4.2.1 СОНЯЧНА РАДІАЦІЯ ЯК ДЖЕРЕЛО ЕНЕРГІЇ
У складі сонячного спектру можна виділити дві основні енергетичні складові – видимий та інфрачервоний діапазон. Видимий діапазон є важливим для проходження процесу фотосинтезу – процес перетворення енергії світла на енергію хімічних зв’язків органічних речовин фототрофними організмами за участі фотосинтетичних пігментів. Проте, лише близько половини енергії видимого діапазону є фотосинтетично активною. Вищі рослини практично не поглинають блакитні, зелені та жовті хвилі. Незважаючи на це, в сучасній біосфері саме процес фотосинтезу забезпечує утворення органічної речовини (у томи числі, й запаси нафти, газу, кам’яного вугілля). Крім того, завдяки фотосинтезу утворюється атмосферний кисень, що є побічним продуктом цього процесу, але в даний момент визначає протікання більшості хімічних реакцій в біосфері.
Залежність інтенсивності фотосинтезу
від спектрального діапазону сонячного світла
Фототрофні організми з метою більш ефективного поглинання сонячного світла мають спеціальні фотосинтетичні системи, в основі яких знаходяться фотопігменти. Основним фотопігментом фототрофних організмів (рослини, більша частина водоростей, ціанобактерії) є хлорофіли. В залежності від будови молекули та поглинаючої здатності виділяють мінімум 6 різних видів хлорофілів, з яких найпоширенішим є хлорофіл а. Для розширення спектру поглинання фотосистеми можуть мати додаткові пігменти: каротиноїди, фікобіліни. Це може бути актуальним для фотосинтезу у водному середовищі, куди червоні промені проникають слабо (наприклад, червоні та бурі водорості).
Інтенсивність сонячної радіації на стільки велика, що на більшій частині поверхні Земної кулі не відчувається дефіциту кількості сонячного світла для протікання фотосинтезу. На фотосинтез витрачається не більше 0,02% всієї енергії, що надійшла до верхньої межі атмосфери. Ефективність фотосинтезу в екосистемах обмежується головним чином несприятливими температурними умовами довкілля, дефіцитом біогенних елементів та вологи.
Залежність фотосинтезу від інтенсивності сонячного світла та концентрації вуглекислого газу в атмосфері
Надзвичайно важливим джерелом енергії у біосфері є інфрачервоний діапазон сонячного спектру, оскільки саме він визначає температурні умови нижніх шарів атмосфери, поверхні Землі та прогрів води. Існування будь-яких живих організмів (навіть гомойотермних!) залежить від поглинання ними теплової енергії сонячного випромінювання. На процеси нагрівання атмосфери та поверхні землі витрачається 42% енергії сонця, що пройшла крізь атмосферу, ще 23% іде на розрив зв'язків молекул води при випаровуванні та таненні снігу та льоду. Поверхня землі, нагріта в результаті поглинання прямих сонячних променів, стає джерелом довгохвильового інфрачервоного випромінювання, що передає тепло до атмосфери та за її межі. Наявність у атмосфері компонентів, що поглинають інфрачервоні промені, призводить до нагрівання атмосфери та перешкоджає втраті теплової енергії біосферою до космосу (див. далі парниковий ефект).
Баланс сонячної радіації в екосистемі