2. Основные геофизические процессы

К основным геофизическим процессам (от лат. processam - продвиже­ние) относятся: трансформация солнечной энергии, выпадение и инфильт­рация атмосферных осадков, испарение, поверхностный сток, транспирация, минерализация органики, продуцирование органического вещества и др.

Трансформация солнечной энергии в геоэкосистеме представляет собой достаточно сложный геофизический процесс. При этом одним из основных геофизических процессов является фотосинтез. Сущность фотосинтеза за­ключается в превращении растениями и водорослями лучистой энергии сол­нечного света, поглощаемой хролофиллом или другими фотосинтетическими пигментами, в химическую энергию разнообразных биополимеров (углево­дов, жиров и белков). Процесс фотосинтеза во многом определяется фотосин-тетически активной радиацией (ФАР). Для расчета ФАР существует доста­точно простая формула: ФАР = 0,43J + 0.57S, где J - прямая, S - рассеянная радиация.

По Н. Ф. Реймерсу (1990) следует различать первую биологическую продуктивность экосистем - биомасса, а также энергия и биогенные лету­чиевещества, производимые продуцентами на единице площади за единицу времени, вторичную - биомасса, а также энергия и биогенные летучие веще­ства, производимые всеми консументами на единицу площади за единицу времени, валовую — общее количество продуцируемой в ходе фотосинтеза ор­ганики, включая израсходованную на дыхание растения энергию и летучие биогенные вещества.

3. Метод балансов

Метод балансов (от франц. - balance) - способ обработки и анализа информации на основе равенства целого сумме частей. Его сущность заклю­чается в сопоставлении количества вещества, энергии и информации посту­пающих в геоэкосистему (геосистему, экосистему), трансформирующихся в ней и уходящих из нее. В геоэкологии и географии рассматривается несколь­ко балансов.

Радиационный баланс (R) или остаточная радиация, т. е. радиационная энергия, которая непосредственно идет на различные процессы протекающие в геоэкосистемах, рассчитывается по формуле: R = Q (1 - А) - Еэф., где Q -суммарная радиация, А - альбедо, Еэф. - эффективное длинноволновое излу­чение. Суммарная солнечная радиация представляет собой сумму прямой (J) и рассеянной (S) радиации: Q = J + S. Отражательная способность поверхно­сти геоэкосистемы - альбедо вычисляется по формуле А = D / Q, где D - от­раженная коротковолновая радиация. Эффективное длинноволновое излуче­ние представляет разницу теплового излучения земной поверхности (Ез) и теплового излучения атмосферы (Еа): Еэф. = Ез. - Еа.

Для определения составляющих радиационного баланса используются такие приборы как актинометр (применяют для измерения потока прямой радиации на перпендикулярную лучам поверхность), альбедометр (приме­няют для регистрации суммарной, рассеянной и отраженной радиации), ба-яансометр (применяют для измерения радиационного баланса деятельной поверхности), пергеометр (применяют для определения эффективного излу­чения).

Тепловой (энергетический) баланс выражает процесс прихода и рас­хода тепла, получаемого земной поверхностью в результатеего преобразова­ния и перераспределения атмосферой и гидросферой: R = L (Е + Т) + Р + + An + F + Bz - Lc, где R - радиационный баланс, L - скрытая теплота паро­образования, Е - расход тепла на физическое испарение, Т - расход тепла на транспирацию, Р - затраты тепла турбулентный обмен с атмосферой, An -поток тепла в почву и из почвы, F - затраты тепла на фотосинтез, Bz - тепло­вой сток по поверхности, Lc - тепло, выделяющиеся при конденсации водяных паров.

Баланс снежного покрова - результат соотношения процессов накоп­ления и убыли снега, обычно положительный в период снегонакопления и от­рицательный при снеготаянии при сильных оттепелях. Уравнение баланса снежного покрова имеет следующий вид: Н = X = (Qn - Qb) + L£ - R, где H -масса накопившегося снега, X - выпавшие твердые атмосферные осадки, Qn - Qb - разность между привносом и выносом метелевого снега, L£ - итог процессов испарения и конденсации снега, R - водоотдача тающего снега.

Вмгооборот представляет собой часть общего круговорота воды в природе, включающая испарение с поверхности Земли, перенос водяного па­ра, его конденсацтю в атмосфере, образование облаков, выпадение осодков (Реймерс, 1990). Исследование влагооборота связано с изучением водного баланса и водного режима геоэкосистем.

Уравнение водного баланса имеет следующий вид: XI + Х2 + г = Sb + Sn + U + E + T + Bx + g + W,Z = Sb + Sn + U, где X1 - атмосферные осадки в жидкой фазе, Х2 - атмосферные осадки в твердой фазе (снег), г - роса, Sb -поверхностный весенний сток, Sn - внутрипочвенный сток, U - подземный сток, Z - суммарный русловой сток или интегральный сток из замыкающего створа геоэкосистемы (ландшафта), Е - физическое испарение, Т - транспи-рация, Вх - аккумуляция влаги в годовом приросте биомассы, g - фильтраци­онный поток воды из геоэкосистемы (ландшафта) и поток глубинных напор­ных вод в геоэкосистему (ландшафт), W - изменение влагозапасов в почве за некоторый интервал времени.

Для изучения составляющих водного баланса используют эксперимен­тальные данные, полученные на стоковых площадках, организуемых в бас­сейнах малых рек и ручьев площадью 0,1 - 10,0 км2.

Совокупность процессов поступления, передвижения, изменения со­стояния и расхода влаги в геоэкосистеме называют ее водным режимом. А. А. Роде (1956) выделил три основных типа водного режима почв: про­мывной (пермацидный), непромывной (импермацидный) и выпотной.

Биогеохимический цикл (биогеоцикл) - сложный процесс, включаю­щий создание органического вещества из неорганического вещества. Балан­совое уравнение для геоэкосистемы речного бассейна имеет следующий вид: Мх + Мр + G = Hn + Hs + Ни + Hp + Нт + Hg, где Мх - приход вещества с ат­мосферными осадками, Мр - приход вещества с воздушными потоками, Мт -приход вещества из недр земной коры с современными тектоническими дви­жениями, G - приход (вынос) вещества с подземными водами, Нп - вынос вещества с поверхностным стоком, Hs - вынос вещества с внутрипочвенным стоком, Ни - вынос вещества с подземным стоком, Hp - вынос вещества с турбулентным обменом (воздушными массами), Нт - вынос вещества с трапспирацией, Hg - гравитационные потоки.

Разработаны методы подсчета балансов Неорганических твердых ве­ществ и отдельных их элементов. Практический интерес представляет изуче­ние баланса отдельных химических элементов при анализе химическою за­грязнения ландшафтов.

Для решения задач по охране окружающей среде представляют интерес не только балансы природного вещества, но и балансы включающие продук­ты производственной и непроизводственной деятельности людей. Энерго-миссообмен геоэкосистем разных порядков изучается на многочисленных геофизических станциях, расположенных в различных природных зонах по всему миру. Балансы в сфере природопользования получили названия «ре­сурсных циклов».