Вие сте тук

За слънцето, въздуха и водата. За живота

Galapagos-Islands1.jpg

Автор: Доц. д-р инж. Пенчо Пенчев

От ранна възраст си записвам сентенции, които с мъдростта си ме впечатляват. Като думите на Дейв Сомърс: „Преди да се молиш – вярвай!; Преди да говориш – слушай!; Преди да харчиш – спечели!; Преди да  пишеш – мисли!; Преди да умреш – живей!”. Събирах и налаганите ни дълги години призиви, апели, лозунги, силно политически пристрастни, но уви, повече звучащи като анекдотични реплики от типа „ Да влезем в светлото бъдеще с лъснати обувки!” Зная, чел съм, че на източната страна на паметник на българо-съветската дружба във Варна е написан цитат от Г. Димитров: „За българския народ дружбата със Съветския съюз е тъй жизнено необходима, както слънцето и въздухът за всяко живо същество”, цитат, който ни бе втълпяван години наред. Тази многократно повтаряна фраза-апел, отъждествява и налага като безусловна необходимост специфична дружба между два народа, така както две други физични дадености (слънце и въздух) са необходими за всяко от живите същества. Необходими за какво – за възникването на жива материя от нежива, или за развитие и съществуване? Или и за двете. За хората без специализирани химико-физични познания остава втълпеното от лозунга „познание”, че има ли  въздух – има и живот. Дали е така, обаче? Ако да, то защо, ако не, какво още трябва. Това необходимото, достатъчно ли е,  или трябва още нещо!

НАЧАЛОТО


Ако се абстрахираме от митологичните и религиозни представи за възникването на света и живота, се налага да се позовем на днешните научни познания по тези въпроси. Според теорията за Големия взрив преди 13,7±2 милиарда години Вселената е в безкрайно плътно състояние, с нулев обем, с огромна температура и налягане – състояние на гравитационна сингулярност. Приблизително за 10-35 секунди, Вселената се разширява експоненциално, като материалните елементи на Вселената са като гореща супа от частици – под формата на кварк-глуонна плазма. С нарастването на размера на Вселената, температурата спада, което предизвиква образуването на водородни и хелиеви атоми, С разширяването си, Вселената се охлажда, намалява се и средната кинетична енергия на електроните и така тя става недостатъчна те да продължат да бъдат в свободно състояние, свързват се към  протоните (ядра на водорода), като по този начин Вселената става предимно изградена от свързани атоми, т.е. неутрална. За отбелязване е, че по време на големият взрив и ранната Вселена няма наличие на каквито и да било тежки метали.

СЛЪНЦЕТО И ЗЕМЯТА

По-сетне, преди около 4,6 милиарда години вселената представлява облак, мъглявина от звезден прах и газ, в който се съдържа голямо количество водород, хелий, лед, силикати. Под въздействието на енергийни (електромагнитни, гравитационни и други) излъчвания и вълни постепенно се оформят уплътнени грамади от материя.  Последователно облакът започва да се свива под влиянието на своята маса и гравитация и започва да се върти. Сърцевината на мъглявината става все по-гъста и от една страна част от гравитационната потенциална енергия, а от друга кинетичната енергия от зачестилите сблъсъци между частиците, се превръщат в топлинна. При достигане на критичната маса и висока температура започват и термоядрените реакции. По този начин преди около 4,6 милиарда години се е родило нашето Слънце.    От въртящия се  около него пръстен от дифузна  материя последователно се оформят всички планети от нашата система. В началото тези планети били неоформени магмени и геологично активни грамади материя, окончателното им оформяне ставало след поредица от сблъсъци преформатирания, а нарастващите центробежни и гравитационни сили укрепвали структурите. В първите стотици милиони години от своето оформяне, Земята е била вряща  стопилка от материя и нейни изпарения, Повърхността й е от разтопени скали и гореща лава, осеяна с вулкани и гъсти изпарения, които изпълвали атмосферата със задушливи газове. Преди около 4 милиарда години, след настъпващо повърхностно охлаждане, се оформя тънка твърда скална повърхност, често разкъсвана от вулканични избухвания. Отбелязвам два характерни момента на този етап – около планетата Земя не е имало въздух (респективно свободен кислород), и второто – засега не е еднозначно определено, как и от къде се появява водата? И то в последвалото голямо количество.

ВОДАТА

 Вероятни са две основни хипотези (външна и вътрешна) за произхода на водата. Извън земният произход на водата се обяснява с  една постоянна бомбардировка от метеорити и комети, много от които са били изцяло ледени водни структури. Така се създават първите океани, докато вулканичната дейност и водната пара създават първичната атмосфера, първоначално без кислород. Вътрешната земна хипотеза обяснява произхода на водата по следния начин:  Молекулата на водата е съставена от два атома водород и един атом кислород. Водородът е широко разпространен в космоса и в структурата на нашето слънце. Но липсва яснота за произхода и наличието на свободен кислород. Като вероятностна теза е версията за наличието на метални и неметални окиси в началната гореща стопилка на земното образувание. При неговото наличие в такава форма е напълно възможно в резултат на химически реакции, висока температура и налягане, плюс електромагнитно въздействие да се получи свързване на водорода с кислорода от наличните окиси. Естествено е тази вода да е в газообразно агрегатно състояние. В по-късен етап при охлаждане на земята се получава интензивна кондензация и мощни дъждовни порои с интензивна последваща циркулация –изпарение и кондензация. Естествено плитките тогава водни обеми – морета, са били горещи, после доста топли, което предполага подходящи условия за възникване на жива материя.

ЖИВА МАТЕРИЯ

Налични молекули от химически елементи и вещества се свързват в аминокиселини, които са градивните частици на протеините, а те изграждат клетките на живите организми. Най-вероятно електромагнитни излъчвания са били катализатор на тези процеси. Тези първични организми били цианобактериите или синьо-зелените водорасли.  Така започва началото на живота на планетата Земя. Първите живи организми на планетата били устойчиви, адаптивни и можели да оцеляват в екстремни условия и враждебна среда. Тези първи прости организми били анаеробни и захранвали жизнените си функции с въглерод и сродни молекули, а като вторичен продукт създавали кислород. Смята се, че в последвалите няколко милиарда години, през които доминирали едноклетъчните организми и прости морски гъби, биологичната активност на тези анаеробни живи неща обогатила значително атмосферата с кислород.

Това, че първите живи прости организми са се зародили като анаеробни в безкислородна атмосфера и в условно водна среда изцяло оборва смисъла на лозунга на Г. Димитров, че въздухът е необходим за зараждане на живите същества. Водата е била повече от необходима и напълно достатъчна. Остава вярна хипотезата от лозунга за безусловната необходимост от Слънчевата радиация за зараждане на живота на Земята.

Ще разсъждавам и за това, дали само Слънцето и въздухът са необходимите физични дадености за развитието и съществуването на живите същества в днешно време.

СЛЪНЦЕ

Надали някой ще оспори незаменимата роля и положителното въздействие на слънчевата електромагнитна радиация за живота на земята. Но защо е така? Слънцето има диаметър 109 пъти по-голям от земния и масата му е 330 хиляди пъти по-голяма от земната. ¾ от масата му е образувана от водород, остатъкът е хелий и малко кислород, въглерод, желязо и др. Повърхностната му температура е около 5500 °C, а в ядрото – над 15 милиона градуса! Източник на  енергията му е термоядрен синтез на водородни ядра в хелий, процес, който протича в ядрото на слънцето.  При тези изключително високи температури излъчването е под формата на гама лъчение – много къси вълни с огромна честота и енергия. Тази енергия, произведена в ядрото, преминава през поредица от слоеве, чрез лъчение, конвекция и топлопроводност достига до видимата повърхност на слънцето и излиза в космоса като слънчева светлина.

Слънчевото излъчване се разпространява във вид на  електромагнитни вълни със скоростта на светлината и за 8 минути достига земната повърхност през атмосферата. Слънчевите лъчи преминават през нея, за да достигнат повърхността, а тя частично ги отразява, разсейва и изменя количеството и качеството им. До Земята достигат по-малко от две милиардни части от слънчевото излъчване, но то е главният източник на енергия за всички физико-химически процеси, протичащи на земната повърхност и в атмосферата. Един от тях, жизнено определящ, е процесът на фотосинтеза. Слънчевата радиация стои в основата на този физиологичен и биохимичен процес. При попадане на фотони от слънчевата светлина върху пигмента хлорофил в растенията, въглеродният двуокис от въздуха се включва в процес заедно с освободени  електрони от водата при нейната фотолиза (разлагане на водата под въздействието на поток фотони от слънчева радиация), като резултата са нови органични продукти –въглехидрати (захариди) и свободен кислород. В еволюционната история на земята първите фото синтезиращи организми са ползвали като източник на електрони не водата, а водорода или сероводорода.

Електромагнитните слънчеви вълни осигуряват на земните организми светлина, топлина. Те определят дневната и годишната цикличност, чрез топлинното си въздействие определят климата, ветровете, дъждовете. Без Слънцето не би имало живот на планетата. Въпреки безусловната полезност и необходимост от Слънцето, все пак една от тайните на природата е дозировката. Не винаги природната защита от атмосферата е достатъчна. Установени са случаи на нарастваща инфекциозност на патогенни бактерии, като Brucella spr. в периоди на интензивна слънчева активност. Твърди се също, че опустошителните епидемии от холера, чума съвпадат с тези периоди!

Но животът изисква като необходими още две съставки – въздуха и водата!

ВЪЗДУХ

Въздухът, който образува земната атмосфера, представлява механична смес от различни газове. Основните газове са азот, кислород и аргон, другите газообразни примеси с много по-малка концентрация са водните пари, въглеродния двуокис и окис, озон, серен двуокис, за жалост и фреон. Тъй като животът е горене, а горенето е вид окисляване, то за поддържане на живота наистина трябва кислород какъвто има във въздуха. Животът се е зародил във водна среда, и сега голяма част от живите същества се развиват във водните басейни. Не е възможно да се разделят водата и въздуха поради техния афинитет един към друг. Водните пари или фини капкови натрупвания (облаци) са постоянно присъщи на земната атмосфера, така както разтворения въздух (тоест кислород)  във водата. Болшинството водни животни чрез хрилната си система приемат необходимия кислород, за да съществуват, а водните бозайници имат приспособеност за акумулиращо натрупване на въздух, който възстановяват периодично от атмосферата. Водните пари във въздуха променят неговите качества, правят го по-лек, тоест създават възходящи потоци, осъществяват вертикална циркулация, охлаждане на парите, образуване на облаци, дъжд, овлажняване на земната територия, ново изпарение под влияние на слънчевото греене и нов цикъл. Един сектор от слънчевото излъчване – ултравиолетовите лъчи, успешно биват ограничавани от въздушната атмосфера, особено подпомагани от наличието на водни пари. Водните пари задържат успешно и дълговълнова радиация. В резултат на горенето, част от което е дишането, се произвежда въглероден двуокис и той се натрупва във въздуха. Неговото присъствие там спира дълговълновата радиация (това е обратното излъчване от земната повърхност, която е с ниска температура и малка честота, но с дълги вълни). Така се получава парников ефект, благодарение на който равновесната температура на земната повърхност вместо минус 18 градуса става плюс 15С.

Интересна съставка на въздуха е озона – триатомен кислород. Получава се при гръмотевична дейност и под въздействие на ултравиолетовите лъчи. Изключително важен за съществуването на живота, защото ни защитава от биологично активната ултравиолетова радиация на Слънцето. Това лъчение бързо би могло да превърне Земята в безплодна пустиня, ако по-голямата част от него не се поглъщаше от атмосферния озонов слой преди да достигне Земята.  Най-опасните за разрушаване на озоновия защитен слой на атмосферата са хлорофлуоровъглероди с най-типичния представител фреона. Тези химически продукти на миналия век имат живот над 150 години и дълго ще търпим техните вреди. Защото за  такъв период един хлорен атом може да разруши 100 хиляди молекули озон!

 СЛЪНЦЕ и  ВЪЗДУХ + ВОДА

Комбинацията на трите съставни части на жизнената ни необходимост – слънце, въздух, вода – определят основните процеси на атмосферата на планетата – нагряването и изстиването на атмосферния въздух, изпарението и кондензацията, налягане и движението на въздуха. За съжаление понякога тези процеси създават тежки климатични проблеми с големи щети. Това, че има области с интензивно слънчево греене и затопляне, има огромни водни маси и въздух наситен с водни пари, тази комбинация се оказва често фатална. Защо? Топлината от слънцето нагрява въздуха, увеличава изпарението на вода, което насища въздуха с водни пари, а по-топлия и по-влажен въздух е по-лек и създава интензивен въздушен поток нагоре. Това обикновено се случва над моретата на малките географски дължини. Възходящият топъл и влажен въздух в по-горните слоеве на атмосферата, където е по-студено, отделя водата чрез кондензация, но отделя и топлина, която допълнително загрява въздуха и усилва неговия подем. Това създава област с понижено налягане и допълнително засмукване на нови порции влажен и топъл въздух, вихъра по този начин се интензифицира. Въздушните течения го изместват и когато го насочат към сушата настъпват нежелани силни щети. Сухата повърхност обаче намалява притока на водни ресурси за вихъра и той утихва.  

ОЩЕ ЗА ВОДАТА

Моите разсъждения и приведени доказателства въведоха новата компонента – водата, като равно поставена и крайно необходима за възникването и съществуването на живот на Земята. Без вода няма земеделие, растителност и живи същества. Остане ли без вода, Земята ще се превърне в безлюдна мъртва пустиня. Но, водата има изключително големи съпътстващи и улесняващи приложения. Самопроизволното или принудително създавано съприкосновение на водата с въздуха също позволява полезни физични ефекти. Ефекта на изпарителното охлаждане се ползва в промишлените и битови климатични инсталации. Чрез метода на изпарителното охлаждане се създава възможност и за регулиране влажността на въздуха – важна необходимост за достигане на препоръчителния комфорт за театрални и концертни зали. В силуета на всяка топлоелектрическа или атомна централа изпъкват с огромните си размери стоманобетонни хиперболоидни колоси – охладителни кули. Те работят на този принцип. Тяхната роля в електропроизводството е чувствителна, защото чрез допълнителното охлаждане на водата от кондензаторите се повишава степента на съвършенство и икономичност на използваното гориво, увеличава се и количеството произведена електроенергия. Подобни охладителни кули, с естествена или вентилаторна тяга се включват и в технологичните схеми при производствени процеси в промишлеността.

Водните пространства – морета, реки – са наши транспортни трасета с най-ниски разходи. Но като че ли особено съществен е приносът, ползата и разностранното приложение на водата и особено продукта водна пара за промишленото развитие на човечеството. Така необходимата електроенергия би била невъзможна без тях. Някои страни, като Норвегия, почти изцяло (и то с много висока интензивност на консумация) се задоволяват с потенциала на огромните си водни източници и запаси. Водно електрически централи има в почти всички страни. Съществуват реализации за водни централи с енергията на водни приливи или вълни. А иначе другите производители на енергия, атомните и топло централи на ядрено, твърдо, течно, газово гориво, работят само с вода. Енергията от разпада на атомни ядра или от изгаряне на различни горива се влага във вода, за да се получи водна пара с високо налягане и температура. Тя, минавайки през парни турбини, се превръща в механична енергия, която върти генератори, в които по електромагнитен принцип се произвежда електричество. По този начин се осъществява електропроизводствен кръговрат на водата – вода парен котел парна турбина кондензат парен котел. Друга голяма част от водната пара се ползва почти във всички промишлени производства за технологични нужди. Близо половината от енергията от изгаряне на ядрено и традиционно гориво в света отива за производства на пара, като половината от това количество се ползва в промишлеността за технологичните процеси.  Акумулираната топлинна енергия в парата лесно се пренася до всеки технологичен консуматор, където лесно може чрез налягането на парата да се регулира нужната за процеса температура.

КРАЯТ

Гибелта на слънцето е неизбежна, но  ще настъпи най-рано след 5 милиарда години. Тогава Слънцето ще изразходи запасите си от гориво (водородът свършва, ще започне превръщане на хелия във въглерод, свръх нагряване и разпад). Край на Слънцето ще означава край на живота – макар и много далечен, но тази лоша истина е абсолютно доказателство за полезността и необходимостта на слънцето за нашия живот. А от нас зависи да пазим въздуха и водата, за да ги ползваме в допустимите съотношения съобразно слънчевото греене и в рамките на неговото все пак крайно съществуване!

В заключение – за да има живот на Земята, са необходими и достатъчни следните три параметъра: умерено и балансирано слънчево греене, чист въздух, без вредни примеси и изобилие на чиста вода!

Позволих си чрез размишления и ползване на съвременни познания за вселената да дам достатъчно силни доказателства, за да оборя невярната и подвеждаща същност на един стар лозунг. Същевременно тази фактология би дала един по-достъпен разказ за възникването и развитието на Земята и Слънчевата система, за нашата същност…

 

София, 31 август 2016 г.

Коментари

коментара

Related posts

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close