Поиск

Поступление энергии в почву
28.10.2015

В настоящее время почвоведение не располагает еще необходимым запасом фактического материала для полного энергетического анализа почвы как термодинамической системы. Всего лишь около десяти лет назад один из пионеров изучения энергетики почвообразования, В.P. Boлобуев, писал: «Здесь мы находимся лишь на первом этапе, предстоит выяснение самых исходных положений. Поэтому любые суждения в области энергетики почвообразования на современном этапе могут быть только приближенными, схематичными. Ho даже в такой постановке они представляют интерес».
За последние годы, в частности благодаря работам Волобуева и его школы, накопился определенный материал по энергетике почв, позволяющий сейчас уже количественно рассматривать эти процессы, тем более что имеются некоторые материалы в смежных с почвоведением науках, в частности в геологии, в экологии Дювиньо и Танг, в биологии.
Имеются специальные работы по тепловому балансу почв и термодинамике почвенной влаги. Однако все эти работы не дают пока полного представления об энергетике почвы как целостной термодинамической системы. Это дело будущего. Сейчас можно рассматривать лишь отдельные составляющие энергетических процессов в почвах.
В настоящем разделе мы охарактеризуем поступление энергии в почву, т. е. левую часть уравнения (3). При разборе этого уравнения, выражающего первый закон термодинамики в приложении к почвам, было отмечено, что поступление энергии в систему при почвообразовании происходит двумя путями — в процессе теплообмена и в процессе массообмена.
Если система незамкнутая, а почва является именно такой системой, то изменение се энергии вследствие внешних воздействий численно будет равно и противоположно по знаку алгебраической сумме изменений энергии внешних тел и полей, взаимодействующих с системой. Поскольку термодинамический метод позволяет установить характер и направление процесса по результатам наблюдений начального и конечного состояний системы, то, используя этот метод, можно установить, является ли почва, образующаяся из горной породы, аккумулятором или, наоборот, диссипатором энергии, ранее имевшейся в горных породах, и оценить на этой основе энергетическую роль почвы в биосфере планеты в целом. Поэтому исследование источников поступления энергии в почву представляется крайне необходимым для расчета энергетического баланса.
Главным источником тепловой энергии почти для всех природных процессов, развивающихся в атмосфере, гидросфере и верхних слоях литосферы, служит солнечная радиация. М.И. Будыко и И.П. Герасимов полагают, что «...тепловой и водный балансы земной поверхности в природной географической среде, как правило, являются тем главным механизмом, который определяет интенсивность и характер всех других форм обмена энергией и веществом между основными компонентами географической среды, т. е. климатическими, гидрологическими, почвообразовательными, биологическими и т. п. явлениями, происходящими на земной поверхности. Более того, следует считать, что различные пространственные вариации теплового и водного балансов земной поверхности, связанные с общими и местными факторами, в значительной мере обусловливают разнообразные географические модификации в характере этого обмена».
Сходные представления развивал раньше А.А. Григорьев, считавший, что годовым радиационным балансом земной поверхности в основном определяется величина тепловой «энергетической базы» большинства природных процессов, протекающих в наружном ярусе географической оболочки. Такую же точку зрения сформулировал в своих работах В.Р. Волобуев.
Согласно мнению всех этих авторов, другие источники тепловой энергии в тепловом балансе почв существенного значения не имеют. Поступление тепла на земную поверхность из внутренних слоев Земли ничтожно в сравнении с тем, что она получает от Солнца. Если из земных недр поверхность Земли получает в год около 5,4*102 ккал/м2, то от Солнца она получает около 1,2*106 ккал/м2, т. е. в 2200 раз больше. Энергия естественной радиации радиоактивного распада Земли также очень мала. Таким образом, солнечная радиация — практически единственный источник тепла на земной поверхности.
Поток солнечной радиации на среднем расстоянии Земли от Солнца составляет около 1000 ккал/см2*год. Примерно одна четвертая часть общей величины этого потока поступает на верхнюю границу атмосферы, т. е. около 250 ккал/см2*год, причем около 150 ккал/см2 поглощается, а остальная часть рассеивается в космос. Земля получает в год от Солнца 5*1020 ккал.
Наиболее удобным для энергетических расчетов тепловых потоков на поверхности почвы представляется объединенное уравнение теплового и радиационного балансов земной поверхности, данное голландским ученым В.Р. ван Вийком. Используя вместо символов ван Вийка обозначения, принятые в России, можно написать

Поступление энергии в почву

где Q — суммарная солнечная радиация, приходящаяся на единицу земной поверхности (сумма прямой и рассеянной радиации); α — отражательная способность земной поверхности для коротковолновой радиации (альбедо земной поверхности); I — эффективное излучение, равное разности собственного излучения земной поверхности и противоизлучения атмосферы; В — поток тепла между подстилающей поверхностью и нижележащими слоями (поток тепла в почву вниз от поверхности); P — турбулентный поток тепла между земной поверхностью и атмосферой; LE — затраты тепла на испарение (или выделение тепла при конденсации) влаги: L — скрытая теплота испарения (=600 кал/г); E — скорость испарения (или конденсации) влаги.
Основная масса поступающей на земную поверхность солнечной энергии тратится на процессы испарения воды (LE) и турбулентный теплообмен (P) между подстилающей поверхностью и атмосферой. Очень малая доля солнечной радиации используется растениями в биосфере, расходуется затем в сложнейшей системе биологических процессов и поступает, наконец, в почву путем массообмена. Фотосинтезирующие организмы биосферы усваивают в среднем около 0,5% приходящей на земную поверхность солнечной радиации.
Если рассматривать поток солнечной энергии на поверхность почвы и в почву с учетом реальных условий земной поверхности, то его компонента, связанная с процессами звапотранспирации, будет резко различна в разных физико-географических условиях. Согласно закону А.А. Григорьева, определяющее влияние на физико-географические процессы оказывает соотношение радиационного баланса с атмосферными осадками. Григорьев указывает, что «...в соответствии с периодическим законом географической зональности в основе различий строения и развития наружного яруса географической оболочки по зонам, а следовательно, и протекающих в них процессов теплообмена и влагообмена лежит величина годового радиационного баланса земной поверхности, количество годовых осадков и соотношение между радиационным балансом и количеством осадков, выраженным в тепловых единицах».
Что касается соотношения между радиационным балансом и годовыми осадками, т. е. «радиационного показателя увлажнения», или «радиационного индекса сухости» (по М.И. Будыко), то от изменения величины этого индекса зависит характер изменений величин и соотношений членов расходной части уравнения водного баланса со всеми вытекающими отсюда последствиями для структуры и развития географической оболочки.
Уравнение радиационного и теплового балансов включает в себя расход тепла на испарение с земной поверхности, последнее пропорционально величине испарения Е, а испарение с земной поверхности входит в обобщенное уравнение водного баланса
Поступление энергии в почву

где r — годовое количество осадков; f — годовой поверхностный и внуттрипочвенный сток; b — изменение влагосодержания верхних слоев литосферы, включая почву. Поэтому оба рассматриваемых баланса неразрывно связаны между собой и должны изучаться в тесной взаимосвязи.
Если отношение R/Lr — радиационный индекс сухости (R — радиационный баланс земной поверхности, r — годовая сумма осадков и L — скрытая теплота испарения), a P/LE — показатель использования радиации на испарение, то эти два индекса могут хорошо характеризовать зональность физико-географических условий и расход солнечной энергии на физико-географические процессы. А.А. Григорьев приводит следующие величины этих индексов для разных условий северного полушария:
Поступление энергии в почву

Представления А.А. Григорьева и М.И. Будыко далее развил В.Р. Волобуев. Согласно В.P. Boлобуеву, суммарные затраты энергии на почвообразование Q в сходных условиях увлажненности находятся в прямой связи с радиационным балансом R в соответствии с уравнением
Поступление энергии в почву

где а — показатель полноты использования радиационной энергии в почвообразовании, постоянный для каждого гидроряда. Величина а зависит в свою очередь от радиационного баланса и соотношения между годовым количеством осадков и природной нормой испаряемости.
В условиях одинакового радиационного баланса затраты энергии на почвообразование пропорциональны относительной увлажненности, под которой В.Р. Волобуев понимает величину
Поступление энергии в почву

где r — годовая норма осадков и E — годовая испаряемость.
Эмпирически им найдены зависимости
Поступление энергии в почву

которые путем несложных преобразований при подстановке в (9) дают уравнение
Поступление энергии в почву

где m — эмпирический показатель «биологической активности» среды, численно равный 2,13 при а = 0,47.
Уравнение (11) показывает, что затраты солнечной энергии в биогеоценозе на почвообразование Q определяются радиационным балансом R, величиной относительной увлажненности Kn и биологической активностью биогеоценоза т. Физический смысл безразмерной величины m, вероятно, можно установить на основе ее соотношения с фотосинтетической активностью биогеоценоза (КПД фотосинтеза).
Зависимость (11) найдена Волобуевым эмпирически, однако интересно то обстоятельство, что она очень близка по виду к физическому закону Бугера — Ламберта — Бэра, характеризующему поглощение световой энергии средой.
Если почва несет на себе достаточно сомкнутый растительный покров, то его поверхность практически совпадает с «деятельной поверхностью» и уравнение теплового баланса для нее можно составить в следующей форме:
Поступление энергии в почву

где l — расход энергии на ассимиляцию единицы веса CO2 (2500 кал/г), А — ассимиляция СО2 в фотосинтезе. Величина lA=0,005 для средних условий суши, но может достигать 0,05 R и даже 0,08 R (при средней дневной относительной влажности воздуха 50%, средней дневной температуре воздуха 20° С и концентрации СО2 в воздухе в среднем 0,46*103 г/л). В этом уравнении B+lA≤LE+P, что крайне важно учитывать при количественной характеристике почвенных процессов.
Подводя итоги исследованию поступления энергии в почву в процессе теплообмена, можно сказать, что «...тепловой баланс земной поверхности оказывает влияние на почвенные процессы в нескольких различных направлениях. Во-первых, от соотношения членов теплового баланса и, в частности, от теплооборота в почве существенно зависит термический режим почвы. Во-вторых, тепловой баланс оказывает глубокое влияние на водный баланс почвы, включая режим влажности почвы и режим просачивания воды через верхние горизонты почвы. В-третьих, от условий теплового баланса в известной мере зависит продуктивность растительного покрова, которая определяет условия поступления в почву органического вещества, созданного в процессе фотосинтеза».
Если бы энергетика почвообразования определялась только процессами поступления энергии в почву в тепловой форме, то вся география почв полностью была бы связана с распределением климатов на земной поверхности и единственным законом географии почв был бы закон климатической зональности. На самом деле этого нет, и прежде всего потому, что в уравнении первого закона термодинамики для почв (4) кроме теплообменного параметра в приходной части уравнения имеется еще и массообменный параметр, учитывающий поступление энергии в почву в процессе массообмена.
Очевидно, поступление энергии в почву при массообмене будет резко различным в разных условиях почвообразования, например в элювиальном и аккумулятивном ландшафте. В первом случае мы имеем преобладание выноса вещества и связанной с ним энергии, во втором — противоположный процесс аккумуляции. Разные горные породы дают исходный субстрат для почвообразования, в разной степени обогащенный внутренней энергией: большая внутренняя энергия кислых пород, меньшая — основных и т. д. Все это приводит к огромному разнообразию массообменного фактора в реальных условиях земной поверхности и соответственно к пестроте и мозаичности почвенного покрова.
Вопросам баланса веществ при почвообразовании в своих исследованиях уделяли внимание Ковда, Лукашев. Ныне уже составлено представление о почвообразовании как балансовом процессе.
Для полного учета массообменного параметра энергетики почв необходимо знать полный баланс веществ в почвообразовании для каждого конкретного вида почвы. К сожалению, почвоведение такими данными пока еще не располагает. Поэтому анализ массообменного параметра приходится ограничить лишь самыми общими представлениями и отдельными его элементами.
Поступление (отток) вещества (и связанной с ним энергии) в почву связано в почвообразовании с четырьмя сложными компонентами: 1) водой, 2) живым веществом, 3) органическим неживым веществом, 4) минеральным веществом. Рассмотрим эти компоненты отдельно.
Для общего учета поступления энергии в почву с водой в процессе почвообразования можно воспользоваться представлениями В.Р. Волобуева об образовании так называемой компонентной влаги в почвах. Согласно этим представлениям, верхние слои литосферы в результате выветривания и почвообразования обогащаются «компонентной» влагой, входящей в состав почв и кор выветривания и практически не участвующей в годовом влагообороте. Это вода, входящая в кристаллическую решетку минералов и в структуру живых и неживых органических компонентов почв и кор выветривания, а также прочно сорбированная влага. Каждый моль воды приносит с собой 376 кал внутренней энергии, поэтому происходит значительное энергетическое обогащение почв за счет этого фактора.
Кроме того, необходимо учесть в общей энергетике почвообразования роль внешней (кинетической и потенциальной) энергии воды, постоянно циркулирующей в почве в виде жидкости и газа, а также роль энергии фазовых переходов воды, которые могут давать весьма существенные энергетические эффекты. Так, для фазовых переходов воды при различных температурах термодинамические функции (в кал/моль) имеют следующие значения:
Поступление энергии в почву

Приведенные цифры показывают значительное уменьшение внутренней энергии воды при переходе от жидкого состояния в твердое при любой температуре. Обратный процесс сопровождается возрастанием энергии, что, конечно, будет сказываться на всей почвенной термодинамической системе.
Можно дать некоторую количественную характеристику поступления энергии в почву с живым органическим веществом на основании исследований по биологическому круговороту углерода в некоторых экосистемах биосферы. Используя имеющиеся в литературе материалы, особенно обобщенные показатели круговорота углерода в работах Л.И. Poдина и Н.И. Базилевич, П. Дювиньо и М. Танга, А.А. Ничипоровича и других, можно составить следующую схему энергетического потока в почву в различных экосистемах (табл. 6).
Поступление энергии в почву

При расчете энергетического потока в табл. 6 принято, что 1 ц углерода биомассы соответствует 1*106 ккал энергии. Оценивая данные таблицы, нужно иметь в виду, что эти усредненные показатели в конкретных экосистемах могут сильно отличаться от приведенных. Приведенные величины показывают лишь общую картину энергетического потока в почву в процессе годового создания и отмирания биомассы. Следует отметить, что в результате всего сложного комплекса процессов жизнедеятельности организмов, начало которому дает фотосинтез, в почву в конечном итоге поступает только 2—5% энергии, вовлекаемой зелеными организмами в процессе фотосинтеза, т. е. около 0,01—0,02% поступающей на земную поверхность солнечной энергии.
Таким образом, ежегодно в почву поступает с мертвым органическим веществом 4*106—26*106 ккал/га энергии, представляющей собой солнечную энергию, трансформированную фотосинтезом и аккумулированную в виде химической энергии органических соединений. При коэффициенте гумификации 0,4 это дает годовую аккумуляцию энергии в почвенном гумусе 2*106—10*106 ккал/га. Именно на величину этого порядка в среднем ежегодно пополняется запас внутренней энергии почвы за счет биологического массообмена почвы и организмов. Правда, это лишь приходная часть баланса органического вещества почвы: одновременно идет и процесс минерализации почвенного гумуса, сопровождающийся потерей энергии. Ho в целом для почв баланс органического вещества всегда положительный, в результате чего все почвы суши в той или иной мере обогащены органическим веществом и принесенной с ним энергией.
Таким образом, общепланетарной функцией почвенного покрова в биосфере является накопление устойчивого комплекса органических веществ (гумуса) и с ним значительных ресурсов скрытой энергии, полученной от растений и животных. Порядок величин для запасов биомассы и энергии, связанных с организмами суши, и для запасов гумуса в наземных почвах оказался одним и тем же. Больше того, в травянистых ландшафтах суши запасы энергии в гумусовой оболочке в 20—30 раз превышают запасы энергии в растительной биомассе. В лесных ландшафтах запасы фитомассы и ее энергии превышают в 2—4 раза запасы органики и энергии лесных почв.
Приведем следующие данные о биомассе и гумусовой оболочке суши:
Поступление энергии в почву

Отношение их выражается такими цифрами:
Поступление энергии в почву

Эти данные показывают, как велика роль почвенных органических веществ и запасов энергии гумусовой оболочки в создании зообиомассы и так называемой вторичной продуктивности. Существуют не только установленные ранее пищевые цепи прямого типа:
растения → фитофаги → хищники → некрофаги → бактерии → почвы,

но и пищевые цепи обратного типа:
гумус почв → гумофаги → мелкие хищники → крупные хищники.

Значение почвенного покрова не исчерпывается, так сказать, «обслуживанием» нужд растений в создании фитобиомассы. Почвы с их гумусовой оболочкой выступают сами как питательная среда, производящая зообиомассу разного уровня. С этой точки зрения почвенный покров как компонент биосферы представляет собой универсальный земной аккумулятор и экономный распределитель наиболее ценной для поддержания жизни части энергии, связанной в гумусе и необходимой для нормального обмена и круговорота веществ в природе.
Что касается самого процесса гумификации, т. е. превращения мертвого органического вещества экосистемы в почвенный гумус при посредстве макро- и микроорганизмов, то с энергетической стороны он еще не изучен. Можно отметить лишь экспериментальные работы С.А. Алиева, проводившего опыты с разложением корней люцерны в различных почвах Азербайджана. Им отмечено, что в процессе гумификации корней люцерны происходит относительное уменьшение бедных энергией веществ (крахмал, гемицеллюлоза) и соответственное увеличение обогащенных энергией соединений (протеины, лигнин). В гумифицированных корнях люцерны удельная внутренняя энергия выше, чем в свежих, на 800—900 кал/г. Таким образом, процесс гумификации сопровождается ростом удельной внутренней энергии почвенного органического вещества, что еще более повышает роль углеродного массообмена в поступлении энергии в почву. Почвенный гумус богаче энергией на единицу массы, чем поступающее в почву мертвое органическое вещество.
Следующий источник поступления энергии в почву путем массообмена связан с миграцией минеральных и органических веществ в экосистеме и ландшафтах. Этот вопрос разработан еще крайне недостаточно, и здесь возможны лишь самые общие соображения, поскольку нет пока количественных характеристик баланса минеральных веществ в почвообразовании.
Если говорить о полном балансе энергии в почвообразовании в соответствии с уравнением (4) первого закона термодинамики, то в первую очередь нужно количественно охарактеризовать ту внутреннюю энергию системы, которую дает для формирующейся почвы исходная материнская порода. Имея данные о химическом и минералогическом составе горных пород, их степени дисперсности и пористости, можно расчетным путем, с известными оговорками и с некоторым приближением, оценить величину их внутренней энергии. Путь такого расчета будет показан далее, на примере вычисления внутренней энергии почв.
Первичные горные породы, служащие исходной основой для почвообразования, обогащены энергией глубинных процессов планеты. Попадая в иные термодинамические условия земной поверхности, они претерпевают под воздействием экзогенных факторов существенные изменения структуры и состава, что сопровождается и энергетическими преобразованиями.
В последнее время появилась оригинальная гипотеза об обогащенности горных пород земной коры солнечной энергией, прошедшей через биологические процессы. Авторы ее выдвинули предположение о гипергенном происхождении энергии процессов, действующих сейчас в верхних слоях мантии. Согласно этой гипотезе, разрушение минералов первичных горных пород происходит в процессе выветривания с значительной затратой энергии, но одновременно образуются продукты выветривания, имеющие более высокий энергетический уровень. Такими продуктами являются глинные минералы коры выветривания, обогащенные кремнеземом, глиноземом и окислами железа. Авторы гипотезы отмечают, что целый ряд процессов вторичного минералообразования в зоне гипергенеза происходит за счет энергии биогенных агентов, что особенно четко прослеживается при каолинизации или аллофанизации первичных алюмосиликатов.
В процессе выветривания первичных горных пород происходит пространственное разобщение щелочей и щелочных земель от кремнезема и глинозема, присоединение воды и перестройка координационных связей между кремнием, алюминием и кислородом. Все это сопровождается аккумуляцией энергии в продуктах гипергенеза. Дополнительное обогащение продуктов выветривания энергией происходит во время их транспортировки в депрессии земной поверхности за счет гидратации. Когда эти продукты путем тектонических процессов погружения попадают в глубинные зоны планеты, происходит обратный процесс освобождения энергии в результате экзотермических реакций воссоединения щелочей и щелочных земель с кремнеземом и глиноземом, дегидратации и перестройки связей.
Концепция гипергенной аккумуляции солнечной энергии в минеральных веществах земной коры хотя и оспаривается некоторыми учеными, все же представляется весьма интересной и плодотворной, поскольку позволяет связать в единую энергетическую систему процессы зоны гипергенеза и показать единство энергетической базы биологического и геологического круговоротов веществ на планете.
С рассмотренной точки зрения кора выветривания первичных (вулканических, плутонических) горных пород и почвенная оболочка представляются исключительно сложной открытой энергетической системой, в которой сочетаются как экзотермические, так и эндотермические минеральные и биогенные преобразования.
С одной стороны, как отмечал Б.Б. Полынов, в коре выветривания минералы, образовавшиеся при иных давлениях и температуре, преобразуются с выделением энергии, переходя в более устойчивые для данных термодинамических условий состояния. Примером таких преобразований может служить переход серы, выбрасываемой при вулканизме, в гипс:
Поступление энергии в почву

С другой стороны, многие процессы выветривания, особенно сложных алюмосиликатов, требуют существенных затрат энергии. Примером таких преобразований могут служить приводимые В.Р. Волобуевым реакции выветривания адуляра и силлиманита:
Поступление энергии в почву

Кроме того, надо еще принять во внимание, что в результате гипергенного преобразования резко увеличивается степень дисперсности первичных горных пород вплоть до возникновения коллоидных систем. Отсюда колоссальный рост внутренней поверхности продуктов выветривания и соответствующий рост поверхностной энергии, которая является составной частью внутренней энергии дисперсной системы.
В результате всех этих процессов продукты выветривания в целом должны были бы быть значительно обогащенными энергией по сравнению с первичными горными породами земной коры, а поскольку почвы формируются в верхней части (или во всей ее толще) коры выветривания, то, очевидно, минеральная часть почв должна была бы быть обогащена внутренней энергией по сравнению с исходными горными породами. Расчеты, однако, пока не позволяют подтвердить или опровергнуть это положение, поскольку еще нет данных по балансу веществ при выветривании и почвообразовании.
Далее необходимо учесть те компоненты этого параметра, которые связаны с миграцией минеральных и органических веществ в сопряженных почвенно-геохимических ландшафтах, т. е. с выносом веществ за пределы почвенного профиля в элювиальных условиях или, наоборот, с аккумуляцией веществ в профиле в аккумулятивных условиях. Существенное значение имеет и относительное перераспределение в почвенной толще минеральных веществ. Например, при почвообразовании на известняках в элювиальном ландшафте почвенная толща будет постепенно терять компоненты с малым запасом энергии (щелочи и щелочные земли) и относительно обогащаться компонентами с большим запасом энергии (кремнезем, окислы железа и алюминия). Весь этот баланс веществ в почвообразовании и связанный с ним баланс энергии, т. е. точный учет массообменного параметра прихода энергии на основе баланса веществ в почвообразовании, исключительно сложен и требует предварительного накопления достаточного количества соответствующих материалов.
Известны пока лишь отдельные составляющие баланса веществ в почвообразовании (солевой баланс, водный баланс, баланс гумуса), что, конечно, для полных расчетов недостаточно. Предварительные попытки расчета баланса веществ в почвообразовании связаны с рядом допущений, которые приводят к результатам, весьма далеким от желаемой точности.
Необходимо еще упомянуть о четырех геологических источниках энергии для выветривания и почвообразования, которые мы пока не можем оценить количественно из-за отсутствия соответствующих материалов. Это энергия тектонических движений земной коры, включая поднятия, опускания и землетрясения, энергия вулканов, термальных источников, энергия газовых эффузий.
Тектонические поднятия и опускания определенно играют роль в энергетике гипергенных процессов, создавая градиенты высоты и тем самым изменяя потенциальные запасы кинетической энергии, что играет особенно существенную роль в процессах гипергенной миграции веществ.
Извержения вулканов всегда сопровождаются аккумуляцией на поверхности окружающих территорий минеральных веществ, обогащенных глубинной энергией Земли. Роль термальных источников в этом плане также качественно ясна, хотя пока нет количественных данных для ее оценки.
Вопрос об энергии газовых эффузий наиболее сложен, поскольку неизвестны даже качественные параметры этого явления. В местах выходов на поверхность газовых источников происходит приход веществ и приносимой с ними энергии. Одновременно есть основания полагать, что из глубинных слоев Земли, особенно в районах газовых, угольных и нефтяных месторождений, занимающих, как известно, огромные территории, постоянно происходит медленная диффузия газов сквозь толщу пород к поверхности почвы, которая их полностью или частично поглощает. Если это так, то такие газы должны играть существенную роль в аккумуляции почвенного гумуса и соответствующей энергии.
Оценивая в целом проблему поступления энергии в почву путем теплообмена и массообмена, необходимо обратить внимание на следующее обстоятельство. Основная часть солнечной энергии, падающей на земную поверхность, поступает в почву в виде тепловой энергии и расходуется на процессы, связанные с влагооборотом и теплообменом в системе почва — организмы — атмосфера — гидросфера — литосфера. Эта часть солнечной энергии, составляющая минимум 99,9% ее общей суммы, уходит из почвы в виде тепловой энергии. Только незначительная часть ее, не более 0,1%, трансформируется в энергию химических связей органических и минеральных веществ и аккумулируется в почве, пополняя запас ее внутренней энергии.
Таким образом, если с рассмотренной точки зрения исследовать уравнение первого закона термодинамики в его общей форме (3), то мы увидим, что параметр приходной части δQ практически полностью расходуется на работу системы по преодолению внешних воздействий δА, а изменение внутренней энергии системы dU, следовательно, почти целиком связано с массообменным параметром ΣμδMi, в который включается и трансформированная фотосинтезом энергия Солнца, т. е.
Поступление энергии в почву

Этот вывод имеет существенное значение для исследования энергетики процесса почвообразования. И самое важное следствие этого заключения связано с тем, что прежде чем изучать баланс энергии в почвообразовании, необходимо знать соответствующий баланс веществ, вовлеченных в почвообразование. Только таким путем можно подойти к полному учету энергетики почвенной системы.
В обобщенной форме можно приблизиться к решению этой проблемы путем сопоставления вещественного состава исходной материнской породы и сформированной из нее почвы, если имеются соответствующие для этого данные. Найдя таким путем суммарные изменения состава вещества в процессе почвообразования (разница между исходным и конечным состояниями) посредством несложных, но громоздких расчетов, можно будет получить представление и об изменении внутренней энергии почвенной системы. Подобные расчеты ограничиваются тем обстоятельством, что в реальных условиях мы очень редко можем с полной достоверностью установить состав исходной почвообразующей породы для большинства существующих почв. Второе ограничение заключается в том, что можно лишь с большим или меньшим приближением установить изменение первоначального объема породы, из которого сформировался существующий объем почвы, а между тем объем почвы служит основным параметром при всех массообменных расчетах.