Czy za ciepło, czy za zimno?

Klimat to nie pogoda!

Żyję już dość długo, ponad ¾ wieku i pamiętam, gdy jako mieszkający w Krakowie w pobliżu Mostu Dębnickiego i uczący się w podstawówce chłopiec często w zimie wyciągałem narty lub sanki i jechaliśmy z kolegami tramwajem na wzgórza w otaczające Kopiec Kościuszki. Nie narzekaliśmy wtedy na brak śniegu, a na polanie w Lasku Wolskim działał nawet wyciąg narciarski.

W mieście na chodnikach i przyległych trawnikach zalegały pryzmy śniegu, który wywożono furmankami i zrzucano do otwartych kanałów burzowych.

Szaleliśmy także na łyżwach (zakładanych na zwykłe buty) na naturalnych lodowiskach (choćby na pobliskim „Sokole”).

Nieco później, aby pojeździć na nartach z moimi dziećmi musiałem już szukać śniegu w górach – w Krakowie spotykało się go coraz rzadziej. Przestano zakładać naturalne lodowiska (także na boiskach szkolnych) i trzeba było korzystać ze sztucznych.

Nie muszę się więc powoływać na badania naukowe – mam swoje własne doświadczenia i bardzo dobrą pamięć i wiem, że dziś nawet w pobliskich górach trzeba szukać sztucznie naśnieżanych stoków lub jeździć coraz dalej i wyżej. Coś więc się zmieniło – jak to jest więc z tym klimatem z punktu widzenia prostego (lecz rozsądnego) fizyka?

Aby istniało życie na Ziemi niezbędny jest stały dopływ energii. Nie wchodząc w szczegóły otrzymujemy energię na dwa sposoby:

Z gorącego wnętrza Ziemi otrzymujemy około 40 tysięcy miliardów watów mocy (~4 * 10^13 W), co odpowiada mocy około 10000 przeciętnych klasycznych elektrowni jądrowych.

Nasza macierzysta gwiazda Słońce dostarcza nam znacznie więcej, bo mniej więcej ~4,4x10^16 W (średnio w ciągu całego roku).

Ziemia emituje również energię w przestrzeń kosmiczną – w efekcie wytworzyła się więc równowaga.

Na Ziemi działa szereg mechanizmów zmieniających postać energii. Gradienty temperatury wynikające z różnic nasłonecznienia powodują powstawanie różnych wiatrów (od prądów strumieniowych po lokalne nawałnice), parowanie wody umożliwia jej naturalny obieg w przyrodzie i istnienie rzek. W obu przypadkach takie mechanizmy umożliwiają nam dostęp do energii kinetycznej (energii ruchu), z którego od dawna wykorzysta nasza cywilizacja (wiatraki, turbiny wodne itp.).

Bardzo efektywnie energię wykorzystują rośliny. Nie tylko prowadzą fotosyntezę przekształcając wodę i dwutlenek węgla w substancje organiczne (węglowodany), przy czym równocześnie wydziela się tlen, niezbędny do funkcjonowania świata zwierzęcego (organizmów cudzożywnych), które wykorzystują energię w procesach zbliżonych do spalania. Na przykład we wdychanym przez człowieka powietrzu znajduje się: 78% azotu, 21% tlenu, 1% innych gazów oraz 0,04% dwutlenku węgla. Powietrze wydychane zawiera w sobie: 78% azotu, 17% tlenu, 4% dwutlenku węgla oraz 1% innych gazów. Jest to wynik „spalania” pokarmów z wykorzystaniem tlenu!

Ostatnio popularność zdobyła fotowoltaika, czyli bezpośrednia zamiana energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną, osiągając sprawność zbliżoną do 20%. Jest to sprawność znacznie wyższa od sprawności fotosyntezy (do około 6% energii ulega zamianie na biomasę), jednak świat roślinny rozwiązał skutecznie problem magazynowania uzyskiwanej energii przetwarzając wytworzoną biomasę na różne paliwa kopalne (węgiel, ropę naftową, gaz ziemny), co od dłuższego czasu wykorzystujemy. Wbrew powszechnej propagandzie zasoby paliw kopalnych również się obecnie odnawiają, proces ten przebiega jednak z punktu widzenia ludzi zbyt wolno, a poza tym ich obecne wykorzystywanie łączy się nieuchronnie z powstawaniem w dużej ilości różnych produktów spalania, które mogą wprowadzać znaczne zmiany w atmosferze (od zadymienia i smogu po zwiększenie zawartości dwutlenku węgla oraz węglowodorów).

„Energia odnawialna” jest więc raczej „ściemą marketingową”. Słońce kiedyś (na szczęście mamy jeszcze sporo czasu) zużyje swe zasoby wodoru, pierwiastki promieniotwórcze generujące ciepło we wnętrzu Ziemi ulegną w końcu całkowitemu rozpadowi.

Podsumowując – życie na Ziemi istnieje dzięki otrzymywanej z zewnątrz (z Kosmosu!) energii jądrowej! Bez ciągłego dopływu energii ze Słońca znane nam życie nie może istnieć. Ciężkie pierwiastki promieniotwórcze (np. uran i tor), których rozpad dostarcza nam energię z wnętrza Ziemi również powstały podczas ewolucji gwiazd (supernowe, gwiazdy neutronowe). A co ma to wspólnego z ociepleniem klimatu? Oczywiście jakiekolwiek zmiany w dostarczanej energii mają decydujące znaczenie – każdy, kto miał okazję obserwować całkowite zaćmienie Słońca zauważył zapewne towarzyszące mu zmiany w przyrodzie – szybki spadek temperatury, zmiany zachowania się zwierząt itp.

A co ma to wspólnego z ociepleniem klimatu?

Oczywiście jakiekolwiek zmiany w dostarczanej energii mają decydujące znaczenie – każdy, kto miał okazję obserwować całkowite zaćmienie Słońca zauważył zapewne towarzyszące mu zmiany w przyrodzie – szybki spadek temperatury, zmiany zachowania się zwierząt itp.

Jednak równowaga pomiędzy strumieniem otrzymywanej i wypromieniowanej przez Ziemię energii jest (z punktu widzenia fizyki) tak zwaną równowagą metatrwałą – podobną do równowagi postawionego „na sztorc” ołówka. Po bardzo niewielkim odchyleniu takiego ołówka od położenia równowagi powróci on do poprzedniego stanu (dalej będzie stał „na sztorc”), jednak nieco większe odchylenie spowoduje katastrofę i ołówek się przewróci i nie powróci do poprzedniego stanu – czyli nie wstanie „na sztorc”. Z podobną sytuacją mamy do czynienia z bilansem energetycznym Ziemi. Nawet bardzo małe zmiany mogą nieodwracalne zmiany i powrót do stanu poprzedniego nie będzie już możliwy. Pomimo, że w wartościach bezwzględnych odchylenia bilansu energetycznego od równowagi wywoływane przez ludzi mogą być bardzo niewielkie – to mogą one doprowadzić do bardzo znacznych zmian stanu równowagi.

Rację miał George Carlin - "Save the Planet? Bullshit - the Planet is fine - WE have a problem"