Энергия в экосистемах: солнечный свет и дополнительные источники

Солнечный свет и дополнительные источники

Главным поставщиком энергии для любой экосистемы выступает Солнце. Поток солнечного света приходит из космоса и достигает верхней границы биосферы, где его энергия составляет 8,4 Дж/см² за одну минуту. Двигаясь сквозь атмосферу, излучение частично рассеивается - его поглощают газы и пыль, часть отражается обратно. В результате в безоблачный летний день к нижним слоям биосферы доходит не более 5,63 Дж/см² за минуту. За сутки до автотрофного яруса экосистемы в умеренной зоне поступает от 420 до 3360 Дж/см² (в среднем 1260-1680 Дж/см²), что соответствует 4620-6300 МДж/м² за год.

Роль солнечного излучения

В составе лучей, доходящих до земной поверхности, около 10 % приходится на ультрафиолетовое излучение, 45 % - на инфракрасное и ещё 45 % - на видимый свет. Каждая из этих составляющих по-своему участвует в жизни организмов. Автотрофы нуждаются в энергии Солнца не только как в источнике света для фотосинтеза, но и как в источнике тепла, поскольку процессы биосинтеза и фотосинтеза идут лишь при определённой температуре протоплазмы.

Если для синтеза органики используется энергия красных и синих лучей видимого спектра, то роль теплового источника играет преимущественно дальнее инфракрасное излучение, которое хорошо удерживается влагой листьев. Иногда тепловое воздействие оказывается настолько интенсивным, что грозит растениям перегревом, а значит - и нарушением фотосинтеза. Чтобы избежать этого, через ткани растения проходит ток воды (транспирация), выполняющий и ряд других функций.

Для биохимических реакций главной формой энергии служит энергия химических связей глюкозы. Гетеротрофные организмы прежде всего зависят от энергии пищи, то есть от солнечной энергии, запасённой в биомассе автотрофов. Вместе с тем им необходимы и прямые лучи Солнца, и тепло.

Тепловое воздействие на сообщество

Таким образом, биотическое сообщество испытывает мощное влияние как видимого солнечного света, так и теплового излучения. Последнее исходит не только от Солнца, но и от всех тел на Земле, температура которых выше абсолютного нуля. При этом поток солнечной радиации направлен строго сверху вниз, тогда как длинноволновое тепловое излучение непрерывно распространяется во всех направлениях.

Количество тепловой энергии, которое растение или животное на открытой местности получает за летние сутки, способно в несколько раз превысить нисходящий поток солнечных лучей. Энергия требуется не только живым организмам - она расходуется на физические, химические и физико-химические процессы во всей биосфере, ведь любая работа сопряжена с её затратами. К примеру, на поддержание гидрологического цикла планеты уходит около 23 % поступающей солнечной радиации.

Дополнительные источники энергии в экосистемах

Для устойчивого функционирования отдельным экосистемам недостаточно одного лишь солнечного света - они используют и иные источники. Любой источник, снижающий расход энергии на самоподдержание системы и увеличивающий ту её долю, что переходит в продукцию, называют дополнительным, или вспомогательным. За ним закрепилось также название энергетическая субсидия.

Сочетание основного и вспомогательных источников показывает, насколько сложно устроен энергетический баланс природных систем. Понимание того, как распределяется энергия в экосистемах, помогает оценивать их продуктивность и устойчивость к внешним нагрузкам.