Российские ученые: целевая функция биосферы — поддержание уровня отражения солнечной радиации

Исследователи из Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова Российской академии наук (ИПЭЭ РАН) выяснили, что для функционирования биосферы требуется поддержание постоянного альбедо — отношения отраженной солнечной радиации к приходящей. Этот параметр является целевой функцией биосферы. Исследование проходило в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом, его результаты опубликованы в журнале Ecological Modelling.

Альбедо — это характеристика отражательной способности поверхности. Соответственно, чем больше энергии отражается от поверхности, тем меньше энергии поглощается, следовательно, тем меньше нагревается поверхность. В ходе исследования ученые использовали фондовые данные по отражению солнечной радиации в каналах зонда для наблюдения за окружающей средой и изменениями климата MODIS научно-исследовательского спутника Terra. Данные преобразовывались в значения альбедо и в термодинамические переменные: эксергию (полезную работу), энтропию (показатель саморегуляции системы), информацию Кульбака и связанную (бросовую) энергию (ту энергию, которая не используется в функционировании системы). Эти обобщенные измерения позволили ученным проследить сезонную динамику важных свойств биосферы.

«Показано, что целевой функцией биосферы является поддержание постоянного альбедо (отражательной способности поверхности и сохранения количества тепла) для фотосинтеза. Биосфера синтезирует энергию, идущую на создание биологической продукции пропорционально приходу солнечной радиации. Работа системы в целом подчиняется законам неравновесной термодинамики. Подтверждено, что основным регулятором температуры земной поверхности являются затраты тепла на испарение», — рассказал Юрий Пузаченко, автор статьи и руководитель исследования.

Самым важным открытием было то, что альбедо не зависит от уровня радиации. Альбедо в вегетационный период (тот период, в который возможны рост и развитие растений) — это показатель, который зависит исключительно от функционирования и самоорганизации растительного покрова. Подтверждено, что основным регулятором температуры земной поверхности являются затраты тепла на испарение. Из последнего следует особая роль лесной растительности, количество испарения у которой существенно выше, чем у безлесных территорий.

Результаты исследования будут использованы для моделирования и прогноза работы важных для человека свойств биосферы и еще раз доказывают необходимость в бережном отношении к лесным ресурсам.

«В перспективе полученные отношения на уровне биосферы необходимо проверить для регионального и локального масштаба на основе соответствующих измерений со спутников и прямых измерений в конкретных экосистемах разного типа с помощью мульти- и гиперспектрометров», — заключил Пузаченко.