Начнем с общего энергетического баланса,не вникая пока в его качественные аспекты. Земля получает от Солнца примерно 170•10 15Вт энергии [1.11]. Около 34% этого количества сразу отражается в космос. Остальная часть участвует в различных превращениях в атмосфере, гидросфере и на поверхности Земли, после чего тоже уходит в мировое пространство. Таким образом, вся полученная от солнца энергия, независимо от ее путей на Земле, в конечном счете излучается в космос. Земля себе ничего не оставляет. Именно этим объясняется относительно стационарное тепловое состояние Земли (W 1= W'', W = 0).

Небольшие отклонения от этого баланса связаны с двумя факторами.

Первый из них — это фотосинтез — поглощение излучения растениями Земли с образованием соответствующей органической массы. Эта энергия, колоссальная по абсолютной величине (300•10 12Вт), забирает всего около 0,2% мощности падающего на Землю излучения.

Второй фактор — антропогенный, связанный с деятельностью человека. Высвобождая и используя энергию невозобновляемых природных ресурсов — топлива, человечество несколько увеличивает выделениеэнергии на Земле. Это количество выделяемой энергии относительно невелико (около 7•10 12Вт) — почти в 50 раз меньше, чем поглощается при фотосинтезе. Очевидно, что оба фактора (особенно второй) не могут покасущественно сказаться на энергетическом балансе Земли.

Энтропийный балансЗемли выглядит совсем иначе, чем энергетический. Поступающее на Землю солнечное излучение характеризуется весьма малой энтропией, так как температура этого излучения примерно 5800 К. Напротив, равное количественно получаемому от Солнца излучение Земли соответствует в среднем намного более низкой температуре, близкой к 300 К.

Очевидно, поэтому, отдаваемая Землей энтропия существенно больше, чем получаемая; все проходящие на Земле процессы ведут в итоге, как и положено по термодинамике, к возрастанию энтропии. Никакой «энергоинверсией» здесь и не пахнет. Энтропийный баланс, показывая общую физическую картину качественного изменения характеристики энергии, не определяет, как известно, значения полезной, пригодной для использования энергии. Чтобы их выявить, необходимо использовать эксергетический баланс.

Эксергетический балансЗемли определяется прежде всего его приходной частью. Поток лучистой энергии, поступающей от Солнца, характеризуется высокой эксергией, составляющей примерно 0,93 его значения. Следовательно, поступающий на Землю поток эксергии составляет около 0,93•170•10 15Вт = 158•10 15Вт, из которых 34% сразу отражается в космос. Таким образом, до поверхности Земли доходит эксергетический поток E' = 158•10 15• 0,66 = 104•10 15Вт. Покидающий Землю поток эксергии относительно мал. С точки зрения земной энергетики его можно не учитывать, так как для Земли средняя температура окружающей среды составляет примерно 300 К (использовать в качестве теплоприемника низкую температуру равновесного излучения космоса можно с определенными ограничениями только вне Земли). Таким образом, «пропуская» всю энергию, получаемую от Солнца, Земля «оставляет» себе ее эксергию. Величина E’представляет собой тот основной резерв [94] возобновляемыхисточников эксергии, который в принципе может быть использован человечеством без влияния на энергетический баланс планеты. Эта эксергия (т. е. все создаваемые ею разности потенциалов — давлений, температур, концентраций) все равно «срабатывается» природой — большей частью бесполезно для человека (за исключением той ее небольшой части, которая идет на фотосинтез, и перепадов давлений воды и воздуха, используемых на гидро- и ветроэлектростанциях).

К невозобновляемымисточникам эксергии относятся все те, которые могут дать ее в результате освобождения «замороженных» в природе разностей потенциалов. Эти источники — химические и ядерные виды топлива — без вмешательства человека не были бы пущены в ход. Полученная при соответствующем их сжигании (химическом или ядерном) эксергия после использования выделяется в конечном счете как низкопотенциальная теплота и присоединяется к потоку отдаваемого Землей излучения, составляя пока примерно одну двадцатипятитысячную часть его. Естественно, даже десятикратное увеличение этого тепловыделения не может привести к существенному нарушению энергетического баланса Земли, если оно будет беспрепятственно излучаться в космос.

Таким образом, с чисто технической стороны перспективы развития энергетической ситуации на Земле выглядят вполне благополучными. Анализ качества ресурсов, как возобновляемых, так и невозобновляемых, показывает [1.11,1.12], что человечество на обозримый прогнозами срок может обеспечить себя необходимым количеством энергии даже с учетом роста потребности в ней.

Однако все больше дает о себе знать другая сторона научно-технического прогресса (в том числе и энергетики) — его воздействие на природу Земли.

До середины прошлого века положение в этой части не вызывало особой озабоченности. Только в отдельных районах возникали ситуации, создававшие такое давление человеческой деятельности на окружающую природную среду, которое приводило к существенно вредным, но все же локальным последствиям. Но позже, в связи с бурным развитием техносферы, ростом населения характер антропогенного [95] давления на природу стал изменяться. Оно приняло планетарные масштабы, и его количественные характеристики стали соизмеримы с силами, действующими в самой природе Земли. Нарушение природного равновесия ведется во все возрастающей степени сразу «с двух концов»: с одной стороны, вычерпывание природных ресурсов — полезных ископаемых, пресной воды, биосферы, с другой — загрязнение всех трех составляющих окружающей среды — литосферы, гидросферы и атмосферы. К уже указанным выше химическому, тепловому и радиационному загрязнениям теперь прибавляется и биологическое.

Свою немалую лепту в большую часть этих «грязных дел» вносит и энергетика. Не говоря уже о ее косвенном соучастии (никакой технический объект не мог бы работать без энергии), она несет за многое и непосредственную вину.

Для нее извлекаются из недр земли в огромных количествах уголь, нефть и газ, урановая руда; она же выбрасывает в атмосферу диоксид углерода, оксиды азота и серы, а в землю — золу и радиоактивные отходы. Обо всем этом сказано и написано очень много; специальная наука о взаимодействии природной среды и человека — экология — все тщательно подсчитала. Вспомним лишь один показатель: тепловые электростанции, сжигающие органическое топливо, выбрасывают в атмосферу за год более пяти миллиардов тонндиоксида углерода. К этому надо добавить и другие энергетические источники СО 2, например автомобили, каждый из которых добавляет в атмосферу около 5 т в год. В целом все это составляет больше тонны на каждого жителя Земли!