Енергетика ландшафту

Питання лекції

1. Енергетика ландшафту.

2. Інтенсивність функціонування ландшафту.

3. Динаміка ландшафту. Стійкість ландшафту.

4. Розвиток ландшафту. Вік ландшафтів.

Енергетика ландшафту

Функціонування ландшафту супроводжується поглинанням, перетворенням, накопиченням і вивільненням енергії.

Первинні потоки енергії надходять у ландшафт ззовні. Найважливіший із них – промениста енергія Сонця. Цей потік за щільністю у багато разів перевищує усі інші джерела енергії. Для функціонування ландшафту промениста енергія – найефективніша, вона спроможна перетворюватися у різні інші види енергії – теплову, механічну, хімічну.

Сумарна радіація у середньому складає на поверхні суходолу 5 600 МДж/м²·рік, а радіаційний баланс – приблизно 2 100 МДж/м²·рік.

Для порівняння: енергія космічних променів – 0,0001 МДж/м²·рік; енергія припливного тертя – 0,1 МДж/м²·рік; енергія тектонічних рухів, включаючи сейсмічну – 0,03 МДж/м²·рік; тепловий потік із надр Землі – 2 МДж/м²·рік (хоча у районах вулканізму він збільшується у 10-20 разів, а в кратерах – у тисячі разів, тобто стає приблизно рівним променистій енергії).

Забезпеченість сонячною радіацією визначає інтенсивність функціонування ландшафту (за умов рівної вологозабезпеченості); сезонні коливання інсоляції зумовлюють річний цикл функціонування ландшафтів; добові коливання – відповідно добовий цикл.

Перетворення сонячної радіації, що надходить на поверхню землі, починається з відбиття частини радіації: альбедо (частка відбитої радіації) свіжого снігу – до 0,95; світлих гірських порід – до 0,40; зеленої трави – до 0,25; хвойного лісу – до 0,15; темних гірських порід – до 0,10.

Ефективне випромінювання значно диференціюється по ландшафтах, бо залежить від температури, вологості повітря, хмарності.

У середньому, земна поверхня втрачає близько 65% сумарної радіації. Приполярні райони – до 87%, екваторіальні лісові ландшафти – 47%, а наприклад, ландшафти України втрачають 59-62% сумарної сонячної радіації.

Радіаційний баланс (те, що поглинається земною поверхнею) – корисне для ландшафту тепло. Більша його частина витрачається на випаровування – безпосереднє і через транспірацію рослин, а також – на турбулентний теплообмін (віддачу тепла в атмосферу).

Співвідношення двох цих витратних частин підпорядковується зональності (табл.1).

Таблиця 1

Витратні частини радіаційного балансу

Таким чином, у гумідних (вологих) ландшафтах переважає витрата тепла на випаровування, в азидних (сухих) – на турбулентний обмін тепла.

Інші статті витрат – незначні, хоча й важливі: теплообмін «ґрунт – материнська порода», витрата тепла на танення снігу і багатолітньої мерзлоти, на хімічне розкладання мінералів, на вивітрювання тощо.

У трансформації сонячної енергії найважливіша роль належить біоті, хоча на фотосинтез рослини використовують лише 0,5 % сумарної радіації (або 1,3 % радіаційного балансу).

У процесі фотосинтезу на 1 г асимільованого вуглецю припадає 15,9 кДж енергії. Цей показник використовується у різних розрахунках.

Уміст енергії у фітомасі визначається за калорійністю (теплотою згорання) органічної речовини (у середньому 18,5 кДж на 1 г сухої речовини). Калорійність зростає від екватора до полюсів (від 16 до 25 кДж/г), хоча дуже коливається для різних рослин.

Фотосинтетично активна радіація (ФАР) – це частина сонячного випромінювання в діапазоні 0,4-0,7 мкм. ФАР складає 40 % прямої та 62 % розсіяної радіації (у середньому – 45 % сумарної радіації).

Рослини поглинають 90 % ФАР, але тільки 0,8-1 % її йде на фотосинтез, решта – на транспірацію та на підтримання деяких теплових умов у ландшафті.

Найвищий коефіцієнт використання ФАР – при максимумі теплозабезпечення у поєднанні з оптимумом зволоження. В екваторіальних лісових ландшафтах 4,5 % ФАР іде на фотосинтез, у степах – 0,6 % ФАР, у тундрі – 0,4 %.

Цікава інформація:

· Після розкладання органічної речовини зв’язана сонячна енергія перетворюється на теплову, розсіюється і більше не повертається у біологічний кругообіг (на відміну від речовини).

· При переході від одного трофічного рівня до іншого енергія значно витрачається, оскільки використовується частково.

· У живій біомасі акумульовано в середньому 14 % річного радіаційного балансу (у лісах навіть 40-70 %).

У гумусі степів – майже річна норма, у торфі – до двох річних норм радіаційного балансу за рік.

У каустобіолітах (вугіллі, нафті, горючих сланцях тощо) акумульована річна норма сумарної сонячної радіації.

· ККД (коефіцієнт корисної дії) фотосинтезу низький тому, що значна частина енергії йде на транспірацію, що рятує рослини від перегрівання, а також забезпечує рух мінеральних речовин.

· Плакорні (вододільні) ландшафти використовують сонячну енергію ефективніше, ніж супераквальні (на схилах).