Реферати українською » Экология » Енергія в екологічних системах. Принципи і концепції. Метрологія та розмір особин


Реферат Енергія в екологічних системах. Принципи і концепції. Метрологія та розмір особин

Страница 1 из 2 | Следующая страница

>ГОСУДАРСТВЕННООБРОЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВИЩОЇПРОФЕССИОНАЛЬНОГООБРОЗОВАНИЯ

>КАЗАНСКОГО ДЕРЖАВНОГОТЕХНИЧЕСКОГО УНІВЕРСИТЕТУим.Туполева

>КАФЕДРА ЗАГАЛЬНОЇ ХІМІЇ І ЕКОЛОГІЇ

>РЕФЕРАТ ПО КУРСУ ЗАГАЛЬНОЇ ЕКОЛОГІЇ.

Енергія в екологічних системах. Принципи іконцепции.Метаболизм і величину особин

>Виполнил студент

Групи: 3212

>Бурганов Д. А.

Перевірив: доцент Гоголь Еге. У.

Казань 2011


>Оглавление

Запровадження

>1.Энергия в екологічних системах

>1.1Принципи та концепцію

>2.Метаболизм і величину особин

2.1 Пояснення приклади

Укладання

Література


Запровадження

Термін «екологія» (від грецьк. «>Ойкос» – будинок, житло і «логос» – наука) було запропоновано понад 100 тому видатним німецьким натуралістом Ернстом Геккелем.

У буквальному значенні екологія – це наука щодо умов існування живих організмів, їх взаємодію між собою і злочини навколишнім середовищем.

Екологія – також міждисциплінарну системне наукова дисципліна [27, 32]. З'явившись 1905 року грунті біології, вона охоплює у собі концепції, технології математики, фізики, хімії. Але екологія і гуманітарні науки, бо від поведінки людини, його культури великою мірою залежить доля біосфери, а із нею і людської цивілізації.

Залежно від специфіки розв'язуваних екологічних завдань існують її різноманітні прикладні напрями: інженерна, медична, хімічна, космічна екологія,агроекология, екологія чоловіки й т.д.

Що предметом дослідження екології? Екологія вивчає організацію та влитися функціонування живих систем складніших, ніж організм, т. е.надорганизменних систем. Ці системи дістали назву екологічних систем чи екосистем.

>Экосистема – це безрозмірна стійка система живих і неживих компонентів, у якій відбувається зовнішній і внутрішній круговорот речовини і [27]. Для прикладу можна навести лісові екосистеми, грунту, гідросферу тощо.

Найбільшоюекосистемой, граничною за величиною і масштабам, є біосфера.Биосферой називають активну оболонку Землі, що включає будь-які живі організми Землі та що знаходиться у взаємодії з неживої середовищем (хімічної промисловості та фізичної) нашої планети, із якою становлять єдине ціле. Біосфера нашої планети існує 3 млрд. років, вона росте, і ускладнюється наперекір тенденціям холодної ентропійному смерті; вона несе розумну життя й цивілізацію. Біосфера існувала набагато раніше появи чоловіки й міг відбутися ж без нього. Навпаки, існування людини вимагає біосфери.

Решта екосистеми перебувають всередині біосфери і є її підсистемами. Велика регіональна екосистема, що характеризується будь-яким основним типом рослинності, називаєтьсябиомом. Наприклад,биом пустелі чи вологого тропічного лісу. Набагато меншою системою є популяція, куди входять групу особин жодного виду, т. е. єдиного походження, що становить певний ділянку. Складнішою системою, ніж популяція, є співтовариство, що містить все популяції, що займають цю територію. Отже, популяція, співтовариство,биом, біосфера містяться у ієрархічному порядку від малих систем до великим.

Однією із завдань екології вивчення перетворення енергії всередині екологічної системи.Усваивая сонячної енергії, зелені рослини створюють потенційну енергію, яка за споживанні їжі організмами перетворюється на інших форм.Превращения енергії на відмінуцикличного руху речовин йдуть у одному напрямку, чому говорять про потоці енергії.


1. Енергія в екологічних системах

З погляду вивчення потоків енергії важливі двоє начал термодинаміки. Перше початок говорить, що енергія неспроможна створюватися наново і зникати, лише переходить з однієї форми до іншої. Друге початок формулюється в такий спосіб: процеси, пов'язані з перетвореннями енергії, можуть протікати спонтанно лише за умов, що енергія переходить з концентрованої форми в розсіяну. Те, що до другому початку енергія за будь-яких перетвореннях прагне перейти в тепло, рівномірно розподілене між тілами, дало підстави вважати про «старінні» Сонячної системи. Чи характерною ця тенденція до енергетичному вирівнюванню для усього Всесвіту, поки що невідомо, хоча у ХІХ столітті широко обговорювалося питання «теплової смерті Всесвіту».

>Общепринятая у фізиці формулювання другого початку говорить, що у закритих системах енергія прагне розподілитися рівномірно, т. е. система прагне стану максимальної ентропії. Знаковою ж особливістю живих тіл, екосистем і біосфери загалом є здатність створювати й підтримувати високий рівень внутрішньої упорядкованості, т. е. стану з низькою ентропія.

За визначенням Еге. Шредінгера, «життя – це упорядкований і закономірне поведінка матерії, заснований як в одній тенденції переходити від упорядкованості до невпорядкованості, а й частково на існуванні упорядкованості, яка підтримується постійно... засіб, з якого організм підтримує себе постійно досить рівні упорядкованості (одно досить низький рівень ентропії), насправді полягає у безупинному добуванні упорядкованості з довколишнього його середовища. У насправді, у вищих тварин ми досить добре знаємо того вигляду упорядкованості, яких вони харчуються, саме: вкрай добре упорядкований стан матерії на більш більш-менш складних органічних з'єднаннях слугує їм їжею. Після використання тварини повертають ці речовини вдеградированной формі, проте цілкомдеградированной, бо їх ще можуть вживати рослини. Для рослин потужним джерелом „негативною ентропії“, звісно, є сонячне світло» (Еге.Шредингер. Що таке життя? З погляду фізика. М., 1972, з. 71, 76).

Властивість живих систем видобувати упорядкованість із довкілля дало підстави деяким ученим, зокрема Еге. Бауеру, дійти невтішного висновку, що з цих систем друге початок не виконується. Але друге початок має ще іншу, більш загальну формулювання, справедливу для відкритих, зокрема живих, систем. У ньому записано, що ефективність самовільного перетворення енергії завжди менше 100 %. Відповідно до другим початком підтримку життя Землі без припливу сонячної енергії неможливо. «Усі, що відбувається у природі, означає збільшення ентропії у частині Всесвіту, де це має місце. Ось і живий організм безупинно збільшує свою ентропію, чи, інакше, виробляє позитивну ентропію, отже, наближається до небезпечному стану – максимальної ентропії, – який представляє собою смерть. Він може уникнути цього стану, т. е. залишатися живим, лише постійно отримуючи із довкілля негативну ентропію» (Саме там, з. 76).

У екосистемах перенесення енергії їжі від неї джерела – рослин через ряд організмів, що відбувається шляхом поїдання одних організмів іншими, і називається харчової ланцюгом. При кожному наступному перенесення більшість (80–90 %) потенційної енергії втрачається, переходячи у тепло.

Це обмежує можливу кількість ланок ланцюга до чотирьох-п'яти. Зелені рослини займають перший трофічний рівень, травоїдні – другий, хижаки – третій тощо. буд. Перехід до кожного наступному ланці зменшує доступну енергію приблизно 10 раз. Переходячи до людини, можна сказати, що й збільшується відносне зміст м'яса в раціоні, то зменшується кількість людей, яких можна прогодувати.

Екологічна піраміда, що є трофічну структуру, підставою якій служить рівень продуцентів, а наступні рівні утворюють її поверхи і вершину, то, можливо з трьох основних типів: «1) піраміда чисел, відбиває чисельність окремих організмів; 2) піраміда біомаси, характеризує загальний сухий вагу, калорійність чи іншу міру загальної кількості живого речовини; 3) піраміда енергії, показує величину потоку енергії і (чи) „продуктивність“ на послідовних трофічних рівнях» (Ю.Одум. Основи... з. 105). Енергетична піраміда завжди звужується догори, оскільки енергія втрачається кожному наступному рівні.

Найважливішою характеристикою екосистеми є його продуктивність, під якої сприймається як зростання організмів, і створення органічного речовини.Поглощается лише близько половини всієї променистої енергії (переважно у видимої частини спектра), і найбільше майже п'ять % їх у найсприятливіших умовах перетворюють фотосинтезу. Значна частка власності (щонайменше 20 %, а зазвичай близько 50 %) цієї потенційної їжі (чистої продукції) людини і тварин витрачається подих рослин. Зміст хлорофілу на 1м2в різних співтовариствах приблизно однакове, т. е. у цілих співтовариствах зміст зеленого пігменту розподілено рівномірніше, ніж у окремих рослинах чи його частинах.

Співвідношення між зеленими і жовтимипигментами можна використовувати як показник відносинигетеротрофного метаболізму доавтотрофному. Коли співтоваристві фотосинтез перевищує подих, домінують зелені пігменти, а при посиленні дихання співтовариства збільшується зміст жовтих пігментів.

Серед виробленої процесі фотосинтезу продукції виділяють первинну продуктивність, яка як швидкість, з якою промениста енергія засвоюєтьсяорганизмами-продуцентами, переважно зеленими рослинами. Її поділяють на валову первинну продукцію, включно з тією органіку, що була витрачена на подих, і чисту первинну продукцію – з відрахуванням використаної при подиху рослин. Чиста продуктивність співтовариства – швидкість накопичення органічного речовини, не спожитогогетеротрофами. Нарешті, швидкість накопичення енергії лише на рівніконсументов називають вторинної продуктивністю. Відповідно до другим початком потік енергії з кожним щаблем зменшується, бо за перетвореннях однієї форми енергії до іншої частина енергії втрачається на вигляді тепла. «У родючих прибережних водах первинна продукція приурочена горішнього прошарку води завтовшки близько тридцяти м, а більш чистих, але бідних водах відкритого моря зона первинної продукції може сягати вниз на 100 метрів і нижче. Саме тому прибережні води здаються темно-зеленими, а океанські – синіми» (Саме там, з. 70).

Частина енергії, що йде на подих, т. е. для підтримки структури, велика в популяціях великих організмів й у зрілих співтовариствах. Ефективність природних систем багато нижче ККД електромоторів та інших двигунів. Живим системах багато «пального» забирають «ремонт», що ні береться до розрахунку ККД двигунів. Будь-яке підвищення ефективності біологічних систем обертається збільшенням витрат за їх підтримку. Екологічна система – це машина, з якому можна «вичавити» більше, що вона приносить. Завжди настає межа, після якого виграш від подальшого зростання ефективності зводиться нанівець зростанням і ризиком руйнації системи.

Людина ні прагнути отримувати понад третину валовий (чи половини чистої) продукції, якщо він готовий поставляти енергію для заміни тих «механізмів самообслуговування», які розвинулися у природі, щоб забезпечити довгострокове підтримку первинної продукції біосфері. Пряме видалення людиною чи домашніми тваринами більш 30–50 % річного приросту рослинності може зменшити здатність екосистеми опиратися стресу.

Одне з меж біосфери – валова продукція фотосинтезу, й під нього людині доведеться підганяти свої потреби, доки вдасться довести, що засвоєння енергії шляхом фотосинтезу можна сильно підвищити, не піддаючи у своїй небезпеки порушити рівновагу інших, важливіших ресурсів життєвого круговороту.

Врожай, отримуваний людиною, становить 1 % чистої води чи 0,5 % загальної первинної продукції біосфери, коли враховувати тільки споживання їжі людиною. Разом із домашніми тваринами це 6 % чистої продукції біосфери чи 12 % чистої продукції суші.

Енергія, яку витрачає людина, щоб отримати більший врожай, називається додаткової енергією. Вона необхідна для індустріалізованого сільського господарства, оскільки постійно цього вимагають культури, створені спеціально йому. «>Индустриализованное (що використовує енергію горючих копалин) сільському господарстві (як, наприклад, що практикують Японії) може дати вчетверо вищий врожай з гектара, ніж сільському господарстві, у якому всю роботу виконують люди і домашніх тварин (в Індії), але це вимагає удесятеро великих витрат різноманітних ресурсів немає і енергії» (Саме там, з. 526). Так звані енергетичні «субсидії» відповідають закону убутній віддачі А.Тюрго – Т.Мальтуса,формулируемому так: «Підвищення питомої вкладення енергії вагросистему це не дає адекватного пропорційного зростання її продуктивності (врожайності)».

Замкненість виробничих циклів поенергетически-ентропийному параметру теоретично неможлива, оскільки протягом енергетичних процесів (відповідно до другим початком термодинаміки) супроводжується деградацією енергії і підвищення ентропії природного довкілля. Дія другого початку термодинаміки виявляється у тому, що перетворення енергії йдуть у одному напрямку на відмінуцикличного руху речовин.

У формулюванні Ю.Одума друге початок термодинаміки справедливо по крайнього заходу для сучасного стану системи «людина – природне середовище», оскільки існування цією системою залежить від припливу сонячної енергії. Ми є свідками те, що підвищення рівня організації та розмаїття культурної системи зменшує її ентропію, але збільшує ентропію довкілля, викликаючи її деградацію. Наскільки можна елімінувати ці слідства другого початку? Існують двома способами. Перший залежить від зменшенні втрат використовуваної людиною енергії у її різних перетвореннях. Цей шлях ефективним у тій мірі, у призводить до зниженню стабільності систем, якими йде потік енергії (як відомо, в екологічних системах збільшити кількість трофічних рівнів сприяє підвищенню їх стійкості, але водночас зростанню втрат енергії, що проходить системою). Друга можливість залежить від переході від підвищення упорядкованості культурної системи до підвищення упорядкованості всієї біосфери. Суспільство у разі підвищує організованість природного довкілля з допомогою зниження організованості тієї частини природи, що є поза біосфери Землі.

екологічний система енергія метаболізм

1.1 Концепція екосистеми

Живі організми та йогоабиотическое оточення нероздільно пов'язані один з одним й у постійному взаємодії. Будь-яка біологічна система, куди входять все спільно функціонуючі організми (>биотическое співтовариство) цьому ділянці і взаємодіюча з фізичною середовищем в такий спосіб, що потік енергії створює чітко певну трофічну структуру, видове розмаїтості та круговорот речовин між живої в неживої частинами, є екологічну систему чи екосистему.

>Долговременное функціонування екосистеми забезпечують три основних компоненти - співтовариство, потік енергії і круговорот речовин.

Потік енергії направлений у один бік; частина котра надходить сонячної енергії перетвориться співтовариством та переходить на якісно вищий щабель, трансформуючись в органічна речовина, що було більш концентровану форму енергії, ніж сонячне світло; але більшість енергії деградує, проходить системою і залишає його вигляді низькоякісної теплової енергії ("теплової стік"). У остаточному підсумку ця доля очікує всю енергію, що надходить у біосферу. Енергія може накопичуватися в екосистемі, потім знову вивільнятися чи експортуватися до іншої систему, але не можна використовувати вдруге.

На відміну від енергії елементи харчування, зокрема біогенні елементи, необхідних життя (вуглець, водень, кисень, азот, фосфор та інших.), як можуть, а й мають використовуватися багаторазово.

Усі екосистеми, навіть найбільш велика - біосфера, є відкритими системами: вони мають отримувати віддавати енергію. Зрозуміло, екосистеми, що входять до біосферу, й у різного рівня відкриті до потоків речовин, для імміграцію та еміграції організмів. Тому концепція екосистеми повинна враховувати існування пов'язаних між собою і злочини необхідні функціонування тасамоподдержания екосистеми "середовища на вході"

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація