Солнечная радиация — практически единственный источник энергии практически для всех природных процессов в географической оболочке. Благодаря превращению солнечной энергии в другие виды — тепловую, химическую и механическую, осуществляются все внутренние обменные процессы в ландшафте (влагооборот, биологический метаболизм, циркуляция воздушных весов).

Поток суммарной солнечной радиации к поверхности суши образовывает в среднем 5600 Мдж/м2 год, а радиационный баланс — 2100 МДж/м2год. Для сравнения, энергия внутренних недр Почвы, поступающая к поверхности и талантливая принимать участие в ландшафтообразующих процессах складывающаяся из: энергии современных тектонических перемещений (а также сейсмических процессов) — 0,03 МДж/м2 год и теплового потока, связанного с переносом к земной поверхности продуктов вулканических извержений и термальных вод — 2МДж/м2год.

Это образовывает в среднем для Почвы 0,04% от суммарной солнечной радиации. Но для вулканических ландшафтов величина потока геотермической энергии достигает 20-50 МДж/м2год, а в локальных местах -(кратерах вулканов, тёплых источниках) — пара тыс. МДж/м2год. А на протяжении вулканических извержений поток геотермического тепла может быть около в пересчете на год 2,5 х108  МДж/м2

Остальные поступления энергии ничтожны и представлены: энергией космических лучей — 10 Мдж/м2год и энергией приливного трения — 0,1 Мдж/м2год.

Обеспеченность солнечной энергии определяет интенсивность функционирования ландшафтов (при равной влагообеспеченности), а сезонные колебания инсоляции обусловливают главной годичный цикл функционирования.

Преобразование солнечной радиации начинается еще в верхних слоях воздуха, но самый интенсивно данный процесс происходит у земной поверхности. Суммарная солнечная радиация, достигающая земной поверхности частично отражается от нее. Утраты солнечной радиации на отражение колеблются в зависимости от характера поверхности и характеризуются  величиной альбедо. Теоретически его значения изменяются от 0 (полностью тёмная поверхность) до 1 (полностью белая поверхность).

В настоящих условиях громаднейшие значения альбедо свойственны для свежевыпавшего снега — 0,80-0,95. Средние значения альбедо снега меньше и составляют 0,70-0,80, а тающего снега — 0,30-0,50. При отсутствии снега громаднейшие альбедо наблюдаются в пустынных районах, где поверхность земель покрыта слоем кристаллических солей (дно высохших соленых озер).

В этих условиях альбедо может быть около 0,50. Немногим меньшие значения имеют пустыни, лишенные растительности, со яркими песчаными землями. Альбедо ярких горных пород (и песков) образовывает  0,20-0,40, чёрных почв и горных пород — 0,05-0,10, наряду с этим альбедо мокрой земли неизменно меньше альбедо той же земли, но в сухом состоянии.

Альбедо естественных поверхностей со целым растительным покровом изменяется в относительно маленьких пределах от 0,10 до 0,20-0,30. Так, альбедо лиственного леса во время пожелтения и вегетации образовывает 0,15-0,20, хвойного леса — 0,10-0,15, густого зеленого травостоя — 0,20-0,25, ерниковой и мохово-лишайниковой тундры — 0,15 -0,25, болот и травяной ветоши — 0,15-0,20. Более низкие значения альбедо леса, в особенности хвойного, если сравнивать с луговой растительностью, по-видимому, разъясняются более благоприятными условиями поглощения в пределах большого (древесного) растительного покрова, где возрастает возможность поглощения пробравшихся в растительный покров потоков солнечной радиации по окончании их отражения от элементов растительности.

Действенное излучение, зависящее от температуры излучающей поверхности, влажности и облачности воздуха, кроме этого очень сильно дифференцировано по ландшафтам. В следствии солиднейшую часть суммарной радиации теряют приполярные ландшафты (арктические пустыни — около 87%, тундровые — 80%, пустынные и таежные — 65%, , степные, лесостепные, широколиственные суббореальные — 59-62% , экваториальные леса — 47%).

Поглощенное земной поверхностью тепло расходуется, по большей части, на транспирацию и на турбулентную отдачу тепла в воздух, (влагооборот и нагревание воздуха). Соотношение этих затрат зонально, в гумидных ландшафтах преобладают затраты тепла на транспирацию, а в аридных — на турбулентную теплоотдачу.

Таблица 2

Затраты тепла на турбулентный обмен и испарение с воздухом по ландшафтным территориям .

Громадные затраты энергии на транспирацию разъясняются необходимостью снабжать растения минеральным едой и предотвращать их перегревание. Эти затраты энергии, разумеется, является причиной низкой эффективности фотосинтеза и лимитируют возможности увеличения биологической продуктивности ландшафтов. Как видно из таблицы 2, в ландшафтах, обеспеченных влагой, на транспирацию расходуется 60-80% энергии радиационного баланса, а в экваториальных лесах показатель местами приближается к 100%.

Другие энергозатраты, играющие значительную роль в функционировании ландшафта, составляют весьма часть радиационного баланса. Это, в первую очередь, теплообмен земной поверхности с почво-грунтами. Он носит циклический темперамент: в теплое время тепловой поток  поступает от поверхности вглубь, в холодное — в обратном направлении.

Величина этого теплопотока громаднейшая в континентальных ландшафтах с резкими сезонными колебаниями поверхности почвы и температуры воздуха, и зависит от влажности, литологии почвенно-грунтового чехла (теплопроводности горных пород) и характера растительного покрова. К примеру, мохово-торфяной слой является теплоизолятором, затрудняющим теплообмен; под пологом леса значительно уменьшается приток солнечного тепла к поверхности земли и теплообмен слабей, чем на безлесных территориях. Сезонный теплообмен попадает на глубину 10-20 метров, и его величина образовывает пара процентов от годового радиационного баланса (для тундры — до 10%).

В высоких и умеренных широтах часть радиационного баланса расходуется на таяние снега, сезонной мерзлоты и льда (2-5%).

На физическое разрушение горных пород, химическое разложение минералов в земле уходят сотые и тысячные доли процента.

В трансформации солнечной энергии наиболее значимая роль в собственности биоте, не смотря на то, что на химическую реакцию фотосинтеза растений суши употребляется только 0,5% от общего потока суммарной радиации либо 1,3% радиационного баланса. В фотосинтезе употребляется так называемая фотосинтетически активная радиация (ФАР) — часть солнечного излучения в диапазоне волн от 0,4 до 0,7 мкм, составляющая 45% от суммарной радиации (40% прямой, 62% рассеянной).

Растительной покров поглощает 90% ФАР (либо 40% суммарной), но подавляющая его часть расходуется на поддержание и транспирацию определенных термических условий в сообществе и лишь 0,8%-1,0% от ФАР участвует конкретно в фотосинтезе. Коэффициент нужного действия (КПД) фотосинтеза изменяется в зависимости от природной территории: громаднейшие значения КПД фиксируются на экваторе, где существует оптимальное сочетание тепла и жидкости, мельчайшее — в полярных областях и пустынях.

На постсоветском пространстве значения этого коэффициента распределяются следующим образом (по М.И. Будыко): громаднейшие значения наблюдаются в районах с большим годовым приростом (в субтропиках Черноморского побережья Кавказа) — до 2%, относительно громадны значения этого коэффициента на всей Европейской территории России (1,2% — 0,6%), за исключением засушливых юго востока и областей-юга (до 0,2%), на основной части Сибири, за исключением Западной Сибири и юга Дальнего Востока, в годовом приросте биомассы заключено от 0,4 до 0,8% от приходящей ФАР.

Уменьшение значения коэффициента в восточных районах, если сравнивать с западными, разъясняется менее благоприятными условиями — сокращением и меньшим увлажнением вегетационного периода. В полупустынях и пустынях это значение падает до 0,2-0,1%. Установлено, что во время вегетации КПД немного выше, чем в среднегодовом, а при очень благоприятных условиях у отдельных листьев КПД фотосинтеза может составлять 15-24%.

Около половины затраченной  на фотосинтез энергии высвобождается при дыхании продуцентов, другая часть сохраняется в чистой первичной продукции. Содержание энергии в появившейся фитомассе определяется по калорийности (теплоте сгорания) органического вещества, которая в среднем близка к 18.5 кДж на 1г сухого вещества, но варьирует в зависимости от географической широты, возрастая от низких широт к высоким:

• мокрые экваториальные леса — 16-17 кДж,
• листопадные широколиственные  леса — 17-19 кДж,
• хвойные леса — около 20 кДж,
•  кустарничковые тундры — 21-24 кДж.

В ходе дыхания продуцентов, консументов и разложения и редуцентов органических остатков использованная при фотосинтезе энергия опять преобразовывается в тепло. Так, вся энергия, связанная первичными продуцентами, рассеивается и, в отличие от вещества, не возвращается в биологический цикл, т.е. энергообмен не имеет замкнутого характера и не есть круговоротом. На каждом последующем трофическом уровне для биомассы употребляются энергия меньшая, чем на прошлом уровне и происходят ее большие утраты.

Разглядим распределение энергии на примере ландшафта широколиственного леса умеренного пояса. Примем общее число ассимилированной энергии за 100%, тогда 54,7% из них расходуется на дыхание растительного покрова, а 45,3% накапливается в чистой первичной продукции. Из  этих 45,3% — 18.9% — остается в приросте, 13,6% — уходит в подстилку, 11,7% — в отмершие корни,  1,1% — выедается животными (следовательно, переходит на другой трофический уровень).

При разложении подстилки из 13,6%  энергии, перешедшей в подстилку 9,5% — теряется при разложении подстилки, оставшиеся 4,1% и 11,7% энергии, ассимилированной корнями (всего 15,8%) — переходит в гумус. Из этих 15,8% -14,0% расходуется при минерализации гумуса, и только 1,8% накапливается. Так, на другие процессы и дыхание окисления уходит 79,3% ассимилированной энергии и только 20,7% удерживается в живом и мертвом веществе.

В южно-таежных ельниках распределение энергии пара иное: 50% ассимилированной энергии расходуется на дыхание, а 50% накапливается в чистой продукции, из которой 22,1% — сохраняется в приросте, 27,9% уходит в опад и отмершие корни, из которых 18,6% теряется при разложении опада и подстилки, а 9,3% уходит в гумус. Так, в живом и мертвом веществе в этом случае удерживается 22,1%.

В целом, в живой массе суши аккумулировано 5% годовой суммарной солнечной радиации, либо 14% радиационного баланса. Но в отдельных сообществах эти соотношения более высокие:

• таежные темнохвойные леса — 40% годового радиационного баланса, что эквивалентно 500 Мд/м2
• листопадные широколиственные леса — 50%, либо 650 Мд/м2
• экваториальные леса —  67% годового радиационного баланса — 850 Мд/м2
• американские леса из секвойи и дугласии — 70% радиационного баланса — 1700 Мд/м2.

Некая часть аккумулированной растениями солнечной энергии содержится в мертвом органическом веществе (подстилке, гумусе, торфе). В гумусе черноземов содержится 1000 Мдж/м2, в торфе — тысячи мДж/м2. Так, в энергообмене ландшафта ведущую роль играется биота.

Энергетическое значение биоты для ландшафта определяется не только преобразованием солнечного тепла конкретно при разложении и фотосинтезе биомассы. При входе в геосистему солнечный поток трансформируется растительностью и низкое альбедо растительного покрова увеличивает радиационный баланс.

Под полог леса приникает только часть радиации (в темнохвойном лесу на поверхность земли попадает только 1/10 часть суммарной радиации, поступающей на кроны), изменяется ее спектральный состав и значительно уменьшается часть ФАР. Над лесной поверхностью турбулентный поток тепла возрастает если сравнивать с безлесной.

Интенсивность функционирования ландшафтов определяют по нескольким показателям:

• показателю биологической эффективности климата (Тк), равному произведению суммы температур за период со средними за сутки температурами выше 100  и годового коэффициента увлажнения (при принятии предельного значения последнего равного 1, потому что большее увлажнение не оказывает хорошего влияния на биологическую продуктивность).
• затратам тепла на транспирацию (Е)
• величине первичной продукции фитомассы (П)
• величине годового потребления зольных азота и элементов растительностью (МN).

Громаднейшие значения этих показателей имеют экваториальные ландшафты. Их при сравнении принимают за 100%, и, по отношения к ним, остальные ландшафтные территории находятся в последовательности от громаднейших значений к мельчайшим. Эту последовательность возможно разглядывать как последовательность ландшафтов по убыванию интенсивности их функционирования (таблица 3).

Таблица 3

Показатели относительной интенсивности функционирования ландшафтов

третий эффект тренинга tantrist.ru

Интересные записи на сайте:

• Интенсивность водной миграции. химическая денудация и ионный сток
• Усилия мирового сообщества по ликвидации нищеты, как острейшей проблемы человечества
• Особенности ландшафтно-экологического подхода.
• Перспективы развития транспорта в рыночных условиях
• «Зеленая революция» в сельском хозяйстве развивающихся стран

Подобранные по важим запросам, статьи по теме:

• Тепловой баланс ландшафтов.

  Радиационный баланс земной поверхности есть ответственной составляющей теплового баланса. Более либо менее полное представление о потоках тепла,…

• Суммарная радиация и радиационный баланс.

  Как мы знаем, что лучи Солнца, проходя через земную воздух, претерпевают значительные трансформации, ведущие к уменьшению радиации. Наряду с этим часть…

• Пути ввода энергии в ландшафт.

  Ввод различных видов энергии в использование и ландшафт, перенос ее в том месте осуществляется при помощи определенных компонентов, владеющих…

• Практическое значение изучения структуры теплового баланса ландшафтов.

  формы и Многообразные виды хозяйственной деятельности человека – осушение болот, орошение степных и полупустынных районов, сведение лесов,…

• Функционирование ландшафта. функциональные звенья ландшафта

  Совокупность процессов перемещения, обмена и энергии и трансформации вещества в геосистеме именуется ее функционированием. Функционирование ландшафта…

• Турбулентный обмен с атмосферой.

  Поверхность ландшафта участвует неизменно в активном тепловом обмене с прилегающими слоями атмосферного воздуха. Последний, будучи прозрачным для…