Енергетичний баланс біосфери. Зміни енергетичного балансу біосфери, пов'язані з діяльністю людини

Енергія - це загальна кількісна міра руху та взаємодії усіх видів матерії. Відповідно до закону збереження енергії вона не зникає ти не виникає з нічого, а тільки переходить з однієї форми до іншої.

Потік енергії на Земній кулі має три джерела:

1. Кінетична енергія оберту Землі та її супутника Місяця як космічни:х тіл. Вона проявляється в морських припливах, енергія яких недоступні живим організмам, але може використовуватися людиною;

2.Енергія земних надр, яка підтримується ядерним розпадом урану та торію. Ця енергія виділяється у формі геотермічного тепла, є в вулканічних районах вона використовується для опалення оранжереї та басейнів;

3.Сонячна енергія, на базі якої здійснюється життєдіяльність автотрофних організмів.

На Сонці енергія виникає в результаті ядерних перетворень. Головне з них це перетворення водню в гелій через дейтерій. Променева енергія Сонця проявляється в амплітуді довжини хвиль від 0,3 до 2,0 мкм. Доля ультрафіолетового випромінювання в ній невелика. Воно в основному затримується озоновим екраном планети. Притік енергії до зовнішньо поверхні атмосфери планети від Сонця порівняно постійний - це так звана сонячна постійна, яка дорівнює 1,93 кал/см за 1 хв. Вона відхиляється від середнього значення всього тільки на 0,1 -0,2%. Але тривалих спостережень з величиною сонячної постійної поки що не велося і її багатовікові тенденці не відомі.

За неофіційними даними, спеціалісти вважають, шо протягом останньогомільярду років сонячна постійна не змінювалася. Всього до Землі доходить 173 x10¹² кВТ у рік променистої енергії. Але 40% її одразу відбивається космічний простір (62 x10¹² кВТ), а 15% поглинається атмосферою: перетворюється в тепло, або витрачається на нагрів випаровування води (30 x10¹² кВТ). В атмосфері в основном сонячну радіацію поглинає водяна пара. В океанах цю роль виконує вода, на суходолі - гірські породи та грунт(81 x10¹² кВТ). Велика частина радіацїї відбивається в атмосферу від поверхні льоду та снігу. І тільки 0,64 x10¹² кВТ йде на фотосинтез

Всю біосферу можна розцінювати як єдине природне утворення, що поглинає енергію з космічного простору та направляє її на внутрішні роботу. У біосфері енергія тільки переходить з однієї форми до Іншої і розсіюється у вигляді тепла. Основними перетворювачами енергії в біосфері є організми – продуценти, консументи, редуценти

Завершується потік енергії на редуцентах, де енергія або ж остаточно розсіюється у вигляді тепла, або акумулюється мертвій органічній речовині (детрит). Однією з форм тривалого збереження акумульованої енергії є нафта, вугілля та торф.

Потік сонячної енергії, який надходить до біосфери, приводить в дію біохімічний кругообіг. Як зазначено, на відміну від кругообіпв води та інших речовин потік енергії рухається в одному напрямку. Якщо падаючи потік сонячної енергії має радіальний (вертикальний напрямок, то подальший його шлях має здебільшого горизонтальний (латеральний характер.

Великим енергетичним потенціалом відзначаються латеральні потоки повітряних мас (вітер), які, проникаючи в лісові чи лугові фітоценози розхитують стовбури і стебла, розворушують листові пластинки чи піднімають і переносять насіння, охолоджують нагріте рослинне середовища сприяючи тим самим подальшій трансформації збудженої механічної енергії І теплову чи хімічну. Латеральні снігові замети сприяють накопиченим вологи у полезахисних смугах та узліссях лісових екосистем, що згодом підвищить енергію біохімічних процесів. Латеральні потоки енергії прилив сприяють швидшому кругообігу мінеральних елементів живлення переміщенню корму і відходів. Людство навчилося використовуваті додаткову енергію природи, створивши сучасні технології відновлювально енергії

Радіальні і латеральні потоки енергії, можуть виникати і внаслідок антропогенної діяльності. Передусім це радіальні потоки хімічних, металургійних, гірничо-переробних підприємств і теплових електростанцій, які виносять в атмосферу величезну кількість токсичних викидів. Далі вони вже латеральними повітряними потоками (часто трансконтинентальними) переносяться на великі віддалі і знову таки радіальними потоками опускаються на земну поверхню. Ці потоки механічної енергії є транспортом для хімічної енергії, яка проявляє себе в біологічних процесах конкретних наземних і водних біогеоценозів.

Великі міста та індустріальні центри є потужними джерелами латеральних теплових потоків, які "переміщуються від ядра міста до його околиць. Часто разом з тепловими потоками переміщуються латералями полютанти, здебільшого автотранспортні викиди, а також пил. У великих містах спостерігається розсіювання теплової енергії (ентропія), яка веде до ксерофілізації атмосферного і ґрунтового повітря та алкалізації (олужнсння міських грунтів. Ці латеральні теплові та полютанто-забруднюючі потоки енергії змінюють рослинний і тваринний світ природних ландшафтів, створюють нову живу речовину міст, яка поки що слабо вивчена!

Антропогенна енергія (механічна, теплова, хімічна) може концентруватися в окремих природних екосистемах, підвищуючи їх продуктивність (агроекосистеми) або ж, при невмілому включенні цієї енергії в природний потік, призводити до їхньої деградації.

Враховуючи, що енергія - спільний знаменник і вихідна рушійна сила всіх екосистем як сконструйованих людиною, так і приходних, ІО. Одум (1986 пропонує прийняти енергію за основу для "первинної класифікації екосистем.

Отже, за рівнем надходження енергії в екосистеми їх поділяють на чотири групи:

-природні, якими рухає Сонце

-природні, якими рухає Сонце та інші природні джерела:

- урухомлені Сонцем і субсидовані людиною;

-індустріально-міські, які утримуються паливом (добутим із корисних копалин, іншими органічними або ядерними).

Наведені Ю.Одумом приклади пояснюють особливості функціонування цих систем, які можна було б віднести за ієрархічним рангом де біогеоценотичних комплексів і навіть біомів. У параметри біологічної системи не вкладається індустріально-міська екосистема, яка є однією із різновидів соціально-економічних систем. Зупинимося лише на індустріально-міській екосистемі, яку Ю.Одум в одній роботі називає "вінцем" досягнень людства, в іншій - його "пухлиною"'. Тут, - наголошує вчений, - висококонцентрована потенційна енергія палива не просто доповнює, а заміняє сонячну енергію.

Всі ці дані свідчать про єдність походження тварин і рослин, а також про спорідненість всіх живих|жвавих| організмів, що відбулися від загальних|спільних| предків

На відміну від сонячної енергії, яка приходить на Землю, але, зрештою, знову вирушає в космос, хімічні елементи утворюють замкнуту систему (цикл), в якій атоми використовуються багато разів. Кругообіги окремих речовин В.І. Вернадський назвав біогеохімічними циклами. Суть циклу в наступному: хімічні елементи, поглинені організмом, згодом його покидають, вирушаючи в абіотичне середовище, потім, через якийсь час, знову потрапляють в живі організми і так далі Такі елементи називають біофільними.