Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Методология науки
Избранное
Публичные лекции
Лекции для школьников
Библиотека «Династии»
Интервью
Опубликовано полностью
В популярных журналах
«В мире науки»
«Знание — сила»
«Квант»
«Квантик»
«Кот Шрёдингера»
«Наука и жизнь»
«Наука из первых рук»
«Популярная механика»
«Потенциал»: Химия. Биология. Медицина
«Потенциал»: Математика. Физика. Информатика
«Природа»
«Троицкий вариант»
«Химия и жизнь»
«Что нового...»
«Экология и жизнь»
Из Книжного клуба
Статьи наших друзей
Статьи лауреатов «Династии»
Выставка
Происхождение жизни
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»


ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке



Новости науки

 
24.05
Клещи ездили на насекомых уже 320 миллионов лет назад

23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли

18.05
Обнаружены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий

16.05
Уровень полученного образования отчасти зависит от генов

13.05
Удалось проследить зарождение и развитие меланомы от первой раковой клетки






Главная / Библиотека / В популярных журналах / «Наука и жизнь» версия для печати

Эффект бабочки: как начинаются наводнения

C. Исламов,
доктор технических наук
«Наука и жизнь» №10, 2013

Участившиеся в последние годы мощные летние наводнения и обильные зимние снегопады, особенно в Европе, заставляют задаться вопросом: в чём их причина? Климатологи объясняют это глобальным потеплением, продолжая дискутировать о степени влияния на климат и погоду техногенных процессов. Предлагаю рассмотреть одну из вероятных гипотез возникновения данных природных явлений.

Фото Дмитрия Зыкова

Фото Дмитрия Зыкова

Со школьных лет нам известно, что такое круговорот воды в природе. За внешней простотой схемы скрывается динамическая система исключительной сложности, которая обладает свойствами детерминированного хаоса, не допускающего однозначного предсказания поведения. Именно поэтому на протяжении многих десятилетий точность прогнозирования погоды практически не изменяется, несмотря на взрывной прогресс в быстродействии и мощности компьютерной техники.

Итак, вода испаряется с поверхности земли и морей и поднимается в нижние слои атмосферы, где по случайно детерминированным закономерностям собирается в облака. По достижении определённой концентрации водяного пара в облаках сначала начинается образование отдельных капель, потом их слияние. И наконец, влага проливается в виде дождя (а зимой выпадает в виде снега) обратно на землю.

Какую роль в этом явлении играют случайные факторы? Время от времени хаотическое движение воздушных масс в атмосфере, а также взаимосвязанные с ними тепловые процессы на земле и в воздухе приводят к формированию исключительно крупных облачных объединений, содержащих огромное количество воды, которые накрывают довольно большие территории. В конечном итоге это приводит к обильным и продолжительным ливням. Если естественные водостоки в виде рек и почвы не успевают отводить выпадающую влагу, происходят наводнения. Мощные снегопады образуются практически по такой же схеме. В среднем за год в круговороте участвует примерно одно и то же количество воды: в какой-то год побольше, в какой-то поменьше. Поэтому среднестатистическая частота ливней разной мощности также примерно постоянна. Естественно, что события катастрофического характера должны происходить тем реже, чем больше их масштаб. Климатическая динамика подчинялась этому сценарию в течение многих и многих столетий.

Однако начиная с прошлого века человечество стало вносить всё более активные возмущения в работу сравнительно устойчивого механизма. Произошло резкое увеличение объёма сжигаемого топлива с удвоением примерно каждые 30 лет. А со второй половины века одним из главных видов топлива в Европе стал природный газ. Поскольку здесь достаточно высокая концентрация населения и наиболее высокий уровень энергопотребления, именно Европа производит значительные объёмы продуктов сгорания в расчёте на квадратный километр территории. И дело совсем не в углекислом газе, который считают виновником так называемого парникового эффекта (кстати, весьма спорная концепция!), а в обыкновенной воде.

Обратимся к последствиям сжигания природного газа. Его горючая часть более чем на 90% состоит из метана. Известное со школьной скамьи уравнение горения метана выглядит следующим образом:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.

Согласно молекулярно-весовым соотношениям, из него следует, что при сжигании 1 кг газа из атмосферы исчезает 4 кг кислорода, а взамен выбрасывается 2,75 кг углекислого газа и 2,25 кг водяного пара! По данным ассоциации EUROGAS, в 2011 году страны ЕС сожгли около 470 млрд. кубометров природного газа. Как следствие, только в течение этого года из европейской атмосферы исчезло около 1,3 млрд. тонн кислорода. Взамен в неё было внесено 0,92 млрд. тонн углекислого газа и 0,75 млрд. тонн воды.

Помимо газа в Европе ежегодно сжигается порядка полумиллиарда тонн жидких топлив разного химического состава. Запишем уравнение реакции горения для упрощённой формулы бензина:

8Н18 + 25О2 = 16СО2 + 18Н2О.

Отсюда следует, что для сжигания 1 кг жидкого топлива расходуется примерно 3,5 кг кислорода, а образуется около 3 кг углекислого газа и 1,42 кг водяного пара. Таким образом, за счёт сжигания жидких топлив в Европе ежегодно расходуется 1,75 млрд. тонн кислорода, а взамен выбрасывается 1,5 млрд. тонн углекислого газа и ещё 0,7 млрд. тонн воды. Кроме того, сопоставимое воздействие на атмосферу оказывает сжигание примерно 460 млн тонн угля (здесь водяной пар производится главным образом за счёт испарения содержащейся в угле влаги). Таким образом, ежегодно в атмосферу вбрасывается порядка 2 млрд. тонн воды, причём в нарастающих объёмах.

В механизм кругооборота воды, который сравнительно устойчиво функционировал в течение тысячелетий, мы вносим всё большее и большее количество дополнительной влаги. Очевидно, что постепенно должно увеличиваться среднегодовое количество осадков. Признаем сразу, что масштаб водяной «подпитки» по сравнению с общей массой воды, участвующей в круговороте по естественным причинам, невелик. Однако главный её эффект заключается в другом. При определённых условиях сложные детерминированно-хаотические системы, к которым относится и круговорот воды, взрывным образом реагируют на сравнительно небольшие воздействия. В популярной литературе это явление известно как эффект бабочки. Иными словами, по мере увеличения вводимой в кругооборот дополнительной влаги всё более возрастает вероятность образования в атмосфере сверхкрупных скоплений воды, которые неизбежно выпадают на землю в виде продолжительных и обильных осадков. Наиболее ярко этот эффект начал проявляться именно в Европе, которая в целом ряде регионов имеет очень высокую интенсивность выбросов продуктов сгорания. Не исключено, что произошедшее в июле–августе 2013 года уникальное по мощности наводнение на Дальнем Востоке имеет те же причины. Инициирующим фактором здесь могло стать интенсивное сжигание топлива, а именно угля в северо-восточном, промышленном, регионе Китая. Для информации: Китай добывает ровно в 10 раз больше угля, чем Россия, — порядка 3 млрд. тонн в год, сжигание которого сконцентрировано в нескольких промрайонах.

К сожалению, у этой проблемы, по сути, нет эффективного решения. Человечество не в состоянии снизить энергопотребление, а следовательно, и объёмы сжигания органического топлива. Перспектива масштабного перехода на термоядерные технологии производства энергии до сих пор остаётся призрачной. Поэтому, увы, процесс экстремализации климата будет продолжаться.


Комментарии (8)


 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия