שינויים

==חוקי התרמודינמיקה==

==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.

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 אנטרופיה, עולה תמיד. כלומר כל סדר שישנו בעולם הולך ונהרס, כל מערכת הולכת ומתפרקת. הדרך היחידה בה ניתן להגדיל סדר (להקטין אנטרופיה) באופן מקומי היא על ידי השקעה של אנרגיה. השקעת אנרגיה יכולה להקטין את האנטרופיה באופן מקומי אולם היא בהכרח תעלה את האנטרופיה במקום אחר. מסיבה זו עליית האנטרופיה מתוארת כ'חץ הזמן' של היקום. אין תהליכים הפיכים האנטרופיה 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 האנטרופיה של חומרי הגלם של מכונית למצב המוגמר ובאותה העת אנחנו מעלים את האנטרופיה של הנפט ששרפנו, משרשראות כימיות ארוכות ומסודרות אנחנו הופכים אותו למולקולות זעירות המתרוצצות באטמוספירה. בסופו של התהליך האנטרופיה העולמית גדלה מכיוון שעליית האנטרופיה הנובעת משריפת הנפט גדולה מירידת האנטרופיה של 'סידור' המכונית.

==הביוספירה וחוקי התרמודינמיקה==

==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?

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 מורכבות 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.

הדרך היחידה להקטין אנטרופיה 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 הפוטוסינתזה מאפשר לחבר את האטומים החופשיים של היסודות האורגנים למולקולות מורכבות. תהליך זה מאפשר גם לבנות באמצעות  מולקולות אלו תנאים לקיום מערכות ביולוגיות 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 הסדר בביוספירה ולמניעת הכחדתה.

   

   

==התערבות האדם באיזון האנרגיה של הביוספירה==

==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:

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 הנוכחי לאחר שבמשך מיליארדי שנות אבולוציה זרם אנרגיה איטי אך קבוע איפשר לביוספרה להעלות את הסדר הגלום בה, 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:

[[תמונה:energy1.jpg|center]]

[[תמונה:energy1.jpg|center]]

לב השרטוט הוא התהליך בו ממוצים חומרי הגלם מקרום כדור הארץ עבור האנושות ומושבים אל כדור הארץ בתום השימוש. החץ מאחור מייצג את עליית האנתרופיה הכוללת, חץ הזמן. מסיבה זו המוצרים לא מתפרקים חזרה לנקודת המוצא שלהם אלא למקום אחר בביוספירה. המצב המתואר בשרטוט הוא המצב הנוכחיץ האנרגיה המשמשת לייצור מקורה באנושות ובאופן עקיף בביוספירה והאנרגיה המשמשת לפירוק מקורה באופן ישיר בביוספירה. זהו המצב של גירעון אנרגטי של הביוספירה המוביל להרס שלה.

לב השרטוט הוא התהליך בו ממוצים חומרי הגלם מקרום כדור הארץ עבור האנושות ומושבים אל כדור הארץ בתום השימוש. החץ מאחור מייצג את עליית האנטרופיה הכוללת, חץ הזמן. מסיבה זו המוצרים לא מתפרקים חזרה לנקודת המוצא שלהם אלא למקום אחר בביוספירה. המצב המתואר בשרטוט הוא המצב הנוכחי. האנרגיה המשמשת לייצור מקורה באנושות ובאופן עקיף בביוספירה והאנרגיה המשמשת לפירוק מקורה באופן ישיר בביוספירה. זהו המצב של גירעון אנרגטי של הביוספירה המוביל להרס שלה.

==כיסוי הגירעון האנרגטי==

==כיסוי הגירעון האנרגטי==

מצב זה של גירעון אנרגטי של הביוספירה משמעותו סכנה לקיומנו ולקיום כל צורות החיים על ספינת החלל שלנו, כדור הארץ. ההרס הביוספירה משמעותו הרס התנאים המאפשרים את חיינו: האויר הנקי לנשימה, המים לשתיה, קרקע טובה לגידול מזון, הגנה מפני קרינה, ויסות הטמפרטורה והלחות, קיום שרשרת המזון וכל שאר השירותים שהביוספירה מספקת לנו. צכל אלו משתמע כי שינוי המצב הנוכחי הינו הכרח ולא בחירה עבורנו.

מצב זה של גירעון אנרגטי של הביוספירה משמעותו סכנה לקיומנו ולקיום כל צורות החיים על ספינת החלל שלנו, כדור הארץ. הרס הביוספירה משמעותו הרס התנאים המאפשרים את חיינו: האויר הנקי לנשימה, המים לשתיה, קרקע טובה לגידול מזון, הגנה מפני קרינה, ויסות הטמפרטורה והלחות, קיום שרשרת המזון וכל שאר השירותים שהביוספירה מספקת לנו. מכל אלו משתמע כי שינוי המצב הנוכחי הינו הכרח ולא בחירה עבורנו.

כיסוי הגירעון האנרגטי של הביוספירה שלנו יכול לעשות בשתי דרכים: האחת היא הקטנת כמות האנרגיה המשמשת לתהליכים הנעשים על ידינו (מרכז השרטוט) והשניה היא ניצול אנרגיה ממקורות חוץ-ביוספריים.

כיסוי הגירעון האנרגטי של הביוספירה שלנו יכול לעשות בשתי דרכים: האחת היא הקטנת כמות האנרגיה המשמשת לתהליכים הנעשים על ידינו (מרכז השרטוט) והשניה היא ניצול אנרגיה ממקורות חוץ-ביוספריים.

==הקטת זרם האנרגיה הנצרך על ידי האנושות==

==הקטת זרם האנרגיה הנצרך על ידי האנושות==

כדי להקטין את ההשפעה האנושית על המאזן האנרגטי של הביוספירה יש להקטין שלושה זרמי אנרגיה: האנרגיה המשמשת לקיום בסיסי של האנושות (מזון), האנרגיה המשמשת לייצירת מוצרים עבור האנושות והאנרגיה המשמשת לפירוקם. שני הזרמים האחרונים שווים זה לזה מעצם ההגדרה מכיוון שהאנרגיה לסדר את החומרים עבורינו שווה לאנרגיה הדרושה לביוספירה לסדר את החומרים עבורה, באופן שלא יפגע בה. מהשיוויון הזה נובע כי דרך הפעולה היעילה ביותר היא לצמצם את ניצול האנרגיה לייצור, כל יחידת אנרגיה שלא תשמש לייצור 'תחסיר' יחידת אנרגיה אחת הדרושה לפירוק.

כדי להקטין את ההשפעה האנושית על המאזן האנרגטי של הביוספירה יש להקטין שלושה זרמי אנרגיה: האנרגיה המשמשת לקיום בסיסי של האנושות (מזון), האנרגיה המשמשת לייצירת מוצרים עבור האנושות והאנרגיה המשמשת לפירוקם. שני הזרמים האחרונים שווים זה לזה מעצם ההגדרה מכיוון שהאנרגיה לסדר את החומרים עבורינו שווה לאנרגיה הדרושה לביוספירה לסדר את החומרים עבורה, באופן שלא יפגע בה. מהשיוויון הזה נובע כי דרך הפעולה היעילה ביותר היא לצמצם את ניצול האנרגיה לייצור, כל יחידת אנרגיה שלא תשמש לייצור 'תחסיר' יחידת אנרגיה אחת הדרושה לפירוק.  

נדון תחילה באנרגיה הדרושה לקיום האנושות. אנרגיה זו נצרכת ישירות מהביוספירה בצורת המזון שאנו אוכלים. כמות האנרגיה הדרושה לקיומו של אדם היא קבועה, אולם האדם אינו יכול לנצלה ישירות ללא תיווך הביוספירה. תיווך זה נעשה על ידי הטמעת אנרגיית השמש בצמחים. למרות שכמות האנרגיה נטו הדרושה לקיומנו היא קבועה, כמות האנרגיה ברוטו איננה קבועה. הרכב התזונה שלנו יכול להעמיס עלויות אנרגיה נוספות על הביוספירה. במידה ואנו אוכלים צמחים אנו מעמיסים על הביוספירה רק את האנרגיה הדרושה לקיומם של אותם צמחים. אנו ניזונים מהאנרגיה שהם הטמיעו פחות האנרגיה הדרושה להם לקיים את עצמם. במידה ואנו אוכלים חיות אוכלות צמחים אנו מעמיסים עוד עלויות אנרגיה על המערכת. אנו ניזונים מהאנרגיה שהוטמעה על ידי הצמחים שנאכלו על ידי בעלי החיים פחות האנרגיה הדרושה לבעלי החיים לקיים את עצמם פחות האנרגיה שנדרשה לצמחים לקיים את עצמם. במידה ומזננו הוא חיות טורפות אנו מוסיפים עוד 'שלב' לסולם. בשרטוט ניתן להציג זאת כך:

נדון תחילה באנרגיה הדרושה לקיום האנושות. אנרגיה זו נצרכת ישירות מהביוספירה בצורת המזון שאנו אוכלים. כמות האנרגיה הדרושה לקיומו של אדם היא קבועה, אולם האדם אינו יכול לנצלה ישירות ללא תיווך הביוספירה. תיווך זה נעשה על ידי הטמעת אנרגיית השמש בצמחים. למרות שכמות האנרגיה נטו הדרושה לקיומנו היא קבועה, כמות האנרגיה ברוטו איננה קבועה. הרכב התזונה שלנו יכול להעמיס עלויות אנרגיה נוספות על הביוספירה. במידה ואנו אוכלים צמחים אנו מעמיסים על הביוספירה רק את האנרגיה הדרושה לקיומם של אותם צמחים. אנו ניזונים מהאנרגיה שהם הטמיעו פחות האנרגיה הדרושה להם לקיים את עצמם. במידה ואנו אוכלים חיות אוכלות צמחים אנו מעמיסים עוד עלויות אנרגיה על המערכת. אנו ניזונים מהאנרגיה שהוטמעה על ידי הצמחים שנאכלו על ידי בעלי החיים פחות האנרגיה הדרושה לבעלי החיים לקיים את עצמם פחות האנרגיה שנדרשה לצמחים לקיים את עצמם. במידה ומזננו הוא חיות טורפות אנו מוסיפים עוד 'שלב' לסולם. בשרטוט ניתן להציג זאת כך:

כלומר, למרות שהאנרגיה המגיעה אל בני האדם לצורך קיומם נשאר קבועה, עלויות האנרגיה המוטלות על הביוספירה עולות ככל שעולים בסולם. עקב סיבות ביולוגיות העלייה בסולם היא מעריכית: צמחים אינם זזים ובעלי חיים כן, טורפים צריכים להוציא הרבה אנרגיה כדי להשיג את טרפם. מהסיבה הזו המעבר לתזונה המבוססת פחות על השלבים הגבוהים בסולם, בשר, ויותר על השלבים הנמוכים, צמחונות, תסייע להקטנת האנרגיה הדרושה לאנושות לקיים את עצמה ונגרעת מהביוספירה.

כלומר, למרות שהאנרגיה המגיעה אל בני האדם לצורך קיומם נשאר קבועה, עלויות האנרגיה המוטלות על הביוספירה עולות ככל שעולים בסולם. עקב סיבות ביולוגיות העלייה בסולם היא מעריכית: צמחים אינם זזים ובעלי חיים כן, טורפים צריכים להוציא הרבה אנרגיה כדי להשיג את טרפם. מהסיבה הזו המעבר לתזונה המבוססת פחות על השלבים הגבוהים בסולם, בשר, ויותר על השלבים הנמוכים, צמחונות, תסייע להקטנת האנרגיה הדרושה לאנושות לקיים את עצמה ונגרעת מהביוספירה.

כעת נדון באנרגיה המשמשת במערכת הכלכלית שלנו. כל יחידת אנרגיה המשמשת אותנו לסדר חלקים מהביוספירה בהתאם לצרכינו נובעת באופן עקיף מהביוספירה (ישנם מספר חריגים אותם נציין בהמשך). את האנרגיה המשמשת להנעת הכלכלה שלנו אנחנו מפיקים בעיקר מנפט. הנפט הוא אנרגיה שהוטמעה לפני אלפי שנים על ידי החלקים מבצעי הפוטוסינטזה ונקברה באדמה. לאורף השנים תהליכים גיאולוגים הביאו אותה לצורה הנוחה לנו לשימוש, שרשראות ארוכות של אטומי פחמן ומימן. כאשר אנו שורפים נפט אנו מנצלים את האנרגיה הזו שנוצרה לפני אלפי שנים אך לא הגיעה לידי שימוש. יצירת הנפט לוקחת אלפי שנים ויתכן כי היא חד פעמי באופיה, הנפט שנשרף לא יחזור. בתהליך שריפת הנפט אנו מעלים את האנרופיה שלו, משרשראות ארוכות ומסודרות למולקולות קטנות חופשיות באטמוספירה. אנו משתמשים באנרגיה הנוצרת בשריפה כדי להקטין את האנתרופיה במקום הרצוי לנו, חומרי הגלם המשמשים אותנו, אך בסופו של דבר אנו מגדילים את סך האנתרופיה בביוספירה, זאת לפי הוראת החוק השני. העלאת רמת האנתרופיה בביוספירה מחייבת אותה להשקיע עוד אנרגיה בתחזוקה העצמית שלה ולכן לגידול הגירעון האנרגטי של הביוספירה. למעשה השימוש בכל דלק מחצבי מגדיל את גירעון האנרגטי של הביוספירה. במקרה של המערכת הכלכלית שלנו, עלות האנרגיה לביוספירה כפולה מהאנרגיה שאנו משקיעים בייצור. לאחר שאנו משליכים את הפסולת שלנו חזרה לביוספירה דרושה לה אותה כמות אנרגיה בדיוק כדי לסדר מחדש את הפסולת בהתאם לצרכיה. אולם 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, כפי שציינו קודם לכן, גירעון האנרגיה של הביוספירה איננו רק במונחים כמותיים אלא במונחי זמן, במונחים של זרמי אנרגיה. עקב כך העלות האנרגית תהיה בעיקר על חשבון הדורות הבאים. תיקון ההפרעה בקצבי הזרימה של האנרגיה בביוספירה תארך אלפי שנים.

כעת נדון באנרגיה המשמשת במערכת הכלכלית שלנו. כל יחידת אנרגיה המשמשת אותנו לסדר חלקים מהביוספירה בהתאם לצרכינו נובעת באופן עקיף מהביוספירה (ישנם מספר חריגים אותם נציין בהמשך). את האנרגיה המשמשת להנעת הכלכלה שלנו אנחנו מפיקים בעיקר מנפט. הנפט הוא אנרגיה שהוטמעה לפני אלפי שנים על ידי החלקים מבצעי הפוטוסינטזה ונקברה באדמה. לאורף השנים תהליכים גיאולוגים הביאו אותה לצורה הנוחה לנו לשימוש, שרשראות ארוכות של אטומי פחמן ומימן. כאשר אנו שורפים נפט אנו מנצלים את האנרגיה הזו שנוצרה לפני אלפי שנים אך לא הגיעה לידי שימוש. יצירת הנפט לוקחת אלפי שנים ויתכן כי היא חד פעמי באופיה, הנפט שנשרף לא יחזור. בתהליך שריפת הנפט אנו מעלים את האנרופיה שלו, משרשראות ארוכות ומסודרות למולקולות קטנות חופשיות באטמוספירה. אנו משתמשים באנרגיה הנוצרת בשריפה כדי להקטין את האנטרופיה במקום הרצוי לנו, חומרי הגלם המשמשים אותנו, אך בסופו של דבר אנו מגדילים את סך האנטרופיה בביוספירה, זאת לפי הוראת החוק השני. העלאת רמת האנטרופיה בביוספירה מחייבת אותה להשקיע עוד אנרגיה בתחזוקה העצמית שלה ולכן לגידול הגירעון האנרגטי של הביוספירה. למעשה השימוש בכל דלק מחצבי מגדיל את גירעון האנרגטי של הביוספירה. במקרה של המערכת הכלכלית שלנו, עלות האנרגיה לביוספירה כפולה מהאנרגיה שאנו משקיעים בייצור. לאחר שאנו משליכים את הפסולת שלנו חזרה לביוספירה דרושה לה אותה כמות אנרגיה בדיוק כדי לסדר מחדש את הפסולת בהתאם לצרכיה. אולם 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, כפי שציינו קודם לכן, גירעון האנרגיה של הביוספירה איננו רק במונחים כמותיים אלא במונחי זמן, במונחים של זרמי אנרגיה. עקב כך העלות האנרגית תהיה בעיקר על חשבון הדורות הבאים. תיקון ההפרעה בקצבי הזרימה של האנרגיה בביוספירה תארך אלפי שנים.

כדי להקטין את זרם האנרגיה מהביוספירה למערכת הכלכלית שלנו יש להקטין את האנרגיה שאנו משקיעים בייצור דברים חדשים ובתחזוקתם של ישנים, את האנרגיה המשמשת אותנו להעברת דברים ממקום למקום. כלומר עלינו פשוט להקטין את צריכת האנרגיה שלנו. חשוב להבין כי המטרה היא להקטין את כלל האנרגיה שאנו צורכים. בידוד של בית מגורים מקטין את האנרגיה הדרושה לחימום/קירור אך עצם הבידוד, סידור מחדש של חלק מהביוספירה, דורש אנרגיה. לכן בידוד הוא שינוי בקצב השימוש באנרגיה ושל תהליכי הביניים דרכה היא מתגלגלת אך לא הפחתה של כמות האנרגיה הכוללת הנצרכת. לכן הקטנת זרם האנרגיה המשמש לכלכלה שלנו דורש שינוי יסודי של המערכת הכלכלית. כיום המערכת הכלכלית מתנהלת כביכול מעצמה, בחלל ריק ונטול קשר עם הביוספירה. המצב כיום, של כלכלה המתנהלת באופן 'חופשי' מעודד שימוש הולך וגובר באנרגיה, זאת מכיוון שהכלכלה שלנו מונעת על ידי השאיפה לרווח גדול כמה שיותר של כל אחד מהפרטים, כלומר גידול מהיר כמה שאפשר בכמות הכסף המצוי בידו של אדם בזמן נתון, גידול מהיר יותר מהגידול בכמות הכסף של פרטים אחרים. השאיפה הזו למהירות, לרווח גדול ויחסי, דוחפת את המערכת הכלכלית להאצה בלתי פוסקת, לניצול אנרגיה יותר ויותר מהיר ולכן לגידול מהיר יותר בגירעון האנרגטי של הביוספירה. כדי להקטין את ההאצה הזו בצריכת האנרגיה האנושית דרוש שינוי יסודי של המערכת הכלכלית באמצעות החלטה חברתית המקיפה את כלל האנושות ואשר תביא בחשבון גם את הדורות הבאים. כיצד תתקבל ההחלטה הזו טרם ידוע, אך הנחיצות שבקבלתה ובייחוד של קבלתה בזמן ברורים. אם ההחלטה לא תתקבל בזמן נשמיד את הביוספירה שלנו במצבה הנוכחי, המצב המאפשר לנו לחיות.

כדי להקטין את זרם האנרגיה מהביוספירה למערכת הכלכלית שלנו יש להקטין את האנרגיה שאנו משקיעים בייצור דברים חדשים ובתחזוקתם של ישנים, את האנרגיה המשמשת אותנו להעברת דברים ממקום למקום. כלומר עלינו פשוט להקטין את צריכת האנרגיה שלנו. חשוב להבין כי המטרה היא להקטין את כלל האנרגיה שאנו צורכים. בידוד של בית מגורים מקטין את האנרגיה הדרושה לחימום/קירור אך עצם הבידוד, סידור מחדש של חלק מהביוספירה, דורש אנרגיה. לכן בידוד הוא שינוי בקצב השימוש באנרגיה ושל תהליכי הביניים דרכה היא מתגלגלת אך לא הפחתה של כמות האנרגיה הכוללת הנצרכת. לכן הקטנת זרם האנרגיה המשמש לכלכלה שלנו דורש שינוי יסודי של המערכת הכלכלית. כיום המערכת הכלכלית מתנהלת כביכול מעצמה, בחלל ריק ונטול קשר עם הביוספירה. המצב כיום, של כלכלה המתנהלת באופן 'חופשי' מעודד שימוש הולך וגובר באנרגיה, זאת מכיוון שהכלכלה שלנו מונעת על ידי השאיפה לרווח גדול כמה שיותר של כל אחד מהפרטים, כלומר גידול מהיר כמה שאפשר בכמות הכסף המצוי בידו של אדם בזמן נתון, גידול מהיר יותר מהגידול בכמות הכסף של פרטים אחרים. השאיפה הזו למהירות, לרווח גדול ויחסי, דוחפת את המערכת הכלכלית להאצה בלתי פוסקת, לניצול אנרגיה יותר ויותר מהיר ולכן לגידול מהיר יותר בגירעון האנרגטי של הביוספירה. כדי להקטין את ההאצה הזו בצריכת האנרגיה האנושית דרוש שינוי יסודי של המערכת הכלכלית באמצעות החלטה חברתית המקיפה את כלל האנושות ואשר תביא בחשבון גם את הדורות הבאים. כיצד תתקבל ההחלטה הזו טרם ידוע, אך הנחיצות שבקבלתה ובייחוד של קבלתה בזמן ברורים. אם ההחלטה לא תתקבל בזמן נשמיד את הביוספירה שלנו במצבה הנוכחי, המצב המאפשר לנו לחיות.

==מדוע הטכנולוגיה לא תוכל לפתור את הבעיה? ומדוע מחזור איננו הפתרון==

==מדוע הטכנולוגיה לא תוכל לפתור את הבעיה? ומדוע מחזור איננו הפתרון==

המין האנושי ידע קפיצת דרך טכנולוגית עצומה במאות האחרונות. זהו המשכה של המגמה של הפריחה הטכנולוגית של המין האנושי המתרחשת בקצב מעריכי. המתבונן בכך יכול להסיק בקלות שכפי שהטכנולוגיה מצאה בעבר את פתרון הבעיות שאיימו על המין האנושי, החל בהתקדמות מדע הרפואה ועד טכנולוגיות המזון, כך תוכל הטכנולוגיה לפתור את בעייותינו בעתיד, צריך רק לתת את הזמן להתפתחות הטכנולוגיה המתאימה. אולם הבעייה הניצבת לפנינו איננה בעייה טכנולוגית אלא בעיית אנרגיה. עצם השימוש בטכנולוגיה דורש אנרגיה כדי לסדר מחדש את החלקים הקטנים של הביוספירה לצורה הרצויה לנו. כפי שהוסבר, החוק השני איננו מאפשר לנו 'להתחמק' מעליית האנתרופיה, הירידה באנתרופיה בחלק הביוספירה המושפע מהטכנולוגיה מחייב עליה באנתרופיה בחלק אחר של המערכת כך שסך העלייה והירידה הינו עלייה בכלל האנתרופיה במערכת.

המין האנושי ידע קפיצת דרך טכנולוגית עצומה במאות האחרונות. זהו המשכה של המגמה של הפריחה הטכנולוגית של המין האנושי המתרחשת בקצב מעריכי. המתבונן בכך יכול להסיק בקלות שכפי שהטכנולוגיה מצאה בעבר את פתרון הבעיות שאיימו על המין האנושי, החל בהתקדמות מדע הרפואה ועד טכנולוגיות המזון, כך תוכל הטכנולוגיה לפתור את בעייותינו בעתיד, צריך רק לתת את הזמן להתפתחות הטכנולוגיה המתאימה. אולם הבעייה הניצבת לפנינו איננה בעייה טכנולוגית אלא בעיית אנרגיה. עצם השימוש בטכנולוגיה דורש אנרגיה כדי לסדר מחדש את החלקים הקטנים של הביוספירה לצורה הרצויה לנו. כפי שהוסבר, החוק השני איננו מאפשר לנו 'להתחמק' מעליית האנטרופיה, הירידה באנטרופיה בחלק הביוספירה המושפע מהטכנולוגיה מחייב עליה באנטרופיה בחלק אחר של המערכת כך שסך העלייה והירידה הינו עלייה בכלל האנטרופיה במערכת.

עם העליה במודעות לבעיות הסביבה עלה רעיון המחזור, לפיו אנו יכולים להקטין את הנזק הנגרם לסביבה על ידי שימוש חוזר בחומרי הגלם ועל ידי שחרורם לסביבה המצב בטוח, במצב הטבעי שלהם. עשייה כזו איננה משנה כלל את זרימת האנרגיה במערכת אלא רק את הקצב. במקום שהאנרגיה הדרושה לפירוק הפסולת האנושית תגיע ישירות מהביוספירה בקצב איטי ולאורך שנים היא תגיע מבני האדם. אולם האנרגיה של בני האדם מקורה בביוספירה. לכן מחזור והשקעה טכנולוגית בפירוק פסולת למעשה רק מגדילים את זרם האנרגיה הנצרך על ידי האנושות ומחמירים את הגירעון האנרגטי של הביוספירה. ניתן להדגים זאת בשרטוט הבא:

עם העליה במודעות לבעיות הסביבה עלה רעיון המחזור, לפיו אנו יכולים להקטין את הנזק הנגרם לסביבה על ידי שימוש חוזר בחומרי הגלם ועל ידי שחרורם לסביבה המצב בטוח, במצב הטבעי שלהם. עשייה כזו איננה משנה כלל את זרימת האנרגיה במערכת אלא רק את הקצב. במקום שהאנרגיה הדרושה לפירוק הפסולת האנושית תגיע ישירות מהביוספירה בקצב איטי ולאורך שנים היא תגיע מבני האדם. אולם האנרגיה של בני האדם מקורה בביוספירה. לכן מחזור והשקעה טכנולוגית בפירוק פסולת למעשה רק מגדילים את זרם האנרגיה הנצרך על ידי האנושות ומחמירים את הגירעון האנרגטי של הביוספירה. ניתן להדגים זאת בשרטוט הבא:

פתרון נוסף לבעיית הגירעות האנרגטי של הביוספירה מצוי בניצול אנרגיה על ידי האנושות ממקורות שנמצאים מחוץ לביוספירה. מקורות האנרגיה האפשריים הם: אנרגיית שמש שלא מוטמעת בביוספירה, אנרגית היתוך גרעיני וניצול ישיר של אנרגיית השמש. בנוסף קיימת האפשרות לנצל מקורות אנרגיה מתחדשים אשר מגדילים את היכולת של הביוספירה להטמיע אנרגיה.  

פתרון נוסף לבעיית הגירעות האנרגטי של הביוספירה מצוי בניצול אנרגיה על ידי האנושות ממקורות שנמצאים מחוץ לביוספירה. מקורות האנרגיה האפשריים הם: אנרגיית שמש שלא מוטמעת בביוספירה, אנרגית היתוך גרעיני וניצול ישיר של אנרגיית השמש. בנוסף קיימת האפשרות לנצל מקורות אנרגיה מתחדשים אשר מגדילים את היכולת של הביוספירה להטמיע אנרגיה.  

לא כל אנרגיית השמש מוטמעת על ידי הצמחים, למעשה חלק גדול ממנה פשוט מחמם את כדור הארץ ולאחר מכן נפלט לחלל הקר בהקרנה. ניתן לרתום את האנרגיה הזו לשימוש האדם בשלוש דרכים עיקריות. הראשונה היא ניצל ישיר של אנרגיית השמש. זאת על ידי קולטי שמש מסוגים שונים, החל מהסוג הנמצא בבתים ומשמש לחימום מים ועד לתאים פוטו אלקטריים. חשוב לזכור שעצם סידור ההתקנים הללו לקליטת אנרגיה דורשת השקעה של אנרגיה, אולם בטווח הרחוק אנו זוכים לעודף אנרגיה. כיום הטכנולוגיה המאפשר לנו לנצל את אנרגיית השמש סובלת מיעילות נמוכה מאוד. זאת מכיוון ששהשקעה בה לאורך הדורות הייתה אפסית, היה פשוט משתלם יותר כלכלית לשרוף עוד נפט. הדרך השניה כרוכה בשימוש בחלק מהאנרגיה הזורם דרך החלקים הלא ביולוגים של כדור הארץ. זרמי הימים, תנועת הגלים והרוח כולם מחוללים על ידי שטף של אנרגיית שמש. גם כאן הטכנולוגיה המאפשת לנו לנצל אנרגיה זו לטובתנו עדיין בחיתוליה. חשוב לשים להיבט נוסף של שימוש באנרגיה ממקורות לא ביולוגים, המערכות הלא-ביולוגיות והביולוגיות של כדור הארץ קשורות בדרכים שאינן ידועות לנו באופן מלא. לכן ייתכן כי ניצול אנרגיה ממקורות אלו יגרע אנרגיה מהביוספירה מכיוון שתהליכים מקיימים שלה אשר נעשים כיום על ידי הסביבה שלא ביולוגית של כדור הארץ ייחלשו. למשל ניצול זרמי הים עלול לפגוע באיזון של המערכות החיות באוקיינוסים וכך בכל הביוספירה. דרושה לנו הערכה של כמות האנרגיה אשר ניתן לנצל בדרך זו מבלי לפגוע בביוספירה.

לא כל אנרגיית השמש מוטמעת על ידי הצמחים, למעשה חלק גדול ממנה פשוט מחמם את כדור הארץ ולאחר מכן נפלט לחלל הקר בהקרנה. ניתן לרתום את האנרגיה הזו לשימוש האדם בשלוש דרכים עיקריות. הראשונה היא ניצל ישיר של אנרגיית השמש. זאת על ידי קולטי שמש מסוגים שונים, החל מהסוג הנמצא בבתים ומשמש לחימום מים ועד לתאים פוטו וולטאיים ('תאי שמש'). חשוב לזכור שעצם סידור ההתקנים הללו לקליטת אנרגיה דורש השקעה של אנרגיה, והמדענים עדיין מתווכחים כיום אם בטכנולוגיה הקיימת, בטווח הרחוק, אנו זוכים לעודף אנרגיה. כיום הטכנולוגיה המאפשר לנו לנצל את אנרגיית השמש סובלת מיעילות נמוכה מאוד. זאת מכיוון ששהשקעה בה לאורך הדורות הייתה אפסית, היה פשוט משתלם יותר כלכלית לשרוף עוד נפט. הדרך השניה כרוכה בשימוש בחלק מהאנרגיה הזורם דרך החלקים הלא ביולוגים של כדור הארץ. זרמי הימים, תנועת הגלים והרוח כולם מחוללים על ידי שטף של אנרגיית שמש. גם כאן הטכנולוגיה המאפשת לנו לנצל אנרגיה זו לטובתנו עדיין בחיתוליה. חשוב לשים לב להיבט נוסף של שימוש באנרגיה ממקורות לא ביולוגים: המערכות הלא-ביולוגיות והביולוגיות של כדור הארץ קשורות בדרכים שאינן ידועות לנו באופן מלא. לכן ייתכן כי ניצול אנרגיה ממקורות אלו יגרע אנרגיה מהביוספירה מכיוון שתהליכים מקיימים שלה אשר נעשים כיום על ידי הסביבה הלא ביולוגית של כדור הארץ ייחלשו. למשל ניצול זרמי הים עלול לפגוע באיזון של המערכות החיות באוקיינוסים וכך בכל הביוספירה. דרושה לנו הערכה של כמות האנרגיה אשר ניתן לנצל בדרך זו מבלי לפגוע בביוספירה.

מקורות אנרגיה מתחדשים הם למעשה הגדלת יכולת הביוספירה להטמיע את אנרגיית השמש במסלול מהיר, אשר מאפשר לנו לנצל אותה כיום. הדוגמה הבולטת לסוג זה של אנרגיה הוא השימוש בביו-דיזל וביו-אתנול. אלו הם חומרי דלק דומים לנפט המופקים מצמחים. כך אנו מקצרים את משך הזמן הדרוש לנו לניצול אנרגיה מהביוספירה. אולם גם פתרון זה הוא חלקי. אנו מגדילים את יכולת הביוספירה להטמיע אנרגיה על ידי הגדלת כמו הצמחים שבה ומשתמשים בהם מייד לטובתנו, אולם יכול להיות כי הגדלת כמות הצמחים השימושיים לנו תבוא על חשבון מרכיב אחר של הביוספירה ותפגע בתהליך מקיים שלה, כך תידרש לביוספירה אנרגיה נוספת לאזן את עצמה. בנוסף, עלינו לקיים מעל אינסופי של הטמעה מחדש של תוצרי השריפה של אותם דלקים המופקים מצמחים שאנו שתלנו.

מקורות אנרגיה מתחדשים הם למעשה הגדלת יכולת הביוספירה להטמיע את אנרגיית השמש במסלול מהיר, אשר מאפשר לנו לנצל אותה כיום. הדוגמה הבולטת לסוג זה של אנרגיה הוא השימוש בביו-דיזל וביו-אתנול. אלו הם חומרי דלק דומים לנפט המופקים מצמחים. כך אנו מקצרים את משך הזמן הדרוש לנו לניצול אנרגיה מהביוספירה. אולם גם פתרון זה הוא חלקי. אנו מגדילים את יכולת הביוספירה להטמיע אנרגיה על ידי הגדלת כמות הצמחים שבה ומשתמשים בהם מייד לטובתנו, אולם יכול להיות כי הגדלת כמות הצמחים השימושיים לנו תבוא על חשבון מרכיב אחר של הביוספירה ותפגע בתהליך מקיים שלה, כך תידרש לביוספירה אנרגיה נוספת לאזן את עצמה. בנוסף, עלינו לקיים מעגל אינסופי של הטמעה מחדש של תוצרי השריפה של אותם דלקים המופקים מצמחים שאנו שתלנו.

==טכנולוגיות אנרגיה פנטסטיות==

==טכנולוגיות אנרגיה פנטסטיות==