Дополнительные материалы

Библиографический список

Экономическая теория в соединении с правильно понимаемой энергетической теорией позволяет включить «бесплатную» работу природы в разряд экономических ценностей и таким образом повысить экономические системы до уровня экологических.

Мировая экономика в конечном счете зависит от основных природных экосистем - морских, лесных, сельсксхозяйственных. По мере того как эти ресурсы истощаются или подвергаются стрессовым воздействиям, начинает страдать и мировая экономика: товары и услуги становятся все дефицитнее, их производство все дороже, что приводит к инфляции во всем мире.

Контрольные вопросы и упражнения

1. Приведите примеры действия двух законов термодинамики в экосистемах.

2. Приведите примеры низкоэнтропийных и высокоэнтропийных экосистем; какие системы более жизнестойкие?

3. Как превращается энергия в цепи генерации электричества?

4. Как можно характеризовать качество энергии?

5. Дайте определение эксергии.

6. Во сколько раз рабочий потенциал ископаемого топлива больше рабочего потенциала солнечного света?

7. Чем характеризуется эффективность энергии в экосистемах?

8. Почему природные системы могут сохранять упорядоченность?

9. При каких видах работ целесообразно использовать солнеч­ную энергию?

10. Какие виды энергии обеспечивают работу автомобиля?

11. Как превращается энергия в пищевой цепи? Нарисуйте схему.

12. Какие трофические уровни в пищевой цепи занимают проду­центы и консументы первого, второго и третьего порядков?

13. Какой трофический уровень занимает человек?

14. Какая часть солнечной энергии аккумулируется зелёными растениями?

15. Как формулируется «правило пирамиды»? Чем отличаются пирамиды энергии от пирамид чисел и биомассы?

16. Как изменяется эффективность агроэкосистем с ростом

энергозатрат на их поддержание?

17. Дайте определения валовой, чистой и вторичной продукции

экосистем.

18. В каком виде поступают энергетические дотации в природные и искусственные экосистемы?

19. Перечислите энергетические типы экосистем.

20.Какой период в развитии цивилизации называется эрой мышечной силы?

21. Как взаимосвязаны потоки энергии и потоки денег? Нарисуйте схему.

22. Как оценивается энергетическая эффективность системы?

23. Какая энергия называется чистой?

1. Цветкова Л.И., Алексеев М.И., Усанов Б.П. и др. Экология / Под ред. Л.И. Цветковой. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. – 488 с.

В экосистеме имеет место непрерывный поток энергии, заключающийся в передаче ее от одного пищевого уровня к другому. В силу второго закона термодинамики этот процесс связан с рассеиванием энергии на каждом последующем уровне, то есть с ее потерями и возрастанием энтропии. Понятно, что это рассеивание все время компенсируется поступлением энергии от Солнца. Таким образом, энтропия является мерой необратимого рассеивания энергии и может характеризовать степень упорядоченности системы. Так, живые организмы и нормально функционирующие экосистемы характеризуются высокой степенью упорядоченности слагающих их элементов. Они сохраняют (поддерживают) определенный уровень энергии и тем самым противостоят энтропии.

Мертвый организм характеризуется максимальной неупорядоченностью элементов (структур), в результате чего приходит в равновесие с окружающей его средой (температура его тела выравнивается с температурой среды, составляющие его химические элементы и соединения включаются в процессы круговорота и становятся частью среды). Это значит, что организм как система приходит в состояние полной неупорядоченности, максимальной энтропии.

Показатель, противоположный энтропии, носит название негэнтропии. Чем выше организованность системы (упорядоченность), тем значительнее ее негэнтропия. Опасно любое вмешательство в систему, которое ведет к снижению ее негэнтропии, а следовательно, устойчивости и способности противостоять внешним возмущениям.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии и др.) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания – углекислый газ, вода и неорганические вещества – могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии из вне.

Внутри экосистемы содержащие энергию вещества создаются автотрофными организмами и затем используются гетеротрофами в качестве пищи. Последовательный перенос вещества и энергии пищи от продуцентов к другим организмам путем поедания одних другими называется пищевой (трофической) цепью, или цепью питания. В составе пищевых цепей первым звеном являются продуценты, затем консументы первого, второго, третьего и более порядка и завершают использование вещества и энергии редуценты.
Место каждого звена в цепи питания является трофическим уровнем.
Таким образом, механизмом передачи энергии и вещества от одного организма к другому в экосистемах являются пищевые цепи (см. рис.).

Пищевая цепь (по А.Г. Банникову и др., 1985)
Например, растения в лесу в процессе фотосинтеза запасают солнечную энергию, создавая первичное органическое вещество, гусеницы поедают листья растений и сами служат пищей жужелицам, которых поедают ежи. Ежи, в свою очередь служат пищей лисицам. Отходы потребления и трупы умерших организмов каждого трофического уровня перерабатываются группой организмов-биодеструкторов. Разложившееся и минерализованное вещество вновь поступает к растениям, а энергия теряется и рассеивается.
Подобный механизм передачи вещества и энергии характерен как для наземных, так и для водных экосистем.

Солнечный свет – единственный на Земле источник энергии. Через фотосинтезирующие растения солнечная энергия передается от организма к организму, при этом создается пищевая цепь. Входя в экосистему, поток солнечной энергии разбивается на две части, распространяясь по двум видам трофических сетей, сформированных пастбищными и детритными цепями питания. На схеме стрелки показывают направление потока энергии в экосистеме между разными трофическим уровнями.

Трофический уровень – это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень занимают продуценты, все остальные – консументы. Растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; к третьему трофическому уровню – плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами, к четвертому – консументы, потребляющие других плотоядных, и т.д.

Цепь питания – цепь взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества. Каждое предыдущее звено цепи питания является пищей для следующего звена. Пастбищная пищевая цепь начинается с зеленых растений и идет к растительноядным, а затем к плотоядным животным.

На рисунке показана пищевая цепь, которая является пастбищной.

На рисунке показана пищевая цепь разложения.

Функциональные взаимосвязи, то есть трофическую структуру экосистемы можно представить в виде экологических пирамид, основанием пирамиды служит первый трофический уровень (I) – продуценты; последующие трофические уровни (II–III) образуют этажи и вершину пирамиды, они представлены растительноядными и плотоядными консументами.

В экологической пирамиде цифрами I–III обозначены трофические уровни.

Деструктивная функция заключается в способности определенной группы организмов разлагать и минерализовать мертвое органическое вещество. В результате деструкции образуются биокосные, биогенные и минеральные вещества, происходит превращение живого вещества в косное. Превращение органических остатков в неорганические вещества в ходе своей жизнедеятельности осуществляют, главным образом, бактерии и грибы.

Пирамида биомассы показывает соотношение биомассы организмов разных трофических уровней, изображенных графически таким образом, что длина или площадь прямоугольника, соответствующего определенному трофическому уровню, пропорциональна его биомассе.

На схеме представлена пирамида биомассы.

Для биоценозов океана характерно, что перевернутый (обращенный) вид имеет представленная на рисунке пирамида биомасс.

Пирамиды биомасс некоторых биоценозов (например, океана) имеют перевернутый вид, так как для них недействительно правило пирамиды биомасс. Для экосистемы океана характерна тенденция накапливания биомассы на высоких уровнях у хищников. Хищники живут долго и скорость оборота их генераций мала, но у продуцентов – фитопланктона – оборачиваемость может в сотни раз превышать запас биомассы. Это значит, что их чистая продукция и здесь превышает продукцию, поглощенную консументами, то есть, через уровень продуцентов проходит больше энергии, чем через всех консументов.

Схема потока энергии в экосистеме на рисунке иллюстрирует закон Линдемана.

Закон Линдемана, или правило 10%, – это термодинамическая интерпретация циркуляции потока энергии через трофические уровни в экосистеме. Закон открыт Линдеманом в1942 г. Согласно ему, только часть энергии (не более 10%), поступившей на определенный трофический уровень биоценоза, передается организмам, находящимся на более высоких трофических уровнях. Например, количество энергии, которая доходит до третичных плотоядных (трофический уровень V), составляет около энергии, поглощенной продуцентами. Это объясняет ограниченное количество (5–6) звеньев (уровней) в пищевой цепи независимо от рассматриваемого биоценоза.

Дата добавления: 2014-01-04