Эволюция биоэнергетических процессов - Брода Э.
Скачать (прямая ссылка):
Каково влияние цивилизации на состав атмосферы? Человек потребляет ископаемый углерод со скоростью 3-• 109 тонн = 3- 1015гв год. Если бы потребление продолжалось и далее с той же скоростью и не 'было бы никаких компенсирующих процессов, запас доступного углерода в биосфере (36-1018 г) удвоился бы примерно за 10 000 лет; но при современном 'быстром увеличении потребления это произошло бы за гораздо более короткое время [1533, 2059]. Из-за того что атмосферная СОг не сразу, а с некоторой задержкой переходит в океан и в органическую материю [1300, 1533, 2059], давление С02 должно возрастать быстрее, чем общий запас доступного углерода. Вместе с тем усиливающийся при этом фотосинтез должен тормозить увеличение давления С02- Увеличение количества С02, конечно, сильно повлияет на все экосистемы.
Наблюдаемые изменения в составе .атмосферы, связанные с деятельностью человека, обсуждаются в работе Сойера [1615]. Увеличение .количества С02, безусловно, заметно уже сейчас. Уменьшения содержания кислорода не наблюдается [1193], и его нельзя ожидать в недалеком будущем, так как его исходное содержание уже значительно выше, чем содержание С02 [289, 1591]. Если бы были сожжены все запасы горючего (8,2-1018 г), иа это ушло бы всего 1,8% атмосферного кислорода (1,2-10" г). Брекер [289] рассчитал, что да-
История атмосферного кислорода
251
же на запасы кислорода в водах открытого океана деятельность человека не повлияет. Но как повлияет на климат увеличивающееся давление СОг — это другой вопрос [1615]. Так называемый парниковый эффект разогреет биосферу. Правда, усилившееся испарение воды, увеличение облачного покрова и увеличение альбедо будет действовать в противоположном направлении, охлаждая ее.
Здесь надо добавить несколько слов об использовании солнечной энергии в сельском хозяйстве. Теоретический предел урожаям ставит квантовый расход фотосинтеза. При минимальной потребности 9 квантов на 1 атом углерода (12, Д) можно считать, что оптимальный энергетический выход в процессе биосинтеза углевода в водорослевых взвесях для зеленого света с длиной волны 500 нм будет составлять около 20%, если полагать, что 1 моль СН20 содержит 115 ккал. В практике сельского хозяйства наилучший энергетический выход составляет приблизительно 2%, но эта цифра рассчитана для света в используемой области солнечного спектра и с учетом лишь вегетационного периода [668, 1169, 1838].
Рабинович и Говинджи [1498] оценивают общий средний выход фотосинтеза для продукции восстановленного углерода на всей Земле, опять-таки при учете лишь энергии излучения, потенциально пригодной для использования (без тех 50%, которые приходятся на инфракрасную область спектра) и действительно поглощаемой растениями, в 1%. Если учесть, что используется лишь небольшая часть солнечной энергии, падающей на Землю, то получаем гораздо меньшие цифры. Взяв величину Болина [238] для годовой продукции восстановленного углерода (7,5-10'° г) и приток солнечной энергии в 1,7-10й кВт [солнечная постоянная 1,92 г кал/мин • • см2) = 1340 Вт/м2, максимальная площадь поперечного сечения Земли 1,27-1018 см2], получаем выход, равный 0,05%. Различие объясняется отражением части энергии в космос, поглощением части энергии не растениями, а другими предметами и долей инфракрасного излучения в общем количестве солнечной энергии.
Надежды на улучшение использования солнечной энергии посредством растений основываются на возможностях прогресса социальной организации, практики сельского хозяйства и селекции растений. Естественно, выведение сортов растений, не имеющих фотодыхания, представляется нам чрезвычайно перспективным делом (22, Г). В этом смысле особое внимание следует обратить на такие культуры, как пшеница, рис и соевые бобы.
Практически единственная энергия, которую человек получает ие от Солнца, — это атомная энергия; ее можно счи-
252
Глава 25
тать своеобразным видом .космической энергии. Достижения атомной энергетики весьма впечатляющи. Но в длительной перспективе и при все возрастающих потребностях в энергии эксплуатация ядерных реакторов, заводов регенерации атомного горючего и хранилищ радиоактивных отходов может оказаться затруднительной. Это особенно касается хранения долгоживущих радиоактивных отходов и еще более долгоживущего плутония; оно требует такой стабильной организации общества на протяжении огромных периодов времени, какой пока не знала история человечества [I960]. Плутоний следует считать сильнейшим радиоактивным «ядом» из всех, имеющих практическую важность. Он также может быть сырьем для ядерного оружия.
Кажется очевидным, что основные усилия мы должны концентрировать на разработке проектов использования огромных и еще не затронутых запасов солнечной энергии. Поистине непростительно, что, вместо того чтобы тратить все больше средств на развитие солнечной 'энергетики, мы тратим их на получение атомной энергии.
Большинство специалистов по использованию солнечной энергии заняты ее превращением в тепловую энергию или работают над полупроводниковыми фотоэлементами, которые очень дороги и, по-видимому, останутся дорогими. Было бы ближе к традициям человечества и традициям наших эволюционных предков использовать возможности фотолиза воды [286, 287, 339, 436].
