זרימת אנרגיה וחומרים במערכת אקולוגית



מושג המערכת האקולוגית
מושג המערכת אקולוגית (אקוסיסטמה, Ecosystem) מציין את המערך של יצורים חיים - צמחים, בעלי חיים ומיקרואורגניזמים יחד עם סביבתם הפיסיקלית המשולבים ביניהם במגוון של יחסי גומלין. המרחב של המערכת האקולוגית מוגדר לפי החברה המשמשת מושא לתצפית או מחקר וממדיה משתנים לפי המקרה הנבדק. יחסי הגומלין בין היצורים המרכיבים את המערכת האקולוגית מתבטאים במעברי חומרים ואנרגיה בין הרמות הטרופיות בשרשרות מזון ובמארגי מזון.

תיאור זרימת האנרגיה במערכת האקולוגית
מקור האנרגיה במערכת האקולוגית הוא קרינת השמש. אנרגיה זו מותמרת בצמחים לתרכבות אורגניות בתהליך הפוטוסינתזה. הצמחים משמשים במערכת אקולוגית כיצרנים. בצמחים, האנרגיה זורמת ב 3 נתיבים:
1. נשימת הצמחים, שמשחררת אנרגיה זו כחום,

2. כאשר הצמח מת גופו מתפרק ע"י מיקרואורגניזמים מפרקים ובתהליכי פירוק אלה האנרגיה גם כן משתחררת כחום.

3. מעבר לבעלי החיים אוכלי צמחים באמצעות התרכבות שבמזון. האנרגיה זורמת בבעלי חיים צמחוניים (צרכנים ראשוניים ) ובטורפים (צרכנים משניים ) באותם 3 נתיבים: שיחרור חום בנשימה, פירוק הגוף המת ומעבר לרמה הטרופית הבאה. טורפי העל, שהם הרמה הטרופית הגבוהה ביותר, משחררים את האנרגיה שזרמה אליהם בנשימה ובפירוק הגוף המת בלבד. כל האנרגיה הנקלטת במערכת האקולוגית נפלטת ממנה בסופו של דבר דרך מרכיביה. אנרגיה אינה נאגרת במערכת אקולוגית, והמערכת האקולוגית מהווה לגבי האנרגיה מערכת זרימה פתוחה.

תיאור זרימת חומרים במערכת האקולוגית
החומרים העוברים בין מרכיבי המערכת האקולוגית הם יסודות כימיים ותרכבות כמו מים, פחמן, חנקן, חמצן, זרחן, גופרית ויסודות מינרליים נוספים. הצמחים קולטים את הפחמן מהאטמוספרה בקיבוע של פחמן דו חמצני בתהליך הפוטוסינתזה. מים, חנקן, אשלגן, זרחן ויסודות מינרליים נוספים נקלטים מהאדמה ע"י השורשים. בעלי החיים הצמחוניים מקבלים את החומרים הללו בצורה של מזון צמחי ומהם עוברים החומרים לטורפים ולטורפי העל בתהליך הטריפה. הגוף המת של צמחים ובעלי חיים מתפרק ע"י מיקרואורגניזמים והחומרים חוזרים אל המרכיבים הפיסיקליים של המערכת האקולוגית: לאטמוספרה ולקרקע.

בניגוד לאנרגיה, החומרים במערכת אקולוגית זורמים במערכת סגורה ועוברים מיחזור. חומרים יכולים להתגלגל בין מרכיבי המערכת האקולוגית פעמים רבות. מחזורי החומרים בטבע נקראים מחזורים ביוגיאוכימיים. המחזורים החשובים בטבע הם מחזור הפחמן, מחזור החנקן, מחזור המים ומחזור הזרחן.