ЭНЕРГЕТИКА БИОСФЕРЫ

Современная энергетика биосферы основана на фотосинтетическом восстановлении двуокиси углерода, в процессе которого образуются органические вещества и молекулярный кислород. Однако известно, что этот процесс – лишь один из нескольких, описываемых общим уравнением

nСО₂ + nН₂А + энергия = (СН₂О)n + nА.

В этой реакции донором водорода (H₂А) может служить вода (у цианобактерий и зеленых растений), сероводород (у фотосинтезирующих серобактерий) или различные органические соединения (у несерных пурпурных бактерий).

Эффективность фотосинтеза в планетарном масштабе невелика и в разных географических зонах различна. Связано это с наклоном земного шара в 23,5° к плоскости эклиптики. В результате возникает значительный градиент приходящего солнечного излучения между полюсами и экватором, обладающий сезонной изменчивостью.

Количество солнечной радиации, приходящей на верхнюю границу атмосферы, является функцией широты. Распределение приходящей солнечной радиации зависит от свойств облачного покрова, содержания пыли в атмосфере, а также от суточных и сезонных изменений различных физических величин. В среднем за год примерно 25-30 % солнечной радиации отражается газами и облаками обратно в космическое пространство. Еще около 25% радиации поглощается, а затем переизлучается облаками, пылью и газами в виде нисходящего излучения. Примерно такое же количество поступает на поверхность Земли в виде прямой солнечной радиации. В силу отражательной способности (альбедо) поверхности Земли часть падающей солнечной энергии (в среднем для планеты примерно 32 %) уходит обратно в атмосферу. Форма и цвет освещаемых поверхностей сильно влияют на величины альбедо. Снег, например, может отражать 80 % солнечного излучения и поэтому нагревается медленно, тогда как травянистая поверхность отражает 20 %, а темные почвы – всего лишь 10 % приходящей радиации.

В процессе фотосинтеза используется лишь энергия видимой части спектрального состава солнечного излучения (380–710 нм), составляющая около 41 %. Ее называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Разные виды растений и растительных сообществ существенно отличаются величинами эффективности фотосинтеза (КПД, %), которую рассчитывают в процентах как отношение величины прироста (Р) сухой биомассы в единицу времени на единице пространства к величине поглощенной ФАР.

Средняя величина КПД фотосинтеза для естественной растительности на Земле низка и оценивается примерно 0,2 %.