Екосистема включає тварин, рослини, мікроби та неживі компоненти середовища існування навколо них, такі як вода, повітря та грунт. Кожен живий організм вимагає певної форми виробництва енергії. Усі тварини потребують дихання, обміну кисню на вуглекислий газ, щоб залишитися в живих. Рослини також потребують дихання та кисню, але вони також фіксують або виводять вуглець із навколишнього середовища та виробляють життєдайний кисень, що використовується тваринами, що живиться сонячною енергією, яку вони збирають за допомогою спеціалізованих органел хлоропласти. Чистий обмін екосистемами розраховується за формулою, яка показує, скільки вуглецю потрапляє в навколишнє середовище порівняно із кількістю видаленого. Обмін мережевими екосистемами також іноді називають "чистим виробництвом екосистем".
Вуглецевий цикл
Щоб зберегти життя на землі, як зараз, вуглець в атмосфері та вуглець, зафіксований в біологічних організмах, потрібно збалансувати. Якщо ні, це призведе до зміни клімату. Тварини та люди додають більше вуглецю в екосистему, просто дихаючи. Атмосферний вуглець також виробляється в результаті розпаду, оскільки мертві тварини та рослинні речовини вивільняють вуглець, що зберігається в їх тканинах, і спалюванням дерев, рослин та викопного палива, таких як:
- олія
- вугілля
Щоб протидіяти цим ефектам, живі рослини називають "поглиначами вуглецю", оскільки вони виводять вуглекислий газ із навколишнього середовища і перетворюють його на кисень та харчову енергію.
Ключові фактори та терміни
Для визначення чистого обміну екосистемами необхідні кілька факторів. Перший - чисте первинне виробництво, тобто чиста кількість органічного вуглецю, що виводиться з екосистеми рослинами. Рослини є автотрофами, що означає, що вони здатні утворювати поживні речовини та енергію з неорганічних речовин та сонячного світла під час процесу, який називається фотосинтезом. Загальна кількість вуглецю, зафіксованого - виведеного з екосистеми - під час фотосинтезу, називається валовим первинним виробництвом. Однак рослини також виділяють вуглець під час дихання. Отже, чисте первинне виробництво розраховується шляхом віднімання кількості вуглецю, що виділяється рослинами під час дихання, від кількості вуглецю, зафіксованого під час валового первинного виробництва.
Визначення чистого обміну екосистемами
Хоча рослини є автотрофами, люди і тварини - гетеротрофами, це означає, що вони потребують органічних поживних речовин - їжі - з навколишнього середовища і повинні використовувати кисень для отримання енергії з перетравленої їжі. Гетеротрофне дихання виробляє велику кількість вуглецю, який потрапляє в екосистему. Отже, чистий обмін екосистемами визначається шляхом віднімання кількості вуглецю, виробленого гетеротрофним диханням, від чистого первинного виробництва.
Властивості екосистем
Вуглецевий баланс є основною властивістю, яка забезпечує стабільність та здоровість екосистем. Чистий обмін екосистемами допомагає визначити баланс вуглецевого циклу. Оскільки його обчислюють, віднімаючи, скільки вуглецю рослини фіксують або вилучають, із кількості вуглецю, що потрапляє в екосистему, найкращим результатом буде негативне значення. Наприклад, дані з 1992 по 2000 роки показали, що ліси на сході США мали чистий обмін екосистемами від -84 до -740. Це свідчить про те, що більше вуглецю видаляється, ніж виділяється. Якщо вуглець не буде ефективно видалено, якість повітря - і життя - в екосистемі постраждає. Іншими факторами, які слід враховувати для балансу вуглецю в екосистемі, є забруднення з заводів та транспортних засобів, тоді як океани також виводять вуглець з атмосфери.