5.4. Энергетика ландшафта

Функционирование геосистем сопровождается поглощением, преобразованием, накоплением и высвобождением энергии.

Важнейшим источником энергии является лучистая энергия солнца. Латерально-вертикальные связи в ландшафтах прямо или косвенно связаны с трансформацией солнечной энергии.

Поток энергии к дневной поверхности в среднем поставляет 5600 МДж/м2 в год, а радиационный баланс – 2100 МДж/м2 в год. Энергия солнца частично отражается от земной поверхности: альбедо (отношение отражённой радиации к поступающей) снега составляет 0,80–0,95; снега тающего – 0,3–0,6; травостоя – 0,15–0,20; хвойного леса – 0,10–0,15.

Много энергии (большая часть тепла, поглощаемого поверхностью земли) расходуется на испарение и турбулентную отдачу тепла в атмосферу, т.е. на влагооборот и нагревание воздуха. В тёплое время года теплообмен направлен от поверхности в глубь почвы, а в холодное время года наоборот – из почвы к поверхности. За год оба потока балансируются. Интенсивность теплообмена наибольшая в континентальных ландшафтах. Он зависит от влажности и литологического состава почвогрунтов. Моховой и торфяной горизонты являются теплоизолятором. Теплообмен идёт до глубины 10–20 м, его величина достигает 10% от годового радиационного баланса.

На трансформацию солнечной энергии важнейшее влияние оказывает биота. Она использует на фотосинтез до 0,5% суммарной радиации. В процессе фотосинтеза на 1 г ассимилируемого углерода потребляется 3,8 ккал (15,9 кДж) энергии. Содержание энергии в фитомассе определяется по калорийности (теплоте сгорания) органического вещества, которая в среднем составляет около 4,5 ккал (18,5 кДж) на 1 г сухого вещества. Калорийность, т.е. теплота сгорания фитомассы возрастает от низких широт к высоким. У влажных экваториальных лесов она соответствует 16–17 кДж, у широколиственных – 17–19, у хвойных – 20, а у тундровой фитомассы – 21–24 кДж. Ежегодно малая часть биологически связанной энергии «консервируется» в мёртвой органической массе и превращается в потенциальную химическую.

Особый аспект энергетики ландшафта связан с потоками механической энергии: за счёт тектонических движений и энергии солнечных лучей. В частности за счёт перемещения воздушных и водных масс. Энергия текучих вод – это трансформированная энергия солнца (0,01% радиации).

Преобразование энергии – важный показатель интенсивности функционирования ландшафта. Н.Н. Иванов предложил «показатель биологической эффективности климата» (ТК) в виде произведения суммы активных температур больше 10° (Т) и годового коэффициента увлажнения (К). При этом за предельную величину коэффициента увлажнения К принята 1, так как дальнейшее увеличение влажности не приводит к росту продуктивности. В экваториальных лесах он равен 100, а в остальных ландшафтах ТК представлен отношением к 100. Так, в саванах влажных он равен 69, в широколиственных лесах – 28, в степях – 14, в пустынях – 2–4.