Энергия в экологических системах. Известно, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново - это первый закон термодинамики.

Известно, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново - это первый закон термодинамики.

Таким образом, на современном уровне знаний энергия, вещество и информация не меняются. Меняется упорядоченность. Степенью беспорядка считается ЭНТРОПИЯ.

Второй закон термодинамики показывает, что идет процесс уменьшения порядка - растет беспорядок, если этому не мешать. Все стремится к абсолютному беспорядку - это называется законом НЕУБЫВАНИЯ ЭНТРОПИИ.

Если человек разжигает костер или использует химическое топливо для получения энергии - он повышает ЭНТРОПИЮ системы.

Экосистема включает в себя живое и неживое вещество. Живое вещество увеличивает упорядоченность, противодействует ХАОСУ. Полный беспорядок, хаос наступит тогда, когда вся энергия будет превращена в тепловую энергию, и эта тепловая энергия будет равномерно рассеяна во всем пространстве.

Как уже говорилось, первоначальной энергией является энергия Солнца. Большая часть энергии, благодаря которой существует наша экосистема - БИОСФЕРА ЗЕМЛИ - это энергия, приходящая к нам от Солнца. Причем через биосферу с пользой и отдачей проходит очень малое количество этой энергии. Например, если принять всю энергию, поступающую от Солнца за 100 %, то из нее усваивается растениями только 2 %, а 98 % - рассеивается в виде тепловой энергии и, таким образом, теряет упорядоченность и повышает энтропию.

Эти 2 % энергии, усвоенные зелеными растениями, далее расходуются по пищевой цепочке. При переходе от продуцента к консументу и т.д. большая часть энергии также рассеивается. Поэтому широкое основание экологической пирамиды по мере перехода от одного трофического уровня к другому сходит на нет на вершине пирамиды. Изменение энтропии в природных и техногенных системах представлено на рис. 2.5.

Рисунок 2.5. - Изменение энтропии в техногенных и природных системах

Для характеристики стремительности уменьшения количества энергии в экологической пирамиде используется понятие КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ.

КАЧЕСТВО ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМЕ определяется тем количеством энергии определенного типа, которая затрачивается на получение энергии данного типа (данного трофического уровня). На сколько уменьшается количество энергии, на столько увеличивается ее качество. В разных экосистемах трофические уровни могут существенно отличаться. Эффективность по увеличению качества энергии у экосистем также будет разная. Для характеристики отношения между трофическими уровнями, а также при оценках отношений внутри трофических уровней используется понятие ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

1. По отношению между трофическими уровнями различают следующие понятия:

1.1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ТРОФИЧЕСКИМ УРОВНЕМ - это отношение энергии, поступившей на данный уровень к таковой на предыдущем уровне.

1.2. ЭФФЕКТИВНОСТЬ АССИМИЛЯЦИИ ТРОФИЧЕСКОГО УРОВНЯ - аналогичное указанному выше отношение ассимиляций.

1.3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОДУКЦИИ ТРОФИЧЕСКОГО УРОВНЯ - это отношение продукции биомассы на данном уровне к таковому на предыдущем уровне.

1.4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ - это отношение энергии, поступающей на данный уровень,к продукции биомассы на предыдущем уровне (или отношение ассимиляции на данном уровне к продукции биомассы на предыдущем трофическом уровне).

2. Для оценок в пределах одного трофического уровня различают следующие понятия:

2.1.ЭФФЕКТИВНОСТЬ РОСТА ТКАНЕЙ ИЛИ ПРОДУКЦИИ- это отношение продукции биомассы к ассимиляции (на одном и том же уровне).

2.2.ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РОСТА - это отношение продукции биомассы к поступлению энергии на одном и том же уровне.

2.3.ЭФФЕКТИВНОСТЬ АССИМИЛЯЦИИ - это отношение ассимиляции к поступлению энергии на одном и том же уровне.

Например, важно не использовать энергию высокого качества там, где можно обойтись энергией более низкого качества (солнечная энергия вместо энергии горения химического топлива).

Развитие современной экологии позволило известному экологу Б. Коммонеру еще в 1974 году сформулировать четыре основных закона, которые сводятся к следующему:

1. Все связано со всем. То есть изменение в функционировании какого-либо одного звена в экологической системе может привести к потере всей системой устойчивости и даже к ее полной деградации.

2. Все должно куда-то деваться. Природные экосистемы являются системами, функционирующими по принципу безотходной технологии, поэтому антропогенное воздействие должно укладываться в возможности по переработке веществ природными системами.

3. Природа знает лучше. Биосфера Земли в своем развитии в течение миллиардов лет достигла устойчивого состояния, а человек своими непродуманными действиями снижает эту устойчивость.

4. За все надо платить. Человечество не может использовать природные ресурсы и загрязнять окружающую среду без последствий. Поэтому любая деятельность человека, даже с точки зрения прогресса должна быть оценена экономически.