Энергия в экосистемах

Солнечная энергия

Важнейший источник энергии, которая поступает в экосистему, это солнце. Из космоса поступает солнечный свет, который попадает на самую верхнюю границу биосферы , энергия этого света равна $8,4 Дж / см^2$ в одну минуту. Однако, во время пути через атмосферу, она рассеивается (поглощается газами и пылью , отражается), и в безоблачный летний день до нижних слоев биосферы доходит не более $5.63 Дж/ см^2$ мин энергии. Число солнечной энергии, которая доходит до автотрофного слоя экосистемы за один день в умеренной зоне достигает от $420 \ до \ 3360 \ Дж/ см^2$(в среднем $1260- 1680 \ Дж/ см^2$), что составляет $4620 -6300 \ МДж/м^2$ в год. Энергия лучей солнца, которая доходит до земной поверхности, состоит приблизительно на 10 % из УФ излучения, на 45 % из ИК излучения и на 45 % из видимого света.

Автотрофам нужна энергия солнечного света не только в виде света (для фотосинтеза), а также в виде тепловой энергии, так как процессы биосинтеза и фотосинтеза требуют определенной температуры протоплазмы. Однако, если в ходе фотосинтеза соединяется энергия красных и синих лучей (видимый свет), то в качестве источника тепла используется главным образом дальняя инфракрасная радиация, которая хорошо поглощается влагой листьев.

Тепловое воздействие на растения иногда бывает таким сильным, что создает угрозу перегрева растений (а следовательно и угрозу процессу фотосинтеза). Для предотвращения последствий перегрева создается ток воды через растения (транспирация), которая выполняет и другие функции. Для биохимических процессов (биосинтеза) основная форма энергии - энергия химических связей глюкозы. Гетеротрофным организмам необходима в первую очередь энергия пищи, т. е. солнечная энергия, связанная в биомассе автотрофов. Но им также необходима энергия в виде прямых солнечных лучей и энергия в виде тепла.

Таким образом, биотическое сообщество экосистемы подвергается мощному воздействию как видимого солнечного излучения, так и теплового, исходящего не только от солнца, но и от всех тел на земле, у которых температура больше абсолютного нуля. Но если поток солнечного излучения имеет четко выраженную направленность (сверху вниз), то длинноволновое тепловое излучение распространяется беспрерывно во всех направлениях. Число тепловой энергии, которую получают за сутки животным или растением на открытой местности летом, может в несколько раз превышать направлешюе вниз излучение Солнца.

Энергия необходима не только живым организмам, но и для других процессов (физико-химических , химических, физических), протекающих в экосистемах, биосфере, так как любая работа затрачивает энергию. Так, например, для поддержания гидрологического цикла на планете затрачивается около 23 % поступающей солнечной радиации.

Другие источники энергии в экосистемах

Для нормального функционирования отдельные экосистемы употребляют не только энергию солнечного света, но и другие источники. Всякий источник энергии, уменьшающий затраты энергии на самоподдержание экосистемы и увеличивающий ту долю энергии, которая может перейти в продукцию, называют дополнительным (вспомогательным) источником энергии, или энергетической субсидией.

Так, прибрежные мелководные заливы (эстуарии) получают дополнительную энергию в виде отмерших листьев, растущих на берегу деревьев, и биогенных элементов, приносимых водой во время приливов и отливов. В этом случае источником дополнительной энергии является солнечная энергия, связанная в биомассе листьев и энергия лунного притяжения, вызывающая приливы и отливы.

Число тепловой энергии, которую получают за сутки животным или растением на открытой местности летом, может в несколько раз превышать направлешюе вниз излучение Солнца. Энергия необходима не только живым организмам, но и для других процессов (физико-химических , химических, физических), протекающих в экосистемах, биосфере, так как любая работа затрачивает энергию. Так, например, для поддержания гидрологического цикла на планете затрачивается около 23 % поступающей солнечной радиации.