Прямой и рассеянный свет

       При изучении светового режима очень важно различать воздействие прямого и рассеянного света. Известно, что атмосфера, особенно ее «переменные компоненты», такие, как водяной пар, СО2 и молекулы других газов, очень сильно влияет на солнечную радиацию. Примерно 42% радиации, достигающей атмосферы, снова отражается и рассеивается в мировом пространстве, т. е. альбедо равно 42%. Приблизительно 15% (из 58%) поглощается, абсорбируется атмосферой, следовательно, поверхности Земли достигает только 43% солнечной радиации (солнечной постоянной).        Свет, рассеянный облаками и прошедший через них, сильно обеднен коротковолновой ультрафиолетовой, сине-фиолетовой и инфракрасной радиациями. Отсюда следует, что в рассеянном свете больше полезных для фотосинтеза оранжево-красных лучей, чем в прямом, т. е. прямой свет, падающий на лист, очень сильно отличается от рассеянного, называемого диффузным. В ясные дни диффузный свет составляет 10 - 15% от общей радиации, а в пасмурные - все 100%. Однако соотношение между рассеянной и прямой солнечной радиацией, между интенсивностью света и его спектральным составом крайне изменчиво и неодинаково в разных географических условиях, на разной высоте над уровнем моря, оно зависит от состояния атмосферы, рельефа, характера растительности и т. д. Эти соотношения различны в разные часы дня, в разные сезоны вегетационного периода, в разные годы.        Поскольку интенсивность радиации сильно уменьшается при прохождении через толщу атмосферы, то в высокогорных альпийских областях, где слой атмосферы тоньше, она намного больше, чем в низменностях. Уменьшается интенсивность радиации при низком стоянии Солнца над горизонтом. Так, при высоте Солнца 60° она составляет 916 Дж х м⁻² х с⁻¹; при высоте 30° уменьшается до 699, а при высоте 5° падает до 272 Дж. м⁻² х с⁻¹. Надо иметь также в виду, что и сама высота солнцестояния меняется не только в течение суток, но также по временам года и в зависимости от географической широты. Как правило, утром и вечером из-за низкого стояния Солнца отмечается больше рассеянного света с преобладанием длинноволновой радиации, а в полдень преобладает прямой свет, богатый коротковолновой радиацией, однако измерения радиации обычно проводятся для горизонтальных поверхностей. В природе огромное значение имеют экспозиция и наклон склонов. Изменение угла падения солнечных лучей сильно меняет и интенсивность радиации. Поэтому более заметны не широтные, а топографические вариации силы света. Это особенно относится к высоким арктическим широтам, где различия в интенсивности южных и северных склонов значительнее, что во многом объясняет и разницу в растительности этих склонов.        Рассеянный свет, составляющий в среднем 1/10 интенсивности прямых лучей, поглощается растением почти полностью, и коэффициент его использования намного больше. Поэтому в северных широтах преобладающего рассеянного света вполне достаточно для интенсивного продуктивного фотосинтеза. Но здесь продуктивность ограничивается не светом, а низкими температурами. Если, например, сравнить количество солнечной энергии, приходящейся в течение года на единицу площади, то окажется, что в Крыму оно в 5 раз больше, чем на Шпицбергене, и в 2 раза больше, чем в Ленинграде. Но за 4 месяца вегетационного периода (с мая по август) эти различия сильно сглаживаются, особенно если учесть рассеянный свет, которого на севере больше. Было, например, подсчитано, что с 1га на Шпицбергене (если иметь в виду только световое довольствие) можно бы собрать столько же продукции, сколько с 1га в средней полосе. Но из-за недостатка тепла в Арктике значительная часть света оказывается недоиспользованной.        Во влажных тропиках водяные пары оказывают большое экранизирующее влияние на свет, поэтому там освещенность значительно снижается. В пустынях из-за, малого количества водяных паров интенсивность света значительно выше, чем в гумидных областях, а это позволяет пустынным растениям сокращать транспирационную поверхность без особых последствий для ассимиляции. Но обильный свет в пустынях также полностью не используется растениями из-за высоких температур и недостатка воды. Обычно отмечается, что при движении от экватора к полюсам поглощение солнечной энергии атмосферой увеличивается, и ее поступает на поверхность почвы все меньше и меньше. Однако при движении к северу одновременно увеличивается и количество рассеянного света. Поэтому в умеренном поясе летом суммарной солнечной энергии получается больше, чем на экваторе, да и содержание в ней губительных ультрафиолетовых лучей падает.        Кроме прямого и рассеянного (бокового) на открытых местах растения получают свет, отраженный от поверхности почвы (а зимой - от снега), т. е. нижний свет. Снежная поверхность отражает в среднем до 30% (а чистый снег - до 80%) суммарного дневного света, причем спектральный состав отраженного света почти не меняется. Зеленый луговой травостой отражает 4% поступающего на луга света, преимущественно длинноволновой части спектра. Особенно интенсивен нижний свет на южных склонах берегов рек, озер и морей, где в солнечный день он может составлять 35 - 85% от прямого. По-разному отражают и пропускают свет различные растения, поэтому световой режим в сообществах неодинаков.