Перетворення енергії в екосистемах

Рослини отримують сонячну енергію і використовують її для перетворення неорганічних сполук у багаті органічні сполуки. Зокрема, вони перетворюють сонячне світло та вуглекислий газ на глюкозу та кисень. Тому біологічна діяльність в екосистемі вимагає енергії сонця.

Отримана сонячна енергія зазнає енергетичного перетворення в екосистемах у хімічну енергію, яка зв’язується у формі глюкози як потенційна енергія в процесі фотосинтезу. Потім ця енергія протікає по всій екосистемі через харчовий ланцюг і процес, який називається потік енергії.

Фотосинтез знаменує собою початок ланцюга перетворення енергії в екосистемі, що можна побачити на багатьох прикладах харчового ланцюга. Ряд тварин харчується продуктами фотосинтезу, наприклад, коли кози їдять чагарники, хробаки їдять траву, а щури їдять зерно. Коли тварини харчуються цими рослинними продуктами, харчова енергія та органічні сполуки передаються від рослин тваринам.

Більшість прикладів харчового ланцюга в екосистемах також покажуть, що є тварини, які харчуються виробниками поворот, з'їдений іншими тваринами, передаючи далі енергію та органічні сполуки від однієї тварини до інший. Деякі приклади екосистем - це коли люди їдять овець, коли птахи харчуються глистами, а леви їдять зебр. Цей ланцюг перетворення енергії від одного виду до іншого може тривати протягом декількох циклів, але це врешті-решт закінчується, коли мертві тварини розкладаються, стаючи живильними речовинами для грибків, бактерій та інших розкладачі.

Прикладом цього є гриби та бактерії розкладачі в трансформації енергії в екосистемах. Вони відповідають за розщеплення складних органічних сполук до простих поживних речовин. Розкладачі важливі для екосистеми, оскільки вони розщеплюють мертві матеріали, які все ще містять джерела енергії. Існують різні типи організмів, що розкладаються, які відповідають за повернення простих поживних речовин у ґрунт для використання рослинами - і тому цикл перетворення енергії триває.

Енергія, накопичена первинними виробниками, передається через харчовий ланцюг через різні трофічні рівні у явищі, яке називається потік енергії. Шлях потоку енергії рухається від первинних виробників до первинних споживачів до вторинних споживачів і, нарешті, до декомпозиторів. Лише приблизно 10 відсотків наявної енергії переходить від одного трофічного рівня до іншого.

Приклади екосистем та приклади ланцюгів живлення в екосистемах демонструють цю концепцію дещо простіше.

Наприклад, в лісовій екосистемі дерева та трави перетворюють сонячну енергію на хімічну. Ця енергія надходить до основних споживачів екосистеми, як комахи та рослиноїдні тварини, як олені. Вторинні споживачі, такі як лисиці, вовки та птахи, харчуються та отримують енергію від цих організмів. Коли будь-який з цих організмів гине, гриби, хробаки та інші розкладачі розщеплюють їх, отримуючи енергію та поживні речовини.

Потік енергії через харчовий ланцюг відбувається в результаті двох законів термодинаміки, які застосовуються до екосистеми.

Перший закон термодинаміки говорить, що процеси, що включають перетворення енергії, не відбуватимуться спонтанно, якщо не відбудеться деградація енергії з невипадкової форми в випадкову. Цей закон вимагає, щоб в екосистемі кожна передача енергії супроводжувалася розподілом енергії на дихання або недоступним теплом. Простіше кажучи: передача енергії між трофічними рівнями також призводить до втрати енергії через тепло.

Другим законом термодинаміки є закон збереження енергії, який стверджує, що енергія може перетворюватися з одного джерела в інше, але не створюється і не руйнується. Якщо відбувається збільшення або зменшення внутрішньої енергії (Е) екосистеми, робота (W) виконується, а тепло (Q) змінюється.