8. Правила 1% и 10% энергии Линдемана.

Точнее – закономерность в области биологии, установленная Раймондом Линдеманом,  согласно которой только часть (примерно 10%) энергии, поступившей на определенный системный уровень, передаётся организмам, находящимся на более высоких уровнях. Например, растения могут  усваивать  при  фотосинтезе до 1%  солнечной энергии. В свою очередь, растительноядные  животные потребляют около до 10%  энергии растений (или:  до 90% энергии, накопленной растениями, просто  теряется…). Хищники, питаясь  растительноядными животными,  получают 10%  энергии,  содержащихся в биомассе всего ими съеденного.  Обратный поток, связанный с потреблением веществ и продуцируемой верхним уровнем экологической пирамиды энергии более низкими её уровнями, например, от животных к растениям, намного слабее - не более 0,5% от общего её потока, и потому можно полагать, что круговорота энергии в биоценозе не происходит.   ПРИМЕР. «…человек, грызущий морковку, относится к числу консументов первого порядка, но, отведав такое блюдо французской кухни, как лягушачьи лапки, он становится консументом третьего порядка. Большинство травоядных, хищных и всеядных животных черпает пищу из нескольких цепей, составляющих их пищевую сеть». ПРИМЕР. «Хищник  живет плотью поедаемых  животных.  Оно щиплет травку пятнадцать часов в день и переваривает круглосуточно - а он наедается за четверть часа на  трое суток.  Это более  эффективный  способ потребления энергии: быстро, много, уже преобразованной из растений. Вроде «сникерса»: съел - и порядок. Хищник  как  усовершенствованная    биосистема,   опосредованно,   через «фильтр-обогатитель»,  работающая  на  энергии  веществ  земной  коры  и  на солнечной энергии. Сам он травой питаться не может, сдохнет, а жить надо. Аналогично  государственная  система стремится  получать энергию  самым эффективным  из  доступных ей способов.  Если  отобрать  у другого быстрее и проще, чем делать самому - отбираем.  И это вовсе  не всегда имеет форму грабежа. Идеологически и нравственно это может облекаться в самые разные одежды».

Суммарная биомасса стабильной экосистемы относительная постоянна. При переходе с одного трофического уровня на другой часть доступной энергии не воспринимается (N_u), часть отдается в виде тепла, экскрементов (N_a), а часть расходуется на дыхание (R). В среднем, при переходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшается приблизительно на порядок. Данная закономерность называется правилом пирамиды энергий Р. Линдемана (1942г.) илиправилом десяти процентов. Чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее концу доступной энергии. Поэтому число трофических уровней никогда не бывает большим. Для биосферы в целом доля возможного потребления чистой первичной продукции (на уровне консументов высшего порядка) не превышает одного процента. Данная закономерность называется правилом одного процента Р. Линдемана.

Поток энергии и круговорот химических элементов в экосистеме.

Все живые организмы в процессе жизнедеятельности находятся в постоянном и активном взаимодействии с окружающей средой. Суть этого взаимодействия заключается в обмене веществом и энергией. Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле — солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений. Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой происходите потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и других порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.

В отличие от энергии, которая используется в экосистеме только один раз, вещества используются многократно из-за того, что их потребление и превращение происходит по кругу. Этот круговорот осуществляется живыми организмами экосистемы (продуцентами, консументами, редуцентами) и называется биологическим круговоротом веществ. Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, в которых поступающие элементы превращаются в новые сложные соединения, и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности.

Экологические системы суши и Мирового океана связывают и перераспределяют солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций и другие элементы. Жизнедеятельностью растительных организмов (продуцентов) и их взаимодействиями с животными (консументами), микроорганизмами (редуцентами) и неживой природой обеспечивается механизм накопления и перераспределения солнечной энергии, поступающей на Землю.

Важнейшим аспектом существования жизни на Земле являются круговороты (биогеохимические циклы), в которые вовлечены вода и основные биогенные химические элементы — С, Н, О, N, Р, S, Fe, Mg, Mo, Mn, Cu, Zn, Ca, Na, К и др. Все циклы состоят из двух фаз: органической (во время которой вещество или элемент находится в составе живых организмов) и неорганической.