Солнечная радиация и ее преобразование. Энергетический баланс Земли. Распределение составляющих энергетического баланса

Наиболее значимым фактором внешней среды является свет. Без него невозможна фотосинтетическая деятельность растений, а без последней невозможна жизнь вообще, посколь­ку зеленые растения имеют способность продуцировать необ­ходимый для жизни живых существ кислород. Кроме того, свет является единственным источником тепла на планете Земля.

Однако есть и другие аспекты воздействия света на живые организмы. Тот'факт, что растениям необходим свет, сущес­твенно влияет нй структуру сообществ. Распространение вод­ных растений, океанических животных и планктона ограниче­но областью проникновения солнечных лучей.

В экологии под термином «свет» подразумевается весь ди­апазон солнечного излучения, достигающего земной поверх­ности. Солнце излучает в космическое пространство громад­ное количество электромагнитных волн разной длины и час­тоты. Спектр распределения энергии излучения Солнца за пределами земной атмосферы показывает, что около полови­ны солнечной энергии излз^ается в инфракрасной области, 40 % - в видимой и 10 % - в ультрафиолетовой и рентгенов­ской областях. Земная атмосфера, включая озоновый слой, се­лективно, т.е. избирательно по частотным диапазонам, погло­щает энергию электромагнитного излучения Солнца, и до по­верхности Земли доходит в основном излучение с длиной вол­ны от 0,3 до 3 мкм.

Хотя на Землю попадает лишь одна двухмиллиардная часть солнечного излучения, на каждый 1 м^ планеты прихо­дится в среднем по 1,3 кВт энергии. Ее хватило бы для работы электрического чайника или утюга.

Для живого вещества важны качественные признаки света - длина волны, интенсивность и продолжительность воздейс­твия. Излучение, воспринимаемое нашим глазом, - это лишь часть спектра электромагнитных колебаний. Эта область охватывает диапазон волн длиной 0,39-0,76 мкм[1]. Электромаг­нитные волны большей длины лежат в инфракрасной области спектра (0,76-4,0 мкм). Они воспринимаются человеком как

0,1 мкм 0,01 мкм 0,001 мкм Рис. 33. Спектр электромагнитного излучершя Солнца

тепло. Более короткие - ультрафиолетовые волны (менее 0,4 мкм) наши органы чувств непосредственно не воспринима­ют. Другие живые существа, в частности насекомые, наоборот, воспринимают инфракрасные и ультрафиолетовые излуче­ния, недоступные человеку (рис. 3.3).

Известно, что животные и растения реагируют на измене­ние длины волны света. Цветовое зрение развито в разных группах животных по-разному: оно хорошо развито у некоторых видов членистоногих, рыб, птиц и млекопитающих, но у других видов тех же групп оно может отсутствовать. На рис. 3.4 показа­но восприятие цветочного луга человеком и пчелой.

Часть солнечных лучей, преодолев огромное расстояние, достигает поверхности Земли, освещает и обогревает ее. Под­считано, что на нашу планету поступает около одной двухмиллиардной части солнечной энергии, а из этого количества лишь 0,1-0,2 % используется зелеными растениями на созда­ние органического вещества.

Солнечная энергия, которую зеленые растения поглощают и используют, называется фотосинтетически активной радиа­цией (ФАР). В этом спектральном диапазоне (0,38-0,71 мкм) в живых организмах совершаются важнейшие фотобиологические процессы. Показатели ФАР очень изменчивы. Интен­сивность фотосинтеза варьируется с изменением длины вол­ны света. Например, при прохождении света через воду крас­ная и синяя части спектра отфильтровываются и получаю­щийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом. Однако красные водоросли имеют дополнительные пигменты (фикоэритрины), позволяющие им использовать эту энергию и жить на большей глубине, чем зеленые водоросли.

Оказывается, для растений наиболее продуктивными яв­ляются не прямые солнечные лучи, которые падают перпен­дикулярно на зеленую поверхность листьев, а рассеянные. Прямая радиация Солнца в зависимости от высоты светила над горизонтом содержит 28-43 % ФАР. Рассеянная радиа­ция при солнечном свете составляет 50-60 %, рассеянная ра­диация при ясном небе - до 90 % ФАР.

Световой фактор играет для растений весьма важную роль: от интенсивности солнечного освещения зависит продуктив­ность, производительность растений. Однако световой режим на Земле довольно разнообразен. В лесу он иной, чем на лугу. Освещение в лиственном и темнохвойном еловом лесу замет­но различается. Таких примеров можно привести множество. Конечно, растения стремятся как можно полнее использовать ту солнечную радиацию, которая достигает Земли. Присмот­ритесь к комнатным растениям на ваших подоконниках. Они так и тянутся к солнечному свету, а если его недостаточно, то вытягиваются, истончаются, листья их мельчают.