Planeetta Maan energiaresurssit ja energiavirrat

Aurinko

Tähdet ovat maailmankaikkeuden pääasiallinen energialähde, ja näin ollen on luonnollista että planeetta Maalla pääasiallinen energialähde on täällä lähimpänä oleva tähti eli Aurinko.

Tähdistä, kuten Auringosta, siirtyy eksergiavirtoja ympäröivään maailmankaikkeuteen monen taajuisena sähkömagneettisena säteilynä. Jokaisella tähdellä on omanlainen säteilyspektri, eli jokainen tähti säteilee eri määrän energiaa eri taajuuksilla. Eri säteilytaajuuksien voimakkuuksien huomioiminen on myös olennaista energiasovelluksien kehityksessä ja monien ilmiöiden mallinnuksessa.

(Kiinnostava kuriositeetti tähden säteilyspektrin vaikutuksesta evoluution suhteen: planeetta Maalla kehittyneiden eläinten näköaistit ovat mukautuneet Auringon säteilytaajuuksien perusteella, mistä johtuen näkemämme valo väreineen kattaa nimenomaan Auringon eniten säteilemät sähkömagneettisen säteilyn taajuudet. Ne taajuudet joita me nimitämme infrapunaksi tai ultravioletiksi ja joita emme siis näe, voi toisen tähden lähettyvillä kehittyville lajeille olla eri sähkömagneettisen säteilyn taajuusalueet, riippuen kyseisen tähden säteilyspektristä.)

Auringon sähkömagneettisen säteilyn aikaansaamat energiavirrat

Auringon säteilemä eksergia on käytännössä se joka mahdollistaa suurimman osan siitä mitä planeetta Maalla tapahtuu.

Auringon sähkömagneettisen säteilyn absorptiosta syntyvät lämpötilaerot saavat aikaan merivirtoja ja tuulia jotta lämpötilaerot tasaantuvat ja syntyneet ilman liikkeet eli tuulet saavat aikaan aaltoja. Lisäksi Auringon sähkömagneettisen säteilyn absorbptio vesissä haihduttaa vettä ilmaan, joka tiivistyy pilviksi ja sittemmin sadevetenä synnyttää jokia ja puroja. Kaikkia näitä liike-energioita eli merivirtojen energiaa, tuulivoimaa, aaltovoimaa, sekä vesivoimaa voidaan joko hyödyntää sellaisenaan liikkeenä tai muuntaa toiseksi energiamuodoksi, esimerkiksi sähköenergiaksi generaattorien avulla.

Toinen Auringon aikaansaama energiavirtojen kokonaisuus on sen mahdollistama elämä. Levät, kasvit ja myös jotkin bakteerit elävät Auringon energian avulla muuntaen ja varastoiden sitä kemialliseksi sidosenergiaksi glukoosin muotoon, "yhteyttämiseksi" kutsutun prosessin avulla. Tätä yhteyttämällä muodostunutta kemiallista sidosenergiaa voivat hyödyntää levien, kasvien ja bakteerien itsensä lisäksi myös niitä syövät eläimet ja sittemmin yhteyttäviä eliöitä syöneitä eläimiä syövät eläimet. Oikeastaan kaikki elämä planeetta Maalla siis viime kädessä on syntynyt ja yhä elää yhteyttämisprosessin varassa joka perustuu Auringon eli tähden säteilyenergiaan. Kasveja kuten puuta on hyödynnetty jo pitkään energiamielessä.

(Yhteyttämisessä hiilidioksidista syntyy kemialliseksi sidosenergiaksi varastoituneen energian lisäksi myös happea, ja happi on kaikkien eläinten soluhengitykseensä tarvitsema aine. Eläinten soluhengityksessä jälleen syntyy hiilidioksidia, jota yhteyttävät olennot eli levät, kasvit ja osa bakteereista tarvitsee yhteyttämiseen. Eli kasvit ja eläimet elävät tällä tavoin symbioottisessa suhteessa auttaen toinen toistaan.)

Kasvien ja eläinten kuoleman jälkeen vuosimiljoonien saatossa, kun uutta maakerrosta on kertynyt niiden päälle riittävästi, kasvien ja eläinten fossiilit paineistuvat olosuhteista riippuen joko kiinteäksi kivihiileksi, nestemäiseksi öljyksi tai kaasumaiseksi maakaasuksi. Nämäkin energiamuodot ovat siis lähes kokonaan Auringon säteilemän energian jäänteitä. Eläimet kuitenkin ovat hyötyneet ja edelleen hyötyvät myös planeetta Maan sisäisen lämmön siirtymisestä planeetta Maan maanpinnalle ja ilmakehään, mutta myös Aurinko on tässäkin suhteessa merkittävä tekijä lämmittäen paitsi ilmakehää ja koko planeetta Maan pinta-alaa eli sen maapintoja, vesistöjä ja jäätiköitä, myös eliöitä itseään.

Maan ytimen lämpöenergia

Planeetta Maan ytimen lämpöenergia on myös merkittävä potentiaalinen energialähde ennen kaikkea kaukana päiväntasaajalta oleville alueille talvikausiksi. Planeetta Maan ytimen lämpöenergia on peräisin toisaalta planeetan muodostumiskitkasta ja toisaalta radioaktiivisesta säteilystä. Sitä missä suhteessa näiden kahden tekijän merkittävyys nykyisestä lämpöenergiasta on, on merkittävä asia sillä mitä suurempi osuus on peräisin radioaktiivisesta säteilystä, niin sitä enemmän lämpöä riittää pitkällä aikavälillä, ja ytimen lämpötila on elämän kannalta kriittisen tärkeää, sillä planeetta Maata monilta sähkömagneettisilta ilmiöiltä suojaava magneettikenttä on olemassa Maan ytimessä sulana liikkuvan raudan ansiosta. Jos lämpötila laskee alle raudan sulamispisteen, niin samalla häviää myös Maapallon magneettikenttä ja sen elämää suojaava vaikutus. Planeetta Maan sisällä syntyvän lämpöenergian seurauksena tapahtuu maalaattojen siirtymät ja maanjäristykset, tulivuorten ja geysirien toiminta ja tämän lisäksi planeetta Maan sisällä syntyvä lämpöenergia lämmittää myös meriä ja Maan päällistä ilmakehää.

(Useampien tutkimusten mukaan planeetta Maan ytimen radioaktiivisuuden vaikutus sen ytimen kokonaislämpöön vaikuttaisi olevan niin suuri, että Maan ytimessä riittäisi hyvin lämpöä niin pitkään että Aurinkokin ehtii joka tapauksessa aloittaa kuolemisprosessin ennen kuin planeetta Maan ytimen rauta ehtii kiinteytyä. Ja Auringon kuollessa planeetta Maa muuttuu joka tapauksessa asumiskelvottomaksi eli viimeistään muutaman miljardin vuoden kuluttua olisi joka tapauksessa löydettävä toinen asuinkelpoinen paikka elämälle, mikä voisi olla joko Auringosta nähden kaukaisempi planeetta Mars joka säilyy Maata pidempään asumiskelpoisena, taikka sitten jonkin toisen sillä hetkellä vakaan tähden elinkelpoinen planeetta. Tuodaan tässä yhteydessä esille myös se että nykyarvioiden mukaan Linnunrata ja Andromeda galaksit yhdistyvät törmäämällä noin 4,5 miljardin vuoden kuluessa joten siinäkin riittää pohdittavaa. Mutta sitä ennen on vielä monta muutakin haastetta ratkottavana (mm. asteroidit, supernovat ja ultranovat ym.).)

Ydinenergia

Auringon sähkömagneettinen säteilyn jälkeen toiseksi merkittävin primäärienergialähde on planeetta Maalta löytyvät ydinenergiaresurssit. Myös Auringon sähkömagneettinen säteilyenergia syntyy ydinreaktioiden lämmöstä ja samoin syntyy suurelta osin myös planeetta Maan sisäinen lämpöenergia. Aineelliset ydinenergiaresurssit ovat sellaisia alkuaineita, kuten uraani, thorium ja plutonium, joita pystytään hyödyntämään fissioireaktioihin, sekä vetyä jota pyritään hyödyntämään fuusioreaktioihin. Ydinreaktiot liittyvät alkeishiukkasfysiikkaan ja heikon vuorovaikutuksen aikaansaamaan alkeishiukkasen muuttumisessa toiseksi. Fissiossa vähintään atomin yhden protonin ylös-kvarkki muuttuu alas-kvarkiksi joka johtaa siihen että kyseisestä protonista tulee neutroni ja atomin protoniluku pienenee eli alkuaine muuttuu pienemmän järjestysluvun alkuaineeksi. Fuusiossa on kyse päinvastaisesta tapahtumasta eli protoniluku kasvaa ja alkuaine muuttuu isomman järjestysluvun alkuaineeksi. Samalla syntyy sivutuotteena beta+ tai beta- -hiukkanen ja runsaasti energiaa. Ydinenergiaa on osattu hyödyntää toisesta maailmansodasta lähtien.

Muut planeetta Maan primäärienergialähteet

Näiden lisäksi hyödynnettävä energialähde on myös lähimpänä olevien massiivisten Aurinkokunnan kappaleiden ja planeetta Maan välisestä gravitaatiovuorovaikutuksesta seuraavat vuorovedet, joiden liike-energiaa voidaan hyödyntää eksergialähteenä. Tämänkin muodostumisessa Aurinko on toiseksi merkittävin tekijä ollen vähemmän merkittävä kuin Kuu, mutta merkittävämpi kuin kolmanneksi merkittävin eli planeetta Jupiter.

Lisäksi merialueiden välisiä suolapitoisuuseroja voidaan hyödyntää energialähteenä ja ylipäätään tiettyjä aineita joita vesistä löytyy. Esim. merten sisältävää magnesiumia osalta sitä voidaan hyödyntää vaikkapa WaterLight-yhtiön toteuttaman magnesiumlampun avulla (https://www.youtube.com/watch?v=SbFymFiHnVA)

Saatavilla olevat primäärienergiamäärät