< Самая стойкая бактерия на Земле могла принести жизнь из космоса

ИЗМЕНЕНИЯ ЗЕМНОГО КЛИМАТА НЕИЗБЕЖНЫ

---

В.В. ШЕВЧЕНКО

Доктор физ.-мат. наук, профессор,

Заведующий отделом исследований Луны и планет

Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга

МГУ

Первый вариант работы был представлен В.В. Шевченко на пленарном совместном заседании Комиссии Государственной Думы РФ по законодательному обеспечению проблем устойчивого развития и научного Экспертно-консультативного Совета при Комиссии по теме: «О возможности применения ракетно-ядерного потенциала в интересах устойчивого развития России и мира», 28 июня 1999 года. Приводимые ниже тезисы передают обновленное содержание доклада, представленного В.В. Шевченко на Шестом Международном Аэрокосмическом конгрессе IAC'09, Москва, 2009г.

ВВЕДЕНИЕ

 В настоящее время отрицательное влияние антропогенных факторов на земную среду обитания становится сопоставимым с воздействием природных катастроф. Например, индустриальное загрязнение мирового океана нефтью уже в 10 раз превышает естественное. Концентрация свинца, имеющая промышленное происхождение, в 15 раз превышает естественное содержание свинца в окружающей среде. Эффективность современной мировой экономики находится на низком уровне. По различным оценкам около 98 – 99% исходных материалов в процессе обработки превращается в отходы. Основой производства около 90% энергии являются натуральные углеродные топлива (дерево, уголь, нефть, газ). Побочные продукты этого процесса образуют от 60 до 80% всех загрязнений земной среды. Кроме того, ископаемое топливо способствует увеличению доли углекислого газа в атмосфере. Очевидно, что эти процессы постепенно ухудшают земную среду. Однако, уже не в столь отдаленном будущем наша среда обитания нашей планеты в целом может быть разрушена полностью из-за высокого уровня искусственно производимой в мире энергии.

Естественное ограничение производства энергии внутри земной среды

Солнечно-земной энергетический баланс

 За пределами атмосферы на Землю поступает 1/2200000000 часть солнечного излучения, что составляет около 1.8х10¹⁷ Дж/с (джоуля в секунду) или 180х10¹⁵ Вт. Облака земной атмосферы отражают часть видимого света. Поскольку их среднее альбедо составляет 0.35, атмосфера и поверхность Земли поглощают 65% радиации.  Около 15% этой радиации поглощается нижней атмосферой. Оставшиеся 50% поступающей солнечной энергии насыщают нашу среду обитания. Эта величина составляет около 90000 ТВт. Этот поток энергии поддерживает все естественные процессы в земной среде и обеспечивает ее глобальную стабильность. Очевидно, что значительное поступление в земную среду дополнительной энергии может привести к ее катастрофическому разрушению.

Оценки будущих энергетических потребностей

 Любая оценка будущей потребности человечества в энергии зависит от роста населения Земли и энергопотребления. В соответствие с последними оценками, сделанными Бюро переписи США, к 2050 г. население Земли составит 9.084 млрд. человек. Эта тенденция роста населения была экстраполирована на начало следующего столетия. Согласно разным источникам современное потребление энергии на единицу населения составляет около 2.5 кВт и, следовательно, общее мировое потребление равно 17 ТВт в год. Общий прогноз показывает, что эта величина возрастет примерно вдвое (34 ТВт) к 2050 г. Если подобная закономерность сохранится, то потребление (и производство) энергии достигнет более 50 ТВт к концу текущего столетия. Согласно более сложным расчетам потребление энергии на единицу населения в среднем также будет расти и составит 5.5 кВт к 2100 г. Дальнейшее экстраполирование показывает, что к началу следующего века общее производство энергии в мире достигнет 60 ТВт, а к 2140 г. перекроет рубеж в 90 ТВт.

Ограничение производства энергии внутри земной среды

Ряд экологических исследований и некоторые результаты палеоклиматологии привели к выводу, что допустимый уровень дополнительно производимой внутри земной среды энергии не может превышать около 0.1% солнечной энергии, получаемой земной поверхностью (исследования по истории климата  академика  А.Л.Яншин и др). Как следует из приведенных выше оценок,  эта величина составляет около 90 ТВт.

Согласно оценкам критичный уровень производства энергии на Земле будет превышен еще до середины следующего столетия, когда разрушения земной среды приобретут уже необратимый характер. Очевидно, что развитие подобных глобальных процессов начнется значительно раньше – во второй половине текущего столетия. Некоторые ранние признаки разрушительных процессов, таких как глобальные изменения климата или необычно частые климатические катастрофы в различных регионах Земли, мы  наблюдаются уже сейчас. Возможно, аномальные температурные явления лета 2010 г., распространившиеся по всему земному шару, относятся к этой категории явлений.

Изменения средней глобальной температуры Земли.

Современная средняя глобальная температура Земли, которая пока еще обеспечивает сравнительно комфортные условия существования человечества, составляет +14^оС. Однако, эта глобальная характеристика земной среды обитания меняется. В период с 1900 г. по 1950 г. средняя глобальная температура Земли изменилась всего на 1^о, что не отразилось заметно на наших ощущениях климатических изменений. Зачастую понятие «глобального потепления» понимают примитивно, как постоянное увеличение температуры среды. На самом деле изменения энергетического и, соответственно, температурного баланса планеты (именно в планетарном масштабе!) приводят к нарушению отлаженной работы «климатической машины», появлению аномальных, катастрофических явлений. Эти события на местном, региональном уровне могут проявляться в различных формах – резкого похолодания, резкого потепления, катастрофических ураганов и наводнений и т.п. Существует довольно объективный показатель данного процесса, не связанный с личностными оценками теплого или холодного времени года. За последние 40 лет суммарные экономические потери от естественных катастроф возросли более, чем в 9 раз. Если текущая закономерность сохранится, то за следующие 50 лет указанные потери возрастут в 30 раз и сравняются по влиянию с экономическими кризисами. Согласно выводам, полученным в результате выполнения проекта «Гея» под руководством академика Н.Н.Моисеева, критичным для сохранности земной среды обитания оказывается уже изменение средней мировой температуры на 4 – 5^о. Этот результат подтверждается палеоклиматическими исследования Н.А. Ясаманова и др. Согласно этим данным средние глобальные температуры Земли в ледниковые эпохи эволюции нашей планеты составляли  +8^оС - +10^оС, что весьма мало отличается от современного «комфортного» состояния нашей среды обитания. В данном случае не существенно, в какую сторону отклоняется средняя глобальная температура Земли. Важны абсолютные величины отклонений. И весьма существенным обстоятельством является характер изменений, который следует экспоненциальному закону. Поэтому один градус изменений в первой половине прошлого века к 2000 г. превратился уже в +3^о (!).

СЦЕНАРИЙ  КОСМИЧЕСКОЙ ИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ

Поэтапный график для человечества на XXI век. Существует только один реальный путь разрешения рассматриваемой проблемы – использование внеземных ресурсов. Ближайшими космическими источниками подобных ресурсов являются Луна и близко подходящие к Земле астероиды (популяция малых тел, находящихся на гелиоцентрической орбите с перигелием около 1.3 АЕ). Внутри этой концепции можно рассматривать Луну как преимущественно энергетическую базу в ближнем космосе, а астероиды как источник материальных ресурсов. В Таблице 1 приводятся этапы создания космической индустриальной системы с обратным отсчетом времени от будущей критичной даты («последний рубеж Человечества»). Если необратимое разрушение земной среды начнется в следующем веке, первые результаты работ по ее спасению должны появиться не позднее 2020 – 2040 г.г.

Таблица 1. Предполагаемые этапы индустриализации космоса

ЭТАП	ГОДЫ
Предельный срок – разрушение земной среды  обитания	2100 – 2150
Глобальная космическая энергетическая система, использование космических материальных ресурсов	2040 – 2050
Детальная разработка и реализация глобального проекта индустриализации космоса	2020 – 2040
Предварительные разработки и оценки проектов	2010
Принятие принципиального решения	сегодня!

 

Это означает, что принципиальное решение по возврату к лунным исследованиям должно быть принято сейчас – в начале наступившего столетия.

Лунные ресурсы

Наиболее хорошо известным источником космической энергии является Солнце. Лунная солнечная энергетическая система может собирать солнечную энергию на лунной поверхности и передавать на Землю с помощью СВЧ-излучателей. Мощность такой системы может достигнуть 20000 kWe уже к 2050 г. Основными преимуществами этого процесса будут значительное снижение выделения газов, способствующих возникновению парникового эффекта (CO₂ и др.), более низкий уровень выделения тепла в атмосферу.

Ресурсные возможности астероидов 

Известно уже более 200 объектов, сближающихся с Землей. Наибольший их них достигает 40  км в поперечнике, наименьший – около 10 м. Для 50 астероидов определен их тип: металлические, углеродные, хондритовые или базальтовые. Благодаря их близким к Земле орбитам и малым массам большинство из этих объектов более доступны с точки зрения энергетики, чем Луна. В соответствие с данными о химическом составе астероидов, например, железный астероид размером 1 км содержит 3.8 млрд. т железа, 0.2 млрд. т никеля и 0.04 млрд. т кобальта. Указанное количество железа эквивалентно мировому производству стали в течение 5 лет.

Заключение

Разработка астероидных ресурсов может оказать решающее влияние на долгосрочные программы освоения космического пространства. Вполне вероятно, что лунная среда обладает еще и другими ресурсами, неизвестными в настоящее время. Например, тонкоструктурная фракция чистого железа в грунте может использоваться как материал для жестких конструкций. Малая изученность ближайшего небесного тела и огромное значение его для создания космической инфраструктуры Земли определяют приоритетность лунных программ в будущем. Новые лунные проекты следует рассматривать, прежде всего, с практической точки зрения, как предназначенные для сохранения человеческой цивилизации в XXI веке. 

 

---