2. Основные закономерности движения энергии в биосфере

Все преобразования веществ в процессе круговорота требуют затрат энергии. Ни один живой организм само­стоятельно не продуцирует энергию, она может быть по­лучена только извне. В современной биосфере основным источником энергии для биогенного круговорота являет­ся Солнце. По приблизительным расчетам, если энергию солнечного излучения принять за 100 %, то только 15 % ее достигает поверхности Земли и только 1 % связывает­ся в виде органического вещества растениями, основны­ми продуцентами первичной продукции. Около полови­ны этой энергии расходуется на процессы жизнедеятель­ности (потери на дыхание). Оставшиеся 50 % идут на рост биомассы. Таким образом, чистая продукция соот­ветствует примерно 0,5 % солнечной энергии, падающей на Землю. Накопленная в процессе фотосинтеза биомас­са растений (первичная продукция) - это резерв, часть которого используется в качестве пищи организмами - гетеротрофами (консументами 1-го порядка). Остальная часть - это реальное количество массы растительности в экосистеме.

По словам Одума, «экология, по сути дела, изучает связь между светом и экологическими системами и спо­собы превращения энергии внутри системы».

Жизнь возникает и развивается в потоке энергии, которая частично аккумулируется в биосистемах, в раз­ного рода круговоротах вещества. Ранее мы рассмотрели только глобальные круговороты, охватывающие всю био­сферу в целом. Кроме этого существуют и малые круго­вороты, характерные для отдельных экосистем. В любом многоклеточном организме также можно выделить не­сколько круговоротов, необходимых для жизнедеятель­ности веществ, аналогичных биогеохимическим циклам биосферы.

Подобные движения вещества можно наблюдать и в цитоплазме одноклеточных организмов. Даже в небиоло­гических системах при достаточно большой разнице сил _на входе и выходе системы можно наблюдать переход ее в нелинейное состояние, иногда достаточно явно сопро­вождающийся возникновением циклических движений вещества или автоколебаний (например, турбулентное те­чение жидкости, ячейки Бернара, реакции Белоусова- ЯСаботинского и т. п.). Иначе говоря, внутрисистемный круговорот веществ это и есть способ аккумулировать энергию в системе.

Движение энергии в биосфере существенно отлича­ется от движения вещества. Согласно принципу роста энтропии, поток энергии направлен всегда в одну сто­рону, круговорот энергии невозможен. Живое вещество уменьшает энтропию части энергии, аккумулируя ее в своих структурах. Но большая часть энергии, проходя через биосферу, деградирует и покидает планету в виде низкокачественной тепловой энергии. Энергия может на­капливаться, затем снова высвобождаться, но ее нельзя использовать вторично.

Принципиальная невозможность утилизации тепло­вой энергии на фоне прогрессирующего роста количества энергии, высвобождаемой человеком непосредственно на планете (сжигание топлива, расщепление ядра, ядерный синтез и т. п.), помимо солнечной энергии, есть один из важнейших факторов надвигающейся экологической ка­тастрофы.

Известно, что потребление энергии человечеством на нашей планете исторически протекало крайне неравно­мерно и возрастало параллельно со скоростью накопле­ния информации. Люди за всю историю своего существо­вания израсходовали около 900-950 тыс. ТВт*ч энергии всех видов, причем почти две трети этого количества при­ходится на последние 40-50 лет. За последние 100 лет

мировое потребление энергии увеличилось в 14 раз. Сум­марное потребление первичных энергоресурсов за это вре­мя превысило 380 млрд т условного топлива со средним КПД энергетики техносферы равным 30 %.

Относительный вклад различных энергоносителей в общее использование энергии характеризуется следую­щими средними величинами: нефть - 34 %, уголь - 27, газ - 17, ядерная энергия - 8,5, гидроэнергия - 6, прочие источники - 7,5 %.

Энергетическая мощность нынешней техносферы по величине приблизительно равна 6 % всей продукцион­ной мощности экосферы.