Министерство Образования и Наук Республики Казахстан.
Казахский Экономический Университет им.Турана Рысколова.
РЕФЕРАТ
ТЕМА:
Энергия в Экосистемах
Преподователь:
Студент:
Професия:
Группа:
АЛМАТЫ 2006
Ведение
- Законы преобразования энергии
- Форма и качество энергии
- Потоки энергии и продуктивнось экосистем
Законы преобазования энергии
Энергия-источник жизни, основа и средсво управления всеми природными и общественным системами.
Энергия-одно из основных свойсв материи-способность производить работу; в широком смысле-сила.
Очевидно, чио законы преврашения энергии проявляются во всех процесах, происходящих в природе и обществе, включая экономику, культуру, науки и искусство. Энергия-движущая сила мироздания. Компонент энергии есть во всем: в материи, информатции, произведениях искусства и человеческом духе.
Фундаментальные законы термодинамики имеют универсальное значение в природе. Любая естественная или искуственная система, не подчиняющаяся этим законам, обречена на гибель.но для управления энегитическими процесами прежде всего необходимо понять роль энергии в экологических системах. Знание закономерностей энергетических потоков в природных экосистемах поможет предсказать будущее антропогенных систем. В конечном счете состояние экономики определяется соотношением между энергией, которую человек эффективно использует на данной территории, и количеством энергии, импортируемой извне. Если эксплуатация источников энергии происходит с той же интенсивностью, с какой обнаруживают новые источники, то формируется благополучное общество. Если энергетические траты превышают имеющие ресурсы, то это приводит к их истощению и кризису в экономике. Проекты, связанные с измениямием окружающей среды, также необходимо оценивать с позиций энергоэфективности. Например, не всякая переработка отходов нужна, поскольку некоторое количество отбросов является энергетическими ресурсами биосферы. Энергетический подход помогает определить, какой уровень жизни наиболее соответстует природным возможнастия.
Пробразование энергии в живой материи не могут в полной мере быть описаны теорией класической термодинамики. К.М.(1997) отмечает: «Законы развития живой и косной материи описывается двумя противоположными теориями – это классическая термодинамика и эволюционное учение Дарвина».
В соответсви с первой теорией дезинтеграция Вселенной избежна, если расматривать ее как закрытую систему. Согласно второму закону термодинамики запас полезной энергии, приводящей «мировую машину» в движение, рано или поздно будет изчерпан, а энтропия будет расти. Рост внутренней неупорядоченности будет проводить к переходу высокоорганизованных структур к низкоорганизованным, т.е. к их разрешению.
В соответствии со второй теорией эволюции биосферы направление развития разнообразных форм имеет противоположную тенденцию – от незкоорганизованных форм к высокоорганизованным. Живая материя удивительным образом организуются в упорядоченные структуры в противоречии с утверждением второго закона термодинамики.
Упорядочинность природной экосистемы, т. е. Структура биомассы, поддерживается за счет дыхания всего сообщества организмов, которое постоянно «откачивает» из него неупоядоченность.
Формы и качество энергии
Как было отмечено, энергия существует во многих формах и видах: солнечная, атомная, тепловая, химческая, электрическа, энергия ветра,воды и др. Формы энергии различны по способности производить полезную работу. Ю. Одум (1986) пишет: «не все калории(или другие еденицы количества) одинаковы, т.е.одинаковые количества разных форм энергии могут сильно различается по своему рабочему потенциалу».Энергия слабого ветра, прибоя, маломыщных геотермальных источников может произвести небольшое количество работы.Концентрированные формы энергии (нефть, уголь и др.) обладают высоким рабочим потенциалом.Энергия солнечнего света по сравнению с энергией ископаемого топливо обладают низкой работо способностью, а по сравнению с рассеянной низкотемпературной тепловой – высокой. Качество энерги, сконцентрированной в биомассе растений, животных, топливе, отличается от качества рассеянной тепловой энергии.
Качество энергии характеризует ее спосрбность совершать работу, т.е. ее эксергию(гр.ех – высшая степень, ergon – работа).
Эксергия — это максимальная работа, которую совершаюет термодинамическая система при переходе из данного состояние физического равновесия с окружающей средой.
Экологией называют полезную долю участвующей в какомөто процессе энегии, величина которой определяется степенью отличия какого-то параметра системы то его значения в окружающей среде.
Энергия характерезуются не только количеством, но и качеством. Для создания энергии более высокого качества необходимы затраты энергии более низкого качества. Поток солнечной энергии, вовлекаемый в цепь превращений в биосфере, образует порядок и повышает эксергию некоторой части энергии.
В притоде покозателем качества энергии может служить количество калорий солнечного света, которое должно рассеяться, чтобы образовалось 1 калория более высококачественной формы энегии. Следует оговориться, что обычные калориметры, которое применяются для измерения количества энергии, непригодны для измерения ее каличества.
|
Источник энрегии |
Затраты энергии на получение 1 ккал условного топлива, ккал |
Эквивалент условного толива на 1 ккал (теплоаую) |
|
Рассеянная тепловая энергия Солнечный свет Биомасса растений Дравесина Каменный уголь, нефть Электроэнергия |
10000
2000 20 2 1 0,25 |
0,0001
0,0005 0,05 0,5 1 4 |
Использование энергии в биосфере определяется количественным распределеием и ее качеством. Солнечный свет падает на планету с энегией но, прохдя через атмосферу, он ослабляется, и даже в ясный летнний день до поверхности Земли доходит не более 67%, т.е. Судьба солнечной энергии в биосфере таковы: 30%, превращается в теплоту 46%, расходуются на испарения, осадки 23%, преобразуется в энергию ветра, волн, течений 0,2%, идет на фотосинтез 0,8%.
Клетки растений связываются на свету СО2 и Н2О, образуют гидраты углерода(СН2О) – строительные блоки органических веществ, обладающей высокой эксергией, а экспортируемая в космическое пространство рассенная энергия снижает свою эксергию. Под воздействием определенных условий (температуры, давления и др.) в течение тысяч и миллионов лет органические вещества преращались в торф, уголь, нефть, т.е. энергия накапливалась в виде искоапаемого топлива. В XX веке эти запасы интенсивно эксплуатировались для обеспечения жизни искусственных систем, созданных человеком: городов, заводов, машин, автомобилей и т.п. Уже сейчас в поисках новых месторождений топлива мы все глубже вгрызаемся в землю, уходим в море. Поэтому освоение таких ресурсов становится все более дорогостоящим. Огромная работа, выполняемая биосферой (сохранение и развитие жизни, накопление горючих ископаемых и др.) за счет небольшого количества (0,8%)сконцентрированной растениями солнечной энергии, объясняется высокой эксэргией аккумулированной части энергии.
3.Потоки энергии и продуктивнось экосистем
Перенос энергии пищи в процессах питания от ее источника – растений – через последовательный ряд животных организмов называется пищевой, или трофической цепью.
- Трофические цепи делятся на два основных типа: пастбищную и детритную (лат.detrytys–продукт распада).
Пастбищная цепь простирается от зеленых растений к консументам: растительноядным животным и затем к плотоядным животным (хищникам).
Детритная цепь начинается с мертвого органического вещества, которое разрушается детритофагами (лат. phagos — пожиратель), поедаемыми, в свою очередь, мелкими хищниками, и заканчивается работой редуцентов, минерализующих органические остатки. Пищевые цепи тесно переплетаются друг с другом, образуя трофические сети.
При каждом очередном переносе большая часть (80-90%) потенциальной энергии рассеивается, переходя в теплоту.
В сообществах организмы, получающие энергию Солнца через одинаковое число ступеней, принадлежат к одному трофическому уровню.
Так, зеленые растения – продуценты – занимают первый трофический уровень; травоядные животные – первичные консументы – второй уровень; хищники – вторичные консументы – третий. Могут присутсвовать и хищники, поведающие первых хищников – третичные консументы, расположенные на четвертом уровне, и т.д. но обычно наблюдается не более шести уровней, так как на каждом уровне количсетво аккумулированной энергии резко падает.
