Сопоставление воздействий углеродной и «зеленой» энергетики на климат Земли с позиций неравновесной термодинамики

Цегельский В.Г.

Ключевые слова: углеродная энергетика, «зеленая» энергетика, климат, производство энтропии, неравновесная термодинамика, гистерезис, эволюция Земли.

Аннотация. Приведено сопоставление влияния углеродной, водородной, солнечной и ветряной энергетики на климат Земли. Показано, что не углеродная энергетика увеличивает концентрацию СО2 в атмосфере, а нагрев океана, содержащего намного большее количество СО2 по сравнению с атмосферой. Отмечается, что углеродная энергетика при правильной ее организации обеспечивает меньшее «тепловое загрязнение» атмосферы, а соответственно прирост ее температуры и производства энтропии, по сравнению с остальными рассмотренными видами энергетики. С позиции неравновесной термодинамики объясняется природа чередования ледниковых и межледниковых периодов на Земле, кардинально меняющих состояние атмосферы и климат. Отмечается, что переходы между периодами реализуются через гистерезис. На изменение состояния атмосферы влияет скорость изменения ее теплового баланса, от которой зависит величина термодинамического параметра – производство энтропии. Переходы между состояниями атмосферы реализуются при достижении в ней определенного значения производства энтропии. При переходах резко изменяется как структура атмосферы, так и климат. Рассмотрен характер зависимостей изменения производства энтропии в атмосфере от ее средней температуры для ряда циклов потепления и похолодания. Показано, что характер этих зависимостей аналогичен характеру зависимостей, построенных для конвекции Рэлея-Бенара. Показано влияние на величину производства энтропии в атмосфере потребления человечеством ископаемых энергоресурсов, взрыва ядерных зарядов и извержения мощных вулканов.

Comparison of the impacts of carbon and «green» energy on the Earth’s climate from the perspective of non-equilibrium thermodynamics

Tsegelskiy V.G.

Keywords: carbon energy, «green» energy, climate, entropy production, non-equilibrium thermodynamics, hysteresis, Earth evolution.

Abstract. A comparison is made of the influence of carbon, hydrogen, solar and wind energy on the Earth’s climate. It is shown that it is not carbon energy that increases the concentration of CO2 in the atmosphere, but the heating of the ocean, which contains a much larger amount of CO2 compared to the atmosphere. It is noted that carbon energy, if properly organized, provides less «thermal pollution» of the atmosphere, and accordingly an increase in its temperature and entropy production, in comparison with other types of energy considered. From the perspective of non-equilibrium thermodynamics, the nature of the alternation of glacial and interglacial periods on Earth, which radically changes the state of the atmosphere and climate, is explained. It is noted that transitions are realized through hysteresis. The change in the state of the atmosphere is affected by the rate of change in its heat balance, on which the value of the thermodynamic parameter entropy production depends. Transitions between states are realized when the production of entropy in the atmosphere reaches a certain value. During transitions, both the structure of the atmosphere and the climate change dramatically. The nature of the dependences of the change in the production of entropy in the atmosphere on its average temperature for a number of cycles of warming and cooling is considered. It is shown that the nature of these dependences is similar to the nature of the dependences constructed for the Rayleigh-Benard convection. The impact on the amount of entropy production in the atmosphere of human consumption of fossil energy resources, the explosion of nuclear charges and the eruption of powerful volcanoes is shown.