Экологические системы

Рассмотрим два очень распространенных примера экосистем -наземную лугопастбищную и озерную. В каждой из этих систем источником энергии является Солнце, среда в первой системе представлена атмосферным воздухом и почвой, во второй системе - водой и донными осадками. Продуцентами в первой системе будут относительно крупные растения, во второй - очень мелкие, часто микроскопические формы (фитопланктон). Функции консументов первого порядка на лугах выполняют растительноядные животные (насекомые и млекопитаищиеся лугопастбищного сообщества), в озерах - зоопланктон в толще воды; консументами второго порядка на лугу являются птицы и другие сухопутные животные, а в озере - рыбы. Различный видовой состав будут иметь и редуценты луга и озера (разлагавшие бактерии и грибы). Таким образом, структура и функционирование обоих экосистем сходны, но их среда и видовой состав биоценозов (т.е. совокупность живых существ, входящих в каждую экосистему) различны. При этом виды растений, микроорганизмов и животных каждой из рассмотренных экосистем, взятых в конкретных границах того или иного луга или озера, представляют собой популяции соответствующих трав, насекомых, птиц, грызунов, рыб и т.д.

Скорость разложения мертвых организмов зависит от вида органического вещества. Ткани животных могут разлагаться сравнительно быстро, а древесина - более медленно. Наиболее устойчивым продуктом разложения является гумус, накапливающийся в почвах столетиями. Процесс разложения ускоряется человеком за счет сжигания органических веществ, ускорения распада гумуса при интенсивном или нерациональном сельскохозяйственном производстве, сведении и сжигании лесов. Часть вновь образованного органического вещества может храниться в экосистеме в форме запасов веществ.

Параллельно круговороту веществ в экосистеме идет круговорот энергии с неизбежными ее потерями на каждом этапе. Эти потери в схеме (рис. 1.4) обозначены как сток тепла. Сток тепла обозначает неизбежное рассеивание энергии для поддержания экосистемы на более высоком уровне упорядоченности, т.е. на более низком уровне энтропии. Такая возможность поддержания высоких степеней упорядоченности на первый взгляд противоречит второму закону термодинамики (закону энтропии). Однако для неравновесных сред эта возможность была теоретически доказана лауреатом Нобелевской премии Ильёй Пригожиным (см. подраздел 1.1).

В экосистеме создаются определенные запасы вещества и энергии, часть из которых может экспортироваться из системы. В наше время в биосфере в целом распадается количество вещества, примерно равное вновь образуемому. Однако около 300 млн. лет тому назад распад органического вещества был меньше; определенная его часть оставалась в биосфере, образуя запасы горючих ископаемых. В последующие эпохи наблюдались колебания в создании и распаде органики, что привело к изменению содержания СО2 в атмосфере планеты и соответственно к глобальным изменениям климата, одним из проявлений которых были оледенения.

Превращения энергии в экосистемах

Основным источником энергии для экосистем является энергия Солнца. Именно она создает тепло на поверхности планета, кинетическую энергию потоков воздуха и потенциальную энергию гидросферы. Потребность человека в энергии около 40 ккал/кг в день. Потребность живых организмов в энергии с уменьшением их размеров резко возрастает (для птиц она 1000 ккал/кг в день, а для насекомых - 5000 ккал/кг в день). Солнечный свет дает 2 кал*см2 *мин-1 , но до земной поверхности в полдень доходит не более 1,34 кал*см2*мин-1. При этом 40% солнечной энергии отражается в космос, 60% переходит в тепло, расходуется на испарение, осадки, ветер, волны и фотосинтез. Из 100% солнечной энергии, падающей на зеленый лист, усваивается и запасается в органическом веществе всего 2%.

Еще статьи

Влияние автотранспорта на состояние окружающей среды
Проблема надежной охраны окружающей среды, рационального и максимального использования природных ресурсов является одной из наиболее актуальных среди глобальных проблем. Транспортный комплекс, в частности в России, включающий в себя автомобильный, морской, внутренни ...