2020-01-14
102
Температуру почвы измеряют такими же термометрами, как и в психрометрической будке, только лежат все три на поверхности земли (зимой ‑ на снегу) и не защищены от прямых солнечных лучей. Кроме того, на агрометеорологических станциях измеряют температуру почвы на разных глубинах, обычно 5, 10 и 15 см. Термометры по форме напоминают хоккейную клюшку: резервуар с ртутью помещается горизонтально на нужной глубине, а шкала выступает над поверхностью. Но в показания этих термометров нужно вносить поправки, т.к. выступающая часть корпуса, в частности столбик ртути, подвержены влиянию температуры воздуха и прямых солнечных лучей.
За последние десятилетия все больше входят в научный и технический обиход электронные приборы. Но сохраняют свое место и традиционные измерительные приборы; они обычно служат эталонами, по которым все остальные приборы проверяют, по которым их настраивают.
ПЕРСПЕКТИВЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
Использование альтернативных источников
Увеличивающиеся объемы использования ископаемых видов топлива: нефти, газа и угля приводит к повышению уровня выбросов СО2, что, в свою очередь, вызывает глобальное потепление. Ископаемые виды топлива ограниченный ресурс. Следующим шагом прогресса является разработка источников энергии, минимизирующих выбросы СО2.
Примеры альтернативных источников энергии: биомасса, солнечные батареи, атомные электростанции, ветер, пассивное нагревание и охлаждение, геотермальные источники.
Многие альтернативные источники энергии широко используются уже сейчас. Гидро- и ядерные электростанции генерируют значительную часть энергии в мире. Солнечные батареи, ветро- и биоэлектростанции обеспечивают лишь небольшую часть энергопотребностей региона, но в будущем все может измениться. Приливные и геотермальные электростанции сильно привязаны к определенному местоположению: использовать их можно не всегда и везде. Перспективные технологии, такие как водородные топливные элементы ‑ все еще находятся в стадии разработки.
Преимуществом обладают вода, свет, ветер и растения: в необходимом количестве они есть везде. Сейчас нам нужно найти оптимальный способ использования этих ресурсов.
Все мы согласны с тем, что в перспективе нам придется найти альтернативу ископаемому топливу: нефти, газу и углю. Ископаемое топливо вырабатывает СО2 ‑ газ, способствующий глобальному потеплению. Источники энергии, пришедшие на смену ископаемому топливу, должны быть чище и не оказывать влияния на климат. Дополнительным преимуществом таких идеальных источников должна стать повсеместная доступность. Что же это может быть?
Ответ находится вокруг нас: солнце, ветер, вода, растения и естественное тепло планеты. Некоторые из таких источников существовали всегда. Дерево сжигали для обогрева жилья с тех времен, когда человек научился добывать огонь. Ветряки помогали орошать поля древних персов. В Греции и Риме для вращения колеса использовалась падающая вода. Однако к началу XX века для получения энергии стали использовать дешевые ископаемые источники, которые вытеснили традиционные.
В отличие от ископаемого топлива, энергия света, ветра, воды, растений и геотермальных источников не выделяет диоксид углерода, и не приводит к глобальному потеплению. В отличие от ископаемого топлива, ресурс которого исчерпывается, эти источники энергии возобновляемые, они не исчезнут никогда. Однажды такой способ получения энергии полностью вытеснит ископаемое топливо.
Используемые сейчас альтернативные источники энергии
Солнечные батареи
Идея использования солнечной энергии появилась много лет назад. Но
лишь с 1970-х годов появились технологии, позволяющие воплотить ее в
жизнь. В основе лежит простой принцип. Солнечный свет, падая на коллектор,
концентрируется и превращается в энергию. Реализовать этот принцип можно
несколькими способами, в зависимости от того, как будет использоваться
энергия ‑ для подогрева воды в бассейне или для электроснабжения. Основное
препятствие здесь ‑ стоимость установки. Специальное оборудование стоит
значительно дороже традиционных систем. При этом инвестиции окупятся
лишь за несколько лет. Несмотря на стоимость, солнечная энергия подходит для энергоснабжения в городах. В сельских районах, где возрастает стоимость прокладки силовых кабелей, солнечная энергия ‑ лучший вариант электроснабжения.
Гидроэлектростанции
На гидроэлектростанциях для вращения турбин используется энергия падающей воды. Такой способ получения электричества требует управления потоком воды, к примеру, рекой, с помощью, например, дамбы. У гидроэлектростанций есть множество преимуществ. Можно сказать, что такой источник ‑ возобновляемый. Генераторы, приводимые в движение водой, не делают выбросов в атмосферу. Поток воды, контролируемый гидроэлектростанцией, определяет количество производимого электричества. В мире из этого источника получают около 20% электричества. Лидируют в использовании гидроэлектростанций Норвегия, Россия, Китай, Канада, США и Бразилия.
Биотопливо
Биомассой называют любой вид биологических отходов: отходы деревообрабатывающей промышленности, сельского хозяйства, мусор, в качестве топлива также используются некоторые виды зерновых культур. Отходы поставляет промышленность: вырубка леса, строительство, производство бумаги, фермерские хозяйства, твердый мусор с городских свалок и метан ‑ газ, создаваемый на свалках. Некоторые виды трав после ферментации также могут быть использованы в качестве биотоплива.
Биотопливо входит в моду. Производящие его страны надеются в будущем обрести хотя бы частичную независимость от постоянно растущего в цене ископаемого топлива (нефти, угля и газа). Кроме того, считается, что использование биотоплива не должно приводить к росту содержания в атмосфере углекислого газа (СО2). Ведь количество СО2, выделяющегося при его сжигании, равно тому количеству, которое уже было изъято в ходе фотосинтеза растений, используемых как сырье для биотоплива. К сожалению, пока рост производства биотоплива приводит только к дополнительным выбросам СО2 в атмосферу. Особенно тревожная ситуация складывается в тропических районах, где ради плантаций соответствующих культур (прежде всего масличной пальмы) начинают сводить дождевые леса и распахивать саванны.
С переходом на биотопливо, которое начинает замещать традиционное ископаемое топливо, еще недавно были связаны большие надежды. Теоретически рассуждая, использование биотоплива должно привести к сокращению выбросов СО2 в атмосферу, поскольку оно, по сути, является «углерод-нейтральным». Углерод, изъятый из атмосферы в ходе фотосинтеза, просто возвращается в нее при сжигании образовавшегося органического вещества (биотоплива).
Однако выращивание соответствующих культур и производство из них топлива (например, этанола из кукурузы) само по себе требует немалых энергетических затрат: нужно вспахать землю, посеять семена, обеспечить полив и т. п. Все эти затраты, естественно, связаны со сжиганием топлива и выбрасыванием в атмосферу дополнительного количества СО2. Если суммарные энергетические расходы на производство биотоплива будут велики, то никакого ожидаемого сокращения эмиссии (выброса в атмосферу) СО2 и других парниковых газов может и не произойти.
Положение усугубляется тем, что почти все земли, пригодные для выращивания сельскохозяйственной продукции, и так уже давно распаханы. Когда часть их начинают использовать для культур, идущих на биотопливо (масличную пальму или сою для получения биодизельного топлива), то сразу же растет цена на фуражное зерно и продовольствие. А в силу глобального характера современной экономики процессы, происходящие в одной стране, сейчас же начинают затрагивать другие страны.
Крайне опасная тенденция последнего времени ‑ это чрезвычайно быстро расширяющееся производство биотоплива в тропических районах (в Бразилии, Индонезии, Малайзии), где начинают сводить девственные леса или распахивать своеобразные бразильские саванны («кампос») ‑ «кампос серрадос», или «серрадо» (Cerrado). Уничтожаемые биомы характеризуются необычайно высоким разнообразием фауны и флоры, служат местами обитания многих видов, находящихся на грани вымирания (например, орангутана в Юго-Восточной Азии или ягуара в Южной Америке), а кроме того, содержат огромное количество связанного углерода ‑ прежде всего в самих растениях, но также ‑ в органическом веществе почвы.
Следует напомнить, что в целом, в масштабах всей планеты, в растительности и почвах содержится в 2,7 раза больше углерода, чем в атмосфере. Если вырубается и сжигается древесная растительность, это сразу ведет к значительному поступлению СО2 в атмосферу. К тому же, СО2 продолжает еще в течение ряда лет (порой десятилетий) выделяться в таких местах из-за продолжающегося гниения оставшихся в почве корней и разложения имевшегося там ранее органического вещества.
Специалисты подсчитали так называемый «углеродный долг» ‑ суммарное количество СО2, выделившегося за 50 лет как при сжигании полученного топлива, так и при его производстве, причем на всех этапах, начиная с уничтожения исконной растительности и подготовки земель для будущих плантаций. Срок в 50 лет взят потому, что этого времени достаточно, чтобы разложилась большая часть органического вещества, сохранившегося в почве от ранее существовавшей на этом месте экосистемы. Углерод, который связывался растениями, выращиваемыми для получения биотоплива, при расчете «долга» вычитался.
За исключением тех случаев, когда в качестве сырья для биотоплива используется растительность прерий, которую восстанавливают на бросовых землях, размер «углеродного долга» весьма внушителен; около 700 тонн СО2 в расчете на гектар для дождевых тропических лесов. Если же лес рос на торфяном болоте, то величина долга достигала рекордной величины ‑ 3500 т СО2/га. Несколько меньше (165-85т СО2/га)[23] долг был для южноамериканских серрадо, превращенных в плантации сахарного тростника (сырье для получения этанола) или сои (сырье для дизельного топлива).
Зная скорость, с которой «погашается» углеродный долг при выращивании на освоенных территориях культур для биотоплива, можно рассчитать срок, в течение которого это погашение произойдет. В случае дождевых тропических лесов, превращенных в «биотопливные» плантации, это время измеряется несколькими столетиями, в случае прерий ‑ около 100 лет, в случае серрадо 20-30 лет. Соответственно, на протяжении этого времени биотопливо, полученное с преобразованных земель, не будет давать никакой экономии по части СО2 в сравнении с обычным ископаемым топливом.
Рассмотрим ситуацию, сложившуюся с производством биотоплива в США, где всё больше пахотных земель начинает использоваться для выращивания кукурузы с целью получения этанола. В 2004 году в США посевами кукурузы было занято около 30 миллионов га угодий, причем 11% площади ‑ исключительно для производства этанола. Ожидается, однако, что к 2016 году около 43% земель[24], занятых в настоящее время кукурузой, выращиваемой для получения фуражного зерна и хлеба, будут отведены под кукурузу, выращиваемую исключительно как сырье для получения этанола. Соответственно, начнется распашка новых земель (старых залежей), и, как показывают расчеты специалистов, возрастут цены на зерно. Ответом будет и рост площадей, занятых сельскохозяйственными культурами в других странах ‑ в частности, в Бразилии, Китае и Индии.
Пока биотопливо приводит только к дополнительной эмиссии углекислого газа в сравнении с традиционным ископаемым топливом. Для того, чтобы использование биотоплива (конкретно ‑ этанола из кукурузы) начало положительно сказываться на балансе углерода и компенсировало дополнительные выбросы СО2, особенно значительные изначальных стадиях возделывания кукурузы, должно пройти 167 лет! Только после столь длительного культивирования растений, идущих на биотопливо, можно будет говорить о положительном воздействии его на баланс углерода в атмосфере. В течение же первых 30 лет после перехода на биотопливо суммарное количество СО2 (с учетом дополнительных выбросов), выделяющееся в расчете на километр пути автомобиля, использующего этанол, в два раза превысит количество СО2, выделяющееся при использовании традиционного ископаемого топлива.
Энергия ветра
Маленькие мельницы были распространены в мире до тех пор, пока их не вытеснили сначала паровые, а позже ‑ электрические двигатели. Интерес к большим ветряным турбинам возрос во время нефтяного кризиса в 1970-м году. К 80-м годам, ветровые электростанции ‑ ряды генераторов, начали наполнять сельские районы многих стран мира. Среди основных стран, использующих такой вид энергии, ‑ Германия, США, Дания и Испания, Индия и Китай также начинают использовать энергию ветра.
Гигантские ветряные турбины генерируют электричество, когда ветер вращает их огромные лопасти. Лопасти подключены к генератору, вырабатывающему электричество. Крупные ветровые электростанции могут удовлетворить основные энергопотребности. Небольшие электростанции и одиночные ветряки могут вырабатывать электричество для дома, телекоммуникационного оборудования и водяных насосов. Как и в случае с солнечными батареями, постройка ветряной электростанции требует значительных начальных инвестиций, которые не обязательно быстро окупаются.
