Энергии в биосфере

Биосфера - это открытая термодинамическая система, которая получает энергию в виде лучистой энергии Солнца и тепловой энергии процессов радиоактивного распада веществ в земной коре и ядре планеты. Ежегодно Земля получает от Солнца энергию, большая часть этой энергии отражается от облаков, пыли и земной поверхности (около 34%), нагревает атмосферу, литосферу и Мировой океан, после чего рассеивается в космическом пространстве в виде инфракрасного излучения (42%), расходуется на испарение воды и образование облаков (23 %), на перемещение воздушных масс - образование ветра (около 1%). И только 0,023% солнечной энергии, попадающей на Землю, улавливается продуцентами - высшими растениями, водорослями и фототрофных бактериями - и запасается в процессе фотосинтеза в виде энергии химических связей органических соединений.

В экологических системах происходит много преобразований энергии: лучистая энергия Солнца благодаря фотосинтезу превращается в энергию химических связей органического вещества продуцентов, энергия, запасенная продуцентами, - на энергию, аккумулированную в органическом веществе консументов разных уровней, и т. д. Современное человеческое общество также превращает огромные количества одной энергии на другую.

Большое количество биомассы и энергии при переходе с одного трофического уровня на другой рассеивается, расходуется на поддержание температуры тела организмов, на превращение в СО2; не вся биомасса низшего уровня используется как пища организмами высшего уровня и не вся усваивается организмами. Иначе говоря, по второму, законом термодинамики, энергия переходит в тепло, рассеивается в окружающей среде и теряется в пространстве. Как отмечалось выше, по подсчетам экологов, только 10% биомассы одного трофического уровня превращается в биомассу второго уровня (так называемое правило десяти процентов). Поток энергии в цепях питания зависит от длины конкретной цепи, которая определяется количеством трофических уровней. Продуценты, синтезирующие органическое вещество, относятся к первому трофического уровня. Консументы, поедающие органическое вещество продуцентов, например травоядные животные (фитофаги), - до второго уровня; консументы, которые поедают фитофагов (например, хищники, охотящиеся на травоядных), находятся на третьем уровне и т. д. Редуценты, которые разлагают органические вещества на минеральные компоненты, находящиеся на последнем трофической уровне и завершают цепь питания. Они окончательно высвобождают энергию, связанную ранее продуцентами.

Поедая или раскладывая органическое вещество представителей предыдущего трофического уровня, консументы или редуценты получают вещество и энергию, необходимые для процессов метаболизма, построения и поддержания собственного тела. При этом около 90% энергии, запасенной в потребленной органике, рассеивается в виде тепла и только в среднем 10% используется на построение и поддержание тела того, кто эту органическое вещество употребил. Например, консументы первого порядка (фитофаги), которые поедают продуцентов, содержатся в виде органического вещества своего тела лишь 10% энергии, связанной растениями в процессе фотосинтеза; в теле консументы второго порядка (плотоядным, питающийся фитофагами) запасается только 1% поглощенной солнечной энергии, а хищник, питается этим плотоядным (консументы третьего порядка), в своих клетках содержит только 0,1% солнечной энергии, связанной растениями.

Продукты жизнедеятельности и отмершие тела как продуцентов, так и консументов становятся источником энергии для редуцентов - бактерий и грибов, разлагающих (минерализируют) эту органическое вещество и получают от 0,01 до 10% запасенной энергии Солнца в зависимости от того, к какому трофического уровня принадлежал объект питания. Через такие большие потери энергии при переходе ее из одного трофического уровня на следующий цепи питания не могут быть длинными и обычно насчитывают не более пяти звеньев: звено продуцентов, одну-три звена консументов, звено редуцентов.Круговорот веществ в биосфере.

Существование жизни на Земле зависит не только от потока энергии, но и от круговорота веществ в биосфере. Все живые организмы получают из окружающей среды химические элементы, которые затем используют на построение или поддержание своих тел и на обеспечение процессов размножения. Всего известно около 80 элементов, необходимых биоте. С продуктами жизнедеятельности или после смерти эти элементы снова попадают в окружающую среду - атмосферу, гидросферу или литосферу, и в дальнейшем используются другими организмами. Итак, в биосфере постоянно происходит круговорот веществ. Прямо или косвенно этот круговорот осуществляется за счет солнечной энергии и сил гравитации.