Процессы трансформации солнечной энергии в ландшафте

 

Трансформация солнечного излучения в природно - территориальном комплексе включает в себя процессы рассеивания энергии в виде солнечной радиации, тепла, преобразования в химическую и механическую энергию структурно-функциональных частей ландшафта.

Процесс трансформации солнечной энергии в виде структурной схемы представлен на рис.2.1.

Рисунок 2.1. Трансформация солнечной энергии в ландшафте:

С-суммарная солнечная радиация; Се - тепловое излучение; Са - отраженная радиация;

Сr - радиационный баланс; Сh- испарение воды; Cf - энергия на фотосинтез; Ср - энергия фитомассы; Сdp - энергия на жизнедеятельность растений; Cz- энергия зоомассы; Cdz - энергия на жизнедеятельность зоомассы; Cm - энергия мортомассы; Cdm - энергия на жизнедеятельность редуцентов; Cs - энергия педомассы.

Суммарная солнечная радиация (С ) - это та часть солнечного излучения, которая достигает земной поверхности. Ее годичная величина меняется в широких пределах от 334×10⁴ кДж/м²×год (Арктика) до 836×10⁴ кДж/м²×год (Сахара, Аравийский полуостров, Австралия) [ 18 ].

Около половины от суммарной солнечной радиации составляет фотосинтетически активная радиация (ФАР). Это та часть энергии солнечного излучения, которая может быть трансформирована зелеными растениями в химическую энергию молекул живого вещества.

В результате рассеивания и отражения солнечного излучения структурами ландшафта фактическая энергия солнечного излучения, используемая в ландшафте несколько ниже. Эта часть солнечного излучения носит название радиационного баланса ландшафта С_r :

 

С_r = С - С_е - С_а ,

где С_е - тепловое излучение ландшафта;

С_а - отраженная радиация.

Для различных типов ландшафтов средние годовые значения С_r меняются

в широких пределах:

• арктические пустыни 42 ×10⁴ кДж/м²
• тундра 84 ×10⁴ кДж/м²
• тайга 125 ×10⁴ кДж/м²
• леса умеренного пояса 167 ×10⁴ кДж/м²
• субтропики 209 - 225 ×10⁴ кДж/м²
• тропические леса 251 - 334 ×10⁴ кДж/м²

 

Значительная часть энергетического потенциала радиационного баланса расходуется в ландшафте на испарение воды. Этот процесс представляет собой трансформацию солнечной энергии в механическую энергию части гидромасс, которые в виде пара поднимаются в атмосферу и, конденсируясь, в форме выпадающих атмосферных осадков являются источником механической энергии для переноса вещества в водных потоках.

Остальная часть солнечной энергии С_fзатрачивается на процессы жизнедеятельности растений С_dp и запасается в виде химической энергии молекул фитомассы С_р, образующейся в процессе фотосинтеза. Причем, основное количество энергии затрачивается на прoцессы жизнедеятельности, максимальное количество солнечной энергии ( для условий тропического леса), идущее на образование фитомассы, составляет только 3.5% от C_f.

На этой стадии преобразование солнечной энергии заканчивается и начинается ее использование в различных биогеохимических процессах, обеспечивающих функционирование экологической системы и постоянный круговорот химических элементов в ландшафте.

Основная часть образованной в ландшафте фитомассы ( до 90 %) переходит вмортомассу, остальная (около 10%) непосредственно используется животными. Эффективность использования энергии фитомассы на синтез живой материи зоомассы составляет не более 10%, остальная часть С_dz рассеивается в процессах ее жизнедеятельности.

При разложении (минерализации) мортомассы заключенная в ней химическая энергия выделяется, затачиваясь на протекание различных процессов рассеивания, концентрирования, круговорота химических элементов в пределах ландшафта. Величина рассеиваемой химической энергии определяется разностью между энергией мортомассы и педомассы ландшафта:

 

С_ms = C_m - C_s

 

Наибольшее значение С_s (10 - 20 % ) характерно для болотных ландшафтов, минимальное - для пустынных.

Таким образом, живое вещество (фитомасса) поглощает и преобразует только малую часть солнечной энергии. Львиная доля падающего солнечного излучения отражается, рассеивается турбулентными воздушными потоками, затрачивается на испарение воды. Несмотря на малую долю поглощенной фитомассой солнечной энергии, этот процесс вносит в ландшафт чрезвычайно активную форму энергии - химическую, которая приводит в движение основные геохимические процессы, протекающие в природно-территориальных комплексах.