2. Функціонування екосистем.

Умовою існування і нормального функціонування будь-якої екосистеми є наявність усіх ланок трофічного ланцюга (тобто ланцюга живлення). В основі будь-якої екосистеми лежить ланцюг живлення. Основні типи ланцюгів живлення – пасовищний і детритний. Пасовищний ланцюг живлення – це ряд живих організмів, в якому кожний вид живиться попередниками в ланцюзі та, в свою чергу, служить їжею для видів, які посідають вищий рівень. Початок пасовищного ланцюга – автотрофні (ті, що живляться самі) організми, які спроможні синтезувати складні органічні сполуки з неорганічних, використовуючи найчастіше енергію сонячного світла, - це зелені рослини і фотосинтезуючі бактерії.

Автотрофні організми утворюють верхній ярус, або “зелений пояс”. Він є дуже важливою частиною сукупності, оскільки всі організми екосистеми так чи інакше залежать від постачання органічними речовинами, що їх синтезують рослини, і тому належать до гетеротрофів.

Ті організми, що живляться рослинами, належать до другого трофічного рівня; хижаки, які живляться травоїдними,- до третього. Добре відомі такі ланцюги живлення, як “трава – заєць – вовк”, “рослини - комахи – птахи” тощо. Людина в цій класифікації, яка споживає і рослинну, і тваринну їжу, посідає проміжне становище між другим і третім трофічними рівнями.

У детритних ланцюгах організми споживають мертву органічну речовину, поступово розкладаючи її на чимраз простіші сполуки –аж до неорганічних. Присутність детритних ланцюгів живлення необхідна кожній екосистемі, оскільки саме вони замикають кругообіг елементів, який без участі живих організмів відбувався б украй повільно. Вчені відносять грунти, де розкладаються речовини, коріння, тощо, до нижнього коричневого ярусу.

В екосистемах мають місце такі явища як коменсалізм, мутуалізм і нейтралізм – різні форми співіснування живих істот ( симбіоз).

Коменсалізм – коли для одного партнера співіснування є вигідним, а для іншого – нейтральним;

мутуалізм – коли співіснування організмів є взаємовигідним;

нейтралізм – коли співжиття організмів не приносить їм ні позитивних, ані негативних наслідків.

Кожен вид в екосистемі має своє функціональне місце – екологічну нішу, де він не конкурує з іншими видами за джерело енергії. Це фізичний простір, який займають організми кожного виду, з їхньою функціональною роллю в спільноті, розміщенням по відношенню до зовнішніх екологічних факторів, характером реакції на зміни факторів і морфоструктурним пристосуванням.

3. 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.