Upload
alpha
View
41
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Tok hmoty a energie. energie = teplo (= hmota) život založen na uhlíku C, makrobiogenní prvky: C H N O P S fotosyntéza (oxygenní): vznik organických látek z anorganických; přeměna světelné energie na energii chem. vazeb, potřebuje chlorofyl - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Tok hmoty a energie
1
základní pojmy a fakta
• energie = teplo (= hmota) • život založen na uhlíku C, makrobiogenní
prvky: C H N O P S• fotosyntéza (oxygenní): vznik organických látek
z anorganických; přeměna světelné energie na energii chem. vazeb, potřebuje chlorofyl– 6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
• respirace = dýchání– C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O → 6 CO2 + 12 H2O + 2880kJ
světlo
2
základní pojmy a fakta
• evaporace = odpařování (vyžaduje energii → ochlazuje okolí)
• transpirace = výdej vody rostlinou; průduchy• evapotranspirace = celkový výdej vody na
jednotku území– potenciální evapotranspirace (předpoklad
dostatku vody) závisí na sluneční energii
3
evapotranspiracepotenciální evapotranspirace
aktuální evapotranspirace
4
základní pojmy a fakta
• biomasa = hmota organismů na jednotku (plochy, objemu)– i neživé součásti živých organismů (např. dřevo)– jednotky: energie (J) nebo hmotnost sušiny (kg) /
plocha– buď zvážím sušinu, anebo spálím a spočítám
uvolněné teplo
5
základní pojmy a fakta• primární produktivita (produkce) PP = rychlost tvorby
biomasy na jednotku plochy (objemu) rostlinami (primárními producenty)– J/m2/den; kg/ha/rok (sušina, uhlík); – hrubá (gross, brutto) (HPP, GPP, BPP); celková asimilace
(fotosyntéza)• veškerá organická hmota (biomasa) vytvořená producenty za jednotku
času• celková fixace energie fotosyntézou• část HPP je producenty spotřebována na metabolismus (respirace, R)• měřím např. jako bilanci O2 či CO2
– čistá (net) (NPP)• hrubá PP zmenšená o metabolickou potřebu producentů (respirace)
(NPP = HPP – R)• množství biomasy dostupné konzumentům
• sekundární produktivita = rychlost produkce biomasy heterotrofnímy organismy
• kompenzační bod– veškerá vázaná energie je prodýchána (HPP = R)
6
NPP hlavních biomů
tropické deštné lesy mají velmi vysokou NPP, ale! obrovské množství heterotrofů (konzumenti, detritovoři, rozkladači) biomasu spotřebují! S tím souvisí celková ±NEUTRÁLNÍ bilance kyslíku i CO2!
7
Tok hmoty a energie
http://www.marietta.edu/~biol/biomes/energy_flow.gif
8
ve vodních ekosystémech jsou producenti (řasy, sinice) malí a rychle zkonzumováni
netvoří (skoro) strukturní oporná pletiva – účinnější herbivorie
9
energetická bilance planetywatt = joul/s
Vesmír 86:11 (2007)
zde jen sluneční energie – existují mořské ekosystémy, využívající geotermální energii
10
tok energie
https://www.msu.edu/course/isb/202/tsao/images/hb_energy_flow.jpg
pastevní systém rozkladný systém
11
tok energie
Molles, 2010
opadavý les mírného pásu
12
tok energie v různých ekosystémech13
účinnost přenosu energie v trofickém oddílu
• průměrná účinnost přenosu energie mezi trofickými hladinami ≈ 10%
• ale hodnoty 2% - 24%
14
hydrologický cyklus
• cyklus poháněn sluneční energií!– velký cyklus
(oceán↔pevnina)– malý cyklus (jen nad
pevninou; jen nad oceánem)
– nepotřebuje život!
15
http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycleczech.html
16
cyklus uhlíku
• spjat s energií• neztrácí se!• základní procesy– fotosyntéza– dýchání→spojen s cyklem
kyslíku!!!
• sedimentuje CaCO3
17
18
množství uhlíku v atmosféře
• maximální fotosyntetická aktivita květen-srpen• podobně kolísání den –noc• v minulosti i mnohem vyšší!• ppm = parts per million; (v = volume (objem))
Yan D F et al. 2009Robert A. Rohde, NOAA ESRL
19
cyklus dusíku• hlavně součást aminokyselin
(bílkovin)• atmosféra : 78% N2
• rostliny jej přijímají ve formě nitrátu (dusičnan) NO3
-; v malé míře i NH4+
• z organismů se uvolňuje (je uvolňován) hlavně jako amonný iont (NH4
+) (amoniak NH3 je toxický!)• nitrifikace = oxidace NH4
+ na dusičnany (NO3
-) přes dusitany (NO2-)
– nitritace• hlavně bakterie Nitrosomonas
a Nitrosococcus– nitratace
• hlavně bakterie Nitrobacter• fixace N2
• energeticky nákladný proces, enzym nitrogenáza– Rhizobia, Azotobacter, Frankia –
symbiotické bakterie– mnohé sinice (heterocysta)
• denitrifikace– redukce (dusičnany – dusitanu – oxid
dusný – dusík)– některé bakterie
20
21
http://www.vesmir.cz/clanek/jak-ekosystem-k-dusiku-prisel
Pravděpodobně hraje roli i dusík uložený v sedimentárních horninách
Nature. 477, 78–81, 2011.
22
cyklus fosforu• součást ATP, DNA, RNA,..
• dlouhodobý, sedimentační cyklus
• uvolněn z horniny jako fosfát (fosforečnan; PO4
3-)• společně s N
limitující prvek• po různém čase v
biomase se dostane do vody, kde nakonec sedimentuje
23
cyklus fosforu24
cyklus síry• součást některých
aminokyselin• při rozkladu org.
hmoty se tvoří sulfan (sirovodík, H2S)
• bakteriální oxidace (síra, sírany SO4
2-)• asimilace sulfátů
(síranů) rostlinami• depozice do
sedimentů
25
26