Макроклимат (климат в широком понимании). Поток энергии.
Солнечное излучение является энергетическим источником всех жизненных процессов на Земле, Общее количество лучистой энергии, падающее на поверхность Земли (глобальное излучение), складывается из прямого солнечного излучения и диффузного излучения атмосферы. На внешней границе атмосферы интенсивность излучения, солнечная постоянная, составляет:
8,123 Дж • см -2 • мин-1 = 1,35 кВт • м-2
Из них 5,44 Дж • см2 • мин-1 достигает уровня моря на средних широтах. Энергия, которая излучается в космическое пространство, называется альбедо. Увеличение альбедо, например при изменении климата, могло бы привести к охлаждению Земли, а его уменьшение (например, при накоплении СO2), напротив, — к ее нагреванию (проблема СО).
Накопление пыли в атмосфере вследствие извержения вулкана Эль-Чикон (Мексика) в 1982 г. привело к повышению средней температуры на 1 °С на соответствующих географических широтах. Количество лучистой энергии, достигающей земной поверхности, сильно изменяется в зависимости от географической широты местности и облачности. Так, бедные лесами субтроп, сухие районы получают в год 70% солнечной энергии при среднем ее значении 49%.
Наряду с количеством лучистой энергии решающим фактором для жизни на Земле является спектр излучения (рисунок А). 10% излучения составляют коротковолновые УФ- лучи. Они пронизывают растение и в среднем отражается только 3% из них. Некоторые цветы отражают УФ-лучи сильнее, привлекая этим насекомых, распознающих УФ-узоры.
УФ-излучение может вызвать и загар, и рак кожи.
45% солнечной энергии достигает земной поверхности как видимый свет с длиной волн от 400 до 700 нм. Используемое для фотосинтеза излучение имеет длину волн от 380 до 740 нм; фотосистемы способны абсорбировать кванты света только из этой области. Лучи oпpeдeлённoгo участка спектра поглощаются растительными пигментами (рис Б) и служат энергетическим источником для фотосинтеза.
Голубой и красный свет легко абсорбируется растительностью, как и длинноволновое тепловое излучение в ИК области ("прохлада под крышей из листьев"). Поглощение в зеленой области видимого света ("зелень" растений) и в ближней ИК области слабее. Непоглощенная энергия отражается или передается как тепловая энергия. Наряду с зелеными пигментами листьев (хлорофилл, с. 4) так называемые дополнительные (акцессорные) пигменты, такие как каро таи, перекрывают другие области излучения и переносят энергию к хлорофилловым комплексам.
Фикоцианы и фикоэритрины водорослей и пигменты наземных растений поглощают энергию из различных спектральных областей. Наземные растения поглощают около 50% энергии излучения, используемой при фотосинтезе, а фитопланктон — только от 0,01 до 3%. Коэффициент полезного действия (КПД), эффективность фотосинтеза, или отношение поступившей солнечной энергии к энергии, запасенной в результате фотосинтеза органических веществ, составляет у высших наземных растений лишь 1 — 5%.
КПД фотосинтеза относительно поглощенной энергии увеличивается в среднем на 5 — 10%, а для отдельных листьев — иногда до 24%.
Видимый свет, и прежде всего продолжительность его действия, влияет на дневную активность растений (раскрытие цветков), животных (поиск пищи) и людей (вызванные сменой времен года депрессии). 45% излучения, нагревающего поверхность Земли, относится к невидимой ИК области. Принимаемая земной поверхностью коротковолновая энергия передается в атмосферу как длинноволновое тепловое ИК-излучение непосредственно либо при испарении воды. Большая часть отраженной поверхностью Земли энергии снова задерживается атмосферой, поглощаясь водяным паром, облаками, диоксидом углерода, пылью и озоном, переизлучается на поверхность Земли и снова способствует ее нагреванию.
Если количество ИК поглотителей, таких как СO2, в атмосфере увеличивается, то средняя температура на Земле повышается.
Поток энергии.
Поглощенная растениями путем фотосинтеза энергия Солнца накапливается в органических соединениях (продуценты (П), рисунок) и рассматривается в экосистеме как валовая продукция.
Энергия (Al, А2, ...) при наличии больших потерь, прежде всего тепла и потерь при дыхании, ступенчато по трофическим уровням от растений продуцентов по различными уровням консументов (потребителей) (KI, К2), прежде всего животных, передается деструкторам (Д), или редуцентам, которые выживают за счет мертвой субстанции животных и растений (с. 61). В отличие от материи в круговоротах веществ энергия передается всегда в одном направлении — от Солнца — через растения и животных — к редуцентам (бактериям, грибам, сапрофагам), преобразуя энерго насыщенную органическую субстанцию в неорганические продукты распада с небольшим запасом энергии.
Под климатом понимают сумму погодных явлений в атмосфере, наблюдаемых в течение длительного времени. Климат экологически значим, поскольку обусловливает как единственный абиотический фактор распределение растительности, а вместе с ней почв и, частично, видов животных в глобальных масштабах.
Макроклимат (климат в широком понимании) охватывает границы и характеристики климат, зон, которые в экологии используются как основа распределения биомов.
Мезоклимат с одинаковыми климат, условиями и их изменением существует внутри макроклимат, зоны; исследуются, например, изменения климата вследствие сельхоз производства на больших площадях. Микроклимат определяется местными условиями; это может быть климат под кроной дерева или в тени здания; сумма всех микроклиматов зданий, транспортных территорий и т. п. образует мезоклимат города (городской климат, с. 152). Макроклимат, зоны часто выделяли по распределению естественной растительности. Нередко климат, карты — это карты растительности, границы распространения которой определялись не путем измерений, а на основании визуальных наблюдений.
Для градаций климата на основе распространения растительности используют в небольших масштабах растительные комплексы (фитоцонозы, социология растений) и комбинации восстанавливаемых видов, а также в больших масштабах — растительные формации, единицы флоры, различающиеся своими формами роста и существования (физиономистика). Распределение экосистем на Земле определяется преимущественно их макроклиматом, проявляющимся в нижних слоях атмосферы (Вальтер, 1976). Для характеристики макроклимата при постановке экологических вопросов привлекают температурные и гидрологические данные, которые часто связываются между собой посредством индексов (например, индекс влажности), поскольку для растений важно не только количество осадков, но и степень их испарения, которая зависит от температуры и регулирует наличие влаги.
Экологически решающими для распределения живых организмов и форм жизни являются не только элементы климата и их комбинации, но и их типовое распределение в течение года. Они определяют зоны с относительно равномерными климат, явлениями в течение года (тропики) и зоны переменного климата, например с зимними или летними дождями и различным ходом температуры. На климат, картах дополнительно учитывают такие важные составляющие, как высота над уровнем моря и отдаленность от моря. Достаточно близкого совпадения макроклиматов с растительными зонами достигли Тролль и Паффен, построив климат, карту Земли по временам года.
Территории различаются специфической сменой климат, элементов на протяжении года. Дальнейшее подразделение проводится для умеренных широт с учетом смены температуры, для тропиков — с привлечением омбротермических индексов (Лауэр, 1952), а для остальных территорий — с учетом комбинаций хода кривых температуры и осадков. Для тропиков на базе индексов получают гидрологические, а для умеренных широт — температурные времена года.
