Поток энергии и продуктивность экосистемы. Источники и потоки энергии в биологических системах. Организованность биосферы. Производство

Электрическая энергия — энергия движущихся по элек­трической цепи электронов (электрического тока). Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэрозионная обработка).

Химическая энергия — это энергия, "запасенная" в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами. Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98 %), но низкой емкостью.

Магнитная энергия — энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но "отдающих" ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Электромагнитная энергия — это энергия электромагнитных волн, т. е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны. Таким образом, электромагнитная энергия — это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.

Ядерная энергия — энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция). Бытует и старое название данного вида энергии — атомная энергия, однако это название неточно отображает сущность явлений, приводящих к высвобождению колоссальных количеств энергии, чаще всего в виде тепловой и механической.

Гравитационная энергия — энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, "запасенная" телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли — энергия силы тяжести.

Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира — гравитационную, энергию взаимодействия тел — механическую, энергию молекулярных взаимодействий — тепловую, энергию атомных взаимодействий — химическую, энергию излучения — электромагнитную, энергию, заключенную в ядрах атомов — ядерную. Современная наука не исключает существование и других видов энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии. По большому счету понятие энергии, идея о ней искусственны и созданы специально для того, чтобы быть результатом наших размышлений об окружающем мире. В отличие от материи, о которой мы можем сказать, что она существует, энергия — это плод мысли человека, его "изобретение", построенное так, чтобы была возможность описать различные изменения в окружающем мире и в то же время говорить о постоянстве, сохранении чего-то, что было названо энергией, даже если наше представление об энергии будет меняться из года в год. Единицей измерения энергии является 1 Дж (Джоуль). В то же время для измерения количества теплоты используют "старую" единицу — 1 кал (калория) = 4,18 Дж, для измерения механической энергии используют величину 1 кгм = 9,8 Дж, электрической энергии — 1 кВт/ч = 3,6 МДж, при этом 1 Дж = = 1 Вт-С.

Экзогенными называют геологические процессы, которые обусловлены внешними по отношению к Земле источниками энергии: солнечной радиацией и гравитационным полем. Они протекают на поверхности земного шара или в приповерхностной зоне литосферы. К ним относятся гипергенез (выветривание), эрозия, абразия, седиментогенез и др.

Противоположные экзогенным процессам эндогенные - геологические процессы связаны с энергией, возникающей в недрах твердой части земного шара. Главными источниками эндогенных процессов считаются тепло и гравитационная дифференциация вещества по плотности с погружением более тяжелых составляющих элементов. К эндогенным процессам относятся вулканизм, сейсмичность, метаморфизм и другое.

Таким образом, эндогенная энергия - это энергия земных недр, которая поступает в географическую оболочку в двух формах: теплового потока (теллурические токи) и путем механических перемещений вещества. Величина теплового потока в среднем в 10-5 раз меньше потока электромагнитной солнечной энергии (0,06 Дж/м2·с).

Экзогенная энергия - энергия, поступающая на Землю из Космоса, называется экзогенной. В количественном отношении она на 97% состоит из электромагнитного излучения Солнца - солнечной радиации. Вследствие малой изменчивости интенсивности солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, ее поток, рассчитываемый на 1 см2 в минуту, называют солнечной постоянной, которая равна 1,98 кал/(см2·мин), или 8,3 Дж/(см2·мин).

Суммарное воздействие эндогенной и экзогенной энергий изменяет вещество земной коры, создает форму и рельеф Земли. Самые грандиозные преобразования на поверхности планеты вызывает эндогенная энергия. Однако вклад экзогенной энергии в изменение облика планеты не менее значителен. Во-первых, солнечная энергия сохраняется в геохимических аккумуляторах земной коры. Во-вторых, неравномерность распределения лучистой энергии на земной поверхности приводит в движение атмосферу, а через нее и гидросферу.

 

Соотношение различных потоков энергии говорит о том, что солнечная энергия по мощности намного превосходит все остальные виды энергии. Однако значение каждого вида энергии не может оцениваться только количественно, так как каждый вид выполняет определенные функции. Эффективность энергетического потока во многом зависит от того, поступает энергия в концентрированном или рассеянном виде, к нижней или верхней границе геосфер и др.

 

 

 

Вывод:

Биосфера - это открытая термодинамическая система, которая получает энергию в виде лучистой энергии Солнца и тепловой энергии процессов радиоактивного распада веществ в земной коре и ядре планеты. Радиоактивная энергия, доля которой в энергетическом балансе планеты была значительной на абиотических фазах, сейчас не играет заметной роли в жизни биосферы, и основной источник энергии сегодня - это солнечное излучение. (Конечно, помимо него, есть много других источников). Круговорот веществ, роль растений в поглощении и использовании световой энергии Солнца, в преобразовании ее в энергию химических связей, использование животными, грибами, значительной частью бактерий органических веществ и заключенной в них энергии, освобождение энергии, заключенной в органических веществах, в процессе дыхания (окисления), брожения, гниения – все это необходимое условие существования биосферы. Вещества атмосферы, в отличие от энергии, используются многократно и совершают биологический круговорот. Скорость превращения энергии Солнца в энергию химических связей определяет продукцию биоценозов, которая выражается в биомассе организмов. Биомасса продуцентов представляет первичную продукцию, биомасса консументов — вторичную. Вторичная продукция в биоценозе значительно меньше первичной из-за потерь энергии при передаче ее с одного трофического уровня на другой. Жизнь «своим существованием – в неразрывной связи со средой жизни — создает биосферу –определенную оболочку земной коры». Существующие сегодня ветросиловые и солнечные установки – всего лишь примитивный прообраз генераторов будущего. Современная наука и техника предпочитают движение по хорошо накатанному пути утилизации энергосодержащих ископаемых отходов жизнедеятельности биосферы минувших эпох, не учитывая, что их запасы конечны и уже вполне ощутимы негативные последствия этого направления развития энергетики. Характеризуя биосферу, ее биогеохимическую организованность, В.И.Вернадский писал: «Организованность обозначает, что эта среда – биосфера –имеет определенное строение, сопряженное с явлением жизни. Организованность среды жизни – части планеты – отвечает, прежде всего, составу жизни живых организмов. Сама биосфера не является случайным образованием — она отвечает определенной форме организованности. Это – устойчивая динамическая система равновесия.» Организованность биосферы есть структурно-вещественно-энергетический результат совокупного (по законам статистического ансамбля) прохождение различными природными системами определенных отрезков времени. Организованность биосферы представляет собой высший уровень развития известных нам природных систем. Это те системы, функционирование которых определяет темп, направление и характер физических, химических, термодинамических, биологических, геологических, иначе говоря, всю совокупность самых разнообразных процессов, протекающих в биосфере. Но организованность биосферы имеет и относительную самостоятельность: организуясь живыми организмами, она влияет на них, выбирая те, которые строго определены ее структурой. Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу — природном или антропогенном — ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия. При этом безостановочный экономический рост возможен лишь за счет непрерывного расширения использования ресурсов биосферы. Человек, став мощным геологическим фактором, оказывает глобальное воздействие на биосферу. Биосфера, со своей стороны, через свои экологические законы, которые он вынужден соблюдать, чтобы выжить, в том числе и закон о биотической регуляции окружающей среды, воздействует на человека. Создаются условия, очень напоминающие сопряженную эволюцию или коэволюцию человек—биосфера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы, использованный при составлении реферата:

1. http://www.godmol.ru/ekologija/147-energija-v-biosfere.html [электронный ресурс]
2. http://www.spishy.ru/referats/24/12829 [электронный ресурс]
3. http://avkokin.ru/documents/567 [электронный учебник]