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/см² в год, а радиационный баланс — около 50 ккал/см² в год. Энергия современных тектонических движений ничтожна в сравнении с солнечной — 0,0007 ккал/см² в год. Большее значение имеет тепловой поток из недр Земли, связанный с переносом к поверхности продуктов вулканических извержений и термальных вод, — 0,05 ккал/см² 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).

Таблица 12

Затраты тепла на испарение и турбулентный обмен по ландшафтным зонам

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/см², в торфе составляет более 50 ккал/см².

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.