6.1.2. Общебиосферные процессы.

Можно выделить 3 группы общебиосферных процессов:

- процессы энергообмена, заключающиеся в улавливании световой энергии солнечного излучения и перераспределении ее между всеми живыми существами биосферы;

- процессы массообмена в форме круговоротов веществ в биосфере;

- процессы адаптации живых объектов к изменению физических условий окружающей среды.

6.1.3. Процессы, происходящие в каждой экосистеме.

В каждой экосистеме происходят всевозможные процессы – рост и развитие отдельных особей растений и животных, объединение их в группы, перемещение групп животных, иногда очень крупных, по территории суши и в морских водах, размножение животных, иногда в гигантских масштабах либо резкое сокращение их численности. Эти и другие частные процессы тесно связаны друг с другом, а также с физическими условиями окружающей среды. Рассматривать, даже бегло особенности и закономерности всех экологических процессов в экосистемах у нас нет возможности. Поэтому мы ограничим изучение лишь одного, самого общего процесса – процесса взаимосвязанного изменения состава растений и животных, находящихся в экосистеме. Этот процесс называется сукцессией.

6.2. Энергообмен в экосистемах.

6.2.1. Энергообмен между живыми существами

Цель жизни каждого живого существа состоит из выполнения 3-х задач:

- Вырасти до взрослого состояния.

- Изменить окружающий неживой и живой мир для большего комфорта для себя и своих сородичей.

- Произвести потомство.

Выполнив все эти задачи, живой объект может прекратить свое существование. Некоторые особи значительно продлевают свой жизненный ресурс. Однако большинству не удается выполнить все 3 задачи. На пути решения этих задач стоят неблагоприятные физические условия и агрессивные соседи. Следует учесть, что всем живым объектам, особенно в первый период после их появления на свет помогают представители своего вида и некоторые другие виды.

Для всего этого необходима энергия.

Получение живыми существами энергии – основной процесс в биосфере. Без энергии не могут протекать никакие другие процессы. Основным источником энергии для живых существ на Земле является Солнце.

Улавливание солнечной энергии производится в биосфере с помощью процесса фотосинтеза, происходящего в зеленых листьях растений, содержащих хлорофилл. Слово “фотосинтез” означает создание вещества под действием света. Этот процесс составляет энергетическую основу биосферы.

Сущность фотосинтеза - образование растительной биомассы из СО₂ , содержащегося в атмосфере, природной воды и минеральных компонентов почвы за счет энергии света. Поэтому растениям для осуществления фотосинтеза нужна почва, за которую они крепятся корнями, вода, находящаяся обычно в почве, и атмосфера, содержащая достаточное количество углекислоты.

При фотосинтезе в отличие от других биохимических процессов энергия кванта трансформируется в энергию химической связи. Поскольку растениям не нужна биомасса для роста и развития, их называют автотрофы (самопитающиеся).

Суммарную реакцию фотосинтеза можно описать уравнением

Солнечный свет

СО₂ + Н₂О (СН₂О)n + О₂

Растения

Углеводы, образующиеся в этой реакции, содержат больше энергии, чем исходные вещества (СО₂ и Н₂О). Таким образом, за счет энергии Солнца энергетически бедные вещества СО₂ и Н₂О превращаются в богатые энергией продукты - углеводы и О₂.

Животные не умеют использовать солнечный свет непосредственно в качестве источника энергии, они получают энергию, поедая растения или других животных, питающихся растениями. Поэтому животных экологи называют гетеротрофы (питающиеся другими).

Таким образом, источником энергии для всех экологических процессов в биосфере служит Солнце, а фотосинтез необходим для поддержания всех форм жизни на Земле.

Солнечная энергия, достигающая Земли, составляет 56*10²³ Дж. Около половины этой энергии отражается облаками и не попадает на поверхность Земли. Из энергии, достигшей Земли, только половина участвует в фотосинтезе. Таким образом фотосинтетически активная радиация составляет в масштабах всей Земли 15*10²³ Дж. На растения может попасть лишь 60% этой энергии. КПД использования растениями этой радиации составляет 1 – 5% (0,01 – 0,05). Таким образом, из солнечной энергии, падающей на Землю в растительную биомассу переходит только 0,2 – 0,8%. Тем не менее, это весьма значительная величина.

Согласно расчетам, растения производят 200.10⁹ т/год биомассы, что эквивалентно 3*10²¹ Дж. Считается, что энергия, содержащаяся в биомассе всех живых существ на поверхности Земли, сопоставима по величине с энергией всех разведанных запасов топлива (угля, нефти, газа).

Для оценки процессов энергообмена в экологии используются различные критерии. Наиболее показательным и часто применяемым служит критерий продуктивности популяций, их групп и трофических звеньев. Можно измерять и продуктивность всего биоценоза ЭС. Это делается при анализе разных фаз ее развития.

Продуктивность биоценоза ЭС экологи делят на первичную (продуктивность растений) и вторичную (продуктивность животных и микроорганизмов). Их сумма составляет общую продуктивность ЭС.

Исследования переноса энергии в экосистемах и продуктивности экосистем ведутся на 3-х уровнях:

- экосистемном.

- трофическом,

- популяционном,

На экосистемном уровне процессы наиболее масштабны и продолжительны по времени. Экосистемные процессы в основном отражают текущее состояние и развитие отдельных популяций и биоценоза экосистемы.

Трофических уровней энергообмена укрупненно 3: уровень продуцентов (автотрофов), уровень консументов (гетеротрофов), уровень редуцентов (преимущественно микроорганизмов). На каждом трофическом уровне осуществляется группа близких процессов энергообмена в разных взаимосвязанных популяциях.

На популяционном уровне происходят частные (физиологические) процессы энергообмена. Растения теряют энергию, полученную в процессе фотосинтеза на процессы дыхания, роста, образования органов (ствола, цветов, плодов).

Животные также используют энергию усвоенной пищи на дыхание, рост, развитие организма, перемещение в поисках пищи, размножение, уход за потомством.

Процессы перемещения и размножения осуществляют и микроорганизмы.

Отметим, что процесс энергообмена в биосфере - необратимый. Только в популяциях растений (в автотрофах) энергия воспринимается биообъектами в энергетической, волновой форме. Во всех других популяциях - гетеротрофах и редуцентах энергия передается в химически связанной форме - форме богатых энергией органических веществ. Прием веществ, богатых энергией, осуществляется путем использования этих веществ в пищу. Вся совокупность популяций, участвующих в энергообмене, называется трофической цепью, а сами участники цепи делятся на функциональные группы, называемые в экологии трофическими уровнями или звеньями трофической цепи.

Для оценки процессов энергообмена в экологии используются различные критерии. Наиболее показательным и часто применяемым служит критерий продуктивности популяций и их групп, а также целых трофических звеньев. Можно измерять и продуктивность всего биоценоза экосистемы. Это делается при анализе разных фаз ее развития.