Прометей живої природи
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Все живе на Землі – це трансформована і записана в різній формі енергія Сонця. Вивчаючи крок за кроком шлях сонячного променя через каскад його перетворень в біогеоценозах, вчені сподіваються зараз осягнути той головний механізм, від якого залежить все життя на планеті.
Щоб біосфера могла існувати, щоб рух в ній не припинявся, повинен здійснюватися безперервний круговорот речовин, яким керують потоки енергії. Саме масо-і енергообмін – це ті найміцніші нитки, що пов’язують воєдино всю біосферу і її фрагменти – біогеоценози. Приземний шар атмосфери, рослини, грунти, мікроорганізми, тварини – всі ці елементи біогеоценозів передають один одному, як естафетну паличку, речовини, а з ними і енергію.
Яка роль кожної з цих ланок в енергетичних перетвореннях, яку з них вибрати в якості важеля для управління природними процесами?
Сонце щедро постачає нашу планету енергією. В цілому за рік на земну поверхню надходить в тисячі разів більше кілокалорій, ніж виробляють зараз всі електростанції світу. Однак в економіці природи ці грандіозні енергоресурси використовуються вкрай неефективно – майже вся маса сонячної радіації, практично не затримуючись на Землі, відбивається в космічний простір.
Кількість сонячної енергії, що поглинається живими системами, мізерна в порівнянні із загальним енергетичним бюджетом Землі. Проте, навіть ця крихітна частка дозволяє синтезувати значну кількість біомаси. В середньому на кожному квадратному метрі земної поверхні за рік утворюється кілька тисяч грамів сухої органічної речовини. У масштабі планети це дає 150-200 мільярдів тонн. Сюди входить не тільки їжа людини (вона становить всього 2-5 відсотків від цієї продукції), а й, так би мовити, неїстівна біомаса, яку виробляють всі основні екосистеми планети – ліси, океани, болота, естуарії, озера, річки, тундри, пустелі .
Сонячна радіація – природний фактор, який сам по собі не піддається управлінню людини. Але ось направити її в потрібне русло, змусити сонячний промінь працювати з максимальною віддачею – це вже реально. Завдання це під силу не тільки інженерам, які виношують проекти створення гігантських електростанцій, що працюють на сонячному паливі, але і біологам. Правда, поруч з електростанціями майбутнього біологічні пастки сонячного променя, очевидно, з’являться більш ніж скромними, адже основним елементом подібних конструкцій залишиться все той же випробуваний «зелений друг» – рослина. Але в своїх спробах приручити сонячний промінь вчені покладають на біологічні системи не менше надій, ніж на найдосконаліші інженерні споруди.
Зазвичай сільськогосподарські культури використовують менше одного відсотка фізіологічної активної радіації Сонця – ФАР. Створюючи рослини, здатні здійснювати фотосинтез з дуже високою інтенсивністю, можна помітно підняти цей коефіцієнт, а отже, і домогтися різкого зростання врожаїв.
Але це тільки початок. Чи можна створювати нові високошвидкісні види транспорту, удосконалюючи лише сам екіпаж? Зрозуміло, ні. Потрібна корінна перебудова всіх служб руху. Досвід «зеленої революції» показав, що навіть самі високоврожайні сорти повністю проявляють свої можливості тільки на високопродуктивних землях.
Керуючи енергетичними процесами, що протікають в грунтовому покрові, доводять вчені, можна створювати, інакше кажучи, штучно конструювати, родючі грунти з наперед заданими властивостями. Наприклад, вже сьогодні є реальна можливість перетворювати мізерні сіроземи напівпустель в грунти, родючість яких може перевершувати навіть знамениті чорноземи. Для цього необхідно, зокрема, створювати спеціальний водний режим, який дозволив би привести в дію величезні запаси сонячної енергії – і тієї, що йде прямо від нашого світила, і тієї, що вже пройшла біологічну «переробку» в грунті.