Інтенсивність функціонування ландшафту
Питання лекції
1. Енергетика ландшафту.
2. Інтенсивність функціонування ландшафту.
3. Динаміка ландшафту. Стійкість ландшафту.
4. Розвиток ландшафту. Вік ландшафтів.
Енергетика ландшафту
Функціонування ландшафту супроводжується поглинанням, перетворенням, накопиченням і вивільненням енергії.
Первинні потоки енергії надходять у ландшафт ззовні. Найважливіший із них – промениста енергія Сонця. Цей потік за щільністю у багато разів перевищує усі інші джерела енергії. Для функціонування ландшафту промениста енергія – найефективніша, вона спроможна перетворюватися у різні інші види енергії – теплову, механічну, хімічну.
Сумарна радіація у середньому складає на поверхні суходолу 5 600 МДж/м²·рік, а радіаційний баланс – приблизно 2 100 МДж/м²·рік.
Для порівняння: енергія космічних променів – 0,0001 МДж/м²·рік; енергія припливного тертя – 0,1 МДж/м²·рік; енергія тектонічних рухів, включаючи сейсмічну – 0,03 МДж/м²·рік; тепловий потік із надр Землі – 2 МДж/м²·рік (хоча у районах вулканізму він збільшується у 10-20 разів, а в кратерах – у тисячі разів, тобто стає приблизно рівним променистій енергії).
Забезпеченість сонячною радіацією визначає інтенсивність функціонування ландшафту (за умов рівної вологозабезпеченості); сезонні коливання інсоляції зумовлюють річний цикл функціонування ландшафтів; добові коливання – відповідно добовий цикл.
Перетворення сонячної радіації, що надходить на поверхню землі, починається з відбиття частини радіації: альбедо (частка відбитої радіації) свіжого снігу – до 0,95; світлих гірських порід – до 0,40; зеленої трави – до 0,25; хвойного лісу – до 0,15; темних гірських порід – до 0,10.
Ефективне випромінювання значно диференціюється по ландшафтах, бо залежить від температури, вологості повітря, хмарності.
У середньому, земна поверхня втрачає близько 65% сумарної радіації. Приполярні райони – до 87%, екваторіальні лісові ландшафти – 47%, а наприклад, ландшафти України втрачають 59-62% сумарної сонячної радіації.
Радіаційний баланс (те, що поглинається земною поверхнею) – корисне для ландшафту тепло. Більша його частина витрачається на випаровування – безпосереднє і через транспірацію рослин, а також – на турбулентний теплообмін (віддачу тепла в атмосферу).
Співвідношення двох цих витратних частин підпорядковується зональності (табл.1).
Таблиця 1
Витратні частини радіаційного балансу
| Природна зона | R | Витрати на випаровування | Турбулентний теплообмін |
| Тундра | 80 % | 20 % | |
| Південна тайга | 83 % | 17 % | |
| Широколисті ліси | 84 % | 16 % | |
| Лісостеп | 80 % | 20 % | |
| Степ | 63 % | 37 % | |
| Тропічна пустеля | 5 % | 95 % | |
| Савана | 52 % | 48 % | |
| Екваторіальний ліс | 90 % | 10 % |
Таким чином, у гумідних (вологих) ландшафтах переважає витрата тепла на випаровування, в азидних (сухих) – на турбулентний обмін тепла.
Інші статті витрат – незначні, хоча й важливі: теплообмін «ґрунт – материнська порода», витрата тепла на танення снігу і багатолітньої мерзлоти, на хімічне розкладання мінералів, на вивітрювання тощо.
У трансформації сонячної енергії найважливіша роль належить біоті, хоча на фотосинтез рослини використовують лише 0,5 % сумарної радіації (або 1,3 % радіаційного балансу).
У процесі фотосинтезу на 1 г асимільованого вуглецю припадає 15,9 кДж енергії. Цей показник використовується у різних розрахунках.
Уміст енергії у фітомасі визначається за калорійністю (теплотою згорання) органічної речовини (у середньому 18,5 кДж на 1 г сухої речовини). Калорійність зростає від екватора до полюсів (від 16 до 25 кДж/г), хоча дуже коливається для різних рослин.
Фотосинтетично активна радіація (ФАР) – це частина сонячного випромінювання в діапазоні 0,4-0,7 мкм. ФАР складає 40 % прямої та 62 % розсіяної радіації (у середньому – 45 % сумарної радіації).
Рослини поглинають 90 % ФАР, але тільки 0,8-1 % її йде на фотосинтез, решта – на транспірацію та на підтримання деяких теплових умов у ландшафті.
Найвищий коефіцієнт використання ФАР – при максимумі теплозабезпечення у поєднанні з оптимумом зволоження. В екваторіальних лісових ландшафтах 4,5 % ФАР іде на фотосинтез, у степах – 0,6 % ФАР, у тундрі – 0,4 %.
Цікава інформація:
· Після розкладання органічної речовини зв’язана сонячна енергія перетворюється на теплову, розсіюється і більше не повертається у біологічний кругообіг (на відміну від речовини).
· При переході від одного трофічного рівня до іншого енергія значно витрачається, оскільки використовується частково.
· У живій біомасі акумульовано в середньому 14 % річного радіаційного балансу (у лісах навіть 40-70 %).
У гумусі степів – майже річна норма, у торфі – до двох річних норм радіаційного балансу за рік.
У каустобіолітах (вугіллі, нафті, горючих сланцях тощо) акумульована річна норма сумарної сонячної радіації.
· ККД (коефіцієнт корисної дії) фотосинтезу низький тому, що значна частина енергії йде на транспірацію, що рятує рослини від перегрівання, а також забезпечує рух мінеральних речовин.
· Плакорні (вододільні) ландшафти використовують сонячну енергію ефективніше, ніж супераквальні (на схилах).
Інтенсивність функціонування ландшафту
Перетворення енергії може слугувати показником інтенсивності функціонування ландшафту.
Іванов запропонував показник біологічної ефективності клімату - «ТК». ТК дорівнює сумі температур за період із середньодобовими температурами понад 10° (Т), помноженій на річний коефіцієнт зволоження (К).
Гранична величина К = 1, оскільки надмірна волога вже не впливає на продуктивність рослин позитивно. Якщо прийняти інтенсивність функціонування екваторіального лісу за 100 %, то отримаємо такі значення (табл.2).
Таблиця 2
Приблизний ряд зменшення інтенсивності функціонування ландшафтів
| Природна зона | ТК, % | Чиста первинна продукція, % |
| Екваторіальні ліси | ||
| Тропічні ліси | ||
| Вологі субтропічні ліси | ||
| Савана | ||
| Лісостеп | ||
| Тайга | ||
| Тундра |