Корсак М.Н., Мошаров С.А. и др. Учебное пособие по экологии. Под ред. С.В.Белова (2006), страница 11

5.1) приходится приблизительно 50 % от всей солнечной энергии. Остальные 49 % составляют тепловые - инфракрасные и около 1% - ультрафиолетовые лучи.Таблица 5.1.ИзлучениеУльтрафиолетовоеВидимоеИнфракрасное (тепловое)Длина волны (нм)60-390390-700700-4000Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 300 нм, губительноедля всех живых клеток, почти не проходит через озоновый слой, находящийся вверхних частях атмосферы на высоте около 25 км.

Поэтому наличие озонового«экрана» - одно из важных условий существования жизни на Земле.Излучение в оптической области (видимый свет) ослабляется в атмосфереравномерно, а инфракрасное излучение поглощается неодинаково, в зависимостиот длины волны.В среднем из той части солнечного излучения, которое доходит до верхнихслоев атмосферы, около 42 % отражается атмосферой в космическое пространство, 15 % поглощается атмосферой и идет на ее нагревание (превращается в тепловую энергию) и только 43 % достигает поверхности Земли, поступая в распоряжение биосферы. Эта доля состоит из прямой солнечной радиации (27 %) и рассеянной (диффузной) радиации (16 %).Для нормального существования водных и наземных экосистем важнее всего суммарное солнечное излучение, попадающее на автотрофный ярус экосистемы, т.

е. солнечная энергия, получаемая зелеными растениями за недели, месяцы,весь год. Большая часть биосферы получает ежедневно около 3000...4000 ккал/м всутки или 1,1... 1,5 млн ккал/м2 в год. Часть потока солнечной энергии (в видимойчасти спектра) трансформируется в ходе фотосинтеза в энергию химическихсвязей органического вещества и приводит в действие все биологические системыбиосферы.Судьба солнечной энергии, поступающей в биосферу, кратко рассмотрена втабл 5.2. Всего около 1 % энергии переходит в пищу и другую биомассу (процессфотосинтеза). Однако большая часть энергии (69,2 %), которая преобразуется втепло, расходуется на испарение, осадки, ветер и т.

д., не теряется для биосферызря, так как эта энергия поддерживает оптимальную температуру, и приводит вдействие системы погоды и круговорота воды, необходимые для жизни на Земле.Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участиемсвета у растений и животных протекают следующие важнейшие процессы:• фотосинтез - образование органического вещества за счет энергии света вклетках растений, микроскопических водорослей хлорофиллсодержаших бактерии;• транспирация - испарение воды листьями растений, на что расходуетсяпримерно 75 % падающей на растения солнечной радиации, что обеспечиваетвосходящий поток воды от корней к листьям;• фотопериодизм - осуществление биологических ритмов (суточных, сезонных) как реакция организмов на длину дня (сигнальное или регулирующее значение света):• зрение у животных - одна из главных сенсорных функций, позволяющаяживотным вести активный образ жизни;• синтез пигментов и витаминов - витамин D у человека, витамины и фитопигменты у растений и т.

д.Таблица 5.2Рассеяние энергии солнечного излучения в биосфереПроцессыОтражение от поверхности почвы, во-Количество рассеянной энергии (в %от годового поступления в биосферу)76ды, растений и превращение в теплоИспарение, осадки23Ветер, волны, течения0,2Фотосинтез0,8Наиболее важный экологический процесс, зависящий от света – фотосинтез.В клетках растений и хлорофиллсодержащих бактерий протекают сложныепроцессы синтеза органических веществ из простых неорганических соединений сиспользованием энергии солнечного света. Ведущую роль в этом процессе играютособые органические молекулы - фотосинтезирующие пигменты (хлорофиллы,каротиноды и др.), обладающие уникальным свойством - улавливать свет и превращать его в химическую энергию органических веществ. У большинства растительных организмов фотосинтезирующие пигменты сосредоточены в хлоропластах (внутриклеточных образованиях).

Наиболее важный пигмент, без которогоне возможен процесс фотосинтеза, - хлорофилл, придающий растениям зеленыйцвет.Процесс фотосинтеза обычно описывают следующим балансовым уравнением:6СО2 + 6Н2ОС6Н12О6 + 6О2Балансовое уравнение фотосинтеза представляет собой суммарное отражение сложных биохимических процессов в клетках фотоавтотрофных организмов.В результате этих процессов из минеральных соединении (углекислый газ и вода)образуются богатое энергией органическое вещество и молекулярный кислород,выделяющийся в атмосферу.Процесс фотосинтеза протекает в две стадии.

На первой стадии - световой - происходит фотолиз воды (разложение молекулы воды под действием светадо атомов водорода и молекул кислорода) и образуются универсальные переносчики энергии в клетках органические молекулы АТФ (аденозинтрифосфат). Навторой стадии - темновой - проходит ряд последовательных реакций, которые нетребуют наличия света. В результате этих реакций молекулы углекислого газа вовлекаются в цикл Кальвина и образуется органическое вещество клетки с использованием ранее накопленной энергии в молекулах АТФ.Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений обеспечивает все живое население планеты Земля органическим веществом и аккумулированной в немсолнечной энергией. Двуокись углерода, содержащаяся в атмосфере и в воде. единственный источник неорганического углерода, из которого благодаря процессу фотосинтеза вырабатываются все органические вещества, составляющиеживую клетку.Фотосинтетические пигменты растений могут усваивать только часть солнечной радиации.

Эта часть называется фотосинтетически активной радиацией(ФАР) и в основном соответствует спектральной полосе видимого света (диапазондлин волн от 400 до 700 нм), что составляет 50 % от суммарной энергии солнечного излучения. Хлорофилл и другие пигменты поглотают энергию, сосредоточенную в диапазоне длин волн 400...500 нм (синяя часть спектра) и 610.. .690 нм(красная часть спектра).В реальных условиях только около 10 % энергии, получаемой растениями ввидимой области спектра, действительно может трансформироваться в биомассурастений в процессе фотосинтеза.

Эффективность преобразования энергии, улав-ливаемой зелеными растениями на суше, составляет в среднем около 1 % от всегоприходящего солнечного излучения. Фитопланктон (микроскопические водоросли), обитающий в верхней части гидросферы, запасает в виде органических веществ, синтезируемых в ходе фотосинтеза, еще меньше энергии - в среднем около0,04 %.Интенсивность фотосинтеза варьирует с изменением длины волны света.В наземных экосистемах спектральный состав солнечного света (распределениеэнергии по разным областям спектра) не настолько изменчив, чтобы это влияло наинтенсивность фотосинтеза. В водных экосистемах при прохождении света черезводу красная и синяя части спектра отфильтровываются, и получающийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом.

Поэтому в водоемах с увеличениемглубины снижается энергия ФАР и количество фотосинтезирующих организмовзначительно уменьшается. Нижней границей фотосинтеза в водных экосистемахобычно является глубина, на которую проникает около I % от всей падающей наповерхность воды солнечной радиации. При такой интенсивности света скоростьфотосинтеза минимальна и равна скорости дыхания, т. е. на этой глубине находится компенсационная точка. Иными слонами, сколько образуется органического вещества в ходе фотосинтеза, столько же и разрушается в процессе дыхания.И у наземных, и у водных растений скорость фотосинтеза связана с интенсивностью света линейной зависимостью - увеличение интенсивности света ускоряет фотосинтез. Однако при высоких значениях интенсивности света, превосходящих определенный уровень светового насыщения, скорость фотосинтеза снижается.

Таким образом, слишком интенсивная солнечная радиации, наоборот, подавляет фотосинтез. Уровень светового насыщения для разных видов растенийможет значительно различаться.По отношению к свету различают следующие группы растений: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. К теневыносливым относятся многие деревья, начинающие свой рост под пологом леса, а затем выходящие в его верхниеярусы. Растения из каждой группы в процессе длительной эволюции приспособились к соответствующим световым условиям.В жизни большинства растительных и животных организмов, обитающих всредних или высоких широтах, важную роль играет смена сезонов года. Со сме-ной сезонов изменяются многие факторы среды: средняя температура, количествопадающей солнечной радиации, количество осадков и пр.