Una dintre principalele componente ale funcționării geosistemelor naturale și umane modificate este schimbul de energie și transformarea acesteia. Relațiile energetice dintre componentele geosisteme sunt realizate în
fluxurile de energie prin transferul de energie și sunt adesea inseparabile de real, se desfășoară simultan cu fluxurile de aer, apă, mase solide, cu mișcarea organismelor vii.
Funcționarea geosistemelor (circulația substanțelor, formarea solului, activitatea organismelor vii) este imposibilă fără un flux constant de energie. Spre deosebire de substanțele care circulă continuu în diferite componente ale geosistemei și care pot fi reutilizate, intră într-un ciclu, energia poate fi utilizată o singură dată, adică există un flux unidirecțional de energie prin geosisteme, cauzat de acțiunea legilor fundamentale ale termodinamicii: conservarea energiei și a entropiei; măsuri de tulburare internă a sistemului. Prima lege a termodinamicii
Mikey spune că energia poate fi transformată dintr-o formă (de exemplu, lumină) în alta (de exemplu, în energia potențială a alimentelor sau a humusului din sol), dar nu poate fi creată sau distrusă.
A doua lege afirmă că nu poate exista un singur proces asociat transformării energiei, fără a pierde o parte din ea. Aceasta înseamnă că transformarea spontană a energiei este posibilă numai atunci când trece de la o formă concentrată la una împrăștiată. Componentele geosistemelor sunt capabile să mărească gradul de comandă internă datorită afluxului constant de energie din exterior, adică reduc entropia lor este deosebit de pronunțată în organismele vii, fertilitatea solului în creștere ca urmare a acumulării de humus în roci formare organogenă (turbă, cărbune, șisturi, petrol, gaze). Ordinea se manifestă, de asemenea, în structurarea componentelor, de exemplu, în prezența unor straturi de sol bine definite care îndeplinesc diferite funcții.
Sursele de energie de pe Pământ sunt diferite: energia Soarelui, influxul de energie din straturile adânci ale Pământului, energia eliberată în timpul tranzițiilor de fază, cu umectare, reacții biochimice exoterme, dar prima sursă este dominantă.
Luați în considerare transformarea energiei solare în apropierea suprafeței Pământului (echilibrul radiațiilor). Radiația solară cu undă scurtă Jk dă un flux mediu de căldură la suprafața pământului, aproximativ egal cu 2 cal / cm2 / min pe suprafață perpendiculară pe razele solare. Aceasta este o cantitate imensă de energie. Debitul de căldură direct pe suprafața activă (acoperirea vegetației și suprafața solului) depinde de locația geografică, de timpul din an și de ora din zi, precum și de relief (expunerea la panta și panta).
Vegetația și solurile reflecta o parte din iotă radiații unde scurte. Raportul Jot / Jk = ca numit albedo și depinde de suprafața de tip și culoare. Astfel, pentru zăpadă albedo este 0,88 ... 0,91, pentru iarbă - 0,26, serozem uscată - 0,25 ... 0,30, serozem umed - 0,10 ... 0,12, cernoziom umed -0 , 08. În consecință, o schimbare a formei u
Culoarea suprafeței schimbă semnificativ fluxul de căldură în sol. Luând în considerare albedo, fluxul de căldură cauzat de radiația scurtă de undă egală cu Jn = J (1-as) intră în sol.
Solul ca orice organism încălzit radiază căldură în spectrul de undă lungă: = Jz BSQ 4 (aici, b - raportul dintre radiație sol la corpuluinegru radiatii aproximativ egale ... 0,90 0,95 s - constanta corpuluinegru radiatii, q - temperatura absolută). Pe suprafața activă revenind o parte din energia reflectată în spectrul de unde lungi pentru straturile de suprafață atmosferică nebulozitatea Ja.
În concluzie, aceste fluxuri de căldură radiante formează echilibrul de radiație al suprafeței active:
În secțiunea zilnică, balanța de radiații atinge maximul într-o amiază însorită, pe parcursul anului se schimbă foarte mult și iarna poate deveni negativă. Acest flux de radiație de energie este transformat în stratul vegetal și în stratul de sol în stratul termic, echilibrul său are forma:
unde LEc este pierderea de căldură pentru evaporarea totală Ec, incluzând transpirația plantelor și evaporarea de pe suprafața solului, L este căldura de vaporizare; această componentă a balanței de căldură este cea mai semnificativă, reprezentând aproximativ 80 ... 90% din echilibrul de radiație; B - fluxul de căldură în sol din orizonturi adânci, direcția lui poate varia în diferite sezoane ale anului; P - schimbul de căldură convectiv cu stratul de suprafață al atmosferei datorat încălzirii aerului la suprafața solului și mișcării acestuia în sus, direcția acestui flux poate de asemenea să varieze; Q - cheltuielile cu energia pentru procesele de formare a solului: intemperii (măcinarea) fazei solide, procese endoterme, transferul de substanțe de-a lungul profilului etc .; F - consumul de energie pentru fotosinteză, care nu depășește 1% din echilibrul de radiație; Cn Dq este schimbarea cantității de căldură în sol atunci când este încălzită în timpul perioadei de echilibru cu Dq o. Cn este capacitatea de căldură a solului.
Temperatura solului depinde nu numai de cantitatea de căldură primită sau consumată, ci și de proprietățile sale termice - capacitatea de căldură și conductivitatea termică. Capacitatea de căldură este cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 g de sol (capacitate de încălzire în masă) sau 1 cm 3 (capacitate de încălzire volumetrică) cu 1 °. depinde de compoziția solului - raportul dintre fazele solide, lichide și gazoase și cantitatea de materie organică. Deoarece capacitatea de căldură a apei este cea mai mare - 1kil / g / grad (a părții minerale - 0,18, humus - 0,3, aer - 0,0003), atunci capacitatea de căldură a solului este în mare parte determinată de conținutul său de umiditate. Prin urmare, solurile umede au un regim de temperatură mai stabil, ele sunt oarecum mai reci decât cele uscate.
Analizând balanța de căldură, este posibil să se contureze măsuri pentru îmbunătățirea regimului de temperatură al solurilor, adică pentru a efectua meliorarea termică.
Acestea includ: schimbări în structura balanței de radiație (schimbarea reflectanța prin utilizarea acoperirilor - turbă, nisip, creta, filme sintetice și altele asemenea), modificări ale proprietăților termice ale solului - căldura specifică și conductivitate termică (în principal prin reglarea umidității, precum și adăugarea în solul de turbă, gunoi de grajd, nisip).
În unele cazuri, în locul răcirii apei în turnurile de răcire se utilizează încălzirea directă a solului cu apele termale ale centralelor termice și nucleare. Apa caldă este trecută printr-un sistem de țevi de plastic așezate în sol la o adâncime de aproximativ 0,5 m. Un astfel de sistem a fost construit în apropierea centralei nucleare Kursk,
nu numai accelerează maturarea plantelor și crește randamentul acestora, dar în același timp, poluarea atmosferei care are loc atunci când se răcește apa în turnurile de răcire scade.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: