Потоки речовин та енергії в екосистемах

Енергія екосистем

Розумінню енергетичних процесів, які відбуваються в екосистемах, допомагають знання термодинаміки. Усі форми енергії поділяються на 2 групи:

1) потенційну – ту, яка в чомусь зосереджена й може бути використана за допомогою якогось звільненого фактора (наприклад, енергія, сконцентрована у вугіллі, нафті тощо);

2) кінетичну – енергію об”єктів, які рухаються (енергія води, вітру, руху м”язів тощо).

Ці форми підкоряються двом базовим законам термодинаміки:

Перший закон термодинаміки ( закон консервації енергії) – енергія не може бути ні народжена, ні знищена, вона може бути трансформована з однієї форми в іншу. Кількість енергії не змінюється.

В екосистемах має місце велика кількість енергоперетворень: енергія Сонця (тепло, світло) перетворюється завдяки фотосинтезу в енергію продуцентів, енергія продуцентів – у енергію консументів. Сучасне людство перетворює в ході своєї діяльності величезні маси енергії. І закон дає зрозуміти, що енергія існує в різних формах, і те, що у всіх екосистемах ніколи не може бути більше енергії, яка виділяється від тієї, яка надходить. Кількість енергії, яка надходить рівна кількості, що виділяється.

Другий закон термодинаміки – пояснює,що відбувається з якістю енергії, коли вона переходить з однієї форми в іншу, стверджує. що при трансформаціях енергії вона з більш концентрованої переходить в менш концентровану, тобто, розсіюється. Закон показує, що, коли спалюємо нафту, вугілля, газ наше постачання висококонцентрованої енергії скорочується. Цю енергію можна повторно використати, оскільки після згорання відбувається її розсіювання, тобто при згоранні утворюється безладдя. спрощено дезорганізацію. випадковість називають ентропією.

У Космосі ентропія переважає. Випадковість збільшується з плином часу, а всередині хаосу існують острівці порядку. Одним з найважливіших є життя. Живі системи з безладдя утворюють порядок. Наприклад. рослини, поглинаючи СО₂ в атмосфері, об”єднують його під час фотосинтезу в складні організовані органічні з”єднання молекул. Сонячна енергія, яку використовують рослини, щоб утворити порядок на Землі, продукується завдяки поступовій деградації Сонця. Сонце поступово розсіюється, продукуючи енергію. Але порядку, створеному на Землі живими системами набагато менше, ніж безладдя, створеного при розсіюванні Сонця. У балансі переважає безладдя. Енергія при переході з однієї форми в іншу розсіюється.

Це необоротне розсіювання енергії екосистемами відбувається двома шляхами: звичайної втрати тепла через різницю температур між біотою, грунтом і навколишнім середовищем, або втрати тепла організмами і їх біоценозами в процесі бродіння й дихання у зв”язку з вивільненням енергії при екзотермічних реакціях. Неврівноважені процеси в ізольованих системах супроводжуються зростанням температури, наближаючи екосистеми до стану рівноваги, за якої екологічна ентропія є найвищою. Термодинамічні закони регулюють життя – від найменшої бактерії до кита.

Необхідність створення цілеспрямованого потоку енергії, з одного боку, і кругообігу речовин – з другого, накладає певні обмеження на підбір тих видів, які можуть утворювати екосистему.

Значна кількість біомаси, енергії при переході з одного трофічного рівня на інший розсіюється, витрачається на підтримку температури тіл організмів, на перетворення в СО₂; не вся біомаса нижчого рівня йде на їжу організмам вищого рівня, і не вся засвоюється організмами. Тобто згідно з ІІ законом термодинаміки, енергія перетворюється в тепло, яке розсіюється в довкіллі і витрачається в просторі.

Типи екосистем.

Основними типами екосистем є біоми, які відрізняються один від одного характером рослинності, наприклад,

пустелі, які мають 2 підтипи:

- пустелі тропіків,

- пустелі помірного клімату;

луки, які мають такі підтипи:

- тропічна савана,

- луки помірного поясу (прерія, степ),

- високотравні,

- низькотравні,

- полярні (арктична та альпійська тундра);

ліси, які мають такі підтипи:

- тропічні вологі,

- тропічні сухі,

- листяні помірного поясу,

- бореальний ліс (тайга),

- інші.

Водні екосистеми

 

Прісноводні екосистеми:

- сьльнозволожені землі,

- озера,

- ріки,

- штучні водосховища;

Солені або морські екосистеми:

- естуарії,

- прибережні зволожені зони,

- коралові рифи,

- континентальні схили тощо.