Circuitul energiei in biosfera

Circuitul energiei in biosfera

In conditii naturale, organismele nu exista in mod izolat. Ele formeaza sisteme complexe, organizate pe mai multe niveluri: populatie, biocenoza, habitat, biotop, ecosistem, biom etc.

Activitatea sistemelor vii este integral sustinuta de fluxul de energie solara care se revarsa asupra Pamantului. Din cantitatea totala, 2/3 strabate atmosfera, 1/3 fiind reflectata in spatiul cosmic.

Cantitatea interceptata intr-un an este de ordinul a 5 x 1020 kcal (1.75 x 1017 W), ceea ce inseamna la latitudinile medii un impact de 9-10 miliarde kcal/ha/an. Aceasta energie se repartizeaza inegal, pe continente 1.4 x 1020 kcal, iar pe intinsul oceanelor 3.6 x 1020 kcal.

Suprafetele cu vegetatie absorb energie in proportie mai mare decat cele fara vegetatie. Pentru o vegetatie densa din zona temperata 17% din radiatia solara este reflectata, 70% absorbita de vegetatie si 13% transmisa de ea in sol.

Zonele climatice au impus raspandirea speciilor in functie de cerintele lor fata de temperatura, determinand aceeasi zonalitate latitudinala si altitudinala a biosferei.

Energia termica contribuie direct la desfasurarea proceselor fiziologice cum sunt: fotosinteza, respiratia, transpiratia, cresterea si dezvoltarea, determinandu-le intensitatea, dar si indirect, modificand actiunea altor factori ecologici, de care acestea depind.

Din fractiunea de energie radianta incidenta pe plante mare parte este fie reflectata de frunze, fie transmisa, fie absorbita sub forma de caldura, astfel ca numai 1% din ea este efectiv stocata in biomasa vegetala.

Captarea de energie solara de catre plantele terestre si acvatice permite sinteza anuala a aproximativ 1.7 x 1011 tone de materie organica, in ale carei legaturi chimice este stocata o energie de circa 2.5 x 1021 jouli, ceea ce echivaleaza cu de 20 de ori consumul mondial actual de combustibili fosili.8

O parte din energia fixata de producatorii primari este consumata prin respiratie, iar energia stocata disponibila este destinata altor componente ale biosferei. Lumina, temperatura, apa, elementele nutritive constituie principalii factori ai biotopului de care depinde productivitatea intr-un ecosistem, productivitate care are o distributie neuniforma

Marile adanci si terenurile aride au o baza productiva slaba, de 0.5 x 106 cal/m2/an, uneori mai mica de 0.1 x 106 cal/m2/an. Formatiunile ierboase (stepele, preeriile), marile marginase, lacurile adanci, padurile scunde, padurile de pe solurile uscate si culturile extensive au o productivitate de 0.5-4.0 x 106 cal/m2/an (in medie, 1 x 106 cal/m2/an). Padurile si pajistile mezofile, lacurile putin adanci si ogoarele cu culturi permanente au o productivitate de 4-12 x 106 cal/m2/an. Padurile ecuatoriale, campurile cu culturi intensive tropicale (banane, trestie de zahar), formatiunile aluviale din zona estuarelor, deltelor, recifelor coraligene au o productivitate de pana la 10-30 x 106 cal/m2/an (tabelul nr. 4-2). Se apreciaza drept capacitate maxima pentru productivitatea primara intr-un ecosistem nivelul de 30-40 x 106 cal/m2/an, ca urmare a concentrarii factorilor limitativi ai procesului de fotosinteza.

Randamentul realizat in conversia energiei solare de catre ecosisteme atinge, chiar in conditii optime de cultura si zile favorabile de vara, doar 12% din radiatia luminoasa fotosintetic activa sau de 4-5% din radiatia solara incidenta (Lieth, 1972). In medie, raportata la energia solara anuala, eficacitatea fotosintezei

frapeaza prin valorile si mai reduse de 1.2% in paduri, 0.66% in culturi si in pajisti, 0.13% in tundra, 0.06% in desert. Din cantitatea de energie solara incidenta, numai 0.3% la nivelul ecosistemelor terestre si 0.12% la nivelul ecosistemelor oceanice si intre 0.15-0.18% la nivelul intregii biosfere, este convertita si stocata in compusi organici.

Anual, a fost estimata a fi sintetizata, la nivelul biosferei o cantitate de 155.2 x 1010 tone de materie organica, echivalenta cu o cantitate de energie fixata de 686.9 x 1018 kcal (tabelul nr.4-2). Daca se ia in considerare faptul ca productia anuala totala a industriilor chimica, metalurgica si miniera este de ordinul a 9 x 1010 tone, iar productia anuala de energie atinge doar 0.5825 x 1018 kcal, adica, in medie, doar 9% din energia solara convertita si stocata de plante, apare pregnant faptul ca fotosinteza constituie cel mai grandios proces de transformare energetica de pe Terra.

Desi randamentul fotosintezei pe terenurile agricole este de peste 10 ori mai mare decat eficienta globala a biosferei, citata anterior, la randul sau este de peste 10 ori mai mica decat randamentul care poate fi obtinut in laborator

Transferul de energie de la un organism la altul, respectiv de la un nivel trofic la alt nivel se realizeaza, in toate cazurile, concomitent cu "transformarea energiei libere inclusa in structuri organice ordonate, la forme joase de energie care se raspandeste in mediu ca energie legata, fara a mai putea fi utilizata de catre sistemele vii".9 Astfel, functionarea ecosistemelor si, la nivel global, a intregii biosfere, este conditionata de intrarea energetica permanenta din exterior, astfel ca circulatia energiei prin biosfera are un evident caracter aciclic

Randamentul transferului energetic de la un nivel trofic inferior la altul superior este admis in jurul valorii de 10%. Din energia acumulata de plantele consumate, erbivorele utilizeaza in jur de 10%, iar carnivorele de ordinul I doar 10% din energia continuta de erbivorele consumate. Chiar si in cazul unor animale domestice, prin ameliorarea raselor s-au obtinut randamente de conversie de pana la 15-25%, valoare totusi redusa.

In cadrul ecosistemelor tinere ale biosferei, din zonele neimpadurite, inierbate sau cele agricole, bilantul energetic este pozitiv. Procesele de fixare a energiei le depasesc pe cele de degradare, determinand o crestere a stocului energetic o data cu cresterea biomasei din ecosistem. In ecosistemele aflate in stare de

climax, se stabileste un echilibru intre activitatea producatorilor si a consumatorilor, astfel incat cantitatea de energie fixata se elibereaza, fiind utilizata in realizarea circulatiei biogeochimice a elementelor.

Scurgerea energiei "se face in flux continuu prin biocenoza al carei stoc energetic ramane vreme indelungata constant, la valori caracteristice, printr-o reglare complexa de tip feed-back. Marirea consumurilor energetice peste posibilitatile de fixare ale producatorilor determina prabusirea ecosistemului, urmata, in mod natural, de instalarea si evolutia unui nou ecosistem."

In varful piramidei trofice a intregii biosfere se situeaza specia umana, care domina celelalte specii. Simpla existenta a speciei umane este indisolubil legata de producatorii primari ai biosferei, singurii capabili sa genereze un surplus de materie organica, respectiv energie libera.

Unitatea naturala fundamentala a biosferei realizeaza o corespondenta intre biotop si biocenoze. Prin activitatea sa permanenta, omul poate sa conserve sau sa dezechilibreze producatorii primari ai biosferei, contribuind, totodata, la oscilarea stocului de energie care, in momentul diminuarii, poate duce la disparitia unor specii si, astfel, la manifestarea unor disfunctionalitati.