Энергия в экосистемах

     Содержание 

     Введение ………………………………………………………… 3                                                                                                         

     1 Понятие экосистемы………………………………....................4                                                                                   

     2 Энергия в экосистемах ………………………………………....9

        2.1 Поступление энергии в экосистему………………………..12              

        2.2 Пищевые цепи  и трофические уровни…………………….16                                                                                      

        2.3 Экологические пирамиды…………………………………...18           

        2.4 Круговорот веществ в сообществах………………………...21

     3 Влияние человека на и биосферу……………………………....30

              Заключение ……………………………………………………....33

     Список использованных источников……………………………....35             
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Человек, как и все живые организмы, тесно связан с неживой природой и не может жить друг без друга. Люди научились определять, чего не хватает в нарушенных экосистемах, и стараются их вылечить. Лучше узнают законы природы и могут сами применить эти знания при создании искусственной экосистемы.

     На  современном этапе человек для  удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные  экосистемы и даже разрушать их, возможно и не желая этого.

     Энергия - это изначальная движущая сила экосистем, причем всех - и природных  и антропогенных. Энергетические ресурсы  этих систем могут быть неисчерпаемыми – солнце, ветер, приливы и исчерпаемыми - топливно-энергетическими (уголь, нефть, газ и т. п.). Используя топливо, человек может, добавлять в систему или даже полностью ее субсидировать энергией. Опираясь на эти энергетические особенности существующих систем, Ю. Одум предложил их классификацию, приняв энергию за основу, и выделил «четыре фундаментальных типа» экосистем:

     1. Природные: движимые Солнцем,  несубсидируемые (океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля);

     2. Природные, движимые Солнцем,  субсидируемые другими естественными источниками (речные экосистемы, дождевые леса, т. е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра);

     3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком (агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком);

     4. Индустриально-городские, движимые  топливом (ископаемым, другим органическим  или ядерным). Энергия топлива  полностью заменяет солнечную  энергию.

     Объект - энергетические процессы в экосистемах.

     Предмет - особенности возникновения энергии в экосистемах.

     Цель  работы: изучить распределение энергетических потоков.

     Материалы: библиографические данные, методическая, научная литература.

     Методы: аналитический, сравнительно-географический. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Понятие экосистемы

     Экологическая система (экосистема) – пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.

     Термин «экосистема» был введен в науку английским ученым А. Тенсли в 1935 году. Экосистема включает в себя все живые организмы, совместно функционирующие на какой-либо конкретной территории, а также из компонентов неживой природы, определяющих характер местности, в которой расположена экосистема.

     В любой экосистеме следует выделить несколько составляющих ее компонентов. Первый из них — неорганические вещества (углерод, кислород, азот, углекислый газ, вода и т.д.). Затем следуют  органические соединения (белки, жиры, углеводы и др.), являющиеся связующим звеном между живой (биотической) и неживой (абиотической) частями экосистемы. К важным ее элементам относятся и физические факторы абиотической среды (температура, влажность, давление и др.). Биотическая часть экосистемы состоит из живых организмов, подразделяющихся на три основные категории:

     1) Продуценты — организмы, поддерживающие  свою жизнедеятельность, путем  производства из неорганических  веществ органические при помощи  химической реакции фотосинтеза, для осуществления которой необходим приток световой энергии.

     2) Консументы — живые существа, поедающие другие организмы или частицы органического вещества и, таким образом, обеспечивающие себя необходимой энергией.

     3) Редуценты — организмы, питающиеся останками растений и животных (органическим веществом) и разлагающие их до простых минеральных веществ, которые могут легко усваиваться продуцентами.

     Первые  три вышеназванных компонента представляют собой абиотическую составляющую экосистемы, последние же три являются ее организменной частью. Продуценты, консументы и редуценты образуют собой так называемую биомассу. Совокупность всех шести данных элементов складывают собой структуру экосистемы.

     Все растения и хемосинтетики (бактерии), являющиеся продуцентами, создают органическое вещество из неорганических составляющих с помощью энергии окружающей среды. Их называют продуцентами или автотрофами. Высвобождение запасенной продуцентами потенциальной энергии обеспечивает существование всех остальных видов живого на планете. Виды, потребляющие созданную продуцентами органику как источник вещества и энергии для своей жизнедеятельности, называются консументами или гетеротрофами.

     Консументы - это самые разнообразные организмы (от микроорганизмов до синих китов): простейшие, насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы и, наконец, млекопитающие, включая человека. Консументы, в свою очередь, подразделяются на ряд подгрупп в соответствии с различиями в источниках их питания. Животные, питающиеся непосредственно продуцентами, называются первичными консументами или консументами первого порядка. Их самих употребляют в пищу вторичные консументы. Первичные консументы, питающиеся только растениями, называются растительноядными или фитофагами. Консументы второго и более высоких порядков - плотоядные. Виды, употребляющие в пищу как растения, так и животных, относятся к всеядным, например, человек.

     Мертвые растительные и животные остатки, например опавшие листья, трупы животных, продукты систем выделения, называются детритом. Существует множество организмов, специализирующихся на питании детритом. Они называются детритофагами. Примером могут служить грифы, шакалы, черви, раки, термиты, муравьи и т.п. Как и в случае обычных консументов, различают первичных детритофагов, питающихся непосредственно детритом, вторичных и т. п.

     Наконец, значительная часть детрита в  экосистеме, в частности опавшие  листья, валежная древесина, в своем  исходном виде не поедается животными, а гниет и разлагается в  процессе питания ими грибов и  бактерий.  
Поскольку роль грибов и бактерий столь специфична, их обычно выделяют в особую группу детритофагов и называют редуцентами. Редуценты служат на Земле санитарами и замыкают биогеохимический круговорот веществ, разлагая органику на исходные неорганические составляющие - углекислый газ и воду.

     Таким образом, несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурным  сходством. В каждой из них можно  выделить фотосинтезирующие растения - продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и  составляют биотическую структуру экосистем.

     Процесс создания органического вещества в  природе происходит одновременно с  противоположным процессом - потреблением и разложением этого вещества вновь на исходные неорганические соединения. Совокупность этих процессов протекает в рамках экосистем различных уровней иерархии.

     Для естественной экосистемы характерны три  признака:  
1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;  
2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;  
3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

     Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера. Важным следствием иерархической организации  экосистем является то, что по мере объединения компонентов в более  крупные блоки, которые, в свою очередь, объединяются в системы, у этих новых функциональных единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такое наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не объединенных системообразующими связями, называют эмерджентностью.

     Таким образом, устройство природы следует  рассматривать как системное  целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых  является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в масштабах планеты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

           
 
 
 
 
 
 

2 Энергия в экосистемах

     Жизнь в экосистеме поддерживается благодаря  непрекращающемуся прохождению  через живое вещество энергии, передаваемой от одного трофического уровня к другому (рисунок 1); при этом происходит постоянное превращение энергии из одних форм в другие. Кроме того, при превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла. Правило 10% (правило пирамиды энергий Р. Линдемана) — с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий, в среднем не более 10% энергии. 

     

     Рисунок 1 - Движение энергии в экосистеме

       Весь запас энергии сосредоточен  в массе органического вещества - биомассе, поэтому интенсивность образования и разрушения органического вещества на каждом из уровней определяется прохождением энергии через экосистему.

     Изменение энергии какой - либо системы происходит при совершении работы. Иными словами, энергия — это способность совершать работу. Свойства энергии описываются первым и вторым законами термодинамики.

     Первый  закон термодинамики сводится к  следующему утверждению: энергия может  переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается  заново. Данный закон называют также законом сохранения энергии. Закон подразумевает, что в результате превращения энергии никогда нельзя получить ее больше, чем затрачено. Выход энергии всегда равен ее затратам. Закон справедлив как для обычных систем, состоящих из большого числа частиц, так и для систем из небольшого их числа. Существует два способа изменения внутренней энергии - теплопередача и работа.

     ∆U = A+Q

     ∆U - изменение внутренней энергии тела;

     Q - полученное им количество теплоты;

     A - совершенная над телом работа.

     Эта формула гласит, что изменение внутренней энергии тела есть величина, равная сумме количества теплоты, полученной этим телом и совершенной над ним работы. Этому закону подчиняются все известные процессы в природе.

     Второй  закон термодинамики гласит: поскольку  некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде недоступной для использования тепловой энергии, эффективность самопроизвольного превращения кинетической энергии в потенциальную всегда меньше 100% . Количественная мера энергии, которая становится недоступной для использования, называется энтропией. Способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, то есть состояние с низкой энтропией — важнейшая характеристика экосистемы. Чем выше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия. В замкнутой системе энтропия может только возрастать.