Ενέργεια και κύκλοι της ύλης

Γιατί δεν υπάρχουν «υπερ-λιοντάρια»;

Ένα λιοντάρι τρώει ζέβρες. Γιατί δεν υπάρχει ένα ακόμη μεγαλύτερο αρπακτικό που να τρώει λιοντάρια — και ένα άλλο που να τρώει εκείνο;

Η απάντηση δεν έχει να κάνει με δόντια ή με ταχύτητα. Έχει να κάνει με ενέργεια. Σε κάθε σκαλοπάτι μιας τροφικής αλυσίδας χάνεται τόσο πολλή, ώστε μετά από τέσσερα ή πέντε σκαλιά δεν μένει σχεδόν τίποτα για να θρέψει κάποιον ακόμη.

Σε αυτή την ενότητα θα δεις δύο κανόνες που φαίνονται αντίθετοι, αλλά ισχύουν μαζί: η ενέργεια περνά από το οικοσύστημα μία φορά και φεύγει, ενώ η ύλη γυρίζει ξανά και ξανά.

Η ενέργεια κυλά προς μία κατεύθυνση

Στο οικοσύστημα γνώρισες τους παραγωγούς, τους καταναλωτές και τους αποικοδομητές. Ας ακολουθήσουμε τώρα την ενέργεια.

1. Το φως του ήλιου πέφτει στα φύλλα. Μόνο ένα πολύ μικρό μέρος του — περίπου $1\%$ — αποθηκεύεται με τη φωτοσύνθεση ως χημική ενέργεια στη γλυκόζη.
2. Ένα φυτοφάγο τρώει το φυτό. Δεν παίρνει όμως όλη την ενέργεια που έφτιαξε το φυτό.
3. Ένα σαρκοφάγο τρώει το φυτοφάγο. Ξανά, παίρνει μόνο ένα μικρό μέρος.

Πού πάει η ενέργεια που «χάνεται» σε κάθε βήμα;

• Το μεγαλύτερο μέρος το καίει ο ίδιος ο οργανισμός με την κυτταρική αναπνοή, για να ζήσει, να κινηθεί, να ζεσταθεί. Αυτή η ενέργεια καταλήγει ως θερμότητα στο περιβάλλον.
• Ένα μέρος δεν τρώγεται ποτέ: ρίζες, κόκαλα, φτερά, ξύλο.
• Ένα μέρος δεν χωνεύεται και φεύγει με τα περιττώματα — και το παίρνουν οι αποικοδομητές.

Αυτό που μένει και γίνεται σώμα του οργανισμού, διαθέσιμο για το επόμενο επίπεδο, είναι κατά μέσο όρο γύρω στο $10\%$. Αυτός είναι ο κανόνας του $10\%$. Στην πραγματικότητα το ποσοστό κυμαίνεται περίπου από $5\%$ ως $20\%$, αλλά το $10\%$ είναι καλή πρώτη εκτίμηση.

Αν ζωγραφίσεις την ενέργεια κάθε επιπέδου ως ένα οριζόντιο κουτί, το ένα πάνω στο άλλο, παίρνεις μια πυραμίδα ενέργειας: φαρδιά βάση από παραγωγούς, όλο και στενότερα σκαλιά προς τα πάνω.

Η ύλη κάνει κύκλους

Η ύλη συμπεριφέρεται αλλιώς. Τα άτομα του άνθρακα, του οξυγόνου, του αζώτου και του υδρογόνου δεν φτιάχνονται και δεν χάνονται — απλώς αλλάζουν θέση. Περνούν από τον αέρα στα φυτά, από τα φυτά στα ζώα, από τα ζώα στο έδαφος και πάλι στον αέρα.

Οι αποικοδομητές είναι αυτοί που κλείνουν τον κύκλο: γυρίζουν τη νεκρή οργανική ύλη σε απλές ουσίες που μπορούν να ξαναχρησιμοποιηθούν.

Ο κύκλος του άνθρακα

Ο άνθρακας είναι ο «σκελετός» κάθε οργανικής ουσίας: γλυκόζη, άμυλο, πρωτεΐνες, λίπη, DNA. Στον αέρα βρίσκεται ως διοξείδιο του άνθρακα, σε πολύ μικρή αναλογία — περίπου $0{,}04\%$.

• Η φωτοσύνθεση τον αφαιρεί από τον αέρα και τον βάζει στη γλυκόζη.
• Μέσω της τροφής περνά στους καταναλωτές.
• Η κυτταρική αναπνοή όλων των οργανισμών τον επιστρέφει στον αέρα ως CO₂.
• Όταν οι οργανισμοί πεθάνουν, οι αποικοδομητές τους διασπούν και, αναπνέοντας κι αυτοί, επιστρέφουν τον άνθρακα στον αέρα.

Υπάρχει και ένας «δρόμος παράκαμψης». Πριν από εκατομμύρια χρόνια, νεκρά φυτά και θαλάσσιοι οργανισμοί θάφτηκαν πριν προλάβουν να αποικοδομηθούν. Με τον καιρό, την πίεση και τη θερμοκρασία έγιναν άνθρακας (κάρβουνο), πετρέλαιο και φυσικό αέριο — τα ορυκτά καύσιμα. Όταν τα καίμε, ο άνθρακας που ήταν κλειδωμένος για εκατομμύρια χρόνια γυρίζει στον αέρα μέσα σε λίγα χρόνια. Γι' αυτό το CO₂ της ατμόσφαιρας αυξάνεται — θα το ξαναδείς στην επόμενη ενότητα.

Ο κύκλος του άνθρακα

Ακολούθησε ένα άτομο άνθρακα γύρω από τον κύκλο. Σε κάθε στάδιο, πρόσεξε αν είναι μέσα σε οργανισμό ή ελεύθερο στον αέρα.

Διάλεξε στάδιο

CO₂ στον αέραΦωτοσύνθεσηΚαταναλωτέςΝεκρή ύληΑποικοδόμηση

CO₂ στον αέραΟ άνθρακας είναι ελεύθερος, ως διοξείδιο του άνθρακα. Εδώ φτάνει από την αναπνοή, την αποικοδόμηση και την καύση.

Το επόμενο στάδιο

Προσθέτει ή αφαιρεί CO₂ από τον αέρα;

Για κάθε διαδικασία, αποφάσισε αν αυξάνει ή μειώνει το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας.

Τι κάνει στο CO₂ του αέρα;

Ένα δάσος που μεγαλώνει

Προσθέτει CO₂Αφαιρεί CO₂

0 / 8

Ο κύκλος του νερού

Τον κύκλο του νερού τον ξέρεις από το Δημοτικό: εξάτμιση από τη θάλασσα, συμπύκνωση σε σύννεφα, βροχή, απορροή πίσω στη θάλασσα.

Αυτό που προσθέτει η βιολογία είναι ο ρόλος των οργανισμών:

• Τα φυτά απορροφούν νερό από το έδαφος και το επιστρέφουν στον αέρα με τη διαπνοή. Ένα μεγάλο δάσος στέλνει στην ατμόσφαιρα τόσο νερό, που επηρεάζει τις βροχές της περιοχής.
• Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί νερό και η αναπνοή φτιάχνει νερό.
• Οι ρίζες και το έδαφος του δάσους συγκρατούν το νερό της βροχής σαν σφουγγάρι. Όταν ένα δάσος καεί, η βροχή κυλά γρήγορα στις πλαγιές και προκαλεί πλημμύρες και διάβρωση.

Και το άζωτο, που χρειάζεται για τις πρωτεΐνες, κάνει τον δικό του κύκλο, με τη βοήθεια ειδικών βακτηρίων του εδάφους. Θα τον δεις σε μεγαλύτερη τάξη.

Ας το κάνουμε μαζί

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση