Сонячна радіація

Сонячна радіація, що досягає поверхні Землі, є основним джерелом енергії для підтримки теплового балансу планети, водного обміну організмів, створення і перетворення органічної речовини автотрофним ланкою біосфери. Слід говорити про перетвореннях енергії з однієї форми в іншу: енергія сонячної радіації перетворюється в хімічну енергію, що запасається фотосинтезирующими рослинами, а остання перетворюється в інші форми у міру проходження харчових ланцюгів. На кожному трофічному рівні частина потенційної хімічної енергії їжі, вивільняючись, дозволяє організмам здійснювати свої життєві функції і паралельно розсіюється у вигляді теплової енергії. Сонячна радіація являє собою електромагнітне випромінювання в широкому діапазоні хвиль, складових безперервний спектр від 0.1 нм до 30 мкм. Спектральний склад променевої енергії характеризує функція розподілу енергії випромінювання по довжинах хвиль q (X), Вт-м-2-мкм-1, (спектральна щільність потоку радіації) (рис. 3.5). Інтенсивність потоку енергії випромінювання з довжинами хвиль

В інтервалі X0 – Хмакс становить Q = J q (X) dX, а інтенсивність сумарної радіації – Q = J q (X) dX. При проходженні сонячного випромінювання через атмосферу його енергетичний спектр сильно змінюється, що має першорядне значення для живих організмів. Так, озоновий шар атмосфери сильно поглинає ультрафіолетове випромінювання, а хмарний покрив – інфрачервоне. Частина сонячної радіації, що надійшла на верхню межу екосистеми, відбивається. Величина коефіцієнта відбиття (альбедо, а) визначається характером рослинності, типом грунту, властивостями снігового або водного покриву поверхні, кутом падіння сонячних променів і спектральним складом приходить випромінювання. Орієнтовні величини альбедо наведено в табл. 3.1.

Залишилося після відображення частину сонячної радіації Q – (1-a) поглинається екосистемою.

Найменше при проходженні через атмосферу послаблюється видиме світло (350 – 750 нм), найбільш важливий для фотосинтезуючих-щих рослин. Фотосинтез може відбуватися і в похмурі дні, і під шаром води деякої товщини. Рослинність сильно поглинає сині та червоні промені, а також далеке інфрачервоне випромінювання. Зелене світло поглинається слабкіше, ближнє інфрачервоне випромінювання – в дуже малому ступені. Відображаючи ближнє інфрачервоне випромінювання, що несе основну частину теплової енергії, рослини уникають перегріву.

Крім прямої сонячної радіації, іншим компонентом прибуткової частини енергетичного балансу екосистем є теплове випромінювання. Воно виходить від всіх поверхонь, від усіх тел. На поверхню екосистеми надходить інфрачервоне випромінювання атмосфери, інтенсивність якого пропорційна четвертого ступеня абсолютної температури випромінюючої поверхні. Сама земна поверхня також випромінює інфрачервоне випромінювання. де E0 – кількість теплової енергії інфрачервоного випромінювання атмосфери, Ea – кількість теплової енергії, випромінюваної поверхнею екосистеми. Відзначимо, що перші два доданки у виразі (3.13) – Q – (1-a) і E0 – близькі за величиною. Значення Ee вельми відрізняються для різних географічних широт, пір року, типів земної поверхні. Для середніх широт добова щільність енергії Ee коливається від 0.8-1 кДж / см2 взимку до 4.0-4.5 кДж / см2 влітку.

Енергія, що надійшла в екосистему, випробувавши ряд проміжних перетворень, зрештою витрачається на нагрівання екосистеми (Рі), турбулентну передачу тепла в атмосферу (Р2), фотосинтез (Р3) і випаровування (Р4):

EE = Р1 + Р2 + Ре + Р4, (3.4)

Причому енерговитрати на нагрівання (до 67% Ee) і випаровування (32% Ee) набагато перевершують енерговитрати на фотосинтез (0.8-1% Ee).

Крім енергії сонячної радіації, в енергетичному балансі біосфери враховують також внесок тепла Землі (~ 0.5% сонячної енергії) і тепла припливів (~ 0.002% енергії сонячної радіації). Енергія хімічних реакцій, не пов’язаних з фотосинтезом, важлива для існування окремих типів екосистем, в загальному енергетичному балансі несуттєва.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Сонячна радіація