Pe termen lung, existența stabilă a vieții pe Pământ sub forma biosferă este considerată de știința modernă ca un proces de auto-organizare în sistemul de neechilibru deschis la scară globală. Din punct de vedere al echilibrului termodinamicii biosferă - structura disipativ în care ordonare internă înaltă este dinamic, natura și mobile se realizează prin absorbție continuă și de disipare a energiei.
Implementarea ciclurilor biogeochimice în biosferă care determină structura biosferei necesită cheltuieli de energie. Spre deosebire de mișcarea elementelor chimice, distribuția energiei în biosferă nu este un ciclu, ci un flux unidirecțional. În conformitate cu cea de a doua lege a termodinamicii ca trecerea în serie, prin elementele energiei biosferei este disipată în mediul înconjurător sub formă de căldură și nu pot fi folosite din nou de către organismele vii.
Principala sursă de energie pentru circulația biotică este radiația electromagnetică a Soarelui în raza vizibilă - radiația luminoasă. A doua sursă, contribuție neglijabilă la energia totală a biosferei, este energia legăturilor chimice ale unui număr de substanțe anorganice. Pământul primește de la Soare aproximativ 5,4 ∙ 10 24 J pe an. Aproximativ 40% din această energie este reflectată înapoi de nori în spațiu, 15% absorbită de atmosferă și aproximativ 45% vine la suprafață. Dar pentru a menține structura biosferei nu este folosit teren toată energia a atins sau ocean, ci numai ceea ce este absorbită de moleculele de clorofilă a plantelor verzi și a altor organisme fotosintetice și transformată în energie chimică a substanțelor organice. Fotosinteza absoarbe doar 1-5% din fluxul total de energie solară.
Dacă comparăm cantitatea de energie transformată în materie organică de către plante, cu cantitatea de energie solară atinge suprafața pământului, eficiența ratei de fotosinteză este extrem de scăzută (mai puțin de 1%), restul de energie este disipată sub formă de căldură. Numai în cazuri rare, în ceea ce privește plantele cultivate cu productivitate ridicată, eficiența poate fi crescută la 3%. Cantitatea totală de energie anual bind organisme fotosintetice ocean și teren este de aproximativ 1,08 ∙ J. 21 octombrie, care este de numai 0,02% din fluxul total incidentul pe energia solară a Pământului. Numai această energie (și, ca urmare a chemosynthesis legate de energie) pot folosi toate celelalte organisme heterotrofe pentru a îndeplini funcțiile vitale care au ca rezultat o migrare a substanțelor în biosferă.
chemosynthesis Fotosinteza, nutriție, respirație și fermentare - procese de bază, prin care fluxul de energie trece prin substanța biosferă vie. Primele două procese de sinteză furnizează cu energie înaltă a substanțelor organice pogloscheniyasveta datorate (fotosinteză) și agenți de oxidare anorganici (chemosynthesis). Transferul materiei organice și al energiei conținute în ea de la un organism la altul se efectuează în procesul de hrănire. În timpul respirației și fermentează materiei organice degradate, iar energia conținută în ele este utilizat de către organismele vii, dar în cele din urmă transformată în căldură.
Astfel, fluxul de energie prin intermediul materiei vii - un proces de organizme pierderi de energie acumulate în timpul autotrophs foto- și chemosynthesis. Toate lansat în procesul de viață în biosferă energiei suprafața Pământului este radiată în spațiu, în principal sub formă de infraroșu radiații electromagnetice.
În balanța energetică globală a biosferei este esențial ca entropia care intră în lumina de undă scurtă Pământul este mai mică decât entropia de undă lungă de radiație termică de re-emise de planeta noastră. Toate biosfera Pământul este un sistem foarte bine organizat, în care ordinea este menținută de diferența de entropie absorbită și a fluxului de energie emisă.
Deoarece principala sursă de energie din biosferă este Soarele, stabilitatea existenței biosferei depinde în primul rând de constanța radiației sale. Puterea radiației solare este destul de stabilă. Cu toate acestea, schimbările climatice globale ritmice sunt cunoscute în istoria Pământului. Una dintre cauzele principale ale schimbărilor climatice se consideră mici variații în orbita Pământului și înclinarea axei Pământului, care schimbă cantitatea de energie solara care ajunge pe Pământ. Acest lucru este suficient pentru consecințe notabile în sistemul neliniar "atmosferă-ocean". Factorii astronomici mici sunt sursa unor schimbări periodice semnificative în climatul planetei, și cu ea - în biosferă. Aceste procese ciclice globale au perioade de sute și zeci de mii de ani. Mecanismele influenței lor asupra evoluției biosferei au fost studiate insuficient până acum.
In plus factorii astronomice, cantitatea fluxului de energie în biosferă și pot afecta factori planetari, cum ar fi compoziția chimică și transparență a atmosferei. Astfel, reducerea transparenței atmosferice cauzate de emisiile de cenușă vulcanică în amplificarea activității seismice sau a prafului și a poluării fum cauzată de activitățile umane (emisiile industriale, incendii, explozii nucleare) poate duce la o reducere a cantității de energie stabilită de organisme fotosintetice, și, prin urmare, pentru a reduce fluxul energie în biosferă.
Dar, împreună cu stabilitatea Soarelui, imuabilitatea orbita Pământului și înclinarea axei sale, constanța atmosferei esențiale pentru existența stabilă a biosferei este organizarea sohrannostfunktsionalnoy a componentei sale biotice. La urma urmei, organismele vii asociate cu interacțiunile alimentare care asigură existența unor canale stabile pentru distribuirea materiei și a energiei.