Konu 3Ekosistemlerde Enerji

Konular

Yaşamın enerjisi

Termodinamik yasaları

Fotosentez ve hücresel solunum

Ekosistemlerde enerji akışı

Üreticiler, Tüketiciler ve Ayrıştırıcılar

Ekolojik piramit

Ekosistem verimliliği

Enerji

İş yapabilme yeteneğidir

Enerji çeşitleri: Kimyasal, Termal, Mekanik, Nükleer, Elektrik ve Güneş

Güneş enerjisi:

Işık uzayda dalgalar halinde hareket eder

Foton: enerji içeren ışık parçası

Fotosentetik açıdan aktif ışıma (PAR)

400-700nm

Enerji

Enerji:

Potansiyel enerji (depolanmış enerji)

Kimyasal moleküller arasındaki bağ

Kinetik enerji (hareket halindeki enerji)

Moleküllerin bağları kırıldığında açığa çıkar

formlarında bulunur

Termodinamik

Enerji ve dönüşümlerini konu eder

Sistem – incelenen obje

Kapalı sistem –çevresiyle enerji alış verişi yoktur (doğada çok nadir görülür)

Açık sistem –çevresiyle enerji alış verişi yapar

Güneş

Kapalı sistem Açık sistem

Termodinamik yasaları

Termodinamiğin 1. yasası

Enerji yoktan var olamaz ve yok edilemez; ancak bir formdan diğer forma dönüşebilir

Enerjinin korunumu

Termodinamiğin 2. yasası

Enerji bir formdan diğerine dönüştüğünde bir bölümü ısıya dönüşür

Isı fazlasıyla entropiktir (düzensiz)

Sisteme dışarıdan enerji verilmedikçe entropisürekli artar

Bu fizik yasalarına uymayan doğal veya yapay bir sistem yoktur

Biyolojik sistemler düşük entropiyesahiptir???

Çünkü kapalı bir sistem değildir, güneşten düzenli olarak enerji girişi olmaktadır.

Sürekli solunumla enerji dağınık biçimde dışarı verilir

Böylece karmaşık biyokütle yapısı düşük entropidekorunur

Fotosentez

Güneş enerjisini şeker moleküllerindeki kimyasal enerjiye dönüştüren biyolojik süreç

6 CO2 + 12 H2O + güneş enerjisi

C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2

Fotosentezin önemi

Canlı hücrelerin kullandığı enerjinin %99’unun güneşten geldiği tahmin edilmektedir!!!!!

2 milyar yıl önce siyanobakterilerde ortaya çıktı

Oksijen fotosentezin atık ürünüdür

Atmosferdeki tüm oksijenin fotosentez sonucu oluştuğu düşünülmektedir

Fotosentez atmosferdeki CO2’i kullanarak karbon döngüsünün başlangıcını oluşturur

Hücresel solunum

Fotosentezle kimyasal enerji formuna hapsedilen enerjinin bitki ve hayvan hücrelerince açığa çıkarılmasıdır

Bu enerji biyolojik iş yapmak için kullanılır

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

6 CO2 + 12 H2O + enerji

Fotosentez ve hücresel solunum

Şeker ve diğer moleküller enerjiyi depolar

Hücresel solunum enerjiyi açığa çıkarır

Karbondioksit ve su

Fotosentez gerekli hammaddeyi üretir

Hücresel iş için gereken kimyasal enerji

Işık enerjisi

Oksijen

Oksijen

Su

Güneş enerjisi

Güneş enerjisinin ne kadarı canlılar tarafından kullanılmaktadır?

1/3’ü bulutlar ve kar alanlarından uzaya geri yansır

1/3’ü deniz ve karaları ısıtır

¼’ü buharlaşma sırasında emilir – su döngüsünü başlatır

%1-2’si tüm diğer canlılar tarafından kullanılır!!!

İnsanlar da bu kullanılabilir enerji akışına bağımlı canlılardan sadece biridir.

Besin zincirleri – Enerji akışı yolu

Trofik seviye:

Bir organizmanın beslenme ilişkilerine göre belirlenen, besin zincirindeki yeri

Besin, trofik seviyelerine göre bir organizmadan diğerine aktarılır

Birinci trofik seviye: Üreticiler

İkinci trofik seviye: Birincil tüketiciler

Üçüncü trofik seviye: İkincil tüketiciler

Ayrıştırıcılar tüm trofik seviyelerde bulunur

Enerji akışı

Enerjinin ekosistemde aktarımı

1. Üreticiler

2. Birincil tüketiciler

3. İkincil tüketiciler

4. Üçüncül tüketiciler

5. Ayrıştırıcılar

1. Trofik seviye: Üreticiler

2. Trofik seviye: Birincil tüketiciler

3. Trofik seviye: İkincil tüketiciler

3. Trofik seviye: Üçüncül tüketiciler

Ayrıştırıcılar

Güneş enerjisi

Isı Isı Isı Isı Isı

Besin zinciri

Ekolojik piramitler

Her trofik seviyenin çeşitli açılardan değerlerini sayılarla ifade eder

Üç temel çeşit:

Sayı piramitleri

Biyokütle piramitleri

Enerji piramitleri

Dördüncü trofik seviye

Üçüncü trofik seviye

İkinci trofik seviye

Birinci trofik seviye

Ayrıştırıcı

Üretici

Otçul

Etçil

Etçil

Üçüncül tüketici

İkincil tüketici

Birincil tüketici

Otlar

Fare

Yılan

Şahin

Sayı Piramitleri

Her seviyedeki canlı sayısını ifade eder Birbirini takip eden

her seviyede daha az sayıda organizma bulunur

Şunları göstermez:

Seviyelerdeki organizmaların büyüklüklerini

Seviyeler arasında aktarılan enerji miktarını

Birey sayısı Trofik seviye

İkincil tüketici (avlayan kuş)

Birincil tüketici (Tarla faresi)

Üretici(Çimen)

Biyokütle Piramitleri

Birbirini takip eden trofik seviyelerde toplam biyokütleyi ifade eder Biyokütle: canlı

maddelerin ağırlık cinsinden toplamı

Genelde her trofikseviyede toplam biyokütledeazalma görülür

Biyokütle Trofik seviye

Üçüncül tüketici (yılanlar)

Birincil tüketici (Çekirgeler)

Üretici(Çimen)

İkincil tüketici (Kurbağalar)

Sayı ve biyokütle piramitlerinde alt trofikseviyeler bazen üsttekilerden daha dar olabilir:

Ör: Tropik bölgelerde büyük gövdeli ağaçlar sayıca az olabilir.

1. trofik seviye alanı 2. seviyeden az olur

Ör: Su ekosistemlerinde 1. trofik seviyeyi oluşturan fitoplanktonlar mikroskobik boyutlarda olduğundan toplam biyokütleleri 2. seviyeden daha az olabilir

Enerji piramitleri

Her trofik seviyede ne kadar enerji bulunduğunu ve bunun ne kadarının bir sonraki seviyeye aktarıldığını gösterir

Bribirini takip eden trofik seviyelerde enerji ısı olarak kaybedilir

Neden bu kadar az trofik seviye bulunduğunu açıklar

Enerji Trofik seviye

Birincil tüketici (Otçullar)

Üreticiler

İkincil tüketici (Birincil etçiller)

Enerji piramitlerinde alttan üste doğru her zaman azalma görülür.

Sayı ve biyokütle piramitlerine göre karşılaştırma çalışmaları için daha güvenilirdir!!!

%10 kuralı

Birincil üreticiler

Birincil tüketiciler

İkincil tüketiciler

Üçüncül tüketiciler

Güneş ışığı

%10 kuralının etkileri

Enerji miktarı azalır ama kalitesi ve yoğunluğu artar

En yukarıdaki avcılar ekosistemde enerji akışındaki değişimlerden en fazla etkilenenlerdir

Bir piramitte 4 veya 5’ten fazla seviye bulunmaz

Üst seviyedeki canlıların beslenmesi için gereken enerji, yiyecek bulmak için gereken enerjiden fazla olmalıdır

%10 kuralının etkileri

Hepçiller (ÖR: ayı, insan, rakun, keseli sıçan, çakal) besin miktarına göre trofikseviyeler arasında tercih yapabilir

Daha aşağı trofik seviyelerden beslenmek bir ekosistemde daha fazla bireyin barınabilmesini sağlar!!!

Ekosistem verimliliği

1. Brüt birincil verimlilik (GPP)

Belirli bir zaman diliminde bitkilerin dönüştürdüğü toplam enerji miktarı

Toplam fotosentez hızı

2. Net birincil verimlilik (NPP)

Birim alan ve zamanda bitki büyüme hızı

Bitki dokularına büyüme amacıyla eklenen organik madde miktarını temsil eder

GPP – hücresel solunum (üreticiler) = NPP

Diğer organizmalar sadece NPP’yi kullanabilir

3. Net komünite verimliliği (NCP)

Heterotroflar tarafından kullanılmadan biriken organik maddenin depolanma hızı

4. İkincil verimlilik

Ototroflar tarafından üretilen organik maddeler heterotroflar tarafından yenilince enerjinin depolanan bölümü

Ekosistem verimliliği

Ekosistemlerde NPP

Alg yatakları ve mercanlar

Tropik yağmur ormanı

Bataklıklar

Haliçler

Ilıman yaprak dökmeyen orman

Ilıman yaprak döken orman

Çayır

Kuzey ormanları

Maki alanları

Tarım alanları

Ilıman otlaklar

Göl ve akarsu

Arktik ve Alp tundraları

Okyanus

Çöl çalılıkları

Aşırı çöl (kaya, kum, buz)

Net birincil üretim (g/m2/yıl)

NPP üzerinde insan etkisi

İnsanlar karasal biyokütlenin %0.5’ini oluşturur fakat karasal NPP’nin %32’sini kullanır!

Bu durum türlerin yok olmasına yol açabilir

Dünyanın insan ve insan olmayan canlıları aynı anda taşıyabilmesi açısından bir tehdit oluşturmaktadır.

NPP üzerinde insan etkisi

Et ile beslenmek (trofik piramidin daha üst seviyeleri) bitkilerle beslenmekten daha fazla enerji kullanır

Ürettiğimiz tahılların %90’ını besi hayvanlarının beslenmesi için kullanmaktayız

100 kg tahıl: 10 kg ineği ve bu da et yiyen 1kg insanı besler

Tahıl yiyen 10 kg insanı besler (10x daha fazla)

Besin elementleri açısından fakir bir ekosistemde biyoçeşitlilik artınca, verimlilik de artmaktadır

Fakat besin elementleri açısından zengin veya gübrelenmiş bir ekosistemde verimlilik artınca

bazı türlerin baskınlığı artmakta ve biyoçeşitlilik azalmaktadır!!!

NPP üzerinde insan etkisi

Sonuçlar

Bu dinamik enerji dengesini ekolojik sistemlerden, bireylere kadar her seviyede görebilmekteyiz

Davranışlarımızın sonuçlarını bu ağları kullanarak çok daha iyi görebiliriz.

Net enerji kavramı Enerji üretmek için, bir dış kaynaktan alınan

enerji, bir dönüştürme sisteminden geçerek yeni bir tip enerjiye dönüştürülür

Bu dönüştürme sisteminin varlığını sürdürebilmesi için ya dışardan enerji desteği ya da üretilen enerjinin bir kısmının harcanması gerekir

Net enerji üretebilmek için, üretilen toplam enerjinin, sistemin harcadığı enerjiden fazla olmalıdır (tercihen 4 kat)

ABD’deki nükleer santraller

Santralin yapımı, işletilmesi, atıkların saklanması o kadar pahalıdır ki kalan net enerji miktarı çok azdır

Santralin işler vaziyette tutulması için büyük ölçüde devlet desteği gerekir = vergi

ABD okyanus açıklarındaki petrol rafinerileri işletilmesi ve bakımı çok pahalıya mal oluyordu

Rafineriler kapatıldı (1998) ve petrol fiyatlarında önemli bir düşüş oldu

Net enerji kavramı - örnekler

Gelecekte enerji kaynakları

Eski uygarlıklar – kas gücü çağı

Fosil yakıt çağı – yakında tükenecek

Atom enerjisi çağı???

Düzensizliğin kontrol altnda tutulması çok zor

Güneş enerjisine dönüş!!!

Hidrojenin yakıt olarak kullnaımı