Феликс Патури - Растения - гениальные инженеры природы

Рассмотрим теперь фотосинтез в глобальном масштабе. Ежегодно наземные растения связывают 17,2 миллиарда тонн углерода, растения морей — 25 миллиардов тонн этого элемента, содержащегося в углекислом газе атмосферы и Мирового океана. В сумме эти 42,2 миллиарда тонн углерода расходуются на образование 105,5 миллиарда тонн виноградного сахара. Для перевозки такого количества сахара потребовался бы железнодорожный состав длиной более чем в 50 миллионов километров, что в 40 раз превышает общую длину всех железнодорожных линий Земли, равно одной трети расстояния от Земли до Солнца и в 130 раз больше расстояния от Земли до Луны. А содержание состава — всего-навсего годовое производство виноградного сахара всей растительностью Земли.

В процессе фотосинтеза растения за год усваивают 467 триллионов киловатт-часов солнечной энергии. Это почти в 170 раз превышает мировую выработку энергии за год (по данным за 1963 год). Из этого количества растения потребляют 189 500 миллиардов киловатт-часов, возвращают в атмосферу 17,1 миллиарда тонн углерода, а оставшиеся 25,1 миллиарда тонн углерода трансформируют в твердое вещество. Помимо того, растительный мир связывает за год 37,8 миллиарда кубических метров воды, а и самих растениях ежегодно накапливается 277 500 миллиардов киловатт-часов энергии. В процессе синтеза, происходящего в столь гигантских масштабах, растения ежегодно перерабатывают 79 триллионов кубических метров углекислого газа, 32 триллиона возвращаются вновь в атмосферу, а 47 триллионов остаются в связанном состоянии. Кроме того, растения выделяют в атмосферу 47 триллионов кубических метров чистого кислорода.

Эти цифры настолько велики, что их уже трудно воспринимать. Однако можно с уверенностью сказать, что в ближайшее время в атмосфере не будет недостатка углекислого газа, а поэтому голодная смерть не угрожает всему живому на Земле. Эта уверенность гарантируется тем, что люди, животные и микроорганизмы, вместе с пищей получающие углерод, при дыхании выделяют в атмосферу углекислый газ. Одни только люди выдыхают за год 140 миллионов тонн углерода. Почвенные микроорганизмы дают несколько больше 24 миллиардов тонн. Огромную роль в этом процессе играют микроскопические, преимущественно простейшие организмы — бактерии. Без подобного «возврата» углерода в атмосферу наземная растительность погибла бы уже через 62 года, а запасов шатания для морских растений хватило бы на 2400 лет. Благодаря жизнедеятельности всех живых существ на Земле кругооборот углерода в природе оказывается сбалансированным. В течение многих миллионов лет создавались некоторые излишки связанного углерода в форме залежей торфа, каменного угля, нефти, природного газа. Но с конца прошлого века человек активно разрабатывает и сжигает эти природные запасы ископаемого топлива. Подсчитано, что в период с 1890 по 1960 год промышленность ежегодно выбрасывала в атмосферу около 1200 миллионов тонн углерода в виде различных продуктов сгорания. За эти 70 лет выбросы составили более 13 процентов веса всей атмосферы планеты. В одном только 1960 году в воздушное пространство Земли было извергнуто 3120 миллионов тонн отходов производства. С тех пор их объем существенно вырос и будет увеличиваться в дальнейшем. По этому поводу некоторые ученые высказывались следующим образом: «Итак, человечество намеревается провести геофизический эксперимент, которого не могло быть в прошлом и который неповторим в будущем. Всего за несколько столетий мы возвратили в атмосферу и океаны углерод, который многие миллионы лет накапливался в осадочных отложениях».

Мы стоим на пороге того, чтобы нарушить равновесие земной атмосферы. Будет ли это иметь решающее значение для развития климата и всего живого на пашей планете? Из-за постоянно растущих потребностей в энергии мы до сих пор вынуждены участвовать в этом в высшей степени сомнительном эксперименте: ведь в отличие от растений человек еще не научился прямо и в больших масштабах использовать энергию света.

Последние достижения в области химии свидетельствуют о том, что для освоения такого источника дешевой энергии, каким является энергия Солнца, вовсе не обязательно разрабатывать столь дорогостоящие проекты, как, например, создание гигантских «солнечных печей» (над этим работают, в частности, американские ученые). Известно, что на свалках скапливаются огромные количества самых разнообразных искусственно созданных человеком материалов, при сжигании которых в специальных установках в качестве побочного продукта горения образуются высокотоксичные газы. В то же время эти материалы могут разлагаться на простейшие элементы практически «бесплатно», быстро и без какого-либо ущерба для окружающей среды непосредственно под воздействием солнечного света, если только в процессе производства в их состав будут добавлены специальные биокатализаторы — биологически активные вещества.

Потребность в энергии обусловливает необходимость максимального поглощения солнечной радиации. Особую актуальность данная проблема приобретает при решении вопросов, связанных с запуском автоматических межпланетных станций (АМС), искусственных спутников Земли, лунных модулей, космических лабораторий и т. п. Электропитание разнообразной электронной аппаратуры искусственных орбитальных станций осуществляется о помощью так называемых солнечных батарей, которые состоят из большого числа фотоэлементов, непосредственно преобразующих энергию солнечной радиации в электрическую. Значит, космонавтам нет необходимости брать с собой в полет большой запас разного рода «энергетических консервов», в частности, очень тяжелые аккумуляторы, обладающие к тому же небольшим сроком службы.

Если солнечные батареи укрепить жестко на подвижной системе, например на искусственном спутнике Земли, то Солнце будет освещать их периодически: из-за осевого вращения спутника большую часть времени они не смогут производить электроэнергию. Чтобы избежать этого, инженеры по космической технике создали исключительно сложные электронные системы слежения, которые непрерывно фиксируют направление солнечных лучей и посредством прецизионных сервомеханизмов стабилизируют спутник в положении, которое обеспечивает оптимальный режим освещения батарей Солнцем. Цепочка от чисто измерительной аппаратуры (для определения направления инсоляции) через систему расчетно-логической обработки полученных данных до системы очень точного выполнения управляющих операций — путь с технической точки зрения достаточно долгий и сложный; к тому же сама электронно-механическая конструкция, выполняющая все это множество операций, расточительна в своем функционировании и чрезвычайно дорога в изготовлении. Пространственные же возможности для ее размещения исключительно малы, даже если иметь в виду такое достоинство солнечных элементов, как их миниатюрность.