Вопрос 7.

Изучение превращения энергии внутри экосистем одна из важных задач экологии. Продуценты усваивают солнечную энергию, которая превращается в другие формы при потреблении пищи гетеротрофными организмами. С точки зрения изучения потоков энергии важно понять, что превращения энергии идут только в одном направлении в отличие от круговорота веществ в природе, поэтому говорят о потоке энергии.

Изучение потока энергии базируется на двух началах термодинамики. 1)энергия не может создаваться заново и исчезать, а только переходит из одной формы в другую.

Процессы, связанные с превращением энергии могут протекать самопроизвольно только при условии, если энергия переходит из концентрированной системы в рассеянную.

В закрытых системах энергия стремится распределиться равномерно, то есть система стремится к состоянию максимальной энтропии. Отличительной особенностью экосистем и биосферы в целом является способность создавать и поддерживать высокий уровень внутренней упорядоченности, то есть низкую энтропию.

Свойство живых систем извлекать упорядоченность из окружающей среды дало основание предположить, что для них второе правило термодинамики не выполняется. На самом деле второе начало термодинамики звучит так: эффективность самопроизвольного превращения энергии всегда меньше 100%.

В соответствие с этим поддержание жизни на Земле без притока солнечной энергии невозможно. В экосистемах перенос энергии-пищи от ее источника, растений, через ряд организмов, происходящий путем поедания одних другими, называется пищевой цепью.

При каждом очередном переносе 80-90% потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. Число звеньев в цепи 4-5. Переход к каждому следующему звену уменьшает энергию в 10 раз.

Экологическая пирамида представляет собой трофическую структуру, основанием которой служит уровень продуцентов, а последующие уровни, образующие вершину, могут быть трех типов:

1. Пирамида чисел (отражающая численность отдельных организмов).

2. Пирамида биомассы (характеризующая общий сухой вес, калорийность или другую меру общего количества живых веществ).

3. Пирамида энергии (показывающая величину потока энергии на последующих трофических уровнях).

Важнейшей характеристикой экосистемы является ее продуктивность, под которой понимают как рост, так и создание органического вещества. Растениями поглощается около половины падающей на них лучистой энергии, а в продукт фотосинтеза превращается не более 5% этой энергии. Среди произведенной в связи с фотосинтезом энергии выделяют первичную продуктивность, которая определяется как скорость, с которой лучистая энергия усваивается растениями. Скорость накопления энергии на уровне консументов называется вторичной продуктивностью.

Вопрос 8-9.

Биосфера – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена:

I) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства;

2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни;

3) водной средой океанов, рек, озер и т. п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы (рис. 6.2).

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

— стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

— обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.