Студопедия

КАТЕГОРИИ:



Мы поможем в написании ваших работ!

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мы поможем в написании ваших работ!

Мы поможем в написании ваших работ!

Вопрос 15. Взаимоотношения, связанные с энергией и питательными веществами


1. Поток энергии;

2. Солнце как источник энергии;

3. Значение фотосинтеза;

4. Основной процесс в экосистеме.

 

1. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потреб­ляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который в итоге ивоз­вращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в эко­системе происходит постоянный круговорот питательных ве­ществ, вкотором участвуют и живой, и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами. Движущей силой этих круговоротов служит в конечном счете энергия Солнца; фотосинтезирующие организмы непосредст­венно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергиии питательных веществ через экоси­стему. Необходимо еще отметить, что климатические факторы абиотического компонента, такие как температура, движение атмосферы, испарение и осадки, тоже регулируются поступле­нием солнечной энергии.

Для того чтобы понять, почему имеет место линейный поток энергии через экосистему, а не ее круговорот и повторное ис­пользование (как вслучае питательных веществ), необходимо коротко рассмотреть термодинамические соображения.

Энергия может существовать в виде различных взаимопревращаемых форм, таких как механическая, химическая, тепловая или электрическая энергия. Переход одной формы в другую, называемый преобразованием энергии, подчиняется законам термодинамики. Первый закон термодинамики (закон сохране­ния энергии) гласит, что энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена. Второй закон утверждает, что при совершении работы энергия не может быть использована на все 100% и часть ее неизбежно превращается в тепло. Тепло есть результат случайного движения молекул, тогда как работа всегда означает неслучайное (т. е. упорядоченное) использование энергии. Понятие работы приложимо к любому процессу, протекающему в живой систе­ме с потреблением энергии, начиная от процессов на клеточ­ном уровне, таких как поддержание электрических градиентов на мембране и синтез белков, и кончая процессами на уровне целого организма (рост, развитие, репарация, размножение).

Таким образом, живые организмы — это преобразователи энер­гии,и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В итоге вся энергия, поступаю­щая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в ви­де тепла. Можно подумать, что, поскольку и тепло способно совершать работу (например в паровозе), то нет причин, кото­рые мешали бы круговороту тепла. Однако процесс, произво­дящий тепло, требует больше энергии, чем может быть воз­вращено путем вторичного использования этого тепла; поэтому в целом происходит все же потеря полезной энергии в системе. Фактически живые организмы не используют тепло как источник энергии. Для совершения работы имнеобходимы свет и хими­ческая энергия.



2. Первоисточником энергии для экосистемслужит Солнце.Солн­це — звезда, излучающая в космос огромное количество энер­гии. Энергия распространяется в космическом пространстве ввиде электромагнитных волн, и небольшая часть ее, состав­ляющая примерно 10,5 х 106 кДж/м2 в год, захватывается Зем­лей. Около 40% этого количества сразу отражается от облаков, атмосферной пыли и поверхности Земли без какого бы то ни было теплового эффекта. Еще 15% поглощается атмосферой (в частности озоновым слоем в ее верхних частях) и превращается в тепловую энергию или расходуется на испарение воды. Ос­тавшиеся 45% поглощаются растениями или земной поверхно­стью. Большая часть энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу; приблизительно две трети энергии поступает в атмосферу этим путем. И только небольшая часть пришедшей от Солнца энергии усваивается биотическим компонентом экосистемы в процессе фотосинтеза.

3. Фотосинтез— единственный процесс в биосфере, ведущий к увели­чению свободной энергии биосферы за счет внешнего источника — Солнца и обеспечивающий существование, как растений, так и всех гетеротрофных организмов, в т. ч. ичеловека. Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется 150млрд. т органиче­ского вещества и выделяется около 200млрд. т свободного ки­слорода.

Кругооборот кислорода, углерода и других элементов, вовлекае­мых в фотосинтез, создал и поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Фотосинтез пре­пятствует увеличению концентрации углекислого газа в атмо­сфере, предотвращая перегрев Земли (вследствие так называемо­го парникового эффекта).

Кислород фотосинтеза необходим не только для жизнедея­тельности организмов, но и для защиты живого от губитель­ного коротковолнового УФ-излучения (кислородно-озоновый экран атмосферы).

Запасенная в продуктах фотосинтеза энергия (в виде различ­ных видов топлива) является основным источником энергии для человечества. Предполагается, что в энергетике будущего фото­синтез может занять одно из первых мест в качестве неисся­каемого и не загрязняющего среду источника энергии (созда­ние "энергетических плантаций" быстрорастущих растений с последующим использованием растительной массы для полу­чения тепловой энергии или переработки в высококачествен­ное топливо — спирт).

Не менее важна роль фотосинтеза как основы получения продо­вольствия, кормов, технического сырья. Несмотря на высокую эффективность начальных фотофизических и фотохимических стадий (около 95%), в урожай переходит лишь менее 1—2% солнечной энергии; потери обусловлены неполным поглоще­нием света, лимитированием процесса на биохимическом и физиологическом уровнях.

4. В подавляющем большинстве экосистем осуществляется фундаментальный обратимый химический процесс.

В экосистемах прямая и обратная реакции, как правило, не сов­падают из-за обмена участниками реакции (переноса воды, газов и органики) с другими системами. В экосистемах больших глубин, пещер, под землей, где нет света и не может осуществляться фотосинтез, органическое вещество поставляется либо местны­ми хемоавтотрофами (бактериями, в клетках которых осуществ­ляется хемосинтез), либо поступает из других систем.

Принципиальное различие между потоками вещества и энергии в экосистеме заключается в том, что биогенные элементы, составляющие органическое вещество, могут многократно участ­вовать в круговороте веществ, тогда как поток энергии однонаправлен и необратим. Каждая порция энергии используется только однократно. В соответствии со вторым законом термодинамики на каждом этапе трансформации энергии значительная ее часть неизбежно теряется, рассеивается в виде теплоты.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Каждая экосистема имеет собственное материально-энергетичес­кое хозяйство и определенную функциональную структуру | Вопрос 16. Стабильность и развитие экосистемы

Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 1318; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.002 сек.