Терри Пратчетт - Наука Плоского Мира

В конечном счете выяснилось, что «пропавший» кислород не покидал здания «Биосферы 2», а переходил в углекислый газ. Почему же ученые не заметили увеличение его концентрации? Как оказалось, никто не знал, что углекислый газ впитывался в бетон, из которого было построено здание, по мере его затвердевания. Любой архитектор знает, что затвердевание бетона продолжается в течение десяти лет с момента его закладки, но с точки зрения архитектуры это знание не так важно. Экологам-экспериментаторам об этом ничего не было известно, потому что изучение мистических свойств наливного бетона обычно не входит в образовательную программу по экологии. Однако в их случае это знание оказалось принципиально важным.

В основе необоснованных предположений о «Биосфере 2» лежало правдоподобное убеждение в том, что раз для образования углекислого газа требуется кислород, то эти два газа противоположны . То есть в кислородном бюджете сам кислород проходит по статье прихода, а углекислый газ — по статье расхода. Когда углекислый газ исчезает, это интерпретируется как погашение долга, т. е. приход. На самом деле углекислый газ сам содержит некоторое количество кислорода, поэтому при потере углекислого газа кислород теряется тоже. Однако если вы следите только за увеличением уровня углекислого газа, то небольшую потерю вы не заметите.

Обманчивость этого подхода к рассуждениям имеет гораздо более широкое значение, чем судьба «Биосферы 2». Важным примером в рамках более общей проблемы углеродно-кислородного бюджета является вопрос о роли тропических лесов. Скорость расчистки и сжигания амазонских тропических лесов в Бразилии вызывает тревогу. Против этого есть множество аргументов: разрушение места обитания многих организмов, образование углекислого газа в результате сжигания деревьев, уничтожение культурного наследия местных индейских племен и так далее. Однако часто повторяемое утверждение о том, что тропические леса — это «легкие планеты» совершенно не оправдано . При этом подразумевается, что «цивилизованные» области (то есть области с развитой промышленностью) являются основными производителями углекислого газа, а девственные тропические леса, напротив, создают нежный, но мощный кислородный ветерок и при этом еще и поглощают избытки углекислого газа, выработанного этими негодными людьми со своими машинами. Они ведь должны это делать, разве нет? В лесу же полно растений, а растения вырабатывают кислород.

На самом деле это не так. Суммарный объем кислорода, вырабатываемого тропическим лесом, в среднем равен нулю. По ночам, когда фотосинтез останавливается, деревья вырабатывают углекислый газ. Да, они фиксируют кислород и углерод в виде сахаров, но когда они погибают, то углекислый газ все равно высвобождается в процессе разложения. Леса могут косвенным образом снижать уровень углекислого газа, изымая из него углерод и фиксируя его в виде каменноугольных или торфяных отложений — кислород при этом возвращается в атмосферу. По иронии судьбы, именно эти отложения являются источником большей части выработки углекислого газа в результате деятельности человека — мы добываем их и сжигаем, тратя на них то же самое количество кислорода.

Если верна теория о том, что нефть образована останками растений Каменноугольного периода, то наши автомобили сжигают углерод, который когда-то был частью растений. Даже если окажется альтернативная теория, набирающая популярность, и нефть — это продукт жизнедеятельности бактерий, проблема все равно остается. В любом случае, сжигание тропического леса приводит к однократному высвобождению избытка углекислого газа, но способность Земли создавать новый кислород от этого не уменьшается. Если вы хотите навсегда изъять часть углекислого газа из атмосферы, а не просто сократить краткосрочные выбросы, лучшим решением будет зафиксировать углерод в бумаге, построив большую домашнюю библиотеку, или покрыть побольше дорог асфальтом. Эти примеры не очень похожи на «зеленую» деятельность, но по факту это так. Можете ездить на велосипеде, если от этого вам станет лучше.

Другим важным компонентом атмосферы является азот. За бюджетом азота следить намного проще. Любой садовод знает, что растениям необходим азот для роста, однако поглощать его непосредственно из воздуха они не могут. Он должен быть «связан», то есть включен в состав химических соединений, которые могут использоваться живыми организмами. Некоторое количество «связанного» азота приходится на азотную кислоту, которую проливается на землю вместе с грозовыми ливнями, но большая его часть имеет биологическое происхождение. Многие простые организмы связывают азот, включая его в состав своих аминокислот. Впоследствии эти аминокислоты могут быть использованы для построения белков других живых существ.

В Мировом океане содержится огромное количество воды — примерно треть миллиарда кубических миль (1,3 миллиарда км 3). Мы плохо представляем себе, сколько воды было на Земли на ранних этапах ее развития и как она была распределена по поверхности планеты. Тем не менее, существование окаменелостей, датированных 3,3 миллиардами лет тому назад, говорит о том, что вода к тому времени уже была на поверхности и, возможно, в довольно больших количествах. Как уже было сказано, Земля вместе с Солнечной системой и самим Солнцем образовалась из гигантского газопылевого облака, основным компонентом которого был водород. Водород легко вступает в реакцию с кислородом, образуя воду, но он также образует метан при соединении с углеродом и аммиак при соединении с азотом.

В атмосфере древней Земли содержалось довольно много водорода и водяного пара, однако сначала планета была слишком горячей, чтобы вода могла перейти в жидкую форму. По мере того, как планета остывала, температура ее поверхности опустилась ниже точки кипения воды. Вполне возможно, тогда температура кипения воды была иной — собственно говоря, она и сейчас не фиксирована, так как вода кипит при разной температуре в зависимости от давления и других факторов. При этом атмосфера не просто остыла, а еще и изменила свой состав, поскольку благодаря вулканической активности в нее проникли газы из внутренностей планеты.

Важным фактором было воздействие солнечного света, из-за которого часть молекул водяного пара распались на водород и кислород. Водород покинул слабое гравитационное поле Земли, поэтому доля кислорода в атмосфере возросла, в то время как доля водяного пара уменьшилась. В свою очередь, это привело к увеличению температуры, при которой происходит конденсация водяного пара. По мере того, как атмосфера охлаждалась, точка кипения воды постепенно увеличивалась. В итоге температура атмосферы опустилась ниже точки кипения, и вода начала переходить в жидкую форму, проливаясь на землю в виде дождя.