
- •Тема 3. Первичная продукция и энергетический обмен
- •Преобразование энергии
- •Фотосинтез
- •Цепи питания и трофические уровни в экосистеме
- •Закон Линдемана о 10 % энергии
- •Закон Линдемана о трофической эффективности гласит, что эффективность передачи энергии от одного трофического уровня на другой составляет около десяти процентов.
- •Глоссарий
Давлетова Ш.К. Курс «Экология и устойчивое развитие»
Тема 3. Первичная продукция и энергетический обмен
Cодержаниe:
Первый закон термодинамики
Второй закон термодинамики
Поток энергии в экосистеме
Трофические уровни
Трофические (экологические) пирамиды
Пищевые цепи и сети
Закон Линдемана о 10% энергии
Эффективность экосистем
Процессы экосистемы
Каждый живой организм должен иметь постоянный запас химической энергии или топлива. Фотосинтез производит топливо, необходимое организму путем преобразования энергии света в химическую энергию, которая хранится в углеродных соединениях.
Организмы, которые не фотосинтезируют должны получить свою энергию, потребляя растения или растения, переработаные каким-нибудь животным. В конечном счете, тепловая энергии излучается обратно в Солнечную систему из земли, чтобы соответствовать входящей энергии от солнца.
Мы знаем, что все организмы нуждаются в ряде минералов или химических веществ, чтобы выжить в дополнение к источнику энергии. В отличие от солнца, земля не имеет свежий источник химических веществ; химические вещества должны быть переработаны и использованы снова и снова. Потребность в энергоснабжении и резерве химических веществ являются основой для двух основных процессов экосистемы: потока энергии и круговорота веществ. Эти два процесса связаны между собой, но не совсем то же самое.
Преобразование энергии
Поток энергии экосистеме происходит в открытой системе, солнце постоянно дает планете энергию в виде света, которая в конечном счете используется и теряется в виде тепла на каждом трофическром уровне пищевой сети. Преобразование энергии в экосистемах происходит в соответствии с универсальными законами термодинамики:
Первый закон термодинамики (Сохранение) гласит, что энергия всегда сохраняется, она не может быть создана или уничтожена. . Энергия может быть преобразована из одной формы (например, световой энергии) в другую (химическую энергию), но она не может быть создана или уничтожена. Общее количество энергии и материи во Вселенной остается постоянным, меняется лишь одна ее форма в другую
Второй закон термодинамики гласит, что "во всех энергетических обменах, если нет притока или выхода энергии из системы, потенциальная энергия всегда будет меньше, чем в исходном состоянии."
Преобразование энергии в системе приводит к ее потерям в виде тепла. Не существует преобразования энергии, которое идет со 100% эффективностью. Это обычно называют энтропией.
Энтропия - степень беспорядка в системе. Клетки упорядоченны и поэтому имеют низкую энтропию.Поток энергии, поддерживает порядок и жизнь. Когда происходит передача энергии из одной формы в другую, которая теряется в виде тепла, энергия уменьшается, беспорядок в системе увеличивается. Энтропия выигрывает, когда организмы прекращают энергетический обмен и умерают.
Фотосинтез
Преобразования энергии в экосистеме начинаются с притоком энергии от солнца, которая фиксируется в процессе фотосинтеза.
Фотосинтез это процесс, посредством которого растения и фотосинтезирующие микроорганизмы используют энергию солнечного света для производства глюкозы (простые сахара) и свободного кислорода. 6H2O + 6CO2 ----------> C6H12O6 + 6O2 Организмы, которые используют неорганические источники углерода и энергии, называются автотрофы ("само-питающиеся"). При фотосинтезе автотрофы используют углекислый газ и свет как источник энергии для синтеза органических соединений, таких как сахар (глюкоза), аминокислоты и жиры.Преобразование непригодной энергии солнечного света в полезную химическую энергию, связано с действием зеленого пигмента хлорофилла.
Клеточное дыхание это процесс, посредством которого организмы (например, млекопитающие) расщепляют глюкозу обратно на ее составляющие, воду и углекислый газ, таким образом, расходуя накопленную энергию солнца, первоначально полученную растениями. Энергия хранится в связях с высокой энергией аденозинтрифосфата, или АТФ, "топлива" используемого всеми живыми существами.
Доля фотосинтетической деятельности растений к дыханию других организмов определяет конкретный состав атмосферы, особенно ее уровень кислорода.
Затем химическая энергия в органических молекулах, в конечном счете превращается в тепловую энергию. Эта энергия рассеивается, то есть она теряется в системе, как тепло, и не может быть переработана. В экосистемах, наибольшие потери происходят в процессе дыхания. Без продолжающегося притока солнечной энергии, биологические системы быстро закрылись бы. Таким образом, получение энергии извне — общее условие жизнедеятельности всех организмов; в отношении энергии все биологические системы — открытые системы.
Напротив, все питательные вещества - такие как углерод, азот, кислород, фосфор и сера - используется в экосистемах живыми организмами, действуют в замкнутой системе, поэтому эти вещества подвергаются вторичной переработке, а не теряются и постоянно пополняется, как в открытой системе .