II. Энергетические и вещественные особенности экосферы. Глобальные циклы вещества.

Наиболее характерными особенностями любой сложной природной системы являются ее энергетическое и вещественное состояние и режим. Так, тепловой баланс и глобальные циклы вещества являются важнейшими факторами, определяющими особенности экосферы.

Тепловой баланс экосферы.

Энергетической  основой экосферы  Земли  является  Солнце. Поток солнечной радиации мало изменяется во времени и обеспечивает устойчивую энергетику таких основных процессов экосферы, как глобальные биохимические циклы вещества, общая циркуляция атмосферы и океана, образование первичной биологической продукции, денудация и выветривание верхних горизонтов литосферы и пр. Затраты солнечной энергии на испарение воды с поверхности океана и суши определяют один из основных механизмов системы – круговорот воды.

Поток из недр Земли к ее поверхности это другой источник энергии экосферы. Этот поток в 20-30 тысяч раз меньше, чем поступление солнечной энергии, хотя он тоже весьма значителен.

Экосфера, с точки зрения энергетического баланса, открытая система, потому что проходит свободный обмен энергией через границы системы. Несмотря на это, приходные и расходные части энергетического баланса экосферы в высочайшей степени сбалансированы. Система получает и теряет одинаковое количество энергии, что позволяет ей оставаться в относительно стабильном энергетическом состоянии. Как естественные, так и антропогенные долговременные изменения теплового баланса экосферы весьма малы по сравнению с основными компонентами, но именно эти изменения определяют вековые глобальные изменения климата.

В различных зонах поверхности Земли приток радиации не соответствует ее отдаче, так что радиационный баланс оказывается или положительным, или отрицательным, в соответствии с географическими закономерностями. Тепловое равновесие земной поверхности поддерживается межширотным обменом энергией посредством циркуляции атмосферы, а также океана. Антропогенные изменения теплового баланса на отдельных территориях или акваториях могут вызывать изменения в циркуляции атмосферы с соответствующим воздействием на климат.

Глобальные циклы вещества.

Обмен веществом также проходит через границы экосферы, но интенсивность обмена по сравнению с потоками вещества внутри системы ничтожно мала. Процессы обмена веществом внутри экосферы отличаются огромными размерами. Например, реки мира выносят в океаны около 20 млрд. тонн наносов в год. А из космоса на поверхность Земли выпадает примерно 40 млн. тонн метеоритного вещества в год, это в две тысячи раз меньше наносов земных рек. Поэтому, можно сказать, что с точки зрения геоэкологии, Земля и ее экосфера – это закрытые системы.

В закрытой системе неизбежно возникают циркуляционные движения вещества, что и происходит на Земле. Это круговороты вещества, такие как большой (геологический) круговорот, круговорот воды, биогеохимические циклы химических элементов (углерод, азот, фосфор, сера), общая циркуляция атмосферы, циркуляция вод океана. Эти круговороты, в сущности, один большой круговорот, разделяемый на отдельные составляющие для удобства понимания глобальных процессов.

Любой глобальный круговорот вещества состоит из запасов (резервуаров) и потоков. Обычно суммарная величина запасов гораздо больше, чем суммарная величина потоков, это обеспечивает устойчивость круговорота. Одной из важнейших количественных характеристик является среднее время оборота вещества. Оно может также определяться для любой ветви круговорота.

Все естественные глобальные круговороты вещества отличаются высочайшей степенью замкнутости. Поэтому, даже пренебрежимо малые устойчивые антропогенные воздействия могут являться причиной существенных изменений в естественных круговоротах. Отсюда, по мнению Г.Н. Голубева, вытекает важнейшая роль деятельности человека - возникновение несбалансированности круговоротов с серьезными последствиями глобальных размеров.