеркивая чрезвычайную актуальность рассматриваемой проблемы.

Известно, что кроме незначительных изменений климата на Земле в прошлом происходили глубокие и длительные похолодания и потепления, наносящие непоправимый ущерб развитию цивилизации, причины которых полностью ещё не раскрыты [2,3,9].

Известно достаточно много разных гипотез о причинах глобальных изменений климата на планете Земля [1,7,9]. В работе [9] показано, что климат на Земле в основном определяется активностью Солнца, составом и давлением земной атмосферы и изменением угла прецессии Земли. В указанной работе сделано также предположение, что одной из причин изменения климата на Земле может быть изменение расстояния от Солнца до Земли. Механизм изменения расстояния между Солнцем и Землей в указанной работе не рассматривался.

Настоящая статья посвящена раскрытию механизма изменения расстояния между Солнцем и Землей, которое может быть одной из причин глобального потепления или похолодания климата на Земле.

В соответствии с законом всемирного тяготения [1,5] каждые две материальные точки, в нашем случае Солнце и Земля, взаимно притягиваются друг к другу с силой пропорциональной произведению их масс и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Под материальной точкой понимается тело, размеры и форма которого при изучении его движения не играют роли, а важна только масса тела, сосредоточенная в данной точке [5]

            (1)

где  F - сила притяжения между Солнцем и Землёй;  γ - гравитационная постоянная; т_с -масса Солнца;  - масса Земли;  R- расстояние между Солнцем и Землёй.

При изменении массы Солнца или Земли между ними устанавливается новое равновесное состояние, при котором изменится и расстояние между Землёй и Солнцем, обратно пропорционально квадрату данного расстояния изменится и освещённость земной поверхности [5]

,             (2)

где Е- освещённость поверхности Земли солнечным светом; I - сила солнечного света; R- расстояние от Солнца до Земли; i- угол падения света на поверхность Земли.

Из уравнения (2) следует, что уменьшение расстояния между Землёй и Солнцем приведёт к увеличению количество тепла, поступающего на планету Земля, а увеличение данного расстояния снижает количество тепла, поступающего на Землю.

При изучении солнечной системы массы всех планет и самого Солнца принимаются постоянными, не зависящими от времени, что не полностью соответствует действительности, особенно при наличии, например, на планете Земля живой материи [1]. Физики отказались о представлении о массе, как о постоянной величине и при изучении движения тел солнечной системы на длительных интервалах времени учёт переменности масс не минуем [1]. Не полностью изучен, с точки зрения закона всемирного тяготения, механизм взаимодействия между планетой Земля и её атмосферой. Поэтому процесс эволюции солнечной системы и климата на планете Земля целесообразно изучать с учётом переменности масс Солнца и планет при одновременном анализе причин, приводящих к их изменению.

Согласно современным представлениям о внутреннем строении и эволюции звёзд, уменьшение массы Солнца за счёт излучения происходит медленно. Так снижение в два раза массы Солнца должно занять около 10¹³ лет [1].

Несколько иная картина складывается с массой Земли. Земля является одной из планет солнечной системы, на которой имеется живая материя, имеющая более высокую скорость развития по сравнению с неживой материей. Обеспечение химической энергией живых организмов на Земле осуществляется с помощью фотосинтеза, под которым понимают образование высшими растениями, водорослями, фотосинтезирующими бактериями сложных органических веществ из простых соединений - углекислого газа и воды за счёт энергии солнечного света, поглощаемой хлорофиллом и другими фотосинтетическими пигментами [2…4,7,8]. Фотосинтез является важнейшим биологическим процессом преобразования энергии солнечного излучения в энергию Земли, путем образования живой материи в виде органического вещества., с отличными от неживой материи свойствами, постоянно и в огромных масштабах совершающихся на нашей планете. Все живое на Земле прямо или косвенно зависит от фотосинтеза. Суммарное выражение фотосинтеза у растений [2]:

                  (3)

Фотосинтез является биологическим процессом, который идёт с увеличением свободной энергии системы. Остальные процессы осуществляются за счёт потенциальной энергии, запасаемой в продуктах фотосинтеза.

В результате фотосинтеза растительность Земли, получая энергию от Солнца, ежегодно производит более 150 миллиардов тонн сложных органических веществ, усваивая при этом из атмосферы водяной пар, около 300 миллиардов тонн углекислого газа, грунтовую воду и выделяя во внешнюю среду около 200 миллиардов тонн свободного кислорода[2]. Внесем указанные числовые значения в уравнение (3) и получим, что планета Земля за счет фотосинтеза растений ежегодно получает более 200 млрд. тонн различных веществ.

Около 90% всей биомассы Земли составляет биомасса деревьев, снижающаяся с увеличением численности населения [2] (Рис. 1).

При окислении и сжигании органических веществ происходит образование углекислого газа и паров воды, которые, отрываясь от поверхности Земли, переходят в её атмосферу.

Рассмотрим, каким образом отмеченные процессы оказывают влияние на массу Земли.

 

           Рис. 1 - Эволюция населения Земли (1) и части суши, покрытой лесами (2) в 20 веке.

Планету Земля вместе с гидросферой будем считать твердым веществом, а атмосферу - газообразным веществом, между которыми отсутствует жёсткая связь, так как атмосфера удерживается около Земли силами тяготения.

Закон всемирного тяготения справедлив для материальных точек, молекулы которых образуют жесткие между собой связи. Между молекулами газообразного вещества атмосферы и молекулами Земли такой жёсткой связи не существует и закон всемирного тяготения можно распространить только на отдельно взятую молекулу атмосферы, находящуюся в равновесном положении между силами притяжения Земли, силами притяжения Солнца с его планетами и силами притяжения между молекулами атмосферы.

В законе всемирного тяготения массу Земли вместе с массой гидросферы по отношению   к Солнцу   будем    рассматривать    как одну   материальную   точку,  а атмосферу Земли, состоящую   из   большого   количества    молекул    газа,   будем рассматривать как большое множество самостоятельных материальных точек, каждая из которых находится в равновесном состоянии и не входит в массу Земли.

Для доказательства принятого предположения проведем следующий эксперимент. Возьмём металлическую 6 литровую ёмкость, в которую зальём 200гр воды, герметично закроем крышкой и определим её массу, которая составила 0,303 кg. Затем, подогревая ёмкость, доводим воду до кипения, при котором часть воды превращается в пар и определим её массу. Полная масса подогретой ёмкости (вместе с паром) составила 0,302 кg. После полного охлаждения ёмкости и конденсации всего пара масса её стала соответствовать массе ёмкости до подогрева - 0,303 кg.

В результате проведенного эксперимента установлено, что масса подогретой ёмкости вместе с водой и паром в сравнении с не подогретой ёмкостью с водой снизилась на 0,001 кg, чего в соответствии с законом сохранения массы не должно быть.

Снижение массы подогретой ёмкости вместе с водой и паром относительно Земли произошло после превращения части воды в пар, каждая молекула которой, вылетая за пределы жидкой фазы, становится самостоятельной материальной точкой, которая под действием гравитационных полей Солнца и Земли переходит в новое равновесное состояние, снижая массу не подогретой металлической емкости вместе с водой. После охлаждения ёмкости весь пар конденсируется и превращается в воду и масса ёмкости возвращается в исходное состояние.

В результате проведенного эксперимента установлено, что при нахождении молекулы воды в жидком состоянии на поверхности земли она не является материальной точкой из-за малого расстояния между молекулами воды, а ее инертная масса входит в массу Земли. При превращении молекулы воды в пар каждая молекула воды становится самостоятельной материальной точкой, так как расстояние, проходимое молекулами пара велики в сравнении с их размерами, и их гравитационная масса не входит в массу Земли.

Аналогичные процессы образования паров воды при испарении её с поверхности Земли под воздействием солнечного излучения имеют место и на планете Земля.

Таким   образом,    проведенный   эксперимент    подтвердил     достоверность принятого предположения о  том, что в законе всемирного тяготения атмосферу  следует  рассматривать  в  виде  большого  скопления  множества  отдельных   молекул, каждая из которых является материальной точкой, гравитационная масса которых не входит в массу Земли. Полученные данные позволяют определитъ влияние круговорота отдельных химических элементов Земли на изменение её массы.

В процессе круговорота, например, углерода в природе происходит постоянное перемещение больших его масс с Земли в атмосферу и обратно [8]. При окислении и сжигании органических веществ основная их часть превращается в углекислый газ и пары воды, каждая молекула которых, отрываясь от поверхности Земли, под действием гравитационных полей Солнца и Земли становится самостоятельной материальной точкой и переходит  в новое равновесное состояние, снижая массу планеты Земля.

В процессе фотосинтеза благодаря солнечному излучению осуществляется переход углекислого газа атмосферы в органически твёрдую материальную точку Земли,  что сопровождается ростом массы планеты Земля .

Таким образом, в процессе круговорота углерода в природе происходит  постоянное изменение величины массы Земли.

Ранее, когда 3/4 части суши были покрыты лесами, при малой численности населения на Земле (см. Рис 1.), часть атмосферного углерода выводилась из круговорота путём отложения его в недрах Земли в виде древесины, торфа, угля, газа, нефти, сопровождающееся ростом массы Земли, а следовательно и расстояния между Землёй и Солнцем, что приводило к снижению количества тепла поступающего на Землю и похолоданию климата.

При росте численности населения на Земле (в 1000 году было 275 миллионов человек, а в 2011 году стало 7 миллиардов человек) происходило уничтожение лесов, которые к 2000 году стали занимать только 1/4 часть суши (см. Рис.1). Создавая благоприятные условия   для  жизни,   человек   стал   активно   использовать   древесину, торф, уголь, газ, нефть, которые были ранее накоплены в недрах Земли, что сопровождалось     снижением    массы    Земли,   а     следовательно    и    уменьшением расстояния     между    Солнцем   и   Землёй,   что приводило   к   увеличению   тепла поступающего на землю и потеплению климата.

В настоящее время в результате резкого увеличения процессов окисления и сжигания человеком органических веществ, а также снижения части суши занятой лесами, происходит снижение массы Земли, а, следовательно, уменьшается и расстояние между Землёй и Солнцем, что приводит к увеличению тепла, поступающего на Землю.

К дополнительному снижению массы Земли, с увеличением ее температуры, приводит выделение из воды растворенного в ней углекислого газа, каждая молекула которого поднимаясь над уровнем океана, становится самостоятельной материальной точкой.

Общее количество углерода на планете Земля составляет около 1.10¹⁷ тонн, из них 1.10¹² тонн находится в атмосфере и 1,4.10¹⁴ тонн растворено в морях и океанах. Основная часть рассеянных на планете Земля углеродных соединений образовалась в процессе дегазации мантии [9]. В настоящее время атмосфера Земли содержит лишь часть того запаса СО₂, который в ней находился. Имеются данные показывающие, что содержание СО₂ в современной атмосфере последовательно увеличивается, что служит подтверждением изложенного механизма снижения массы Земли [8].

В результате поверхность Земли стала получать больше солнечной энергии, способствующей потеплению климата. Так, например, за 45 лет (с 1893 по 1938 годы) толщина льдов в зоне дрейфа «Седова» снизилась с 365 см до 216 см, а средняя январская температура для Ленинграда с 1820 по 1920 год увеличилась с -10,2° С до -7° [4]. Приведенные факты свидетельствуют о наличии в последние столетия устойчивой тенденции потепления климата на Земле, одной из причин которой является снижение массы Земли, а, следовательно, и среднего расстояния между Землёй и Солнцем (уравнение 1) и, как следствие, увеличение количества тепла, поступающего на Землю.

По разным оценкам в настоящее время за счёт сжигания природного топлива в атмосферу ежегодно поступает около 7-10 млрд. тонн углекислого газа [9], который снижая массу Земли, приводит к потеплению на ней климата.

Аналогичное влияние на климат планеты Земля оказывает круговорот воды в природе. Переход большого количества воды с поверхности Земли в атмосферу в виде водяного пара, сопровождается снижением массы Земли, увеличивая количество поступающего на Землю тепла, а переход большого количества водяного пара атмосферы  на  поверхность  Земли в  виде  воды,  снега   или   льда,  сопровождается ростом массы Земли, снижая количества тепла, поступающего от Солнца. Водяной пар в атмосфере обновляется примерно каждые 12 дней [9], с отмеченной периодичностью меняется и погода.

При потеплении климата на Земле увеличивается масса испаряемой воды, сопровождаемая затем обильными осадками в виде дождя или снега. Прошедшие в последние годы небывалые наводнения и снегопады в разных районах земного шара являются подтверждением данного вывода.

Круговорот углерода и воды в природе совершается на Земле постоянно, изменяя состав и давление атмосферы, а значит и климат. Глобальные и длительные похолодания и потепления климата на Земле происходят при совершении полного круговорота углерода в природе, период которого исчисляется десятками тысяч лет.

Повышение температуры поверхности Земли увеличивает скорость перемещения плит, количество и мощность землетрясений, количество осадков и извержений вулканов. Действующее в настоящее время потепление климата на Земле в ближайшие -50 лет может привести к росту температуры, при которой возникнет проблема выживания и сохранения той части населения и животных на Земле, которая находится в экстремальных климатических зонах, что приведёт по истечению определенного времени к снижению потребления биомассы. За счёт процесса фотосинтеза зелёных растений и фотосинтезирующих микроорганизмов, начнётся рост фитомассы Земли, а значит и расстояния между Землёй и Солнцем, что приведёт к восстановлению привычного для нас климата на Земле. С постепенным ростом численности населения Земли и поголовья животных начнётся процесс снижения массы Земли с последующим постепенным потеплением климата.

Отмеченное стихийное чередование глобальных похолоданий и потеплений климата на Земле, согласно геологическим данным, отмечены в последние 1,6 миллиона лет и связаны с существованием на Земле развитой живой материи. На других планетах солнечной системы, не имеющих живой материи, признаков чередований глобальных потеплений и похолоданий не обнаружено.

Таким образом, планета Земля представляет из себя переменную массу, величина которой изменяется от соотношения между процессами увеличивающими массу Земли и процессами, снижающими массу Земли.

К процессам, увеличивающим массу Земли, относятся процессы фотосинтеза зелёных растений   и фотосинтезирующих микроорганизмов, а к процессам снижающим массу Земли относятся процессы окисления и сжигания органических веществ, обеспечивающие людям приемлемые условия жизни.

Оценка среднего расстояния между Солнцем и планетой Земля по уравнению (1) с учетом изменения массы Земли показывает, что данное расстояние может изменяться в пределах ± 0,5 -10⁶ км при сохранении, в соответствии с обобщёнными законами Кеплера, неизменным периоде обращения Земли вокруг Солнца.. При уменьшении данного расстояния на планете Земля будет иметь место потепление климата, а при увеличении данного расстояния будет иметь место похолодание климата, что неоднократно отмечалось в истории Земли.

Полученные данные впервые открывают возможность человеку регулировать в определенных пределах массу планеты Земля, а, следовательно, и климат на Земле. Для поддержания стабильного климата на планете Земля человек должен искусственно поддерживать на Земле определённое равновесное состояние между процессами увеличивающими массу Земли и процессами, снижающими массу Земли.

Следовательно, одной из причин потепления в настоящее время климата на планете Земля является преобладание процессов снижающих массу Земли над процессами увеличивающими массу Земли. При исследовании будущей орбиты планеты Земля необходимо учитывать изменение массы Земли, а, установив закономерности изменения массы Земли на длительном интервале времени, можно будет научно прогнозировать изменение климата на Земле и своевременно принимать необходимые меры.

Особенно интенсивно потепление климата на планете Земля происходит в последние годы XXI столетия в виде небывалых высоких летних температур воздуха, многочисленных ураганов, лесных пожаров, обильных осадков, землетрясений, извержений вулканов, приводящих к массовой гибели отдельных видов птиц и рыб, наиболее чувствительных к резким изменениям параметров окружающей среды.

В данной статье предлагается устранить, явно проявляющуюся в последние годы, дестабилизацию климата на планете Земля путём искусственного регулирования массы Земли.

Для предотвращения стихийных глобальных похолоданий или потеплений климата на Земле целесообразно:

При обнаружении устойчивой тенденции потепления климата на Земле осуществлять  мероприятия,  увеличивающие  массу Земли  путём  высаживания от 3 до 10 разных видов деревьев на каждого жителя планеты (См. Рис.1), снижать количество сжигаемых нефти, угля, газа, торфа, биотоплива и древесины, используя более интенсивно атомную и непосредственно солнечную энергии, снижать темп роста населения и крупных животных, использовать пищу, преимущественно животного происхождения, добиваясь устойчивого снижения температуры поверхности Земли;

При обнаружении устойчивой тенденции похолодания климата на Земле осуществлять мероприятия, снижающие массу Земли путём вырубки от 3 до 10 разных видов деревьев на каждого жителя планеты (См. Рис.1), увеличивать количество сжигаемых нефти, угля, газа, торфа, биотоплива и древесины, увеличивать темп роста населения и крупных животных, использовать пищу, преимущественно растительного происхождения, добиваясь устойчивого роста температуры поверхности Земли.

Интенсивно проявляющееся в последние годы потепление климата на Земле показывает, что у землян в запасе осталось достаточно ограниченное время. Если человечество завтра примет решение произвести посадку от 3 до 10 разных видов деревьев на каждого жителя планеты, то заметное снижение температуры на поверхности Земли произойдёт только через 25-30 лет, преодоление которых потребует от землян определённых усилий.

Предложенные мероприятия позволят исключить на планете Земля кратковременные глобальные стихийные потепления и похолодания климата, вызванные наличием живой материи, и устранить их катастрофические последствия, сдерживающие на долгие годы прогресс в развитии человеческой цивилизации.

Использование предложенных рекомендаций по стабилизации климата на планете Земля с активным участием населения всех государств позволит сохранить всю ранее созданную человечеством материально-техническую базу, являющейся основой дальнейшего прогресса в развитии человеческого общества.

Литература

1. Дёмин В.Г. Судьба солнечной системы. М.: Наука, 1975 - 263 с.
2. Новая иллюстрированная энциклопедия. М.: Мир книги, 2006 - 255 с.
3. Удивительная планета Земля. Ридерз Дайджест, 2003. - 319 с.
4. Шифрина Е.М. Солнечный луч и его превращения. Л.: Гидрометеоиздат, 1953 - 99 с.
5. Милковская Л.Б. Повторим физику. - М.: Высшая школа, 1970 - 607 с.
6. Комаров В.М. Заявка на изобретение № 2010148331/21 «Способ стабилизации климата на планете Земля», Бюллетень № 18, 2011
7. Комаров В.М. Международная заявка на изобретение № РСТ/К1Т 2011/000930 "Способ стабилизации климата на планете Земля, Номер международной публикации \УО 2012/158061 А2, 2011.
8. Некрасов Б.В., Основы общей химии. М.: Химия. 1969-399 с.
9. Сорохтин О.Г, Челингар Дж. В, Сорохтин Н.О. Теория развития земли, Москва- Ижевск.: Институт компьютерных исследований, 2010, 751 с.

References

1. Djomin V.G. Sud'ba solnechnoj sistemy. M.: Nauka, 1975 - 263 p.
2. Novaja illjustrirovannaja jenciklopedija. M.: Mir knigi, 2006 - 255 p.
3. Udivitel'naja planeta Zemlja. Riderz Dajdzhest, 2003. - 319 p.
4. Shifrina E.M. Solnechnyj luch i ego prevrashhenija. L.: Gidrometeoizdat, 1953 - 99 p.
5. Milkovskaja L.B. Povtorim fiziku. - M.: Vysshaja shkola, 1970 - 607 p.
6. Komarov V.M. Zajavka na izobretenie № 2010148331/21 «Sposob stabilizacii klimata na planete Zemlja», Bjulleten' № 18, 2011
7. Komarov V.M. Mezhdunarodnaja zajavka na izobretenie № RST/K1T 2011/000930 "Sposob stabilizacii klimata na planete Zemlja, Nomer mezhdunarodnoj publikacii \UO 2012/158061 A2, 2011.
8. Nekrasov B.V., Osnovy obshhej himii. M.: Himija. 1969-399 p.
9. Sorohtin O.G, Chelingar Dzh. V, Sorohtin N.O. Teorija razvitija zemli, Moskva- Izhevsk.: Institut komp'juternyh issledovanij, 2010, 751 p.