Поток энергии в биосфере.

Приток солнечной энергии — единственный источник энергии для биосферы, определяющий продуцирование живой материи, так как от него зависит вся активность фотосинтетических механизмов. При постоянстве других экологических факторов ассимиляция хлорофиллом в каком-либо определенном биотопе будет тем интенсивнее, чем больше солнечных лучей поступает на землю. Подобное соответствие наблюдается на континентах в экваториальных районах, где: в течение всего года приток световой энергии максимален.

На поверхность земли попадает только часть солнечного света, приходящего во внешнюю оболочку планеты (ионосферу).

Если мы определим приходящее солнечное излучение как сумму энергий всех световых волн, проходящих через единицу поверхности в единицу времени, то ее значение на верхней границе стратосферы составит 2 кал/(мин-см²). Замечательное явление: почти 99% этой энергии сосредоточено в интервале длин волн 0,2—4 мкм, из нее почти половина приходится на лучи видимой области спектра (0,38— 0,77 мкм), а остальная часть распределяется в ближней ультрафиолетовой и инфракрасной областях.

Более 30 % солнечного излучения, достигающего верхней границы стратосферы, сразу же отражается самой атмосферой и облаками в космическое пространство; 8 % — пылью, взвешенной в воздухе. Более 10 % приходящего излучения поглощается водяным паром, озоном и другими газами. И только 52 % солнечного излучения достигает поверхности земли. Но и на этом уровне около 10 % излучения теряется на отражение (альбедо) и почти половина используется как источник тепла в процессах транспирации и испарения. Окончательно в распоряжении экосистем остается только 40 % излучения, из которых едва лишь четверть используется растениями и стимулирует фотосинтез.

Хлорофилл и другие близкие ему пигменты поглощают энергию, сосредоточенную в длинах волн 0,4—0,5 мкм (голубые) и 0,61— 0,69 мкм (красные). Поэтому в реальных условиях только 10% энергии, получаемой растениями (в видимой области спектра), действительно трансформируется в биомассу. Если соотнести, количество энергии, преобразованной в органические вещества хлорофиллоносными растениями, с общим количеством солнечной энергии, достигающей поверхности земли, то коэффициент полезного действия фотосинтеза оказывается очень низким (0,1—1,6 %).

Энергия, улавливаемая растениями, составляет в среднем 1 % приходящего солнечного излучения. Только в нескольких редких случаях культурных растений с высокой продуктивностью КПД поднимается до 3%. Наконец, в оптимальных условиях, которые можно реализовать только в лабораториях, эффективность превращения солнечной энергии в энергию биохимическую поднимается до 6 % у некоторых микроскопических водорослей (Chlorella sp., Oscenedes-mus sp.). В действительности, если учитывать энергию, приносимую спектром волн, которые могут стимулировать фотосинтез, то реальная эффективность этого процесса не более 2—6 %.