Энергия в экосистемах. Солнечная радиация, поступающая на поверхность Земли, составляет около 99,8% в общем балансе энергии планеты

Солнечная радиация, поступающая на поверхность Земли, составляет около 99,8% в общем балансе энергии планеты. Земля получает всего ½ млрд. часть лучистой энергии Солнца, тем не менее эта энергия поддерживает тепловой баланс Земли, обеспечивает водный обмен организмов, создание и превращение органического вещества автотрофным звеном биосферы. Все это в конечном итоге делает возможным формирование среды, которая способна удовлетворить жизненные потребности организмов.

Излучение Солнца, приходящее к верхней границе литосферы, равно 8,3 Дж/см в мин. Эта величина носит название солнечной постоянной. 19% солнечной энергии поглощается при прохождении через атмосферу (аэрозолями, СО2, водяным паром, озоном, О2). 34% отражается обратно в космическое пространство. Следовательно, лишь 47%ее достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной радиации. Прямая и рассеянная радиация вместе составляют суммарную. Суммарная радиация создает для живых организмов теневой и световой режим. Солнечное суммарное излучение структурно состоит из лучей с разной длиной волны, инфракрасных, видимых и ультрафиолетовых.

На поверхности Земли солнечная энергия распределяется неравномерно прежде всего ввиду шарообразности Земли: приэкваториальный пояс поучает больше всего, к полюсам уменьшается.

В энергетическом отношении жизнь в биосфере поддерживается постоянным притоком энергии Солнца и использованием ее в процессе фотосинтеза. Поток солнечной энергии, воспринимаясь молекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических связей. В процессе фотосинтеза растения используют лучистую энергию солнечного света для превращения веществ с низким содержанием энергии в более сложные органические соединения.

Органические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза, служат источником энергии для самого растения или переходят в процессе поедания и последующего усвоения к травоядным животным, от них плотоядным. В органических соединениях выделение энергии происходит также в процессе дыхания и брожения. В отличие от вещества энергия не совершает круговорота имеет однонаправленный поток.

СЭ (солнечная энергия) --- продуценты --- консументы 1 порядка--- консументы 2 порядка -------- редуценты.

Надо иметь ввиду, что Земля несколько меньше энергии излучает в космос, чем ее получает от Солнца. Разница идет на поддержание и развитие жизни, в некоторой степени и на депонирование (так образовалось каменный уголь, торф и др. ископаемые виды топлива).

Ввиду шарообразности Земли солнечная энергия распределяется неравномерно, повышаясь от полюсов к экваторам, там же возрастает видовое разнообразие. Человек еще в первобытнообщинную эпоху стал использовать энергию, накопленную живыми организмами. В настоящее время использование биогенного топлива приобрело колоссальные масштабы, вся хозяйственная деятельность человека строится на использовании ископаемого топлива.

 

 

6. «Учение о биосфере» как закономерный этап развития наук о Земле

 

Биосфера – “область жизни”, пространство на поверхности земного шара, в котором распространены живые существа. Термин был введен в 1875 г. австралийским геологом Эдуардом Зюссом. Термин вошел в обиход, не имея четкого определения.

Еще раньше, в 1802 г. знаменитый французский ученый Ж.Б. Ламарк, не употребляя термина “биосфера”, отметил, что на Земле все живое и неживое составляют единое целое.

Затем на рубеже 19-20 веков русский почвовед В.В. Докучаев обосновал идею глобального влияния жизни на природные явления.

Все же развернутое учение о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому, опубликовавшему в 1926 г. свой классический труд “Биосфера”. В книге приведены принципиальные положения Вернадского о биосфере, которые органически сочетают подходы его предшественников. С одной стороны он рассматривает биосферу как оболочку Земли, в которой существует жизнь. В этом плане он различает газовую (атмосферу), водную (гидросферу) и каменную (литосферу) оболочки земного шара как составляющие биосферы.

С другой стороны Вернадский подчеркивал, что биосфера не просто пространство, в котором обитают живые организмы, а ее состав определяется деятельностью живых организмов, представляет собой результат их совокупной химической активности в настоящем и прошлом.

Всю совокупность живых организмов Вернадский обозначил термином живое вещество, противопоставляя его косному веществу, к которому относил все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Третья категория биокосное вещество – это комплекс живого и косного; например почва, океаническая вода. Четвертая категория - биогенное вещество – это геологические породы, созданные деятельностью живого вещества (известняк, каменный уголь, торф и т. д.)

Фундаментальным различием живого от косного является охваченность его эволюционным процессом, а многообразие жизни обеспечивает устойчивость в биосфере. Таким образом, воздушная, водная и каменная оболочки Земли, заполненные жизнью, обладая разными условиями, выступают как основные среды жизни, активно формирующие ее состав и биологические свойства.

И, несмотря на специфичность и некоторую самостоятельность отдельных оболочек Земли: атмосферы, гидросферы и литосферы, суммарная деятельность населяющих эти оболочки Земли живых организмов интегрируется на уровне биосферы в целостную функциональную систему. На границах сред жизни идут интенсивные процессы обмена органических веществом, водой, минеральными солями.

Природные границы можно рассматривать как активные биологические зоны: здесь часто обитает больше видов, через эти границы трансформируются большие потоки энергии. Важную роль в обмене веществом между атмосферой, гидросферой и почвой играет речной сток.

Важная функция биосферы – устойчивое подержание жизни – основывается на непрерывном круговороте веществ, связанным с непрерывным потоком энергии. И биосфера как целостная система обладает определенной организованностью, механизмами самоподдержания (гомеостазирования). Это выражается в регуляции постоянства газового состава атмосферы, устойчивого состава и концентрации солей Мирового океана, несмотря на постоянный приток их с суши и т.д.

Благодаря способности преобразовывать солнечную энергию в энергию химических связей растения и другие организмы выполняют ряд фундаментальных биогеохимических функций планетарного масштаба. Этоэнергетическая, газовая, концентрационная, окислителъно-восстановителъная, деструктивная, транспортная, информационная, средообразующая и средорегулирующая функции,