Круговорот энергии в природе кратко

Обновлено: 03.07.2024

Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств

Наша планета окружена тремя оболочками. Круговорот веществ – это многократное участие веществ в процессах, протекающих в различных оболочках Земли.

Этот процесс - явление непрерывное, циклическое. Круговорот веществ сопровождается превращением, потерями, закономерными перераспределениями органических и неорганических веществ.

В процессе круговорота образуется живое вещество из неорганических соединений, впоследствии органика распадается на неорганические компоненты.

Круговорот веществ в биосфере происходит при участии живых организмов, которые преобразуют и передают энергию по пищевой цепочке. Биологический круговорот осуществляется по трофическим цепям (сетям) экосистемы и подчиняется закону Линдемана. В этом круговороте участие принимают все химические элементы, из них выделяют самые необходимые:

Углерод. Основным его источником является углекислота. Именно она необходима для его переработки в органическое вещество. В процессе фотосинтеза, поглощенная зелеными растениями углекислота перерабатывается в сахар, а благодаря другим процессам биосинтеза преобразуется в липиды, протеиды и тому подобное. Именно эти вещества являются источником питания для растений.
Азот. В атмосфере содержится около 78% азота, однако он находится в том состоянии, в котором не может использоваться большинством живых организмов. Для того чтобы, организмы смогли им воспользоваться, азот должен быть зафиксирован в виде химических соединений. Фиксация протекает при вулканической активности, грозовых разрядах или же сгорании метеоритов, но основная фиксация происходит за счет микроорганизмов, обитающих на корнях высших растений, реже на листьях.
Кислород. Главная составляющая живой природы. В тканях живых организмов содержится около 62,8% кислорода и 19%углерода. Круговорот кислорода усложняется тем фактором, что он может образовывать большое количество различных химических соединений. При определенном содержании кислорода, он может быть губителен для клеток аэробных организмов. Луи Пастер доказал, что ни один анаэробный организм не выживет при концентрации кислорода превышающей 1%. Круговорот этого вещества происходит между живыми организмами и атмосферой. Процесс продуцирования и выделения кислорода растениями при фотосинтезе противоположен процессу потребления и выделения углекислого газа при дыхании.

Эволюция биосферы

Биосфера - это весьма сложный комплекс, состоящий из массы элементов, взаимодействующих друг с другом на протяжении миллиардов лет. В планетарной биосфере различают материковую и океаническую биосферы, отличающиеся биологическими, физическими и другими условиями. Целостный характер биосферы определяется совокупностью живого вещества планеты.

В состав биологической оболочки входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может протекать без связи с литосферой и гидросферой. Распространение жизни в атмосфере ограничивается тропосферой.

Основные изменения биосфера претерпела с момента появления человека. Протяженности биосферы составляет порядка 3000 км, теоретически ее размеры могут быть более протяженными.

Возникновение жизни, согласно одной из теорий, происходило в условиях первобытной Земли, под воздействием специфических физико-химических процессов. Проблема происхождения жизни является одним из актуальных вопросов. Снижение температуры способствовало формированию водной оболочки планеты.

Эволюция Земли включает 4 этапа.

В ходе первого этапа происходило формирование земной коры, атмосферы и гидросферы. Возник первичный круговорот веществ. Первичная атмосфера состояла из метана, аммиака, пара, углекислого газа, сероводорода, практически не содержала кислорода и озона.
Второй этап - химическая эволюция, в ходе которой происходили процессы синтеза и накопления простых органических соединений.
Третий этап – возникновение жизни. Ему предшествовало появление первоначальных белковых молекул, из которых, впоследствии строились микроскопические живые организмы. Завоевание суши организмами привело к резкому росту биомассы живой материи.
Появление человека и преобразование его в биосоциальное существо, изменяющее биосферу.

Возникновению жизни предшествовало накопление в Мировом океане органических веществ, образованных без участия живых организмов. Продуценты синтезировали органические вещества из неорганических молекул.

Появление фотосинтезирующих растений привело к формированию кислородной атмосферы. Органическое вещество стало служить пищей гетеротрофным организмам.

В силурийском периоде палеозойской эры живые организмы начали осваивать сушу. Каждый возникающий вид, занимал определенную нишу в биосфере. Ограничивали область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры.

Увеличение численности населения может в ближайшее время привести к обострению продовольственной проблемы. Человек вышел за пределы возможностей биосферы и активно преобразовывает ее.

В настоящее время, ученые сделали возможной количественную оценку степени воздействия эволюции на строение биосферы, ее массу и продуктивность.

С появлением человека, как биосоциального существа, возникла ноосфера, которая не может быть охвачена ни одной естественной наукой, здесь имеет место взаимодействие естественных и общественных наук.

Разумная деятельность человека стала главным фактором, обусловливающим развитие современной биосферы.

Энергия определяется как способность выполнять работу и может превращается в различные формы: тепловую, световую, химическую, кинетическую (движения) и другие. Одна форма может быть преобразована в другую.

Превращение энергии и круговорот в природе необходимы для жизненно важных функций как рост и размножение любых организмов.

Материя определяется как все, что занимает пространство и имеет массу. Все материальные вещества, в том числе живые организмы сделаны из материи.

Откуда берется материя и какие превращения энергии происходят как необходимые составляющие для выживания живых организмов описано ниже.

Материя и энергия в земной системе

Некоторые типы материи были произведены при Большом взрыве, который сформировал Вселенную. Теория утверждает, что порядка 14 млрд лет назад произошедшая ядерная реакция сформировала ядра звезд различных типов. Земля и другие планеты, образованные из накопления тяжелых форм материи, начала дрейфовать в пространстве после Большого взрыва. Земля прошла через свой период накопления материи и энергии со времен начала нашей Солнечной системы, около 4,5 миллиарда лет назад.

Система Земли — включая ее живые и неживые компоненты вообще содержит небесконечное количества материи (за исключением небольшого количества входящей и выходящей из атмосферы Земли).

Как бесчисленные поколения живых организмов выживают на ограниченном количестве материи все эти 4,5 миллиарда лет?

Именно превращение энергии и круговорот из одной формы в другую позволяет жить на Земле живым существам.

Круговорот

Материя и энергия циклически осуществляют кругооборот через другие организмы, включая бактерии, животных и растения, поскольку жизнь возникла около 3,8 миллиарда лет назад.

Для большой части земной жизни организмы получают энергию прямо или косвенно от Солнца.

Как и все звезды, Солнце излучает электромагнитную энергию, которая включает свет в видимом, ультрафиолетом и ультракрасном спектрах также, как рентгеновские, микроволны, радио волны и гамма-излучение. Это излучение электромагнитного спектра используется для превращения энергии из одной формы в другую.

Получение энергии живыми организмами

Важной составляющей частью всех живых организмов являются органические молекулы. Органические молекулы представляют собой соединения, содержащие углерод и водород атомы, могут включаться и другие типы атомов. Для того чтобы сформировались органические молекулы в природе происходит превращение энергии.

Организмы которые участвуют в формировании органических молекул являются производителями.

Производители — растения, водоросли, некоторые простейшие и многие прокариоты (одноклеточные живые организмы) потребляют энергию необходимую для получения органических молекул из солнечного света.

Органические-молекулы биологического происхождения в составе углерода, водорода, кислорода и т.п.
Неорганические-молекулы не содержат углерод который является основой всех живых существ.

Атом углерода имеет четыре электрона во внешней оболочке, которая может образовывать связь с другим атомом. Так как углерод способен образовывать четыре связи, атомы углерода могут образовывать цепи и кольца. В органических молекулах углерод связаны по крайней мере с одним водородом. Они встречаются в живых организмах и часто содержат другие типы атомов, включая кислород, азот, серу или фосфор.

Реагент неорганических продуктов

углекислый газ + вода + энергия → органические вещества + кислород

Углекислый газ, который не содержит водород, считается неорганическим соединением.
В этой реакции, углекислый газ и вода — реактивы (вещества которые проходят реакции).
Органические молекулы и кислород являются продуктами.
Требуемая для превращения энергия считается реагентом.

Другие типы производителей могут приобретать ресурсы через неорганические химические реакции, процесс, называемый хемосинтезом. Однако, фотосинтез является основным источником органических молекул на Земле.

Фотосинтез, включая растения, осуществляет превращение энергии солнечного света в химическую. Много организмов, как животные и некоторые простейшие и бактерии, не могут превращать углекислый газ в органические молекулы, так как не могут приобрести ресурсы от солнечного света.

Живые организмы приобретают органическое вещество путём употребления в пищу продуктов, полученных от производителей или других потребителей.

Реагент органических продуктов

Органические молекулы имеют относительно высокое содержание ресурсов. Превращение энергии и её извлечение из органических молекул происходит посредством процесса, называемого клеточным дыханием.

Углекислый газ, вода и тепло отходы клетчатого дыхания.

Производители также могут использовать клеточное дыхание для извлечения энергии хранившейся в органических молекулах.

органические вещества + кислород → углекислый газ + вода + энергия

Разлагатели, в состав которых входят бактерии и грибы, потребляют органические вещества от отходов и некогда живых организмов, тем самым осуществляя круговорот веществ и энергии при переработке органического вещества в экосистеме.

Взаимодействие производителей, потребителей, редуцентов (останки живых существ) и неживой компоненты окружающей среды образуют экосистему. В экосистеме, потоки ресурсов для работы идут от производителей к потребителям и разлагателям. Однако, на каждом шаге только небольшое количество ресурсов передается, остальное теряется как тепло.

Обмен веществ и превращение энергии проходит через экосистему взаимно выгодно всем ее членам.

Кислород, который является отходом фотосинтеза, используется для клетчатого дыхания для большинства организмов.

Углекислый газ который представляет отходы клетчатого дыхания, используется для фотосинтеза.

Фотосинтетические производители используют энергию солнечного света для преобразования диоксида углерода и воды в органические молекулы. Потребители и редуценты используют клетчатое дыхание для того чтобы извлечь ресурсы от органических молекул, которые производят углекислый газ и воду.

Круговорот веществ между живыми и неживыми

Круговорот веществ и энергии между живыми и неживыми элементами Земли происходит путём биогеохимических циклов.

Биогеохимические циклы включают в себя перенос вещества через живые и неживые части экосистемы.

Биогеохимический цикл включает циклы различных элементов и молекул. Например, цикл углерода включает движение углерода от углекислого газа к органическому веществу и обратно в углекислый газ.

Биогеохимические циклы также связаны с биологическими процессами — например, вода испаряется из океана и снова падает в виде дождя.

Биогеохимические циклы могут быть нарушены деятельностью человека, как в настоящее время происходит с углеродным циклом. Уголь, нефть и природный газ, известные в качестве ископаемого топлива берутся из залежей некогда живых организмов, которые были захоронены под земной корой. Когда эти виды топлива сжигаются, углерод выделяется в виде углекислого газа. Пока много из этого углерода углекислого газа поглощается растениями и превращается обратно в виде живой материи.

Однако сегодня из-за сжигания ископаемого топлива количества углерода который был похоронен под земной корой и в процессе круговорота в природе сейчас находится в атмосфере Земли приближается к 750 гигатонн. Этот углекислый газ создает глобальное потепление через парниковый эффект, который влияет на климат.

Все мы слышали о круговороте воды в природе. Но возможно не все знают о круговороте энергии в природе. А точнее о взаимосвязи наших мыслей, поступков с количеством и качеством энергии. Но этот процесс обмена энергиями имеет прямое влияние на нашу жизнь. Наша жизнь - это не что иное, как круговорот энергии. Какая-то часть энергии постоянно расходуется и её приходиться постоянно восполнять. В идеале должен быть баланс между приходом и расходом энергии. Но на деле у нас не всегда это получается.

А если баланса нет и энергообмен нарушен, то мы имеем либо избыток энергии, либо её недостаток. При избытке энергии, она постоянно ищет выход в любых формах, от энтузиазма до бешенства, и даже излишнего веса. А при недостатке энергии, организм ищет недостающую ему энергию тоже любыми способами. Вот откуда берутся энергетические вампиры, которым просто неоткуда больше брать энергию, кроме как от других людей. И они делают всё, чтобы ее получить, осознанно или неосознанно. В скандалах, обидах, ярости, возмущениях, истериках и появляется этот необходимый всплеск энергии, которую мы ловим, и восполняем недостаток своей.

Расходовать энергию не менее важно, чем накапливать, поскольку так мы её обновляем. Если мы всё держим в себе, то происходит застой энергии. Получается своего рода болото - ничего никуда не уходит и не приходит. А чтобы что-то пришло, нужно освободить для этого место. Природа не терпит пустоты. Она обязательно её заполняет.

Самый простой способ получить энергию - через пищу. Это один из самых мощных источников простой и необходимой для жизнедеятельности энергии. Если энергия не приходит с пищей, то может наблюдаться упадок сил, слабость и апатия. Таким образом организм просто экономит силы для минимального расходования остатков энергии. При этом пища - это, в основном, грубая энергия, которая питает мышцы и физиологические системы нашего тела. Но, накапливаясь, грубые энергии начинают доминировать в организме, и наше восприятие грубеет.

Негативные эмоции, злость, переживания требуют повышенного расхода нервной и эмоциональной энергии. Поэтому когда мы нервничаем, нам хочется есть. Так же физическую энергию мы получаем из спорта, физических нагрузок и сна.

Грубые энергии нужны нашему телу для восполнения физических сил. А нашей психике требуется уже более тонкая энергия. Тонкие и сверхтонкие энергии являются основой для интеллектуальной и творческой работы. Чем выше наш творческий потенциал, тем больше энергии мы потребляем. Более того, чем более мы развиты духовно и чем выше наше сознание, тем более тонкая энергия и пища нам нужна. Как минимум, это вегетарианство.

Любая же пища, связанная с убийством живых существ при переваривании даёт только грубую энергию, которая трансформируется в негативные эмоции: агрессию, злобу и раздражительность, что в свою очередь влияет на наше сознание. Возможно кто-то считает, что прямой связи тут нет. Но она действительно есть.

Для этого достаточно пожить хотя бы 1 месяц на вегетарианской пище без телевизора и желательно где-нибудь на природе, чтобы отследить своё эмоциональное состояние. Энергия живой природы - это тонкая энергия, которая пробуждает в нас чистые помыслы и возвышенные чувства. Она восстанавливает нас.

Достаточно вспомнить наши сказки и былины. Наши предки питались энергией матушки земли и никто их не мог победить. Мы же сегодня оторвались от земли и от своих корней, и перевернули свой мир с ног на голову.

Есть ещё более тонкие энергии - это духовные энергии. Достигнув определённого уровня, мы становимся более восприимчивыми и чувствительными, и начинаем слышать внутренний зов. Это приводит к началу духовного поиска смысла жизни и высшей цели. У каждого свой путь, но ищущих объединяет одно - нежелание жить как все и проживать свою жизнь впустую.

Использование духовной энергии безгранично, она везде и повсюду, но не все могут научиться её принимать и отдавать. Всё, что нам даёт природа, она даёт не только для того, чтобы мы сами это имели, но и для того, чтобы мы с другими делились. Иначе не происходит энергообмена. Такая энергия трансформирует нас на клеточном уровне. Наше сознание эволюционирует, руководит нашими действиями и мы меняемся. В таком состоянии у нас не возникает желания убивать, изменять, лгать, воровать и т.д. И это не потому что это запрещено или за это могут наказать, а просто потому что нам это и в голову не приходит.

Обладая тонкими энергиями, мы способны избавляться от любых зависимостей, болезней, негативных мыслей и пороков. От всего, что мешает нашей эволюции от человека, живущего низменными животными инстинктами, до человека, живущего сердцем, любовью и высокими идеалами.

Чтобы понять, сколько в нас энергии, достаточно посмотреть на себя и мир вокруг. Наш мир - это отражение нашего внутреннего состояния, наших привычек и устоев. Если нам нравится тот мир, в котором мы живём, и мы счастливы, тогда у нас всё в порядке с обменом энергии, мы умеем принимать и отдавать, умеем созидать и видеть красоту в мелочах, мы любим и любимы. Но если мир нам кажется серым и однообразным, мы работаем на износ, дома нас ждут скандалы и непослушные дети, и ничто уже не радует и не вдохновляет, то тогда есть повод задуматься над своей жизнью. В любой момент можно измениться. В любой момент можно начать жить полноценной жизнью. В любой момент можно начать жить, а не существовать. Каждый из нас - это часть Бога. В каждом из нас есть потенциал и уникальность. Мы всегда можем начать меняться и начать отдавать. И чем больше мы отдаём, тем больше мы получаем. И не важно, что это: деньги, время, труд, идеи, любовь или терпение. В любой момент мы имеем возможность начать позитивно мыслить, создавать, вдохновлять, стать ближе к природе, вспомнить о своей душе и помочь ей эволюционировать. Главное - это желание.

Энергия и питательные или химические вещества проходят через экосистему. В то время как энергия течет через экосистему и не может быть переработана, питательные вещества циркулируют внутри экосистемы и используются повторно. Как поток энергии, так и химический цикл помогают определить структуру и динамику экосистемы.

Производители и потребители

Продуценты, такие как растения или фитопланктон, используют солнечную энергию для синтеза питательных веществ посредством фотосинтеза и являются источниками всей энергии в экосистеме. Продуценты также нуждаются в питательных или химических веществах, таких как азот, фосфор и железо, чтобы расти. Питательные вещества и сахара доступны для первичных консументов (первого порядка), травоядных животных, которые питаются продуцентами, и вторичных консументов (второго порядка), хищников, которые едят консументов первого порядка.

Поток энергии и круговорот веществ

Энергия, протекающая через экосистему, не может быть переработана повторно. Она доступна живым организмам в виде солнечного света, который необходим для процесса фотосинтеза. Консументы используют сахара, жиры и белки, которые они получают от продуцентов, в качестве источника энергии для роста и поддержания своих клеток. Они теряют часть этой энергии в виде тепла (смотрите схему выше). Питательные вещества перерабатываются путем разложения. Когда продуценты или консументы умирают, грибы и другие деструкторы получают энергию, перерабатывая их остатки, и в процессе возвращая в почву основные питательные вещества, такие как азот, чтобы растения могли использовать их снова.

Доступность энергии и питательных веществ может ограничивать продуктивность экосистемы. В открытом океане, например, много света на поверхности, но мало на глубине. Более того, таких питательных веществ, как азот и железо, также мало, поэтому производительность ограничена. В тех регионах океана, где апвеллинг выносит питательные вещества на поверхность, как, например, у побережья Чили в годы, не связанные с Эль-Ниньо, продуктивность экосистемы возрастает.

Читайте также: