15.lecke Az ökoszisztémák mint biológiai rendszerek

Bioszféra - a legmagasabb egyed feletti szerveződési szint - a földrajzi burok (atmoszféra, hidroszféra, litoszféra) egy részét benépesítő földi élővilág - Föld teljes élővilága Gaia elmélet : - James Lovelock elmélete a bioszférával kapcsolatban - Gaia: görög mitológiai alak, istennő, a földanya - az elmélet szerinti Gaia földi méretű környezeti rendszer (globális ökoszisztéma), vagyis a bioszférának és az élettelen környezetének (atmoszféra, hidroszféra, litoszféra) az együttese - egy önszabályozó rendszer

- az élet kialakulásához és fennmaradásához, a megfelelő környezeti feltételeket, ez az önszabályozó rendszer tartotta és tartja fenn az emberi civilizáció, saját tevékenysége során, egyre nagyobb mesterséges életteret alakított ki a globális ökoszisztémából, ennek károsító hatása globális problémákat eredményezett napjaink globális problémái pl.: - népességrobbanás - társadalmi feszültségek fokozódása (munkanélküliség, kábítószer használat, bűnözés, fertőző betegségek növekedését okozza) - nagy mértékű fosszilis (nem megújuló) energiahordozók elégetése

következményei: nagy mennyiségű üvegházhatású és savas eső kialakulását előidéző gáz (CO2, SO2, NOX) levegőbe kerülése globális felmelegedés savas esők - sztratoszféra ózonkoncentrációjának a csökkenése, növekedik a felszínt elérő káros UV-sugárzás (növények terméshozama csökken, bizonyos típusú bőrrák kialakulásának kockázata nő) - a fogyasztói szemlélet előtérbe kerülése következtében ökológiai válság alakult ki (hulladék, biodiverzitás probl.)

Ökoszisztéma = környezeti rendszer - a társulás és élőhelyének az együttese, tehát élő és élettelen részből áll, de ökoszisztémaként sokféle rendszert vizsgálhatunk, pl. egy tavat, pocsolyát, erdőt, rétet, bioszférát stb. - szabályozott a működése a szabályozással alkalmazkodik a környezet hatásaihoz pl. egy erdőben a bükk populáció meghatározott egyedszámú, ha 20 öreg egyedet a vihar kidönt, a helyükön keletkező lékben pótlódnak az egyedek minél több populációból és minél változatosabb szerkezetű tár- sulásból áll, annál könnyebben alkalmazkodik

- jellemző folyamatai: az anyagforgalom és az energiaáramlás Anyagforgalom: az ökoszisztémában az anyag körforgása - az ökoszisztéma élő részében, a társulásban: a populációk táplálkozási szintjei között mozog az anyag - táplálkozási szintek fajtái: - termelők (producensek) szintje: az élettelen környezetből felvett szervetlen anyagból szerves anyagot hoznak létre fotoszintetizálók populációi (növények) kemoszintetizálók populációi (baktériumok) - fogyasztók (konzumensek) szintje: csak a termelők által előállított szerves anyagból képesek szerves vegyületeket létrehozni

heterotróf élőlények populációi (állatok, ember) - elsődleges fogyasztók: növényevők - másodlagos fogyasztók: ragadozók, mindenevők - harmadlagos fogyasztók: ragadozókat fogyasztó ragadozók, mindenevők csúcsragadozók: olyan fogyasztók, amelyeknek nincs fo- gyasztójuk, akár az elefánt is - lebontók (reducensek) szintje: heterotróf élőlények populációi (baktériumok, gombák, állatok - a különböző szintek elpusztult élőlényeinek a szerves anyagaiból saját szerves anyagaikat hozzák létre - vissza alakítják a szerves anyagokat szervetlen anyagokká így fenntartják az anyagok körforgását a természetben

A táplálkozási szintek kapcsolat-rendszere

Anyagforgalom egy életközösségben

az ökoszisztémában a populációk lineáris táplálkozási rendsze- reket, táplálékláncokat képeznek táplálékláncok fajtái: - növényevő (nevezik ragadozó) tápláléklánc - élősködő tápláléklánc - korhadékevő (nevezik szaprofita) tápláléklánc

- az ökoszisztémában a táplálékláncok egymással összekapcso- lódnak, táplálékhálózatot alkotnak - minél több ponton kapcsolódnak egymással a táplálék- láncok az életközösség annál stabilabb

Energiaáramlás: - az ökoszisztémák társulásai nyílt anyagi rendszerek, működésükhöz külső energiát igényelnek, ez az energia (a társulások többségénél) a Nap fényenergiája - a felvett fényenergia a termelők szintjén, a fotoszintézis során kémiai energiává alakul és beépül a képződő szerves vegyületekbe - a szerves vegyületekben raktározott kémiai energia sorsa: - jelentős része az energia igényes életfolyamatokban felhasz- nálódik, közben hőenergia is keletkezik, ami a környezetbe leadódik - az elpusztult termelő kémiai energiája a lebontók szintjére kerül

- a fennmaradó energia a fogyasztók szintjére jut, a termelők és a fogyasztók szintje között jelentős az energia veszteség - a fogyasztók szintjein is a kémiai energia részben felhasználódik az energia igényes folyamataikban, illetve hőenergia formájában a környezetbe távozik, az ürülék és az elpusztult fogyasztó kémiai energiája a lebontók szintjére kerül át - a lebontók a kémiai energia egy részét felhasználják az energia igényes folyamataikban, illetve a szerves vegyületeket szervetlen vegyületekre bontva a a felszabaduló energiát a környezetbe juttatják

Energiaáramlás a táplálkozási szintek között

Energiaáramlás

Az energiaáramlás egyirányú folyamat, az energia bekerül a társu- lásba, az egyes szintekre átkerülve csökken a mennyisége és végül kikerül a rendszerből Az egyes táplálkozási szintek közötti energiaveszteség oka: - az energia egy része a szinteken életműködésékre elhasználó- dik, - az ürülékkel és az elpusztult élőlénymaradványokkal is kike- rül a termelők és a fogyasztók szintjéről a lebontók szintjére az energia - a szinteken levő kémiai energia egy része hőenergia formájá- ban is felszabadul Az energia veszteség miatt szükséges a folyamatos utánpótlás.

Az ökoszisztémában az anyagforgalom és az energiaáramlás egymástól elválaszthatatlan: - az anyagforgalom energiával valósulhat meg - az energia az anyagban tárolódva mozog a táplálkozási szintek között

Az anyagforgalom és az energiaáramlás

A biológiai produkció, a biomassza és az ökológiai piramisok Biológiai produkció: az ökoszisztéma szerves anyag termelésének (illetve átalakításának) a folyamata szintjei: - elsődleges produkció: a termelők szerves anyag létreho- zása - másodlagos produkció: a fogyasztók és a lebontók szer- ves anyag létrehozása (ténylegesen csak átalakítása) Biomassza: egységnyi terület szerves anyag mennyisége fő összetevői: fitomassza- a növények biomasszája zoomassza- az állatok biomasszája

Ökológiai piramisok: - az ökoszisztéma táplálkozási kapcsolatainak mennyiségi összefüggéseit ábrázolják - a piramis forma az egyes táplálkozási szintek között bekövet- kező energiaveszteségből adódik - fajtái: - egyedszám (vagy táplálkozási) piramis: az egyedszám táplálkozási szintenkénti alakulását mutatja - biomassza piramis: a biomassza táplálkozási szinten- kénti alakulását mutatja - energia piramis: az energia táplálkozási szintenkénti alakulását mutatja

16.lecke Az ökoszisztémák anyagforgalma

A Földön az élet megjelenése óta az összes anyag mennyisége változatlan magyarázata: - az élővilág kialakulásától napjainkig nagyon sokszor fel- használta ugyanazt az anyagot - az anyag az ökoszisztémákban körforgást végez, közben változásokon megy át és különböző formákat vesz fel - Az ökoszisztémák anyagforgalma biogeokémiai anyagforgalom: - az ökoszisztémák élő részében biokémiai folyamatokban élettelen részében geokémiai folyamatokban mozog az anyag - A C, O, N, H2O, P körforgása (anyagforgalma, ciklusa)

A szén körforgása a termelők gázcseréjükkel CO2- ot vesznek fel, a levegőből vagy a vízből, fotoszintézisük során a CO2 szenét beépítik a képződő szerves vegyületbe (elsődlegesen glükóz képződik, a glükózból létre- hozzák a többi szerves vegyület típust is) a létrejött szerves vegyületek egy része a biológiai oxidációban lebomlik, CO2 és víz keletkezik belőle (meg kémiai energia sza-badul fel), a CO2 gázcserével visszakerül a környezetbe

A fogyasztók szénforrása a termelők szerves anyaga közvetlenül vagy közvetve a felvett szerves vegyületek szenének a sorsa: egy része a kilégzés során CO2 formájában visszakerül a légkörbe (a biológiai oxidációban képződött) egy része beépül a fogyasztó szervezetekbe, mint a saját szerves vegyületekben levő szén

A termelők és a fogyasztók elpusztulásával a szerves vegyü- leteikben levő szén a lebontó szervezetek szintjére kerül a lebontók a szerves vegyületek egy részét saját szerves vegyületeikké alakítják a szerves vegyületek nagy részét teljesen lebontják és a sze- net CO2 formájában visszajuttatják a környezetbe ez a lebontási folyamat általában igen lassú, először humusz- vegyületek keletkeznek, ezekből fokozatos átalakulással szabadul fel a CO2.

Ha a lebomlás évmilliókon át oxigénmentes, a szerves maradványokból kőolaj, földgáz és kőszén keletkezik. A bennük tárolt szén így hosszabb időre kiesik a körforgalom-ból. Az ember bányászattal a felszínre hozza a kőolajt és a kőszenet majd felhasználja. A felhasználás során szén-dioxid és szén-monoxid szabadul fel így a szén újra visszajut a körforgásba. Esetenként a vulkáni működés is széngázokat juttat a levegőbe A vizekben a CO2-ból CaCO3 keletkezhet, abból pedig mész-kő. A kéregmozgásai felszínre hozzák a mészkövet a savas víz vagy a növények gyökérsavai felszabadítják a CO2-ot, ami visszakerül a légkörbe

CO2 + H2O = H2CO3 = HCO3- + H3O+ HCO3- -ból CO3-- CO3-- + Ca++ = CaCO3 CaCO3 + H2CO3 = Ca++ + 2HCO3- Ca++ + 2HCO3- = CaCO3 + CO2 + H2O

Oxigén körforgása - A levegő gázainak 21%-a oxigén. A vizek és a talaj oxigén-tartalma is a levegőből származik. - Oxigént termelők: a fotoszintetizáló szervezetek - Oxigént igénylők (fogyasztók): - a biológiai oxidációval lebontó szervezetek (aerob szervezetek) - ipar, mezőgazdaság, közlekedés, háztartások

A nitrogén körforgása - A nitrogén körforgalomba kerülésének több módja van: - légköri elektromos kisülésekkor (villámlásokkor) NOx keletkeznek, és mint NO2-- ek, NO3- - ok a csapadékkal kerülnek be a talajba - a talajban szabadon élő, illetve bizonyos növények gyö- kérgümőiben levő nitrogénkötő baktériumok a talajleve- gő nitrogén molekuláit NH3- má redukálják, az NH3 a talaj nitrifikáló baktériumainak hatására nitrá- tokká alakul

- Nitrátok legnagyobb mennyiségben az elpusztult és a ta- talajba került élőlények szerves N- vegyületeinek a lebon- tása során képződnek. a lebontást baktériumok és a gombák végzik a folyamat során a N- vegyületekből ammónia képződik (ammonifikáció), az ammóniából nitrit-, majd nitrát ion (nitrifikáció) - A növények a nitrogént a talajból leginkább nitrát ion és ammónium ion formájában veszik fel. A nitrogént a szerves N- vegyületeikbe építik be Az állatok a táplálkozásukkal a növények szerves N-vegyületei- ből biztosítják a nitrogén szükségletüket

- Az anaerob denitrifikáló baktériumok a nitrátokat vissza alakít- ják molekuláris nitrogénné, amely a levegőbe távozik ezzel a folyamattal csökkentik a talaj növények számára felve- hető nitrogén tartalmát

A víz körforgása - Különbség a többi, vizsgált anyag körforgásával szemben, hogy a körforgásban résztvevő víznek csak 1%- a épül be a bioszféra élővilágába

A foszfor körforgása - A víz kioldja a foszfátokat a kőzetekből, a foszfátok az édes- és tengervízbe, illetve a talajba kerülnek - A növények innen veszik fel a foszfort, a szervetlen vegyületek vizes oldataiból, hidrogénfoszfát formájában - Az állatok foszfortartalmú víz, vagy foszfortartalmú növényi táplálék közvetlen vagy közvetett fogyasztásával jutnak a foszforhoz - Az elpusztult élőlények szerves P- vegyületeit a baktériumok bontják le a növények számára felvehető foszfortartalmú szer- vetlen vegyületekre

- A tengeri halakban levő nagymennyiségű foszfor átkerül a ragadozó, halevő madarakba (pl. sirályokba), a nagy létszámú madártelepeken felhalmozódó ürülék, a guanó nagy mennyiségű foszfort tartalmaz, a guanót, mint nagy mennyiségű foszfort tartalmazó természe- tes trágyát bányásszák és értékesítik Dél-Amerika partvidékein

-