Презентация на тему: Потоки энергии в биосфере. Устойчивость биосферы

Лекция № 12Тема: «Потоки энергии в биосфере. Устойчивость биосферы.»автор: Киселева О.Н.учитель биологии и экологии МАОУ «Лицей №37» г.Саратова

Биологический круговорот веществ(на примере пастбищной цепи)

Каковы сходства и отличия большого и малого круговоротов?

Солнце как источник энергииХарактеристики солнечной энергии:Избыток2. Чистота3. Постоянство4. ВечностьВторой принцип функционирования экосистем:Экосистема существует за счет практически вечной, не загрязняющей среду солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно

Лекция № 12Тема: «Потоки энергии в биосфере. Устойчивость биосферы.»

Как человек влияет на потоки энергии в биосфере ?Как человек влияет на потоки энергии в биосфере ? Какие глобальные проблемы возникают в результате этого влияния ?

Биологический круговорот веществ(на примере пастбищной цепи)

Законы термодинамикиФормулировки первого закона (начала) термодинамики:Энергия не создается и не уничтожается. 2. В любой изолированной системе общее количество энергии постоянно.3. Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы над внешними телами. 4. Это одна из форм закона сохранения энергии. Закон сохранения энергии.При любых процессах, происходящих в системе при неизменных внешних условиях, ее полная энергия остается постоянной.

Биологический круговорот веществ(на примере пастбищной цепи)

В применении к экологическим системам:Энергия в экосистеме не может создаваться заново и исчезать, а только переходит из одной формы в другую (Е света Е химических связей органических соединений; Е химических связей органических соединений тепловая Е).

Формулировки второго закона (начала) термодинамики:Невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходит от тел менее нагретых к телам более нагретым. 2. Все самопроизвольные процессы в замкнутой неравновесной системе происходят в таком направлении, при котором энтропия системы возрастает; в состоянии теплового равновесия она максимальна и постоянна. 3. Процессы, связанные с превращением энергии могут протекать самопроизвольно лишь при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную.Энтропия системы – это мера рассеивания энергии, степень внутренней неупорядоченности системы. Ее величина связана со структурой самой системы. В равновесной системе энтропия высокая, в открытой сложноорганизованной – низкая.

Биологический круговорот веществ(на примере пастбищной цепи)

Правило Шредингера «о питании» организма отрицательной энтропией: упорядоченность организма выше окружающей среды и организм отдает в эту среду больше неупорядоченности, чем получает. Принцип сохранения упорядоченности Пригожинав открытых системах энтропия не возрастает, а уменьшается до тех пор, пока не достигается минимальная постоянная величина, всегда большая нуля.Принцип экономии энергии Л. Онсагера: при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допустимых началами термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеивания энергии.

Биологический круговорот веществ(на примере пастбищной цепи)

Второй закон термодинамики в применении к экосистемам: не может быть ни одного процесса связанного с превращением энергии без потери некоторой ее части (т.е. эффективность самопроизвольного превращения энергии всегда меньше 100 %). В экосистемах часть энергии превращается в недоступную тепловую и, следовательно, теряется. Поэтому жизнь на Земле не возможна без притока солнечной энергии.

Консументы IV порядкаКонсументы III порядкаКонсументы II порядкаКонсументы I порядкаЕ – энергия, выделяемая с метаболитамиD – естественная смертьR – дыханиеW – фекалии

Закон пирамиды энергии (закон Линдемана):с одного трофического уровня переходит на другой, более высокий уровень в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень энергии.

Консументы IV порядкаКонсументы III порядкаКонсументы II порядкаКонсументы I порядкаЕ – энергия, выделяемая с метаболитамиD – естественная смертьR – дыханиеW – фекалии

Экосистема (с точки зрения термодинамики) - это неравновесная система, постоянно поглощающая из окружающей среды энергию, вещество и информацию, уменьшая энтропию внутри себя, но увеличивая вовне в связи с рассеиванием тепловой энергии на каждом трофическом уровне.

Закон исторического саморазвития экосистем Бауэра: развитие биологических систем есть результат увеличения их внешней работы – воздействия этих систем на окружающую среду.

Агроэкосистемы

Особенности агроэкосистем1. Высокая продуктивность2. Низкое биологическое разнообразие3. Высокая энтропия4. Низкая устойчивость5. Внесение большого количества антропогенной энергии

Влияние антропогенной деятельностина потоки энергии и устойчивостьбиосферыЧеловек потребляет более 10% продукции биосферы, хотя по закону Линдемана это потребление не должно превышать 1%. Это приводит к снижению устойчивости и разрушению природных экосистем.2. Человек изменяет термодинамические процессы в биосфере, привнося антропогенную энергию (ископаемого топлива, атомного ядра, ГЭС и др.), что увеличивает поток тепловой энергии с поверхности планеты. Эта энергия накапливается в атмосфере, что приводит к глобальному изменению климата планеты.3. Замена естественных экосистем на агроэкосистемы приводит к росту энтропии, а значит снижению устойчивости биосферы.4. Увеличение энтропии приводит к экстенсивному течению эволюции, что может привести к саморазрушению живой материи или глобальному изменению видового состава и всего облика биосферы.

Домашнее задание Выучить конспект лекции.Выучить законы, принципы и правила, вновь отмеченные в списке.Выбрать любую проблему, возникающую вследствие изменения потоков энергии и предложить пути её решения. По желанию: предложить формулировку темы экологического проекта в области энергетических проблем биосферы, собрать дополнительный материал, иллюстрирующий данные проблемы, для организации работы над экологическим проектом.