KrąŜenie materii i przepływ energii w ekosystemie. Piotr Oszust

Transkrypt

1 KrąŜenie materii i przepływ energii w ekosystemie Piotr Oszust

2 Materia krąŝy w ekosystemie poniewaŝ rośliny pobierają ją z gleby w postaci związków nieorganicznych w procesie fotosyntezy przekształcają w związki organiczne, które następnie spoŝywają zwierzęta i czlowiek. Najpierw zjadają zwierzęta roślinoŝerne rośliny, a później same są zjadane przez zwierzęta mięsoŝerne. Gdy rośliny lub zwierzęta umierają ich ciała są rozkładane przez destruentów. Czyli związki organiczne są rozkładane do nieorganicznych i obieg się zamyka. Dlatego mówimy o obiegu materii. Energia wprowadzana jest do ekosystemu przez rośliny, które pobierają energię słoneczną i w nich jest jej najwięcej. Gdy rośliny są zjadane przez roślinoŝerców to energia przechodzi na zwierzęta ale ulega traceniu np. przez utzrymywanie ciepła ciała i procesy Ŝyciowe organizmu. Jeśli roślinoŝerca zostanie zjedzony przez mięsoŝerce to przekaŝe energie ale juŝ mniejszą niŝ sam pobrał z roślin. Na kaŝdym kolejnym szczeblu energia ulega wytraceniu. Dlatego mówimy o przepływie energii.

3 przekształcenia związków organicznych i nieorganicznych występujących w biosferze. Najprostszym przykładem jest krąŝenie wody, która paruje, skrapla się, jest pobierana przez Ŝywe organizmy. KrąŜenie większości pierwiastków uzaleŝnione jest od obecności w ekosystemach trzech grup organizmów: producentów (przekształcają pobraną ze środowiska materię nieorganiczną w związki organiczne), konsumentów (pobierają gotową materię organiczną) i reducentów (rozkładają martwą materię organiczną do nieorganicznej i przekazują ją do środowiska).

4

5 krąŝenie materii, obieg materii w przyrodzie, przemieszczanie i przeobraŝanie cząsteczek organicznych i nieorganicznych; materia nie powstaje ani nie ulega zniszczeniu, jedynie krąŝy wielokrotnie w ekosystemie (natomiast energia jest jednostronnie skierowanym strumieniem i przepływa przez ekosystem tylko raz); pierwiastki, włączone w skład Ŝywej materii ze środowiska nieoŝywionego, powracają do niego po przejściu przez poziomy troficzne i wykorzystywane są ponownie ( krąŝenie pierwiastków, cykle biogeochemiczne).

6 krąŝenie pierwiastków, obieg pierwiastków, proces pobierania i oddawania pierwiastków do środowiska przez organizmy Ŝywe; pierwiastki występujące w środowisku w postaci mineralnej przechodzą w postać soli rozpuszczonych w wodzie; absorbowane przez rośliny włączone są w skład materii organicznej i podlegają przepływowi przez łańcuchy i sieci troficzne; martwa materia organiczna rozkładana jest przez saprofagi i redukowana do związków nieorganicznych przez destruentów, bakterie i grzyby; rozróŝnia się cykle bardziej (obieg węgla) lub mniej pełne (obieg fosforu), w tym ostatnim przypadku zasoby pierwiastka częściowo wypadają z obiegu albo teŝ przyjmują formę nieprzyswajalną przez organizmy; k. p. zachodzi między atmosferą, glebą i wodą. Cykle biogeochemiczne, cykle, obiegi pierwiastków chemicznych oraz wody w biosferze, składające się na obieg materii w przyrodzie.

7 Aby zachować obieg energii i obieg materii, ekosystem musi być w stanie homeostazy Homeostaza zdolność do utrzymywania równowagi wewnętrznej, np. biocenozy, organizmu. Homeostaza występuje wtedy, gdy w danej jednostce ekologicznej jest duŝa róŝnorodność populacji powiązanych niezliczoną siecią wzajemnych związków.

8 KaŜdy organizm w ekosystemie walczy o: a)pokarm b)przestrzeń

9 To właśnie odŝywianie jest jednym z głównych czynników obiegu materii. NiewyobraŜalną rolę pełnią tu bakterie poniewaŝ dzięki chemosyntezie wspomagany jest obieg węgla, siarki, azotu. Wszystkie obiegi są zamkniętymi kołami zwierzęta odŝywiają się związkami organicznymi a końcowym produktem utleniania biologicznego jest CO2 (między innymi) który znowuŝ jest wykorzystywany przez rośliny do syntezy potrzebnych związków. inny przykład to zwierzęta pobieraja związki azotowe (białka), które po rozłoŝeniu są wydalane w postaci amoniaku, mocznika bądź kwasu moczowego. Wydaliny te bardzo chętnie wykorzystają rośliny poniewaz są one dla nich źródłem azotu.

10 To właśnie odŝywianie jest jednym z głównych czynników obiegu materii. NiewyobraŜalną rolę pełnią tu bakterie poniewaŝ dzięki chemosyntezie wspomagany jest obieg węgla, siarki, azotu. Wszystkie obiegi są zamkniętymi kołami zwierzęta odŝywiają się związkami organicznymi a końcowym produktem utleniania biologicznego jest CO2 (między innymi) który znowuŝ jest wykorzystywany przez rośliny do syntezy potrzebnych związków. inny przykład to zwierzęta pobieraja związki azotowe (białka), które po rozłoŝeniu są wydalane w postaci amoniaku, mocznika bądź kwasu moczowego. Wydaliny te bardzo chętnie wykorzystają rośliny poniewaz są one dla nich źródłem azotu.

11 OBIEG WĘGLA W PRZYRODZIE KrąŜenie węgla w przyrodzie jest prawie tym samym, co krąŝenie materii w ogóle. Myślimy wtedy przede wszystkim o materii organicznej, materii której konstrukcja oparta jest na węglu. NaleŜy pamiętać, Ŝe istnieje równieŝ węgiel w postaci związków nieorganicznych. Ma on takŝe niebagatelne znaczenie w przyrodzie. Na Ziemi istnieje kilka głównych zbiorników węgla: atmosfera, wody oceaniczne, biomasa roślin (zwłaszcza lasów, a szczególnie puszcz tropikalnych), martwa materia organiczna w ekosystemach (próchnica w glebach, osady denne w zbiornikach wodnych), paliwa kopalne (ropa naftowa, węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf), skały węglowe. 1.Węgiel w atmosferze. Wielkim zbiornikiem węgla jest atmosfera. ChociaŜ udział procentowy dwutlenku węgla w powietrzu jest znikomy około 0,03% - ilość węgla zawartego w całej atmosferze jest ogromna. Odbiór węgla odbywa się tylko jednym kanałem przyswajania przez organizmy samoŝywne, co na lądzie jest praktycznie równoznaczne z fotosyntezą przez rośliny. Im większa część powierzchni Ziemi jest pokryta roślinnością, im ta roślinność jest bujniejsza, tym szerszy jest ten kanał i większy przepływ OD atmosfery do biomasy roślin. Im więcej lasów się wycina, im więcej ziemi zmienia się w pustynię, tym więcej węgla pozostaje w atmosferze. Dopływów węgla do atmosfery jest kilka. Jeden z nich, istniejący od przeszło 2 miliardów lat, to oddychanie wszystkich Ŝywych organizmów: roślin, zwierząt, grzybów, pierwotniaków i prokariontów-tlenowców. Drugi dopływ, liczący się dopiero od końca XVIII wieku, ale coraz bardziej przybierający na sile, to spalanie paliw kopalnianych, czyli przywracanie do atmosfery tego węgla, który został wyłączony z obiegu przed wielu milionami lat. Trzeci, stosunkowo mało znaczący, to wypalanie wapna uwalnianie węgla ze skał węglanowych. Jeszcze jeden, ostatni kanał ma przepływ dwukierunkowy i nie do końca poznany. Jest to wymiana dwutlenku węgla między atmosferą a wodami oceanów. Czy w danym miejscu i czasie dwutlenek węgla z atmosfery rozpuszcza się w wodzie, czy wręcz przeciwnie, jest z wody uwalniany, zaleŝy od jego stęŝenia tu i tam, od stanu równowagi tych stęŝeń.

12 2.Węgiel w wodach oceanów. Wody oceanów są tutaj rozumiane w sensie szerszym, nie tylko jako rozpuszczalnik dwutlenku węgla, ale jako ekosystem, w którym bytują producenci, wprawdzie mikroskopijnych rozmiarów, ale za to ogromnych mocy produkcyjnych. Dwutlenek węgla jest dobrze rozpuszczalny w wodzie, stan równowagi zachodzi, gdy stęŝenia w wodzie są wyŝsze niŝ w powietrzu. Na stęŝenie dwutlenku węgla w wodzie radykalnie wpływa natęŝenie procesów fotosyntezy, ono zaś zaleŝy od wielu czynników, w pewnym stopniu takŝe od stęŝenia dwutlenku węgla. Rozpuszczalność dwutlenku węgla w wodzie zaleŝy od temperatury i od zasolenia. Cały czas chodzi tutaj o bardzo niewielkie stęŝenia i o bardzo drobne róŝnice między nimi, ale za to odnoszące się do gigantycznych mas wodnych. Dlatego to nawet nieznaczny błąd w ocenie któregokolwiek czynnika owocuje ogromnymi błędami w ocenie ogólnego bilansu węglowego wód oceanicznych. Dlatego dokładne rozmiary zawartości jednego z głównych zbiorników węgla pozostają w pewnym stopniu dyskusyjne. Poza dyskusją natomiast jest, Ŝe znaczniejsze zatrucie wód oceanicznych i wynikające stąd obniŝenie poziomu fotosyntezy mogłoby drastycznie zmniejszyć pobieranie węgla z atmosfery. Być moŝe nawet zostałyby uwolnione do atmosfery pewne ilości węgla, dziś związane w biomasie oceanicznych producentów.

13 3.Węgiel w roślinach Ziemi. Biomasa roślin całej kuli ziemskiej pozostaje w pewnym stanie równowagi przynajmniej przez dziesięciolecia czy raczej stulecia, to znaczy, Ŝe jej ilość nie rośnie ani nie maleje z przyczyn wewnętrznych. Rośliny nieustannie przyswajają węgiel, pobierając go z atmosfery. Ta przyrastająca masa roślin jest mniej więcej w całości zuŝywana podczas róŝnych procesów fizjologiczno-ekologicznych. Część rośliny spoŝytkowują na swoje własne oddychanie. Część zjadają zwierzęta. Reszta przechodzi do zasobów martwej materii organicznej ekosystemów świata. Stan biomasy pozostaje względnie stały, tak jak poziom wody w zbiorniku z przepływem, kiedy odpływ i dopływ są równe. Znaczne zmiany zawartości zbiornika węgla pod nazwą biomasa roślin są powodowane działaniami z zewnątrz. 4.Węgiel w martwej materii organicznej. Martwą materię organiczną moŝna odnaleźć w kaŝdym ekosystemie, chociaŝ w bardzo róŝnych ilościach. Źródłem jej są w pierwszym rzędzie obumierające rośliny i części roślin, w mniejszym stopniu równieŝ szczątki innych organizmów. Współcześnie tylko niewielkie ilości materii organicznej zostają na stałe wyłączone z obiegu węgla. Dotyczy to na przykład osadów dennych jezior i tworzących się pokładów torfu na torfowiskach. Większość martwej materii organicznej z czasem ulega rozkładowi, ale proces ten na ogół jest w równowadze z dopływem nowych jej zasobów, przynajmniej w ekosystemach naturalnych. W rolnictwie zjawiskiem rozpowszechnionym i nasilającym się jest ubytek próchnicy w glebach uprawnych. Dzieje się to zarówno w rolnictwie bardzo prymitywnym i ubogim, jak teŝ i w rolnictwie najbardziej nowoczesnym. Węgiel, który był zawarty w próchnicy, obecnie znajduje się w atmosferze.

14 węgiel jest podstawowym pierwiastkiem budulcowym związków organicznych. Włączany jest w obieg w postaci CO2, który jest pobierany z atmosfery przez producentów (organizmy autotroficzne) i wbudowany w ich struktury. Producenci są zjadani przez konsumentów I rzędu (roślinoŝerców), oni zostają zjedzeni przez konsumentów II rzędu (mięsoŝerców). Węgiel wbudowany w związki organiczne tych organizmów jest stopniowo uwalniany do atmosfery w postaci CO2 w procesie oddychania komórkowego. Rozkład martwej materii organicznej, zawartej zarówno w organizmach autotroficznych, jak i heterotroficznych, przeprowadzany jest przez reducentów, którzy uwalniają resztę węgla do atmosfery.