Термодинамика биосферы. Солнечная энергия – основа существования жизни на Земле. Энергетический баланс биосферы

Источником энергии солнечного излучения служит термоядерная реакция на Солнце. Основная часть этой энергии испускается в виде электромагнитного излучения в диапазоне 0,2 3 мкм. При прохождении через атмосферу солнечный свет ослабляется в основном из-за поглощения инфракрасного излучения парами воды и ультрафиолетового излучения озоном, а также за счет его рассеяния молекулами газов, частицами пыли и аэрозолями. Параметром, отражающим влияние атмосферы на интенсивность и спектральный состав солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, является атмосферная (или воздушная) масса. Отраженные потоки солнечной энергии от различных компонент планетной системы от безоблачной атмосферы, от облаков, от поверхности планеты, в частности от ее ледяного покрова, и т.д. – составляют альбедо планеты. Альбедо Земли оценивается величиной ~ 30%.При переносе теплоты излучением испускаемую энергию несут электромагнитные волны. Каждый объект излучает тепло. Мощность испускаемого излучения абсолютно «черного» тела описывается законом Стефана – Больцмана: P = SεσT⁴, где P – мощность излучения, Вт/м2; постоянная Стефана – Больцмана, σ = 5,67⋅10-8, Вт/(м2⋅К4); S – площадь излучающей поверхности, м2; T – температура поверхности, K .

Длина волны, на которой спектр излучения достигает своего максимума, определяется законом смещения Вина: λmax ⋅T =b,где λ – длина волны, м; T – температура, K ; постоянная Вина, b = = 2,90·10-3, м· K .Составление баланса между поглощаемой планетой за вычетом альбедо солнечной радиацией и энергией, излучаемой планетой по закону Стефана − Больцмана, позволяет получить соотношение для определения так называемой эквивалентной температуры. Здесь α − альбедо планеты; Сs – плотность потока солнечной энергии на орбите планеты. Оказывается, что с единицы площади земной поверхности излучается большая энергия, чем поглощаемая из космического пространства. Указанные противоречия теплового баланса разрешаются наличием и составом атмосферы данной планеты и ее способностью в разной степени пропускать различные участки спектрального состава излучения. Относительно плотная атмосфера в той или иной степени свободно пропускает жесткое коротковолновое излучение, составляющее значительную долю в спектре солнечной радиации, и практически полностью задерживает тепловое излучение планеты. Подобное явление получило название парникового эффекта, а газовые компоненты атмосферы, способные оказывать существенное влияние на данный процесс, - парниковыми газами. Фактически разница между реальной и эквивалентной температурами служит количественной оценкой парникового эффекта.

Солнце - основа существования большинства форм и разновидностей жизни на Земле и Источник, рядом с которым нам посчастливилось находиться в относительной близости. Единственная субстанция, которая будет передавать нам свою энергию в виде тепла и света в течение последующих пяти миллиардов лет. Энергия на Светиле образуется в ходе термоядерной реакции смысл которой заключается в следующем: ядра атомов легких элементов соединяются в ядро атома более тяжелого элемента, при этом масса этого нового ядра оказывается меньше чем суммарная масса ядер из которых оно образовалось. Остаток массы трансформируется в энергию , которая перемещается частицами, освободившимися в ходе реакции протекающей при температуре свыше 10 млн. градусов по Цельсию. 
Основными элементами составляющими наше солнце являются водород и гелий. В результате вышеописанной реакции, из четырех атомов водорода образуется один атом гелия. Энергетический баланс биосферы - соотношение между поглощаемой и излучаемой энергией. Определяется приходом энергии Солнца и космических лучей, которая усваивается растениями в ходе фотосинтеза, часть преобразуется в другие виды энергии и еще часть рассеивается в космическом пространстве.