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 40
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