Ekosystemets kretslopp och energiflöde

Transkript

1 Flik 1.4 Sid 1 ( 5 ) Uppdaterad: Ekosystemets kretslopp och energiflöde Omsättningen av energi och materia sker på olika sätt i ett ekosystem. Energin kommer från rymden som solstrålning, når biosfären, driver klimatsystem och primärproduktion - och återgår förr eller senare på nytt till rymden som värmestrålning. Materia däremot, tillförs inte utifrån utan cirkulerar och omvandlas mellan de olika tillstånden gas, vätska och fast form. All materia går med andra ord i kretslopp, se figuren nedan. Energin och materians rörelser Fotosyntes och andning Energiflöden och kretslopp av materia är intimt knutna till varandra. Detta framgår tydligt av figuren nedan. En del av det socker som bildas vid fotosyntesen används vid växtens egen ämnesomsättning. Vid transport i växtens ledningsvävnad eller mellan celler och, inte minst, vid tillväxt går det åt energi. Denna energi får växten genom att köra fotosyntesen baklänges med hjälp av cellernas kraftstationer mitokondrierna. Samma princip används av alla organismer då de omsätter energi. druvsocker + syre = koldioxid + vatten + energi Fotosyntes och andning Fotosyntes och andning sammanlänkar syrets och kolets kretslopp med energiflödet. Observera att socker innehåller kol. 17:56:58

2 Flik 1.4 Sid 2 ( 5 ) Uppdaterad: Kolets kretslopp Kolet i levande och död biologisk materia härstammar från luftens koldioxid. Fotosyntesen binder kol i form av druvsocker i växterna och byggs därmed in i ekosystemens näringskedjor. Vid nedbrytning av biologiskt material frigörs kolet igen och det mesta återförs till atmosfären, ånyo i form av koldioxid. Allt kol avges dock inte till luften direkt, utan en stor del finns kvar i marken under en lång tid. När växterna bryts ned bildas kolhaltigt humus som blandas med jorden. Kol kan också bilda torv, mineralt kol, olja och gas. Torv bildas ovan på marken bl a av humus. Mineralt kol, olja och gas bildas först när kolet överlagrats av andra jordlager under många miljoner år, djupt ned i jordskorpan. Idag sker omfattande användning av dessa kolhaltiga resurser för transporter, uppvärmning och elproduktion. När de förbränns återförs kol i form av koldioxid till atmosfären och bidrar till ökad växthuseffekt, se vidare flik 2.1. En mer detaljerad framställning av kolets kretslopp finns i nästa figur. 17:57:46

3 Flik 1.4 Sid 3 ( 5 ) Uppdaterad: Kvävets kretslopp Också i kvävets kretslopp sammanlänkas energi och material vid fotosyntesen, då växter tar upp nitrat och ammonium. Vid nedbrytningen bildas på nytt upptagbart kväve. Ungefär 80 procent av atmosfärens volym består av kvävgas. Det är därför kanske överraskande att kvävebrist ofta hämmar primärproduktionen i vatten och på land. Orsaken är att kvävet endast relativt långsamt omvandlas till sådana former som växter kan ta upp. Eftersom kvävebrist ofta begränsar produktionen på land, framställs idag stora mängder konstgödsel av mineral på industriell väg. Genom omfattande spridning av kvävehaltigt gödsel på åkermarken, sker ett avsevärt läckage till sjöar och havsområden som eutrofieras (se flik 2.4). 17:58:47

4 Flik 1.4 Sid 4 ( 5 ) Uppdaterad: Svavlets kretslopp Svavel förekommer i många berggrundsmaterial och vid vittring frigörs det och blir tillgänglig att ta upp för de gröna växterna. Svavel ingår i vissa aminosyror. När döda växter bryts ned bildas svavelväte (H2S) som snabbt oxideras till sulfat om syre är tillgängligt. I syrefattiga miljöer, t ex försumpade marker eller sjösediment, anhopas svavel bl a som svavelväte. Det ger en miljö som ytterst få levande organismer kan leva i. Vid riklig bildning av svavelväte stiger en del av den illaluktande och giftiga gasen upp i atmosfären, där den i fuktig luft lätt oxideras till svavelsyra. Atmosfären tillförs också stora mängder svavel i form av svaveldioxid som finns i röken från vulkaner, industrier och förbränning av svavelhaltiga oljor. Större delen av svaveldioxiden som hamnar i atmosfären oxideras till svavelsyra. På grund av fosfaternas ringa vattenlöslighet, är forsforns benägenhet att urlakas ur marken mycket liten. Det gör att växter på land sällan lider brist på fosfor. I vattendrag är dock situationen annorlunda och bristen på fosfor är där ofta hämmande för växtproduktionen. I sjöar och hav finns betydande förråd i sedimenten, för trots fosforns ringa vattenlöslighet så har den totala transporten under årmiljonernas lopp blivit betydande. Ökad ytavrinning och utsläpp av fosforhaltigt avloppsvatten ger en övergödning av vattendrag, sjöar och hav. Läs mer om övergödning under flik 2.4. Fosforns kretslopp Både svaveldioxid och svavelsyra ger direkta växtskador. Svavelsyran bidrar dessutom till försurning av mark och vatten, vilket är en naturlig process. Problem uppstår först när försurningen ökar mer än vad ekosystemet kan hantera och problemen märks då först i surhetskänsliga områden. Sverige är ett sådant landområde. Läs mer om försurning under flik 2.3 Svavlets kretslopp Vattnets kretslopp Fosforns kretslopp Fosfor är en av cellernas byggnadsmaterial och har en viktig roll i energiomsättningen, Den för växterna tillgängliga mängden fosfor växlar. Många fosforföreningar är svårlösliga och begränsar därmed den tillgängliga mängden fosfor för växterna. När det gäller vattnets kretslopp spelar inte primärproduktion, konsumtion och nedbrytning någon egentlig roll, som fallet är med de övriga kretsloppen. Vattnets kretslopp drivs direkt av solenergi och beskrivs i figuren Vattnets kretslopp. Människan påverkar även detta kretslopp, framför allt genom att avverka skog och genom att förstöra annan vegetation. Dock är vattnets kretslopp oerhört väsentligt, eftersom vattnet påverkar de andra kretsloppen. Det är vattnet som transporterar de olika ämnena i delar av deras kretslopp, både på och i mark och i luften. (1 av 2) :59:16

5 Flik 1.4 Sid 5 ( 5 ) Uppdaterad: Vattnets kretslopp När människan t ex hugger ned ett skogsområde, innebär detta i sin tur att näringsämnen i marken lättare följer med vattnet och jorden förstörs. Näringsämnen hamnar sedan i en sjö eller havet, som får för mycket näring. Därmed är balansen i naturen förändrad. Energin och näringskedjan Den största andelen av den solenergi som når biosfären, driver klimatprocesserna genom att värma upp luft och vatten. Endast en liten del bidrar till primärproduktionen. En tumregel säger att ungefär en procent av den solenergi som faller på en grön växt binds vid fotosyntesen. I sjöar och hav är värdet ännu lägre. Vattnet reflekterar och filtrerar nämligen bort en del av ljuset. Det har redan beskrivits att växter förbrukar en del av den energi de bundit vid fotosyntesen. I en skog på våra breddgrader förbrukar växterna ungefär hälften av den bundna energin, i tropikerna är förlusterna ännu större. Den totala energimängd en grön växt binder utgör bruttoprimär produktionen. Vad som återstår efter växtens egen konsumtion (andningsförlusterna) är då nettoprimärproduktionen som är tillgänglig för konsumtion i betarnäringskedjan. Växtätarna äter emellertid normalt bara en bråkdel av den tillgängliga växtbiomassan. I en skog t ex går mindre än 10 procent av växternas nettoproduktion till konsumtion. Resten kommer på sikt att brytas ned. Det växtätarna konsumerar kan till en del användas vid djurets ämnesomsättning, kan assimileras. Återstoden (hos en älg cirka 50 procent) blir spillning och går direkt till nedbrytning. Av den assimilerade energin går ca 90 procent till respiration, dvs till rörelse och underhåll av kroppens celler. Återstoden - 10 procent - går till produktion, d v s tillväxt och förökning. Naturens energiomsättning Källa: Fil dr, Högskolelektor Perarvid Skoog, Miljövårdscentrum KTH (1 av 2) :59:49