Планета Земля разом з живою і неживою природою являє собою складну самостійну екосистему, в якій потрібно піклуватися про її стан, який забезпечив би існування життя. Для цього необхідно, щоб були, по-перше, джерела, в яких буде відбуватися зростання ентропії в системі "Земля - космос" за рахунок зменшення ентропії в ноосферу, по-друге, необхідні способи позбавлення від відходів людської цивілізації. Найважливішим джерелом енергії з низьким значенням ентропії є сонячне випромінювання, яке забезпечує життєдіяльність біосфери, протікання різних нерівноважних процесів, включаючи фотосинтез і інші біохімічні та біофізичні реакції.
Довгохвильове теплове випромінювання Землі, що сягає в космос, забирає частину "відходів" у вигляді збільшення ентропії, як неминучого побічного продукту багатьох земних процесів природного і техногенного походження. Баланс енергії при цьому зберігається. Головне полягає в тому, що сонячна енергія володіє нижчою ентропією (отже, більш високою якістю енергії), ніж йде в космос довгохвильове випромінювання Землі, що володіє більш високою ентропією (отже, більш низькою якістю енергії). Іншими словами, Земля отримує від Сонця якісну енергію з низькою ентропією, а віддає в космос неякісне випромінювання з високою ентропією і, таким чином, "очищається" від надлишку ентропії. Останній процес також важливий, як і перший процес отримання якісного сонячного випромінювання. Ці дві сторони поки не викликають занепокоєння: сонячного випромінювання вистачить на мільйони років, а приріст ентропії у Всесвіті за рахунок надходження надлишків ентропії від антропогенної діяльності мізерно мало. Питання в іншому. В результаті науково-технічної революції і науково-технічного прогресу порушується стійка рівновага системи "людина - середовище". В даний час настільки багато різних видів забруднень біосфери, яка вимагає спеціальних додаткових заходів для їх утилізації. Але з іншого боку, для їх утилізації потрібна енергія і засоби. Це викликає збільшення ентропії в інших областях, які постачають цю енергію і кошти.
краще і ефективніше використовувати сонячне випромінювання;
знайти і ввести нові джерела енергії з низькою ентропією.
За першим способом можливо в недалекому майбутньому в космосі створити приймачі сонячного випромінювання у вигляді досконалих геліобатареї і передавати цю енергію на Землю.
За другим способом можна використовувати атомну або термоядерну енергію. При цьому маємо низьку ентропію процесів вивільнення енергії при перетворенні атомних ядер. Однак, при все зростаючому зростанні енергоспоживання (наприклад, в 10 2 разів більше, ніж в даний час) знову постане проблема захоронення радіоактивних відходів у величезних кількостях і позбавлення від теплових забруднень. Дармове тепло від атомних станцій і інших джерел енергії викличе істотний нагрівання атмосфери, гідросфери, літосфери, що є серйозною загрозою, що порушує стійку рівновагу.
Оцінимо величину ентропії, стосовно теплової системі "Земля". Вважаємо, що падаюче сонячне випромінювання має внутрішню енергію Е1 і температуру Т2 а розсіяне Землею в космос випромінювання має відповідно Е2 і Т2.
В середньому енергія на Землі не накопичується, тому з відомим наближенням можна вважати, що Е1 = Е2 = Е і ентропія на Землі дорівнює різниці ентропії падаючого сонячного випромінювання і розсіяного в космос випромінювання Землі. Вважаємо Землю рівноважної термодинамічної системою типу абсолютно чорного тіла. Величина ентропії Землі по абсолютній величині буде дорівнює [3, 4]:
Вважаючи T2 # 63; 6000 К і T2 # 63; 300 К, з урахуванням інтенсивності сонячного випромінювання і геометричних розмірів Землі, маємо:
кал • град -1 • г -1 (17)
З огляду на, що вираз (17) набуде вигляду:
кал • град -1 • г -1. (18)
З (18) видно, що чим менше Т2 тобто більш глибоке охолодження минає випромінювання від Землі в космос при постійних кількості і якості сонячного випромінювання, тим можна більше досягти більшої різниці ентропії між якісною сонячною енергією і низькоякісної, розсіяною в космос енергією Землі. При більшій деградації енергії Е2 Землі, що розсіюється в космос у вигляді більш довгохвильового випромінювання, більше число фотонів буде переносити заданий кількості енергії, так як сонячне випромінювання, падаюче з енергією Е1 і частотою v1 має N1 квантів, а йде в космос з поверхні Землі випромінювання з енергією Е2 має N2 квантів. З огляду на, що E1 = E2 і v1> v2. маємо:
Збільшення числа квантів N2 з частотою v2 Рослинний покрив Землі додатково сприяє охолодженню минає випромінювання, тобто температура Т2 зменшується, але при цьому збільшується зростання ентропії Всесвіту. Знову приходимо до початкового тлумачення. Локально в окремій упорядкованої підсистемі можна домогтися зменшення ентропії, але для всієї системи в цілому буде більше піращеніе ентропії. Для окремих термодинамічних систем найважливішою характеристикою є похідна ентропії за часом: dSi / dt, де Si - внутрішня ентропія системи. Через цю величину можна висловлювати умови динамічної рівноваги, еволюційного розвитку і стійкої рівноваги. В ході різних виробничих процесів, використання природних ресурсів, розпилення матеріалів в навколишньому середовищі, утворення у вигляді фізичних, хімічних і біологічних забруднень ентропія системи "людина - довкілля" збільшується.Схожі статті