Энергия биосферы
Заяц ест траву, рысь — зайца, но и заяц, и рысь преследуют одну цель — обеспечить свой организм веществом и, главное, энергией. Энергия в разных формах связывает все организмы на Земле друг с другом и со средой их обитания. Все превращения энергии в биосфере (как, впрочем, и везде во Вселенной) происходят в строгом соответствии с двумя основными законами термодинамики.
Первый закон, называемый также законом сохранения энергии, гласит, что энергия не исчезает и не создается вновь, а только переходит из одной формы в другую. Согласно второму закону термодинамики, часть энергии в процессе ее превращений всегда переходит в малодоступную для использования рассеянную тепловую форму. Обратного же превращения быть не может.
Почти вся энергия, за счет которой сущеcтвует биосфера, поступает на Землю в виде солнечного излучения Дополнительные источники, незначительные для биосферы в целом, но важные для некоторых организмов, - это внутреннее тепло Земли (геотермальная энергия) и притяжение Луны, вызывающее океанические приливы.
Солнечное излучение, достигавшее поверхности Земли, измеряется огромной цифрой - 178 000 ТВт за год, что в 15 тыс. раз больше количества энергии, ежегодно потребляемой всем человечеством. Большая часть солнечного излучения приходится на видимый свет и инфракрасную часть спектра (тепловая энергия). Излучение в ультрафиолетовой области на уровне поверхности Земли не превышает 10 %. Значительная доля его, к счастью, задерживается озоновым слоем. К счастью, поскольку ультрафиолетовые лучи, особенно с длиной волны менее 0,3 мкм, губительны для живых клеток. Озоновый экран появился только после того, как в атмосфере накопилось достаточное количество кислорода, а до тех пор жизнь существовала лишь в водоемах на некоторой глубине, где излучение ослабевало.
Примерно 30 % энергии, достигающей нашей планеты, отражается от ее поверхности (а также от окружающих облаков) и уходит обратно в космос. Благодаря этому Земля, если посмотреть на нее откуда-нибудь с Марса или Венеры, будет казаться звездой.
Около 50 % солнечного излучения поглощается Землей и, как говорят, переизлучается, т. е. возвращается обратно в окружающее пространство, но уже только в виде тепла. Если бы не существовало «одеяла» атмосферы, то это тепло очень быстро уходило бы в космос и на Земле было бы гораздо, холоднее, чем сейчас. Расчеты показывают, что в отсутствие атмосферы средняя температура на поверхности Земли составляла бы -18 °C тогда как сейчас она равна в среднем 13 °С.
Почти 20 % поступающей из космоса энергии расходуется на испарение воды и перемещение воздушных масс. Из облаков, образующихся над океанами и переносимых ветрами, выпадают дождь и снег, и таким образом поддерживается круговорот воды на планете.
Процесс подобного преобразования энергии из одной формы в другую называется фотосинтезом, и в течение по крайней мере 3,5 млрд лет он является основой всей жизни на Земле. В результате фотосинтеза не только создается пища для всех животных, грибов и множества бактерий, использующих готовые органические вещества, но и выделяется в атмосферу кислород, необходимый для жизни большинства организмов.
