《שמירה על איזון האנרגיה Maintaining Energy Balance》

【שמירה על איזון האנרגיה חלק שני - החיים על כדור הארץ--עמוד 维持能量的平衡下编】

קרן האור הראשונה של שחר החיים. כפי שכתב המשורר ט.ס. אליוט: "מה שאנו מכנים התחלה הוא לעתים קרובות הסוף, ולעשות סוף זה לעשות התחלה."

     כדור הארץ קיבל כבר בתחילתו מתנה מהיקום: מים (H₂O). מערכת המים היא ביטוי ישיר לאיזון האנרגטי. שבירה וארגון מחדש של קשרי מימן אוגרים ומשחררים חום. כאשר מים נוזליים מתקררים ל-0°C, הם משחררים חום סמוי ויוצרים מבנה גבישי של קרח. מבחינת שינויי האנרגיה התרמית: קרח (מוצק) סופג חום, מתגבר על כבלי קשרי המימן והופך למים נוזליים. מים נוזליים ב-100°C סופגים 2258 kJ/kg (540 cal/g) של חום סמוי ומתאדים, ואדי מים נושאים אנרגיה זו לאטמוספירה. שלושת שינויי הפאזה של המים מקיימים את המבנים היציבים שלהם בהתאם לשינויים באנרגיה. כאשר אדי מים מתקררים ומתעבים, הם משחררים כמות שווה של חום, ומניעים הולכה תרמית ומשקעים. הפיכת קרח ישירות לאדי מים דורשת ספיגה של 680 cal/g של אנרגיה, תופעה הנפוצה באזורי פרמפרסט או על פני כיפות קרח קוטביות. כאשר אדי מים קופאים ישירות לגבישי קרח (כמו היווצרות כפור), הם משחררים חום. בקרח, מולקולות מים יוצרות מבנים מסודרים באמצעות קשרי מימן, ואוגרות אנרגיה פוטנציאלית. בהתכה, יש לשבור את קשרי המימן, לשחרר אנרגיה פוטנציאלית ולהמירה לאנרגיה תרמית. באדי מים, הכוחות הבין-מולקולריים חלשים, והאנרגיה הפוטנציאלית מאוחסנת באנרגיה הקינטית של המולקולות. אדי מים פועלים כ"נשא אנרגיה", ומעבירים את אנרגיית השמש הנקלטת באוקיינוסים אל היבשה בצורת חום סמוי. כ-30% מאנרגיית הקרינה הסולארית העולמית מחולקת מחדש מדי שנה באמצעות מחזור המים. איזון האנרגיה של מערכת המים הוא תוצאה של הצימוד הדינמי בין חום סמוי של שינוי פאזה, חילופי חום רגיש ואגירת אנרגיה.

     בדיוק תכונותיה של מערכת המים, יחד עם הטמפרטורה המתאימה של כדור הארץ והיווצרות האטמוספירה שלו, סיפקו את הבסיס להופעת החיים המאוחרת על כדור הארץ. קיומם של מים נוזליים ואדי מים כ"נשא אנרגיה" הזרימו תנופה להתפתחות התרבות. לאחר שהופיע האדם, "חודר עם הרוח בלילה, מרטיב את כל הדברים בדממה וברכות", למד האדם לנצל את אנרגיית מחזור המים. אנרגיה הידרואלקטרית ואפילו תחנות הכוח הגרעיניות המתקדמות ביותר היום מונעות כולן על ידי כוח מקורי זה. כפי שאמר לאו דזה: "הטוב העליון הוא כמו מים. מים מועילים לכל הדברים ללא מאבק." איזון מערכת המים הוא ניצחון של חוקי הפיזיקה, ובמקביל מתנה של חוכמת הטבע. מים הם "הדם הכחול" שהיקום העניק לכדור הארץ. שלושת שינויי הפאזה שלו טווים רשת אנרגיה, מגדלים חיים ומזינים תרבות. ממעיינות הידרותרמיים במעמקים...