Энергетическая классификация экосистем

Введение

Термин «экология» (от греч. «Ойкос» – дом, жилище и «логос» – наука) был предложен более 100 лет назад выдающимся немецким естествоиспытателем Эрнстом Геккелем.

В буквальном смысле экология – это наука об условиях существования живых организмов, их взаимодействиях между собой и окружающей средой.

Что является предметом исследования экологии? Экология изучает организацию и функционирование живых систем более сложных, чем организм, т. е. надорганизменных систем. Эти системы получили название экологических систем или экосистем.

Экосистема – это безразмерная устойчивая система живых и неживых компонентов, в которой совершается внешний и внутренний круговорот вещества и энергии. В качестве примеров можно привести лесные экосистемы, почвы, гидросферу и т.д.

Самой крупной экосистемой, предельной по размерам и масштабам, является биосфера. Биосферой называют активную оболочку Земли, включающую все живые организмы Земли и находящуюся во взаимодействии с неживой средой (химической и физической) нашей планеты, с которой они составляют единое целое. Биосфера нашей планеты существует 3 млрд. лет, она растет и усложняется наперекор тенденциям холодной энтропийной смерти; она несет разумную жизнь и цивилизацию. Биосфера существовала задолго до появления человека и может обойтись без него. Напротив, существование человека невозможно без биосферы.

Все остальные экосистемы находятся внутри биосферы и являются ее подсистемами. Крупная региональная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности, называется биомом. Например, биом пустыни или влажного тропического леса. Гораздо меньшей системой является популяция, включающая группу особей одного вида, т. е. единого происхождения, занимающая определенный участок. Более сложной системой, чем популяция, является сообщество, которое включает все популяции, занимающие данную территорию. Таким образом, популяция, сообщество, биом, биосфера располагаются в иерархическом порядке от малых систем к крупным.

Одной из задач экологии является изучение превращения энергии внутри экологической системы. Усваивая солнечную энергию, зеленые растения создают потенциальную энергию, которая при потреблении пищи организмами превращается в другие формы. Превращения энергии в отличие от цикличного движения веществ идут в одном направлении, почему и говорят о потоке энергии.

Энергетическая классификация экосистем

Источник и качество доступной энергии в той или иной степени определяют видовой состав и численность организмов, характер функциональных процессов, протекающих в экосистеме, и про­цессов ее развития, а также образ жизни человека. Поскольку энергия — общий знаменатель и исходная движущая сила всех экосистем, как сконструированных человеком, так и природных, логично принять энергию за основу для «первичной» классифи­кации экосистем. Удобно выделить на этой основе четыре фун­даментальных типа экосистемы:

1. Природные, движимые Солнцем, несубсидируемые.

2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками.

3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.

4. Индустриально-городские, движимые топливом (ископае­мым, другим органическим или ядерным).

Эта классификация основана на свойствах среды на входе, она в корне отличается от биомной классифика­ции, основанной на внутренней структуре экосистем, но вместе с тем и дополняет ее объяснения.

Четыре основных типа экосистем, выделенные по источнику, уровню и качеству энергии. В экосистемах используются два разных источника энергии: Солнце и химиче­ское (или ядерное) топливо. В соответствии с этим удобно выде­лять движимые Солнцем и движимые топливом экосистемы, не забывая, однако, что во всех случаях могут использоваться сразу оба источника.

Сравнивая основные типы экосистем, можно рассматривать поток энергии в единицах мощности (вспомним, что единица мощности — это потребление или рассеивание энергии за единицу времени). Показатель плотности энергии говорит о величине работы, которая выполняется или может выполняться на единице площади экосистемы, а также о величине неупорядо­ченности, или энтропии, которую система должна рассеивать, чтобы оставаться жизнеспособной.

1. Несубсидируемые природные, получающие энергию от Солнца. Примеры: открытые океаны, высокогор­ные леса. Это — основа системы жизнеобеспечения «космического корабля» Земля.

2. Получающие энергию от Солнца, но с естественной энергетической субсидией. Примеры: эстуарии в при­ливных морях, некоторые дождевые леса. Это при­родные системы, обладающие естественной плодо­родной почвой и характеризующиеся не только высокой поддерживающей способностью, но и производящие излишки органического вещества, которые могут выноситься в другие системы.

3. Субсидируемые человеком, получающие энергию от Солнца. Примеры: агроэкосистемы, аквакультура. Это системы, производящие продукты питания и волокнистые материалы получающие дотации в форме горючего (или других формах), поставляемого человеком.

4. Промышленно-городские системы, получающие энер­гию топлива. Примеры: города, пригороды, инду­стриализованные зеленые зоны. Это системы, в ко­торых генерируется наше богатство (а также за­грязняющие вещества). Главным источником энер­гии здесь служит не Солнце, а топливо. Эти системы зависят от экосистем первых трех типов, паразити­руют на них. получая продукты питания и топливо.