Ekosistemlerde Enerji Akışı

Enerji= İş yapabilme yeteneği Canlı Sistemlerde Enerji Gerektiren Süreçler Büyüme Hareket Üreme Zarar gören dokuların tamiri Enerji depolanmış olarak potansiyel enerji, Hareket enerjisi olarak kinetik enerji formunda bulunur Enerji Farklı Şekillerde Bulunabilir -Güneş Enerjisi -Kimyasal Enerji -Mekanik Enerji -Elektrik Enerjisi

Enerji Akışı Gıda zinciri ile gerçekleşir Üreticiler Otçullar Etçiller Yeşil Bitkiler Birincil Tüketiciler İkincil Ot Tavşan Kurt Enerji Akışı 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. Entropi artış eğilimindedir (entropy = sistemde kullanılamaz enerji miktarı) 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 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 Isı & Diğer Kayıplar 13,197 kcal 2,265 kcal 272 kcal 16 kcal 1.2% 1,700,000 kilokalori 5 kcal 4,245 720 90 Ayrıştırıcılar Otçullar 3,368 kcal 0.2% Primer tüketiciler 1,679,190 kcal kullanılmayan Etçiller 383 kcal 0.02% Sekonder tüketiciler 98.8% Üst Etçiller 21 kcal 0.0012% 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 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 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 C6H12O6 + 6 O2 denklemi hangi fizyolojik olaya aittir. a) Aerob solunum b) Anaerob Solunum c) Fotosentez d) Kemosentez 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