טרנספורמציות אנרגיה במערכות אקולוגיות

צמחים מקבלים את אנרגיית השמש ומשתמשים בה להמרת תרכובות אורגניות לתרכובות אורגניות עשירות. באופן ספציפי, הם הופכים את אור השמש ופחמן דו חמצני לגלוקוז וחמצן. לכן, פעילויות ביולוגיות במערכת אקולוגית דורשות אנרגיה מהשמש.

האנרגיה הסולארית המתקבלת עוברת טרנספורמציה אנרגטית במערכות אקולוגיות לאנרגיה כימית, אשר קשורה בצורת גלוקוז כאנרגיה פוטנציאלית בתהליך הפוטוסינתזה. לאחר מכן אנרגיה זו זורמת ברחבי המערכת האקולוגית דרך שרשרת המזון ותהליך הנקרא זרימת אנרגיה.

פוטוסינתזה מסמן את תחילתה של שרשרת המרות אנרגיה במערכת אקולוגית, אשר ניתן לראות בדוגמאות רבות של שרשרת המזון. מספר בעלי חיים ניזונים ממוצרי הפוטוסינתזה, כגון כאשר עזים אוכלות שיחים, תולעים אוכלות עשב וחולדות אוכלות דגנים. כאשר בעלי חיים ניזונים מתוצרת צמחית זו, אנרגיית מזון ותרכובות אורגניות מועברות מהצמחים לבעלי החיים.

מרבית הדוגמאות של שרשרת המזון במערכות אקולוגיות יראו גם כי אותם בעלי חיים שאוכלים מפיקים נמצאים הופכים נאכלים על ידי בעלי חיים אחרים, ומעבירים עוד יותר אנרגיה ותרכובות אורגניות מחיה אחת ל אַחֵר. כמה דוגמאות למערכת אקולוגית לכך הן כאשר בני אדם אוכלים כבשים, כאשר ציפורים ניזונות מתולעים וכשאריות אוכלות זברות. שרשרת זו של שינוי אנרגיה ממין אחד למשנהו יכולה להמשך מספר מחזורים, אך היא בסופו של דבר מסתיים כאשר בעלי החיים המתים מתפרקים, והופכים לתזונה לפטריות, חיידקים ואחרים פורקים.

פטריות וחיידקים הם דוגמאות ל פורקים בשינוי אנרגיה במערכות אקולוגיות. הם אחראים על פירוק התרכובות האורגניות המורכבות לחומרים מזינים פשוטים. מפרקים חשובים במערכת האקולוגית מכיוון שהם מפרקים חומרים מתים שעדיין מכילים מקורות אנרגיה. ישנם סוגים שונים של אורגניזמים לפירוק, האחראים להחזרת חומרים מזינים פשוטים יותר לקרקע שישמשו את הצמחים - וכך ממשיך מחזור טרנספורמציית האנרגיה.

אנרגיה שנצברה על ידי היצרנים העיקריים מועברת דרך שרשרת המזון דרך רמות טרופיות שונות בתופעה הנקראת זרימת אנרגיה. מסלול זרימת האנרגיה עובר מיצרנים ראשוניים לצרכנים ראשוניים לצרכנים משניים ולבסוף לפורקים. רק כ -10% מהאנרגיה הזמינה עוברת מרמה trophic אחת לשנייה.

דוגמאות של מערכות אקולוגיות ודוגמאות שרשרת מזון בתוך מערכות אקולוגיות מראות את המושג הזה קצת יותר קל.

לדוגמא, במערכת אקולוגית ביער, עצים ועשבים הופכים את אנרגיית השמש לאנרגיה כימית. אנרגיה זו זורמת לצרכנים העיקריים של המערכת האקולוגית כמו חרקים אוכלי עשב כמו צבאים. צרכנים משניים כמו שועלים, זאבים וציפורים אוכלים ומקבלים אנרגיה מאותם אורגניזמים. כאשר כל אחד מאותם אורגניזמים מת, פטריות, תולעים ופירוק אחר מפרקים אותם כדי לקבל אנרגיה וחומרים מזינים.

זרימת אנרגיה דרך שרשרת המזון מתרחשת כתוצאה משני חוקים של תרמודינמיקה, המיושמים על המערכת האקולוגית.

החוק הראשון של התרמודינמיקה קובע כי תהליכים הכרוכים בשינוי אנרגיה לא יתרחשו באופן ספונטני אלא אם כן יש השפלה של אנרגיה מצורה לא אקראית לצורה אקראית. חוק זה מחייב כי במערכת אקולוגית כל העברת אנרגיה צריכה להיות מלווה בפיזור אנרגיה לנשימה או בחום שאינו זמין. במילים פשוטות: העברת אנרגיה בין רמות טרופיות גורמת גם לאובדן אנרגיה באמצעות חום.

החוק השני של התרמודינמיקה הוא חוק שימור האנרגיה, הקובע כי אנרגיה עשויה להפוך ממקור אחד למשנהו אך אינה נוצרת ולא נהרסת. אם מתרחשת עלייה או ירידה באנרגיה הפנימית (E) של מערכת אקולוגית, העבודה (W) נעשית והחום (Q) משתנה.