Терфизики

Обсуждали на моем сайте статью инженера Дубровского и среди комментаторов яростными критиками автора оказались люди, один из которых гордо назвал себя терфизиком, окончившим МИФИ. Я сначала даже не понял, о чем речь, только потом догадался, что терфизик – это физик-теоретик. А что – правильно! Если есть просто физики, то должны быть и теоретические физики, да и «терфизик» звучит где-то даже гордо. Так вот, эти терфизики, чтобы уесть меня, задели тему озонового слоя, о которой я уже пару раз писал в своих книгах. Я начал было отвечать, но потом подумал, что лучше дать отдельную статью, благо оказалось, чем ее дополнить.

Наверное, вы слышали о проблеме «озоновых дыр», из-за которых «может погибнуть всё живое на Земле»? Озвучивается эта проблема так: в атмосфере Земли есть некий озоновый слой, который защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца, но из-за тех сортов газа фреона, используемого в холодильных агрегатах и спреях, которые содержат хлор и бром, в этом озоновом слое появляются дыры, через которые Солнце испепелит на Земле всё живое ультрафиолетовым излучением, и будет страшный «аллес капут»:

«Ультрафиолетовая радиация разлагает хроматин клеточного ядра, препятствует размножению клеток, повреждает молекулы ДНК. Избыток ультрафиолета, связанный с сокращением озонного слоя, может вызывать рост раковых заболеваний кожи и уменьшить эффективность иммунной системы человека. Даже небольшое уменьшение суммарной толщины озонного экрана (например, для жителей высокогорья) заметно увеличит вероятность этих заболеваний, а понижение толщины в два раза было бы чревато необратимыми последствиями для земного генофонда».

А причина вопит: «В начале 70-х годов было установлено, что именно хлорфторметаны, используемые в аэрозольных упаковках и холодильных машинах, стали ощутимой составной частью атмосферы. Действенный механизм разрушения этих высокостабильных веществ в нижней атмосфере отсутствует, и они переносятся в стратосферу. Важнейшие из хлорфторметанов – фреоны CFCl, CF2Cl2 и др». Но, простите, а как эти ужасные фреоны попадают на такую высоту? Скажем, такой ужасный, «разрушающий озоновый слой» фреон, как помянутыйдифтордихлорметан (CF2Cl2), имеет молекулярную массу вчетверо(!) большую, нежели основные компоненты воздуха и в среднем сам воздух. В связи с чем дифтордихлорметан будет не затекать в земные щели и низины, а подниматься «все выше и выше»?

Между тем, время от времени в печати проскакивают статьи и выступления (которые, впрочем, не оказывают никакого влияния на «высокообразованную» толпу работников СМИ), что в основе «проблемы озоновых дыр» стоит простое стремление фирм, производящих холодильное оборудование, запугать покупателей и заставить их, при ещё работающих старых холодильниках, купить новые, но кому на это обращать внимание?

Давайте вспомним, что в атмосфере Земли, состоящей (грубо) на три четверти из молекул азота и на четверть из молекул кислорода, молекула кислорода имеет вид двух соединённых между собой атомов, грубо – двух шариков, слепленных вместе. Но если молекулу кислорода подвергнуть интенсивному излучению, к примеру, электрической дугой, молнией или излучению ультрафиолетовым спектром солнечного света, то три молекулы двухатомного кислорода вступают в реакцию друг с другом и образуют две молекулы кислорода, в которых уже не по два, а по три атома. Этот трёхатомный кислород называется озоном.

Первое, что отсюда следует, что не озон защищает Землю от ультрафиолета, а обычный двухатомный кислород, а озон – побочный продукт этой защиты. Уберите из атмосферы весь озон, но пока Солнце светит, оставшийся кислород (и азот) будет защищать Землю, при этом кислород, защищая Землю от ультрафиолетового света, будет и будет образовывать озон. Грубо говоря, озон как экскременты – это не то, что мы едим, а отходы того, что мы едим.

Молекула озона, соответственно, в полтора раза больше молекулы обычного кислорода и должна лучше двухатомной молекулы поглощать ультрафиолет. Ну и что? Самолёты дают тень гораздо более плотную, нежели облака, ну и когда это у нас было пасмурно из-за самолётов? Вы скажете, что самолётов мало, а облаков много. Хорошо, а сколько того озона, чтобы о нём плакать?

Опять заглянем в энциклопедию.

От поверхности земли до высоты 10 км простирается тропосфера – в ней озона нет, поскольку ультрафиолетовое излучение Солнца в основном задерживается более высоким слоем атмосферы – озоносферой, простирающейся от высоты 10 км до высоты 50 км. Вот в этом слое есть озон. Сколько? Если с толщины озоносферы в 40 км собрать весь озон, то будет слой примерно в 2 мм. Давайте считать грубо, по мужицкому счёту – «лапоть туда, лапоть сюда», - поскольку даже если мы и ошибёмся на порядок (в 10 раз), то это ничего не изменит. В тропосфере находится 80% атмосферы, будем считать, что в озоносфере содержатся остальные 20% и что плотность воздуха в озоносфере равна плотности его в слое тропосферы толщиной в 2 км. По отношению к 2 км воздуха слой озона в 2 мм составляет 1 миллионную часть. Если мы будем считать, что молекулы азота, кислорода и озона имеют диаметр в 1 мм, плотненько их сложили в квадрат, то в квадрате со стороной 1 метр будет миллион молекул, и среди этого миллиона будет одна (!) молекула озона, т.е. в этом зонтике будет одна дырочка диаметром в 1 мм! Ну, и какую тень даст одна молекула озона на миллион остальных – больше, чем самолёт на фоне облаков или меньше?

Я считал очень грубо, не исключено, что точный подсчёт даст 10 молекул озона на миллион, но что это изменит? Это всё равно такой мизер, о котором глупо говорить. Пыль над городом защищает от ультрафиолетового излучения в десятки раз лучше, чем весь озон.

Или вот такой, на мой взгляд, комический момент этой страшилки: Резкое уменьшение общего содержания озона (обнаружено впервые в районе Антарктиды после 1979 г.) отмечается ежегодно в октябре, т. е. в период антарктической весны, вплоть до 1989 г. с некоторыми нарастаниями и спадами эффекта. …Размер участка с аномально низкой концентрацией озона примерно эквивалентен участку, охваченному полярной ночью».

Обратите внимание на то, что в условиях полярной ночи, когда солнечного излучения вообще нет, пропадает и озоновый слой. Почему так, объясню ниже. Но, главное, какие же сволочи эти антарктидцы, закупившие себе холодильников с хлористым фреоном больше, чем весь остальной мир, и проделавшие над собою дыру!! Весь мир в тревоге!

Несколько лет назад по «Евроньюс» показали в Великобритании огромные склады исправных холодильников, которые перепуганные британцы сдали для утилизации, чтобы не погибнуть от ультрафиолетового излучения. Во как! И вам, небось, страшно?

Так вот, за эту мою тогдашнюю работу об озоне, меня жестко высмеял один из терфизиков.

Поскольку терфизики самостоятельно могут сформулировать только то, что они умные, а остальные – дураки (уж очень тяжелы для них воспоминания, как их заставляли в МИФИ зубрить непонятное), то этот терфизик накопировал мне из Интернета разных сведений об озоне (по его мнению, очень убедительных) и мне, волей-неволей, надо бы на них как-то отреагировать.

Начнем с того, чем нас пугают. Вообще-то, мощность излучения Солнца (находящегося в зените при ясном небе) у поверхности Земли на экваторе оценивается примерно в 1350 Вт/м2 во всем диапазоне спектра. Но вот что сообщают не терфизики, а люди, занимающиеся использованием солнечной энергии:

«Диапазоном видимого света считается участок длин волн от 380 нм (глубокий фиолетовый) до 760 нм (глубокий красный). Всё, что имеет меньшую длину волны, обладает более высокой энергией фотонов и подразделяется на ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма-диапазоны излучения. Невзирая на высокую энергию фотонов, самих фотонов в этих диапазонах не так уж много, поэтому общий энергетический вклад этого участка спектра весьма мал. Всё, что имеет бóльшую длину волны, обладает меньшей по сравнению с видимым светом энергией фотонов и подразделяется на инфракрасный диапазон (тепловое излучение) и различные участки радиодиапазона. Из графика видно, что в инфракрасном диапазоне Солнце излучает практически столько же энергии, как и в видимом (уровни меньше, зато диапазон шире), а вот в радиочастотном диапазоне энергия излучения очень мала.

Таким образом, с энергетической точки зрения нам достаточно ограничиться видимым и инфракрасным частотными диапазонами, а также ближним ультрафиолетом (где-то до300 нм, более коротковолновый жёсткий ультрафиолет практически полностью поглощается озоновым слоем). А львиная доля солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, сосредоточена в диапазоне длин волн от 300 до 1800 нм» http://khd2.narod.ru/gratis/solar.htm. Эти же специалисты дают и помянутый ими график мощности всего спектра солнечных лучей, взятый ими у американских исследователей.

Интенсивность падающего на Землю солнечного излучения (Н1) в зависимости от длины волны. Заштрихованные области соответствуют участкам спектра, ненаблюдаемым на уровне моря из-за их поглощения указанными компонентами атмосферы. 1 — солнечное излучение за границей атмосферы, 2 — солнечное излучение на уровне моря, 3 — излучение абсолютно черного тела при 5900 К. (Справочник по геофизике и космическому пространству. Под ред. С.Л.Валлея и МакГроу-Хилла, Нью-Йорк, 1965).

Об озоне позже, поскольку эти специалисты по солнечным установкам не химики и не задумываются, что они переписали об озоне у американцев. А пока уясним, что этот пресловутый ультрафиолет в общей массе солнечного света даже при своей полной мощности НИЧТОЖЕН! Народ пугают тем, чем пугаться не приходится.

Это для начала.

И вот терфизик смеется над моими комментариями его умствований:«Полнейшая ахинея, причём даже не с точки зрения физики, а просто с точки зрения элементарной логики. Причём тут теплоёмкости?» - и умно пишет о том, что, по его просвещенному мнению, требуется от газа для защиты нас от губительного ультрафиолета, - «оптическая плотность», «поглощение света». Умно написано, но это терфизик, а физики он не понимает - не понимает, как это – «поглотить свет».

Свет это не бомж у двери, его нельзя просто «не впустить», свет это энергия, а энергию любые препятствия или сами усваивают, повышая собственную температуру, причем, тем быстрее, чем меньше теплоемкость защитного барьера (вспомните, как солнышко нагревает вам кожу), либо энергию отражают.

Когда речь идет о таком светозащитном материале, как стекло или иной полупрозрачный материал, то он отражает солнечную энергию в воздух, поэтому сам не сильно греется. Но озоносфера это и есть воздух, ей некуда отразить тепло, кроме как в саму себя, озоносфера может только принять на себя всю энергию задержанного ею ультрафиолетового излучения. Но тогда ей остается только одно - нагреваться. И нагреваться со скоростью, обратно пропорциональной теплоемкости. Вот при чем тут теплоемкость.

Однако, от ультрафиолета атмосфера нагревается не так сильно, как могла бы, если бы не имела еще одного способа усвоить энергию – тратить ее на создание более сложных молекул, требующих больших затрат тепла на свое создание.

Вот теперь мы подошли к химии. Кислород может существовать, правда, очень неустойчиво, и в виде одного атома, но, повторю сказанное вначале, обычно кислород имеет вид молекулы из двух атомов, которые мы и называем собственно кислородом, и еще кислород может существовать в виде молекулы из трех атомов, которая называется озоном.

Учебник общей химии Н.Л. Глинки сообщает об этом так:

«Кислород образует двухатомные молекулы, характеризующиеся высокой прочностью: стандартная энтальпия атомизации кислорода равна 498 кДж/моль. При комнатной температуре его диссоциация на атомы ничтожна; лишь при 1500°C она становится заметной».

Что тут важно. Чтобы разложить обычную молекулу кислорода воздуха на два атома, как видите, нужно затратить очень много энергии, а для образования озона как раз и надо предварительно разложить одну молекулу кислорода на составляющие ее атомы. (И эти два одиночных атома присоединить к двум другим двухатомным молекулам кислорода, чтобы получить две молекулы трехатомного озона). Как видите, при помощи образовании озона, атмосфера (ее верхние слои) усваивает задерживаемую энергию солнца не только за счет своего нагрева, но и за счет образования более сложных молекул – молекул озона. О нем Глинка сообщает:

«Стандартная энтальпия образования озона положительна и равна 142,5 кДж/моль. Кроме того, как показывают коэффициенты уравнения, в ходе этой реакции из трех молекул газа получаются две молекулы, т. е. энтропия системы уменьшается. В итоге, стандартное изменение энергии Гиббса в рассматриваемой реакции также положительно (163 кДж/моль). Таким образом, реакция превращения кислорода в озон самопроизвольно протекать не может: для ее осуществления необходима затрата энергии. Обратная же реакция — распад озона — протекает самопроизвольно, так как в ходе этого процесса энергия Гиббса системы уменьшается. Иначе говоря, озон — неустойчивое вещество».

То есть, озоновый слой в атмосфере Земли может существовать только потому, что Солнце дает кислороду нашей атмосферы энергию для образования озона. Потухнет Солнце – исчезнет и озоновый слой, как он исчезает над Антарктидой. Но даже это не все.

Вот наш терфизик привел работу двух авторов, призванную запугать олухов (и терфизиков) ультрафиолетовым пожаром и заставить их поменять холодильник http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/znan/1990/9/9-ozon.html. Я уже дал из нее цитаты. Это брошюра общества «Знание» 1990 года «Озон: взгляд из космоса», авторовОртенберга Ф. С. и Трифонова Ю. М. Авторы, истинные терфизики, пересказывают выводы американских исследователей и своим живописанием огромного значения для землян озонового слоя, выжимают скупую мужскую слезу у читателя. Действительно, ну как не умилиться:«Наиболее важные полосы поглощения озона лежат в диапазоне длин волн 2000 – 3000 Å (рис. 2)». (Почему они «наиболее важные», если они мизерны по мощности??). «Способность газа поглощать излучение количественно характеризуется коэффициентом поглощения k в законе, обычно называемом законом Беера – Ламберта: …В максимуме поглощения k = 135 см–1, при толщине слоя озона 0,3 см из формулы (3) следует, что отношение I(v, 0)/I(v, х) будет равно 1040! Это означает, что земной слой озона ослабит приходящее солнечное излучение на этой длине волны в 1040 раз, т. е. практически поглотит его полностью». Во как! Правда, что значит – «практически»? Вы можете себе представить, что значит «в 1040 раз»? Я не могу, я таких чисел не воспринимаю! Это запредельно, а «практически» - это всего-то 95%.

Правда, авторы этой брошюры как-то «небрежно» перерисовали у американцев график, который я привел выше, в связи с чем, практически вывели кривую мощности излучения за пределами атмосферы из оси абсцисс как раз из точки в 2000 ангстрем, а мощность излучения, доходящего до Земли, из точки в 3000 ангстрем. И у них получилось, что в этом «наиболее важном диапазоне» до поверхности Земли, действительно, вообще никакое излучение не доходит. При таком искажении графика это число «в 1040 раз» как-то на что-то похоже. Однако, во-первых, даже если бы это действительно было так, то этот пресловутый диапазон (а фактически максимум распределения Гаусса в нем) лежит в области исчезающе малых мощностей солнечного излучения и тут, строго говоря, вообще не о чем говорить.

А, во-вторых, в подлинном американском графике, приведенном выше, эти кривые в области 2000-3000 ангстрем замыкаются в петлю в пределах 0,1 Вт/м2нм, и разница между излучением в космосе и на Земле получается не 1040 раз, а всего раз в 10. То есть, все эти «гениальные формулы и блестящие расчеты» яйца выеденного не стоят, поскольку никак не подтверждаются практикой. (Полагаю, что имею права употребить слово «никак», если данные эксперимента отличаются от теории в 1039 раз?).

Кроме этого, авторы, поразив нас страшной останавливающей эффективностью озона, как-то забыли сообщить, а какой же максимум поглощения ультрафиолетового излучения у простого кислорода и азота – главных компонентов атмосферы? Ну, забыли. С кем не бывает.

Однако и Ортенберг с Трифоновым не могут вот так просто гнать и гнать, что попало, поэтому пишут и то, что есть, понимая, что все равно читать их будут в основном олухи и терфизики, которые радуются или пугаются умным словам, не понимая их смысла. И эти авторы, мельком так, сообщают (выделено мною – Ю.М.): «Механизм образования и разрушения озона, описанный в предыдущем разделе, исходил из того, что инициирующим началом является поглощение ультрафиолетового излучения кислородом, а разрушение озона происходит под действием солнечного света видимой и ультрафиолетовой областей и в результате столкновений с атомами кислорода».

Оцените: весь удар солнечного ультрафиолетового излучения принимает на себя не озон, а кислород атмосферы! В результате этого энергетического ударакислород образует озон, а этот озон, кстати, разрушается все тем же ультрафиолетовым излучением.

Добавлю - мало и этого! Чем быстрее озон (очень сильный окислитель) окисляет хлор и всякие иные газы, попадающие в атмосферу и загрязняющие ее, то есть, чем быстрее разрушается озоновый слой… ТЕМ ЛЕГЧЕ кислороду образовывать новые порции озона, ТЕМ ЛЕГЧЕ атмосфере защищать Землю от ультрафиолетового излучения.

Это химия, Ватсон, - принцип Ле Шателье. Чтобы сдвинуть реакцию в сторону образования продукта, нужно убирать этот продукт из зоны реакции.

Ну и что – вам сильно стало страшно от того, что вы сгорите от ультрафиолетового излучения, если не купите новый холодильник? Не сильно?

Тогда слушайте терфизиков. Их в МИФИ заставили столько моделей, уравнений и формул выучить – о-го-го! Они умные, они вас не обманут.

Как вас не обманывают в церкви.