Місце зеленої рослини в економіці природи. Сонце як термоядерна установка

Ви перебуваєте: Місце зеленої рослини в економіці природи

З кінця другої світової війни, тобто з тих пор як були висаджені перші атомні бобмы, людей почала освоювати ту енергію, яка у величезних кількостях виділяється при взаємодіях атомних ядер. Атомна ера почалася з відтворення реакцій розпаду, що приводять до розщеплення важких атомів, таких, як уран, на більш легкі й на субатомні частки. Тепер, однак, у дослідженнях з атомної енергії упор робиться в основному на реакції синтезу, у яких більш дрібні частки, наприклад протони (ядра водню), зливаються з утвором більших одиниць, наприклад альфа-частинок (ядер гелію). Синтез ядер гелію з ядер водню - реакція, що лежить в основі водневої бомби, - вивчається в цей час також і для того, щоб знайти способи здійснювати керований термоядерний синтез і використовувати його як джерело промислової енергії.

Сонце - це, по суті, воднева бомба. Воно являє собою як би термоядерний 'реактор', у якім з атомів водню синтезуються атоми гелію; у результаті складної послідовності реакцій чотири атоми водню з масою, близької до 1, зливаються в атом гелію з масою, близької до 4 (мал. 1.2):

причому в якості проміжних продуктів у цій послідовності реакцій беруть участь ядра інших атомів. Точна маса кожного із чотирьох атомів водню, що участвующих у цьому термоядерному синтезі, рівна 1,008, а точна маса продукту синтезу - атома гелію - рівна 4,003. Маса, що вступає в реакцію (4X1.008=4,032), виявляється, таким чином, більше маси продукту реакції (1X4,003=4,003), а це значить, що наведене вище рівняння не збалансоване. Різниці мас (0,029) - її називають дефектом маси - відповідає, за законом Ейнштейна, енергія Е=тс2, де Е - енергія, що виділяється (в ергах), т - дефект маси (у грамах) і з - швидкість світла (3-1010 див/с). Хоча ерг - дуже мала одиниця (одна калорія рівна 40-106 ерг), з формули Ейнштейна випливає, що при перетворенні в енергію навіть найнікчемніших кількостей маси вивільняються більші кількості енергії. Згідно з оцінками

у надрах Сонця речовина зникає зі швидкістю 120 мільйонів тонн у хвилину, і це супроводжується випромінюванням у космічний простір колосальних кількостей енергії.

Із усієї сонячної радіації поверхні Землі досягає щорічно близько 5,5-1023 кал, або 100000 кал/див2/рік. Приблизно одна третина всього цієї кількості витрачається на випар води, так що на фотосинтез і на деякі інші процеси залишається близько 67 000 кал/див2/рік. Щорічно зеленими рослинами зв'язується в процесі фотосинтезу - у вигляді цукрів - 200 млрд. т вуглецю з атмосферної З02, а це приблизно в 100 раз перевищує масу всього того, що за рік робить людей. Однак, хоча фотосинтез - найпоширеніший хімічний процес на Землі, зелені рослини використовують сонячну енергію, загалом кажучи, малоэффективно. У середньому по всій земній поверхні на фотосинтез щорічно затрачається всього лише близько 33 кал/див2, тобто близько 1/2000 усієї наявної енергії. Правда, ці цифри не дуже точно відбивають ефективність фотосинтезу, оскільки істотна частина сонячної радіації досягає поверхні Землі в тих місцях, де рослинність відсутня. Якщо включити в розрахунок тільки то кількість сонячної радіації, яке дійсно поглинається зеленими рослинами, те загальна ефективність фотосинтезу (відношення запасеної променистої енергії до поглиненої) виявиться більш високою - порядку декількох відсотків,