Физические проблемы экологии

Э. БРИНКМАН

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ 
ЭКОЛОГИИ

Перевод с английского 
А.Д. Калашникова

Дополнение В.В. Тетельмина

Э. Бринкман
Физические проблемы экологии: Учебное пособие / Э. Бринман
– Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2012. – 288 с.
ISBN 9785915590990

 В руководстве изложен физический подход к пониманию окружающей среды, а также проблем, связанных с её рациональным использованием. Автором
наиболее детально рассмотрены структура и динамика атмосферы, глобальный климат, ультрафиолетовое солнечное излучение и проблема озонового
слоя, а также влияние деятельности человека на окружающую среду. При этом
особое внимание уделено производству энергии, использованию транспорта
и защите окружающей среды. Книга создана на основе лекционных курсов в
университетах Великобритании.
Дополнение к изданию на русском языке посвящено воздействию крупных
искусственных сооружений на земную кору, что оказалось актуальной проблемой экологии.
Предисловие переводчика отражает подходы ряда отечественных специалистов к гипотезе «глобального потепления».
Учебное пособие адресовано студентам и преподавателям естественнонаучных и инженерных факультетов, а также специалистам, чьи интересы связаны с экологией и природопользованием.

                         © 2008, Imperial College Press
                          © 2012, ООО «Издательский Дом
                                «Интеллект», оригиналмакет,
                                оформление

ISBN 9785915590990

ISBN 9781848161801 (англ.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие переводчика ............................................................................ 8
Список цитируемой литературы ...................................................................................13

Глава 1. Вступление ...................................................................................14
1.1  Введение .................................................................................................................14
1.2  Научный метод .......................................................................................................15
1.3  Содержание ............................................................................................................17

Глава 2. Структура и динамика атмосферы ..................................................21
2.1  Введение .................................................................................................................21
2.2  Структура и состав атмосферы ..............................................................................22
 
2.2.1 Крупномасштабная вертикальная структура атмосферы .............................22
 
2.2.2 Состав атмосферы ..........................................................................................23
2.3 Вертикальное перемещение воздуха .....................................................................24
 
2.3.1 Гидростатическое уравнение и вертикальный градиент температуры ........24
 
2.3.2  Вертикальный градиент температуры насыщенного воздуха 
и вертикальная устойчивость ........................................................................27
 
2.3.3 Образование облаков и осадки ......................................................................30
2.4 Горизонтальное перемещение воздуха ..................................................................33
 
2.4.1 Общий характер циркуляции воздуха ...........................................................33
 
2.4.2 Движущие силы горизонтальных потоков ....................................................35
 
2.4.3 Геострофические ветра ..................................................................................37
 
2.4.4 Вертикальный градиент скорости ветра .......................................................38
 
2.4.5 Горизонтальный градиент скорости ветра — погодные фронты .................40
 
2.4.6 Тропические циклоны — ураганы .................................................................46
2.5  Выводы ...................................................................................................................47
2.6 Задачи .....................................................................................................................48
 
Ссылки ....................................................................................................................49

Глава 3. Глобальный климат .......................................................................50
3.1  Введение .................................................................................................................50
3.2  Солнечный спектр ..................................................................................................51
 

 

3.3  Радиационный баланс и температура земной поверхности .................................55
3.4  Глобальное потепление и радиационное усиление ..............................................57
3.5  Эффекты обратной связи .......................................................................................59
3.6  Роль диоксида углерода ..........................................................................................62
3.7  Изменения климата ................................................................................................64
3.8  Последствия глобального изменения климата .....................................................66
3.9   Международная политика по ограничению глобальных изменений 
климата: Рио-де-Жанейро и Киото .......................................................................69
3.10 Задачи .....................................................................................................................72
 
Ссылки ....................................................................................................................73

Глава 4. Ультрафиолетовое излучение Солнца и жизнь ................................74
4.1  Спектр ультрафиолетового излучения Солнца .....................................................74
4.2  Озоновый фильтр ...................................................................................................75
 
4.2.1 Механизм Чэпмана ........................................................................................75
 
4.2.2 Константы скорости реакций ........................................................................77
4.3  Истощение озонового слоя ....................................................................................79
 
4.3.1 Уменьшение толщины озонового слоя и «озоновые дыры» ........................79
 
4.3.2 Цикл хлора .....................................................................................................80
 
4.3.3 Разрушение озонового слоя в реакциях с NOx и HOx. ..................................82
 
4.3.4 Озоновая дыра над Антарктикой ..................................................................84
4.4  Биологическое действие ультрафиолетового излучения ......................................86
 
4.4.1 Спектры действия и вред ...............................................................................86
 
4.4.2 Поглощение молекулами ДНК и белками ....................................................87
4.5  Озон в тропосфере ..................................................................................................88
4.6  Монреальский протокол ........................................................................................88
4.7  Задачи .....................................................................................................................89
 
Ссылки ....................................................................................................................90

Глава 5. Передача тепла .............................................................................91
5.1  Режимы теплопередачи ..........................................................................................91
5.2  Диффузия тепла: Тепловой баланс ........................................................................93
5.3  Примеры теплопроводности ..................................................................................94
 
5.3.1 Двойное остекление .......................................................................................94
 
5.3.2 Периодическое изменение температуры: годовой цикл ..............................95
 
5.3.3 Температура контакта ....................................................................................96
5.4  Задачи .....................................................................................................................98

Глава 6. Выработка энергии из ископаемых видов топлива .........................100
6.1  Введение ...............................................................................................................100
6.2  Термодинамический обзор ..................................................................................101
 
6.2.1 Первое начало термодинамики ...................................................................101
 
6.2.2 Второе начало термодинамики....................................................................104

4
Оглавление

 
6.2.3 Тепловой двигатель ......................................................................................105
 
6.2.4 Паровой энергетический цикл ....................................................................107
 
6.2.5 Цикл Карно ..................................................................................................110
6.3  Парогенерирующие электростанции: цикл Ранкина .........................................111
6.4  Газотурбинные системы генерации: цикл Джоуля .............................................113
6.5  Электростанции комбинированного цикла ........................................................117
6.6  Распределение электроэнергии ...........................................................................118
6.7  Ограничение выбросов диоксида углерода .........................................................119
6.8   Выводы. Перспективы электростанций на основе сжигания 
ископаемого топлива ...........................................................................................121
6.9 Задачи ...................................................................................................................123

Глава 7. Ядерная энергетика .....................................................................125
7.1  Энергия ядра: Эквивалентность энергии и массы ..............................................125
7.2  Ядерная энергия ...................................................................................................128
7.3  Нейтронная динамика .........................................................................................129
 
7.3.1 Нейтронное сечение ....................................................................................129
 
7.3.2 Рассеяние нейтронов ...................................................................................132
7.4  Физика реактора ...................................................................................................136
 
7.4.1 Ядерная цепная реакция ..............................................................................136
 
7.4.2 Диффузия и утечка тепловых нейтронов  ...................................................138
 
7.4.3 Диффузия и утечка быстрых нейтронов .....................................................140
 
7.4.4 Критическое уравнение ...............................................................................143
 
7.4.5 Кинетика реактора .......................................................................................146
7.5  Реакторные системы ............................................................................................147
 
7.5.1 Ограничения на материалы .........................................................................147
 
7.5.2 Магноксовый реактор с газовым охлаждением ..........................................148
 
7.5.3 Улучшенный реактор с газовым охлаждением ...........................................150
 
7.5.4 Водо-водяной энергетический реактор ......................................................152
 
7.5.5 Кипящийводо-водяной реактор ..................................................................153
 
7.5.6 РБМК ...........................................................................................................154
 
7.5.7 Улучшенный реактор на лёгкой воде ..........................................................154
7.6  Безопасность ядерной энергии ............................................................................155
7.7  Ядерные отходы ....................................................................................................158
7.8  Задачи ...................................................................................................................159
 
Ссылки ..................................................................................................................160

Глава 8. Возобновляемые источники энергии .............................................161
8.1  Введение ...............................................................................................................161
8.2  Солнечные батареи ..............................................................................................162
 
8.2.1 Фотоэлектрический эффект в полупроводниках .......................................162
 
8.2.2 Эксплуатационные характеристики солнечных элементов .......................167
 
8.2.3 Типы солнечных батарей .............................................................................170

 

 

5
Оглавление

 
 
8.2.3.1 Кремниевые солнечные батареи .....................................................170
 
 
8.2.3.2 Тонкоплёночные солнечные элементы ..........................................173
 
 
8.2.3.3  Эффективность использования солнечной энергии  .....................175
8.3  Тепловая солнечная энергетика ..........................................................................176
 
8.3.1 Солнечные коллекторы ...............................................................................176
 
8.3.2 Выработка электроэнергии с использованием солнечного тепла .............178
8.4  Энергия ветра .......................................................................................................180
 
8.4.1 Принципы ветровой энергетики .................................................................180
 
8.4.2 Характеристические критерии: предел Бетца .............................................182
 
8.4.3 Вертикальная зависимость скорости ветра .................................................184
8.5  Энергия биомассы ................................................................................................186
 
8.5.1 Фотосинтез ...................................................................................................186
 
8.5.2 Электрогенерация с использованием биомассы ........................................188
8.6 Гидроэлектроэнергетика ......................................................................................189
 
8.6.1 Крупномасштабная гидроэлектроэнергетика .............................................189
 
8.6.2 Гидроэлектрогенерация ...............................................................................190
 
8.6.3  Мелкомасштабная гидроэлектроэнергетика 
и микрогидроэлектростанции .....................................................................192
8.7  Подземные тепловые насосы ...............................................................................193
8.8  Геотермальная энергия ........................................................................................195
8.9 Задачи ...................................................................................................................197
 
Ссылки ..................................................................................................................198

Глава 9. Транспортные средства................................................................199
9.1 Введение ...............................................................................................................199
9.2 Паровой транспорт ...............................................................................................200
9.3  Двигатель внутреннего сгорания .........................................................................203
 
9.3.1 Бензиновый двигатель Отто ........................................................................203
 
9.3.2 Двигатель Дизеля .........................................................................................206
 
9.3.3 Выхлоп и каталитические нейтрализаторы ................................................208
 
9.3.4 Альтернативные углеводородные топлива ..................................................210
9.4  Транспортные средства на водороде ...................................................................210
 
9.4.1 Водородная энергетика ................................................................................210
 
9.4.2 Водородные топливные элементы ..............................................................212
 
9.4.3  Электрические характеристики водородных топливных элементов ........213
 
9.4.4 Типы топливных элементов ........................................................................215
 
9.4.5 Производство водорода ...............................................................................217
 
9.4.6 Системы хранения водорода на транспортных средствах ..........................219
9.5  Электрические транспортные средства ..............................................................221
 
9.5.1 Принцип действия электрического двигателя............................................221
 
9.5.2 Электрические двигатели на постоянном токе...........................................225
 
9.5.3 Электрические двигатели на переменном токе: асинхронная машина ...........227
9.6 Задачи ...................................................................................................................228

6
Оглавление

 
Ссылки ..................................................................................................................229

Глава 10. Перенос и рассеяние загрязняющих веществ 
в окружающей среде .................................................................................230
10.1  Введение ...............................................................................................................230
10.2  Физика переноса: диффузия и адвекция .............................................................231
10.3  Общие примеры ...................................................................................................234
 
10.3.1 Мгновенный точечный источник в неподвижной среде ...................................234
 
10.3.2 Непрерывно действующий точечный источник .......................................235
 
10.3.3 Непрерывно действующий точечный источник в потоке ........................236
10.4  Рассеяние в турбулентных потоках .....................................................................237
10.5  Выбросы дыма из труб .........................................................................................242
10.6 Грунтовые воды ....................................................................................................244
 
10.6.1 Уравнение Дарси ........................................................................................244
 
10.6.2 Неограниченные водоносные слои: приближение Дюпюи .....................246
 
10.6.3 Колодцы в неограниченных водоносных слоях........................................249
 
10.6.4 Колодцы в ограниченных водоносных слоях ...........................................250
 
10.6.5 Эквипотенциальные и потоковые линии .................................................251
10.7 Задачи ...................................................................................................................254
 
Ссылки ..................................................................................................................255

Глава 11. Природопользование .................................................................256
11.1 Введение ...............................................................................................................256
11.2 Технические решения и общественное восприятие ...........................................257
11.3 Энергоресурсы будущего .....................................................................................258
11.4 Проблема загрязнения .........................................................................................260
11.5 Неопределённость и риск ....................................................................................261
11.6 Альтернативы и управление .................................................................................263
Ссылки..........................................................................................................................264

Дополнение. Сильные техногенные воздействия на земную кору ...................265
Д.1 Геодинамика земной коры ...................................................................................265
Д.2 Прогиб земной коры от веса крупных  водохранилищ  ......................................268
Д.3 Явления возбужденной сейсмичности при наполнении крупных 
 
водохранилищ ......................................................................................................275
Д.4  Геодинамика земной коры и  добыча углеводородов .........................................279
Д.5.  Перемещения земной поверхности при добыче углеводородов ........................281
Д.6  Явления возбужденной сейсмичности при добыче углеводородов ...................284
 
Литература ............................................................................................................286

 

 

7
Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ ПЕРЕВОДЧИКА

Представляемая вниманию читателя книга написана одним 

из ведущих специалистов в области физики окружающей среды профессором
Даремского университета,
Великобритания,
. Бринкманом.

Наверное, наиболее волнующая тема, связанная с окружающей средой, — 
это глобальное потепление. Великобритания, по оценкам исследователей, 
пострадает от глобального потепления гораздо больше других развитых 
стран. А графство Дарем, может быть, как ни одно другое графство Англии, 
уже пострадало от деятельности человека за последние столетия, прежде 
всего от далеко не самой совершенной разработки залежей каменного 
угля. Поэтому, как мне представляется, опыт британского автора заслуживает особого внимания, ведь проблемы, о которых он пишет, близки 
ему, и работе над ними он посвящает всю свою жизнь.

Книга написана на основе курса лекций профессора Бринкмана, чита
емых в Даремском университете, поэтому послужит отличным учебным 
пособием для тех, кто специализируется в области физики и химии 
окружающей среды и экологии. Книга рассчитана на читателя, обладающего определённой общефизической подготовкой. Для неё характерно 
тщательное изложение представляемых автором физических моделей, 
поэтому потребует от читателя владения хотя бы начальными навыками дифференцирования и интегрирования. Автор прекрасно излагает 
современные представления о физических закономерностях, которым 
подчиняется окружающая нас среда, а также физические основы технологических и промышленных процессов. Поэтому она будет, без сомнения, 
полезна и инженерам, и технологам, и тем, кто занимается прикладной 
физикой.

В главах, посвящённых понятиям климата с точки зрения физики, 

показана взаимосвязь перемещений воздушных масс, океанских течений 
с тем, как мы воспринимаем окружающую среду через погодные явления. 
Кроме того, подробно рассмотрены физико-химические свойства атмосферы — роль озонового слоя в защите поверхности Земли от жёсткого уль
Э

трафиолетового излучения и значение парниковых газов, как для жизни, 
так и с точки зрения глобального потепления. Разумеется, книга по 
физике окружающей среды не может обойтись без анализа использования 
человеком природных ресурсов. Несколько глав посвящены физическим основам выработки энергии с помощью традиционных источников 
энергии (ископаемого топлива), энергии ядра и так называемых возобновляемых источников энергии. Также рассмотрены вопросы передачи 
энергии, прежде всего, тепла и электричества. Наибольшие опасения, 
связанные с окружающей средой, вызывает транспорт. В самом деле, 
в отличие от крупных электростанций, которые можно оптимизировать 
так, чтобы максимально эффективно вырабатывать энергию, почти все 
транспортные средства по-прежнему приводятся в действие от энергии, 
получаемой далеко не самым эффективным образом и из ископаемых 
видов топлива. Да и вряд ли это возможно: добиться эффективного сжигания топлива в масштабах, характерных для современных транспортных 
средств, развитие которых, к тому же, нацелено на то, чтобы они стали 
как можно более личными, а значит ещё более миниатюрными. К сожалению, в настоящее время альтернатив бензиновым и дизельным двигателям, не говоря уже о реактивной тяге самолётов, немного. Тем не 
менее, автор приводит физические основы электрических двигателей, 
а также топливных элементов, которые могли бы стать источником 
энергии для электрических двигателей на транспорте. С топливными 
же элементами связана водородная энергетика — способы эффективного получения водорода (главным образом из воды) с помощью альтернативных источников энергии. В конце книги приводятся физические 
основы некоторых вопросов, связанных с загрязнением окружающей 
среды в результате деятельности человечества. В предпоследней главе 
представлены простейшие модели диффузии и адвекции. Эти модели 
должны помочь читателю получить представление о том, как происходит 
рассеяние загрязняющих веществ в атмосфере и воде, а также о движении 
подземных грунтовых вод. Книга заканчивается рассуждениями автора 
о будущих вызовах, связанных с изменением окружающей среды, и о том, 
как человечество должно подходить к ответам на них.
Издание на русском языке сопровождается дополнением известного 
российского специалиста профессора В.В. Тетельмина. Оно посвящено 
техногенному влиянию на земную кору, включаяпрогиб коры под весом 
крупных водохранилищ, возбуждение сейсмичности при наполнении 
крупных водохранилищ, перемещение земной коры и сейсмичность 
в процессе добычи углеводородов.
Более искушенный читатель (здесь я имею в виду,что представляемую 
мной книгу будут читать не только те, кто впервые знакомится с физическими основами экологии, но и те, кто уже в той или иной степени 

9
Предисловие переводчика

профессионально занимается этим комплексом дисциплин) без труда 
заметит, что автор тщательно обходит все сколько-нибудь спорные 
вопросы, ответы на которые пока ещё не утвердились в академической 
среде. С одной стороны, это позволяет автору чувствовать себя комфортно, насколько это вообще возможно, занимаясь написанием книг, 
но с другой – создаёт ложное впечатление завершённости и некоторой 
даже окаменелости науки об окружающей нас среде. Разумеется, вопросов 
о Земле, её атмосфере, геосфере и биосфере гораздо больше, чем ответов, 
которые можно найти в этой книге. Её следует рассматривать лишь как 
фундамент, как отправную точку для ваших будущих исследований, 
споров и поиска решения проблем, вызывающих опасения мирового 
сообщества.
В качестве примера рассмотрю лишь проблему так называемого глобального потепления. Даже если принять, что рост «средней температуры 
поверхности Земли» существует, вокруг этого нагромождается масса 
недоразумений, а ключевые вопросы остаются невыясненными. Более 
того, многими из них практически никто не интересуется. Выражаясь 
по-простому, заметают мусор под ковер. Прежде всего, надо договориться, что изменение температуры является следствием глобального 
взаимодействия мирового океана и атмосферы, а не человечества с атмосферой и мировым океаном.
Итак, те, кто утверждает о существовании прямой корреляции 
между концентрацией CO2 и температурой на Земле, основываются на 
недавних исследованиях льдов, полученных глубоким бурением шельфов 
в Антарктиде и Гренландии. Анализ этих льдов [1,2] позволил достаточно 
точно и достоверно датировать слои льда, а также получить данные о температуре Земли и содержании газов в атмосфере соответствующего времени. На основе этого анализа были получены графики, показывающие, 
как менялась температура и концентрация основных парниковых газов 
на протяжении последних 800 000 лет. Я позволю себе поместить эти графики здесь, взяв их из работы [3]. 
На этих графиках невооружённым глазом отчётливо видна корреляция между температурой и концентрацией CO2, CH4. Обратите внимание на то, что время на графиках идёт справа налево. Если всё-таки 
вооружиться хотя бы простейшими инструментами статистического 
анализа, что было блестяще проделано профессором А.В. Бялко в его 
работе [3], то обнаружится интересная особенность. Как известно, 
в климате Земли происходит чередование периодов потепления 
с периодами похолодания. Анализ, выполненный в [3] показывает, 
что в указанный период геологической истории Земли происходил 
сначала подъём температуры, а лишь спустя небольшое (по геологическим меркам) время повышался уровень CO2. Т.е. во все периоды 

10
Предисловие переводчика

потепления сначала по тем или иным причинам поднималась температура, и только спустя несколько сотен лет рос уровень содержания 
углекислого газа. Это прямо противоречит гипотезе сторонников влияния антропогенных «выбросов углекислоты» на глобальный климат. 
Как мне кажется, надо не убеждать мировое сообщество в том, что 
уровень CO2 в атмосфере беспрецедентно высок (в настоящее время 
регистрируется значение 400 миллионных долей) и апеллировать 
к геологической истории Земли (как видно на рис. 1, концентрация 
CO2 в последние 800 тыс. лет не превышала 300 миллионных долей), 
а задаться вопросом: что произойдёт в том случае, когда концентрация углекислого газа растёт быстро и, что самое главное, раньше, 
чем произошел подъём температуры атмосферы? Впрочем, мне не 
удалось найти ни одной сколько-нибудь корректной модели, связывающей концентрацию CO2 в атмосфере с температурой поверхности 
Земли. По всей видимости, нет возможности построить формулу вида 
Тпов = f ([CO2]).

[CH4], ppb
[CO2], ppm

200

800
700
600

500

400
350

300

260

220

180

4

0

-4

-8
-10
400
600
время, тыс. лет назад
800

T, °C

Рис. 1. Результаты анализа антарктического льда, полученного глубоким бурением. История климата за последние 800 тыс. лет. Нижний график — температура, 
отсчитанная от современной; средний — концентрация СO2, в миллионных долях 
(ppm); верхний — концентрация СН4 в миллиардных долях (ppb). Изображение: 
«Природа» [3]

Существует, хотя и довольно спорное, но всё же мнение о том, что 
глобальное потепление, как ему и положено в соответствии с климати
11
Предисловие переводчика

ческими циклами Земли, началось около 300 лет назад, а современный 
уровень углекислого газа в атмосфере есть не что иное, как отклик на это 
мирового океана [4]. По крайней мере, эта точка зрения (будучи изложенной раньше, чем был проведен анализ глубокого бурения льдов) не 
противоречит отставанию роста концентрации CO2 от роста температуры, 
обнаруженного А.В. Бялко в результате анализа [1,2].
Вторая проблема, которая является предметом наиболее сильных спекуляций, в том числе на политическом уровне. Какова роль антропогенного фактора в подъёме концентрации CO2 в атмосфере? Дело в том, что 
решения, принимаемые на уровне государств и международных организаций, неявно исходят из следующего ответа на него: роль человечества 
в повышении уровня углекислого газа в атмосфере решающая. Кажется, 
что изъятие из земных недр угля и углеводородов с последующим их 
сжиганием должно влиять на круговорот углерода в природе так, чтобы 
в атмосфере повышалось содержание CO2. И это заставляет большинство не сомневаться в необходимости мер по «ограничению выбросов 
парниковых газов». Но сколько-нибудь значимых оценок вклада людей 
в глобальный процесс повышения концентрации углекислого газа 
в атмосфере, насколько мне известно, не сделано. Тем не менее, в работе 
[4] приведены следующие оценочные значения: содержание углерода 
в атмосфере — 750 Гт, в поверхностных слоях океана — 1000 Гт, в биоте, 
включая почвы и детрит, — около 2 200 Гт. Опираясь на эти цифры, 
можно несколько засомневаться в том, что антропогенный вклад, примерно 5,5 Гт углерода в год, может иметь столь выдающееся влияние на 
концентрацию CO2 в атмосфере при наличии огромного числа обратных 
связей в системе океан-атмосфера.
Разумеется, от бездумного сжигания ископаемых видов топлива, 
характерного для индустриального периода, т.е. последних двух столетий, 
необходимо отказываться. Человечеству необходимо бережно относиться 
к тому, чем наделила нас Земля. Более того, альтернативные (ископаемому топливу) источники энергии — это, наверное, единственный ответ 
на постоянно маячащий перед нами дефицит энергии. Однако к разумному и эффективному использованию традиционных энергоносителей: 
угля, нефти и газа, а также к альтернативным источникам (солнечной, 
ветровой, приливной и т.д. энергетике, биогазу и биотопливу) следует 
относиться не как к ограничению неких «выбросов углекислоты», а как 
рачительным хозяевам (коль скоро мы хотим ими быть на нашей планете) 
к своему добру. Такое же отношение нужно проявлять и к другим нашим 
ресурсам, и к другим полезным ископаемым, не только к углю, нефти 
и газу.

А.Д. Калашников

12
Предисловие переводчика

Список цитируемой литературы

1.  Lilthi D. et al. High-Resolution Carbon Dioxide Concentration Record 
650.000 –800.000 Years Before Present // Nature. 2008. V.453. P.379–382.
2.  Loulergue L. et al. Orbital and Millennial-Scale Features of Atmospheric CH4 Over the 
Past 800.000 Years // Nature. 2008. V.453. P.383–386.
3.  А.В. Бялко. Палеоклимат: дополнения к теории Миланковича // Природа. 2009. 
№12.
4.  В.В. Алексеев, С.В. Киселева, Н.И. Чернова. Рост концентрации СО2 
в атмосфере  — всеобщее благо? // Природа. 1999. №9.

 

 

13
Список цитируемой литературы

ВСТУПЛЕНИЕ
Г Л А В А
1

1.1  
ВВЕДЕНИЕ

В узком смысле слова «Физика окружающей среды» означает 
просто ту часть законов физики, которые управляют окружающей средой, 
внутри которой мы с вами собственно и обитаем. В более же широком 
смысле этот термин охватывает понимание активной роли человека в окружающей среде. С одной стороны наблюдение и изучение окружающей среды, 
а с другой — (в принципе) применение законов физики и техники для её 
улучшения. Автор постарался охватить оба указанных аспекта. При том, что 
никоим образом нельзя утверждать, будто содержание представляемой книги 
обладает полнотой, однако в ней подобран тот материал, который отражает 
основные современные проблемы науки, нынешнее состояние техники 
и некоторые возможные варианты развития событий в будущем.
Люди в сельскохозяйственных сообществах, неважно, будь то в развитых или развивающихся странах, живут жизнью, тесно связанной с окружающей средой. Что надо делать определяется временем года, а успех или 
неудача зависят от превратностей климата. Обилие дождей в неподходящий 
момент — и весь урожай погиб. Засуха — и весь урожай погиб. Несмотря на 
то, что в развитых странах прилагаются различные усилия для смягчения 
подобных эффектов (например, страхование, государственные компенсации и т. д.), упомянутая зависимость даже там остаётся весьма заметной.
В городских же сообществах, будь то в крупных мегаполисах индустриально развитых стран или в зачастую не менее крупных трущобах беднейших государств, жизнь кажется более отделённой от окружающей среды. 
Средства к существованию городскими жителями добываются применением разнообразных специальных навыков, зачастую в многолюдных цехах 
заводов или офисах. Концентрация ресурсов в городах позволяет многое 
сделать централизованным: больницы, школы, магазины и различные 
государственные учреждения. Будучи весьма дорогостоящими, подобные 

вещи могут исполнять свою роль только при условии достаточно высокой 
плотности населения. Это условие трудно соблюсти в сельской местности. 
Разумеется, городские жители защищены от превратностей судьбы чуть 
лучше, чем сельские. Однако правительства сменяют одно другое, компании 
переживают банкротства, а люди  оказываются без работы.
Конечно же, жизнь городского жителя, как в развитых странах, так 
и в странах третьего мира, хоть это и не кажется очевидным, сильно зависит 
от окружающей среды. Продукты питания должны где-то произрастать, 
мусор нужно своевременно вывозить, а электричество вырабатывать из 
топлива, получаемого тем или иным способом из окружающей среды. 
Любое сообщество людей, независимо от уровня своего развития, в конце 
концов, полностью зависит от окружающей среды в плане удовлетворения 
своих потребностей, будь то пища, энергия или избавление от отходов.
Правильное понимание нашей зависимости от природы позволяет 
нам пользоваться имеющимися ресурсами с наименьшими потерями для 
окружающей среды. Это не только вопрос самоограничений, но и вопрос 
разумного применения технологий с наибольшей выгодой для всего человечества на основе правильных научных подходов.

1.2  
НАУЧНЫЙ МЕТОД

Научный метод основан на трёх главных допущениях. Первое: 
наблюдения, сделанные с помощью наших органов чувств (а равно и 
с помощью созданных нами приборов), объективно отражают реальность. 
Второе: мир можно описать набором самосогласованных правил, которые 
являются неизменными как во времени, так и в пространстве. Третье: все 
наблюдаемые явления имеют определённую причину, т.е. имеет место 
обусловленность.
Краеугольным камнем наблюдения является измерение. Количественная 
интерпретация позволяет сравнивать между собой наблюдения, сделанные 
в разное время и в разных точках пространства. Ощущения разных людей могут 
заметно отличаться друг от друга. Более того, один и тот же человек может 
ощущать то или иное явление по-разному в разные моменты времени и в зависимости от обстоятельств. Например, визуальные наблюдения сильно зависят 
от уровня освещённости, поскольку хрусталик глаза подстраивает его апертуру 
исходя из внешних условий. Очевидно, что существует необходимость в развитом инструментарии, обладающим строго заданными параметрами и откалиброванным в соответствии с признанными стандартами. В связи с этим, 
должны быть выработаны универсальные единицы измерений. Только после 
этого, путём неоднократного повторения измерений разными экспериментаторами можно обнаружить и свести к минимуму их погрешности.

15
1.1. Введение