3 Энергетический баланс биосферы

Энергия - это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Согласно закону сохранения энергии она не исчезает и не возникает из ничего, а переходит из одной формы в другую.

Поток энергии на земном шаре имеет три источника:

• кинетическая энергия вращения Земли и ее спутника Луны как космических тел. Она проявляется в морских приливах, энергия которых недоступна живым организмам, но может использоваться человеком;

• энергия земных недр, поддерживается ядерным распадом урана и тория. Эта энергия выделяется в форме геотермического тепла. В вулканических районах она используется для отопления оранжерей и бассейнов;

• солнечная энергия, на базе которой осуществляется жизнедеятельность в автотрофных организмов.

Всю биосферу можно расценивать как единое природное образование, поглощает энергию из космического пространства и направляет ее на внутреннюю работу. В биосфере энергия только переходит из одной формы в другую и рассеивается в виде тепла. Основными преобразователями энергии в биосфере есть живые организмы. Они превращают свободную лучистую энергию в химически связанную, которая затем переходит от одних биосферных структур к другим. При каждом переходе часть энергии превращается в тепло и теряется в окружающем пространстве. Эффективность переноса энергии в живом веществе достаточно низкая: при ее переносе от продуцентов к консументов первого порядка она составляет всего 10%, а при переносе от консументов первого порядка к консументов второго порядка - 20%.

Таким образом, видно, что травоядные животные менее эффективно используют пищу, чем плотоядные. Это во многих случаях связано с химическим составом пищи. В растениях преобладает лигнин и целлюлоза и есть защитные вещества от фитофагов. Завершается поток энергии на редуцентов, где энергия или окончательно рассеивается в виде тепла, или аккумулируется в мертвой органической веществе (детрит). Одной из форм длительного хранения аккумулированной энергии является нефть, уголь и торф.

Поток солнечной энергии, который поступает к биосфере, приводит в действие биохимический круговорот. Как указано, в отличие от круговоротов воды и других веществ поток энергии имеет радиальный (вертикальный) направление, то дальнейшее его путь имеет преимущественно горизонтальный (латеральный) характер.

Учитывая, что энергия - общий знаменатель и исходная движущая сила всех экосистем как сконструированных человеком, так и природных, Ю.Одум (1986) предлагает принять энергию за основу для первичной классификации экосистем.

Итак, по уровню поступления энергии в экосистемы их разделяют на четыре группы:

• природные, которыми движет Солнце;

• природные, которыми движет Солнце и другие природные источники;

• урухомлени Солнцем и субсидируемые человеком;

• индустриально-городские, содержащихся топливом (добытым из полезных ископаемых, другими органическими или ядерными).

Приведенные Ю.Одум примеры.

Объясняют особенности функционирования этих систем, которые можно было бы отнести по иерархическому рангу к биоценотических комплексов и даже биомов. В параметры биологической системы не укладывается индустриально-городской экосистема, которая является одной из разновидностей социально-экономических систем. При современном ведении городского хозяйства солнечная энергия в самом городе не только не используется, а становится слишком ценным препятствием, поскольку она нагревает бетон и способствует образованию смога. Пищу, продукт систем, движет Солнце, можно считать внешней столовой города, поскольку большую часть продуктов ввозят извне. Города по мере роста цен на топливо, наверное, станут больше интересоваться использованием солнечной энергии. Возможно, возникнет новый тип экосистемы города, какой будет двигать Солнце со вспомогательной энергией топлива.

Центральное место в биосфере занимают биохимические циклы: углерода, воды, азота и фосфора. Эти циклы в наибольшей степени подверглись трансформации при формировании техносферы и агро сферы и изучение их стало важной задачей экологии. Особенностью природных экосистем повторное использование биогенных веществ. Хотя в биохимических циклах некоторые х таких элементов и теряются, поступая в депо, и делаются недоступными для растений, в природных экосистемах масштаб этих процессов незначительный.

Биосфера обладает мощной буферной действием в отношении многих внешних воздействий. Это обеспечивает общую устойчивость и создает благоприятные стабильные условия существования организмов. В пределах биосферы смягчается действие ветра, засушливость воздуха и почвы, поддерживается определенное соотношение между концентрацией кислорода и углекислого газа в атмосфере, сужается амплитуда колебаний температуры. Но все эти качества биосферы не могут противостоять неразумным действиям человека и резко падают при антропогенных воздействиях. Так, засухи сравнительно безопасны для природных экосистем, но они наносят ощутимые убытки Агросистема.

Сохранить почвенно-климатические условия крупных регионов планеты и обеспечить их устойчивость можно только при наличии в этих регионах достаточно больших по площади природных биомов.