Энергетические потоки в геосистемах - Энергетические потоки в геосистемах
Одной из главнейших составляющих функционирования природных и измененных человеком геосистем является обмен энергией и ее трансформация. Энергетические связи между компонентами геосистем реализуются в энергетических потоках путем передачи энергии и часто неразделимы с вещественными, осуществляются одновременно с потоками воздуха, воды, твердых масс, с перемещением живых организмов.
Функционирование геосистем (круговорот веществ, почвообразование, деятельность живых организмов) невозможно без постоянного притока энергии. В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным компонентам геосистемы и которые могут многократно использоваться, вступать в круговорот, энергия может использоваться только один раз, т. е. имеет место однонаправленный поток энергии через геосистему, обусловленный действием фундаментальных законов термодинамики: сохранения энергии и энтропии, т. е. меры внутренней неупорядоченности системы.
Первый закон термодинамики гласит, что энергия может превращаться из одной формы (например, света) в другую (например, в потенциальную энергию пищи или гумуса почвы), но не может быть создана или уничтожена.
Второй закон утверждает, что не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потерь некоторой ее части. Это означает, что самопроизвольное превращение энергии возможно только при ее переходе из концентрированной формы в рассеянную. Компоненты геосистем способны повышать степень своей внутренней упорядоченности за счет постоянного притока энергии извне, т. е. уменьшать свою энтропию, особенно это ярко проявляется в живых организмах, в росте плодородия почвы за счет накопления гумуса, при образовании органогенных горных пород (торфа, угля, сланцев, нефти, газов). Упорядоченность проявляется также в структурированности компонентов, например, в наличии четко выраженных слоев почвы, выполняющих разные функции.
Источники энергии на Земле разные: энергия Солнца, приток энергии из глубинных слоев Земли, энергия, выделяемая при фазовых переходах, при смачивании, экзотермических биохимических реакциях, но первый источник является главенствующим.
Рассмотрим трансформацию солнечной энергии вблизи поверхности Земли (радиационный баланс). Коротковолновая солнечная радиация JК Дает осредненный поток тепла у поверхности земли, примерно равный 2 кал/см2/мин на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам. Это колоссальное количество энергии. Поступление тепла непосредственно на деятельную поверхность (растительный покров и поверхность почвы) зависит от географического положения, времени года и часа суток, а также от рельефа (крутизны и экспозиции склона).
Растительный покров и почва отражают часть коротковолновой радиации JОт, отношение
JОт/JК = aS
Называется альбедо и зависит от вида и окраски поверхности. Так, для снежного покрова альбедо составляет 0,88...0,91, для травяного покрова - 0,26, сухого серозема - 0,25...0,30, влажного серозема - 0,10...0,12, для влажного чернозема -0,08. Следовательно, изменение вида и окраски поверхности существенно изменяет приток тепла в почву. С учетом альбедо в почву поступает поток тепла, вызванный коротковолновой радиацией, равный
JП = J(1 - aS).
Почва, как всякое нагретое тело, излучает тепло в длинноволновой части спектра:
JЗ =bsq4
(здесь B - отношение излучения почвой к излучению абсолютно черным телом, примерно равное 0,90...0,95, S - постоянная излучения абсолютно черным телом, Q - его абсолютная температура). На деятельную поверхность возвращается часть энергии, отраженной в длинноволновой части спектра приземными слоями атмосферы, облачным покровом JА.
В сумме указанные потоки радиационного тепла образуют радиационный баланс деятельной поверхности:
R = J(1 - aS) - JЗ + JА.
В суточном разрезе радиационный баланс достигает максимума в солнечный полдень, в течение года он сильно изменяется и зимой может становиться отрицательным. Этот радиационный поток энергии трансформируется в растительном покрове и в почвенном слое в тепловую.
Температура почвы зависит не только от количества поступающего или расходуемого тепла, но и от ее тепловых свойств - теплоемкости и теплопроводности. Теплоемкость - это количество тепла, необходимое на нагревание 1 г почвы (массовая теплоемкость) или 1 см3 (объемная теплоемкость) на 1О, она зависит от состава почвы - соотношения твердой, жидкой и газообразной фаз и от количества органического вещества. Так как теплоемкость воды наибольшая - 1кал/г/град (минеральной части - 0,18, гумуса - 0,3, воздуха - 0,0003), то и теплоемкость почвы во многом определяется ее влажностью. Поэтому влажные почвы имеют более стабильный температурный режим, они несколько холоднее, чем сухие.
Анализируя тепловой баланс, можно намечать мероприятия по улучшению температурного режима почв, т. е. проводить тепловые мелиорации.
К ним относятся: изменение структуры радиационного баланса (изменение отражающей способности с помощью покрытий - торф, песок, мел, синтетические пленки и т. п.), изменение тепловых свойств почвы - теплоемкости и теплопроводности (главным образом, путем регулирования влажности, а также добавлением в почву торфа, навоза, песка).
В некоторых случаях применяют прямой подогрев почвы термальными водами тепловых и атомных ТЭЦ вместо охлаждения воды в градирнях. Теплую воду пропускают через систему пластмассовых труб, уложенных в почву на глубину около 0,5м. Такая система построена возле Курской АЭС, она не только ускоряет сроки созревания растений и повышает их урожай, но при этом уменьшается загрязнение атмосферы, возникающее при охлаждении воды в градирнях.
Геосистема баланс энергия
Похожие статьи
-
Свойства геосистем - Энергетические потоки в геосистемах
Каждый элемент системы и система в целом характеризуется определенными свойствами. Адекватное познание системы зависит от цели конкретного исследования и...
-
Энергетическая утилизация отходов - Экологизация использования сырья и утилизация отходов в ЕС
Многие типы отходов -- и не опасных, и опасных -- подвергаются Энергетической утилизации , т. е. переработке с целью получения энергии: это и сжигание, и...
-
Геосистема - Энергетические потоки в геосистемах
Географическая система географии и геоэкологии, обозначающая совокупность взаимосвязанных компонентов географической оболочки, объединенных потоками...
-
(2.35) Воспользовавшись графиком для определения в пункте 2.1.1, находим, что м М < >- спокойное состояние потока Выясняя условие сопряжения бьефов...
-
Условия формирования селевых потоков в бассейне реки Пшеха
Условия формирования селевых потоков в бассейне реки Пшеха Бассейн верхнего и среднего течения р. Пшехи расположен на горной территории, которая...
-
Взаимодействие потока и русла - Мутность рек
Основными характеристиками русла являются: продольный и поперечный профиль, плановые очертания и распределение глубин в нем. Речное русло подвержено...
-
Заключение - Изучение минерально-сырьевых, биологических и энергетических ресурсов Мирового океана
На основании обобщения материала можно сделать вывод, что Мировой океан ? будущее человечества. Мировой океан имеет исключительное значение в...
-
На поверхности шельфа и материкового склона полезные компоненты сосредоточены в конкрециях - образованиях, представленных зернами (0,1?3 мм),...
-
Выручка и прибыль предприятия, Денежные потоки - Пермо-карбоновая залежь Усинского месторождения
Выручка предприятия зависит от годовой добычи нефти, рассчитывается по формуле: В= 2,5 -Vн, (4.20) Где 2,5 - стоимость тонны нефти, тыс. руб.; Vн -...
-
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России объединяет отрасли по добычи топливно-энергетических ресурсов и производству на их основе электроэнергии....
-
Гидроизогипсы - это изолинии, соединяющие в плане точки с одинаковыми абсолютными отметками уровня грунтовых вод. В результате бурения скважин было...
-
Условные обозначения: - Номер скважины - вспомогательные построения отметка уровня воды - напровление потока Химический анализ Данные химического анализа...
-
При бурении инженерно-геологических скважин применяется широкий комплекс грузоподъемного, насосного, энергетического и компрессорного оборудования....
-
Бурное развитие техники и технологии привело к вовлечению в хозяйственный оборот ресурсов океана, а его проблемы приобрели глобальный характер. Этих...
-
Ветер возбуждает волновое движение поверхности океанов и морей. Волны и береговой прибой обладают очень большим запасом энергии. Каждый метр гребня волны...
-
В Мировом океане заключены огромные, поистине неисчерпаемые ресурсы механической и тепловой энергии, к тому же постоянно возобновляющейся. Основные виды...
-
Расчет выполнен для проектного состояния русла для 3 и 4 струй. Во всех расчетных сечениях для этих струй определяются гидравлические элементы потока:...
-
Рыболовство - один из древнейших промыслов человечества. Во времена древнего Рима им занимались народы Атлантического побережья Европы, Средиземноморья,...
-
Мировой океан располагает колоссальными запасами минеральных, энергетических и химических ресурсов, огромными ресурсами биомассы, концентрирует мировые...
-
Прибыль от реализации продукции скважины определяется на основе дохода от реализации за вычетом эксплуатационных затрат: ПT=ДT-ЗT. Тогда прибыль от...
-
Естественные ресурсы Мирового океана - это природные элементы, вещества и виды энергии, которые добываются непосредственно из вод, прибрежной суши, дна и...
-
Как вид топлива, уголь до сих пор остается одним из самых эффективных, в том числе и экономически. Согласно статистике, сегодня каменный уголь...
-
Введение - Энергетические ресурсы Российской Федерации
В энергетическом секторе мирового хозяйства ведущую роль играют топливно-энергетические ресурсы - нефть, нефтепродукты, природный газ, каменный уголь,...
-
Ореолы и потоки рассеяния вещества полезного ископаемого - Поисковые признаки железных руд
Вторичные ореолы и потоки рассеяния в современных или древних рыхлых отложениях и в почвах. Среди вторичных ореолов поисковое значение имеет только...
-
При изменении направления потока возникают центробежные силы инерции, направленные по нормали к криволинейным линиям тока в плане (см. рис.4.5) в сторону...
-
Введение - Изучение минерально-сырьевых, биологических и энергетических ресурсов Мирового океана
Актуальность данной темы обусловлена тем, что Мировом океан играет исключительную роль в развитии жизни на Земле, в формировании погоды и климата,...
-
Воды многих районов Мирового океана поглощают большое количество солнечного тепла, большая часть которого аккумулируется в верхних слоях и лишь в...
-
Разведанные мировые запасы нефти и газа сосредоточены на 70 % в двух регионах мира - странах Ближнего Востока и России. Сложившиеся диспропорции запасов...
-
Заключение - Энергетические ресурсы Российской Федерации
Россия располагает большим энергетическим потенциалом. Наша страна имеет 12-13% прогнозных мировых ресурсов и около 12% разведанных запасов нефти, 42%...
-
При среднегодовом приросте мировых морских уловов в 1990-х гг. на уровне 1 % более высокие темпы отмечались в Северо-Восточной и Юго-Восточной Атлантике,...
-
Минеральные ресурсы - твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые, залегающие в приморской полосе суши, на дне и в недрах океана. На рубеже суши и...
-
Энергетическая безопасность одна из составляющих национальной безопасности России, а как известно поддержание национальная безопасность - одна из...
-
В последние годы во многих экономически развитых странах угольная промышленность стала структурно кризисной. Заметно сократилась добыча угля в основных...
-
Геотермальная энергия (тепло земли) Геотермальная энергия - в дословном переводе значит: земли тепловая энергия. Объем Земли составляет примерно 1085...
-
Климат - Факторы почвообразования
Является одним из важнейших факторов почвообразования и географического распространения почв. От угла наклона солнечных лучей к земной поверхности...
-
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ И ДИНАМИКА ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ - Основы географии
Эндогенная энергия - энергия земных недр, которая поступает в ГО главным образом в двух формах: теплового потока (теллурические токи) и путем...
-
Оценка возможности развития суффозионного процесса В условиях развития воронки депрессии вокруг горной выработки резко возрастает уклон поверхности...
-
ОСНОВЫ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО МЕТОДА - Электропроводность Земли
В основе предложенного метода лежит упрощенная модель естественного электромагнитного поля. Предполагается, что первичное поле, возбуждаемое внешними...
-
Радиационная обстановка в пещерах - Пещеры Башкирии
В последнее время интерес к радиационной обстановке окружающей среды в целом, и мест постоянного или временного обитания человека в частности,...
-
Введение, Значение рельефа - Факторы почвообразования
Формирование и развитие почвенного покрова, тесно связано с конкретным сочетанием природных Факторов почвообразования и влиянием хозяйственной...
Энергетические потоки в геосистемах - Энергетические потоки в геосистемах