Энергия в экосистемах

Для функционирования любой экосистемы необходимы:

1) Солнечная либо другая энергия.

2) Элементы питания в виде неорганических и органических компонентов, содержащихся в почвах, воде, донных отложениях.

3) Автотрофные и гетеротрофные организмы, осуществляющие процесс концентрации энергии, образования органического вещества и перераспределение его в биосфере Земли.

В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным биомам экосистем, которые всегда могут повторно использоваться, энергия может быть использована только один раз. Экосистемы — открытые биологические системы, и односторонний приток энергии определяется действием законов термодинамики.

Первый закон термодинамики гласит, что «энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена». Пример, в экосистемах солнечная энергия переходит в потенциальную энергию, создаваемых органических веществ.

Второй закон термодинамики: «Не существует ни одного процесса, связанного с превращениями или перераспределения энергии без потерь некоторой части энергии». Это означает, что не существует процессов, идущих со стопроцентной эффективностью, часть энергии обязательно рассеивается в форме тепла.

Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце, и поток энергии превышает 20 млн.Эдж (10 ¹³Дж).

Из за шарообразности Земли, к границе атмосферы приходит только ¼ этого потока. К поверхности Земли поступает 1,54 ЭДж (7%). Из этого количества отражается от поверхности 30%, превращается в тепло 46%, идет на испарение и выпадение осадков (участвует в круговороте воды) 23%, фотосинтез 0,8%, участвует в перемещении ветровых и водных масс 0,2%.

Для сравнения: собственное тепло Земли 0,5% от солнечной энергии, энергия приливов и отливов 0,0017%.

Вся продуктивность всех экосистем в перерасчете на энергию составляет менее 1% от солнечной. Величина падающей на землю энергии 1,54ЭДж, в 5 раз превышает все годовое производство энергии на всех электростанциях и в 5,5 раз энергию всех энергетических полезных ископаемых, доступных для человечества и накопленных в течении как минимум 100 млн. лет.

1) На границе земной атмосферы с космосом количество солнечной энергии практически постоянно, оно определяется величиной 1,98 калорий/см² в минуту, и называется «солнечной постоянной».

Изменение общего потока солнечного излучения зависит от:

® Географического расположения экосистемы (от полюса к тропикам поток возрастает).

® От экспозиции склона (южный склон получает больше радиации, чем северный).

® От рельефа местности (в холмистых и гористых областях солнечной энергии приходит меньше, чем на равнине).

Каждый биотоп, входящий в экосистему, характеризуется:

1) световым режимом — продолжительностью светового дня и темновой фазы.

2) интенсивностью радиации (Дж/см² в мин.).

3) величиной Альбедо, равной отношению % отраженной энергии к падающей. Величина Альбедо зависит от угла падения лучей и свойств отражающей поверхности и составляет:

Земля в целом 28%; Город зимой 20-25%; Пастбище 20%;

Пустыня 30%; Ледники и снежники 70-90%; Водная поверхность 6-30%.

Один из основных принципов функционирования экосистем гласит: «Экосистемы существуют за счет, не загрязняющей среду и практически вечной, солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно». Солнечная энергия является одним из важнейших экологических факторов, определяющих существование живых организмов; с одной стороны — он служит первичным источником энергии, с другой — прямое воздействие света на живые клетки губительно.