рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Описание потоков энергии является фундаментом экологического анализа для прогнозирования выхода полезных для человека продуктов

Описание потоков энергии является фундаментом экологического анализа для прогнозирования выхода полезных для человека продуктов - раздел Экология, Экология Знание Законов Продуктивности Экосистем, Возможность Коли­Чественного Учета П...

Знание законов продуктивности экосистем, возможность коли­чественного учета потока энергии и ее распределения имеют чрезвычайное практическое значение. Первичная продукция аг-роценозов и природных сообществ - основной источник пищи для человечества. Важна и вторичная продукция, так как животные белки включают ряд незаменимых аминокислот, которых нет в растительной пище. Пользуясь расчетами продуктивности экосис­тем, можно регулировать в них круговорот веществ, добиваясь выхода выгодной для человека продукции. Но необходимо хоро­шо представлять допустимые пределы изъятия растительной и животной биомассы, чтобы не разрушить экосистемы.

■ Энергетические типы экосистем.Энергия - наиболее удобная основа для классификации экосистем. Различают четы­ре энергетических типа экосистем: 1) движимые Солнцем, малосубсидируемые; 2) движимые Солнцем, субсидируемые дру­гими естественными источниками; 3) движимые Солнцем и субси­дируемые человеком; 4) движимые топливом.

Во многих случаях могут использоваться и два источника энергии: Солнце и топливо.

Природные экосистемы, движимые Солнцем, малосубси­дируемые- это открытые океаны, высокогорные леса. Все они получают энергию практически только от одного источника - Солнца


Глава 3. Энергия в экосистемах

и имеют низкую среднегодовую продуктивность. Ежегодное потреб­ление энергии оценивается ориентировочно в 103-104 ккал/м2. Организмы, живущие в этих экосистемах, адаптированы к скудному количеству энергии и эсрсрективно ее используют. Эти экосистемы очень важны для биоссреры, так как занимают огромные площади. Океан покрывает свыше 70 % поверхности земного шара. По сути дела, это основные системы жизнеобеспечения, механизмы, стабили­зирующие и поддерживающие условия на «космическом корабле» -Земле. Здесь ежедневно очищаются огромные объемы воздуха, воз­вращается в оборот вода, формируются климатические условия, поддерживается температура и выполняются другие функции, обес­печивающие жизнь. Кроме того, без всяких затрат со стороны чело­века здесь производится некоторое количество пищи и других мате­риалов. Следует сказать и о не поддающихся учету эстетических ценностях этих экосистем.

Природные экосистемы, движимые Солнцем и субсиди­руемые другими естественными источниками,- это экосисте­мы, обладающие естественной плодородностью и производящие излишки органического вещества, которые могут накапливаться. Они получают естественные энергетические субсидии в виде энер­гии приливов, прибоя, течений, поступающих с площади водосбо­ра органических и минеральных веществ и т. п. Потребление энергии в них колеблется от 1-104 до 1-Ю5 ккал/м2тод. При­брежная часть эстуария типа Невской губы - хороший пример таких экосистем, которые более плодородны, чем прилегающие участки суши, получающие то же количество солнечной энергии. Избыточное плодородие можно наблюдать и в дождевых лесах. Эти экосистемы характеризуются не только высокой продуктивно­стью, но и большим видовым разнообразием живых организмов.

Экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые чело­веком,- это наземные и водные агроэкосистемы, получающие энергию не только от Солнца, но и от человека в виде энергетичес­ких дотаций. Высокая продуктивность их поддерживается мышеч­ной энергией и энергией топлива, которые тратятся на возделы-


Глово 3. Энергия в экосистемах

вание почв, орошение, удобрение, селекцию, переработку, транс­портировку и т. п. Хлеб, кукуруза, картофель «частично сделаны из нефти». Самое продуктивное сельское хозяйство получает энер­гии примерно столько же, сколько самые продуктивные природные экосистемы второго типа, т. е. от 1-Ю4 до МО5 ккал/м2год. Различие между ними заключается в том, что человек направляет как можно больше энергии на производство продуктов питания ограниченного вида, а природа распределяет их между многими видами и накапливает энергию на «черный день», как бы раскла­дывая ее по разным карманам. Эта стратегия называется «страте­гией повышения разнообразия в целях выживания». Агроэкосисте-мы характеризуются низким разнообразием видов.

Высокий урожай поддерживается ценой больших вложений энергии. Эти энергетические дотации могут превышать выход энергии с урожаем. В горючем, которое расходуется сельскохо­зяйственными машинами, содержится не меньше энергии, чем в солнечных лучах, падающих на поля. Интенсивное ведение сель­ского хозяйства превращает растительные и животные организмы в живые машины для производства органических веществ. Боль­шая часть энергии для производства картофеля, хлеба и мяса берется не от Солнца, а из ископаемого топлива.

Индустриально-городские экосистемы, движимые топли­вом,- венец достижений человечества. В индустриальных горо­дах высококонцентрированная энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию. Пищу - продукт систем, движимых Солнцем, - в город ввозят извне. Особенностью этих экосистем является огромная потребность плотно населенных городских райо­нов в энергии - она на два-три порядка больше, чем в первых трех типах экосистем. Если в несубсидируемых экосистемах приток энергии колеблется от 103 до 104 ккал/м2 год, а в субсидируемых системах второго и третьего типа - от 104 до 105 ккал/м2тод, то - в крупных индустриальных городах ежегодное потребление энергии достигает нескольких миллионов килокалорий на 1 м2: Нью-Йорк - 4,8*106, Токио - 3*106, Москва - 1*10 ккал.


Глава 3. Энергия в экосистемах

Потребление энергии человеком в городе в среднем составля­ет более 80 млн ккал/год; для питания ему требуется всего около 1 млн ккал/год, следовательно, на все другие виды деятельности (домашнее хозяйство, транспорт, промышленность, обучение и т. д.) человек расходует в 80 раз больше энергии, чем требуется для физиологического функционирования организма. Разумеется, в развитых и развивающихся странах это соотношение различно. По мере углубления энергетического кризиса и роста цен на горючее люди, видимо, будут больше интересоваться использо­ванием солнечной энергии и разрабатывать технологии ее концент­рации. Возможно, в будущем и возникнет новый тип экосистем -город, движимый энергией не только топлива, но и Солнца.

В своем развитии человеческое общество прошло через все четыре типа описанных выше экосистем. Охотники и собиратели растений жили в природных экосистемах, движимых Солнцем. Люди достигали наибольшего процветания в системах второго типа с естественными энергетическими субсидиями: в прибреж­ных районах моря и речных бассейнах. С развитием сельского хозяйства, когда человек усовершенствовал свое умение выращи­вать растения, одомашнивать животных и получать урожаи с помощью дополнительной мышечной энергии, продуктивность сильно возросла - возникли экосистемы третьего типа. Но в течение многих веков основными источниками энергии для человека ос­тавались растения и животные. Города, деревни, соборы строи­лись из дерева с использованием физического труда животных и человека. Этот долгий период - эра мышечной силы.

Затем наступила продолжающаяся и сейчас эра горючих ис­копаемых, которые обеспечили такой обильный приток энергии в экосистемы четвертого типа, что население Земли стало удваи­ваться почти каждые полвека. Работа механизмов, приводимых в движение бензином и электричеством, постепенно почти полностью заменила физический труд человека в развитых странах.

Со временем стала использоваться и атомная энергия. Каза-лось вероятным, что после исчерпания топлива начнется эра 115


Глава 3. Энергия в экосистемах

атомной энергии. Но пока на «откачивание» неупорядоченнос­ти, связанной с этим источником, т. е. на переработку отходов, приходится тратить столько усилий и энергии, что будущее атом­ной энергетики неясно. Пока не отработан и не согласован весь цикл получения ядерной энергии - от добывания сырья до устранения отходов и не найдены лучшие способы извлечения энергии атома, наступление атомной эры по крайней мере откладывается.

3.3. ИспользованиеСолнечный свет падает на планету с энергииэнергией 2 кал/см2-мин (солнечная постоянная), но, проходя через атмосфе­ру, он ослабляется, и даже в ясный летний день до поверхности Земли доходит не более 67 %, т. е. 1,34 кал/см2мин. Судьба солнечной энергии в биосфере такова: отражается 30 %, превра- . щается в теплоту 46 %, расходуется на испарение воды, осадки 23 %, преобразуется в энергию ветра, волн, течений 0,2 %, идет на фотосинтез 0,8 %.

Клетки растений, связывая на свету С02 и Н20, образуют гидраты углерода (СН20) - углеводы, т. е. строительные блоки органических веществ, обладающие высокой эксергией, а эксер-гия рассеянной энергии, экспортируемой в космическое про­странство, снижается. Под воздействием определенных условий (температуры, давления и др.) в течение тысяч миллионов и милли­ардов лет избыточные органические вещества превращались в торф, уголь, нефть, т. е. энергия концентрировалась и накапли­валась в виде ископаемого топлива. В XX веке эти запасы интен­сивно эксплуатировались для обеспечения жизни искусственных систем, созданных человеком (городов, заводов, самолетов, автомоби­лей и т. п.), и постепенно истощались. 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 ископа-


Глава 3. Энергия в экосистемах

емых и др.) за счет небольшого количества (0,8 %) сконцент­рированной растениями солнечной энергии, объясняется высокой эксергией аккумулированной части энергии.

Три четверти энергии, потребляемой в современном мире, в дополнение к первичной солнечной энергии, согревающей Зем­лю, поступает от сжигания невозобновляемого ископаемого топ­лива: нефти, угля, природного газа. Источником некоторого количества энергии является сжигание потенциально возобновля­емой биомассы: дров, навоза, отмерших растений, мусора. Небольшое количество электроэнергии дают гидроэнергетика и управляемая энергия атома. И совсем ничтожное количество (около 1 %) поступает от использования внутреннего тепла Зем­ли (геотермальная энергия) и сконцентрированной с помощью гелиотехники солнечной энергии. Но на добычу и преобразова­ние энергии этих источников тоже требуется энергия. Поэтому практический коэффициент полезного действия зависит от вели­чины полученной чистой энергии.

Чистая энергия- это полезная энергия навыходе из системы после вычета всех энергозатрат на ее добычу и преоб­разование. На создание источника энергии, ее получение, под­готовку к использованию, транспортировку и др. приходится также затрачивать энергию (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Выход чистой энергии: Эист - источник энергии; Эш - энергетический штраф; Эчист - чистая энергия

Энергию обратной связи Эш, необходимую для преобразова­ния энергии и эксплуатации источника энергии, называют энерге-тическим штрафом. Чистая энергия рассчитывается как разница


Глава 3. Энергия в экосистемах

между добытой энергией из источника и энергетическим штра­фом: Эчист = 3ra - Эш. Для того чтобы источник функционировал, выход чистой энергии должен как минимум в 2 раза превышать «штраф»: Эчист > 2ЭШ. Например, если для извлечения 12 единиц нефти путем глубокого бурения океанского дна требуется израс­ходовать 10 единиц горючего, ясно, что такой источник не решит проблем нехватки топлива.

Нехватка топлива побуждает иногда перерабатывать в горю­чее пищевую продукцию. Но исследования показали, что на производство спирта, например из кукурузы, для спирто-бензи-новой смеси уходит столько же высококачественной энергии, сколько заключено в получаемом спирте, или даже больше. Поэтому чистый выход энергии практически отсутствует. Смесь бензина со спиртом для заправки автомобилей продается, одна­ко, в «зерновом поясе» США, так как там имеются излишки зерна, которые не могут быть реализованы на мировом рынке, хотя с точки зрения экологов это неразумно и экономически нерентабельно.

Мы привыкли отождествлять энергию, затрачиваемую в про­цессе производства, с энергией топлива или электроэнергией, забывая об энергии человеческого труда и использованных ма­териалов. На самом деле энергия всех видов, затраченная на поиски, добычу, переработку и перевозку топлива, может превы­шать энергию, получаемую при его сжигании. Очевидно, напри­мер, что энергетические затраты на движение автомобиля гораздо больше, чем затраты бензина. Они включают в себя энергию, затраченную на проектирование и производство автомобиля, запасных частей, обучение шофера и подготовку ремонтных рабочих, на создание автомобильных дорог и другие работы.

Ошибка людей, определяющих те или иные затраты на какие-либо процессы, связана с тем, что они упускают из вида много­образие фактически расходуемой энергии. Кажется, например, что деятельность по обучению людей связана лишь с затратами энергии преподавателей. В действительности же эта энергия го-


Глава 3. Энергия в экосистемах

раздо больше и включает в себя энергию различных форм деятельности в сфере образования, в том числе и энергетичес­кие затраты на материальное обеспечение обучения.

Энергетические процессы рассматривают обычно как чисто физические и часто не предполагают, что мышление - это также энергетический процесс. Развитие умственных способностей свя­зано с большими энергозатратами. Интеллектуальный труд явля­ется процессом, где используются высококачественные формы энергии. Ум и знание концентрируют в себе энергию, затрачен­ную на обучение и приобретение опыта многими поколениями.

Большинство достижений экономики основано на применении многих высококачественных интеллектуальных и других дополни­тельных форм энергии, которые часто не учитываются при оценках стоимости продукции. Чем больше высококачественных форм энергии расходуется при производстве продукции, тем выше должна быть ее стоимотсь.

К сожалению, в некоторых странах, в том числе и в России, интеллектуальный труд оценивается значительно ниже, чем физический, хотя качество используемой энергии в первом случае выше, чем во втором. Несоответствие экономических правил фундаментальным законам природы в конечном счете может приводить к низкой эффективности экономических систем.

Следовательно, проблема не в том, много ли нефти в не­драх Земли, и не в количестве энергии, высвобождаемой при расщеплении урана; проблема в том, сколько высококачествен­ной энергии можно получить из этих источников после того, как будут уплачены все «энергетические штрафы», связанные в том числе с охраной здоровья людей и обработкой отходов. Поэто­му в данном случае, как и в случае биологической продук-тивности экосистем, нас должно заботить не валовое количество получаемой энергии, а количество полученной чистой энергии.

Эффективность использования энергииопределяется соотношением полезной работы и величины всех энергетических затрат при ее выполнении.


Глава 3. Энергия в экосистемах

Чем больше отношение количества полезной работы ко всему количеству энергии, затраченной на ее производство, тем выше эффективность использования энергии.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Экология

Рецензенты кафедра экологических основ природопользования.. международный центр биоэкологический контроль ген директор д р биол наук проф э и слепян..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Описание потоков энергии является фундаментом экологического анализа для прогнозирования выхода полезных для человека продуктов

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Б. П. Усанов, Л. И. Жукова Э
ЭКОЛОГИЯ: Учебник для технических вузов / Л. И. Цветкова, М. И. Алек­сеев и др.; Под ред. Л. И. Цветковой. - М.: Изд-во АСВ, СПб.: Химиздат, 2001. - 552 с: ил. - ISBN 5 - 93093 - 096 - 1

Следовательно, предметом экологии являются системы надорганизмемного уровня - популяционные, экологические и биосфера
Популяционные системы- это биосистемы, в которых био­тические компоненты представлены, как сказано выше, популяци­ями. Популяция- это совокупность разново

Экосистема - это надорганизменная система, в которой биотический компонент представлен биоценозом, а абиотический - биотопом
Часто экосистему выделяют внутри естественных границ. Напри­мер, границей озера служит береговая линия, а города - адми­нистративные границы. Как большие, так и малые экосистемы обычно не

Фотосинтез есть накопление части солнечной энергии путем превращения ее в потенциальную энергию химических связей органических веществ
Фотосинтез - необходимое связующее звено между живой и неживой природой. Нобелевский лауреат А. Сент-Дьердьи пи­сал: «Жизнью движет слабый непрекращающийся поток солнеч­ного света». Значен

Весие главным образом за счет отрицательных обратных связей
Следовательно, экосистемы способны поддерживать относитель­ ную стабильность своего состояния. И Стабильность экосистемв экологии означает свойство лю­бой системы возв

Эволюция экосистем, в отличие от сукцессии, представляет собой длительные процессы их исторического развития, которые необратимы и ацикличны
В основе эволюции лежит естественный отбор на видовом или более низком уровне. Эволюция экосистем в какой-то степе­ни повторяется в их сукцессионном развитии. Если сравнить состав и структ

Энергия - одно из основных свойств материи - способность производить работу
Все, что происходит внутри и вокруг нас, основано на рабо­те, в процессе которой одни виды энергии переходят в другие согласно фундаментальным законам физики. Законы термодинамики

Организмы, получающие энергию Солнца через одинаковое число ступеней, принадлежат к одному трофическому уровню
Так, зеленые растения - продуценты- занимают первый тро­фический уровень; травоядные животные - первичные консу-менты- второй; хищники - вторичные консумен

Показателем энергоэффективности является отношение количества полезной энергии на выходе системы ко всей полезной энергии на входе
Энергоэффективность зависит также от соответствия каче­ства энергии качеству выполняемой работы. Для выполнения различных видов работы может применяться энергия разного качества. Чтобы гор

Деньги- это мера стоимости товаров, созданных трудом
Они являются непосредственным представителем выполненной работы или затраченной полезной энергии. Приравненные к деньгам стоимости товаров приобретают одинаковое выражение и становятся сравнимы меж

Следовательно, деятельность человека увеличивает приток углерода в атмосферу в виде С02
■ Круговорот азота.Воздух по объему почти на 80 % состоит из молекулярного азота N2 и представляет собой крупней­ший резервуар этого элемента. Все живые организмы

Экологическая ниша - это совокупность территориальных и функциональных характеристик среды обитания, соответствующих требованиям данного вида
В зависимости от источников питания, размеров территории, температуры и других физико-химических факторов экологичес­кие ниши делят на специализированные и общие. Специализированны

Правило Гаузе формулируется так: два вида, обитающие на одной и той же территории, не могут иметь совершенно одинаковую экологическую нишу
Два близких вида избегают конкуренции каким-либо спосо­бом: имеют различия в суточной или сезонной активности, в пище и др. Так, большой и хохлатый бакланы кормятся в одних и тех же водах. Но больш

Свойство организмов адаптироваться к существованию в том или ином диапазоне экологического фактора назы вается экологической пластичностью
Чем шире диапазон экологического фактора, в пределах которого данный организм может жить, тем больше его экологи­ческая пластичность. По степени пластичности выделяют два типа организмов: стенобион

Эврибионты обычно широко распространены. Стеноби-онты имеют ограниченный ареал распространения
Исторически, приспосабливаясь к экологическим факторам, животные, растения, микроорганизмы распределяются по раз­личным средам, формируя все многообразие экосистем, обра­зующих биосферу Земли.

Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она позволяет разобраться в сложных взаимосвязях в экосистемах
Глава 5. Экологические факторы К счастью, не все возможные экологические факторы регули­руют взаимоотношения между средой, организмами и челове­ком. Приоритетными в тот или иной отрез

Живое вещество может рассматриваться как одна из независимых переменных энергетического поля планеты
Очень вероятно, что в живом веществе основную роль играют не только состав и форма, но и симметрия атомов и молекул. Поэто­му симметрия расположения атомов имеет для формирования обо-

Жизнь, создавая биохимическим путем свободный кислород, тем самым создает защитный экран озона, предохраняющий ее от губительных излучений
Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере   Как бы ни разрушался озон, он постоянно восстанавливается из кислорода, который поступает в нижние слои атмосферы в достаточном ко

Биосфера - это область не только вещества Земли, но и энергии, полученной из космоса, т. е. создание и Земли, и космоса
В этом смысле представления о людях как о детях Солнца гораздо ближе к истине, чем гипотезы, объясняющие возникнове­ние жизни лишь случайными изменениями земного вещества. Появ­ление живой оболочки

Живые организмы - это трансформаторы лучистой энергии, особый механизм, строящий материю живой оболочки земной коры - биосферы
Энергия, выделяемая организмами, есть в основном, а может быть, и целиком, энергия Солнца. Итак, биосфера сочетает как сугубо земные, так и космичес­кие процессы, отражает их изменения в и

Превращение солнечной энергии в химическую в зеленых, хлорофиллоносных организмах - главное свойство живого вещества, его основная функция
С зеленой частью биосферы неразрывно связан и весь осталь­ной живой мир. Дальнейшую переработку созданных растения­ми химических соединений осуществляет живое вещество второго порядка - животные. И

Размножение организмов - важнейшее проявление «механизма земной коры», и в нем главное отличие живого от мертвого
Область жизни - вся поверхность планеты. По выражению В. И. Вернадского, жизнь «всюдна» и стремится охватить все доступное пространство, расширяясь в геологическом времени. Растекание жизни есть пр

Системный анализ - это направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объекта как системы
Важные положения системного подхода были сформулирова­ны учеными еще в XVIII - XIX веках. Так, Ю. Либих в 40-х годах прошлого столетия писал: «Мы рассматриваем природу как одно целое, и все явления

Модель - это имитация того или иного явления реального мира, позволяющая делать прогнозы
В простейшей форме модель может быть вербальной (словес­ной) или графической, т. е. неформализованной. Если необхо­димы достаточно надежные количественные прогнозы, то модель должна быть формализов

Ответственность за экологические правонарушения
несут лица, не соблюдающие экологические законы и нанося­щие ущерб окружающей природной среде и человеку. Экологи­ческие нарушения отражают объективное противоречие в систе­ме «общество - природа»:

Мониторинг - это система контроля, оценки и прогноза качества окружающей природной среды, включающая наблюдения за воздействием на нее человека
Первое Межправительственное совещание по мониторингу было созвано в Найроби (Кения) в 1974 г. На нем обсуждались цели программы глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Большой вкла

Главным результатом экологического мониторинга должна быть оценка откликов экосистем на антропогенные возмущения
Отклик, или реакция экосистемы - это изменение ее экологичес­кого состояния в ответ на внешние воздействия. Оценивать реак­цию системы лучше всего по интегральным функциональным показателям ее

Расходование средств экологических фондов на цели, не связанные с природоохранной деятельностью, запрещается
  Глава 11. Экологические принципы охраны природы Глава 11. Экологические принципы охраны природы  

Стратегические мероприятия - это разработка ресурсосберегающих и малоотходных технологий, которые должны стать инженерным идеалом
Однако трудно представить, например, оборотное водоснабже­ние в коммунальном хозяйстве, особенно при сбросе огромных объемов бытовых сточных вод. Поэтому совершенствование техноло­гий очистки вредн

Повестка дня на XXI век, или Повестка 21
Параллельно были подготовлены Рамочная конвенция об из­менении климата и Конвенция о биологическом разнообразии. Декларация и Заявление о принципах глобального кон­сенсуса

Мыслить - глобально, действовать - локально
Проблемы окружающей среды обусловлены миллионами мелких необдуманных поступков миллиардов людей. Исправить ситуа­цию могут тоже миллионы незначительных поступков, направ­ленных на защиту Земли. Отд

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги