Energia ökoszisztémákban
A napenergia mennyisége az ökoszisztémában
Jön a felszínre bolygó a napenergia használják az ökoszisztémában. Az összeg ez az energia igen nagy, mintegy 55 kcal 1 sq.cm. évente. Azonban, a növények vannak rögzítve nem több mint 1-2% -a napenergia (a sivatagok és az óceán - század mennyiségben), a mérleg fordítunk az fűtés a levegő, a föld és a párolgás. A felhalmozott napenergia növények viszonylag kevés - nem több, mint 7-10% - megy a növényevő állatok táplálkoznak élő növények. A legtöbb használják simbiotrofy (baktériumok, gombák), hogy kap áramot a növény gyökerei, a talaj felszabaduló szénhidrátok (élő vagy közvetlenül a gyökér), és a törmelék és a lebontó táplálkozó elpusztult növények.
Megértéséhez energiaátalakító folyamatok az ökoszisztéma hasznos termodinamikai törvények, amelyek által megfogalmazott fizikus. A termodinamika első főtétele kimondja, hogy az energia nem keletkezik, és nem tűnik el, hanem csak átalakított egyik formából a másikba. Ezért az energia az ökoszisztéma nem jön magától, hanem belép kívülről - a Nap, vagy kémiai reakciói szervetlen anyagok. A heterotróf antropogén ökoszisztémák energia származik dedikált energiájú eszközök, amely bekapcsolja az elektromos energia és az energia, hogy felkészüljenek a szén tüzelőanyagok.
A termodinamika második törvénye. vagy az entrópia törvénye, számos definíciója. Az egyik ezek közül a következők: kapcsolódó folyamatok energiaátalakító csak spontán módon, feltéve, hogy az energiát ad át a koncentrált formában diszpergált (degradált). Például, a hő több mint egy fűtött objektum hideg környezetben. A termodinamika második törvénye lehet az alábbiak szerint történik: mivel néhány energia eloszlik, és mindig használatra rendelkezésre álló hőenergia hatásfoka spontán átalakulását kinetikus energia potenciál mindig kevesebb, mint 100%. Entrópia (a görög Entropia -. Forgatás, átalakítására) - intézkedés a megkötött energia elérhetetlenné válik a használatra. Ezt a kifejezést használják az intézkedés a változás érdekében, ami akkor jelentkezik, ha az energia lebomlását.
A termodinamika második törvénye - a törvény célja, hogy csökkentse az energia minőségét. Azt mutatja be, hogy az energia átalakul egyik formából a másikba. Mindenesetre energia átalakítása bizonyos, hogy mindig megy gyengébb minőségű, kevésbé hasznos energiát. E törvény szerint, a növények csak egy része a beérkező napenergia az ökoszisztémában, a többi eloszlik, és hővé alakul, amely fogyasztott a fűtés a közeg ökoszisztéma. Csak egy kis része az elnyelt napenergia fordítható üzem gyártási folyamatot. Energiaelnyelő légzés során folytatódik és átadása heterotróf szervezetek. Az átmenet az első energia táplálkozási szintre (termelők), a második (és növényevő simbiotrofov), harmadik (ragadozók elsőrendű), stb jelentős számú a jól diszpergált és csökkenti annak minőségét. Ezért az energia átviteli hatékonysága egyik trofikus szintről a másikra nem haladja meg a 7-10%.
A csökkenő tendencia a minőségi kiterjed az energia, hogy átadják az egyik trofikus szintről a másikra: halála után a szervezetek a szervezetben, amelyek rögzítik, meg kell semmisíteni a szűkítő és az energia teljesen eloszlik.
A legfontosabb termodinamikai jellemző élőlények, az ökoszisztémák és a bioszféra egésze tekinthető képes létrehozni és fenntartani a magas fokú belső rend, vagyis az állam az alacsony entrópia. Alacsony entrópia elért állandó és hatékony szórási könnyen felhasználható energia. A rendelés az ökoszisztéma által fenntartott lélegzik az egész közösség, amely mindig „szar” rendellenesség. Következésképpen, az ökoszisztémák és szervezetek nyitott termodinamikai nem egyensúlyi rendszer, folyamatosan cseréje és a külső anyag és az energia, miközben csökkenti az entrópia önmagukban, hanem növeli a passzív összhangban termodinamika.
A termodinamika nincsenek kivételek, és minden olyan természetes vagy mesterséges rendszer, amely nem engedelmeskedik nekik, elkerülhetetlenül elpusztul.
Minden egyes megnyilvánulása az élet kíséri energia átalakítása, ami ebben az esetben nem teremtett sem elpusztult. Az energia érkezett a Földre a fény formájában van egyensúlyban kisugárzott energia a felületéről formájában láthatatlan sugárzás. Anélkül, az energia átvitelét nem lenne élet a Földön. Abban az esetben, elvesztése képes előállítani és tárolni elegendő mennyiségű nagy energiájú emberi társadalom lesz zárt rendszer, és összhangban a termodinamika második törvénye, elvesztené rendezettség.
Ökológiai tanulmányok közötti kapcsolat világos és környezeti rendszerek és eljárások energia átalakítása a rendszeren belül. Következésképpen, a kapcsolat a növények és az állatok-termelők-fogyasztók között ragadozó és zsákmány, nem beszélve a bőség és fajösszetétele organizmusok minden élőhely, korlátozott, és szabályozott áramlási energia átalakul annak koncentrált formában szétszórt. Minden rendszer, mind az élő és nem élő (például egy autó) az irányadó ugyanazon termodinamika. A különbség abban rejlik, hogy az élő rendszerek, amelyek egy részét a rendelkezésre álló energia áll rendelkezésre bennük, képesek regenerálódni és a „pumpált” a betegség, és a gép rögzíti, szétforgácsolná energiát más rendszerekkel.
Amikor fény elnyelődik a tárgy melegíti fel: a fény energia alakul hővé. Köztudott, hogy a föld, és a víz nem azonos mennyiségben felszívni a napenergia. Ennek eredményeként, vannak meleg és hideg régiókat, ami az oka a légáramlatokat, amely képes elvégezni a különböző típusú művelet (motorok forgatni, emelje víz, stb.) Vagyis ebben az esetben, a fény energia alakul át hőenergiává a földfelszín, majd a lehetőséggel, mivel ez lehet alakítani más energiaforrások. Az energia létrehozásához szükséges kinetikus energiája a patak nevű kiürült. Az energia mennyisége bármilyen formában mindig arányos összegét energia formájában, amiben mozog, így, tudva az értéke egy, a másik lehet számítani. „A fogyasztás” energiát nem fogyasztják, és bemegy egy állam egy kis használat lehetősége. Például, benzin, önteni a tartály az autó kiégett, de a tárolt energiát, nem tűnik el, hanem átalakul formák, amelyek nem alkalmasak a kocsiban.
Szerint a termodinamika második törvénye, bármilyen energia végül bemegy felhasználható formában, a legkisebb és a legkönnyebben eloszlik. Jelenleg a Föld olyan állapotban van, messze az energiamérleg. Ez egy nagy park a potenciális energia, hőmérséklete eltér a különböző területeken, és ezek a különbségek tartják állandó energiaellátást.
Meg kell jegyezni, hogy az összes ismert a világ természeti jelenség, amely az állandó energia átalakítása része a teljes folyamat, amely elvezet a fenntartható energia-egyensúly, azaz a napenergia üti a földet, kérve, hogy alakulnak a hőt. Csak egy kis része átalakul potenciális energia, a növények által szintetizált.
Az alapösszeg a sugárzó energia hővé és túlmutat a korlátokat a bioszférában. A többi az élővilág kap egy potenciális kémiai energia által létrehozott növények és baktériumok chemosynthetic. Például, a legtöbb állat az abszorbeált kémiai energia hővé alakul át, hanem egy kisebb részét alakítjuk kémiai potenciális energia a szerves anyagok újonnan létrehozott. Minden szakaszban a energia transzfer egyik szervezetből egy másik jelentős része a hőként eltűnt. Ebben az esetben általában csökkennek a rendelkezésre álló energia fennmaradó minősége javítható.
Energia környezet jellemzői ökoszisztéma
Olyan szervezetek, amelyek működnek a Föld felszíne vagy annak közelében, a nyert energiával a napsugárzás és a hosszú hullámú hősugárzás - a környező szervek. Mindkét tényező határozza meg a készlet éghajlati viszonyok: hőmérséklet, a sebesség a víz elpárolgását, a mozgása légtömegek, stb Egy kis része a felhasznált energia a fotoszintézis, amely élő összetevője az ökoszisztéma. Napfény esik meg bolygónkat az űrből energiájú 1,98 cal / cm. percenként (szoláris állandó), miközben áthalad a légkör csökken. Egy tiszta nyári délután eléri a Föld felszínét nem több mint 67% -át a fényenergiát, és áthaladás során a felhő, a víz és a növényzet csökkent még nagyobb mértékben. Átvétele napenergia autotróf réteget ökoszisztémák naponta 100 és 800 kcal / sq.cm. átlagosan 300-400 kcal / négyzetcentiméter.
A teljes fluxus energia különböző rétegeiben az ökoszisztéma az évszaktól függően, valamint a helyét a világon van kitéve jelentős ingadozása.
A napsugárzás áthaladó légkörben van gyengítve atmoszférikus gázok és a por, a mértéke a csillapítás függ a fény hullámhossza. Az ultraibolya sugárzás hullámhossza kisebb, mint 0,3 mikron aligha áthalad az ózonréteget, amely magasságban 15-25 km. Ebből réteg függ az élet a bolygónkon, mint az ultraibolya fény egy pusztító hatása az élő szervezetekre. Sugárzás az optikai régió (látható fény) legyengített fokozatosan; infravörös sugárzás elnyelődik a légkörben másképp - attól függően, hogy a hullámhossz.
A sugárzó energia, amely eléri a föld felszínén egy tiszta napon körülbelül 10% az UV sugárzást, 45% a látható fényt, és egy 45% - az infravörös sugárzás (Reifscnyder Lull, 1965.). Legalább, amikor áthalad a levegő és a víz gyengíti a látható fény, amely közvetlenül részt vesz a fotoszintézis. Ez az úgynevezett fotoszintetikusan aktív sugárzás (PAR).
Minden élet a Földön egy termikus sugárzás (kivéve a sugárzó energia). Bocsátanak ki hőt, és valamennyi felület a test, amelynek a hőmérséklete az abszolút nulla. (Meg kell jegyezni, hogy a hő jellemző sugárzás nemcsak az egyes elemek az ökoszisztéma - talaj, növények, a víz, stb, de a felhők, hogy egy kiegészítő mennyiségű energiát a föld felszínén.) Heat terjed szabadon minden irányban, a sugárzó energia ugyanaz egyértelmű irányt, és csak jön a délután. Ezért, az összeg a termikus energiát, hogy kapott növényeket lehet többször irányított napsugárzást. Arra is szükség van, hogy vegye figyelembe, hogy a termikus energia elnyelődik szinte teljesen az napsugárzást.
Nagy jelentőséggel bír az organizmusok létezése, és a hatékony felhasználása a környezet az alkalmazkodóképesség napi hőmérséklet-változások, amelyek jobban függ a víz és a növényzet. Például a sivatagban a napi energia áramlását sokszor egy éjszaka, és ez a nap folyamán gyakorlatilag nem változott az óceán mélyén területeken, vagy a mélyben az esőerdő. Következésképpen a víztömeg és az erdei biomassza sima ingadozás energetikai jellemzőinek, mint megvédeni élőlények stressz.
A ökoszisztémák feltételeinek organizmusok létezése határozza meg a teljes sugárzási fluxus. Ugyanakkor, az ökoszisztéma termelékenység és tápanyagkörforgás sokkal fontosabb az a teljes közvetlen napsugárzás, vagyis a napenergia, hogy a zöld növényekre időegység. Ez az áram a primer energia aktiválja az összes biológiai rendszerekben. A legtöbb bioszféra folyamatosan kap összenergia 300-400 kcal / négyzetméter naponta, vagy 1,1-1.500.000 kcal / nm évente (lásd alább a veszteségi Yu.Odumu.).
Diszperziós napsugárzás (a Yu.Odumu 1975)
Az energiafogyasztás és a százalékos éves bevétel a bioszférában
Közvetlen átalakítás hő 46,0
Bepárlás, kicsapás 23,0
A szél, a hullámok, áramlatok 0.2
Árapály-energia körülbelül 0,0017% -a napenergia, hő a Föld - körülbelül 0,5%.
Különösen fontos az úgynevezett nettó sugárzás a Föld felszínén - a különbség a teljes fluxus a visszavert sugárzó energia és a föld felszínét. Éves nettó sugárzás között 40 „északi szélesség és 40” déli szélesség óceánok több mint 1 millió kcal / négyzetméter évente, és több mint a kontinensen - 0.600.000 kcal / nm évente. Egy ilyen hatalmas mennyiségű energiát fordítunk a víz elpárolgását, a formáció a termikus légáramlatok és a hőként eltűnt űrbe. Azt mondhatjuk, hogy az egész Föld képes közelíteni az energia-egyensúlyt. Ezért minden olyan eljárás, amely lassítja a kilépő fényenergia a térben, így a hőmérséklet-emelkedés a bioszférában.
A teljes összeg napenergia belépő a bioszféra, körülbelül 70% hővé és fogyasztott párolgás és egyéb folyamatok, és csak 1% megy közvetlenül az élelmiszer és egyéb biomassza. Nem szabad feltételezni, hogy a legtöbb energia elvész hiába támogatja bizonyos hőmérsékleti körülmények között bolygónkon, hajtja az időjárási rendszerek és a víz körforgása, az élethez szükséges. egyes régiókban az árapály energia és a belső hő a Föld is hasznos lehet, de alacsony a hő egyensúlyt. Sok termikus energia koncentrálódik mélyen a föld gyomrában, de ez szinte elérhetetlen, és ezért szinte soha nem használt.