Hidrológiai Közlöny 1997 (77. évfolyam)

1-2. szám - 3-4. szám - 3. szám - Sárváry István: Környezetünk és az entrópia

] 24 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 1997

. 77. ÉVF. 3. SZ. lembe veszünk, ami egy adotl folyamaiban szerepel játszik, akkor világossá válik, hogy az enlrópia tényleg nőit a folyamat során. Kiragadhatunk viszont rész-folyamatokat, amelyekben valóban csökken az entrópia. Két ilyen példa mindennapi környezetünkből: a gőz kondenzálódása cs a sókristály növekedése oldalból. A gőz kondenzálódása: A vízgőzt lehűtve vizel kapunk, a víz entrópiája léhát csökken, dS < 0. A folyamai során latens hő távozik a környezetbe, a környezet entrópiája tehát nő, mégpedig úgy, hogy a teljes rendszer entrópia-növekedése is pozitív legyen. A sókristály növekedése oldalból: Az oldalban a só-molekulák tágabb térségben helyezkednek cl, amikor viszont kristállyá tömörülnek, kisebb térfogaiba húzódnak össze, az oldat entrópiája csökken. De, az oldószer elpárolog a folyamat során, így az oldószernek (a kristály környezetének) entrópiája növekszik, és a teljes rendszer (oldat és oldószer) entrópiája ugyancsak nő. Ezek a jelenségek jól példázzák, hogyan kell eljárnia az élő szervezetnek, ha életben akar maradni, vagyis, ami ezzel egyenértékű, ha csökkenteni akarja az entrópiája): folyamatosan ki kell küszöbölnie a benne keletkező entrópiát a környezetébe. Világos, hogy ha az elő szervezet entrópiája csökken, akkor a környezet entrópiájának fokozottan kell emelkednie. Ezt a folyamatot azonban csak akkor lehet tartósan fenntartani, ha magát a környezetei is sikerül alacsony entrópia-szinten tartani, máskülönben a szervezet nem tudna alacsony-entrópiájú anyagokat felvenni a környezetéből. Más szóval, magának a környezetnek is szüksége van egy cnlrópia-kiküszöbölő mechanizmusra. Szűkebb környezetünk tehát egy tágabb környezetbe adja át a feleslegessé váll többlcl-entiópiál és így tovább, több lépcsőben, amíg csak el nem érkezünk környezetünk legkülső rétegéhez, a Föld atmoszférájához. A Földnek léhát ugyancsak rendelkeznie kell egy mechanizmussal, mellyel az entrópia-többletei a minket körülvevő világűrbe juttatja. A Föld - az egyetlen ismert "élű bolygó" A fentiek alapján világos: egy bolygó csak akkor lehet az élet hordozója, ha rendelkezik a szükséges entrópiakiküszöbölő mechanizmussal. A Föld cnlrópia-kiküszöbölő mechanizmusát a Nap sugárzása és a víz körforgása biztosítja. Csak ez az utóbbi különbözteti meg a Földet a közeliinkben levő többi bolygótól (Mars, Vénusz és Hold). A Nap sugárzásában nincs olyan nagy különbség, ami határt szabna ezeken a bolygókon az élet létrejöttének. A Föld entrópia-kiküszöbölő rendszerének főbb jellemzői az alábbiak: A földfelszín átlagos hőmérséklete, T

a = kb. 300 Kelvin fok. A légkör felső részének hőmérséklete, Ty = kb. 250 K° A Föld felszínén elpárolgó víz Q hőt von el a környezetéből. A Föld felszíne szempontjából a víz szolgál környezetként, ezzel a folyamattal a rendszer Q/T

c hőt küszöböl ki. A vízgőz felemelkedik a felső légkörbe és az infravörös tartományban hősugárzást bocsát ki a minket körülvevő űrbe. Eközben lehűl, újra folyékony (vagy szilárd) vízzé válik, amely cső (vagy hó, jég) formájában vissza kerül a Föld felszínére. Ezzel a folyamattal a Föld Q/Tv entrópiát küszöböl ki. Mi biztosítja a Föld felszínén T

a = 300 K° hőmérsékletet, az atmoszféra felső halárán pedig a T

u = 250 K° hőfokol? Ez a különbség a Föld és a Nap viszonylagos helyzetével magyarázható: A Nap felszíni hőmérséklete: To = 1 :>im 5770 K° A Nap sugara: R 6,96 . 10

8 m Távolság a Nap és Föld között (csillagászati egység): D = 1,5 . 10" m A Stefan-Boltzinan törvény szerint: U =sf ahol U az a sugárzási energia, amit a T hőmérsékletű fekete test egységnyi felülete bocsát ki egységnyi idő alatt. U = 5,67 . 10

s watt/m

2 Ebből megbecsülhetjük a napsugárzás teljes energiasűrűségét a Földön, mivel ez megfelel egy 7° felszíni hőmérsékletű fekete test sugárzásának. A fi'i/fsuf = om

2 összefüggésből kiszámíthatjuk annak a képzeletbeli fekete testnek a felszíni hőmérsékletét, ainciy egészen a Föld távolságáig terjedne, cs amelynek össz-sugárzása megfelelne a Nap sugárzásának: 7'

d = 393 K° Ebből a felső légkör hőmérsékletét a következőképpen becsülhetjük meg: Az r sugarú atmoszféra a Napból érkező energiát a Nap felé forduló felületével (r

2.ri) nyeli el, ugyanakkor teljes felületén (4.r

2.n) bocsát ki energiát. Az elnyelt és kibocsálott hő mérlege: r

2 .ti. (1-p). T

d

4 = 4. r

2 .n. Tu

4 ahol p = 0,3 -- a Föld albedója. A fentiekből a felső légkör hőmérséklete (I. ábra): 7'u = 254 K° A földfelszín magasabb T

c, hőmérsékletéi az atmoszféra okozta "üvegház-hatás"-ból számíthatjuk ki. Í( NAP 5 • VV D= 1,5 • 10 Mm 1. ábra. A földfelszín és a felső légkör hőmérséklete a Naptól való távolság függvényében