Энергия является движущей силой всех процессов, протекающих во Вселенной - от молекул до необозримых звездных систем. Энергия - необходимый компонент осуществления всех процессов во Вселенной. Она основная и наиболее универсальная мера всех процессов, в том числе и протекающих в экосистемах. Энергия определяет нормальную способность осуществления будущих процессов и скорость их наступления. Общий результат завершенных процессов измеряется используемой энергией. Земля представляет собою открытую систему, получающую энергию извне - от Солнца.[ ...]
Солнечная энергия является основой функционирования всех процессов, протекающих на планете. Внутри Солнца происходят ядерные реакции, аналогичные тем, которые происходят при взрыве водородной бомбы; однако громадные гравитационные силы сдерживают взрыв внутри Солнца. Энергия солнечного света, связанная с энергией внутренних реакций, рассеивается в солнечную систему в виде квантов энергии, называемых фотонами. По мере удаления от Солнца фотоны рассеиваются, и ко времени достижения Земли они уже далеки друг от друга. Поэтому солнечный свет, падающий на Землю, является ослабленным. В равновесном состоянии, когда температура Земли не меняется, энергия солнечного излучения, падающего на Землю, совпадает с энергией обратного теплового излучения Земли в космическое пространство (рис. 9).[ ...]
Не вся эта энергия доходит до земной поверхности. Около 1/3 солнечного излучения отражается атмосферой Земли обратно в космос, чуть меньше 1/3 оставшегося излучения поглощается атмосферой. В результате средний поток солнечной энергии, доходящий до поверхности Земли, оказывается уменьшенным примерно в 2 раза и равным 160 Вт/м2.[ ...]
Спектр солнечного света состоит из лучей различной интенсивности: лучей высокой энергии, или ультрафиолетовой части, лучей с энергией средней интенсивности - видимый, свет и невидимых лучей невысокой энергии, или инфракрасной части спектра. Энергия ультрафиолетовых лучей большей частью поглощается при химических реакциях, осуществляющихся в атмосфере и почве. Энергия этих лучей настолько велика, что они способны убивать некоторые виды бяктерий Видимый свет используется растениями а химических реакциях и фотосинтезе. Энергия инфракрасных лучей поглощается главным образом поверхностью Материков и морей, которые прп этом нагреваются пропорционально поглощенной тепловой энергии. Распределение солнечных лучей по энергии показано на рис. 11.[ ...]
Поступление солнечной энергии на поверхность Земли составляет от 420 до 3400 Дж/см2-день. Лучистая энергия, достигающая земной поверхности в ясный день, состоит примерно на 10 % из ультрафиолетового излучения, па 45 % из видимого света и 45 % инфракрасного излучения. Ультрафиолетовые излучения могут полностью задерживаться озоновым слоем. Меньше всего ослабляется видимый свет, поэтому фотосинтез, нуждающийся в видимом свете (синие и красные лучи), может идти и в пасмурные дни.[ ...]
Излучение Солнца генерирует практически все упорядоченные макроскопические процессы на земной поверхности -ветер, образование облаков, выпадение осадков, течение рек и др. Для всех этих процессов характерно взаимно согласованное движение молекул. Так, все молекулы воды в реке имеют составляющую скорости в направлении течения, для ветра характерно наличие одинаковой составляющей скорости у всех молекул воздуха и т.д. В процессе совершения любой работы в результате взаимодействия молекул упорядоченного движения с молекулами окружающей среды происходит распад упорядоченного движения и молекулы переходят в состояние неупорядоченного хаотического движения. В результате свободная энергия потока превращается в тепловую энергию, т.е. происходит диссипация энергии.[ ...]
Теплота - это одна из многих форм энергии, в которую можно перевести все остальные формы; представляет собой хаотическое движение атомов и молекул. Тепловую энергию трудно использовать в силу хаотического движения частиц. При постоянной температуре теплота является понижением качества энергии. Только при наличии разницы в температурах тепловая энергия может вызывать энергетические процессы - потоки тепловой энергии. При постоянстве температуры и давления тепловая энергия не способна совершать какую-либо работу без дополнительного вложения энергии, поэтому в земных условиях оказывается бесполезной.[ ...]
Ориентировочное представление о масштабах энергетических ресурсов у земной поверхности можно получить из данных таблицы 4.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Солнечная энергия, попадающая на Землю, и тепловая энергия, излучаемая Землей |
 |
| Распределение мощности солнечного излучения |
 |