26
1.5 ЭНЕРГИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ
Все разнообразие различных проявлений жизни сопровождается
превращениями энергии. Единственным источником энергии для
биосферы является Солнце. Энергия, получаемая в виде света
поверхностью Земли, уравновешивается энергией, излучаемой с ее
поверхности в форме невидимого теплового излучения. Это сохраняет
тепловой баланс Земли на постоянном уровне. Таким образом
осуществляется круговорот энергии на Земле как космическом
объекте.
Иной вид имеет передача и превращение энергии в пределах
биосферы и, в частности экосистем. Все разнообразие проявлений жизни
сопровождается превращением энергии, хотя энергия при этом не
создается и не уничтожается (первый закон термодинамики).
На верхнюю границу биосферы из космоса падает солнечный свет с
энергией 8,3 Дж на 1 см
2
в 1 мин, но, проходя через атмосферу, он
экспоненциально ослабляется, и в ясный летний полдень до поверхности
Земли может дойти не более 67 % от этой энергии. Растения умеренной
зоны получают за день энергии в среднем 12500-16500 кДж/м
2
. Из
падающей на продуцентов световой энергии лишь очень небольшая часть
(1 %) поглощается растениями. Весь животный мир получает эту
потенциальную химическую энергию из органических веществ, созданных
фотосинтезирующими растениями. Животные используют химическую
потенциальную энергию пищи и большую часть ее превращают в тепло за
счет процессов окисления пищи в организме. Эта энергия расходуется на
пополнение энергетических затрат животных организмов для
поддержания метаболических процессов, которые называют тратой на
дыхание. Часть энергии рассеивается в виде тепла при химических
реакциях в организме. Затраты на дыхание оцениваются общим
количеством углекислого газа, выделенного организмом. Значительно
меньшая часть энергии пищи у животных переводится также в
химическую потенциальную энергию заново синтезированной
протоплазмы с накоплением биомассы соответствующего уровня
потребления.
Таким образом, большая часть энергии при переходе с одного
трофического уровня на другой, более высокий, теряется. Приблизительно
потери составляют около 90 %, поэтому на каждый последующий уровень
передается не более 10 % энергии от предыдущего уровня. Это правило
получило название правила 10%. Так, если калорийность продуцента
1000 Дж, то
при попадании в тело фитофага остается 100 Дж, в теле
хищника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его
долю останется лишь 1 Дж, т.е. 0,1 % от калорийности растительной