В.В. Братков, Н.И. Овдиенко
Геоэкология
Учебное пособие. - М., 2005.
Глава 5. Ландшафты
5.1. Природные процессы формирования, функционирования и развития ландшафтов
5.1.2. Энергетика ландшафта
Как
уже отмечалось, энергетика ландшафта является
основой его образования, функционирования и развития. В ходе энергообмена
происходит поглощение, преобразование,
накопление и высвобождение энергии.
Первичные энергии поступают в ландшафт извне — из
космоса (космическая изначальная энергия), от Солнца (лучистая, или
электромагнитная, и корпускулярная), энергия
от взаимодействия небесных тел с Землёй (энергия приливов и отливов), энергия Земли (гравитационная, радиоактивности ряда
химических элементов Земли).
Лучистая
энергия Солнца, поток которой многократно
превышает все
остальные источники, является важнейшей ландшафтообразующей
энергией.
Солнечная энергия
способна превращаться в иные виды энергии — тепловую,
химическую, механическую, электрическую. За счёт солнечной
энергии осуществляются внутренние обменные процессы в ландшафте — влагооборот, биологический
метаболизм (оборот веществ), циркуляция воздушных
масс и др. Все вертикальные и горизонтальные
ландшафтные связи осуществляются прямо или косвенно за счёт трансформации солнечной
энергии.
Поток
суммарной солнечной радиации к поверхности суши составляет в среднем около 134
ккал/см2 в год, а радиационный баланс — около 50 ккал/см2
в год. Энергия современных тектонических движений ничтожна в сравнении с
солнечной — 0,0007 ккал/см2 в год. Большее значение имеет тепловой
поток из недр Земли, связанный с переносом к поверхности продуктов
вулканических извержений и термальных вод, — 0,05 ккал/см2 в год,
что эквивалентно 0,04% суммарной солнечной радиации, однако в вулканических
районах эта энергия имеет ландшафтообразующее значение.
Преобразование приходящей солнечной радиации начинается с отражения её части
от земной поверхности. Потери радиации на
отражение широко колеблются в зависимости от характера подстилающей
поверхности ландшафта. Так, наибольшее количество тепла
теряют приполярные ландшафты из-за высокого показателя альбедо (арктические
пустыни — 87%), затем — тундровые (80%), а также
пустынные и таёжные
(65%, что близко к среднему показателю для
всей суши). Наименьшие потери присущи
экваториальным лесным ландшафтам (47%), промежуточное значение
имеет альбедо в степных, лесостепных и широколиственных
суббореальных ландшафтах (59–62%).
Подавляющая
часть полезного тепла, поглощаемого земной поверхностью, то есть радиационного
баланса, затрачивается на испарение и на турбулентную отдачу тепла в атмосферу — на
влагооборот и нагревание воздуха. Соотношение этих двух расходных
показателей радиационного баланса существенно
различается по ландшафтам и подчинено зональности (см. таблицу 12).
Таблица 12
Затраты тепла на
испарение и турбулентный обмен по ландшафтным
зонам
Зоны
|
Радиационный баланс,
ккал/см2•
год
|
Затраты тепла на
|
испарение
|
турбулентный обмен
|
ккал/см2• год
|
%
|
ккал/см2•год
|
%
|
Тундра
|
14,9
|
11,9
|
80
|
3,0
|
20
|
Тайга северная
|
26,3
|
21,5
|
82
|
4,8
|
18
|
Тайга средняя и
южная
|
32,3
|
26,9
|
83
|
5,4
|
17
|
Смешанные леса (подтайга)
|
34,7
|
29,3
|
84
|
5,4
|
16
|
Широколиственные леса
|
37,0
|
31,1
|
84
|
5,9
|
16
|
Лесостепь
|
38,2
|
30,6
|
80
|
7,6
|
20
|
Степь
|
43,0
|
27,0
|
63
|
16,0
|
37
|
Полупустыня
|
45,4
|
14,7
|
32
|
30,7
|
68
|
Пустыня
(туранская)
|
51,4
|
9,1
|
18
|
42,3
|
82
|
Субтропические влажные
леса
|
59,7
|
47,8
|
80
|
11,9
|
20
|
Тропическая
пустыня
|
64,5
|
<4,8
|
<5
|
>59,7
|
>95
|
Саванна опустыненная
|
71,7
|
14,3
|
20
|
57,4
|
80
|
Саванна типичная
|
75,3
|
39,4
|
52
|
35,9
|
48
|
Саванновые леса (саванна
южная)
|
78,9
|
57,4
|
73
|
21,5
|
27
|
Влажный
экваториальный лес
|
83,6
|
75,3
|
90
|
8,3
|
10
|
В
высоких и умеренных широтах некоторая часть радиационного тепла (порядка 2–5%)
расходуется на таяние снега, льда, сезонной мерзлоты в почве и деятельного слоя
многолетней мерзлоты. При замерзании воды затраченное тепло выделяется. На
физическое разрушение горных пород и химическое разложение минералов в почве
уходят сотые или тысячные доли процента от всех затрат солнечной энергии.
В
трансформации солнечной энергии важнейшая роль принадлежит
биоте, хотя на фотосинтез
растения суши используют лишь 0,5% от общего
потока суммарной радиации (или 1,3% радиационного баланса). В живой биомассе суши аккумулируется 5% годовой суммарной
радиации (или 14% радиационного баланса). Этот показатель также подчинён
зональности. Так, в ландшафтах таёжных тёмнохвойных лесов и листопадных
широколиственных лесов запас связанной энергии составляет 40% годового
радиационного баланса, постоянно влажных вечнозелёных тропических лесов — 24%, а в ландшафтах североамериканских
лесов из секвойи и дугласии — более 70%.
Некоторая
часть аккумулированной солнечной энергии содержится
в мёртвом органическом веществе (подстилке, почвенном гумусе, торфе). В гумусе
мощных чернозёмов она превышает 24 ккал/см2, в торфе составляет более
50 ккал/см2.
Важную
роль в формировании ландшафта играют также
механические энергетические потоки, которые
образуются за счёт энергии тектонических
процессов и энергии солнечных лучей. В надводной части материков накоплено
потенциальной механической энергии в 3 раза больше суммарной солнечной
радиации, поступающей на сушу. Сюда же входят механическая энергия ветра и всех текучих
вод.
|