II. Поступление и распределение солнечной энергии в пределах Биосферы
Лучистая энергия Солнца - главный источник энергии, определяющий тепловой баланс и термический режим биосферы Земли.
В связи с движением Земли вокруг Солнца по эллиптической орбите интенсивность солнечного излучения, приходящаяся на поверхность Земли, изменяется в течение года в соответствии с изменением расстояния Земля - Солнце. Минимальное расстояние Земли от Солнца (147 млн. км) - в начале января, а максимальное (152 млн. км) - в начале июля. Это изменение расстояния приводит к колебаниям суточного количества падающей радиации.
В среднем, Земля получает 5 х 10-10 долю общей излучаемой энергии Солнца – это приблизительно 1,72 х 1017 Вт или 5,42 х 10 24 Дж в год.
Энергетический
баланс биосферы (по Г.В. Войткевичу и
В.А. Вронскому)
Из 100 % солнечной энергии, получаемой Землей:
33 % - отражается облаками и поверхностью суши и тонкодисперсной пыль атмосферы
67 % - поглощается атмосферой и земной поверхностью и после ряда превращений уходит в космическое пространство.
!!! На планете Земля существует единая тепловая система, которая поддерживает весь энергетический баланс Земли. В создании этой системы участвуют:
Мировой океан – нагрев которого происходит сверху, что способствует установлению довольно стабильных условий.
Атмосфера – нагрев которой происходит снизу, что способствует образованию мощных конвективных потоков и циркуляции воздушных масс.
Океанические течения – движимые преимущественно ветром, перераспределяют поглощенное солнечное тепло в горизонтальном направлении, что влияет на снабжение атмосферы теплом.
В основе круговорота веществ лежит фотосинтез. Ежегодно в процессе фотосинтеза поглощается 2 % солнечной энергии, что составляет около 1 х 1022 Дж.
Это мощный естественный процесс, ежегодно вовлекающий в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющий ее высокий кислородный потенциал. Он выступает:
– как регулятор основных геохимических процессов в биосфере
- как фактор, определяющий наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара.
В общий круговорот материи, связанной с построением органического вещества путем фотосинтеза вовлекаются: О, Н, С, N, P, S + K, Ca, Mg, Na, Al
Продуктивность планетного синтеза – м.б. выражена в количестве масс СО2 и Н2О, потребляемых всеми растениями Земного шара в течение года.
Глобальная продуктивность
Среда обитания |
Используется и поглощается 109 т/год |
Создается и выделяется 109 т/год |
||
СО2 |
Н2О |
Сn Н2n Оn |
О2 |
|
Суша |
253 |
103 |
172 |
184 |
Океан |
88 |
36 |
60 |
64 |
Всего |
341 |
139 |
232 |
248 |
жизнь
m CО2 + n Н2О ↔ Cm (Н2О) n + m О2
смерть
За время жизни в организме особи вода обновляется сотни и тысячи раз.
Вся масса воды планеты перерабатывается фотосинтезом за 10 млн. лет
Вся углекислота атмосферы – поглощается за 6 -7 лет
Весь кислород атмосферы – обновляется за 3000 – 4000 лет
По данным российского физиолога растений Анатолия Александровича Ничипоровича (1967) – поверхность Земли ежегодно получает от Солнца 5 х 1020 ккал. лучистой энергии
50 % - идет на физическое испарение воды, приводя в движение большой геологический круговорот веществ:
0,1 – 0,2 % - расходуется на создание органического вещества - фотосинтез
Ежегодно при фотосинтезе производится: 46 х 109 т - органического углерода
115 х 109 т – сухого органического вещества
123 х 109 т – кислорода
При этом используется: 6 х 109 т – азота, 2 х 109 т – фосфора, 200 млн. т. серы,
170 х 109 т – углекислоты, 68 х 109 т - воды
Ряд других российских ученых (Н.И. Базилевич, Л.Е. Родин и Н.Н. Розов) – подсчитали, что суммарная первичная продукция в год = 232,5 млрд. т. (в 2 раза больше, чем по А.А. Ничипоровичу):
- на долю континентов приходится 172,5 млрд. т.
- на долю океана приходится – 60 млрд. т.
!!!при суммарной фитомассе всего 1% в океане создается 25,8 % всей первичной продукции
По данным доктора геолого-минералогических наук Георгия Витольдовича Войткевича (1983)
- растения суши производят ежегодно 25 х 109 т органического углерода
- фитопланктон ежегодно производит 82 х 109 т органического углерода
Во второй половине 20-го века появилась гипотеза Н. В. Белова и В. И. Лебедева (1964) о взаимодействии солнечной энергии с глубинной энергией Земли, согласно которой:
- аккумулированная солнечная энергия, погружаясь в глубинные слои Земли, становится источником мощных тектонических и магматических процессов
Авторы этой гипотезы допускали, что минералы, заряженные энергией, образуются практически во всех процессах, в которых участвуют или живое веществ, или его продукты. Среди этих процессов они называют гипергенез, образование глин, кремниевых пород, бокситов, известняков, солей, каустобиолитов и т. д. Погружаясь в недра Земли, минералы «разряжаются». Освободившаяся энергия способствует разогреванию земных недр и используется в процессах гранитизации, образования месторождений рудных ископаемых, а также орогенетической и интрузивной деятельности Земли.
Схема большого круговорота и взаимодействий солнечной энергии с глубинной энергией Земли (по: Белову, Лебедеву, 1964 с изменениями).
Многие ученые геологи и геохимики поддержали эту гипотезу. Так, например, Н. Н. Верзилин (1977, 1977) считал, что возрастание интенсивности геологических процессов на протяжении истории Земли явно свидетельствует о том, что их энергетическим источником служит не столько радиоактивный распад, сколько эволюция органического мира.
Ускорение эволюции геологических процессов происходит параллельно с „усилением интенсивности биологических круговоротов, скорости миграции элементов в биосфере, скорости накопления в минеральном веществе потенциальной химической энергии”
Верна эта гипотеза или нет, покажет время.