Дерзкие мысли о климате

Разве обоснованными взглядами следует считать только те, которые получили наиболее широкое признание?

Очевидно, что общее и региональное тепловое состояние земной поверхности зависит от того, насколько за тот или иной период времени приход тепла солнечной радиации различается от его расхода в космическое пространство. Важная роль в регулировании такого теплообмена принадлежит атмосфере, как активному посреднику теплообмена земной поверхности, в частности океаносферы, с космическим пространством. И как раз особенности взаимодействия океана и атмосферы, где кроются и важнейшие причины колебаний климата, изучены еще очень слабо. Предложено множество сложнейших математических моделей этого взаимодействия, но едва ли не все они страдают теоретическими натяжками и слабой согласованностью с реально происходящими физическими явлениями. А неувязки в основе своей идут от недостаточной осмысленности многих процессов, от слабоизученных или вовсе не изученных их особенностей и из-за недостатка простых методов получения наиболее важных количественных характеристик теплообмена в атмосфере.

А не запутались ли мы в представлениях о теплообмене через атмосферу в неразберихе исходных положений физики атмосферы?

8.1. Что же такое – парниковый эффект?

Давно заметил, что ученые не очень доверяют определениям и объяснениям каких-либо физических явлений, если эти объяснения даны в общедоступных справочниках, хотя бы и в Большой Советской Энциклопедии (БСЭ). При этом все знают, что статьи для БСЭ пишут самые авторитетные ученые в той области, к которой относится определение и его объяснение. Таким образом, как бы учеными же признается, что есть наука для всех и наука только для ученых.

Волею судьбы и личных интересов я отношусь к ученым, но решительно стою за науку для всех, ибо «наука для ученых» это не плохой повод для сокрытия правды об истинности научных знаний ото всех. Мы привыкли к мысли, что ученые сами во всем разберутся и не допускаем того, вполне возможного случая, что они сами же могут и запутаться. Нечто подобное я нашел в толковании термина «парниковый эффект». Пробовал обратиться со своими сомнениями к крупным ученым. Вместо объяснений мне отвечали ссылками на авторитеты – вот конек большинства современных ученых, конек, который тащит не иначе как в покои догматизма.

Давайте процитируем как есть статью из 19 тома третьего издания БСЭ (1975):

«ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ (оранжерейный эффект) атмосферы, свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землей. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти полностью поглощается земной поверхностью, так как альбедо земной поверхности в общем мало. Нагреваясь за счет поглощения солнечной радиации, земная поверхность становится источником земного, в основном длинноволнового излучения, прозрачность атмосферы для которого мала и которое почти полностью поглощается в атмосфере. Благодаря П. Э. при ясном небе только 10–20 % земного излучения может, проникая сквозь атмосферу, уходить в космическое пространство.

Вот как! Оказывается, наша Земля, обмениваясь теплом только путем радиации с космическим пространством, 80…90 % тепла, полученного от Солнца безвозвратно присваивает себе. И как же мы не сгорели при таком теплообмене? Это, конечно, ошибка, а проще – ляпсус!

Но давайте заглянем, что пишет в более поздней работе «Эволюция биосферы» (1984) М. И. Будыко: «В среднем для всей поверхности Земли эффективное излучение значительно меньше поглощенной коротковолновой радиации. Такая закономерность является следствием так называемого парникового эффекта, то есть результатом относительно большей прозрачности атмосферы для коротковолновой радиации по сравнению с прозрачностью для длинноволнового излучения. Поэтому средний радиационный баланс поверхности Земли является положительной величиной (с. 32–33). Слова другие, а смысл тот же. Его ошибочность легко вскрывается, если вспомнить, что получая тепло от радиации Солнца, Земля столько же излучает его в космос. Если бы возникло неравенство лучистых потоков тепла, как это трактуется в определениях парникового эффекта, то Земля действительно стала бы аккумулировать его и неизбежно опасно перегреваться.

Можно цитировать еще сотню-другую ученых и все останется также запутанным и несуразным. Отметив нелогичность таких рассуждений, поищем корни, на которых они выросли. Тогда сразу возникает вопрос, а причем же в этом термине пар, если парниковый эффект якобы целиком определяется характером лучеиспускания Земли. Не станем разбираться, как это случилось, но отметим, что физически более точно направленный смысл русского названия этого явления, как «парникового», оказался ныне полностью выхолощенным и подмененным спорным толкованием. Само название его чаще стало редуцироваться в термин «оранжерейный эффект» от французского названия помещения для выращивания апельсинов, где русское слово «пар» уже потерялось вместе с его смыслом. Чем дальше зайдут подобного рода терминологические трансформации, тем сложнее будет отыскать концы, ведущие к правильному пониманию сути явления.

В парнике, покрытом стеклом или прозрачной пленкой, бывает значительно теплее, чем на открытом воздухе, отнюдь не только потому, что стекло задерживает обратное излучение, а потому, что поднимающийся от земли и растений пар не улетучивается в атмосферу, а конденсируется здесь же, высвобождая теплоту конденсации в самом парнике. То же происходит и в атмосфере, с тем отличием, что там высвободившаяся теплота конденсации удаляется излучением в космос.

Сам же М. И. Будыко, целиком разделяющий современное толкование физической сути парникового эффекта и по-своему «уточнивший» его, пишет, что «… на океанах около 90 % тепла радиационного баланса расходуется на испарение и только 10 % на непосредственное турбулентное нагревание атмосферы… Для всей Земли расход тепла на испарение составляет 83 % радиационного баланса и на турбулентный теплообмен – 17 %» (там же).

Так чем же всё-таки подогревается атмосфера – паром или задержанными ею лучами? Если тем и другим, то это будет двойное подогревание, что трудно представить: если паром, то причем тут задержание лучей; если задержание лучей, как определиться с паром и так далее. Школьнику за такую сумятицу в мыслях и не понимание сути явлений поставят двойку, а ученому это сходит.

На самом деле, вводя представление о преобладании неравновесного лучистого теплообмена в атмосфере, мы невольно допускаем раздвоение (дуализм), то есть наложенный и не нужный, лишний и способный внести лишь путаницу, повторный учет одних и тех же количеств превращающейся тепловой энергии. Надо разобраться, что здесь правильно и отбросить то, что мешает сложить четкое представление об этом явлении, Поняв необходимость такого шага, я осмелюсь предположить, что задержку обратного излучения земной поверхности просто изменением длины лучей, что сейчас называется непосредственной причиной парникового эффекта, объяснить вряд ли можно. И вот почему.

Как сообщает М. И. Будыко (там же) расход тепла на испарение для всей Земли составляет 83 % от поступающего и усваиваемого земной поверхностью радиационного тепла. Этот известный показатель не вызывает сомнений. Между тем в наиболее широко распространенных пояснениях термина обычно сообщается, что «… Благодаря парниковому эффекту при ясном небе только 10…20 % земного излучения может проникать сквозь атмосферу и уходить в космическое пространство (Щукин, 1980).

Но посмотрим, что же происходит с той большой долей энергии, которая тратится на испарение. Очевидно, что превратившись в энергию парообразования на земной поверхности, она в скрытой форме поднялась вместе с паром в холодные высоты атмосферы. Здесь пар конденсируется и высвобождает теплоту конденсации, то есть ту же, но дважды превращенную испарением и конденсацией пара, солнечную энергию. Ведь энергия не исчезает! Таким образом, упомянутые 83 % бывшей лучевой энергии оказываются в высотах атмосферы. Известны многочисленные и тоже не всегда ясные и логичные рассуждения о том, куда далее расходуется эта превращенная энергия. Кажется, чаще всего об её существовании просто забывают, но в других случаях говорят о том, что она нагревает атмосферу и опять же земную поверхность. Как в этом убедиться достоверно кажется никто не знает. Полагая, что в науке легких путей не бывает, здесь ищут сложные методы наблюдений, выводят громоздкие формулы, мобилизуют электронно-вычислительную технику. Но ясности не прибавляется. Я не залез так глубоко в эту проблему и вижу ее решение более простым и кажется логичным: вряд ли есть более подходящий случай удалиться этой энергии в окружающий космос опять же путем лучеиспускания. Этому в верхних слоях атмосферы способствует близость космоса, меньшее оптическое сопротивление с его стороны и, наоборот, не способствуют трудности обратного пути к земной поверхности. При этом некоторое нагревание верхней атмосферы этой энергией отнюдь не исключается.

Теперь уже не сложно понять от чего прижилась неувязка (разбаланс) в приходе – расходе лучистой энергии к Земле и от нее в процитированных выше определениях парникового эффекта. Это произошло от того, что был забыт пар, а вместе с этим упущена из внимания его способность переносить с собою огромную долю энергии, поступающей к земной поверхности. Но парообразование является наиболее значимой для Земли формой энергетического превращения лучистой энергии. Превращенная изотермическим парообразованием энергия луча перестает быть лучистой, пока снова не высвободится при конденсации в высотах атмосферы. Вероятно, поэтому ученые не решались напрямую утверждать, что вся усвоенная земной поверхностью солнечная радиация, радиацией же и излучается в космос. Этому же мешала и усмотренная наукой невозможность излучения всей получаемой энергии через атмосферу из-за неизбежной трансформации коротковолновой радиации в длинноволновую. Так в объяснениях осталась лазейка для ложных представлений об аккумуляции тепла атмосферой и земной поверхностью. Между тем, отказавшись от представления об аккумуляции тепла внешними земными сферами, я готов утверждать, что атмосфера способна задерживать часть поступающей солнечной энергии, что не приводит к нарушению общего баланса внешнего теплообмена Земли, но уверенно объясняет причину повышенной, против ожидаемой, температуры атмосферы и земной поверхности. Здесь опять надо вспомнить о причинах неравновесного теплообмена замерзающих водоёмов с внешней средой.