Transcript Tok hmoty a energie
Slide 1
Tok hmoty a energie
Slide 2
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
světlo
• respirace = dýchání
– C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O → 6 CO2 + 12 H2O + 2880kJ
Slide 3
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
Slide 4
evapotranspirace
potenciální
evapotranspirace
aktuální
evapotranspirace
Slide 5
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
Slide 6
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)
Slide 7
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!
Slide 8
Tok hmoty a energie
http://www.marietta.edu/~biol/biomes/energy_flow.gif
Slide 9
ve vodních
ekosystémech jsou
producenti (řasy,
sinice) malí a rychle
zkonzumováni
netvoří (skoro)
strukturní oporná
pletiva – účinnější
herbivorie
Slide 10
watt = joul/s
energetická bilance planety
Vesmír 86:11 (2007)
zde jen sluneční energie – existují mořské ekosystémy, využívající geotermální energii
Slide 11
tok energie
pastevní systém
rozkladný systém
https://www.msu.edu/course/isb/202/tsao/images/hb_energy_flow.jpg
Slide 12
tok energie
opadavý les mírného
pásu
Molles, 2010
Slide 13
tok energie v různých ekosystémech
Slide 14
účinnost přenosu energie v trofickém oddílu
• průměrná
účinnost přenosu
energie mezi
trofickými
hladinami ≈ 10%
• ale hodnoty 2% 24%
Slide 15
hydrologický cyklus
• cyklus poháněn sluneční
energií!
– velký cyklus
(oceán↔pevnina)
– malý cyklus (jen nad
pevninou; jen nad
oceánem)
– nepotřebuje život!
Slide 16
http://ga.water.usgs.gov/edu/waterdistribution.html
Slide 17
cyklus uhlíku
• spjat s energií
• neztrácí se!
• základní procesy
– fotosyntéza
– dýchání
→spojen s cyklem
kyslíku!!!
• sedimentuje
CaCO3
Slide 18
Slide 19
množství uhlíku v atmosféře
Robert A. Rohde, NOAA ESRL
•
•
•
•
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. 2009
Slide 20
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)
–
–
•
•
fixace N2
energeticky nákladný proces, enzym
nitrogenáza
–
–
•
nitritace
• hlavně bakterie Nitrosomonas
a Nitrosococcus
nitratace
• hlavně bakterie Nitrobacter
Rhizobia, Azotobacter, Frankia –
symbiotické bakterie
mnohé sinice (heterocysta)
denitrifikace
–
–
redukce (dusičnany – dusitanu –
oxid dusný – dusík)
některé bakterie
Slide 21
Slide 22
• součást ATP, DNA,
RNA,..
• dlouhodobý,
sedimentační
cyklus
• uvolněn z horniny
jako fosfát
(fosforečnan;
PO43-)
• společně s N
limitující prvek
• po různém čase v
biomase se
dostane do vody,
kde nakonec
sedimentuje
cyklus fosforu
Slide 23
cyklus fosforu
Slide 24
cyklus síry
• součást některých
aminokyselin
• při rozkladu org.
hmoty se tvoří sulfan
(sirovodík, H2S)
• bakteriální oxidace
(síra, sírany SO42-)
• asimilace sulfátů
(síranů) rostlinami
• depozice do
sedimentů
Slide 25
Tok hmoty a energie
Slide 2
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
světlo
• respirace = dýchání
– C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O → 6 CO2 + 12 H2O + 2880kJ
Slide 3
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
Slide 4
evapotranspirace
potenciální
evapotranspirace
aktuální
evapotranspirace
Slide 5
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
Slide 6
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)
Slide 7
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!
Slide 8
Tok hmoty a energie
http://www.marietta.edu/~biol/biomes/energy_flow.gif
Slide 9
ve vodních
ekosystémech jsou
producenti (řasy,
sinice) malí a rychle
zkonzumováni
netvoří (skoro)
strukturní oporná
pletiva – účinnější
herbivorie
Slide 10
watt = joul/s
energetická bilance planety
Vesmír 86:11 (2007)
zde jen sluneční energie – existují mořské ekosystémy, využívající geotermální energii
Slide 11
tok energie
pastevní systém
rozkladný systém
https://www.msu.edu/course/isb/202/tsao/images/hb_energy_flow.jpg
Slide 12
tok energie
opadavý les mírného
pásu
Molles, 2010
Slide 13
tok energie v různých ekosystémech
Slide 14
účinnost přenosu energie v trofickém oddílu
• průměrná
účinnost přenosu
energie mezi
trofickými
hladinami ≈ 10%
• ale hodnoty 2% 24%
Slide 15
hydrologický cyklus
• cyklus poháněn sluneční
energií!
– velký cyklus
(oceán↔pevnina)
– malý cyklus (jen nad
pevninou; jen nad
oceánem)
– nepotřebuje život!
Slide 16
http://ga.water.usgs.gov/edu/waterdistribution.html
Slide 17
cyklus uhlíku
• spjat s energií
• neztrácí se!
• základní procesy
– fotosyntéza
– dýchání
→spojen s cyklem
kyslíku!!!
• sedimentuje
CaCO3
Slide 18
Slide 19
množství uhlíku v atmosféře
Robert A. Rohde, NOAA ESRL
•
•
•
•
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. 2009
Slide 20
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)
–
–
•
•
fixace N2
energeticky nákladný proces, enzym
nitrogenáza
–
–
•
nitritace
• hlavně bakterie Nitrosomonas
a Nitrosococcus
nitratace
• hlavně bakterie Nitrobacter
Rhizobia, Azotobacter, Frankia –
symbiotické bakterie
mnohé sinice (heterocysta)
denitrifikace
–
–
redukce (dusičnany – dusitanu –
oxid dusný – dusík)
některé bakterie
Slide 21
Slide 22
• součást ATP, DNA,
RNA,..
• dlouhodobý,
sedimentační
cyklus
• uvolněn z horniny
jako fosfát
(fosforečnan;
PO43-)
• společně s N
limitující prvek
• po různém čase v
biomase se
dostane do vody,
kde nakonec
sedimentuje
cyklus fosforu
Slide 23
cyklus fosforu
Slide 24
cyklus síry
• součást některých
aminokyselin
• při rozkladu org.
hmoty se tvoří sulfan
(sirovodík, H2S)
• bakteriální oxidace
(síra, sírany SO42-)
• asimilace sulfátů
(síranů) rostlinami
• depozice do
sedimentů
Slide 25