انتقال الطاقة في النظام البيئي

الطاقة وعلاقتها بالنظام البيئي



تعرف الطاقة (Energy ) بأنها المقدرة على انجاز شغل وقد تتخذ الطاقة أشكالا متعددة مثل الطاقة الكامنة و الطاقة الحركية فضلا عن صور عديدة أخرى مثل الطاقة الكيمياوية و الطاقة الحرارية .
الطاقة في النظام البيئي تتحكم بها قوانين الديناميكا الحرارية حيث بنص القانون الأول للديناميكية الحرارية بان الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكن يمكن ان تتحول من شكل لأخر ,فالضوء مثلا والذي هو شكل من أشكال الطاقة يمكن ان يتحول الى طاقة كامنة في الغذاء .
اما القانون الثاني فينص على انه لا يمكن لاي شغل ان ينجز (عملية التحول من شكل لآخر ) تلقائيا ما لم يكن هنالك انحلال للطاقة من الشكل المركز الى الشكل المتفرق أي انه ليس هنالك عملية ذات كفاءة 100% لذلك فانه في أي نظام بيئي لا بد من إدخال كمية أكبر من الطاقة بالمقارنة مع الطاقة المستخلصة بصورة شغل .
* الشمس هي المصدر الأساسي لجميع الكائنات الحية التي ترسل إشعاعات كهرومغناطيسية مختلفة الأمواج ويمكن تصنيف هذه الأمواج على ثلاث مجموعات وفق أطوال موجاتها :

1-الأشعة فوق البنفسجية تقل أمواجها عن 400 نانومتر وتكون 6-7% من الأشعة الشمسية وهي مهمة لصحة الإنسان ولكن الزيادة منها مُضرة على النظام الحيوي بما فيها الإنسان ولا يصل الأرض منها إلا جزء بسيط بسبب امتصاص طبقة الأوزون لها .

2- الأشعة المرئية وتتراوح أطوال موجاتها ما بين 300 -740 نانومتر وتكوّن 42% من الإشعاع الشمسي وتشمل الأشعة الزرقاء والصفراء والحمراء غيرها وهي ضرورية لعملية التركيب الضوئي .

3-الأشعة تحت الحمراء وتتراوح أطوال موجاتها مابين 750- 4000 نانومتر وتكون حوالي 51% من إشعاع الشمس ويستخدم الجزء الأكبر منها في رفع درجة حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي.
تعتبر الطاقة الشمسية من أنظف مصادر الطاقة وأقلها تلوثاً .

• الطاقة التي تأتي من الشمس لا تصل جميعها إلى سطح الأرض حيث ان الإشعاع الذي يخترق الجو تقل كميتة بواسطة الغازات الجوية والغبار ولكن بدرجات متفاوتة اعتمادا على طول الموجة , و الفرق بين الإشعاع المتدفق والشعاع المنعكس يعرف بالإشعاع الصافي والذي تقدر كميته بحوالي 0,6 مليون كيلو سعرة \م2\سنة وان هذا الإشعاع الصافي هو السبب في تبخر الماء وتوليد الرياح الحارة وان أي تغير في الإشعاع الصافي يؤثر على درجات الحرارة للبيئة الحياتية .



• الطاقة الشمسية التي تصل الى الأرض يمتص قسم منها من قبل الكائنات المنتجة ولا تمتص النباتات الزراعية أكثر من 8% من الطاقة الواصلة بينما تمتص النباتات البرية 1-2% فقط في حين لا تزيد الطاقة الممتصة من قبل النباتات المائية عن 1 % من الطاقة الشمسية , وهذه الطاقة الشمسية المستلمة من قبل النباتات الخضراء على مدى أيام وفصول السنة لها أهميتها الكبرى في مفهوم الإنتاجية ودورات العناصر في ضمن النظم البيئية المختلفة .
• ان عملية البناء الضوئي في النظم البيئية هي العملية الأساسية التي تتحول بواسطتها أشعة الشمس الى مركبات كيمياوية ومن هذه المركبات تتمكن النباتات من صناعة العديد من المركبات الأخرى مثل الزيوت ,الدهون ,الفيتامينات والبروتينات وغيرها .


الخصائص البيئية لعملية البناء الضوئي





1 إنتاج الطاقة بمستويات عالية جدا من خلال الاستفادة من ضوء الشمس بواسطة عملية البناء الضوئي .
2- استهلاك ثنائي اوكسيد الكربون من الغلاف الجوي لمعادلة ما ينتج من تنفس الأحياء مما يحقق التوازن .
3- إعادة غاز الأوكسجين الى الغلاف الجوي كناتج عرضي (من عملية التركيب الضوئي )لتعويض ما يفقد منه في عملية التنفس و الأكسدة .

ومثلما ان عملية البناء الضوئي تؤثر في البيئة فان البيئة بعواملها المختلفة تؤثر أيضا فيها ومن هذه العوامل :-
1- تركيز غاز ثنائي اوكسيد الكربون (علاقة طردية ولحد معين ) .
2- طول فترة الإضاءة .
3- درجة الحرارة .
4- نوعية الضوء .





الإنتاجية في النظم البيئية Productivity



تعريف الإنتاجية :- هي الطاقة الإشعاعية المثبتة في وحدة الزمن او هي كمية الكتلة الحية المثبتة في وحدة الزمن .
تقسم الإنتاجية الى :-

1- الإنتاجية الأولية Primary Productivity
وهي تحويل الطاقة الضوئية الى طاقة كيمياوية .وتسمى أيضا الإنتاجية النباتية لكونها تحدث في المستوى الاغتذائي الأول (أي النباتات الخضراء ). وتقسم الى :-

أ- الإنتاجية الأولية الإجمالية Gross Primary Productivity
وهي مجموع معدلات التركيب الضوئي للمواد العضوية وتشمل أيضا الطاقة المستعملة للتنفس و النمو
ب - الإنتاجية الأولية الصافية Net Primary Productivity
وهي مجموع معدلات خزن المواد العضوية الفائضة عن حاجة النبات (أي بدون الطاقة المستهلكة في التنفس و النمو )

2- الإنتاجية الثانوية Secondary Productivity

وهي معدلات خزن الطاقة الفائضة عن الحاجة في المستهلكات و المحللات .

طرق قياس الإنتاجية

يمكن قياس الإنتاجية الأولية بصورة عامة من خلال عملية البناء الضوئي أي تقدير كميات ثنائي اوكسيد الكربون المثبتة او كميات الأوكسجين المتحرر .
وهنالك طرق مختلفة لقياس الإنتاجية ومنها :-
1- طريقة الحصاد .
2- طريقة قياس الأوكسجين .
3- طريقة قياس ثنائي أوكسيد الكربون .
4- طريقة الكلوروفيل .
5- استخدام النظائر المشعة .
6- طريقة اختفاء المواد الأولية .
*تقاس الإنتاجية بوحدات وزن \مسافة \زمن مثال غم\م2\يوم .ويطلق مصطلح الكتلة الحية Biomass على كمية المادة العضوية في الجسم الحي في النظام البيئي والتي صادف وجودها في لحظه القياس .




السلسلة الغذائية Food Chain


تعرف السلسة الغذائية بأنها تمثيل خطي لما يجري في النظام البيئي من انتقال للطاقة بين المستويات الاغتذائية المتعاقبة .

تتضمن السلسلة الغذائية في ابسط صورها ثلاث عمليات رئيسة هي :-

1- الإنتاج :- والتي تقوم به المنتجات أو (الكائنات ذاتية التغذية ) وتقوم بتصنيع الغذاء بواسطة عملية التركيب الضوئي وتبدأ عندما يمتص اليخضور (الكلوروفيل) أشعة الشمس، وتستعمل النباتات هذه الطاقة لتجمع بين ثاني أوكسيد الكربون الذي تمتصه من الجو، والماء الذي تحصل عليه من التربة، لتصنع الكربوهيدرات، كالسكريات والنشويات والسيليلوز، وتطلق الأوكسجين نتيجة عملية التركيب الضوئي. ويعد التمثيل الضوئي عملية إنتاج ضخمة تتضاءل أمامها كل صناعات الإنسان، والمنتجات لا توفر الغذاء لنفسها فحسب بل توفر الغذاء للأحياء الأخرى بشكل مباشر أو غير مباشر .



2- الاستهلاك :- يتضمن الاستهلاك أشكالا مختلفة من الفعاليات التغذوية لأكلات الأعشاب واكلات اللحوم والقوارت مما يؤدي الى استعمال وإعادة تكوين المواد العضوية المتكونة أصلا في النباتات .



3- التحلل :- وفيه يتم تكسير المواد العضوية الى مركبات ابسط يمكن استخدامها مرة أخرى في دورة السلسلة الغذائية .
تختلف السلاسل الغذائية باختلاف النظم البيئية ومواقعها على سطح الكرة الأرضية فمنها ما تكون طويلة تصل الى أربع أو خمس حلقات ومنها ما تكون قصيرة تقتصر على ثلاث حلقات فقط ,وان كمية الطاقة الموجودة في أي حلقة تتناسب طرديا مع قربها من بداية السلسلة الغذائية وعلي تكون الطاقة المكتسبة من اكل لحم البقر اقل من الطاقة المكتسبة من أكل الحبوب التي تستمد طاقتها من الشمس مباشرة .


المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .