Колосальна та невловима енергія в силах природи

Колосальна та невловима енергія в силах природи
Блискавка: короткі постріли енергії

За секунду у всьому світі блискавка вдаряє в Землю близько 45 разів. Кількість енергії, яка виділяється за один такий удар може варіюватись від 100 до 30000 мегаджоулів, але найчастіше цей діапазон вужчий – від 1000 до 5000 мегаджоулів. Навряд чи цього буде достатньо для подорожей в часі, як у фільмі «Назад у майбутнє», але цілком вистачило б для приведення в рух середнього американського легкового автомобіля на 290-1450 кілометрів, що еквівалентно енергії приблизно 30-144 літрів бензину.

Широкий діапазон оцінки енергії блискавки пов’язаний зі складністю її природи. Спочатку в хмарі відбувається спалах – він запускає процес формування каналу, який сходинками наближається до землі. Як тільки він з’єднується з землею, вгору по каналу спрямовується великий стрибок струму – так званий зворотний хід, відповідальний за більшу частину енергії, яка передається на землю. Те, що око сприймає як один спалах блискавки, насправді складається з декількох ударів, сумарна тривалість яких становить майже пів секунди. Якщо розрив між ударами досить довгий, здається, що блискавка мерехтить.

Хоч удари і короткі, їх напруга достатньо висока, щоб швидко нагріти повітря до близько 30000 °C. (Для порівняння, температура поверхні Сонця становить близько 5500 °С.) Швидке розширення нагрітого повітря створює ударну хвилю – грім.

Удар блискавки може бути смертельним, але все це блідне проти сил природи, які зрівнювали з землею міста і змінювали берегову лінію. 9-ти бальний землетрус і цунамі в Японії, які відбулись 11 березня 2011 року, стали одним з найстрашніших проявів стихії, але вчені також намагались виміряти енергію вулканів, лісових пожеж, ураганів та торнадо. Їх розрахунки показують, що успіхи людства у розвитку геотермальної, вітрової та сонячної енергетики охопили лише незначну частку енергії природи.

Вулкани: занадто гаряче для приборкання

Вулканічний попіл в небі – сигнал того, що з середини Землі виходить колосальна кількість тепла. В певному сенсі, людство використовує енергію вулканів вже зараз. Майже у всіх будівлях Ісландії опалення та нагрів води відбуваються за рахунок геотермальної енергії, яка також забезпечує близько третини електропостачання в країні. Але поки ніхто не придумав, як підкорити цю енергію, коли вона проривається на поверхню через жерло вулкану. Що погано, оскільки теплові викиди ісландського вулкану Ейяф’ятлайокудль, який прокинувся 21 березня 2010 року, протягом першого з двох вивержень швидко досягли 1 гігавата, а потім дійшли до максимуму в 6 гігават.

1 гігават – це вже потужність великої електростанції. 6 гігават – потужність Запорізької АЕС – найбільшої в Україні та Європі (і п’ятої в світі) атомної електростанції. І це лише невелика частина від загальної теплової потужності виверження вулкана в 2010 році. Тут не враховується механічна енергія – супроводжуючих землетрусів і вибухових хвиль, – та додаткове тепло викинутої лави. NASA вимірюють теплову потужність вулкана за допомогою супутникових знімків, що також використовується для оцінки вулканів в інших місцях Сонячної системи. Деякі інопланетні вулкани набагато потужніші за земні – наприклад, один з вулканів супутника Юпітера Іо, виверження якого у 2001 році досягло потужності 78 терават. За годину космічний вулкан вивергав близько половини енергії, яка за день споживається всім людством.

Повертаючись до ісландського Ейяф’ятлайокудля, більша частина теплової енергії була викинута ним під час другого виверження в квітні 2010 року. Воно відбулось під крижаною шапкою, яка приховала велику частину енергії від супутника NASA, який як і раніше фіксував 60 мегават потужності випромінювання. Але все одно, година виверження навіть такої потужності еквівалентна 6238 літрам бензину.

Землетруси: енергія в русі

Щоб викликати цунамі, яке спустошило східне узбережжя Японії, землетрус, який стався трьома днями раніше в північно-західній частині Тихого океану, мав вивільнити енергію, еквівалентну, як мінімум, 475 мегатоннам тротилу. Це також еквівалентно 326 мільйонам барелів сирої нафти – енергія, яку світ споживає за чотири дні.

Землетруси – один з небагатьох стихійних процесів, який ретельно досліджується науковими приладами. Покази сейсмографа дозволяють вченим оцінити енергію, яку землетрус поширює по землі, хитаючи будинки – ближні і дальні. Тим не менш, прилади не відображають картину в цілому. Наприклад, вони не фіксують енергію, яка розсіюється у вигляді тепла при терті.

Урагани: сила з моря

Ураган можна розглядати як двигун, який використовує енергію теплих тропічних вод і за її допомогою закручує вітри. Потужність урагану, при цьому, обумовлена кількістю енергії, яка звільнюється при конденсації водяних парів.

За шкалою Бофорта, шторм переходить в ураган при швидкості вітру понад 117 кілометрів на годину. Ураган Катріна, з вини якого у серпні 2005 року в Луїзіані відбулись нищівні зсуви, визнано найбільш руйнівним в історії США. Швидкість вітру під час урагану досягала 282 кілометрів на годину, а радіус його вітрів – 169 кілометрів.

Потужність урагану Катріна склала близько 20 терават, або 20 мільйонів мегават, що майже в тисячу разів більше, ніж потужність найбільшої електростанції світу – ГЕС «Три ущелини» в Китаї.

Торнадо: енергія у воронці

Смерч швидкістю 290 кілометрів на годину та діаметром близько 250 метрів, який опустився у лютому 2012 року на Гаррісберг, Іллінойс, отримав оцінку F-4 за розширеною шкалою Фудзіти, яка класифікує торнадо за інтенсивністю від одного до п’яти. Енергія торнадо була еквівалентна 160 тисячам кіловат-годин, що являється денним споживанням 5000 середніх будинків у США.

Але торнадо може генерувати ще більш руйнівну енергію. Неймовірний смерч з оцінкою F-5, який 22 травня 2011 року вдарив по місту Джоплін, Міссурі, мав швидкість вітру більшу за 320 кілометрів на годину. Енергія монструозної воронки була вдвічі більшою, ніж у торнадо в Іллінойсі.

Інтенсивність торнадо зумовлена його відносною компактністю. На відміну від типового урагану, який має діаметр приблизно 483 кілометри, середнє торнадо за останні 20 років мало лише 91 метр в ширину. Та і природа торнадо має мало спільного з висхідними тропічними циклонами – смерчі виникають в грозових хмарах та поширюються вниз.

Цунамі: руйнівна сила хвиль

Грандіозне цунамі, викликане землетрусом в Японії, зруйнувало всі міста уздовж східного узбережжя острівної країни. Порівняння з руйнуваннями, яких зазнала Японія від атомного бомбардування наприкінці Другої світової війни, часто фігурували в ЗМІ, тим більше, що затоплення АЕС Фукусіма-I викликало ядерну кризу, яка опинилась на другому місці після Чорнобильської аварії 1986 року в Україні.

Але насправді енергія цунамі суттєво перевищила руйнівну силу атомних бомб, які були скинуті на Хіросіму і Нагасакі в 1945 році. Тротиловий еквівалент цунамі, ймовірно, переважив за мегатонну, що майже в 28 разів більше за сумарну енергію обох американських бомб. Але руйнівна сила могла бути ще більшою – можливо, 10 мегатонн, або 280 пар атомних бомб. Різниця залежить в першу чергу від того, як довго тривало цунамі – оцінки його тривалості варіюються від 100 до 1000 секунд. Якщо взяти за основу верхню межу, енергія цунамі буде еквівалентною майже 7 мільйонам барелів сирої нафти, що на 50 відсотків більше за щоденне споживання нафти в Японії.

Океанічні хвилі: концентрована сонячна енергія

Океани займають більше двох третин поверхні Землі і являються величезним акумулятором сонячної енергії. Через складну вітро-хвильову взаємодію ця концентрована енергія передається океанічним хвилям – основному носію енергії світового океану. Крім того, за рахунок обертання Землі під впливом гравітаційних сил виникають приливи, а глобальні гідрологічні цикли, кліматичні умови та географічні особливості роблять свій внесок у формування носіїв інших видів енергії океану.

За оцінками, теоретичний потенціал припливної енергії становить більше 300 терават-годин на рік, а енергії океанічних течій – понад 800 терават-годин на рік. Разом це майже третина річного виробництва електроенергії в Японії. Але потенціал хвильової енергії ще більший – від 8000 до 80000 терават-годин на рік. Велика кількість енергії також міститься в різницях температур та солоності морської води. Їх енергія оцінюється в 10000 і 2000 терават-годин на рік, відповідно.

Лісові пожежі: некерована сила

Дим та вогонь охопили Йеллоустонський національний парк в 1988 році. Невеликі окремі пожежі об’єднались у величезне полум’я, яке швидко стало некерованим у зв'язку з великою силою вітру та посухою. Найбільша пожежа в історії національного парку спалила близько 3200 квадратних кілометрів, на які припадає більше третини природоохоронної території. Протягом 71 дня лісова пожежа вивільнила близько 77,9 мільярдів мегаджоулів або 22 мільйони мегават-годин енергії. Лише в кінці осені прихід прохолодної і вологої погоди дозволив ліквідувати пожежу.

 

 

Коментарі

Ввійдіть або зареєструйтесь, щоб залишати коментарі.
Читайте також

Мозок тварин являє собою поле битви безлічі програм, наприклад, статевої поведінки, пошуку їжі, укриття, нової інформації. Кожна з них змагається за першість, різними способами пригнічуючи конкурентів. Нагородою за правильний вибір служать позитивні емоції, які отримує організм. На хімічному рівні їх визначає виділення нервовими клітинами особливих речовин — медіаторів. На такі медіатори схожа більшість наркотичних препаратів. І успішна реалізація програми «турбота про потомство» дарує нам солідні «дози» цього «наркотику».

X

Вхід

Завантажую...