Под знаком кванта - Леонид Иванович Пономарёв
За час 1 м2 листьев усваивает 6—8 г (3—4 л) СОг из воздуха и выделяет такой же объем кислорода. Человек потребляет около 500 л кислорода в сутки (продукция трех взрослых деревьев) и такой же объем углекислого газа возвращает растениям. Весь углекислый газ атмосферы проходит через растения за 300 лет, а весь кислород через животных — за 2000 лет.
Красный свет, используемый в процессе фотосинтеза, составляет всего 2 % от общего потока излучения Солнца и только 30 % из этой части, то есть около 0,5 % общего потока,
усваивается растениями. (Это число впервые измерил в 1860 г. отец Анри Беккереля Эгмон Беккерель.) Это немного, но эта узкая тропа — единственный путь, связывающий царство неживой материи с миром живых существ, по которому энергия термоядерных топок Солнца, непрерывно дробясь, достигает нервных клеток мозга человека, способного понять и оценить весь этот непостижимый замысел Природы и его постигаемое воплощение.
Жизнь под Солнцем
Поклонение Солнцу — самая древняя из религий и, если позволительно так говорить о вере, самая понятная из них. «Солнце... является неисчерпаемым источником физической силы... та непрестанно заводящаяся пружина, которая поддерживает в состоянии движения механизм всех происходящих на Земле деятельностей»,— писал Роберт Майер в 1845 г.
Радиус Земли /?3 =6350 км, поэтому с Солнца, на расстоянии 150 млн. км, она видна как копеечная монета с расстояния в сотню метров. Из 4,2 млн. т фотонов, излучаемых Солнцем каждую секунду, на нее попадает только 0,45*10-9 часть, то есть половина миллиардной доли излучаемой энергии Солнца, а именно
(4,2* 106 т) *(0,45* 10-9)= 1,85* 10_3 т=1,85 кг.
В холодной пустыне космоса именно эти два без малого килограмма фотонов в секунду сохраняют оазис нашей планеты теплым и зеленым. Благодаря им текут реки, дуют ветры, шумят леса и жив человек.
2 кг фотонов — не так уж мало: по формуле Эйнштейна Е—тс2 в них заключена энергия
Е= (1,85* 103 г) * (3* 101° см/с)2 = 1,7* 1024 эрг= 1,7* 1017 Дж, то есть мощность солнечного излучения, падающего на Землю, равна 1,7* 1017 Вт — почти в 20 тысяч раз больше, чем мощность всей энергетики мира (1013 Вт). Примерно половина этой мощности (0,8 *1017 Вт) достигает земной поверхности, площадь которой равна 4л/?2~5*1014 м2, то есть средняя интенсивность излучения Солнца на уровне Земли равна 160 Вт/м2.
Подавляющая часть этой мощности (99,9 %) поглощается почвой, расходуется на испарение воды, на ветры, грозы и все то, что мы называем погодой. И только 0,1 % лучистой энергии Солнца (1014 Вт) накопляется растениями в процессе фо-336 тосинтеза органических веществ из углекислого газа и воды. Именно этой долей энергии питается все живое на Земле: от бактерий до животных и человека, поскольку сущность жизни в своей первооснове — это обратный фотосинтезу процесс разложения органических веществ на углекислый газ и воду.
Первичная мощность фотосинтеза 1014 Вт, или 10й т сухого органического вещества в год,— это все, на что может рассчитывать человек в своих долгосрочных планах и прогнозах. Эта мощность не может быть существенно увеличена, поскольку для процесса фотосинтеза нужна пресная вода, а уже сейчас 60 % ее мировых запасов вовлечено в круговорот органических веществ.
Из всей энергии фотосинтеза около 10 %, или 1013 Вт, приходится на пашни, луга и пастбища и примерно половину ее (5*1012 Вт) потребляет на свои нужды человек.
Эту мощность можно вычислить и по-другому, вспомнив, что для нормальной жизни человек должен каждые сутки усваивать с пищей около 3000 ккал, то есть примерно 1,26-107 Дж энергии. В сутках 8,6* 104 с, поэтому средняя мощность жизненных процессов в организме человека равна
(1,26-107 Дж)/(8,6-104 с) «140 Вт
— меньше мощности горящей спички (200 Вт). На Земле сейчас живет 5 млрд, человек и только для питания им всем необходима энергия
140 Вт* (5* 109) =0,7* 1012 Вт.
С учетом эффективности использования продукции пашни (13 %) эта энергия возрастет как раз до 5* 1012 Вт.
Это — заметная доля (5%) от всей продукции фотосинтеза. Еще примерно столько же человек потребляет в виде древесины, т. е. всего 1013 Вт, или 10 % первичной продукции. А с учетом того, что луга и пашни в три раза менее продуктивны, чем леса, вырубленные на их месте, доля потребляемой человеком продукции фотосинтеза возрастает до 17 %. Еще примерно столько же (1013 Вт) человечество черпает из запасов ископаемого топлива, сжигая уголь, нефть и газ. Таким образом, человечество, общая биологическая масса которого не превышает 2-108 т (5*10-14 от массы Земли), потребляет в год около 2*1О10 т органических веществ — в сто раз больше своего веса. Это — очень много и означает, что человек — лишь один из многих миллионов биологических видов — в последнее столетие превратился в решающий фактор дальнейшей эволюции жизни на Земле. «Человек — властелин природы»,— сказано давно, но при
12 Л. И. Пономарев 337
этом, похоже, забыли, что власть предполагает ответственность.
Практически вся продукция фотосинтеза (1011 т сухого органического вещества в год) вновь разлагается живыми организмами на углекислый газ и воду. Лишь ничтожная часть (около 10-4 или 107 т/год) остается ими не использованной и запасается впрок. Это означает, что за предыдущие 300 млн. лет — с тех пор, как на Земле появилась обильная растительность,— в ее недрах запасено примерно 1015 т угля, нефти и газа. Доступные запасы много меньше: 1013 т угля, 3-1012 т нефти и столько же газа, причем около 5% этих запасов мы уже сожгли с тех пор,
