Flusso energetico (ecosistema): definizione, processo ed esempi

Un ecosistema è definita come una comunità di vari organismi che interagiscono tra loro e il loro ambiente in una particolare area. Tiene conto di tutte le interazioni e le relazioni tra entrambi biotico (vivente) e abiotico fattori (non viventi).

L'energia è ciò che spinge l'ecosistema a prosperare. E mentre tutto la materia è conservata in un ecosistema, energia flussi attraverso un ecosistema, nel senso che non è conservato. L'energia entra in tutti gli ecosistemi come luce solare e viene gradualmente dispersa come calore nell'ambiente.

Tuttavia, prima che l'energia esca dall'ecosistema sotto forma di calore, fluisce tra gli organismi in un processo chiamato flusso di energia. È questo flusso di energia che proviene dal sole e poi va di organismo in organismo che è alla base di tutte le interazioni e le relazioni all'interno di un ecosistema.

La definizione di flusso di energia è il trasferimento di energia dal sole e su ogni livello successivo della catena alimentare in un ambiente.

Ogni livello di flusso di energia sul catena alimentare in un ecosistema è designato da un livello trofico, che si riferisce alla posizione che un determinato organismo o gruppo di organismi occupa nella catena alimentare. L'inizio della catena, che sarebbe alla base della piramide energetica, è il, primo livello trofico. Il primo livello trofico comprende produttori e autotrofi che convertono l'energia solare in energia chimica utilizzabile tramite la fotosintesi.

Il livello successivo nella catena alimentare/piramide energetica sarebbe considerato il secondo livello trofico, che di solito è occupato da un tipo di consumatore primario come un erbivoro che mangia piante o alghe. Ogni passaggio successivo nella catena alimentare equivale a un nuovo livello trofico.

Oltre ai livelli trofici, ci sono alcuni altri termini che devi conoscere per comprendere il flusso di energia.

biomassa:biomassa è materiale organico o materia organica. La biomassa è il materiale organico fisico in cui è immagazzinata l'energia, come la massa che compone piante e animali.

Produttività: La produttività è la velocità con cui l'energia viene incorporata nei corpi degli organismi come biomassa. È possibile definire la produttività per tutti i livelli trofici. Per esempio, primario produttività è la produttività dei produttori primari in un ecosistema.

Produttività primaria lorda (GPP): Il GPP è la velocità con cui l'energia del sole viene catturata nelle molecole di glucosio. Essenzialmente misura quanta energia chimica totale è generata dai produttori primari in un ecosistema.

Produttività primaria netta (NPP): La NPP misura anche quanta energia chimica viene generata dai produttori primari, ma tiene anche conto dell'energia persa a causa dei fabbisogni metabolici dei produttori stessi. Quindi, la NPP è la velocità con cui l'energia del sole viene catturata e immagazzinata come materia di biomassa, ed è uguale alla quantità di energia disponibile per gli altri organismi nell'ecosistema. NPP è sempre un importo inferiore al GPP.

NPP varia a seconda dell'ecosistema. Dipende da variabili come:

• Luce solare disponibile.
• Nutrienti nell'ecosistema.
• Qualità del suolo.
• Temperatura.
• Umidità.
• CO₂ livelli.
  

L'energia entra negli ecosistemi come luce solare e viene trasformata in energia chimica utilizzabile da produttori come piante terrestri, alghe e batteri fotosintetici. Una volta che questa energia entra nell'ecosistema tramite la fotosintesi e viene convertita in biomassa da quei produttori, l'energia scorre attraverso la catena alimentare quando gli organismi mangiano altri organismi.

L'erba usa la fotosintesi, lo scarabeo mangia l'erba, l'uccello mangia lo scarabeo e così via.

Mentre sali di livello trofico e continui lungo la catena alimentare, il flusso di energia non è efficiente al 100%. Solo il 10% circa dell'energia disponibile passa da un livello trofico al successivo livello trofico, o da un organismo all'altro. Il resto di quell'energia disponibile (circa il 90 percento di quell'energia) si perde sotto forma di calore.

La produttività netta di ogni livello diminuisce di un fattore 10 man mano che si sale di livello trofico.

Perché questo trasferimento non è efficiente al 100%? Ci sono tre ragioni principali:

1. Non tutti gli organismi di ogni livello trofico vengono consumati: Pensala in questo modo: la produttività primaria netta ammonta a tutta l'energia disponibile per gli organismi in un ecosistema che è fornita dai produttori per quegli organismi a livelli trofici più elevati. Per avere tutto quel flusso di energia da quel livello al successivo, significa che tutti quei produttori dovrebbero essere consumati. Ogni filo d'erba, ogni microscopico pezzo di alga, ogni foglia, ogni fiore e così via. Ciò non accade, il che significa che parte di quell'energia non fluisce da quel livello fino ai livelli trofici più alti.

2. Non tutta l'energia può essere trasferita da un livello all'altro: La seconda ragione per cui il flusso di energia è inefficiente è perché una parte dell'energia non può essere trasferita e, quindi, viene persa. Ad esempio, gli esseri umani non possono digerire la cellulosa. Anche se la cellulosa contiene energia, le persone non possono digerirla e ricavarne energia, ed è persa come "rifiuto" (ovvero le feci).

Questo è vero per tutti gli organismi: ci sono alcune cellule e pezzi di materia che non possono digerire che verranno espulsi come rifiuti/persi come calore. Quindi, anche se l'energia disponibile che un pezzo di cibo ha è una quantità, è impossibile per un organismo che lo mangia ottenere ogni unità di energia disponibile all'interno di quel cibo. Parte di quell'energia andrà sempre persa.

3. Il metabolismo usa l'energia: Infine, gli organismi consumano energia per processi metabolici come la respirazione cellulare. Questa energia viene consumata e non può quindi essere trasferita al livello trofico successivo.

Il flusso di energia può essere descritto attraverso le catene alimentari come il trasferimento di energia da un organismo all'altro, iniziando dai produttori e risalendo la catena mentre gli organismi vengono consumati l'uno dall'altro. Un altro modo per visualizzare questo tipo di catena o semplicemente per visualizzare i livelli trofici è attraverso le piramidi di cibo/energia.

Poiché il flusso di energia è inefficiente, il livello più basso della catena alimentare è quasi sempre il più grande sia in termini di energia che di biomassa. Ecco perché appare alla base della piramide; questo è il livello più grande. Man mano che sali di livello trofico o di ogni livello della piramide alimentare, sia l'energia che la biomassa diminuiscono, motivo per cui i livelli si restringono di numero e si restringono visivamente man mano che sali nella piramide.

Pensala in questo modo: perdi il 90% della quantità di energia disponibile man mano che sali di livello. Solo il 10 percento dell'energia scorre lungo, il che non può supportare tanti organismi come il livello precedente. Ciò si traduce in meno energia e meno biomassa ad ogni livello.

Questo spiega perché di solito c'è un numero maggiore di organismi più in basso nella catena alimentare (come erba, insetti e piccoli pesci, per esempio) e un numero molto minore di organismi in cima alla catena alimentare (come orsi, balene e leoni, per esempio).

Ecco una catena generale di come l'energia scorre in un ecosistema:

1. L'energia entra nell'ecosistema attraverso la luce solare come energia solare.
2. Produttori primari (aka, il primo livello trofico) trasforma l'energia solare in energia chimica tramite la fotosintesi. Esempi comuni sono piante terrestri, batteri fotosintetici e alghe. Questi produttori sono autotrofi fotosintetici, il che significa che creano le proprie molecole di cibo/organico con l'energia del sole e l'anidride carbonica.
3. Un po' di quell'energia chimica che i produttori creano è quindi incorporato nella materia che compone quei produttori. Il resto viene disperso sotto forma di calore e utilizzato nel metabolismo di quegli organismi.
4. Vengono poi consumati da consumatori primari (aka, secondo livello trofico). Esempi comuni sono erbivori e onnivori che mangiano piante. L'energia che è stata immagazzinata nella materia di quegli organismi viene trasferita al livello trofico successivo. Una parte dell'energia viene persa come calore e come spreco.
5. Il livello trofico successivo include altri consumatori/predatori che mangeranno gli organismi del secondo livello trofico (consumatori secondari, consumatori terziari e così via). Ad ogni passo che si sale nella catena alimentare, si perde un po' di energia.
6. Quando gli organismi muoiono, decompositori come vermi, batteri e funghi abbattono gli organismi morti e riciclano i nutrienti nell'ecosistema e prendono energia per se stessi. Come sempre, parte dell'energia viene ancora persa sotto forma di calore.

Senza produttori, nessuna quantità di energia potrebbe entrare nell'ecosistema in una forma utilizzabile. L'energia deve entrare continuamente nell'ecosistema attraverso la luce solare e quei produttori primari, altrimenti l'intera rete/catena alimentare nell'ecosistema collasserebbe e cesserebbe di esistere.

Ecosistemi forestali temperati sono un ottimo esempio per mostrare come funziona il flusso di energia.

Tutto inizia con l'energia solare che entra nell'ecosistema. Questa luce solare più anidride carbonica verrà utilizzata da un certo numero di produttori primari in un ambiente forestale, tra cui:

• Alberi (come aceri, querce, frassini e pini).
• Erbe.
• Viti.
• Alghe in stagni/ruscelli.

Poi vengono i consumatori primari. Nella foresta temperata, questo includerebbe erbivori come cervi, vari insetti erbivori, scoiattoli, scoiattoli, conigli e altro ancora. Questi organismi mangiano i produttori primari e incorporano la loro energia nei propri corpi. Parte dell'energia viene persa sotto forma di calore e rifiuti.

I consumatori secondari e terziari poi mangiano quegli altri organismi. In una foresta temperata, questo include animali come procioni, insetti predatori, volpi, coyote, lupi, orsi e uccelli rapaci.

Quando uno di questi organismi muore, i decompositori scompongono i corpi degli organismi morti e l'energia fluisce verso i decompositori. In una foresta temperata, questo includerebbe vermi, funghi e vari tipi di batteri.

Il concetto piramidale del "flusso di energia" può essere dimostrato anche con questo esempio. L'energia e la biomassa più disponibili si trovano al livello più basso della piramide alimentare/energetica: i produttori sotto forma di piante fiorite, erbe, cespugli e altro. Il livello con meno energia/biomassa è al vertice della piramide/catena alimentare sotto forma di consumatori di alto livello come orsi e lupi.

Mentre ecosistemi marini come una barriera corallina sono molto diversi dagli ecosistemi terrestri come le foreste temperate, puoi vedere come il concetto di flusso di energia funziona esattamente allo stesso modo.

I produttori primari in un ambiente di barriera corallina sono per lo più plancton microscopici, organismi microscopici simili a piante che si trovano nel corallo e fluttuano liberamente nell'acqua intorno alla barriera corallina. Da lì, vari pesci, molluschi e altre creature erbivore, come i ricci di mare che vivono nella barriera corallina, consumano quei produttori (principalmente alghe in questo ecosistema) per l'energia.

L'energia fluisce quindi al livello trofico successivo, che in questo ecosistema sarebbe costituito da pesci predatori più grandi come squali e barracuda insieme a murene, dentici, razze, calamari e altro ancora.

I decompositori esistono anche nelle barriere coralline. Alcuni esempi includono:

• Cetrioli di mare.
• Specie batteriche.
• Gamberetto.
• Stella marina fragile.
• Varie specie di granchi (ad esempio, il granchio decoratore).

Puoi anche vedere il concetto di piramide con questo ecosistema. L'energia e la biomassa più disponibili si trovano al primo livello trofico e al livello più basso della piramide alimentare: i produttori sotto forma di alghe e organismi corallini. Il livello con la minor energia e biomassa accumulata è al vertice sotto forma di consumatori di alto livello come gli squali.