تحولات الطاقة في النظم البيئية

تتلقى النباتات طاقة الشمس وتستخدمها لتحويل المركبات غير العضوية إلى مركبات عضوية غنية. على وجه التحديد ، يقومون بتحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز وأكسجين. لذلك ، تتطلب الأنشطة البيولوجية في النظام البيئي طاقة من الشمس.

تخضع الطاقة الشمسية المستلمة لتحويل الطاقة في النظم البيئية إلى طاقة كيميائية ، والتي ترتبط في شكل جلوكوز كطاقة محتملة أثناء عملية التمثيل الضوئي. ثم تتدفق هذه الطاقة في جميع أنحاء النظام البيئي من خلال السلسلة الغذائية وعملية تسمى تدفق الطاقة.

البناء الضوئي يمثل بداية سلسلة من تحويلات الطاقة في النظام البيئي ، والتي يمكن رؤيتها في العديد من أمثلة السلسلة الغذائية. يتغذى عدد من الحيوانات على منتجات التمثيل الضوئي ، على سبيل المثال عندما تأكل الماعز الشجيرات وتأكل الديدان العشب وتأكل الجرذان الحبوب. عندما تتغذى الحيوانات على هذه المنتجات النباتية ، يتم نقل الطاقة الغذائية والمركبات العضوية من النباتات إلى الحيوانات.

ستظهر معظم أمثلة السلسلة الغذائية في النظم البيئية أيضًا أن تلك الحيوانات التي تأكل المنتجين موجودة تتغذى على الحيوانات الأخرى ، مما يزيد من نقل الطاقة والمركبات العضوية من حيوان إلى اخر. بعض الأمثلة على هذا النظام البيئي عندما يأكل البشر الأغنام ، عندما تتغذى الطيور على الديدان وعندما تأكل الأسود الحمير الوحشية. يمكن أن تستمر سلسلة تحويل الطاقة هذه من نوع إلى آخر لعدة دورات ، لكنها ينتهي الأمر في النهاية عندما تتحلل الحيوانات الميتة ، لتصبح تغذية للفطريات والبكتيريا وغيرها المحللات.

أمثلة على الفطريات والبكتيريا المحللات في تحويل الطاقة في النظم البيئية. هم مسؤولون عن تحطيم المركبات العضوية المعقدة إلى مغذيات بسيطة. المُحلِّلات مهمة في النظام البيئي لأنها تكسر المواد الميتة التي لا تزال تحتوي على مصادر للطاقة. هناك أنواع مختلفة من الكائنات الحية المُحللة ، المسؤولة عن إعادة المغذيات الأبسط إلى التربة لتستخدمها النباتات - ومن ثم تستمر دورة تحويل الطاقة.

يتم نقل الطاقة المتراكمة من قبل المنتجين الأساسيين عبر السلسلة الغذائية من خلال مستويات غذائية مختلفة في ظاهرة تسمى تدفق الطاقة. ينتقل مسار تدفق الطاقة من المنتجين الأساسيين إلى المستهلكين الأساسيين إلى المستهلكين الثانويين وأخيراً إلى المُحلِّلات. ينتقل ما يقرب من 10 بالمائة فقط من الطاقة المتاحة من مستوى غذائي إلى آخر.

تُظهر أمثلة النظام البيئي وأمثلة السلسلة الغذائية داخل النظم البيئية هذا المفهوم أسهل قليلاً.

على سبيل المثال ، في النظام البيئي للغابات ، تحول الأشجار والأعشاب الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية. تتدفق هذه الطاقة إلى المستهلكين الأساسيين للنظام البيئي مثل الحشرات والحيوانات العاشبة مثل الغزلان. المستهلكون الثانويون مثل الثعالب والذئاب والطيور يأكلون ويحصلون على الطاقة من تلك الكائنات. عندما تموت أي من هذه الكائنات ، تقوم الفطريات والديدان والمحللات الأخرى بتفكيكها لتلقي الطاقة والمواد المغذية.

يحدث تدفق الطاقة عبر سلسلة غذائية نتيجة لقانونين للديناميكا الحرارية ، يتم تطبيقهما على النظام البيئي.

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن العمليات التي تنطوي على تحويل الطاقة لن تحدث تلقائيًا ما لم يكن هناك تدهور للطاقة من شكل غير عشوائي إلى شكل عشوائي. يتطلب هذا القانون أنه في أي نظام بيئي ، يجب أن يكون كل نقل للطاقة مصحوبًا بتشتت الطاقة في التنفس أو الحرارة غير المتاحة. ببساطة: يؤدي نقل الطاقة بين المستويات الغذائية أيضًا إلى فقدان الطاقة من خلال الحرارة.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية هو قانون الحفاظ على الطاقة ، والذي ينص على أنه يمكن تحويل الطاقة من مصدر إلى آخر ولكن لا يتم إنشاؤها أو تدميرها. في حالة حدوث زيادة أو نقصان في الطاقة الداخلية (E) لنظام بيئي ، يتم العمل (W) ، وتتغير الحرارة (Q).