4. Энергетические ресурсы и энергия в экосистемах

4.1. Понятие энергетических ресурсов

Основным источником энергии в биосфере Земли является Солнце. Солнечной энергии поступает к Земле в 100 тысяч раз больше энергии, которую получают на Земле от всех источников энергии вместе взятых.

В настоящее время человечество расходует в основном невозобновляемые энергетические ресурсы, причем основную долю из них составляет химическое топливо.

ТОПЛИВОМ называется вещество, используемое для получения тепловой энергии.

4.2. Энергия в экологических системах

Известно, что “энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново” - это первый закон термодинамики.

Таким образом, на современном уровне знаний энергия, вещество и информация не меняются. Меняется упорядоченность. Степенью беспорядка считается ЭНТРОПИЯ.

Второй закон термодинамики показывает, что идет процесс уменьшения порядка - растет беспорядок, если этому не мешать. Все стремится к абсолютному беспорядку - это называется законом НЕУБЫВАНИЯ ЭНТРОПИИ.

Если человек разжигает костер или использует химическое топливо для получения энергии - он повышает ЭНТРОПИЮ системы.

Экосистема включает в себя живое и неживое вещество. Живое вещество увеличивает упорядоченность, противодействует ХАОСУ. Полный беспорядок, хаос наступит тогда, когда вся энергия будет превращена в тепловую энергия, и эта тепловая энергия будет равномерно рассеяна во всем пространстве.

Как уже говорилось, первоначальной энергией является энергия Солнца. Большую часть энергии, благодаря которой существует наша экосистема - БИОСФЕРА ЗЕМЛИ - это энергия, приходящая к нам от Солнца. Причем через биосферу с пользой и отдачей проходит очень малое количество этой энергии. Например, если принять всю энергию, поступающую от Солнца за 100 % , то из нее усваивается растениями только 2 % , а 98 % - рассеивается в виде тепловой энергии и, таким образом, теряет упорядоченность и повышает энтропию.

Эти 2 % энергии, усвоенные зелеными растениями, далее расходуются по пищевой цепочке. При переходе от продуцента к консументу и т.д. большая часть энергии также рассеивается. Поэтому широкое основание экологической пирамиды по мере перехода от одного трофического уровня к другому сходит на нет на вершине пирамиды.

Для характеристики стремительности уменьшения количества энергии в экологической пирамиде используется понятие КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ.

КАЧЕСТВО ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМЕ определяется тем количеством энергии определенного типа, которая затрачивается на получение энергии данного типа (данного трофического уровня).

На сколько уменьшается количество энергии, на столько увеличивается ее качество.

В разных экосистемах трофические уровни могут существенно отличаться. Эффективность по увеличению качества энергии у экосистем также будет разная.

Для характеристики отношения между трофическими уровнями, а также при оценках отношений внутри трофических уровней используется понятие ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

1. По отношению между трофическими уровнями различают следующие понятия:

1.1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ТРОФИЧЕСКИМ УРОВНЕМ - это отношение энергии, поступившей на данный уровень к таковой на предыдущем уровне.

1.2. ЭФФЕКТИВНОСТЬ АССИМИЛЯЦИИ ТРОФИЧЕСКОГО УРОВНЯ - аналогичное указанному выше отношение ассимиляций.

1.3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОДУКЦИИ ТРОФИЧЕСКОГО УРОВНЯ - это отношение продукции биомассы на данном уровне к таковому на предыдущем уровне.

1.4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ - это отношение энергии, поступающей на данный уровень ,к продукции биомассы на предыдущем уровне (или отношение ассимиляции на данном уровне к продукции биомассы на предыдущем трофическом уровне).

2. Для оценок в пределах одного трофического уровня различают следующие понятия:

2.1.ЭФФЕКТИВНОСТЬ РОСТА ТКАНЕЙ ИЛИ ПРОДУКЦИИ- это отношение продукции биомассы к ассимиляции (на одном и том же уровне).

2.2.ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РОСТА - это отношение продукции биомассы к поступлению энергии на одном и том же уровне.

2.3.ЭФФЕКТИВНОСТЬ АССИМИЛЯЦИИ - это отношение ассимиляции к поступлению энергии на одном и том же уровне.

Например, важно не использовать энергию высокого качества там, где можно обойтись энергией более низкого качества (солнечная энергия вместо энергии горения химического топлива).