815
עריכות
שינויים
אין תקציר עריכה
==הקדמה==
כדור הארץ הוא ספינת החלל הנושאת אותנו, חיינו תלויים בו. הביוספירה המקיפה אותנו מאפשר לנו את החיים. היא אשר מספקת את האויר שאנחנו נושמים, המים והמזון שלנו והחומרים המם אנו בונים את ערינו, כל אלו ועוד הם ה'מוצרים' שלה. הביוספירה מספקת לנו גם שירותים, היא מגינה עלינו מהקרינה הניתכת על כדור הארץ, מסלקת את הפסולת שלנו, שומרת על טפמפרטוה המאפשרת לנו חיים ועוד. אולם המצב בו אנו חיים כיום לא יאפשר לביוספירה התומכת בנו להאריך חיים, ולנו להאריך חיים יחד איתה.
==חוקי התרמודינמיקה==
ידיעותינו אודות הדרך שבה עולמו מתנהל, מדע הפיזיקה, מכתיבות לנו שני חוקים בסיסיים המכונים חוקי התרמודינמיקה. החוק הראשון מלמד אותנו כי אנרגיה איננה נוצרת יש מאין וכי כל פעולה בעולם דורשת אנרגיה. החוק השני מלמד אותנו כי רמת אי הסדר בעולם, המכונה אנתרופיה, עולה תמיד. כלומר כל סדר שישנו בעולם הולך ונהרס, כל מערכת הולכת ומתפרקת. הדרך היחידה בה ניתן להגדיל סדר (להקטין אנתרופיה) באופן מקומי היא על ידי השקעה של אנרגיה. השקעת אנרגיה יכולה להקטין את האנתרופיה באופן מקומי אולם היא בהכרח תעלה את האנתרופיה במקום אחר. מסיבה זו עליית האנתרופיה מתוארת כ'חץ הזמן' של היקום. אין תהליכים הפיכים האנתרופיה תמיד עולה. לדוגמא: כדי להפוך עפרות מתכת המפוזרות בקרום כדור הארץ למכונית שאפשר לנסוע בה יש להקטין את רמת אי הסדר שלהם. עלינו להביא את חמרי הגלם ממצב מפוזר ובלתי אחיד למצב הספציפי היכול לשמש אותנו כמכונית, כדי לעשות זאת נידרש להשקעת אנרגיה. כיום אנחנו מנצלים את האנרגיה הגלומה בנפט למטרות כאלו, בשריפת הנפט אנו מפיקים את האנרגיה הדרושה לנו להקטנת האנתרופיה של חומרי הגלם של מכונית למצב המוגמר ובאותה את אנחנו מעלים את האנתרופיה של הנפט ששרפנו, משרשראות כימיות ארוכות ומסודרות אנחנו הופכים אותו למולקולות זעירות המתרוצצות באטמוספירה. בסופו של התהליך האנתרופיה העולמית גדלה מכיוון שעליית האנתרופיה הנובעת משריפת הנפט גדולה מירידת האנתרופיה של 'סידור' המכונית.
==הביוספירה וחוקי התרמודינמיקה==
לכאורה, קיום הביוספירה ואף קיומנו שלנו סותר את חוקי התרמודינמיקה. הביוספירה וכלל צורות החיים הינן מערכות מורכבות להפליא המקיימות את עצמם לאורך זמן. הן מערכות הדורשות רמת סדר גבוהה ותאימות בין החלקים השונים. החומרים המרכיבים אותנו, החלבונים, הינן מולקולות ענק בעלות רמת מרכבות עצומה וסדר קפדני המאפשר את חיינו. הבעייה היא שהחוק השני של התרמודינמיקה אומר לנו שמערכות נהרסות באופן טבעי ולפי המדידות שעשינו, החומרים שמרכיבים אותנו היו אמורים להתפזר לכל עבר עוד לפני שנולדנו. אם כך כיצד מתאפשר קיומנו וקיום הביוספירה שמסביבנו?
הדרך היחידה להקטין אנתרופיה באופן מקומי היא על ידי השקעת אנרגיה. הביוספירה שלנו קולטת אנרגיה המגיעה אליה בשטף בלתי פוסק מחוץ לכדור הארץ, אנרגיית השמש. הטמעת אנרגיית השמש על ידי הצמחים הירוקים והאצות הירוקות בתהליך הפוטוסינטזה מאפשר לחבר את האטומים החופשיים של היסודות האורגנים למולקולות מורכבות. תהליך זה מאפשר גם לבנות באמצעות מולקולות אלו תנאים לקיום מערכות ביולגיות מורכבות. האנרגיה שהצמחים קולטים מהשמש זורמת דרך כל המערכת הביוספרית ומאפשר לה לתחזק את עצמה. האוכל שאנחנו אוכלים מקורו בצמחים והוא מספק לגופנו את האנרגיה הדרושה כדי למנוע ממנו להתפרק. רוב האנרגיה שאנחנו קולטים מהמזון מיועדת רק למטרת שימור המבנה הכימי שלנו, כך גם רוב האנרגיה שקולטת הביוספירה מהשמש משמשת לשימור הביוספירה ולמניעת הכחדתה.
==התערבות האדם באיזון האנרגיה של הביוספירה==
מזה כמה אלפי שנים בני האדם מסדרים מחדש חלקים מהביוספירה לשימושם. אנחנו משקיעים אנרגיה שמקורה בביוספירה (מזון, עצים לבעירה, נפט) כדי לסדר מחדש חלקים ממנה, חומרי גלם, בצורה שתקל על חיינו. אולם לאחר שסיימנו את השימוש בהם אנחנו משליכים אותם חזרה לתוך הביוספירה. המוצרים המסודרים שלנו זרים למצבה הנוכחי של הביוספירה ומערערים את היציבות שלה. פחמן דו חמצני מקטין את שחרור החום לחלל, מתכות כבדות מרעילות את כל צורות החיים, האוזון מתפרק ומעלה את רמות הקרינה בביוספירה. עקב פעילותינו על הביוספירה להשקיע יותר אנרגיה בתחזוק העצמי שלה, להשקיע אנרגיה נוספת כדי להביא את הפסולת שלנו למצב שבו איננה פוגעת בביוספירה, למצב בו הייתה מצויה בביוספירה מלכתחילה. אך כמויות האנרגיה העומדות לרשות הביוספירה מוגבלות על ידי כושרה להטמיע את אנרגיית השמש באמצעות הצמחים הירוקים והאצות הירוקות, נוסף על כך השימוש שלנו במאגרי הצמחים של הביוספירה לצרכינו אף מקטין עוד יותר את יכולתה של הביוספירה להטמיע אנרגיה. הבעייה העיקרית בתהליך התיקון של הביוספירה היא בעיית הקצב, הקצב בו הביוספירה מבצעת את הסידור מחדש שלה איטי בהרבה מהקצב בו אנו מייצרים את הפסולת. כל החומרים בקרום כדור הארץ נמצאים במצבם הנוחכי לאחר כמה מיליארדים של שנים בהם זרם אנרגיה איטי אך קבוע סידר אותם באמצעות כלל תהליכי הביוספירה, לכן גירעון האנרגיה של הביוספירה איננו רק במונחים כמותיים אלא במונחי זמן, במונחים של זרמי אנרגיה. תוצאת הדברים היא שהביוספירה נמצאת במחסור אנרגטי, אין לה עוד את האנרגיה הדרושה לקיים את עצמה. מצב זה מוביל את הביוספירה בהכרח, לפי החוק השני של התרמודינמיקה, להתפרקות. ההתפרקות של הביוספירה היא איטית כיום אולם מורגשת, מהירות תלויה ב'גירעון' האנרגטי שבו תימצא הביוספירה בעתיד. ניתן להציג זאת בשרטוט הבא:
כדור הארץ הוא ספינת החלל הנושאת אותנו, חיינו תלויים בו. הביוספירה המקיפה אותנו מאפשר לנו את החיים. היא אשר מספקת את האויר שאנחנו נושמים, המים והמזון שלנו והחומרים המם אנו בונים את ערינו, כל אלו ועוד הם ה'מוצרים' שלה. הביוספירה מספקת לנו גם שירותים, היא מגינה עלינו מהקרינה הניתכת על כדור הארץ, מסלקת את הפסולת שלנו, שומרת על טפמפרטוה המאפשרת לנו חיים ועוד. אולם המצב בו אנו חיים כיום לא יאפשר לביוספירה התומכת בנו להאריך חיים, ולנו להאריך חיים יחד איתה.
==חוקי התרמודינמיקה==
ידיעותינו אודות הדרך שבה עולמו מתנהל, מדע הפיזיקה, מכתיבות לנו שני חוקים בסיסיים המכונים חוקי התרמודינמיקה. החוק הראשון מלמד אותנו כי אנרגיה איננה נוצרת יש מאין וכי כל פעולה בעולם דורשת אנרגיה. החוק השני מלמד אותנו כי רמת אי הסדר בעולם, המכונה אנתרופיה, עולה תמיד. כלומר כל סדר שישנו בעולם הולך ונהרס, כל מערכת הולכת ומתפרקת. הדרך היחידה בה ניתן להגדיל סדר (להקטין אנתרופיה) באופן מקומי היא על ידי השקעה של אנרגיה. השקעת אנרגיה יכולה להקטין את האנתרופיה באופן מקומי אולם היא בהכרח תעלה את האנתרופיה במקום אחר. מסיבה זו עליית האנתרופיה מתוארת כ'חץ הזמן' של היקום. אין תהליכים הפיכים האנתרופיה תמיד עולה. לדוגמא: כדי להפוך עפרות מתכת המפוזרות בקרום כדור הארץ למכונית שאפשר לנסוע בה יש להקטין את רמת אי הסדר שלהם. עלינו להביא את חמרי הגלם ממצב מפוזר ובלתי אחיד למצב הספציפי היכול לשמש אותנו כמכונית, כדי לעשות זאת נידרש להשקעת אנרגיה. כיום אנחנו מנצלים את האנרגיה הגלומה בנפט למטרות כאלו, בשריפת הנפט אנו מפיקים את האנרגיה הדרושה לנו להקטנת האנתרופיה של חומרי הגלם של מכונית למצב המוגמר ובאותה את אנחנו מעלים את האנתרופיה של הנפט ששרפנו, משרשראות כימיות ארוכות ומסודרות אנחנו הופכים אותו למולקולות זעירות המתרוצצות באטמוספירה. בסופו של התהליך האנתרופיה העולמית גדלה מכיוון שעליית האנתרופיה הנובעת משריפת הנפט גדולה מירידת האנתרופיה של 'סידור' המכונית.
==הביוספירה וחוקי התרמודינמיקה==
לכאורה, קיום הביוספירה ואף קיומנו שלנו סותר את חוקי התרמודינמיקה. הביוספירה וכלל צורות החיים הינן מערכות מורכבות להפליא המקיימות את עצמם לאורך זמן. הן מערכות הדורשות רמת סדר גבוהה ותאימות בין החלקים השונים. החומרים המרכיבים אותנו, החלבונים, הינן מולקולות ענק בעלות רמת מרכבות עצומה וסדר קפדני המאפשר את חיינו. הבעייה היא שהחוק השני של התרמודינמיקה אומר לנו שמערכות נהרסות באופן טבעי ולפי המדידות שעשינו, החומרים שמרכיבים אותנו היו אמורים להתפזר לכל עבר עוד לפני שנולדנו. אם כך כיצד מתאפשר קיומנו וקיום הביוספירה שמסביבנו?
הדרך היחידה להקטין אנתרופיה באופן מקומי היא על ידי השקעת אנרגיה. הביוספירה שלנו קולטת אנרגיה המגיעה אליה בשטף בלתי פוסק מחוץ לכדור הארץ, אנרגיית השמש. הטמעת אנרגיית השמש על ידי הצמחים הירוקים והאצות הירוקות בתהליך הפוטוסינטזה מאפשר לחבר את האטומים החופשיים של היסודות האורגנים למולקולות מורכבות. תהליך זה מאפשר גם לבנות באמצעות מולקולות אלו תנאים לקיום מערכות ביולגיות מורכבות. האנרגיה שהצמחים קולטים מהשמש זורמת דרך כל המערכת הביוספרית ומאפשר לה לתחזק את עצמה. האוכל שאנחנו אוכלים מקורו בצמחים והוא מספק לגופנו את האנרגיה הדרושה כדי למנוע ממנו להתפרק. רוב האנרגיה שאנחנו קולטים מהמזון מיועדת רק למטרת שימור המבנה הכימי שלנו, כך גם רוב האנרגיה שקולטת הביוספירה מהשמש משמשת לשימור הביוספירה ולמניעת הכחדתה.
==התערבות האדם באיזון האנרגיה של הביוספירה==
מזה כמה אלפי שנים בני האדם מסדרים מחדש חלקים מהביוספירה לשימושם. אנחנו משקיעים אנרגיה שמקורה בביוספירה (מזון, עצים לבעירה, נפט) כדי לסדר מחדש חלקים ממנה, חומרי גלם, בצורה שתקל על חיינו. אולם לאחר שסיימנו את השימוש בהם אנחנו משליכים אותם חזרה לתוך הביוספירה. המוצרים המסודרים שלנו זרים למצבה הנוכחי של הביוספירה ומערערים את היציבות שלה. פחמן דו חמצני מקטין את שחרור החום לחלל, מתכות כבדות מרעילות את כל צורות החיים, האוזון מתפרק ומעלה את רמות הקרינה בביוספירה. עקב פעילותינו על הביוספירה להשקיע יותר אנרגיה בתחזוק העצמי שלה, להשקיע אנרגיה נוספת כדי להביא את הפסולת שלנו למצב שבו איננה פוגעת בביוספירה, למצב בו הייתה מצויה בביוספירה מלכתחילה. אך כמויות האנרגיה העומדות לרשות הביוספירה מוגבלות על ידי כושרה להטמיע את אנרגיית השמש באמצעות הצמחים הירוקים והאצות הירוקות, נוסף על כך השימוש שלנו במאגרי הצמחים של הביוספירה לצרכינו אף מקטין עוד יותר את יכולתה של הביוספירה להטמיע אנרגיה. הבעייה העיקרית בתהליך התיקון של הביוספירה היא בעיית הקצב, הקצב בו הביוספירה מבצעת את הסידור מחדש שלה איטי בהרבה מהקצב בו אנו מייצרים את הפסולת. כל החומרים בקרום כדור הארץ נמצאים במצבם הנוחכי לאחר כמה מיליארדים של שנים בהם זרם אנרגיה איטי אך קבוע סידר אותם באמצעות כלל תהליכי הביוספירה, לכן גירעון האנרגיה של הביוספירה איננו רק במונחים כמותיים אלא במונחי זמן, במונחים של זרמי אנרגיה. תוצאת הדברים היא שהביוספירה נמצאת במחסור אנרגטי, אין לה עוד את האנרגיה הדרושה לקיים את עצמה. מצב זה מוביל את הביוספירה בהכרח, לפי החוק השני של התרמודינמיקה, להתפרקות. ההתפרקות של הביוספירה היא איטית כיום אולם מורגשת, מהירות תלויה ב'גירעון' האנרגטי שבו תימצא הביוספירה בעתיד. ניתן להציג זאת בשרטוט הבא: