Ökoloogia energia loeng (0)

ENERGIA ÖKOSÜSTEEMIDES
Energia kontseptsioon
Toitumissuhted ja produktiivsus
Inimese energiatarve
Aune Altmets, MSc
Euroakadeemia
Keskkonnakaitse teaduskond
Eesmärgid:
Määratleda energiaallikad Maal
Selgitada tuleva ja peegelduva päikesekiirguse
lainepikkuse tähtsust
Kirjeldada fotosünteesi
Kirjeldada energia ülekannet toiduahelas
Defineerida toiduahel ja toitumisvõrk
Termodünaamika I seadus
Termodünaamika II seadus
Maa kui avasüsteem
Elu eksisteerimiseks on vaja pidevat energia sisendit
Päikeselt ning soojusenergia väljundit Maailmaruumi.
Elu Maal on võimalik ainult tänu lakkamatule
energiavoole Päikeselt. Samal ajal eraldub Maalt tohutu
hulk soojusenergiat maailmaruumi. Maa ökosüsteemi
stabiilsus on tagatud pideva saabuva ja pideva lahkuva
energiavooga.
Suhteliselt ühtlane temperatuur Maa pinnal ja selle
läheduses on katkematu energiavahetuse tulemus.
Päike
Päikese läbimõõt on Maa läbimõõdust 109
korda, mass 333000 korda suurem.
Päikese tihedus on Maa omast väiksem ­
1409 kg/m³ moodustab veerandi planeedi
keskmisest tihedusest.
Päikese ruumala on Maa ruumalast 1,3
miljonit korda suurem.
Tähe keskmine kaugus Maast on ~150
miljonit km. Valgus jõuab Päikeselt Maale
kaheksa ja poole minutiga.
Päike
Päikese tuum on ülikuum
ja äärmiselt suure
tihedusega piirkond tähe
keskel, kus toimub pidev
vesiniku aatomi tuumade
ühinemine heeliumi
tuumadeks.
Järgnevad kiirgusülekande
ja konvektsioonitsoon.
Päike
Päikese atmosfäär koosneb kahest kihist ­ alumine
on umbes paartuhat kilomeetrit paks kromosfäär.
Sellele järgneb kroon, mis võib ulatuda kuni kahe
Päikese läbimõõdu kaugusele. Päikese atmosfääri ja
sisemuse vahele jääb umbes 400 km paksune
fotosfäär.
Kuigi fotosfäär on Päikese atmosfääri tihedaim osa, on
seal gaase niivõrd vähe, et Maa mõistes on tegemist
vaakumiga. Sealne atmosfääri rõhk on 1/10000 Maa
atmosfääri rõhust merepinnal.
Päikeseplekid
Fotosfäär on sageli kaetud tumedate, kord ilmuvate,
kord kaduvate laikudega e. päikeseplekkidega.
Suurimad neist võivad ületada Maa läbimõõdu
mitmekordselt.
Päikeseplekid paistavad tumedad, kuna ümbritseva
fotosfääriga võrreldes on nad tunduvalt jahedamad.
Enamik päikeseplekke esineb polariseeritud paaride
või rühmadena. Enamasti paiknevad nad paralleelselt
Päikese ekvaatori suhtes, tähe pöörlemise ida-lääne
suunal.
Päikese loited
Magnetiliste loidetega paisatakse tähe sisemusest välja
tohutu kogus suure energiaga osakesi. Loited võivad
küündida sadade tuhandete kilomeetrite kõrgusele.
Enamus ainest langeb küll tagasi Päikesele, kuid osa
sellest kiirgub maailmaruumi.
Wolfi arv
Päikeseplekkide arv ehk Wolfi arv arvutatakse valemiga
R = k (10 g + s) , kus
g plekkidega kaetud piirkondade arv;
s üksikute plekkide koguarv;
k skaleerimistegur.
Plekkide arv võib varieeruda nullist kuni 400-ni.
Päikese tsüklilisus
Päikese aktiivsuse tsüklit arvestatakse ühest plekkide
miinimumist teiseni. 11-aastane ehk Schwabe tsükkel
kestab tavaliselt 9-14 aastat. Hale'i ehk täistsükkel
vältab 22-23 aastat. Selle ajaga pöördub tähe magnetväli
360º (poolused vahetuvad).
Päike ja Maa magnetväli
Päike paiskab välja peale elektromagnetilise kiirguse
veel suure energiaga osakesi, mida nimetatakse
päikesetuuleks. Osakeste mõjupiirkond e. heliosfäär
võib ulatuda tähest enam kui 200 AU kaugusele.
Maa magnetväli kaitseb planeeti päikesetuule eest. Väga
kõrge Päikese aktiivsuse puhul "tungib" laetud osakeste
pilv Maa magnetosfääri. See võib esile kutsuda Maa
magnetvälja häireid (magnettorme) ja virmalisi.
Päike ja Maa magnetväli
Päikesetuul Magnetosfäär
Magnettormid
Maa öisel poolel küünib magnetosfääri saba kuni 1000 Maa
raadiuse kaugusele ja on keeruka sisemise struktuuriga. Selles
sabas saavadki alguse magnettormid, mis maapinna tasemel
avalduvad Maa magnetvälja suuna ja tugevuse kiirete
muutustena. Magnettormideks ristis Maa magnetvälja häired
Alexander von Humboldt 1808. a.
Magnettormid on globaalse ulatusega ja seda tugevamad mida
tihedam ja kiirem on päikesetuul. Eriti tugeva ja kiire
päikesetuule tekitavad Päikesel toimunud tugevad pursked,
mille väljapaisatud plasma juhtub suunduma Maa poole.
Tuntavalt mõjuvad magnetvälja häired kosmilisele ja
maapealsele sidele, samuti kosmoses töötavale aparatuurile.
Atmosfääri
temperatuuriprofiil
Temperatuurijaotus
ülemises atmosfääris
sõltuvalt Päikese
aktiivsusest.
Troposfäär
Troposfäär on Maale kõige lähem atmosfääri kiht, kuhu
on koondunud suurem osa atmosfääri massist.
Troposfääris kahanevad temperatuur ja veeauru hulk
kõrgusega väga kiiresti. Veeaur mängib määravat osa
temperatuuriregulatsioonis, sest ta neelab nii
päikesekiirgust kui Maalt lähtuvat soojuskiirgust.
Troposphere ­ the lowest portion of Earth's atmosphere.
8--10 , 10--12
, ,
16--18 .
Troposfäär
Troposfäär ulatub 8 km-ni suurtel laiustel ja 18 km-ni
ekvaatoril; kõrgeim on suvel ja madalaim talvel.
99% planeedi veeaurust paikneb troposfääris. Veeauru
sisaldus on kõrgeim troopikas (kuni 3%) ja väheneb
pooluste suunas. Kõik ilmastikunähtused toimuvad
valdavalt troposfääris.
Tropopaus ­ eraldab troposfääri stratosfäärist.
Tropopause ­ the boundary region between the troposphere and
the stratosphere.
­
Solaarkonstant
Solaarkonstant ­ Päikese kiirgusvoo võimsus, mis
jõuab atmosfääri ülapiirile kiirtega ristiolevale
pinnale Maa ja Päikese keskmisel kaugusel.
Solar constant ­ the quantity of solar energy (W/m²) at
normal incidence outside the atmosphere at the mean sun-
earth distance.
,
(2530 ).
Solaarkonstant
Kuna Maa ja Päikese vaheline kaugus muutub
tsükliliselt aasta jooksul Maa elliptilise orbiidi tõttu
vahemikus 147 milj. km kuni 152 milj. km, kõigub ka
solaarkonstandi väärtus.
Solaarkonstandi keskmine väärtus on 1365 W/m².
Solaarkonstant
Tõenäoseim väärtus jääb vahemikku 1368 ­ 1377 W/m².
Suurimad piirid 1322 ­ 1428 W/m².
Atmosfääri energeetika
Läbi atmosfääri tulles nõrgendavad kiirgusvoogu
hajumine ja neeldumine. Hajumine tähendab, et
kokkupõrgetel molekulidega või õhus leiduvate
aerosoolidega kalduvad päikesekiirguse kvandid oma
esialgsest suunast kõrvale. Osa neist jõuab maapinnani
hajuskiirgusena, osa peegeldatakse tagasi.
Scattering ­ the process in which a beam of particles or of
radiation are deflected as a result of collision.
­
, .
Atmosfääri energeetika
Neeldumisel annavad kiirguskvandid oma energia üle
neid neelanud molekulidele, mis võivad juba ise kiirata
kas sama või mõne teise lainepikkusega kvante.
Absorption ­ the process in which radiated energy is retained
without reflection or transmission on passing through a medium.
A () ­
,
.
Atmosfääri energeetika
Päikesekiirgus nõrgeneb atmosfääris peamiselt
hajumise tõttu, vaid vähene osa neeldub. Täielikult
neeldub atmosfääris UV-kiirgus lainepikkustega alla
290 nm.
Läbi atmosfääri jõuab maapinnani keskmiselt 240
W/m². Pilves atmosfäär nõrgendab ja suunab kiirgust
tagasi palju enam kui pilvitu. Kui kliima kaldub
soojenemisele, hakkab tekkima rohkem pilvi, kuna
auramine kasvab. Suurenenud pilvkate aga piirab
energia juurdevoolu ja aitab soojenemist vältida
(negatiivne tagasiside!).
Elektromagnetiline spekter
Päike
Päikeselt tulev
lühilaineline kiirgus
(0.2-4.0 mikronit)
Ligi pool päikesekiirgusest ~1/5 kiirgusest peatub
peegeldub tagasi atmosfääris (paneb
maailmaruumi liikuma õhumassid)
Maa
~1/5 jõuab maa- ja
Soojus merepinda soojendama
Vaid 0,2%
maailmaruumis energiavoost
assimileeritakse
Maalt kiirguv soojus (seotakse bio-
Maa ökosüsteemi energia pikalainelise kiirgusena produktsioonis)
sisend ja väljund ca 12 mikronit
Kasvuhooneefekt
Osa maapinnalt peegelduvast soojuskiirgusest
neeldub atmosfääris leiduvates gaasides. Need
kliima- ehk kasvuhoonegaasid tagavad planeedile
märksa soodsamad elutingimused, kui see oleks
võimalik kiirgusliku tasakaalu puhul. Maa keskmine
temperatuur pinnalähedases õhukihis on +15°C;
kiirgusliku tasakaalu korral oleks see -18°C.
Kliimagaase leidub atmosfääris üle 40. Tuntumad
neist on veeaur, CO2, CH4, N2O, maalähedane O3 ja
fluoreeritud gaasid.
Globaalsed ookeanihoovused
Ookeani hoovused reguleerivad maailmamere
energiavahetust, sellega kogu kliimat.
Süvahoovused liiguvad nii horisontaalselt kui
vertikaalselt; jäävad merepinnast 400 m allapoole.
Tekivad vee tiheduse erinevusest. Külm või soolane vesi
on tihedam ja vajub sügavamale, samas kui soe või
vähem soolane vesi on kergem ja tõuseb kõrgemale.
Polaaraladel on tänu jää tekkele allesjäänud vesi kõrge
soolsusega ja väga külm. Sealne vesi ,,sukeldub" ja
liigub mööda ookeani sügavamaid kihte kuni soojemate
laiuste juures taas kõrgemale tõuseb.
Globaalsed ookeanihoovused
Selliseid massiivseid hoovuseid nimetatakse ookeani
konveieriks e. termohaliinseks tsirkulatsiooniks.
Thermohaline circulation ­ oceabic circulation controlled by
horizontal differences in temperature and salinity.
­ ,
.
Ookeani konveier
Soojus vabaneb
atmosfääri
Soe pinna-
hoovus
Külm soola-
ne süva-
hoovus
Soojus vabaneb
atmosfääri
Ookeani pinnahoovused
Pinnahoovused voolavad horisontaalselt kuni 400 m
sügavuses vees. Liikumapanevaks jõuks on peamiselt tuul.
Maa pöörlemisest tingitud Coriolisi jõud paneb
põhjapoolkeral hoovused liikuma valdavalt päripäeva,
lõunapoolkeral vastupäeva.
Ka Golfi hoovus on peamiselt tuulest tekitatud. Tema jätk ­
Newfoundlandi saare juures kirdesse pöörduv ja hiljem
Gröönimaad väisav Põhja-Atlandi hoovus ­ on globaalse
termohaliinse tsirkulatsiooni osa.
Fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus
Ligikaudu pool maa pinnani jõudvast valguskiirgusest
on kasutatav fotosünteesil. Tegelikult kasutavad
rohelised taimed sellest ainult 1-2%.
Fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus on inimsilmale nähtav
kiirgus, lainepikkusega 400­700 nm.
Photosynthetically active radiation ­ radiation visible to the
human eye, wavelengths from 400 to 700 nm.
­
400 700 .
Fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus
Kõige enam vajab taim violetset-sinist (380-470 nm) ja
oranzi-punast (580-700 nm) spektriosa. Rohekas valgus
peegeldub suures osas taime pinnalt. Seetõttu tajuvad
meie silmad taimi rohelistena.
Taimelehtedes muundatakse päikesevalgus fotosünteesi
teel kompleksseteks energiarikasteks molekulideks.
Hiljem, olgu siis taim ise või taimi toiduks kasutavad
loomad, lõhustavad need molekulid selleks, et saada
elutegevuseks vajalikku energiat.
Fotosüntees
Fotosüntees on protsess, mille käigus valgusenergia
muundatakse keemiliseks energiaks. Nimetatakse ka
päikeseenergia fikseerimiseks.
sisend väljund
Fotosüntees
6 CO2+6H2O+PE (klorofüll) C6H12O6+6O2
suhkur
Photosynthesis ­ process by which carbohydrates are synthesized
from carbon dioxide and water using light as an energy source.
­
.
Fotosüntees
Fotosünteesi kiirus sõltub mitmetest teguritest:
CO2 ja H2O kättesaadavus,
valguse intensiivsus,
temperatuur.
Kui näiteks muld on kuiv ja taim ei saa piisavalt vett, siis
fotosüntees seiskub. Mida tugevam valgus, seda kiirem
fotosüntees. Kõige sobivam temperatuur on 20°-35°C. Kui
temperatuur on üle 35° või alla 0° kraadi, siis ensüümide
aktiivsus langeb ja pidurdub ka fotosüntees.
Fotosünteesi tähtsus
Ükski looduses esinev toitumisahel ei ole mõeldav
fotosünteesita.
Peaaegu kogu atmosfääris esinev hapnik on
moodustunud fotosünteesil.
Glükoos on põhiliseks energiaallikaks enamikes
organismides.
Fotosünteesi tulemusena moodustuv glükoos on
lähteaine teiste orgaaniliste ainete sünteesiks nii auto-
kui ka heterotroofidele.
Autotroofid
Autotroofid e. produtsendid e. isetoitjad on organismid,
kes suudavad eluks vajalikke orgaanilisi aineid ise
lihtsatest ühenditest sünteesida. Päikeseenergia
salvestatakse fotosünteesi protsessis kompleksseteks
energiarikasteks molekulideks.
Autotrophs ­ organisms that are able to synthesize all the
complex organic molecules they require for life using only
simple inorganic compounds and an external energy source.
­ ,
.
Heterotroofid
Heterotroofid e. konsumendid e. teistesööjad on
organismid, kes kehaainese lähtematerjalina kasutavad
organismivälist orgaanilist ainet (loomad, seened,
parasiittaimed ja enamik baktereist).
Heterotrophs ­ organisms that get the carbon necessary for life
from organic substrates.
­ ,
.
Hingamine
Nii taimed kui loomad vajavad energiat elutegevuseks. See
energia saadakse protsessis, mida nimetatakse hingamiseks e.
respiratsiooniks. Hingamine koosneb enam kui 70 erinevast
keemilisest reaktsioonist. Selle käigus vabaneb fotosünteesil
talletatud keemiliste sidemete energia.
Respiration ­ the process in which nutrients are converted into
useful energy in a cell.
() ­
, ,
(
). .
Hingamine
Fotosünteesil tekivad taimedes päikeseenergia, CO 2 ja
vee baasil energiarikkad glükoosi molekulid. Kui need
reageerivad hapnikuga, moodustuvad väiksemad väga
suurte energeetiliste sidemetega molekulid ­ ATP-d
(adenosiintrifosfaadid), mis on universaalne ,,valuuta"
energiavahetuses. ATP võib salvestuda tulevikuks või
kuluda ära rakustruktuuris.
Hingamine
sisend Hingamine väljund
respiratsioon
C6H12O6 + 6O2 38ATP+6CO2+6H2O+soojus
Hingamisprotsessis eralduvad süsihappegaas ja vesi. Organism
(keha) kiirgab pidevalt soojust, mis hajub keskkonnas.
Termodünaamika I seadus
Kõik energeetilised protsessid alluvad kahele üldisele seadusele
­ termodünaamika seadusele, mis kirjeldavad erinevate energia
vormide vahelisi sõltuvusi. I seadus e. energia jäävuse seadus:
Energia võib üle minna ühest vormist teise,
kuid ei teki ega kao.
Energiat defineeritakse siin kui võimet teha tööd.
Energial võib olla mitmeid erinevaid vorme: tuumaenergia,
kiirgusenergia (nähtav valgus, UV, röntgenkiirgus jt), keemiline
energia, soojusenergia või massiga seotud energia (E = mc2).
Termodünaamika II seadus
Iga kord, kui energia muundub, läheb ta enam
organiseeritud vormist üle vähem organiseeritud
rohkem hajutatud vormi.
Ökoloogilisest seisukohast tähendab termodünaamika teine
seadus, et energia ülekanne ühelt tarbijalt teisele ei saa kunagi
olla eriti efektiivne. Igal ülekandel osa energiat muutub nii
vähem korrastatuks, see hajub ja teda ei saa enam kasutada.
PÄIKESEENERGIA
Energiavoog läbi kiirgub Maale valgusena
biosfääri
BIOSFÄÄR
Aastane bioproduktsioon FOTOSÜNTEES
kuivainena on 1,1 Gt Päikeseenergia muundatakse
FOTOSÜNTEES
keemiliseks energiaks
energiasisaldusega 1,8 ZJ
(10²¹J).
54% energiast sisaldub HINGAMINE
metsades, Keemilist energiat kasutatakse
20% rohtlates, tööks organismide rakkudes
16% põllukultuurides.
KASUTATUD ENERGIA
kiirgub maailmaruumi soojusena
Päikese-
Energiavoog ÖKOSÜSTEEM kiirgus
ökosüsteemis - toiduahel
Produtsendid
Toiduahel on korduv
üksteisele järgnev
ärasöömiste jada, mille Konsumendid
käigus kandub energia
ühelt organismilt teisele. Konsumendid
On harva isoleeritud.
Mitu ristuvat toiduahelat Lagundajad
moodustavad keeruka
toitumisvõrgu.
Energia väljub ökosüsteemist soojusena
Produtsent
Produtsent ­ TAIM ­ kasutab päikesevalgust
energiarikaste molekulide tootmiseks fotosünteesi
protsessis.
Producers ­ organisms that produce organic compounds from
inorganic compounds.
­ ,
.
Produtsendi energia sisend-väljund
Päikesekiirgus
Kasutamata kiirgus CO2 + H2O + toitained
Hingamine: Produtsent
Soojus, mis (taim)
eraldub
eluprotsessides
Loodavad koed
(uued oksad ja lehed,
seemned jm)
Osa kudedest jääb söömata.
Osa kudedest süüakse
Taim võib surra ja koed
ära rohusööjate poolt
saavad lagundajate
toiduks
Herbivoor
Herbivoor e. rohusööja on organism, kes kasutab
toiduks taimseid kudesid. On primaarne tarbija.
Herbivoorid on heterotroofid e. teistesööjad.
Herbivores are animals that feed only on plants.
­
.
Herbivoori energia sisend-väljund
Taimsed koed
Hingamine:
soojus, mis Herbivoor e. Metabolismi
eraldub rohusööja jääkproduktid
eluprotsessides heterotroof
Moodustunud koed
Koed, mis (kaalu kasv,
süüakse ära järeltulijad)
karnivooride Koed, mida ei sööda
poolt Surnud koed on
toiduks
lagundajatele
Metskitse energiavahetuse
lõpp-produktid
Kaalu
suurenemine
Seeditav toit
18% toiduenergiast
Päevane toidu 75% toiduenergiast Produtseeritud
tarbimine soojus
(hingamine)
47% toiduenergiast
Seedimatu toit
Metabolismi
jääkproduktid
25% toiduenergiast
10% toiduenergiast
Karnivoor
Karnivoor e. lihasööja e. kiskja on organism, kes toitub
rohusööjatest. On sekundaarne tarbija.
Et saada energiarikkaid molekule, söövad karnivoorid
herbivoore. Osa karnivoore toituvad teistest
karnivooridest. Neid nimetatakse tippkarnivoorideks e.
tippkiskjateks.
Carnivores ­ animals that feed on other animals (herbivores).
­
.
Karnivoori energia sisend-väljund
Herbivooride
koed
Karnivoor e.
Hingamine: lihasööja Ainevahetuse jääk-
Soojus, mis eraldub heterotroof produktid
eluprotsessidest
Kudede moodustamine
(kaalu suurenemine,
järglased)
Osa kudedest, Koed, mida ei sööda
mida söövad Surnud koed, mis
teised karnivoorid on toidukas
lagundajatele
Inimene kui tippkarnivoor
Produtsendid: veetaimed
Herbivoorid:
väikesed kalad
Herbivoorid: veeputukad
Karnivoorid: pardid
Karnivoorid: suured
kalad
Tippkarnivoor: inimene
Dekomposiitorid
Dekomposiitorid e. lagundajad elavad
energiarikastest molekulidest, mida saadakse surnud
organismide kudedest. Lagundajad kulutavad
rohkesti energiat hingamiseks, samuti paljunemiseks
ning uute kudede moodustamiseks.
Decomposers ­ organisms that break down the dead or
decaying organisms.
. ­ ,
Lagundajate energia sisend-väljund
Produtsentide Herbivooride Karnivooride Lagundajate
surnud koed surnud koed surnud koed surnud koed
Ainevahetuse
Lagundajad jääkproduktid
(bakterid)
Surnud lagundajad,
Hingamine: kas süüakse ära või
soojus, mis eraldub
ladestuvad tulevaste
elutegevusest Moodustunud ökosüsteemide jaoks
koed
(paljunemine)
Redutseeritud ühendid
lähevad produtsentidele
Parasiidi ja detriidi toiduahel
Parasiidi toiduahela puhul on kas produtsent või
tarbija nakatunud parasiidiga ning energia läheb üle
suuremalt organismilt väiksemale.
Detriidi toiduahela puhul elavad herbivoorid surnud
orgaanilise aine arvel (mis tavaliselt pärineb teistest
ökosüsteemidest) ja ei toitu produtsentidest.
Näiteks: kõrgemate soontaimede õietolmu toiduks
kasutavad putukad, keda omakorda söövad
ämblikud.
Parasiidi toiduahel
Tarbija
Karnivoor
(inimene)
Produtsendid Tarbija Tarbija
Lagundaja
(rohttaimed) Herbivoor Välisparasiit
(bakterid)
(veis) (puuk)
Tarbija
Siseparasiit
(paeluss)
Detriidi toiduahel
Tuulega toodud Herbivoorid
Lagundajad
õietolmuterad (putukad,
(bakterid)
lestad)
Karnivoorid
(ämblikud)
Troofiline tasand
Organismi troofiline tasand on astmete arv, mis teda
eraldab primaarsetest produtsentidest, millised asuvad
esimesel troofilisel tasandil. Kui kaks organismi asuvad
ühekaugusel produtsentidest, on nad samal troofilisel
tasandil.
Trophic level ­ the position that an organism occupies in a food
chain.
-- ,
Madalaveeline ökosüsteem troofiliste tasanditega
Neljas tursk
troofiline tiir
tasand
Kolmas
troofiline kilu mudakrabi hoburaudkrabi
tasand
Teine zooplankton
troofiline
krevetid austrid
tasand
pindmised vetikad ja detriit
Esimene
diatoomid veepiiril
troofiline
tasand (produtsendid)
Kümne protsendi seadus
Termodünaamika II seaduse kohaselt kaasneb iga
energia ülekandega selle oluline kadu (hajumine
keskkonda soojusena).
Kümne protsendi seadus: ainult ligikaudu 10% teatud
troofilisel tasandil olevast energiast võib üle kanduda
järgmisele troofilisele tasandile. Kümne protsendi
seadus määrab ära ka troofiliste tasandite arvu
toitumisvõrgus - kasutamiskõlblikku energiat jätkub
4 või 5 troofilise tasandi jaoks.
Tähelepanekud energia liikumisest
ökosüsteemis:
Ainult väikene osa produtsentideni jõudvast päikesekiirgusest
tansformeerub orgaaniliseks aineks (energiarikasteks
molekulideks).
Suur osa produtsendi poolt fikseeritud energiast kulutatakse
hingamiseks ning see väljub ökosüsteemist.
Kogu energiahulk troofilisel tasandil on oluliselt väiksem kui
madalamatel tasanditel.
Lagundajad saavad energia surnud orgaanilisest ainest, mis
pärineb kõikidelt troofilistelt tasanditelt.
Ökoloogilised püramiidid
Ökoloogilised püramiidid aitavad kirjeldada
elukoosluste troofilist struktuuri.
Võib koostada erinevatel alustel.
1 poiss
4,5 vasikat
20 000 000 (2 x 10 7) lutserni taime
Arvukuse püramiid
Ökoloogilised püramiidid
Poiss 4,72 x 10 4g
Vasikaliha 9,62 x 10 5 g
Lutserni taimed 8,03 x 10 7 g
Biomassi püramiid
Inimese kudede kasv 8,3x103 C
Vasikaliha produktsioon 1,19x106 C
Lutserni produktsioon 1,49x107 C
Saadud energia päikeselt 6,3 x 10 10 C
Energia püramiid
Bioloogiline võimendumine
Organism saab energiat toiduna ja ainult osa sellest
kasutatakse organismi ülesehitamiseks. Ligikaudu 50%
saadud energiast kulutatakse hingamiseks. Osa toiduna
saadud ainetest ei ole kaasatud hingamisprotsessi ega
ole ka kergesti eritatavad ning seetõttu akumuleeruvad
(kontsentreeruvad) organismis.
Selliste ainete hulka kuuluvad enamasti tehnogeensed
saastained (väävel, raskmetallid, PCBd, dioksiinid,
radioaktiivsed elemendid jt), pestitsiidid jm.
kloororgaanilised ained ning detergendid.
Bioloogiline võimendumine
Bioloogiline võimendumine on teatud ainete
kontsentratsiooni kasv piki toiduahelat.
Bioaccumulation means an increase in the concentration of a
chemical in a biological organism over time.
--
Karnivoor 2 DDT akumuleerumine
75 ppm toiduahelas
Karnivoor 1
Herbivoorid
Taimed
0.04 ppm
Radioaktiivse strontsiumi akumuleerumine
magevee koosluses (ppm)
Atmosfäärne 90Sr
sadenemine
Ondatra - 3500
Ahven - 3000 Molluskid- 730
Viidikas - 950
Plankton
Järve vesi - 1 Veetaimed - 280
Põhjasetted - 180
Inimese energiatarve
Energia on elu alus, hädavajalik nii inimese individuaalse
toimimise kui ühiskonna arengu jaoks. Kütused ja elekter on
tublisti kergitanud (suure osa) inimkonna elustandardit ja
võimaldanud enneolematu mobiilsuse. Tööstuse ja
tehnoloogia areng on andnud mugavusi, millest varem ei
osatud unistadagi.
Samas toob energia tootmine ja kasutamine kaasa üksjagu
probleeme. Laias laastus võib need jagada kaheks:
1) ressursside piiratus;
2) energia tootmisest ja tarbimisest põhjustatud
soovimatud muudatused elukeskkonnas.
Inimese energiatarve
Probleemide lahendamiseks ja kahjude vähendamiseks tuleb
minna üle keskkonnasõbralikele energiaallikatele ja
efektiivsematele tehnoloogiatele. Samas, ükskõik kui
efektiivset tehnikat ka ei kasutataks, vastavalt
termodünaamika II seadusele tekib mingisugune saaste ikka.
Oluline on selle minimeerimine ja eraldamine.
Levinud on energiaallikate jaotamine taastumatuteks
(fossiilkütused ja lõhustuvad materjalid) ning taastuvateks
(päikesekiirgus, tuul, hüdroenergia, loodete energia ja
biomass). Oluline parameeter sellise jaotuse juures on
taastumiskiiruse ja tarbimiskiiruse suhe.
Energia tarbimine liigiti
Nafta
Süsi
Gaas
Tuum
Hüdro
Energiaallikate osakaal
Nafta 38%
Süsi 26%
Gaas
23%
Hüdro 6% Tuum 6% Geotermaal,
päike, tuul,
puit 1%
Inimese energiatarve
Energia vajadused on läbi ajaloo pidevalt kasvanud:
Ürginimene vajas päevas 2000 Kcal.
Kütt-korilane 5000 Kcal.
Varajased põllupidajad 12 000, hilisemad 20 000 Kcal.
Varasel tööstusperioodil kulus inimesel päevas 60 000,
hilisemal juba 125 000 Kcal.
Tänapäeva inimene Aafrikas, Aasias ja Lõuna-Ameerikas
kulutab keskmiselt 200 000 Kcal päevas. USA puhul on see
näitaja 670 000 Kcal.
Bioloogiline energiatarve
Inimene saab elutegevuseks vajaliku energia toidust. Kuna
inimene kasutab toiduks mitmeid erinevaid allikaid, asub ta
erinevatel troofilistel tasemetel.
4 troofiline
Inimene
tase
3 troofiline kala
Karnivoorid
tase
2 troofiline veiseliha
Herbivoorid
tase
Produtsendid teraviljad
1 troofiline
tase
Inimese energiatarve
10.3 Toitumusmarasm e. -närtsimus - raske väärtoitumus.
10.4 Kvasiorkor - raske väärtoitumus näljaturse ning naha
ja juuste düspigmentatsiooniga.
Toidupüramiid
Rasvad,
maiustused
Piimatooted Liha
(2-3 (2-3 portsjonit)
portsjonit)
Köögiviljad Puuviljad
(3-5 portsu) (2-4 portsu)
Leib ja teraviljatooted
(6-11 portsjonit)
Maailma energia tarbimine 2007
(MT nafta ekv.)
Elektrienergia tootmine 2007 Fossiilkütus
Taastuvenergia
Tuumakütus
Primaarenergia
Primaarenergia ­ looduslikust
allikast saadud energia, mida Primaarenergia tootmine 2009 (Mt
tarbitakse teisteks energia- nafta ekv.):
liikideks muundamata.
Eestis toodetavatest kütustest: China 2054
United States 1712
põlevkivi, kütteturvas, Russia 1175
küttepuud, puidujäätmed ja Saudi Arabia 517
biogaas. India 489
Imporditavatest kütustest: Canada 388
kivisüsi, maagaas, vedelgaas, Indonesia 363
raske ja kerge kütteõli, Iran 318
Australia 304
diislikütus, autobensiin ja Brazil 227
lennukipetrool.
Primaarenergia
Primmarenergia tootmine
kasvas 2009 (%):
China 6.5
Belgium 6.2
Japan 6.2
Portugal 6.0
Primaarenergia tootmine
Indonesia 5.2 vähenes Põhja Ameerika
Colombia 4.7 (2%), EU (4,5%), SRÜ (5%)
India 4.4
Thailand 4.1 ja Lähis-Ida (6%) riikides.
Australia 3.9
Kazakhstan 2.7
Energia tarbimine
2009 vähenes energia tarbimine (-1,1%) esimest korda 30 a.
jooksul.
Kasvas tarbimine arenevates Aasia riikides (+4%).
Eriti tugevalt kahanes tarbimine Põhja Ameerika (-4,5%),
Euroopa (-5%) ja SRÜ (-8,5%) riikides.
Fossiilsed kütused
Fossiilkütused on ühisnimetus põlevatele maavaradele, mis on
tekkinud muistse orgaanilise elu jäänuste fossiliseerumisel.
Kivisüsi Põlevkivi
Tõestatud varu osakaal liigiti:
Kivisüsi 69%
Põlevkivi 12%
Nafta 7%
Looduslik gaas 6%
Turvas 5%
Mittetraditsioonilised naftamaardlad 1%.
Nafta
Tarbimine (MToe)
Nafta on viskoosne tume vedelik, mis koosneb kergematest ja
raskematest põlevatest süsivesinikest.
Veerand maailma naftast toodetakse merepõhjast, pumbatakse
enam kui paarisaja meetri sügavuse vee alt. Teine tootmiseks
raske piirkond on polaarjoone taga.
Tõestatud reserve 145 - 160 miljardit tonni; 50 miljardit tonni
tõestamata reserve. Varudest 55 - 60 % asub Lähis-Idas (Saudi-
Araabia, Iraan, Iraak).
Maagaas
Tarbimine (MToe)
Maagaas on väikese molekulmassiga süsivesinike segu.
Põhiosa temast moodustab metaan. Kõige keskkonna-
sõbralikum fossiilkütus. Toodetakse kuni 10 km
sügavustest puuraukudest.
Suurimad gaasivarud on Venemaal.
Aastas tarbitakse praegu kuni 2 triljonit m³. Sama
intensiivsuse juures jätkub tõestatud varusid 72 aastaks.
Kivisüsi
Tarbimine (MToe)
Kivisöe tagavarasid jätkub praeguse tarbimise juures vähemalt
250 aastaks.
Kui võimalik, siis toodetakse sütt lahtistest karjääridest, mille
sügavused võivad küündida 300 meetrini. Sügavamal
paiknevate söelademete puhul rakendatakse
allmaakaevandamist. Kaevandamine seab ohtu ümbruskonna
põhjavee taseme ja võib reostada joogivee horisondid.
Kivisütt kasutatakse peamiselt soojuselektrijaamade ja
katlamajade kütusena.
Põlevkivi
Põlevkivivarud maailmas on kuni 410 miljardit tonni.
Põlevkivi koosneb orgaanilisest ainest ja mittepõlevast
mineraalosast, mis toob kaasa suure jäätmetemahu nii
kaevandamisel, töötlemisel (aheraine), põletamisel (tuhk) kui
õli tootmisel (poolkoks, pigi).
Kaevandatud aladel muutub põhjaveereziim ja tihti ka vee
kvaliteet.
Kõige suuremad varud on USA-s ja Brasiilias. Peale Eesti
kaevandatakse põlevkivi veel Venemaal, Austraalias, Hiinas ja
Brasiilias (õli tootmiseks).
Eesti on kõige suurem põlevkivitootja maailmas.
Fossiilkütuste kasutamisega
kaasnevad probleemid
Kaevandamisel: rikutud maastikud kivisöe ja põlevkivi
avakaevandustel; põhjavee kadu.
Töötlemisel: suured jäätmemahud põlevkivi töötlemisel
(aheraine, poolkoks, fuuss)
Transpordil: naftareostuse oht mere-elustikule.
Põletamisel paiskuvad atmosfääri saasteained: tahked osakesed,
CO, NOx, SO2, Pb jt. raskemetallid, lenduvad orgaanilised
ühendid. Viimaste reageerides NO-ga moodustub
"maalähedane" O3, mis on koos suduga suureks probleemiks
suurlinnades. Soojussaaste.
Happevihmade teke
Alternatiivsed
energiaallikad
Hüdroenergia
Tõusu-mõõna energia
Päikeseenergia
Geotermaalenergia
Tuuleenergia
Bioenergia
Vesinikuenergia
Kirjandus:
Begon, M., Harper, J.L., Townsend, C.R. 2003. Ecology.
Blackwell Science Ltd.
Eerme, K. 2008. Keskkonnaõpetus.
http://meteo.physic.ut.ee/kkfi/index_files/kalju_eerme/Keskkonna
opetus_2008.pdf
Eerme, K. Globaalsed muutused atmosfääris.
http://www.fyysika.ee/GLOBE/globe.UUS!/Kalju_globe.htm
Kärner, O. Millest räägivad õhutemperatuuri aegread?
http://www.aai.ee/~olavi/un.pdf
Lang, K.R. 2001. The Cambridge Encyclopedia of the Sun.
Cambridge University Press.
Kirjandus:
Odum, E. Fundamentals of Ecology.
Pikkov, L. 2007. Keskkonnamurede juuri otsimas. - Horisont, 2.
http://www.horisont.ee/node/31
Singer, S.F. (toim.) 2008. Nature, Not Human A ctivity, Rules the
Climate: Summary for Policymakers of the Report of the
Nongovernmental International Panel on Climate Change.
Chicago, IL: The Heartland Institute.
http://www.sepp.org/publications/NIPCC_final.pdf
U.S. Energy Information Administration.
http://tonto.eia.doe.gov/cfapps/ipdbproject/IEDIndex3.cfm?tid=6&pid=2
World Energy Statistics. http://yearbook.enerdata.net/