Экосистема включает животных, растения, микробы и неживые компоненты среды обитания вокруг них, такие как вода, воздух и почва. Каждому живому организму требуется определенная форма производства энергии. Всем животным, чтобы выжить, требуется дыхание, обмен кислорода на углекислый газ. Растениям также требуется дыхание и кислород, но они также фиксируют или удаляют углерод из окружающей среды и производят живительный кислород, используемый животными, питаемый солнечной энергией, которую они собирают с помощью специализированных органелл, называемых хлоропласты. Чистый экосистемный обмен рассчитывается по формуле, которая показывает, сколько углерода попадает в окружающую среду по сравнению с тем, сколько удаляется. Чистый экосистемный обмен также иногда называют «чистым экосистемным производством».
Углеродный цикл
Чтобы поддерживать жизнь на Земле в том виде, в каком она есть сейчас, необходимо сбалансировать углерод в атмосфере и углерод, зафиксированный в биологических организмах. В противном случае произойдет изменение климата. Животные и люди добавляют больше углерода в экосистему, просто дыша. Атмосферный углерод также образуется в результате распада, когда мертвые животные и растительные вещества выделяют углерод, хранящийся в их тканях, а также в результате сжигания деревьев, растений и ископаемых видов топлива, таких как:
- масло
- каменный уголь
Чтобы противодействовать этим эффектам, живые растения называют «поглотителями углерода», поскольку они удаляют углекислый газ из окружающей среды и превращают его в кислород и энергию пищи.
Ключевые факторы и термины
Для определения чистого обмена экосистемами необходимо несколько факторов. Первый - это чистая первичная продукция, которая представляет собой чистое количество органического углерода, удаленного из экосистемы растениями. Растения - автотрофы, а это означает, что они способны образовывать питательные вещества и энергию из неорганических веществ и солнечного света в процессе, называемом фотосинтезом. Общее количество зафиксированного - удаленного из экосистемы - углерода во время фотосинтеза называется валовой первичной продукцией. Однако растения также выделяют углерод во время дыхания. Следовательно, чистая первичная продукция рассчитывается путем вычитания количества углерода, выделяемого растениями во время дыхания, из количества углерода, зафиксированного во время валовой первичной продукции.
Определение обмена сетевой экосистемой
В то время как растения являются автотрофами, люди и животные являются гетеротрофами, что означает, что они нуждаются в органических питательных веществах - пище - из окружающей среды и должны использовать кислород для производства энергии из переваренной пищи. Гетеротрофное дыхание производит большое количество углерода, который попадает в экосистему. Следовательно, чистый экосистемный обмен определяется вычитанием количества углерода, производимого гетеротрофным дыханием, из чистой первичной продукции.
Свойства экосистем
Углеродный баланс - это фундаментальное свойство, обеспечивающее устойчивость и здоровье экосистем. Чистый обмен экосистемами помогает измерить баланс углеродного цикла. Поскольку он рассчитывается путем вычитания количества углерода, которое растения фиксируют или удаляют, из количества углерода, попадающего в экосистему, лучшим результатом будет отрицательное значение. Например, данные с 1992 по 2000 год показали, что леса на востоке Соединенных Штатов Америки имели чистый обмен экосистемами в диапазоне от -84 до -740. Это указывает на то, что удаляется больше углерода, чем выделяется. Если углерод не удаляется эффективно, качество воздуха и жизни в экосистеме пострадает. Другими факторами, которые необходимо учитывать для баланса углерода в экосистеме, является загрязнение от заводов и транспортных средств, в то время как океаны также удаляют углерод из атмосферы.