Energetické transformace v ekosystémech

Rostliny přijímají sluneční energii a používají ji k přeměně anorganických sloučenin na bohaté organické sloučeniny. Konkrétně přeměňují sluneční světlo a oxid uhličitý na glukózu a kyslík. Biologické aktivity v ekosystému proto vyžadují energii ze slunce.

Přijatá sluneční energie prochází v ekosystémech energetickou transformací na chemickou energii, která je během procesu fotosyntézy vázána ve formě glukózy jako potenciální energie. Tato energie poté proudí celým ekosystémem prostřednictvím potravinového řetězce a procesu zvaného tok energie.

Fotosyntéza ohlašuje začátek řetězce energetických přeměn v ekosystému, který lze vidět na mnoha příkladech potravinového řetězce. Řada zvířat se živí produkty fotosyntézy, například když kozy žerou keře, červi žerou trávu a krysy žerou zrna. Když se zvířata krmí těmito rostlinnými produkty, přenáší se z rostlin energie zvířat a organické sloučeniny na zvířata.

Většina příkladů potravinového řetězce v ekosystémech také ukáže, že jsou zvířata, která se živí producenty zase sežrán jinými zvířaty, dále přenášet energii a organické sloučeniny z jednoho zvířete na další. Některé příklady ekosystémů jsou, když lidé jedí ovce, když se ptáci živí červy a když lvi jedí zebry. Tento řetězec transformace energie z jednoho druhu na druhý může pokračovat několik cyklů, ale je to tak nakonec končí, když se mrtvá zvířata rozloží a stanou se výživou pro houby, bakterie a další rozkladače.

Houby a bakterie jsou příklady rozkladače v transformaci energie v ekosystémech. Jsou odpovědné za rozklad složitých organických sloučenin na jednoduché živiny. Rozkladače jsou v ekosystému důležité, protože rozkládají mrtvé materiály, které stále obsahují zdroje energie. Existují různé druhy rozkládajících se organismů, které jsou odpovědné za návrat jednodušších živin do půdy, aby je rostliny mohly využívat - a tak cyklus transformace energie pokračuje.

Energie akumulovaná primárními producenty je přenášena prostřednictvím potravinového řetězce různými trofickými úrovněmi v jevu zvaném tok energie. Cesta toku energie se pohybuje od primárních výrobců k primárním spotřebitelům k sekundárním spotřebitelům a nakonec k rozkladačům. Pouze přibližně 10 procent dostupné energie se pohybuje z jedné trofické úrovně na druhou.

Příklady ekosystémů a příklady potravinového řetězce v rámci ekosystémů ukazují tento koncept o něco jednodušší.

Například v lesním ekosystému přeměňují stromy a trávy sluneční energii na energii chemickou. Tato energie proudí k primárním spotřebitelům ekosystému jako hmyz a býložravci jako jeleni. Sekundární spotřebitelé jako lišky, vlci a ptáci jedí a získávají energii z těchto organismů. Když některý z těchto organismů zemře, houby, červi a další rozkladači je rozloží na příjem energie a živin.

Tok energie v potravinovém řetězci nastává v důsledku dvou zákonů termodynamiky, které jsou aplikovány na ekosystém.

První zákon termodynamiky říká, že procesy zahrnující transformaci energie nenastanou spontánně, pokud nedojde k degradaci energie z nenáhodné formy na náhodnou formu. Tento zákon vyžaduje, aby v ekosystému byl každý přenos energie doprovázen rozptylem energie do dýchání nebo nedostupným teplem. Jednoduše řečeno: přenos energie mezi trofickými úrovněmi také vede ke ztrátě energie teplem.

Druhým zákonem termodynamiky je zákon zachování energie, který říká, že energie může být transformována z jednoho zdroje na druhý, ale není ani vytvořena, ani zničena. Pokud dojde ke zvýšení nebo snížení vnitřní energie (E) ekosystému, práce (W) je hotová a teplo (Q) se změní.