Κυκλοφορία ύλης και ενέργειας στη φύση. Η ροή της ενέργειας στα οικοσυστήματα
Ανεξάρτητα από το μέγεθος και τον βαθμό πολυπλοκότητας, τα οικοσυστήματα είναι ανοιχτά συστήματα και, σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, απαιτούν συνεχή παροχή ενέργειας και διαφόρων ουσιών. Στη διαδικασία της ζωτικής δραστηριότητας των οργανισμών, υπάρχει μια συνεχής εισροή ενέργειας και η κυκλοφορία ουσιών και κάθε είδος χρησιμοποιεί μόνο ένα μέρος της ενέργειας που περιέχεται σε οργανικές ουσίες. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα μέσω των τροφικών αλυσίδων (τροφικά επίπεδα), οι οποίες είναι μια ακολουθία ειδών που εξάγουν οργανική ύλη και ενέργεια από την αρχική τροφική ουσία. Ταυτόχρονα, κάθε προηγούμενος σύνδεσμος γίνεται τροφή για τον επόμενο (Εικ. 24).
Κυκλοφορία ουσιών - Αυτή είναι η μετακίνηση μιας ουσίας με τη μορφή χημικών στοιχείων και των ενώσεων τους από τους παραγωγούς στους μειωτήρες, μέσω των καταναλωτών ή χωρίς αυτούς, και ξανά στους παραγωγούς.Τα φυτά είναι αυτοτροφικοί οργανισμοί ικανοί να συνθέτουν οργανικές ουσίες από ανόργανες ουσίες στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, επομένως ονομάζονται παραγωγούς, ήκατασκευαστές.
Ρύζι. 24. Η ροή της ενέργειας και ο κύκλος των ουσιών στο οικοσύστημα
Τα φυτά χρησιμοποιούνται ως τροφή από ζώα, τα οποία τα ίδια δεν είναι ικανά να συνθέσουν οργανική ύλη από ανόργανη ύλη. Τέτοιοι ετερότροφοι οργανισμοί ονομάζονται Καταναλωτές,ή Καταναλωτές.Τα βακτήρια και οι μύκητες εκτελούν το κύριο
ρόλο στην αποσύνθεση της νεκρής οργανικής ύλης στις αρχικές ανόργανες ουσίες, επιστρέφοντάς τες στο περιβάλλον. Γι' αυτό ονομάζονται καταστροφείς ή μειωτήρες,δηλ. καταστροφείςή αναγωγικούς παράγοντες.
Έτσι, η οργανική ύλη που σχηματίζεται από τα φυτά περνά στο σώμα των ζώων και στη συνέχεια, με τη συμμετοχή βακτηρίων, μετατρέπεται και πάλι σε ανόργανες ουσίες που αφομοιώνονται από τα φυτά. Έτσι, ο κύκλος των ουσιών πραγματοποιείται στο οικοσύστημα.
Ροή ενέργειας - η μεταφορά ενέργειας με τη μορφή χημικών δεσμών οργανικών ενώσεων (τροφή) κατά μήκος των τροφικών αλυσίδων από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο (υψηλότερο) (Εικ. 25).Ο ήλιος είναι η μόνη πηγή ενέργειας στη γη. Παρέχει μια συνεχή, συνεχή, ανοιχτή ροή ενέργειας προς τη Γη. Σε αντίθεση με τις ουσίες που κυκλοφορούν μέσα από τους συνδέσμους ενός οικοσυστήματος και εισέρχονται στον κύκλο, που χρησιμοποιούνται επανειλημμένα, η ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο μία φορά.
Για να κατανοήσουμε τις διαδικασίες της ροής ενέργειας στα οικοσυστήματα, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τους νόμους της θερμοδυναμικής. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής λέει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί εκ νέου και δεν εξαφανίζεται, αλλά αλλάζει μόνο από τη μια μορφή στην άλλη. Επομένως, η ενέργεια σε ένα οικοσύστημα δεν μπορεί να εμφανιστεί από μόνη της, αλλά εισέρχεται σε αυτό από έξω - από τον Ήλιο.
Ρύζι. 25. Ροή ενέργειας σε ένα οικοσύστημα
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι οι διαδικασίες που σχετίζονται με τον μετασχηματισμό της ενέργειας μπορούν να προχωρήσουν αυθόρμητα μόνο υπό την προϋπόθεση ότι η ενέργεια περνά από μια συμπυκνωμένη μορφή σε μια διάχυτη. Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, τα φυτά χρησιμοποιούν μόνο ένα μέρος της ηλιακής ενέργειας που εισέρχεται στο οικοσύστημα. Η υπόλοιπη ενέργεια διαχέεται και μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία δαπανάται για τη θέρμανση του περιβάλλοντος του οικοσυστήματος. Ένα μικρό μέρος της ηλιακής ενέργειας που απορροφάται από το εργοστάσιο δαπανάται στη διαδικασία παραγωγής, δηλαδή στον σχηματισμό βιομάζας. Περαιτέρω, μεταβαίνοντας στα επόμενα τροφικά επίπεδα, μαζί με την τροφή με τη μορφή χημικών δεσμών, η ενέργεια επίσης διαχέεται και μειώνεται σε ποσότητα μέχρι να διαλυθεί πλήρως.
Η τροφική αλυσίδα είναι το κύριο κανάλι μεταφοράς ενέργειας σε ένα οικοσύστημα. Τα φυτά είναι οι κύριοι πάροχοι ενέργειας για όλους τους άλλους οργανισμούς στην τροφική αλυσίδα. Υπάρχουν ορισμένα πρότυπα μεταφοράς ενέργειας από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο μαζί με την τροφή που καταναλώνεται. Πρώτα,το κύριο μέρος της ενέργειας που απορροφά ο καταναλωτής με τα τρόφιμα δαπανάται για την υποστήριξη της ζωής του (κίνηση, διατήρηση θερμοκρασίας κ.λπ.). Αυτό το μέρος της ενέργειας θεωρείται ως η δαπάνη για την αναπνοή. Κατα δευτερον,μέρος της ενέργειας περνά στο σώμα του οργανισμού του καταναλωτή «σε εφεδρεία». Τρίτος,ένα ορισμένο ποσοστό τροφής δεν απορροφάται από το σώμα, επομένως, δεν απελευθερώνεται ενέργεια από αυτό. Στη συνέχεια, απελευθερώνεται από τα περιττώματα, αλλά από άλλους οργανισμούς (καταστροφείς) που τα καταναλώνουν για τροφή. Η απελευθέρωση ενέργειας με περιττώματα στα αρπακτικά είναι μικρή, στα φυτοφάγα είναι πιο σημαντική. Για παράδειγμα, οι κάμπιες ορισμένων εντόμων που τρέφονται με φυτά αποβάλλουν έως και το 70% της ενέργειάς τους με τα περιττώματα.
Σε κάθε κρίκο της τροφικής αλυσίδας, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας δαπανάται με τη μορφή θερμότητας, η οποία περιορίζει τον αριθμό των κρίκων. Κατά μέσο όρο, η μέγιστη δαπάνη για την αναπνοή σε ποσότητα άπεπτης τροφής είναι περίπου το 90% της κατανάλωσης. Επομένως, η μεταφορά ενέργειας από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο είναι μόνο περίπου το 10% της ενέργειας που καταναλώνεται στα τρόφιμα. Είναι εύκολο να υπολογιστεί ότι η ενέργεια που φτάνει στο επίπεδο 5 είναι μόνο το 0,01% της ενέργειας που απορροφάται από τους παραγωγούς. Αυτό το μοτίβο ονομάζεται «κανόνας δέκα τοις εκατό». Δείχνει ότι η τροφική αλυσίδα έχει περιορισμένο αριθμό κρίκων, συνήθως όχι περισσότερους από 4-5. Αφού περάσει από αυτά, σχεδόν όλη η ενέργεια του ματιού
λέγεται διάσπαρτος. Επομένως, μια συνεχής παροχή ενέργειας είναι απαραίτητη για την ύπαρξη του οικοσυστήματος.
Ο σχηματισμός των απλούστερων ορυκτών και οργανομεταλλικών συστατικών σε αέρια υγρή ή στερεή κατάσταση, τα οποία αργότερα γίνονται συστατικά για νέους κύκλους κυκλοφορίας ουσιών. Από τα υπόλοιπα 66, τα περισσότερα πηγαίνουν για να θερμάνουν την ατμόσφαιρα και η γη, η εξάτμιση και ο κύκλος του νερού στην οικοσφαιρία μετατρέπεται σε αιολική ενέργεια. Υδρολογικός κύκλος του νερού Ως αποτέλεσμα του κύκλου του νερού, συμβαίνει η συσσώρευσή του, ο καθαρισμός και η ανακατανομή της πλανητικής παροχής νερού.
Μοιραστείτε εργασία στα κοινωνικά δίκτυα
Εάν αυτό το έργο δεν σας ταιριάζει, υπάρχει μια λίστα με παρόμοια έργα στο κάτω μέρος της σελίδας. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το κουμπί αναζήτησης
Διάλεξη 5
Κυκλοφορία ύλης και ενέργειας
Ο κύκλος της ύλης και της ενέργειας στη φύση αποτελείται από πολλές αλληλένδετες διαδικασίες:
- Μια τακτικά επαναλαμβανόμενη ή συνεχής ροή ενέργειας, καθώς και ο σχηματισμός και η σύνθεση νέων ενώσεων.
- Μόνιμη ή περιοδική μεταφορά και ανακατανομή ενέργειας, απομάκρυνση και κατευθυνόμενη κίνηση συντιθέμενων ενώσεων υπό την επίδραση φυσικών, χημικών και βιολογικών παραγόντων.
- Αποσύνθεση και καταστροφή (καταστροφή) ενώσεων που είχαν συντεθεί προηγουμένως υπό την επίδραση βιογενών ή αβιογενών περιβαλλοντικών παραγόντων.
- Ο σχηματισμός των απλούστερων ορυκτών και οργανομεταλλικών συστατικών σε αέρια, υγρή ή στερεή κατάσταση, τα οποία αργότερα γίνονται συστατικά για νέους κύκλους κυκλοφορίας ουσιών.
Ενέργεια του ήλιου
Ο πρόγονος όλων των γνωστών τύπων ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της πυρηνικής, είναι ο Ήλιος. Για τρεις ημέρες, η Γη λαμβάνει από τον Ήλιο μια τέτοια ποσότητα ενέργειας που θα μπορούσε να απελευθερωθεί με την καύση όλων των διαθέσιμων φυσικών αποθεμάτων άνθρακα, αερίου, πετρελαίου και ξύλου.
Η ενέργεια του Ήλιου ακτινοβολείται στο διάστημα με τη μορφή ενός φάσματος υπεριώδους, ορατής (φως) και υπέρυθρης ακτινοβολίας και άλλων μορφών ακτινοβολίας και ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας.
Ρύζι. Η ροή της ενέργειας από και προς την επιφάνεια της γης
Περίπου το 34% της ενέργειας του Ήλιου αντανακλάται αμέσως πίσω στο διάστημα από τα σύννεφα, τη σκόνη και άλλη ύλη στην ατμόσφαιρα, καθώς και από την ίδια την επιφάνεια της Γης. Από το υπόλοιπο 66%, το μεγαλύτερο μέρος πηγαίνει στη θέρμανση της ατμόσφαιρας και της γης, στην εξάτμιση και στην κυκλοφορία του νερού στην οικοσφαιρία και μετατρέπεται σε αιολική ενέργεια. Και μόνο ένα μικρό μέρος αυτής της ενέργειας (0,023%) δεσμεύεται από πράσινα φυτά και χρησιμοποιείται στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης για να σχηματίσει οργανικές ενώσεις.
Κύκλος νερού (υδρολογικός κύκλος)
Ως αποτέλεσμα του κύκλου του νερού, συσσωρεύει, καθαρίζει και ανακατανέμει την πλανητική παροχή νερού.
Ρύζι. Απλοποιημένο διάγραμμα του κύκλου του νερού
Η ηλιακή ενέργεια και η βαρύτητα μετακινούν συνεχώς το νερό μεταξύ των ωκεανών, της ατμόσφαιρας, της γης και των ζωντανών οργανισμών. Οι πιο σημαντικές διαδικασίες αυτού του κύκλου είναιεξάτμιση (μετατρέποντας το νερό σε υδρατμό)συμπύκνωση (μετατροπή υδρατμών σε υγρά σταγονίδια),κατακρήμνιση (βροχή, ψιλόβροχο, χαλάζι, χιόνι) και απορροή πίσω στη θάλασσα για επανεκκίνηση του κύκλου.
Υπό την επίδραση της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας, το νερό εξατμίζεται από την επιφάνεια των ωκεανών, των ποταμών, των λιμνών, των εδαφών και των φυτών και εισέρχεται στην ατμόσφαιρα. Οι άνεμοι και οι αέριες μάζες μεταφέρουν υδρατμούς σε διάφορες περιοχές της Γης. Η μείωση της θερμοκρασίας σε ορισμένα μέρη της ατμόσφαιρας οδηγεί στο σχηματισμό μιας μάζας μικροσκοπικών σταγονιδίων νερού με τη μορφή νεφών ή ομίχλης. Τελικά, οι σταγόνες νερού ενώνονται μεταξύ τους και γίνονται τόσο βαριές που πέφτουν στην επιφάνεια της γης ή σε ένα υδάτινο σώμα με τη μορφή βροχοπτώσεων.
Κατά μέσο όρο, ένα μόριο νερού μένει στον αέρα για περίπου 10 ημέρες πριν πέσει στο έδαφος με βροχόπτωση. Περίπου το ήμισυ του συνόλου των βροχοπτώσεων στον πλανήτη πέφτει στη ζώνη των τροπικών δασών.
Μέρος του γλυκού νερού που πέφτει στο έδαφος παγώνει στους παγετώνες. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος του νερού ρέει σε κοντινές λίμνες, χέρια και ρυάκια, τα οποία το μεταφέρουν πίσω στον ωκεανό, ολοκληρώνοντας έτσι τον κύκλο.
Μεγάλο μέρος του νερού εισχωρεί βαθιά στο έδαφος. Υπάρχει συσσώρευση υπόγειων υδάτων στους υδροφόρους ορίζοντες. Ωστόσο, η κυκλοφορία των υπόγειων υδάτων είναι ασύγκριτα πιο αργή από την κυκλοφορία των επιφανειακών και ατμοσφαιρικών υδάτων. Υπόγειες πηγές και ρυάκια επιστρέφουν τελικά στην επιφάνεια της γης και σε ποτάμια και λίμνες, από όπου εξατμίζεται ξανά ή ρέει στον ωκεανό.
Ο άνθρωπος παρεμβαίνει στον κύκλο του νερού με δύο τρόπους:
- άντληση μεγάλων ποσοτήτων γλυκού νερού από ποτάμια, λίμνες και υδροφορείς. Σε πυκνοκατοικημένες ή αρδευόμενες περιοχές, η άντληση είχε ως αποτέλεσμα την εξάντληση των υπόγειων υδάτων ή τη διείσδυση αλμυρού νερού των ωκεανών σε υπόγειους υδροφορείς.
- μείωση της βλάστησης της γης προς όφελος της ανάπτυξης της γεωργίας, της εξόρυξης ορυκτών, της κατασκευής δρόμων και κατοικιών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα λιγότερη διαρροή επιφανειακών υδάτων στο έδαφος, γεγονός που μειώνει την αναπλήρωση των υπόγειων υδάτων, αυξάνει τον κίνδυνο πλημμύρας και αυξάνει την ένταση της απορροής, αυξάνοντας έτσι τη διάβρωση του εδάφους.
Βιογεωχημικοί κύκλοι
Οποιαδήποτε στοιχεία ή οι ενώσεις τους είναι απαραίτητα για τη ζωή των οργανισμών, ονομάζονται η ανάπτυξη και η αναπαραγωγή τουςΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες. Περιλαμβάνουν τόσο οργανικές ουσίες (ζάχαρη και πρωτεΐνες) όσο και ανόργανες ουσίες (νερό, διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, νιτρικά άλατα, φωσφορικά άλατα, σίδηρο, σκέλη).
Περίπου 40 στοιχεία και οι ενώσεις τους είναι τα πιο σημαντικά για τους ζωντανούς οργανισμούς. Αυτά τα στοιχεία που χρειάζονται σε μεγάλες ποσότητες ονομάζονται θρεπτικά συστατικά.μακροθρεπτικά συστατικά. Αυτά περιλαμβάνουν άνθρακα, οξυγόνο, υδρογόνο, άζωτο, φώσφορο, θείο, ασβέστιο, μαγνήσιο και κάλιο. Αποτελούν το 97: τις μάζες του ανθρώπινου σώματος.
Περίπου 30 άλλα στοιχεία που χρειάζονται για τη ζωή σε μικρές ή αμελητέες ποσότητες ονομάζονται θρεπτικά συστατικά.ιχνοστοιχεία. Αυτά είναι ο σίδηρος, ο χαλκός, ο ψευδάργυρος, το χλώριο, το ιώδιο.
Τα περισσότερα από τα στοιχεία στη Γη είναι σε τέτοια κατάσταση που δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα από τους ζωντανούς οργανισμούς. Ευτυχώς, τα στοιχεία και οι ενώσεις τους που χρειάζονται ως θρεπτικά συστατικά βρίσκονται σε συνεχή κυκλοφορία και μπορούν να μεταμορφωθούν στις απαραίτητες για την απορρόφηση μορφές.
Η κυκλοφορία των ουσιών στη βιόσφαιρα οφείλεται στη συνδυασμένη δράση βιολογικών, γεωχημικών και γεωφυσικών παραγόντων.
Οι βιολογικοί κύκλοι καθορίζονται από τη ζωτική δραστηριότητα των οργανισμών: διατροφή, τροφικοί ιστοί, αναπαραγωγή, ανάπτυξη, κίνηση, θάνατος, αποσύνθεση, ανοργανοποίηση.
Οι αβιογόνοι κύκλοι αναπτύχθηκαν πολύ νωρίτερα από τους βιολογικούς. περιλαμβάνουν όλο το σύμπλεγμα των γεωλογικών, γεωχημικών, υδρολογικών και ατμοσφαιρικών διεργασιών.
Το σύμβολο της κυκλοφορίας των ουσιών είναι μια σπείρα, όχι ένας κύκλος. Αυτό σημαίνει ότι ο νέος κύκλος κυκλοφορίας δεν επαναλαμβάνει ακριβώς τον παλιό, αλλά εισάγει κάτι νέο, το οποίο με την πάροδο του χρόνου οδηγεί σε πολύ σημαντικές αλλαγές.
Οι κύριοι κύκλοι περιλαμβάνουν τους κύκλους άνθρακα, οξυγόνου, αζώτου, φωσφόρου, θείου και βιογενών κατιόντων.
Ο κύκλος του άνθρακα
Ρύζι. Ο κύκλος του άνθρακα στη βιόσφαιρα
Ο άνθρακας είναι το κύριο «δομικό υλικό» των μορίων των οργανικών ενώσεων. Τα περισσότερα χερσαία φυτά λαμβάνουν τον άνθρακα που χρειάζονται απορροφώντας διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, η συγκέντρωση του οποίου είναι 0,04%. Το φυτοπλαγκτόν (μικροσκοπικά φυτά που επιπλέουν στα υδάτινα οικοσυστήματα) λαμβάνουν άνθρακα από το διοξείδιο του άνθρακα διαλυμένο στο νερό.
Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα φυτά - παραγωγοί μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε άνθρακα σύνθετων οργανικών ενώσεων, όπως η γλυκόζη:
διοξείδιο του άνθρακα + νερό + ηλιακός = γλυκόζη + οξυγόνο
Στη συνέχεια, στη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής, η γλυκόζη και άλλες πολύπλοκες οργανικές ενώσεις διασπώνται και μετατρέπουν τον άνθρακα ξανά σε διοξείδιο του άνθρακα, για επαναχρησιμοποίηση από τους παραγωγούς:
γλυκόζη + οξυγόνο = διοξείδιο του άνθρακα + νερό + ενέργεια
Στον κύκλο του άνθρακα, ή μάλλον στην πιο κινητή μορφή του, το διοξείδιο του άνθρακα, εντοπίζεται ξεκάθαρα μια τροφική αλυσίδα: παραγωγοί, καταναλωτές, αποσυνθέτες.
Ο άνθρακας κυκλοφορεί γρήγορα μεταξύ της ατμόσφαιρας, της υδρόσφαιρας και των ζωντανών οργανισμών. Ορισμένοι από τον άνθρακα του πλανήτη «δεσμεύονται» για μεγάλες περιόδους με τη μορφή ορυκτών καυσίμων σκληρού και καφέ άνθρακα, πετρελαίου, φυσικού αερίου, τύρφης, σχιστόλιθου Η διαδικασία σχηματισμού στη λιθόσφαιρα διήρκεσε εκατομμύρια χρόνια. Σε αυτή τη μορφή, ο άνθρακας παραμένει «δεσμευμένος» έως ότου επανεισαχθεί στην ατμόσφαιρα με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο εμφανίζεται όταν τα ορυκτά καύσιμα εξορύσσονται και καίγονται.
Η ανθρώπινη παρέμβαση στον κύκλο του άνθρακα έχει αυξηθεί δραματικά, ειδικά από τη δεκαετία του 1950, ως αποτέλεσμα της ταχείας αύξησης του πληθυσμού και της χρήσης των πόρων, και συμβαίνει κυρίως με δύο τρόπους:
- Η απομάκρυνση των δασών και άλλης βλάστησης χωρίς επαρκή αναδάσωση, σε σχέση με την οποία μειώνεται η συνολική ποσότητα βλάστησης ικανή να απορροφά διοξείδιο του άνθρακα.
- Καύση ανθρακούχων ορυκτών καυσίμων και ξύλου. Το διοξείδιο του άνθρακα που προκύπτει εισέρχεται στην ατμόσφαιρα, η σταδιακή αύξηση της περιεκτικότητας του οποίου προκαλεί το λεγόμενο «φαινόμενο του θερμοκηπίου».
κύκλος αζώτου
Ρύζι. Ο κύκλος του αζώτου στη βιόσφαιρα
Ο κύκλος του αζώτου καλύπτει όλες τις περιοχές της βιόσφαιρας. Η απορρόφησή του από τα φυτά είναι περιορισμένη, καθώς αφομοιώνουν το άζωτο μόνο με τη μορφή του συνδυασμού του με υδρογόνο και οξυγόνο (Ν 0 3- και ΝΗ 4 ). Και αυτό παρά το γεγονός ότι τα αποθέματα αζώτου στην ατμόσφαιρα είναι ανεξάντλητα (78% του όγκου της). Οι αναγωγείς (καταστροφείς), ή μάλλον τα βακτήρια του εδάφους, αποσυνθέτουν σταδιακά τις πρωτεϊνικές ουσίες των νεκρών οργανισμών και τις μετατρέπουν σε ενώσεις αμμωνίου, νιτρικά και νιτρώδη. Μέρος των νιτρικών εισέρχεται στα υπόγεια ύδατα κατά τη διάρκεια του κύκλου και τα μολύνει.
Το άζωτο επιστρέφει ξανά στην ατμόσφαιρα με τα αέρια που απελευθερώνονται κατά τη διάσπαση. Είναι αλήθεια ότι μέρος του οξειδώνεται στον αέρα κατά τις εκκενώσεις κεραυνών και εισέρχεται στο έδαφος με το νερό της βροχής, αλλά με αυτόν τον τρόπο στερεώνεται 10 φορές λιγότερο από ό,τι με τη βοήθεια βακτηρίων.
Η ανθρώπινη παρέμβαση στον κύκλο του αζώτου έχει ως εξής:
- Όταν καίγονται ορυκτά καύσιμα, μεγάλες ποσότητες μονοξειδίου του αζώτου απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα (ΟΧΙ ). Το μονοξείδιο του αζώτου στη συνέχεια συνδυάζεται με το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα για να σχηματίσει διοξείδιο του αζώτου (ΟΧΙ 2 ), το οποίο, όταν αλληλεπιδρά με υδρατμούς, μπορεί να σχηματίσει νιτρικό οξύ ( HNO3 ). Αυτό το οξύ γίνεται συστατικό της όξινης καθίζησης.
- η χρήση λιπασμάτων έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση ενός «αερίου θερμοκηπίου» οξειδίου του αζώτου στην ατμόσφαιρα ( N2O)
- αύξηση της ποσότητας νιτρικών αλάτων και ιόντων αμμωνίου στα υδάτινα οικοσυστήματα όταν ξεπλένονται τα λιπάσματα από τα χωράφια. Η περίσσεια θρεπτικών συστατικών οδηγεί στην ταχεία ανάπτυξη των φυκιών, η αποσύνθεση των οποίων καταναλώνει διαλυμένο οξυγόνο, το οποίο οδηγεί σε μαζικές θανάτωση ψαριών.
Κύκλος φωσφόρου
Ρύζι. Ο κύκλος του φωσφόρου στη βιόσφαιρα
Ο φώσφορος, κυρίως με τη μορφή φωσφορικών ιόντων (PO 3- και NPO 4 2- ), είναι ένα σημαντικό θρεπτικό συστατικό τόσο για τα φυτά όσο και για τα ζώα. Είναι μέρος των μορίων DNA που μεταφέρουν γενετικές πληροφορίες. μόρια ATP και ADP, τα οποία αποθηκεύουν τη χημική ενέργεια που απαιτείται για τους οργανισμούς που χρησιμοποιούνται στην κυτταρική αναπνοή. μόρια λίπους που σχηματίζουν κυτταρικές μεμβράνες σε φυτικά και ζωικά κύτταρα. καθώς και ουσίες που αποτελούν τα οστά και τα δόντια. Ο γενικός κύκλος του φωσφόρου μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη υδάτινο και χερσαίο
Ο φώσφορος μετακινείται αργά από τις χερσαίες αποθέσεις φωσφορικών αλάτων και τα ρηχά ιζήματα των ωκεανών προς και από τους ζωντανούς οργανισμούς. Ο φώσφορος, που απελευθερώνεται κατά την αργή καταστροφή (ή τη διάβρωση) των φωσφορικών μεταλλευμάτων, διαλύεται από την υγρασία του εδάφους και απορροφάται από τις ρίζες των φυτών.
Τα ζώα παίρνουν τον φώσφορο που χρειάζονται τρώγοντας φυτά ή άλλα φυτοφάγα ζώα. Μεγάλο μέρος αυτού του φωσφόρου, με τη μορφή ζωικών περιττωμάτων και των προϊόντων αποσύνθεσης νεκρών ζώων και φυτών, επιστρέφει στο έδαφος, στα ποτάμια και τελικά στον πυθμένα του ωκεανού με τη μορφή αδιάλυτων φωσφορικών ιζημάτων.
Μέρος του φωσφόρου επιστρέφει στην επιφάνεια της γης με τη μορφή γκουάνο, μιας οργανικής μάζας εμπλουτισμένης σε φώσφορο στα περιττώματα ιχθυοφάγων πουλιών (πελεκάνοι, γάντζοι, κορμοράνοι κ.λπ.). Ωστόσο, μια ασύγκριτα μεγαλύτερη ποσότητα φωσφορικών αλάτων ξεπλένεται ετησίως από την επιφάνεια της γης στον ωκεανό ως αποτέλεσμα φυσικών διεργασιών και ανθρωπογενών δραστηριοτήτων. Η ανθρώπινη παρέμβαση στον κύκλο του φωσφόρου βασίζεται κυρίως σε δύο επιλογές:
- εξόρυξη μεγάλων ποσοτήτων φωσφορικών μεταλλευμάτων για την παραγωγή ορυκτών λιπασμάτων και απορρυπαντικών·
- αύξηση της περίσσειας των φωσφορικών ιόντων στα υδάτινα οικοσυστήματα όταν εισέρχονται μολυσμένα λύματα από κτηνοτροφικές εκμεταλλεύσεις, που ξεπλένονται από χωράφια φωσφορικών λιπασμάτων, καθώς και επεξεργασμένα και μη επεξεργασμένα αστικά λύματα. Η περίσσεια αυτών των στοιχείων συμβάλλει στην «εκρηκτική» ανάπτυξη γαλαζοπράσινων φυκών και άλλων υδρόβιων φυτών, γεγονός που διαταράσσει τη ζωτική ισορροπία στα υδάτινα οικοσυστήματα.
Άλλες σχετικές εργασίες που μπορεί να σας ενδιαφέρουν.vshm> |
|||
| 384. | 206,82 KB | ||
| Θέμα: Βιοενεργειακή Ερωτήσεις: Αλληλεπίδραση μεταβολισμού και ανταλλαγής ενέργειας. Πηγές ενέργειας και νόμοι της θερμοδυναμικής. Σχέση μεταβολισμού και ανταλλαγής ενέργειας. Πηγές ενέργειας και νόμοι της θερμοδυναμικής. | |||
| 6645. | Μεταβολισμός και ενέργεια (μεταβολισμός) | 39,88KB | |
| Είσοδος ουσιών στο κύτταρο. Λόγω της περιεκτικότητας σε διαλύματα αλάτων ζάχαρης και άλλων οσμωτικά δραστικών ουσιών, τα κύτταρα χαρακτηρίζονται από την παρουσία μιας ορισμένης οσμωτικής πίεσης σε αυτά. Η διαφορά μεταξύ της συγκέντρωσης των ουσιών μέσα και έξω από το κύτταρο ονομάζεται βαθμίδα συγκέντρωσης. | |||
| 6289. | ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ. ΙΣΟΡΡΟΠΗΜΕΝΗ ΔΙΑΤΡΟΦΗ | 14,42 KB | |
| Η έννοια του μεταβολισμού στο σώμα των ζώων και των ανθρώπων. Βασικές έννοιες και ορισμοί της φυσιολογίας του μεταβολισμού και της ενέργειας. Η έννοια του μεταβολισμού στο σώμα των ζώων και των ανθρώπων. | |||
| 3469. | ΚΥΚΛΟΣ ΝΕΡΟΥ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΥΜΑΤΩΝ | 10,91 MB | |
| Η ζωή δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς νερό. Υπάρχει πολύ στη γη, περίπου το 70% της επιφάνειας καλύπτεται από θάλασσες και ωκεανούς, αλλά αυτό το νερό είναι αλμυρό. Όλα τα μεγάλα χερσαία οικοσυστήματα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, εξαρτώνται από γλυκό νερό που περιέχει λιγότερο από 0,01% άλατα. | |||
| 7649. | ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΡΟΗΣ | 37,99 KB | |
| Σε αυτό το παράδειγμα, η κατανάλωση ρεύματος μετριέται με έναν σταθερό ή προσωρινό μετρητή, ενώ η ποσότητα απόρριψης θερμότητας σε έναν πύργο ψύξης νερού υπολογίζεται μετρώντας τις θερμοκρασίες του νερού ψύξης στους σωλήνες τροφοδοσίας και επιστροφής και μετατρέποντας τη διαφορά θερμοκρασίας σε συντελεστή ροής ενέργειας . Αυτός ο υπολογισμός πραγματοποιείται πολλαπλασιάζοντας τη θερμοχωρητικότητα του νερού με τον ρυθμό ροής, ο οποίος προσδιορίζεται είτε με τη μέτρηση της διαφοράς πίεσης στην αντλία είτε με τη χρήση ενός ροόμετρου με σφιγκτήρα. Αν η θερμοκρασία... | |||
| 15750. | Μετασχηματισμός ενέργειας στο κύτταρο. | 4,68 MB | |
| Τα ζώα χρησιμοποιούν τη χημική ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση των οργανικών ουσιών που συντίθενται από τα φυτά. Σε βιολογικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε σταθερές θερμοκρασίες και πιέσεις με ελαφρά μεταβολή του όγκου, εάν δεν απελευθερώνονται αέρια: όπου F είναι η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz: F =U TS . Ένα μόριο που έχει δώσει ένα ηλεκτρόνιο είναι σε οξειδωμένη κατάσταση και ένα μόριο που έχει λάβει ένα ηλεκτρόνιο είναι σε ανηγμένη κατάσταση. Κατά συνέπεια, η διαδικασία παροχής ενός ηλεκτρονίου ονομάζεται οξείδωση και η διαδικασία αποδοχής του ονομάζεται αναγωγή μιας δεδομένης ουσίας. | |||
| 18049. | Φωτοβολταϊκή μετατροπή ηλιακής ενέργειας | 883,75 KB | |
| Η ηλιακή ενέργεια είναι μια κατεύθυνση μη παραδοσιακής ενέργειας που βασίζεται στην άμεση χρήση της ηλιακής ακτινοβολίας για την απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Η απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας την ενέργεια του Ήλιου σάς επιτρέπει να μεταφέρετε ηλεκτρική ενέργεια στα πιο απομακρυσμένα και απρόσιτα μέρη του πλανήτη. Λόγω της απορρόφησης κατά τη διέλευση της ατμοσφαιρικής μάζας της Γης, η μέγιστη ροή ηλιακής ακτινοβολίας ... | |||
| 3875. | Μελέτη μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας σε συνεχές ρεύμα | 13,69 KB | |
| Περίληψη της εργασίας Οι εργαστηριακές εργασίες στοχεύουν στη μελέτη των μοτίβων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας συνεχούς ρεύματος από μια πηγή σε ένα φορτίο, για παράδειγμα, μέσω κάποιας γραμμής ενδιάμεσου κυκλώματος. Αυτά τα μοτίβα είναι το πρώτο βήμα στη μελέτη της μεταφοράς ενέργειας από μια πηγή σε ένα φορτίο στην πιο γενική περίπτωση, για παράδειγμα, στο εναλλασσόμενο ρεύμα κατά τη μεταφορά ενέργειας σε ένα φορτίο μέσω ενός κατανεμημένου κυκλώματος. Κατά την προετοιμασία για εργασία, είναι απαραίτητο να εξοικειωθείτε με τις μεθοδολογικές οδηγίες για την εργασία εργασίας, να μελετήσετε την εκπαιδευτική βιβλιογραφία και να απαντήσετε ... | |||
| 12318. | 50,83 KB | ||
| Σχηματικά διαγράμματα ηλιακής παροχής ζεστού νερού. Ηλιακοί συλλέκτες θέρμανσης νερού ηλιακά συστήματα ζεστού νερού. Η απόδοση θερμότητας επίπεδων ηλιακών συλλεκτών θέρμανσης νερού σε ηλιακά συστήματα ζεστού νερού ενός και δύο κυκλωμάτων... | |||
| 17563. | Βελτίωση της στρατηγικής τιμολόγησης του Κέντρου Ευεξίας «Energy Formula» | 455,63 KB | |
| Περιγραφή των δραστηριοτήτων του κέντρου ευεξίας "Formula Energia", η θέση του στην αγορά, λαμβάνονται υπόψη οι ιδιαιτερότητες της τιμολόγησης που χρησιμοποιούνται στην αγορά υπηρεσιών γυμναστικής, θα αναλυθεί η στρατηγική τιμολόγησης της εταιρείας. Με βάση τα παραπάνω, θα διατυπωθούν υποθέσεις που απαιτούν έλεγχο. | |||
Οποιαδήποτε ζωή απαιτεί συνεχή παροχή ενέργειας και ύλης. Η ενέργεια δαπανάται για την υλοποίηση των βασικών αντιδράσεων της ζωής, η ουσία χρησιμοποιείται για την κατασκευή των σωμάτων των οργανισμών. Η ύπαρξη φυσικών οικοσυστημάτων συνοδεύεται από πολύπλοκες διαδικασίες ανταλλαγής ύλης-ενέργειας μεταξύ έμψυχης και άψυχης φύσης. Οι διαδικασίες εξαρτώνται όχι μόνο από τη σύνθεση των βιοτικών ουσιών, αλλά και από το φυσικό περιβάλλον.
Οι ροές ενέργειας και ύλης θεωρούνται στην οικολογία ως η μεταφορά ενέργειας και ύλης από το εξωτερικό σε αυτότροφους και περαιτέρω κατά μήκος των τροφικών αλυσίδων από οργανισμούς του ενός τροφικού επιπέδου στον άλλο.
Η ροή ενέργειας σε μια κοινότητα είναι η μεταφορά ενέργειας από οργανισμούς ενός επιπέδου σε ένα άλλο με τη μορφή χημικών δεσμών οργανικών ενώσεων.
Η ροή της ύλης είναι η μετακίνηση της ύλης με τη μορφή χημικών στοιχείων και των ενώσεων τους από τους παραγωγούς στους μειωτές και στη συνέχεια μέσω χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν χωρίς τη συμμετοχή ζωντανών οργανισμών, πίσω στους παραγωγούς.
Η ροή της ύλης συμβαίνει σε κλειστό κύκλο, γι' αυτό και ονομάζεται κυκλοφορία.
Η ροή της ύλης και η ροή της ενέργειαςδεν είναι πανομοιότυπες έννοιες, αν και διαφορετικά ενεργειακά ισοδύναμα (θερμίδες, χιλιοθερμίδες, τζάουλ) χρησιμοποιούνται συχνά για τη μέτρηση της ροής της ύλης.
Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των ροών ύλης και ενέργειας σε ένα οικοσύστημα είναι ότι τα βιογενή στοιχεία (άζωτο, άνθρακας, φώσφορος κ.λπ.) που αποτελούν την οργανική ύλη μπορούν επανειλημμένα να συμμετέχουν στον κύκλο των ουσιών, ενώ η ροή της ενέργειας είναι μονής κατεύθυνσης και μη αναστρεψιμο.
Η ύπαρξη όλων των οικοσυστημάτων εξαρτάται από μια συνεχή παροχή ενέργειας, η οποία είναι απαραίτητη για όλους τους οργανισμούς για να διατηρήσουν τη ζωτική τους δραστηριότητα και την αυτοαναπαραγωγή τους.
Το κύριο κανάλι για τη μεταφορά ενέργειας σε μια κοινότητα είναι η τροφική αλυσίδα. Καθώς απομακρύνεστε από τον κύριο παραγωγό, η ροή ενέργειας εξασθενεί απότομα - η ποσότητα ενέργειας μειώνεται.
Ασκηση
Χρησιμοποιώντας τον κανόνα του 10%, υπολογίστε την αναλογία της ενέργειας που εισέρχεται στο 4ο τροφικό επίπεδο, με την προϋπόθεση ότι η συνολική ποσότητα στο πρώτο επίπεδο ήταν 100 μονάδες.
Κυκλοφορία ύλης και μετασχηματισμός ενέργειαςείναι απαραίτητη προϋπόθεση για την ύπαρξη οποιουδήποτε οικοσυστήματος. Μεταφορά ουσιών και ενέργειας σε τροφικές αλυσίδες σε ένα οικοσύστημα.
Ένα οικοσύστημα μπορεί να διασφαλίσει τον κύκλο της ύλης μόνο εάν περιλαμβάνει τα τέσσερα συστατικά που είναι απαραίτητα για αυτό: αποθέματα βιογενών στοιχείων, παραγωγούς, ΚαταναλωτέςΚαι αποικοδομητές
Ρύζι. 1.Απαραίτητα συστατικά του οικοσυστήματος
Αυτή η δομή αποτελείται από πολλές ομάδες οργανισμών, καθεμία από τις οποίες εκτελεί μια συγκεκριμένη εργασία στον κύκλο των ουσιών. Οργανισμοί που ανήκουν σε μια τέτοια μορφή συνδέσμου τροφικό επίπεδο,και σχηματίζονται διαδοχικοί δεσμοί μεταξύ τροφικών επιπέδων αλυσίδες τροφοδοσίας,ή τροφικές αλυσίδες.Ένα οικοσύστημα περιλαμβάνει οργανισμούς που είναι σύμφωνα με τη μέθοδο διατροφής - αυτότροφα και ετερότροφα.
Αυτότροφοι(αυτοτρέφονται) - οργανισμοί που σχηματίζουν την οργανική ύλη του σώματός τους από ανόργανες ουσίες -κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα και νερό- μέσω των διαδικασιών φωτοσύνθεσης και χημειοσύνθεσης. Η φωτοσύνθεση πραγματοποιείται από φωτοαυτοτροφικά - όλα τα χλωροφύλλη (πράσινα) φυτά και μικροοργανισμοί. Η χημειοσύνθεση παρατηρείται σε ορισμένα βακτήρια του εδάφους και του νερού, τα οποία χρησιμοποιούν όχι το ηλιακό φως ως πηγή ενέργειας, αλλά την ενζυματική οξείδωση ορισμένων ουσιών - υδρογόνο, θείο, υδρόθειο, αμμωνία και σίδηρο.
Ετερότροφα(τρέφονται με άλλους) - οργανισμοί που καταναλώνουν την τελική οργανική ύλη άλλων οργανισμών και τα μεταβολικά τους προϊόντα. Όλα αυτά είναι ζώα, μύκητες και τα περισσότερα βακτήρια.
Σε αντίθεση με τους παραγωγούς αυτότροφων, τα ετερότροφα δρουν ως καταναλωτές και καταστροφείς (καταστροφείς) οργανικών ουσιών. Ανάλογα με τις πηγές τροφής και τη συμμετοχή στην καταστροφή, χωρίζονται σε καταναλωτές και αποικοδομητές.
Καταναλωτές - καταναλωτές οργανικής ύλης οργανισμών. Αυτά περιλαμβάνουν:
καταναλωτές 1ης τάξης - φυτοφάγα ζώα (φυτοφάγοι),τρώγοντας ζωντανά φυτά (αφίδα, ακρίδα, χήνα, πρόβατα, ελάφια, ελέφαντες).
καταναλωτές δεύτερης τάξης - σαρκοφάγα (ζωοφάγοι),τρώγοντας άλλα ζώα - διάφορα αρπακτικά (αρπακτικά έντομα, εντομοφάγα και αρπακτικά πουλιά, αρπακτικά ερπετά και ζώα), επιτίθενται όχι μόνο σε φυτοφάγα, αλλά και σε άλλα αρπακτικά. Υπάρχουν πολλά ζώα με μικτή διατροφή, που καταναλώνουν φυτικές και ζωικές τροφές - σαρκοφάγα-φυτοφάγα και παμφάγα. Οι καταναλωτές των τάξεων I και II καταλαμβάνουν το δεύτερο, το τρίτο και μερικές φορές το επόμενο τροφικό επίπεδο στο οικοσύστημα, αντίστοιχα.
αποικοδομητές - βακτήρια και κατώτεροι μύκητες - ολοκληρώνουν το καταστροφικό έργο των καταναλωτών και των σαπροφάγων, φέρνοντας την αποσύνθεση της οργανικής ύλης στην πλήρη ανοργανοποίηση και επιστρέφοντας μοριακό άζωτο, μεταλλικά στοιχεία και τις τελευταίες μερίδες διοξειδίου του άνθρακα στο περιβάλλον του οικοσυστήματος.
Βιωσιμότητα του οικοσυστήματος.Η εξάρτηση της σταθερότητας των οικοσυστημάτων από τον αριθμό των ειδών που ζουν σε αυτά και το μήκος των τροφικών αλυσίδων: όσο περισσότερα είδη, τροφικές αλυσίδες, τόσο πιο σταθερό είναι το οικοσύστημα από τον κύκλο των ουσιών.
τεχνητό οικοσύστημα- δημιουργήθηκε ως αποτέλεσμα ανθρώπινης δραστηριότητας. Παραδείγματα τεχνητών οικοσυστημάτων: πάρκο, χωράφι, κήπος, περιβόλι.
Διαφορές μεταξύ ενός τεχνητού οικοσυστήματος και ενός φυσικού:
Μικρός αριθμός ειδών (π.χ. σιτάρι και μερικά ζιζάνια σε ένα χωράφι με σιτάρι και σχετικά ζώα).
Η επικράτηση οργανισμών ενός ή περισσότερων ειδών (σίτος στο χωράφι).
Μικρές τροφικές αλυσίδες λόγω του μικρού αριθμού ειδών.
Ανοιχτός κύκλος ουσιών λόγω σημαντικής απομάκρυνσης οργανικών ουσιών και αφαίρεσής τους από τον κύκλο με τη μορφή καλλιέργειας.
Χαμηλή σταθερότητα και αδυναμία ύπαρξης ανεξάρτητα χωρίς ανθρώπινη υποστήριξη.
Ορισμός 1
Η ενέργεια είναι ένα πολύπλοκο μέτρο της κίνησης και της αλληλεπίδρασης όλων των τύπων ύλης.
Σε αντίθεση με τις ουσίες που μπορούν να κυκλοφορούν σε διαφορετικά μπλοκ της βιόσφαιρας, να επαναχρησιμοποιηθούν και να σχηματίσουν κύκλους, η ενέργεια είναι μια συνεχής ροή μονής κατεύθυνσης. Σε τέτοιες ροές, η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί από τη μια μορφή στην άλλη μέχρι να διαλυθεί στο διάστημα με τη μορφή θερμότητας.
Ολόκληρη η βιόσφαιρα μπορεί να θεωρηθεί ως ένας ενιαίος χωρικός σχηματισμός ικανός να απορροφά ενέργεια από το διάστημα και να την κατευθύνει σε εσωτερική εργασία.
Οι ζωντανοί οργανισμοί είναι οι κύριοι καταναλωτές και μετατροπείς ενέργειας στη βιόσφαιρα. Για παράδειγμα, οι παραγωγοί μετατρέπουν την ελεύθερη ακτινοβολία σε χημικά δεσμευμένη ενέργεια, η οποία στη συνέχεια περνά από τη μια βιοσφαιρική δομή στην άλλη. Κάθε μετάβαση της ενέργειας συνοδεύεται από τη μετατροπή της σε θερμότητα και τη διάχυση στο περιβάλλον. Όταν η ενέργεια μεταφέρεται από τους παραγωγούς σε καταναλωτές πρώτης τάξης, η απόδοση μεταφοράς είναι μόνο 10%.
Πιο αποτελεσματική είναι η μεταφορά ενέργειας από καταναλωτές της πρώτης σε καταναλωτές δεύτερης τάξης - 20%. Η ροή της ενέργειας καταλήγει στους μειωτήρες, λόγω των οποίων η ενέργεια είτε τελικά διαχέεται με τη μορφή θερμότητας, είτε συσσωρεύεται σε νεκρή οργανική ύλη.
Κύκλοι ουσιών στη βιόσφαιρα
- μεγάλη βιολογική (ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της μεγάλης κυκλοφορίας ουσιών είναι η κυρίως οριζόντια κατεύθυνσή της. Εκτελείται αποκλειστικά μεταξύ ξηράς και θάλασσας, όπως ο κύκλος του νερού).
- μικρό βιολογικό (η βιολογική κυκλοφορία μεταξύ των φυτών και του εδάφους έχει μια κυρίως κάθετη κατεύθυνση μετανάστευσης).
- χημική (η μετανάστευση των ουσιών στον χημικό κύκλο καθορίζεται από δύο στενά συνδεδεμένες και αλληλεξαρτώμενες διεργασίες που αντιτίθενται μεταξύ τους. Είναι μια σύνθεση ζωντανής ύλης από πράσινα φυτά από στοιχεία άψυχης φύσης λόγω ηλιακής ενέργειας και ανοργανοποίησης των υπολειμμάτων, ως αποτέλεσμα εκ των οποίων απελευθερώνεται ενέργεια).
Παρατήρηση 1
Ο σχηματισμός της ζωντανής ύλης και η αποσύνθεσή της είναι οι δύο πλευρές μιας ενιαίας διαδικασίας που ονομάζεται βιολογικός κύκλος των χημικών στοιχείων. Η κύρια σύνθεση της ζωντανής ύλης εξαρτάται από εκείνα τα χημικά στοιχεία που υπάρχουν στη βιόσφαιρα σε αέρια κατάσταση, με αποτέλεσμα ο οργανικός κόσμος των ζωντανών οργανισμών να συνδέεται με την κυκλοφορία των αερίων στη Γη.
Βιοσφαιρικές γεωχημικές διεργασίες
Όπως είναι γνωστό, ο φλοιός της Γης περιέχει περισσότερα από $100 $ χημικών στοιχείων, αλλά μόνο $6 $ από αυτά αλληλεπιδρούν στην ατμόσφαιρα: υδρογόνο $(H)$, οξυγόνο $(O)$, άζωτο $(N)$, άνθρακας $ (C)$, φώσφορος $(P)$ και θείο $(S)$. Έτσι, τα πιο δραστικά στοιχεία συμμετέχουν στις βιοσφαιρικές γεωχημικές διεργασίες. Τα πρώτα 4 από αυτά αποτελούν σχεδόν ολόκληρη τη μάζα των χερσαίων φυτών, συμπεριλαμβανομένων περίπου $99\%$ όλης της ζωντανής ύλης στη Γη.
Βιοσφαιρικές βιοχημικές διεργασίες
Οι βιοχημικοί κύκλοι θέτουν σε κίνηση ετησίως περίπου 500 δισεκατομμύρια τόνους ύλης, η μόνη κινητήρια δύναμη της οποίας είναι οι διαδικασίες της φωτοσύνθεσης. Εκτός από τα $C$, $H$, $O$ και $N$, οι οργανισμοί χρησιμοποιούν στοιχεία τέφρας - $Ca$, $K$ κ.λπ., καθώς και μακροθρεπτικά συστατικά - $Zn$, $Mo$ κ.λπ. , του οποίου η κυκλοφορία στον πλανήτη συμβαίνει λόγω του κυκλικού μετασχηματισμού των ουσιών και των αλλαγών στις ροές ενέργειας λόγω της συνδυασμένης δράσης του βιοτικού και αβιοτικού μετασχηματισμού της ζωντανής ύλης.
συμπέρασμα
Έτσι, η κυκλοφορία των ουσιών στη βιόσφαιρα πραγματοποιείται όχι από ορισμένες ουσίες, αλλά μόνο από ορισμένα στοιχεία που συμμετέχουν στις διαδικασίες που πραγματοποιούνται σε διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας, υδρο- και λιθόσφαιρα.
Ρύζι. 14.5. Η συνολική ροή ενέργειας (σκοτεινά βέλη) και η κυκλοφορία των ουσιών (φωτεινά βέλη) στο οικοσύστημα.
Έτσι, η βάση του οικοσυστήματος αποτελείται από αυτοτροφικούς οργανισμούς - παραγωγούς(παραγωγοί, δημιουργοί), οι οποίοι στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης δημιουργούν τροφή πλούσια σε ενέργεια – πρωτογενή οργανική ύλη. Στα χερσαία οικοσυστήματα, ο σημαντικότερος ρόλος ανήκει στα ανώτερα φυτά, τα οποία, σχηματίζοντας οργανικές ουσίες, δημιουργούν όλες τις τροφικές σχέσεις στο οικοσύστημα, χρησιμεύουν ως υπόστρωμα για πολλά ζώα, μύκητες και μικροοργανισμούς και επηρεάζουν ενεργά το μικροκλίμα του βιοτόπου. . Στα υδάτινα οικοσυστήματα, οι κύριοι παραγωγοί πρωτογενούς οργανικής ύλης είναι τα φύκια.
Οι έτοιμες οργανικές ουσίες χρησιμοποιούνται για τη λήψη και αποθήκευση ετερότροφων ενέργειας, ή Καταναλωτές(Καταναλωτές). Στα ετερότροφα περιλαμβάνονται τα φυτοφάγα ζώα (καταναλωτές 1ης τάξης), τα σαρκοφάγα που ζουν σε βάρος των φυτοφάγων μορφών (καταναλωτές 2ης τάξης), που καταναλώνουν άλλα σαρκοφάγα (καταναλωτές 3ης τάξης) κ.λπ.
Μια ειδική ομάδα καταναλωτών είναι αποικοδομητές(καταστροφείς, ή] καταστροφείς), αποσυνθέτοντας τα οργανικά υπολείμματα παραγωγών και καταναλωτών σε απλές ανόργανες ενώσεις, οι οποίες στη συνέχεια χρησιμοποιούνται από τους παραγωγούς. Οι αποικοδομητές είναι κυρίως μικροοργανισμοί - βακτήρια και μύκητες. Στα χερσαία οικοσυστήματα, οι αποικοδομητές του εδάφους είναι ιδιαίτερα σημαντικοί, που εμπλέκουν την οργανική ύλη των νεκρών φυτών στη γενική κυκλοφορία (καταναλώνουν έως και το 90% της πρωτογενούς δασικής παραγωγής). Έτσι, κάθε ζωντανός οργανισμός σε ένα οικοσύστημα καταλαμβάνει μια ορισμένη οικολογική θέση (θέση) σε ένα σύνθετο σύστημα οικολογικών σχέσεων με άλλους οργανισμούς και αβιοτικές περιβαλλοντικές συνθήκες.
Τροφικές αλυσίδες (ιστοί) και τροφικά επίπεδα.Η βάση κάθε οικοσυστήματος, η βάση του είναι τα τρόφιμα (τροφικά) και οι ενεργειακές συνδέσεις που τα συνοδεύουν. Σε αυτά, υπάρχει μια συνεχής μεταφορά Ουσίας και ενέργειας, που περικλείονται σε τροφές, που δημιουργούνται κυρίως από φυτά.
Η μεταφορά της δυνητικής ενέργειας της τροφής που δημιουργείται από τα φυτά μέσω ενός αριθμού οργανισμών με την κατανάλωση ορισμένων ειδών από άλλα ονομάζεται κύκλωμα ισχύοςή τροφική αλυσίδα,και κάθε σύνδεσμο - τροφικό επίπεδο(Εικ. 14.6).
Ρύζι. 14.6. Τροφικές αλυσίδες της αφρικανικής σαβάνας.
Ρύζι. 14.7.Δίκτυα ισχύος στο οικολογικό σύστημα.
Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι τροφικών αλυσίδων - βοσκοτόπια (αλυσίδες βοσκής ή αλυσίδες κατανάλωσης) και αποθεματικές (αλυσίδες αποσύνθεσης). Οι αλυσίδες βοσκοτόπων ξεκινούν απόπαραγωγοί: τριφύλλι -> κουνέλι -> λύκος; φυτοπλαγκτόν (φύκια) -> ζωοπλαγκτόν (πρωτόζωα) -> κατσαρίδα -> λούτσος - > ψαραετός.
αλυσίδες απορριμμάτωνξεκινήστε από υπολείμματα φυτών και ζώων, περιττώματα ζώων - υπολείμματα. πηγαίνουν στους μικροοργανισμούς που τρέφονται με αυτά, και μετά στα μικρά ζώα (ντετριτοφάγα) και στους καταναλωτές - αρπακτικά τους. Οι αλυσίδες των αποθεμάτων είναι πιο κοινές στα δάση, όπου το μεγαλύτερο μέρος (πάνω από το 90%) της ετήσιας αύξησης της φυτικής βιομάζας δεν καταναλώνεται απευθείας από φυτοφάγα ζώα, αλλά πεθαίνει, υφίσταται αποσύνθεση (από σαπροτροφικούς οργανισμούς) και ανοργανοποίηση. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της διατροφικής σύνδεσης των δασών μας είναι το εξής: απορρίμματα φύλλων - > σκουληκαντέρα -> κότσυφας- > σπουργίτι. Εκτός από τους γαιοσκώληκες, οι ξυλοψείρες, οι φωτοβολίδες, οι ελατηριωτές ουρές, οι νηματώδεις κ.λπ. είναι μητριτοφάγοι.
οικολογικές πυραμίδες.Οι τροφικοί ιστοί σε κάθε βιογεωκένωση έχουν μια καλά καθορισμένη δομή. Χαρακτηρίζεται από τον αριθμό, το μέγεθος και τη συνολική μάζα των οργανισμών - βιομάζας - σε κάθε επίπεδο της τροφικής αλυσίδας. Οι τροφικές αλυσίδες βοσκοτόπων χαρακτηρίζονται από αύξηση της πυκνότητας του πληθυσμού, του ρυθμού αναπαραγωγής και της παραγωγικότητας της βιομάζας τους. Η μείωση της βιομάζας κατά τη μετάβαση από το ένα επίπεδο τροφίμων στο άλλο οφείλεται στο γεγονός ότι δεν αφομοιώνονται όλα τα τρόφιμα από τους καταναλωτές. Έτσι, για παράδειγμα, σε μια κάμπια που τρέφεται με φύλλα, μόνο το μισό φυτικό υλικό απορροφάται στα έντερα, το υπόλοιπο αποβάλλεται με τη μορφή περιττωμάτων. Επιπλέον, τα περισσότερα από τα θρεπτικά συστατικά που απορροφώνται από τα έντερα χρησιμοποιούνται για την αναπνοή και μόνο το 10-15% χρησιμοποιείται τελικά για την κατασκευή νέων κυττάρων και ιστών κάμπιας. Για το λόγο αυτό, η παραγωγή οργανισμών κάθε επόμενου τροφικού επιπέδου είναι πάντα μικρότερη (10 φορές κατά μέσο όρο) από την παραγωγή του προηγούμενου, δηλαδή, η μάζα κάθε επόμενου κρίκου στην τροφική αλυσίδα μειώνεται προοδευτικά. Αυτό το μοτίβο έχει ονομαστεί οικολογικός κανόνας πυραμίδας(Εικ. 14.8).
Εικ, 14.8. Απλοποιημένη οικολογική πυραμίδα.
Υπάρχουν τρεις τρόποι σύνταξης οικολογικών πυραμίδων:
1. Πυραμίδα αριθμώναντανακλά την αριθμητική αναλογία ατόμων διαφορετικών τροφικών επιπέδων του οικοσυστήματος. Εάν οι οργανισμοί εντός των ίδιων ή διαφορετικών τροφικών επιπέδων ποικίλλουν πολύ σε μέγεθος, τότε η πυραμίδα των αριθμών δίνει παραμορφωμένες ιδέες για τις πραγματικές αναλογίες των τροφικών επιπέδων. Για παράδειγμα, στην κοινότητα του πλαγκτόν, ο αριθμός των παραγωγών είναι δεκάδες και εκατοντάδες φορές μεγαλύτερος από τον αριθμό των καταναλωτών, και στο δάσος, εκατοντάδες χιλιάδες καταναλωτές μπορούν να τρέφονται με τα όργανα ενός δέντρου - του παραγωγού.
2. Πυραμίδα βιομάζαςδείχνει την ποσότητα της ζωντανής ύλης, ή βιομάζας, σε κάθε τροφικό επίπεδο. Στα περισσότερα χερσαία οικοσυστήματα, η βιομάζα των παραγωγών, δηλαδή η συνολική μάζα των φυτών, είναι η μεγαλύτερη και η βιομάζα των οργανισμών κάθε επόμενου τροφικού επιπέδου είναι μικρότερη από την προηγούμενη. Ωστόσο, σε ορισμένες κοινότητες, η βιομάζα των καταναλωτών πρώτης τάξης είναι μεγαλύτερη από τη βιομάζα των παραγωγών. Για παράδειγμα, στους ωκεανούς, όπου οι κύριοι παραγωγοί είναι τα μονοκύτταρα φύκια με υψηλό ρυθμό αναπαραγωγής, η ετήσια παραγωγή τους μπορεί να υπερβεί το απόθεμα βιομάζας κατά δεκάδες και ακόμη και εκατοντάδες φορές. Ταυτόχρονα, όλα τα προϊόντα που σχηματίζονται από τα φύκια εμπλέκονται τόσο γρήγορα στην τροφική αλυσίδα που η συσσώρευση βιομάζας φυκιών είναι μικρή, αλλά λόγω των υψηλών ρυθμών αναπαραγωγής, το μικρό τους απόθεμα επαρκεί για να διατηρήσει τον ρυθμό αναπαραγωγής της οργανικής ύλης. Από αυτή την άποψη, στον ωκεανό, η πυραμίδα της βιομάζας έχει μια αντίστροφη σχέση, δηλ. «ανεστραμμένη». Στα υψηλότερα τροφικά επίπεδα, επικρατεί η τάση συσσώρευσης βιομάζας, καθώς η διάρκεια ζωής των αρπακτικών είναι μεγάλη, ο ρυθμός κύκλου εργασιών των γενεών τους, αντίθετα, είναι χαμηλός και σημαντικό μέρος της ουσίας που εισέρχεται στις τροφικές αλυσίδες διατηρείται στο σώμα τους.
3. ενεργειακή πυραμίδααντανακλά την ποσότητα της ροής ενέργειας στο κύκλωμα ισχύος. Το σχήμα αυτής της πυραμίδας δεν επηρεάζεται από το μέγεθος των ατόμων και θα είναι πάντα τριγωνικό με μια φαρδιά βάση στο κάτω μέρος, όπως υπαγορεύει ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής. Επομένως, η πυραμίδα της ενέργειας δίνει την πιο ολοκληρωμένη και ακριβή ιδέα για τη λειτουργική οργάνωση της κοινότητας, όλων των μεταβολικών διεργασιών στο οικοσύστημα. Εάν οι πυραμίδες των αριθμών και η βιομάζα αντικατοπτρίζουν τη στατική του οικοσυστήματος (ο αριθμός και η βιομάζα των οργανισμών σε μια δεδομένη στιγμή), τότε η πυραμίδα της ενέργειας αντανακλά τη δυναμική της διέλευσης μιας μάζας τροφής μέσω της τροφικής αλυσίδας. Έτσι, η βάση στις πυραμίδες των αριθμών και της βιομάζας μπορεί να είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από τα επόμενα τροφικά επίπεδα (ανάλογα με την αναλογία παραγωγών και καταναλωτών σε διαφορετικά οικοσυστήματα). Η πυραμίδα της ενέργειας στενεύει πάντα προς τα πάνω. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ενέργεια που δαπανάται για την αναπνοή δεν μεταφέρεται στο επόμενο τροφικό επίπεδο και φεύγει από το οικοσύστημα. Επομένως, κάθε επόμενο επίπεδο θα είναι πάντα μικρότερο από το προηγούμενο. Στα χερσαία οικοσυστήματα, η μείωση της ποσότητας της διαθέσιμης ενέργειας συνήθως συνοδεύεται από μείωση της αφθονίας και της βιομάζας των ατόμων σε κάθε τροφικό επίπεδο. Λόγω τόσο μεγάλων απωλειών ενέργειας για την κατασκευή νέων ιστών και την αναπνοή των οργανισμών, οι τροφικές αλυσίδες δεν μπορούν να είναι μεγάλες. συνήθως αποτελούνται από 3-5 συνδέσμους (τροφικά επίπεδα).
Η γνώση των νόμων της παραγωγικότητας του οικοσυστήματος, η ικανότητα ποσοτικοποίησης της ροής ενέργειας έχουν μεγάλη πρακτική σημασία, καθώς τα προϊόντα των φυσικών και τεχνητών κοινοτήτων (αγροενώσεις) είναι η κύρια πηγή τροφής για την ανθρωπότητα. Οι ακριβείς υπολογισμοί της ροής ενέργειας και η κλίμακα της παραγωγικότητας του οικοσυστήματος καθιστούν δυνατή τη ρύθμιση του κύκλου των ουσιών σε αυτά με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται η μεγαλύτερη απόδοση των προϊόντων που είναι απαραίτητα για τον άνθρωπο.
