- •Основи екології
- •Людство
- •Глава 1
- •§ 1.2. Основні фактори деградації довкілля
- •§ 1.3. J Екологічні катастрофи
- •Глава 1
- •Глава 1
- •За типами діяльності
- •Підрозділів)
- •§ 2.1. І Загальне уявлення про біосферу
- •§2.2. J Походження й еволюція біосфери
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •§ 2.3. J Функціонування біосфери
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2 Біоекологія
- •§ 2.5. J Види, популяції та середовище
- •Глава 2
- •§ 2.7: J Ноосфера
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •§ 2.8. У Біорізнзманітність і її збереження
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Глава 2
- •Ареали випадання кислотних дощів:
- •§ 3.3. J Гідросфера
- •Континентальний схил
- •Глава 4
- •Глава 4
- •Глава 4
- •§ 4.2. J Енергетика
- •Глава 4
- •Глава 4
- •Глава 4
- •Глава 4
- •Глава 4 Техноекологія
- •§ 4.3. J Промисловість Спочатку скористайтеся принципом Чистого Виробництва, а потім приймайте рішення про впровадження будь-яких технологій. Із матеріалів unep
- •Глава 4
- •Глава 4 Техноекологія
- •§ 4.4. J Сільське господарство
- •§4.5. І Транспорт
- •Глава 4
- •Глава 4
- •Глава 4
- •§ 4.7._J Наукова діяльність
- •Глава 4
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 5
- •§ 5.3. І Економіка природокористування
- •§5.4. Й у конкретних обсягах. Ці права можуть продаватися державним органом підприємствам і одним підприємством іншому. Ціна ел залежить від добового часу, сезону, обстановки в регіоні.
- •Глава 5
- •Глава 5
- •Глава 5
- •Глава 5 Соціоекологія
- •Глава 6
- •Глава 6
- •Глава 6
- •Глава 6
- •Глава 6
- •Глава 6
- •Глава 6
- •Глава 6
- •Глава 6
- •Глава 6
- •Глава 6 Екологія людини
- •Глава 7
- •В Україні ( )протягом XX ст.
- •Структура земельного фонду України
- •Глава 7 Природно-соціальні особливості України
- •Глава 7
- •Глава 7
- •Глава 7
- •Глава 8
- •Глава 8
- •Глава 8
- •§ 8.3. J Донецько-Придніпровськии регіон
- •Глава 8 Екологічний стан окремих регіонів України
- •Наслідки
- •Глава 9
- •Глава 9
- •§ 9.3. J Аварія на Чорнобильській аес
- •Глава 10 Національний шлях до еколого-збалансованого розвитку
- •Глава 10 Національний шлях до еколого-збалансованого розвитку
Глава 2
Біоекологія
безповоротно розсіюється у вигляді тепла, тобто здійснюється марна робота, пов'язана зі збільшенням швидкості безладного руху частинок. Чим більший процент енергії витрачається на виконання корисної роботи й, відповідно, чим менший процент при цьому розсіюється у вигляді тепла, тим вищою вважається якість початкової енергії. Високоякісна енергія може бути без додаткових енергетичних затрат трансформована в більшу кількість інших видів енергії, ніж низькоякісна.
Енергією найнижчої якості є енергія невпорядкованого броунівського руху, тобто теплова. її не можна використати для виконання корисної роботи. Кількість енергії найнижчої якості, непридатної для здійснення корисної роботи, називають ент-ропісю. Спрощено ентропія — це міра дезорганізації, безладу, випадковості систем та процесів.
Отже, за другим законом термодинаміки, будь-яка робота супроводжується трансформацією високоякісної енергії в енергію нижчої та найнижчої якості — тепло — й призводить до зростання ентропії.
Знизити ентропію в термодинамічно закритій системі, яка не отримує енергії ззовні, неможливо — адже вся якісна енергія такої системи врешті-решт перетворюється на низькоякісну, деградує до тепла. Проте у відкритій термодинамічній системі можливо протидіяти зростанню ентропії, використовуючи для цього високоякісну енергію, що надходить іззовні, й відводячи низькоякісну енергію за межі системи.
Всесвіт є закритою системою, й у ньому ентропія постійно зростає. Натомість біосфера є відкритою системою, яка підтримує власний низький рівень ентропії, використовуючи для цього зовнішнє джерело якісної променистої енергії — Сонце — й розсіюючи в космічний простір низькоякісну теплову енергію. Тому, крім ентропії фізичної (ентропії замкненої системи), в екології використовують поняття «ентропія екологічна» — кількість необоротно розсіяної в просторі теплової енергії, яка, проте, компенсується трансформованою енергією зовнішнього джерела — Сонця.
Ж Ентропія екологічна. В Космосі ентропія зростає з плином часу, але всередині хаосу існують острівці порядку. Один із найважливіших серед них — життя.
Живі системи за рахунок високовпорядкованої енергії Сонця з низьковпорядкованих компонентів довкілля створюють свій,
вищий, ніж у довкіллі, порядок. За популярним серед фізиків висловом, живе живиться не енергією, воно живиться чужим порядком (наприклад, порядком сонячного світла, хімічних зв'язків органічної речовини). В процесі самовпорядковування жива речовина необоротно розсіює енергію, яка плине крізь екосистеми, тобто створює ентропію екологічну.
Теплове розсіяння енергії екосистемами відбувається двома основними шляхами: 1) звичайних утрат тепла через різницю в температурах біоти й довкілля; 2) втрат тепла організмами та їх угрупованнями в процесах метаболізму (зокрема дихання) у зв'язку з вивільненням енергії в ході екзотермічних реакцій.
З погляду другого закону термодинаміки біосфера не є «безвідходним виробництвом»: відходи її діяльності — це не речовина, а це низькоякісна теплова енергія, що випромінюється за межі планети, тобто ентропія.
Вважають, що еволюція біосфери відбувалася в напрямі зменшення екологічної ентропії. Адже за постійної кількості енергії, що надходить, чим менше тепла випромінюється, тим більше виконується корисної роботи, тим упорядкованішою стає система. Наприклад, у системі продуцент—редуцент корисна робота полягає в протидії розпаду тіл лише двох ланок — продуцентів і реду-центів, а в системі продуцент—консумент—редуцент — уже в підтриманні організації трьох компонентів. За однакової кількості зовнішньої енергії в обох випадках друга система, котра здійснює більше корисної роботи, випромінюватиме менше тепла, тобто матиме нижчу екологічну ентропію. З цього випливає, що чим довшими є ланцюги живлення, тим вони енергетично досконаліші.
Рослини поглинають енергію Сонця. Ця енергія циркулює
в системі, яку ми називаємо біотою й можемо зобразити
у вигляді багатосхідчастої піраміди. Нижня сходинка — ґрунт.
Сходинка, на якій розташовуються рослини, спирається
на ґрунт; сходинка, на якій розміщуються комахи, — на рослини;
птахи й гризуни — на комах, і так далі, через різні групи тварин,
до вершини, на якій перебувають великі хижаки.
Види, що становлять одну сходинку, об'єднуються
не походженням чи зовнішньою схожістю, а типом їжі... Піт
залежності, які відображають передавання енергії, що міститься
в їжі, від її первинного джерела (рослини) через низку організмів,
кожен з яких поїдає попереднього й з'їдається наступним,
називаються ланцюгами живлення... Земля, таким чином, —
це не просто ґрунт, а джерело енергп, що циркулює в системі,
69
Розділ І Сучасні підходи в науці про довкілля
Г п а є а 2
Біоекологія
яка складається з ґрунту, рослин і тварин. Ланцюги живлення — це живі канали, що подають енергію вгору, а смерть і тління повертають її в ґрунт. Система не замкнена — частина енергії втрачається в процесі тління, частина додається поглинанням із повітря, частина накопичується в ґрунті, торфі й лісах-довгожителях, але це система, яка діє постійно, своєрідний фонд життя, що повільно нагромаджується й перебуває в постійному обізі.
Л. Олдо,
найвидатніший
американський еколог,
лісівник, мисливствознавець
Велика кількість біомаси та енергії під час переходу з одного трофічного рівня на інший розсіюється, витрачається на підтримання температури тіла організмів, на перетворення в СО2; не вся біомаса нижчого рівня використовується як їжа організмами вищого рівня й не вся засвоюється організмами. Інакше кажучи, за другим законом термодинаміки, енергія перетворюється на тепло, що розсіюється в довкіллі й втрачається в просторі. Як зазначалося вище, за підрахунками екологів, лише 10 % біомаси одного трофічного рівня перетворюється на біомасу другого рівня (так зване правило десяти процентів).
■ Потік енергії в ланцюгах живлення залежить від довжини конкретного ланцюга, яка визначається кількістю трофічних рівнів. Продуценти, що синтезують органічну речовину, належать до першого трофічного рівня. Консументи, які поїдають органічну речовину продуцентів, наприклад травоїдні тварини (фітофаги), — до другого рівня; консументи, котрі поїдають фітофагів (наприклад, хижаки, що полюють на травоїдних), перебувають на третьому рівні й т. д. Редуценти, які розкладають органічні речовини на мінеральні компоненти, перебувають на останньому трофічному рівні й завершують ланцюг живлення. Вони остаточно вивільняють енергію, зв'язану раніше продуцентами.
Поїдаючи або розкладаючи органічну речовину представників попереднього трофічного рівня, консументи чи редуценти дістають речовину й енергію, необхідні для процесів метаболізму, побудови й підтримання власного тіла. При цьому близько 90 % енергії, запасеної в спожитій органіці, розсіюється у вигляді тепла й лише в середньому 10 % використовується на побудову та підтримання тіла того, хто цю органічну речовину спожив. На-
70
приклад, консументи першого порядку (фітофаги), які поїдають продуцентів, зберігають у вигляді органічної речовини свого тіла лише 10 % енергії, зв'язаної рослинами в процесі фотосинтезу; в тілі консумента другого порядку (зоофага, що живиться фітофагами) запасається тільки 1 % поглинутої сонячної енергії, а хижак, який живиться цим зоофагом (консумент третього порядку), в своїх клітинах містить лише 0,1 % сонячної енергії, зв'язаної рослинами.
Продукти життєдіяльності й відмерлі тіла як продуцентів, так і консументів стають джерелом енергії для редуцентів — бактерій і грибів, що розкладають (мінералізують) цю органічну речовину й одержують від 0,01 до 10 % запасеної енергії Сонця залежно від того, до якого трофічного рівня належав об'єкт живлення. Через такі великі втрати енергії під час переходу її з одного трофічного рівня на наступний ланцюги живлення не можуть бути довгими й зазвичай налічують не більше ніж п'ять ланок: ланку продуцентів, одну-три ланки консументів, ланку редуцентів.
Кругообіг речовин у біосфері. Існування життя на Землі залежить не лише від потоку енергії, а й від кругообігу речовин у біосфері. Будь-які живі організми дістають із довкілля хімічні елементи, котрі потім використовують на побудову чи підтримання своїх тіл і на забезпечення процесів розмноження. Всього відомо близько 80 елементів, необхідних біоті. З продуктами життєдіяльності або після смерті ці елементи знову потрапляють у довкілля — атмосферу, гідросферу чи літосферу, й у подальшому використовуються іншими організмами. Отже, в біосфері постійно відбувається кругообіг речовин. Прямо чи опосередковано цей кругообіг здійснюється за рахунок сонячної енергії та сил гравітації.
Хімічні елементи, які використовуються живою речовиною у великих кількостях і зазвичай становлять не менш як 0,1 % загальної маси організму, називають макроелементами. До макроелементів належать вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, сірка, калій, магній і кальцій. Усі ці елементи, за винятком кисню й водню, називають також біогенними елементами, оскільки жива речовина вибірково й у значній кількості поглинає їх із неживого середовища й концентрує в клітинах. Елементи, необхідні організмам у менших кількостях (до 0,1 %), належать до мікроелементів. Це мідь, цинк, молібден, бор, йод, силіцій та ін.
71
Розділ І Сучасні підходи в науці про довкілля