9. Значение энергии в ландшафтах. Основные источники энергии и тепла в ландшафтах.

Энергия и тепло – это непременные и важнейшие составляющие ландшафта, определяющие функционирование и взаимосвязь всех процессов и компонентов, единство и целостность природных комплексов. Энергия пронизывает ландшафты по всему их объему, как литогенную основу, так и входящие в пределы ландшафта воду, массы воздуха и живые организмы. Именно энергия наиболее полно и универсально связывает столь разнообразные явления.

Основными источниками энергии и тепла ландшафтов являются Солнце и Космос, с одной стороны, и внутренняя энергия Земли – с другой. От первого источника энергия поступает в виде электромагнитного, корпускулярного и других излучений, энергии метеоритов и космических лучей. Отметим, что тепловая энергия, поступающая от других небесных тел (кроме Солнца) на Землю ничтожна мала. Поток тепла из глубин Земли к поверхности примерно на пять порядков меньше суммарной солнечной радиации.

Со вторым источником связана гравитация, энергия земных недр – тепло, образующееся в результате распада радиоактивных элементов, дифференциации магмы и других процессов, а также энергия тектонических движений и энергия вращения Земли вокруг своей оси.

Отмеченные виды энергии в ландшафте взаимодействуют. Связанные с внешней космической энергией силы стремятся, в частности, сгладить неровности, возникающие на поверхности в результате проявления сил, связанных с внутриземными источниками энергии. Все виды энергии в ландшафтах преобразуются, выступают в разных формах, вступают во всевозможные связи. Происходит непрерывный обмен энергией между ландшафтами и окружающей их средой. Приход и расход энергии ландшафтом определяет его энергетический уровень, который, в свою очередь, является энергетической базой ландшафтообразующих процессов. Интенсивность и размах этих процессов самым тесным образом связаны с данным уровнем.

Энергетический уровень, на котором «работает» ландшафт» Д.Л.Арманд (1975) делит на две части: обменную и накопленную. Обменная часть энергетического уровня данного ландшафтного комплекса состоит из приходящей солнечной радиации, тепла, приносимого воздушными массами и водой, тепла фазового превращения воды, тепла из земных недр, кинетической энергии падающих осадков и их потенциальной энергии, остающейся после выпадения на приподнятые ландшафтные комплексы (энергия стока). Накопленная часть энергетического уровня ландшафта представлена потенциальной энергией горных пород, воды озер, ледников, приподнятых над базисом денудации, химической энергией неорганических соединений, энергией органических соединений. Накопленная часть энергии является как бы законсервированной и может принять активное участие в развитии ландшафтов только после ее освобождения. Последнее обычно происходит в результате проявлений обменной энергии.

10. Трансформация солнечной энергии в ландшафтах.

Для функционирования ландшафта солнечная энергия наиболее эффективна; она способна превращаться в различные иные виды энергии – прежде всего в тепловую, а также в химическую и механическую. За счет солнечной энергии осуществляются внутренние обменные процессы в ландшафте, включая влагооборот и биологический метаболизм, а также циркуляция воздушных масс и др.

Можно сказать, что все вертикальные связи в ландшафте и многие горизонтальные прямо или косвенно связаны с трансформацией солнечной энергии.

С потоком солнечной радиации связана пространственная и временная упорядоченность вещественного метаболизма в ландшафтах. Обеспеченность солнечной энергией определяет интенсивность функционирования ландшафтов (при равной влагообеспеченности), а сезонные колебания инсоляции обусловливают основной годичный цикл функционирования. На земной поверхности электромагнитное излучение Солнца в основном превращается в тепловую энергию и после трансформации в ландшафтах в виде тепла же излучается в космическое пространство (Исаченко, 1991).

Преобразование приходящей солнечной радиации начинается с отражения части ее от земной поверхности. Количество отраженной радиации зависит от альбедо поверхности. Большая часть тепла, поглощаемого земной поверхностью, т.е. радиационного баланса, затрачивается на влагооборот и нагревание. Соотношение двух расходных статей радиационного баланса существенно различается по ландшафтам и в общих чертах подчинено зональности. При этом в гумидных ландшафтах основная доля радиационного баланса расходуется на испарение, а в аридных – на турбулентный поток тепла в атмосферу.

На другие тепловые потоки в ландшафте расходуется лишь не- большая часть радиационного баланса, тем не менее, эти потоки играют существенную роль в функционировании ландшафта. Теплообмен зем- ной поверхности с почвогрунтами имеет циклический характер: в теп- лое время года тепловой поток направлен от поверхности к почве, в хо- лодное – в противоположном направлении, и в среднем за год оба пото- ка сбалансированы. Интенсивность этого теплообмена наибольшая в континентальных ландшафтах с резкими сезонными колебаниями температур воздуха и поверхности почвы. Также величина теплообмена за- висит от влажности и литологического состава почвогрунтов, влияющих на их температуропроводность, и от растительного покрова.

В трансформации солнечной энергии важнейшая роль принадлежит биоте, хотя на биохимическую реакцию фотосинтеза растения суши используют лишь 0,5% от общего потока суммарной радиации (или около1,3% радиационного баланса). В процессе дыхания продуцентов, консументов и редуцентов и разложения органических остатков использованная при фотосинтезе энергия снова превращается в тепло, поэтому почти вся энергия, связанная первичными продуцентами, рассеивается и в отличие от вещества уже не возвращается в биологический цикл.

Часть аккумулированной солнечной энергии в ландшафте содержится в мертвом органическом веществе (подстилке, почвенном гумусе,торфе). Например, в гумусе мощных тучных черноземов она превышает1000 МДж/м2 в торфе – тысячи МДж/м2 (Исаченко, 1991).Особый аспект энергетики ландшафта связан с потоками механической энергии.