Потоки энергии в системе "Солнце - Земля". Характеристики приходящего и уходящего от Земли излучения

• Наиболее значимым фактором внешней среды является свет. Без него жизнь на Земле невозможна. Он участвует в фотосинтезе, обеспечивая соз­дание органических соединений из неорганических растительностью Земли.

• Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Поток энергии, посылаемый Солнцем к Земле, превышает 20 млн ЭДж в год.

Из-за шарообразности Земли к границе всей атмосферы подходит только четверть этого потока.

Атмосфера избирательно пропускает через себя электромагнитное из­лучение. Наиболее коротковолновая часть спектра солнечной радиации поглощается атмосферой, и к земной поверхности доходит только излу­чение светового диапазона волн и длинноволновое.

Падающая на поверхность Земли солнечная радиация составляет 1,54 млн ЭДж в год. Это огромное количество энергии в 5 тыс. раз пре­вышает всю энергетику человечества конца XX в. и в 5,5 раз — энергию всех доступных ресурсов ископаемого топлива органического происхож­дения, накопленных в течение как минимум 100 млн лет.

Поглощаемая земной поверхностью солнечная радиация (79 ккал/см²/год) используется следующим образом:

• 66 ккал/см²/год идет на испарение;

• 11 ккал/см²/год - на турбулентный теплообмен тропосферного воздуха;

• 1 ккал/см²/год — на биологические процессы и химические превра­щения минералов коры выветривания.

Большая часть солнечной энергии, достигающей поверхности плане­ты, превращается в тепло, нагревая воду или почву, от которых в свою очередь нагревается воздух. Это тепло служит движущей силой кругово­рота воды, воздушных потоков и океанических течений, определяющих погоду, постепенно отдается в космическое пространство, где и теряется.

В фотосинтезе участвует лишь очень малая часть спектра, которую называют областью физиологически активной радиаиии (ФАР), в пределах от 380 до 760 нм.

За пределами видимого спектра и ФАР остаются инфракрасная (ИК) и ультрафиолетовая (УФ) области:

• ИК-излучение обладает малой энергией, легко поглощается водой, но некоторые сухопутные организмы используют его для поднятия своей температуры;

• УФ-излучение несет много энергии и обладает фотохимическим воз­действием — организмы к нему очень чувствительны.

Однако не следует забывать о том, что огромная часть приходящей энергии уходит обратно в космос (70%). Отдаваемое земной поверхностью в космос тепло беспрепятственно проходило бы через атмосферу, если бы в ней не было примесей — водяного пара, углекислого газа и аэрозолей. Эти при­меси задерживают уходящее от Земли тепло, в результате чего происходит перегрев поверхности и нижних слоев воздуха, что приводит к возникно­вению явления "парникового эффекта". Поэтому средняя температура на нашей планете составляет не -23°С, а +15°С. Таким образом, за счет пар­никового эффекта температура поверхности повышается на 38°С. Ели бы этого не произошло, то в природной среде жидкой воды было бы не 95% общего ее количества в гидросфере, а во много раз меньше. Темп разви­тия природы был бы значительно более низким.