В экосистемах как самоподдерживающих системах, обходящихся своими внутренними ресурсами, энергетические процессы подчиняются общим принципам превращения энергии. Таких принципов несколько. Основной из них - закон сохранения энергии, который применительно к экосистемам можно формулировать следующим образом: энергия, поступающая в систему, либо накапливается в ней, либо выносится из нее.[ ...]
Природные экосистемы получают энергию для своего функционирования путем поглощения солнечной энергии, падающей на ее территорию. Такое поглощение, т.е. введение энергии в экосистему, осуществляют зеленые растения за счет фотосинтеза на листовой поверхности. Количество энергии, поступающей в экосистему, будет определяться количеством биомассы листвы в ней. Экосистема не может поглощать больше солнечной энергии, чем то количество, которое падает на нее. Если биомасса листвы растений в экосистеме достаточна, чтобы поглотить весь этот свет, экосистема уже ничего больше не может сделать для увеличения воспринимаемого листвой энергетического потока. Солнечная энергия является главным источником энергии для экосистемы. В качестве второстепенных источников энергии можно рассматривать ветер, воду, геохимические процессы, способные ввести в экосистему какое-то количество дополнительной энергии и веществ.[ ...]
Второй принцип - закон деградации энергии - утверждает, что во всех процессах некоторая часть энергии теряет свою способность совершать работу и ухудшает свое качество (диссипация энергии). Следовательно, способная совершать работу потенциальная энергия пищи не может быть использована многократно.[ ...]
Если в пищевой цепи каждый пищевой уровень рассматривать как процесс производства пищи для последующего пищевого уровня, то в соответствии с законом деградации энергии такой процесс связан с понижением качества большей части потенциальной энергии, поступающей с пищей, и превращением ее в тепловую энергию, рассеиваемую в окружающую среду. При этом какая-то часть энергии сохраняется в виде высококачественной энергии, заключенной в пище для последующего пищевого уровня. Согласно второму принципу количество высококачественной энергии, заключенное в пище, для последующего пищевого уровня всегда меньше, чем для предыдущего.[ ...]
В среднем с уровня на уровень переходит около 10% концентрированной энергии. Можно подсчитать, что энергия, которая доходит до пятого пищевого уровня в цепи, составляет всего 0,01% энергии, поглощенной продуцентами. Следовательно, в энергетическом аспекте пищевая цепь представляет собой процесс ступенчатой деградации высококачественной энергии, преобразованной растениями из рассеянной солнечной энергии в процессе фотосинтеза, и превращение ее в бесполезную для этой системы тепловую энергию.[ ...]
Тенденция потенциальной энергии к деградации на протяжении пищевой цепи приводит к возрастанию неупорядоченности и росту энтропии как меры беспорядка в экосистеме. Возрастание неупорядоченности в экосистеме проявляется в увеличении в энергетическом балансе экосистемы доли тепловой энергии, представляющей собой бесполезную для жизненных процессов энергию хаотического движения молекул, и накоплении энергетически ненасыщенных конечных продуктов метаболизма организмов. Все это могло бы г оивести к постепенному разрушению упорядоченности экосистем, есл« бы не существовал природный механизм поддержания динамического равновесия в экосистемах.[ ...]
Энергетический баланс в экосистеме, так же, как в биосфере, обеспечивается за счет непрерывного рассеивания во внешний мир эквивалентного поступающей солнечной энергии количества тепловой энергии.[ ...]
Третий принцип - закон максимизации энергии - утверждает, что в конкурентной борьбе с другими выживает та экосистема (сообщество), которая использует большее количество энергии и потребляет ее наиболее эффективным образом. Согласно этому закону в соперничестве между собой в процессе эволюции выживают те содружества, которые наилучшим образом способствуют как поступлению энергии в экосистему, так и использованию энергии внутри системы. В любой экосистеме выживают растения тех видов, которые наилучшим образом используют солнечную энергию, энергию дождя и питательных веществ почвы.[ ...]
В экологической системе главный источник энергии Солнце, а второстепенным источником энергии является вода, ветер, органические вещества и геохимические процессы. Специализация видов способствует включению вторичных энергетических потоков в общую систему. Например, растения некоторых, видов имеют длинные корни, позволяющие извлекать минеральные питательные вещества с большой глубины (например, корни верблюжьей колючки углубляются на 35 м). Потоки воздуха обеспечивают опыление некоторых растений, листья при засухе используют испарение содержащейся в них воды для охлаждения. Тем самым они наилучшим образом поддерживают жизнедеятельность системы в целом. Остальные виды и сочетания видов в процессе эволюции вымирают.[ ...]
Вернуться к оглавлению