Energia áramlások a geoszisztémákban
A természetes és humán módosított geoszisztémák működésének egyik fő összetevője az energiacsere és átalakítása. A geoszisztémák komponensei közötti energiaviszonyok megvalósultak
az energia áramlása az energiaátvitelen keresztül, és gyakran elválaszthatatlanok az igaziaktól, a levegő, a víz és a szilárd masszák áramlásával párhuzamosan, az élő szervezetek mozgásával történik.
A geoszisztémák működése (anyagmozgás, talajképződés, élő szervezetek aktivitása) nem lehetséges állandó energiabeáramlás nélkül. Ellentétben azokkal az anyagokkal, amelyek folyamatosan keringenek a geoszisztéma különböző összetevői között, és újrahasznosíthatók, ciklusba léphetnek, az energia csak egyszer használható, azaz csak egy alkalommal. a geoszisztémán keresztül egyirányú áramlás folyik, melyet a termodinamika alapvető törvényeinek hatása okoz: az energia megőrzése és az entrópia; a rendszer belső rendellenességeinek mérései. A termodinamika első törvénye
Mikey azt mondja, hogy az energia átalakítható egyik formából (például a fényből) egy másikba (például a talaj potenciális energiájába vagy a talaj humuszába), de nem hozható létre vagy semmisíthető meg.
A második törvény kimondja, hogy egyetlen energiaellátási folyamattal sem lehet egyetlen részfolyamat elvesztése nélkül. Ez azt jelenti, hogy az energia spontán átalakulása csak akkor lehetséges, ha koncentrált formáról szétszóródott. A geoszisztémák összetevői képesek növelni belső rendelési szintjüket a külső energia beáramlásának következtében, azaz a külső rendszerben. különösen az élő szervezetekben, a humusz felhalmozódása következtében fellépő talajtermékenység növekedésében, organogén kőzetek (tőzeg, szén, palák, olaj, gáz) kialakulásában. A rendezettség az összetevők strukturálásában is megnyilvánul, például jól definiált talajrétegek jelenlétében, amelyek különböző funkciókat látnak el.
A Föld energiaforrásai különbözőek: a Nap energiája, a Föld mély rétegeitől származó energia beáramlása, a fázisátmenetekben felszabaduló energia, nedvesítés, exoterm biokémiai reakciók, de az első forrás domináns.
Tekintsük a napenergia átalakulását a Föld felszínének közelében (sugárzási egyensúly). A rövidhullámú napsugárzás Jk átlagos felmelegedést biztosít a Föld felszínén, megközelítőleg 2 cal / cm 2 / perc a napsugarakra merőleges felületen. Ez óriási mennyiségű energiát jelent. A közvetlenül az aktív felületre (növényzet borítása és talajfelszíne) történő hőáramlás függ a földrajzi fekvéstől, az év és az óra időtartamától, valamint a megkönnyebbüléstől (meredekség és meredekség).
A növényzet borítása és a talaj tükrözi a rövid hullámú sugárzás egy részét. Az arány Jot / Jk = az úgynevezett albedo és függ a típusától és a felület színétől. Így hó albedója 0,88 ... 0,91, a pázsit - 0,26, száraz serozem - 0,25 ... 0,30, nedves serozem - 0,10 ... 0,12, nedves csernozjom -0 , 08. Következésképpen az u
A felület színezése jelentősen megváltoztatja a talajban a hő áramlását. Figyelembe véve az albedót, a Jn = J (1 -as) rövidhullámú sugárzás által okozott hőáramlás a talajba kerül.
A talaj, mint bármely fűtött test hőt sugároz a hosszú hullámú spektrum: Jz = BSQ 4 (itt, b - az arány a talaj sugárzás sugárzás feketetest körülbelül egyenlő 0,90 ... 0,95, s - állandó sugárzás feketetest, q - abszolút hőmérséklete). Aktív felületén visszatérő része az energia tükröződik a hosszú hullámú spektrumát felületi rétegek légköri felhőborítottság Ja.
Összességében ezek a sugárzó hőáramok alkotják az aktív felület sugárzási egyensúlyát:
A napi szakaszban a sugárzás egyensúlya a napsütéses nappali időszakban eléri a maximumot, az év során ez jelentősen változik, és télen negatívvá válhat. Ez az energia sugárzási fluxus a vegetációs fedélbe és a talajrétegbe transzformálódik a termikus rétegbe, egyensúlya a következő:
ahol LEc a teljes elpárolgásnak a hővesztesége Ec, beleértve a növényi transzpirációt és a talaj felszínéből történő párolgást, L a párolgási hő; ez a hőelem összetevője a legjelentősebb, amely a sugárzás egyensúlyának 80-90% -át teszi ki; B - a mély hézagokból a talajba jutó hő beáramlása, iránya az év különböző évszakaiban változhat; P - konvektív hőcserélés a légkör felszíni rétegével a levegő felmelegedése miatt a talaj felszínén és felfelé történő mozgatásával, ezen áramlás iránya is változhat; Q - talajképző folyamatok energiaigénye: a szilárd fázis, az endotermikus folyamatok időjárása (őrlése), az anyagok profilon keresztüli átadása stb. F - a fotoszintézis energiaköltsége, amely nem haladja meg a sugárzás egyenlegének 1% -át; A Cn Dq a hőmennyiség változása a talajban, amikor az egyensúlyi időszak alatt a Dq o-val melegszik. Cn a talaj hőteljesítménye.
A talaj hőmérséklete nemcsak a bejövő vagy elfogyasztott hőmennyiségtől, hanem a termikus tulajdonságoktól is függ: hőteljesítmény és hővezetés. A hőkapacitás az a hőmennyiség, amelyet 1 g talaj (tömeghő kapacitás) vagy 1 cm 3 (térfogat hőteljesítmény) 1 ° -ra történő melegítéséhez szükséges. a talaj összetételétől, a szilárd, folyékony és gáznemű fázisok arányától és a szerves anyagok mennyiségétől függ. Mivel a víz hőteljesítménye a legnagyobb - 1kil / g / fok (az ásványi rész 0,18, a humusz 0,3, a levegő pedig 0,0003), akkor a talaj hőteljesítményét nagymértékben meghatározza a nedvességtartalma. Ezért a nedves talajok stabilabb hőmérsékleti viszonyokkal rendelkeznek, némileg hidegebbek, mint a szárazak.
A hőmérleg elemzésével lehetőség nyílik a talaj hőmérsékletének javítására irányuló intézkedések körvonalazására. a termikus melioráció végrehajtásához.
Ezek közé tartoznak: változások a szerkezetben a sugárzás egyenleg (változás a reflektáló segítségével bevonatok - tőzeg, homok, kréta, a szintetikus filmek és hasonlók), változások a termikus tulajdonságai a talaj - a fajhő és a hővezetési (elsősorban a nedvesség szabályozása, valamint a hozzáadásával a tőzeg, a trágya, a homok talajában).
Bizonyos esetekben a talaj közvetlen melegítését hő- és nukleáris hőerőművek termálvízével használják ahelyett, hogy a hűtést a hűtőtornyokban hűti. A meleg vizet a talajba helyezett műanyag csövek rendszeréről 0,5 m mélységig vezetik át. Ez a rendszer a Kursk atomerőmű közelében épült,
nem csak felgyorsítja a növények érését, és növeli terméshozamát, ugyanakkor csökkenti a légkör szennyeződését, amikor a víz hűtése a hűtőtornyokban történik.