Sơ lược về năng lượng trên Trái Đất - Joshua M. Sneideman

Năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự mất đi, và nhu cầu sử dụng năng lượng trên thể giới tiếp tục tăng. Nhưng năng lượng đến từ đâu và chúng đi đâu? Joshua M. Sneideman lý giải những cách mà năng lượng tuần hoàn xung quanh hành tinh của chúng ta, từ mặt trời đến chuỗi thức ăn, nguồn điện và xa hơn nữa.

Năng lượng ở xung quanh chúng ta,

một đại lượng vật lí mà tuân theo
chính xác quy luật của tự nhiên.

Vũ trụ chỉ có một lượng năng lượng
nhất định;

Nó không tự sinh ra mà cũng
không tự mất đi

mà chuyển từ trạng thái này
sang trạng thái khác,

ví dụ như động năng hay thế năng,

với các tính chất và công thức khác nhau
để ghi nhớ.

Ví dụ,

bóng đèn để bàn sử dụng bóng LED
công suất 6W

có khả năng sinh 6 jul năng lượng ánh sáng
mỗi giây.

Nhưng hãy quay trở lại vũ trụ của chúng ta

để quan sát hành tinh này,
các hệ thống và các dòng năng lượng của nó.

Hệ thống vật lý của Trái Đất
bao gồm

tầng khí quyển, thuỷ quyển

thạch quyển và sinh quyển.

Năng lượng di chuyển ra vào các hệ thống

và khi năng lượng chuyển hoá giữa chúng,

một số bị mất vào môi trường xung quanh,

như nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh,

sóng hoặc chuyển động.

Năng lượng trên hành tinh của chúng ta đến
từ cả bên trong và bên ngoài.

Năng lượng địa nhiệt
đến từ các đồng vị phóng xạ

và năng lượng quay của Trái Đất

là nguồn năng lượng bên trong,

trong khi đó Mặt Trời
là nguồn năng lượng bên ngoài chủ yếu,

điều khiển các hệ thống cụ thể
như thời tiết và khí hậu.

Ánh nắng làm nóng bề mặt và khí quyển
với lượng khác nhau,

gây ra sự đối lưu,

tạo ra gió và
tác động đến các dòng chảy của đại dương.

Bức xạ hồng ngoại, toả ra từ
bề mặt của Trái Đất,

bị 'nhốt' bởi khí nhà kính
và ảnh hưởng tiếp tục đến dòng năng lượng.

Mặt Trời còn là nguồn sống chủ yếu
của các loài sinh vật.

Thực vật, tảo và vi khuẩn lam

dùng ánh sáng mặt trời sản xuất
chất hữu cơ

từ khí CO2 và nước,

cung cấp năng lượng cho chuỗi thức ăn
của sinh quyển.

Chúng ta giải phóng năng lượng thực phẩm
bằng các phản ứng hoá học,

như quá trình đốt cháy năng lượng và
hô hấp

Tại mỗi bậc của chuỗi thức ăn,
một số dạng năng lượng được dự trữ

trong các cấu trúc hoá học mới được
tạo ra,

nhưng chủ yếu là bị mất vào môi trường
xung quanh,

như nhiệt độ, thân nhiệt của bạn
chẳng hạn,

được giải phóng bởi sự tiêu hóa.

Bây giờ, nếu mắt xích đầu tiên trong chuỗi
thức ăn ăn thực vật,

chỉ có 10% tổng số năng lượng được chuyển
lên bậc tiếp theo.

Vì năng lượng chỉ được chuyển hoá
theo một hướng trong chuỗi thức ăn,

từ sản xuất đến tiêu thụ và phân huỷ,

sinh vật ăn sinh vật bậc thấp hơn
trong chuỗi thức ăn

sống hiệu quả hơn
so với sinh vật bậc cao hơn

Vì vậy sinh vật sản xuất
là bậc hiệu quả nhất

nơi mà một sinh vật có thể nạp năng lượng,

tuy nhiên nếu thiếu nguồn năng lượng đầu
vào liên tục, với những sinh vật này,

chủ yếu là ánh sáng mặt trời,

cuộc sống trên Trái Đất, như ta đã biết
sẽ chấm dứt.

Con người chúng ta, dùng năng lượng để
làm rất nhiều các việc khác bên cạnh ăn uống

Chúng ta đi lại, xây dựng, cung cấp
năng lượng cho các thiết bị điện tử.

Để làm các việc đó,

ta sử dụng các nguồn như nhiên liệu
hoá thạch như:

than, dầu và khí tự nhiên,

những thứ chứa năng lượng

mà thực vật đã lấy từ ánh mặt trời
rất lâu trước đó

và dự trữ nó dưới một dạng của Các bon.

Khi ta đốt nhiên liệu hoá thạch ở những
nhà máy điện,

ta giải phóng nguồn năng lượng dự trữ

để tạo ra điện.

Để tạo ra điện,

nhiệt từ việc đốt cháy nhiên liệu
hoá thạch được sử dụng để làm quay tua bin

để làm nam châm quay,

liên tục tạo ra các sự
thay đổi từ trường

được nối với một cuộn dây điện

gây ra cảm ứng điện từ trong dây dẫn.

Nền văn minh hiện đại phụ thuộc
vào khả năng

tiếp tục cấp năng lượng cho
dòng điện từ đó.

May mắn thay, chúng ta không bị hạn chế
đốt các nhiên liệu hoá thạch không thể tái tạo

để tạo ra điện.

Cảm ứng điện từ còn có thể được tạo ra

bởi sự tương tác trực tiếp với các
hạt ánh sáng,

đó là cách mà pin mặt trời vận hành.

Các nguồn năng lượng tái tạo khác,

như gió, nước,

địa nhiệt và nhiên liệu sinh học

cũng có thể dùng để tạo ra điện.

Nhu cầu năng lượng trên Trái Đất đang tăng,

nhưng những nguồn năng lượng ở Trải Đất
là có hạn,

để tiếp cận thông qua một phức hợp
cơ sở hạ tầng.

Khi dân số tăng,

bên cạnh tốc độ công nghiệp hoá
và phát triển,

các quyết định về năng lượng cũng
càng ngày càng quan trọng.

Năng lượng tác động đến y tế, giáo dục

quyền lực chính trị và kinh tế xã hội.

Nếu ta có thể cải thiện hiệu suất
sử dụng năng lượng,

chúng ta sẽ sử dụng tài nguyên thiên nhiên
có trách nhiệm hơn

và nâng cao đời sống của con người.