Ekosistemlerde Enerji Akışı
Enerji= İş yapabilme yeteneği
Canlı Sistemlerde Enerji Gerektiren Süreçler
Büyüme
Hareket
Üreme
Zarar gören dokuların tamiri
Enerji Farklı Şekillerde Bulunabilir
-Güneş Enerjisi
-Kimyasal Enerji
-Mekanik Enerji
-Elektrik Enerjisi
Enerji depolanmış olarak potansiyel
enerji,
Hareket enerjisi olarak kinetik enerji
formunda bulunur
• Enerji Akışı
– Gıda zinciri ile gerçekleşir
Üreticiler
Yeşil Bitkiler
Ot
Enerji Akışı
Otçullar
Birincil
Tüketiciler
Tavşan
Etçiller
İkincil
Tüketiciler
Kurt
Çoğu tüketiciler gıda kaynağına bağlı olarak ikincil, üçüncül
veya dördüncül tüketici dahi olabilirler.
Termodinamiğin her şeye uygulanabilen
iki enerji kanunu vardır
I. Enerji ne yoktan var edilir ne de var olan enerji yok
edilir, sadece enerji şekillerinin birbirine dönüşümü
sağlanabilir
(Canlı organizmalar enerji yaratamaz çevrelerindeki enerjiyi alır ve kullanır)
Enerji sistemin çevresine veya çevreden sisteme doğru hareket eder,
fakat sisteme giren ve çevreye çıkan enerji aynıdır. Buna enerjinin
korunumu kanunu denir. Canlı organizmalar enerji yaratamaz,
çevrelerindeki enerjiyi alır ve biyolojik işlerinde kullanır. Enerji bir
formdan başka bir forma dönüştürülür. Örneğin bitkiler fotosentez
yoluyla absorbladıkları güneş enerjisini, gıda moleküllerinde kimyasal
enerjiye çevirir. Benzer şekilde bu gıdanın kimyasal enerjisi de
hareket, yüzme, uçma gibi mekanik enerjiye dönüştürülür.
II. Enerji bir formdan diğer dönüştürülürken,
yararlı enerjinin bir kısmı daha az iş
yapabilen ısı enerjisi şeklinde çevreye
verilir.
Düşük kaliteli enerji daha az yoğun ve düzensizdir. Düzensizliğin ölçüsü
ENTROPİ’dir. Düzensiz, iş yapılamaz enerjinin entropisi yüksek, düzenli,
iş yapabilir enerjinin entropisi düşüktür. Sistem ve çevrenin düzensizliği
gittikçe bozulmakta, entropisi artmaktadır.
• THERMODİNAMİĞİN İKİNCİ KANUNU
• Enerji transformasyonları daima kayıpla veya enerji
israfıyla sonuçlanır
• VEYA
• Kapalı sistemlerde enerji alış verişinde, Son
durumdaki enerji potansiyeli, ilk durumdaki enerji
potansiyelinden daha düşüktür.
• VEYA
• Entropi artış eğilimindedir (entropy = sistemde
kullanılamaz enerji miktarı)
• VEYA
• Sistemler düzenli yapıdan düzensiz duruma geçme
eğilimindedir (düzeni devam ettirmek, kaybedilen
enerjiyi dengelemek için sisteme enerji verilmelidir)
Örnekler
• Arabaların içten yanmalı motorlarında kimyasal
enerjinin kinetik enerjiye dönüştürülme oranı
25% dir; geri kalanı kullanılamaz veya ısı
enerjisi olarak kaybedilir.
• My house, particularly my girls' rooms,
goes from a complex, ordered state to a
simpler, disordered state.
Entropi Artışı: Kendiliğinden olan reaksiyon
Entropi Düşüşü: İş gerektirir = enerji girişi
• Canlı organizmalar düzenli bir atom ve hücreler topluluğudur.
Atom ve hücrelerde düzeni kurmak ve koruyabilmek için
canlının enerji ve hammadde ile düzenli olarak beslenmesi
gerekir. Bu nedenle bitkiler sürekli fotosentez yapar, hayvanlar
sürekli yer.
• Her enerji transformasyonunda, enerjinin bir kısmı ısı enerjisine
dönüşür ve çevreye verilir. Bu enerji canlı sistem tarafından
tekrar kullanılamaz. Termodinamiğin ikinci kanununa göre enerji
bir formdan diğer forma dönüştürülürken, yararlı enerjinin bir
kısmı (iş yapabilen enerji) daha az iş yapabilen ısı enerjisi
şeklinde çevreye verilir. Sonuç olarak iş yapabilen enerji miktarı
zamana bağlı olarak azalmaktadır. Düşük kaliteli enerji daha az
yoğun ve düzensizdir. Sistem ve çevrenin düzensizliği gittikçe
bozulmaktadır, entropi artmaktadır, milyonlarca yıl sonra bütün
enerji ısı enerjisine dönüşünce sistem çalışamaz duruma
gelecektir. Bütün sistemin sıcaklığı aynı olduğunda, termal
enerji, yararlı mekanik enerjiye dönüştürülemeyecektir.
Güneş Nükleer Bir Füzyon Reaktörüdür !!!
• Hayatı devam ettiren radyasyon enerjisinin kaynağı
güneştir. Güneş, içinde atom çekirdeklerinin birleştiği bir
reaktördür. Güneş yeri ısıtır ve fotosentez için enerji temin
eder. Bitkilerde bu sayede bütün hayatın dayanağı olan
besin maddelerini ve karbon bileşiklerini yaparlar.
• Güneş bizden 155 000 000 km uzakta olup dev bir
termonükleer reaktör olup saniyede 1026 cal kadar enerji
açığa çıkarır. Bu enerjiyi üretmek için güneş hidrojen
çekirdeklerini, helyum oluşturmak için birleştirir, bu
birleşme sırasında çekirdeğin bir kısmı enerjiye dönüşür.
Güneş her saniye kütlesinden 4.2 milyon ton
kaybetmektedir. Güneş 6 milyar yıldan beri vardır ve 8
milyar yıl daha yetecek kadar hidrojenin var olduğu tahmin
edilmektedir.
Güneşin Elektromanyetik Tayfı
Güneşin radyasyon enerjisi, saniyede 300.000 km'lik hızla dalgalar
halinde hareket etmekte, bu hızla güneş ile dünya arasındaki 155 milyon
km'lik mesafeyi 8 dakikada almaktadır. Güneş ışığı olarak gözlediğimiz
şey; güneşin etrafa saçtığı elektromanyetik spektrum denilen sürekli enerji
tayfının sadece küçük bir kısmıdır. Elektromanyetik radyasyonun enerji
değeri ve dalga boyları birbirinden farklıdır. Yüksek enerjili kısa dalga
boylu ışınlar (yani gama ışınları, x ışınları ve mor ötesi ışınların çoğu)
hayat için zararlıdır. Bu ışınlar atmosferde tutulur ve yer yüzüne ulaşamaz.
Güneş enerjisi tayfının sadece görünür kısmı yer yüzündeki hayatı devam
ettirmek için kullanılır. Bu enerji sadece klorofil ve klorofil benzeri
maddeler ihtiva eden bitkiler tarafından tutulup kullanılır. Görünür ışığın
da tamamı değil kırmızı ışık ve mavi ışık civarı yeşil bölgeden daha fazla
kullanılır. Genel olarak güneşten atmosferin dış yüzeyine gelen ışınların %
7'si kısa, % 50'si orta, %43'ü uzun dalga boylu ışınlardır. Atmosferi
geçerek yer yüzüne ulaşan ışınların ise % 1'i kısa, %39'u orta, % 60'ı uzun
dalga boylu ışınlardır.
Işığın Dalga Boyları
Işık Spektrumu
Klorofilin Işık Absorplama Spektrumu
Dünyada Enerji Akımı
• Atmosferin Özellikleri ve Güneş Enerjisi
• Termodinamiğin birinci kanuna göre giren enerjinin, çıkan enerjiye
eşit olması lüzumlu ise termodinamiğin ikinci kanuna göre giren kısa
dalgalı faydalı enerji uzun dalgalı ve faydasız enerjiye dönüşür.
Atmosferin kimyasal bileşiminde yada yansıtma özelliğindeki
değişiklikler, dünyanın ortalama sıcaklığını arttırabilir veya azaltabilir.
Bunun sonucunda dünyanın iklim şekli insan için ciddi sonuçlar
doğurabilecek şekilde değiştirilebilir.
• Volkan patlamaları ve toz fırtınaları atmosferin bileşimini ve
özelliklerini değiştirerek dünya iklimine tesir eden tabi faktörlerdir.
İnsan faaliyetlerinin sonucu olarak gaz, petrol, kömür gibi fosil
yakacaklar atmosfere karbondioksit ve ısı ilave etmektedir. Atmosferin
ortalama sıcaklığının 2 ºC artması, dünyanın iklimini büyük ölçüde
değiştirebilir. 3-6ºC artması ise kutuplardaki buzların erimesine ve
dünyanın büyük kısmının sular altında kalmasına neden olabilir. Diğer
taraftan insan faaliyetlerinin sonucu atmosfere is, kurum ve toz
parçalarının verilmesi atmosferin soğumasına neden olabilir.
Yeryüzüne Gelen Güneş
Radyasyonunun Nümerik Değeri
• Gündüz saatleri sırasında güneşin kısa dalgalı ışınlarının enerjisi enlem
derecesine, mevsime, günün saatlerine ve gökyüzünün bulutluluk
derecesine bağlıdır. Güneş enerjisini kullanarak fotosentez yapan
bitkilerin gelişmesi bu değişkenlerin fonksiyonu sonucu olur. Buna
göre biyosferin brüt üretimini incelerken değişkenleri göz önüne almak
gerekir. Atmosferden geçerken güneş ışınlarının bir kısmı uzaya geri
yansır. Tamamen bulutlu bir günde yer yüzüne ulaşan ışık enerjisi
atmosferin dış sınırındaki değerin %20'si kadardır. Yine kış aylarında,
özellikle büyük kentler üzerinde oluşan kalın duman tabakaları güneş
ışığının %90'ını tutabilmektedir. Ayrıca yer yüzüne ulaşan güneş
ışınlarının bir kısmı yüzeyin cinsine göre tekrar atmosfere döner. Yeşil
bitki örtüsünün yansıtma oranı %50 civarındadır. Kuzey yarım küresi
için toplam radyasyonun çeşitli enlem derecelerine göre ortalaması
109521cal/cm2/yıl veya 1095210 kcal/m2/yıl'dır. Bunun ancak yarısı
fotosentezde kullanılabilir.
6H2O + 6CO2
C6H12O6 + 6O2
Fotosentez
Ekosistemde Enerji Akışı
oksitlenme = düşük enerji
İndirgenme = Yüksek enerji
– Her bir beslenme kademesinin ürettiği organik
enerjinin sadece %10’u diğer kademe tarafından
kullanılır.
– Oluşan yeni dokular, diğer kademede gıda
kaynağı olarak kullanılır.
– Bir ekosistem enerji girişi olmadan kendi
kendine yeterli olamaz. GÜNEŞ
– Her bir kademede enerji azalışı canlı kütle
azalışı ile sonuçlanır. Ancak bu azalış zincirin
bir alt seviyesinde daha yüksek enerji üretimiyle
karşılanır.
Enerjinin Tek Yönlü Akışı
Primer
Üreticiler
20,810 kcal
1,700,000
kilokalori
4,245
kcal
1.2%
13,197 kcal
Otçullar
3,368 kcal
1,679,190
kcal
kullanılmayan
720
kcal
98.8%
Ayrıştırıcılar
5
kcal
Primer
tüketiciler
0.2%
2,265 kcal
Etçiller
383 kcal
90
kcal
Isı & Diğer
Kayıplar
Sekonder
tüketiciler
0.02%
272 kcal
Üst Etçiller
21 kcal
0.0012%
16 kcal
Tersiyer & Kuaterner
tüketiciler
Ekosistemin İşleyişi
•Dünya kapalı olan, madde giriş ve
çıkışı olmayan bir sistemdir. Bu
nedenle hayat için gerekli olan
kimyasal maddelerin sürekli olarak
tekrar kullanılması gerekir.
Karbon, oksijen, azot, su ve fosfor
gibi hayati maddeler döngü
halindedir. Biyojeokimyasal
döngüleri sağlayan da güneş
enerjisidir. Bazı kimyasal
maddelerin devretmesine karşılık,
enerji sadece bir yönde akar ve
uzaya geri döner.
•Böylece ekosistemin, iki önemli
mekanizma sayesinde çalıştığı
ortaya çıkar. Bunlar kimyasal
devirler ve enerji akımıdır.
Doğal yaşam ortamlarında
kirlilik yoktur çünkü her atık
başka bir canlının gıdasını
oluşturur.
Özet
•
•
•
•
Ekosistemlerde enerjinin asıl kaynağı
güneştir.
Enerjinin ekosistemlerdeki akıbeti ısı
şeklinde kaybolmasıdır.
Enerji bir organizmadan diğerine besin
zinciri yolu ile birbirlerini yemeleri ile
geçer.
Ayrıştırıcılar, kalan organik maddeden
son enerjiyi de ayırırlar.
Hangisi ekosistemde üretim miktarını etkileyen faktör olamaz.
a) Işık Kalitesi
b) Işık yoğunluğu
c) Işıklanma yönü d) Işıklanma süresi
• Canlı sistemler, varlıklarını sürdürebilmek için sürekli enerji ile
beslenmek zorundadır. Bu yüzden bitkiler sürekli fotosentez
yapar, hayvanlar sürekli yer. Enerji girişi sekteye uğradığında
hangi sonuç beklenmez?
A-Entropi artar
B-Canlı sistemin bütünlüğü bozulur
C-Entropi düşer
D-Sistemin düzensizliği artar
Yer yüzünde bütün madde döngülerini başlatan ve devam ettiren güç
nedir?
a) Güneş enerjisi
b) Ayrıştırıcılar
c) Rüzgarlar
d) Biyolojik enerji
Enerji akışı ile ilgili aşağıdaki ifadelerden yanlış olanı hangisidir.
a-Enerji akışı tek yönlüdür
b-Ekosistemin her basamağında enerji kaybı olur
c-Enerji radyasyon olarak sistemden dışarı verilir
d-Ekosistemde enerji aktarımı besin zinciriyle sağlanır
6CO2 + 12H2O + Radyasyon enerjisi
denklemi hangi fizyolojik olaya aittir.
a) Aerob solunum
b) Anaerob Solunum
c) Fotosentez
d) Kemosentez
C6H12O6 + 6 O2
Hangisi kısa dalga boylu ışınların canlılar üzerine etkilerinden biri
değildir.
A-Bitkilerde bodurlaşma
B-Mikroorganizmalarda sterilizasyon
C-Canlıların biyolojik saatlerinde kullanılır
D-İnsanlarda cilt kanseri
Download

Enerji Akışı