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/см 2 в год, а радиационный баланс — около 50 ккал/см 2 в год. Энергия современных тектонических движений ничтожна в сравнении с солнечной — 0,0007 ккал/см 2 в год. Большее значение имеет тепловой поток из недр Земли, связанный с переносом к поверхности продуктов вулканических извержений и термальных вод, — 0,05 ккал/см 2 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).
Затраты тепла на испарение и турбулентный обмен по ландшафтным зонам
| Зоны | Радиационный баланс, ккал/см 2 • год | Затраты тепла на | |
| испарение | турбулентный обмен | ||
| ккал/см 2 • год | % | ккал/см 2 •год | % |
| Тундра | 14,9 | 11,9 | 3,0 |
| Тайга северная | 26,3 | 21,5 | 4,8 |
| Тайга средняя и южная | 32,3 | 26,9 | 5,4 |
| Смешанные леса (подтайга) | 34,7 | 29,3 | 5,4 |
| Широколиственные леса | 37,0 | 31,1 | 5,9 |
| Лесостепь | 38,2 | 30,6 | 7,6 |
| Степь | 43,0 | 27,0 | 16,0 |
| Полупустыня | 45,4 | 14,7 | 30,7 |
| Пустыня (туранская) | 51,4 | 9,1 | 42,3 |
| Субтропические влажные леса | 59,7 | 47,8 | 11,9 |
| Тропическая пустыня | 64,5 | 59,7 | >95 |
| Саванна опустыненная | 71,7 | 14,3 | 57,4 |
| Саванна типичная | 75,3 | 39,4 | 35,9 |
| Саванновые леса (саванна южная) | 78,9 | 57,4 | 21,5 |
| Влажный экваториальный лес | 83,6 | 75,3 | 8,3 |
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/см 2 , в торфе составляет более 50 ккал/см 2 .
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.
Источник статьи: http://studopedia.ru/6_145712_energetika-landshafta.html
I. описание – основной метод географии
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ПОНЯТИЯ БИОЭНЕРГЕТИКИ ГЕОСИСТЕМ
Понятие об экосистеме как динамическом комплексе соподчиненных, функционально различных групп организмов и абиотических компонентов, связанных процессами обмена веществ в условиях одностороннего притока и рассеивания энергии, – одно из основополагающих в биоэнергетике ландшафта. Основным «строителем» экосистемы выступает сквозной поток энергии Солнца, связываемой зелеными растениями благодаря реакции фотосинтеза и передающейся затем по цепям питания.
Построением моделей функциональной организации экосистем занимались многие отечественные и зарубежные ученые – Г. Г. Винберг, П. П. Второе, Д. А. Криволуцкий, Ю. И. Чернов, В. С. Ивлев, Ч. Элтон, Л. Линдеман, Ю. Одум и др. Пирамида основных блоков экосистемы:
I. Продуценты – автотрофы, зеленые высшие растения и водоросли (фитопланктон), усваивающие поток фотосинтетически активной радиации (ФАР).
II. Макроконсументы (животные, в меньшей степени растения), питающиеся созданными органическими веществами: а) макроконсументы I порядка, существующие за счет продуцентов; это растительноядные животные и паразиты зеленых растений, которые при этом не убивают растение, а только отчуждают от него некоторое количество энергии; сюда же входит зоопланктон; б) макроконсументы II порядка – плотоядные, питающиеся растительноядными животными; это хищники I рода; в) макроконсументы III порядка – крупные плотоядные животные, питающиеся плотоядными, – хищники II рода.
III. Биоредуценты (микроконсументы) – организмы, осуществляющие разложение (деструкцию) органического вещества растений, трупов животных; осуществляют минерализацию органики. Сюда входят бактерии, грибы, актиномицеты, муравьи, черви и т. д.
Фотосинтез и его физико-географические факторы. Сущность фотосинтеза заключается в превращении растениями, водорослями лучистой энергии солнечного света, поглощаемой хлорофиллом или другими фотосинтетическими пигментами, в химическую энергию биополимеров – углеводов, жиров и белков. Носителем этой энергии является аденозинтрифосфорная кислота – АТФ. Отечественными и зарубежными учеными (В. А. Белицером, В. П. Скулачевым, В. А. Энгельгардтом, Д. Арноном, К. Ломаном, О. Мейергофом и др.) изучены механизмы образования АТФ и доказано, что
все энергетические процессы в живых организмах на молекулярном уровне связаны с превращением АТФ в АДФ – аденозиндифосфорную кислоту.
Существенную роль в процессе фотосинтеза играют физико-географические факторы: интенсивность потока солнечной радиации и ФАР, относительная влажность воздуха и запасы продуктивной влаги в почве, температура почвы и воздуха, скорость ветра, положение растения в сообществе, вертикальная структура растительного покрова.
Необходимая для фотосинтеза вода с содержащимися в ней солями подается по водопроводящей системе растений, называемой ксилемой, а образовавшийся сахар распределяется по всем частям растения с помощью другой системы, именуемой флоэмой. Ксилема и флоэма образуют циркуляторную систему растения.
По Ю. Одуму (1975), следует различать: а) валовую первичную продуктивность – скорость накопления органического вещества, в том числе идущего на дыхание. Эту величину называют «общей ассимиляцией»; б) чистую первичную продуктивность – скорость накопления органического вещества за вычетом вещества, идущего на дыхание, – «чистая ассимиляция»; в) чистая продуктивность сообщества – скорость накопления органического вещества за вычетом вещества, потребленного гетеротрофами. Скорости накопления энергии на уровне консументов называют вторичной продуктивностью.
Продукцию выражают в т/га·год, г/см 2 ·период, ц/га·год. Энергетическая продуктивность обычно представляется в ккал/см 2 ·год или кал/см. 2 ·период. Расчет годовой энергетической продукции ландшафтов возможен при условии знания энергетических эквивалентов растений, их калорийности. Энергетический эквивалент фотосинтеза – количество энергии, содержащейся в 1 г сухого органического вещества. Он определяется при помощи калориметрической «бомбы». Сухую, первоначально измельченную, а затем спрессованную в таблетку навеску (обычно 2-3 г) помещают в замкнутую камеру, куда подается кислород. Выделяющееся при горении тепло идет на нагрев воды. По разности температур до и после сгорания определяют величину энергии и ее рассчитывают на 1 г сухого органического вещества. Массовые определения энергетических эквивалентов растений позволяют сделать вывод, что теплотворная их способность изменяется от 3,9 до 5,2 ккал/г.
Для того чтобы рассчитать потоки энергии по цепям Питания, необходимо знать значения теплотворной способности всех основных групп организмов, образующих экологическую пирамиду. В таблице 8 на основе данных М, М. Иваска, Ю. Одума, А. И. Уткина приведены энергетические эквиваленты некоторых растений и групп организмов.
Таблица 8. Осредненные энергетические эквиваленты растительности и групп организмов (по Н. И. Базилевич, А. И. Уткину)
Источник статьи: http://refdb.ru/look/1746085-p11.html
Энергетика ландшафта
Читайте также:
|
| Зоны | Радиационный баланс, ккал/см 2 • год | Затраты тепла на | |
| испарение | турбулентный обмен | ||
| ккал/см 2 • год | % | ккал/см 2 •год | % |
| Тундра | 14,9 | 11,9 | 3,0 |
| Тайга северная | 26,3 | 21,5 | 4,8 |
| Тайга средняя и южная | 32,3 | 26,9 | 5,4 |
| Смешанные леса (подтайга) | 34,7 | 29,3 | 5,4 |
| Широколиственные леса | 37,0 | 31,1 | 5,9 |
| Лесостепь | 38,2 | 30,6 | 7,6 |
| Степь | 43,0 | 27,0 | 16,0 |
| Полупустыня | 45,4 | 14,7 | 30,7 |
| Пустыня (туранская) | 51,4 | 9,1 | 42,3 |
| Субтропические влажные леса | 59,7 | 47,8 | 11,9 |
| Тропическая пустыня | 64,5 | 59,7 | >95 |
| Саванна опустыненная | 71,7 | 14,3 | 57,4 |
| Саванна типичная | 75,3 | 39,4 | 35,9 |
| Саванновые леса (саванна южная) | 78,9 | 57,4 | 21,5 |
| Влажный экваториальный лес | 83,6 | 75,3 | 8,3 |
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/см 2 , в торфе составляет более 50 ккал/см 2 .
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.
Дата добавления: 2015-04-04 ; просмотров: 73 ; Нарушение авторских прав
Источник статьи: http://lektsii.com/1-130029.html
