מערכת אקולוגית

מתוך אקו-ויקי, מקום מפגש בנושאי אקולוגיה, חברה וכלכלה.
(הופנה מהדף מערכות אקולוגיות)
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
חורש באי מדגסקר, מדגים את מגוון מיני הצמחים ואת הגורמים הא-ביוטים כמו קרקע או אטמוספירה שמרכיבים חלק מהמערכת האקולוגית. בנוסף להם מערכת אקולוגית אופיינית מכילה גם בעלי חיים ומיקרו-אורגניזמים שמקיימים מארגי מזון שמנצלים את אנרגיית השמש ומשתלבים יחד במחזורים אקולוגיים של חומרים כמו פחמן, חנקן וכו'

מערכת אקולוגית או אקוסיסטמה (באנגלית: Ecosystem) היא סביבה ביולוגית המורכבת מכל היצורים החיים שמתקיימים באזור גאוגרפי מסויים, כמו גם מכל המרכיבים הפיזיים שאינם חיים (א-ביוטים Abiotic) של הסביבה, שאיתם יש ליצורים החיים קשרי גומלין, כגון אוויר, קרקע, מים ואור שמש. סוג הקשרים בין היצורים החיים הוא כזה שמערב תהליכי החלפה של אנרגיה ותהליכי מערכתיים כמו מחזורי חומרים.

מערכת האקולוגית היא מושג ליבה בביולוגיה ובאקולוגיה, ומהווה רמת ארגון ביולוגי שבה היצורים מבצעים אינטראקציה בינם לבין עצמם ועם יצורים אחרים. רמה הזו היא מעל חבורה אקולוגית (יצורים ממינים שונים בעלי קשרי גומלין זה עם זה) ומתחת או ברמה שווה לביום ולביוספרה. ביומות הן מערכות אקולוגיות בתחום שטח רחב כמו יערות גשם, מדבריות וכו'. המונח "המערכת האקולוגית" משמש לעתים קרובות כשם נרדף לביוספרה - המערכת האקולוגית של כלל כדור הארץ.

גורמים א-ביוטים Abiotic במערכת אקולוגית הם לדוגמה אור, אוויר, קרקע, מים, אור שמש, אוזון, אטמוספירה, ירח ועוד. הגורמים הביוטים - Biotic factors במערכת אקולוגית הם לדוגמה צמחים, אצות, בעלי חיים, פטריות ומיקרו-אורגניזמים.

מערכות אקולוגיות מהוות דוגמה לסדר ספונטני - אין שום בעל חיים או סוכן שמעצב בצורה מודעת את התנהגות המערכת (מלבד במערכות מודרנית שם יש ניסיון ניהול של חלק מהמערכות האקולוגיות) ובכל זאת נוצר סדר במערכת שמכתיב חוקים מסויימים ומאפשר קיום לתת קבוצה של מיני בעלי חיים. בה בעת מערכות אקולוגיות הן דוגמה למערכת מורכבת שבהן יש קשרים רבים, דינמיקה של תהליכים רבים ואי לינאריות. מערכות אקולוגית הן גם דוגמה למערכת דיאספטית - מערכת תרמודינמית פתוחה שצורכת כל הזמן אקסרגיה מבחוץ (אור השמש בדרך כלל) וממירה אות לחום כדי לשמור על סדר ותפקוד.

קיומה של מערכת האקולוגית מותנה בשמירה מתמדת על יחסי הגומלין בתוכה. כאשר יחסי גומלין אלה מתערערים באופן קיצוני, המערכת האקולוגית עלולה לקרוס. כיום האדם משפיעה בצורה נרחבת על חלק נכבד מהמערכות האקולוגיות, וגורם לערעור ולקריסה של חלק מהן. מדענים, אנשי סביבה וקיימות חוששים מפני הרס נרחב של מערכות אקולוגיות שעלול להוביל להכחדת האנושות.

היסטוריה של המונח

המונח אקו-סיסטמה - מערכת אקולוגית - נטבע בשנת 1930 על ידי Roy Clapham כדי לציין את השילוב של המרכיבים הביולוגים והפיזיקליים של סביבה מסוימת. האקולוג הבריטי ארתור טנסלי Arthur Tansley התייחס מאוחר יותר לאותו מונח כשהוא מתאר אותו כ"מערכת הכוללת, ... כולל לא רק הקומפלקס של היצורים החיים, אלא גם את הקומפלקס הכולל של הגורמים הפיזיקליים שמרכיבים את מה שאנו מכנים הסביבה". טנסלי התייחס למערכות אקולוגיות לא סתם כאל יחידות טבעיות, אלא כאל "בידודים נפשיים" טנסלי הגדיר לאחר מכם את ההיבט המרחבי של מערכת אקולוגית באמצעות המונח "אקוטופ".

אבנס Evans הגדיר את מערכת אקולוגית ב-1956 כ: "מערכת שמתקיימים בה תהליכי זרימה, העברה והצטברות של אנרגיה וחומר בתיווך ומעורבות של יצורים חיים ופעילותם".

המונח "מערכת אקולוגית" מושתת על רעיון מרכזי לפיו יצורים חיים מקיימים קשרי גומלין עם כל אלמנט אחר בסביבתם המקומית - גורמים ביוטים כמו בעלי חיים אחרים וגורמים א-ביוטים כמו המים או קרקע. אוגני אודום, אחד ממייסדי מדע האקולוגיה טען כי "כל יחידה שמכילה את כל היצורים החיים באזור מסויים (כלומר קהילה אקולוגית) מקיימת קשרי גומלין עם הסביבה הטבעית, כך שהזרמים של אנרגיה מובילים למבנה טרופי מוגדר בבירור, מגוון גנטי, ומחזורי חומרים (כלומר העברה של חומרים בין מרכיבים חיים ולא חיים). בתוך המערכת של האקו-סיסטמה." [1]

על פי אודום ניתן להתבונן במערכת אקולוגית בשני היבטים: מבנה ותפקוד.

מבנה המתייחס אל:

  • הרכב החברה הביולוגית
  • כמות המשאבים הא-ביוטים ופיזורם
  • טווח התנאים הפיזיקליים

תפקוד המתייחס אל:

  • שיעור זרימת האנרגיה
  • קצב מחזור החומרים
  • הוויסות ההדדי שבין האורגניזמים והסביבה

המונח "אקו-סיסטמה אנושית" מצריך את פירוק הרעיון של הפרדה בין בני האדם לטבע, והוא מניח כי כל המינים מעורבים זה בזה מבחינה אקולוגית, ועם הסביבה הא-ביוטיות שלהם.

דוגמאות של מערכות אקולוגיות

הדוגמאות למערכות אקולוגיות כוללות:

ביום

ביומות הן מונח דומה למערכת אקולוגית, והן מוגדרות כשטח רחב בעל מאפיינים גאוגרפיים ואקלימיים מוגדרים, שבו קיימת מערכות אקולוגיות. בביום שוררים תנאים אקלים דומים ויש בו חברות של צמחים, חיות ומיקרו-אורגניזמים שחיים בקרקע או במים, שלעיתים קרובות מכונים מערכות אקולוגיות. ביומים שונים מוגדרים על פי מספר גורמים כמו סוגי הצמחים (כמו עצים, שיחים או עשבים), סוג העלים (כמו עלים רחבים ועלים מחטניים) והאקלים. בניגוד לאקו-זון (איזור אקולוגי) ביום לא מוגדר על ידי דמיון בגנטיקה, בטקסונומיה או בהיסטוריה. ביומיות מזוהים לרוב עם דפוסים מסוימים של סוקצסיה אקולוגית ועם חברת שיא צמחית מסוימת.

סוגים שונים של ביומות יבשתיות כוללות לדוגמה: יער גשם טרופי, יער גשם סאב-טרופי, סוואנת עשב, טונדרה, מדבר קרח, מדבר, טייגה (יערות מחטניים בצפון אמריקה ובצפון אסיה ואירופה) ועוד. ביומות ימיים כוללות בריכות, שוניות אלמוגים, יער מנגרובי, יער עשבי-ים, ועוד.

חלוקה בסיסית של הביומות היא:

  • ביומות יבשתיות
  • ביומות מים מתוקים
  • ביומות ימיות

תרמודינמיקה של מערכת אקולוגית

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב - החוק השני של התרמודינמיקה

תנאי הכרחי לקיומה של מערכת אקולוגית הוא זרימה של אקסרגיה שנובעת מחוץ לגבולות המערכת כדי לספק אנרגיה ליצרנים הראשוניים. ברוב המערכות האקולוגיות מקור האקסרגיה החיצוני הוא אנרגיית שמש. יש מספר קטן של מערכות אקולוגיות במעמקי הים הבנויות סביב ארובות של מים חמים המתחממים כתוצאה מאנרגיה גאותרמית. האנרגיה יוצאת מהמערכת האקולוגית בצורה של חום, בהתאם לחוק השני של התרמודינמיקה.

היות ורוב היצורים אינם יכולים להשתמש באור השמש, הם תלויים בייצור הראשוני שמבוצע על ידי צמחים ואצות. אלו הופכים את אנרגיית האור לאנרגיה כימית שזמינה לכל שאר היצורים החיים. מסיבה זו אור שמש הוא גורם מגביל עבור מערכות אקולוגיות, דבר זה בא לידי ביטוי בעיקר במערכות ימיות שבהן יש חיים בעיקר סמוך לפני הים, המקבלים אור שמש. דוגמה קיצונית יותר היא חורף גרעיני - חסימה חלקית של אור השמש, כתוצאה מפיצוצים גרעיניים, הרי געש או פגיעת שביטים, וכתוצאה מכך קמילה של הצמחים והרס המערכת האקולוגית.

באופן דומה, כל גורם מגביל עבור ייצורי הייצור הראשוני (כמו מים עבור צמחי יבשה, או חומרי הזנה בים) מהווה מגבלה כללית עבור גודל המערכת. כמות הזאבים במערכת תלויה בכמות הצרכנים הראשונים (אוכלי עשב וצמחונים אחרים) שתלויה בכמות הצמחייה שיש. בהיבט זה, של רמות טרופיות, למערכת האקולוגית יש מבנה היררכי.

בגלל חוקי התרמודינמיקה יש איבוד של אנרגיה בכל טרנספורמציה של אנרגיה. אם נניח שצמחים, בעלי חיים צמחוניים וטורפים הם כולם בעלי משקל גוף זהה, פרוש הדבר הוא שיהיו הרבה יותר צמחים מאשר בעלי חיים צמחוניים והרבה יותר בעלי חיים צמחוניים יחסית לטורפים. האווארד ת. אודום ערך תחשיבים של זרימה תרמודינמית במערכות אקולוגיות. נחשוב על חברת שיא של יער שאינו גדל בשטחו והוא נמצא במצב יציב שבו כל הכמות הנוספת של צמחיה שגדלה נאכלת על ידי אוכלי צמחים, שבתורם נאכלים על ידי טורפים. על פי החישובים של אודום, צמחים מסוגלים לקיים 2 ק"ג למטר רבוע, בעוד טורף על, כמו נמר, מצליח לקיים 0.00002 ק"ג למטר רבוע. אם נמר שוקל 250 ק"ג נדרש שטח יער של 12.5 קמ"ר כדי להחזיק נמר אחד ולכן בשטח של 100 קילומטרים רבועים יהיו עד 8 נמרים, בעוד שלפי החישוב של אודום אם נניח שכל צמח שוקל 250 ק"ג יהיו בשטח זה 800 אלף צמחים. פרוש הדבר גם, שצמחים תופסים 98% מהביומאסה, טורפי על מהווים 0.001% מהביו-מאסה, שהם מאית הפרומיל. במילים אחרות, נדרשים 100,000 ק"ג של צמחים כדי להחזיק 1 ק"ג של טורף על. [2]

רמה טרופית ק"ג למטר רבוע מטרים רבועים לק"ג אחוז מהביומסה
צמחים 2 0.5 98%
צמחונים 0.034 29 1.70%
טורפים ראשוניים 0.0022 454 0.11%
טורפי על 0.00002 50,000 0.001%

שינוי וקריסה של מערכות אקולוגיות

קיומה של מערכת האקולוגית מותנה בשמירה מתמדת על יחסי הגומלין בתוכה, יחסי הגומלין משתנים עם הזמן, עם השינויים האיטיים באוכלוסיות היצורים השונים, שינויים גנטיים, תנודות במזג האוויר שינויי אקלים ועוד. למרות שינויים אלה, מערכות אקולוגיות רבות מאופיינות בלולאות משוב מחלישות שגורמות לכך שהן נמצאות בשיווי משקל יציב או בשורה של שיוויי משקל יציבים אשר המערכת מתנדנדת בניהן. דוגמה להיבט מייצב כזה הוא שיווי משקל בין טורפים לנטרפים. כאשר כמות הטורפים עולה, הנטרפים מתמעטים ונוקטים בצעדי הגנה והתחמקות חזקים יותר. כתוצאה מכך יש רעב ותחרות גדלה בקרב הטורפים, חלקם מתים והמערכת חוזרת לאיזון. דוגמה אחרת היא מינים המתמחים בנישות קרובות. אם מין אחד נעלם או נפגע, יכול מין אחר להיכנס לנישה במקומו ולספק למערכת שירותים דומים. באופן כזה, יש מערכות אקולוגיות רבות שבהן יש קו-אבולוציה של מינים שונים המתקיימות במשך מיליוני שנים.

הכנסה של גורם חדש למערכת, בין אם ביוטי או א-ביוטי, יוצרת בדרך כלל שינוי או זעזוע במערכת. דבר זה יכול להיגרם גם מהוצאת גורם מהמערכת או שינוי משמעותי של אחד הגורמים. דוגמאות לשינויים כוללות שינוי בכמות המים המתוקים שנכנסים בממוצע בשנה למערכת, הכחדת מין, מין פולש, זיהום, קיטוע שטחי מחייה ועוד השפעות סביבתיות. בחלק מהמקרים הדבר עלול לגרום לקריסה אקולוגית ולמוות של מינים רבים במערכת האקולוגית. תחת נקודת מבט זו, קיים מושג מופשט של "בריאות המערכת האקולוגית" שמנסה לאמוד את הרובסטיות ואת יכולת ההתאוששות של מערכת אקולוגית, או כמה היא רחוקה המערכת מ"שיווי משקל יציב" שלה.

כאשר יחסי הגומלין במערכת אקולוגית מתערערים באופן קיצוני, לדוגמה בעקבות הכחדה של מין בעל חיים במערכת, המערכת האקולוגית עלולה להתערער ואף לקרוס. דבר זה התרחש פעמים רבות בהיסטוריה כתוצאה מתהליכים או מאורעות טבעיים כגון התפרצות הרי געש, שינויי אקלים, מינים פולשים, ועוד.

כל מין שנעלם ממקום חיותו עלול לגרום להפרת האיזון במערכת האקולוגית. דבר זה יכול להתאזן באופן חלקי על ידי כך שמקום החיות (הנישה) לא נותר ריק אלא מין אחר תופס את מקומו של המין שנעלם. פעמים רבות מצב שכזה יוצר פגיעה רבת משמעות במערכת האקולוגית בשל היעדר שיווי משקל, עד אשר זה נוצר מחדש, לעתים, תוך היעלמות מינים נוספים ממנה.

במקרים קיצוניים, ייתכנו שינויים בכל כדור הארץ על ידי גורמים רבי עוצמה - אירועים קיצוניים כמו שינויי אקלים, פגיעת כוכבי שביט בכדור הארץ, התפרצות גדולה של הרי געש או שינוי הרכב הגזים באטמוספירה או ריכוז היסודות באוקיינוס (על ידי הרי געש או כתוצאה מתהליכים טבעיים כמו התפשטות צמחים ואצות הפולטים חמצן). שינויים אלה גורמים לשינוי התנאים בפלנטה כולה ולכן להכחדות המוניות של מינים ולקריסה של מערכות אקולוגיות שלמות על פני כל כדור הארץ בתוך תקופה קצרה יחסית - שנים ספורות עד אלפי שנים, יחסית למיליוני או מאות מליוני שנים שבהן יכולות מערכות אקולוגיות להתקיים.

השפעות האדם על מערכות אקולוגיות

Postscript-viewer-shaded.png ערכים מורחבים - קיימות, השפעות סביבתיות
התייבשות ימת אראל שליד קזחסטן, בין השנים 1989 ל-2008. השטח שאבד לימה גדול משטחה של כל מדינת ישראל. זוהי דוגמה של השפעה חזקה של האדם על מערכות אקולוגיות ואת התוצאות הקשות של תהליך זה.

דוגמה עכשווית לשינוי מהותי במערכות אקולוגיות, ולהרס של מערכות אקולוגיות רבות, נובעת מהתערבות מואצת של בני האדם בסביבה הטבעית. יש מספר דרכים בהן האדם עלול לגרום לשינוי במערכות אקולוגיות:

לעתים קרובות הפגיעה במערכת אקולוגית על ידי האדם היא משולבת - ציד מצד אחד, זיהום מצד שני והפרעה פיזית מצד שלישי. דוגמה קיצונית להפרעות אלה ניתן לראות בימת אראל שהתייבשה והזדהמה עקב פעילות האדם. דוגמאות נוספות להשפעה קיצונית של האדם כוללות תעשיות כרייה בשטח פתוח, כריתת יערות והתיישבות שהובילה להרס יערות באירופה וכיום מתקיים תהליך דומה ביערות הגשם.

שירותי מערכות אקולוגית

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב - שירותי המערכת האקולוגית

שירותי המערכת האקולוגית הם "שירותי-תמיכת-חיים חיוניים שבהם תלויה האוכלוסייה האנושית". שירותים אלה יכולים להיות ישירים או עקיפים. דוגמאות לשירותים ישירים הם: האבקה, עץ ומניעת סחף קרקע. שירותים עקיפים כוללים מיתון אקלים, מחזור חומרי מזון והקטנת הרעילות של חומרים טבעיים.

את שירותי המערכת האקולוגית ניתן לחלק ל-3 מחלקות על פי התפקוד שהן מספקות לבני האדם:

  • רגולציה (של אקלים, הצפות, מאזן חומרי הזנה, ופילטור מים)
  • תמיכה (מחזור חומרי הזנה, פוטוסינתזה, יצירת קרקע)
  • תרבותי (מדע, רוחניות, טקסיות, נופש ואסתטיקה)

רוב השירותים והמוצרים שהמערכות האקולוגיות מספקות מקבלות בשוק ערך אפסי או ערך נמוך מידי. סיבה מרכזית לכך היא שהן מאופיינות כמוצר ציבורי שקשה לחלק אותו ליחידות קטנות ולמכור אותו, וקשה למנוע את הספקת השירותים מאנשים שלא מוכנים לשלם על מוצרים אלה, כמו כן אין עליהם זכויות קניין, כך שהן "חינם", עם זאת, חישובים על המחיר החלופי של שירותים אלה (מה היו צריכים אנשים לשלם אילו שירותים אלה לא היו מתקיימים) עומדים את מחירם במאות ואלפי מיליארדי דולרים בשנה. גישה אחרת היא שהיות ואין תחליף לשירותים אלה, אין כלל טעם לנסות להעריך את מחירם בשוק, ויש לשמור עליהן בכל מחיר.

יש מספר כשלי שוק המקשים על שוק חופשי או על שוק משוכלל לשמור על תפקוד תקין של המערכת האקולוגית. כשל שוק אחד הוא מחסור בידע מלא - לרוב הצרכנים אינם מודעים להשפעה שיש לצריכה שלהם על המערכת האקולוגית ולהשפעה של המערכת האקולוגית על איכות חייהם. בעיה נוספת היא שרוב המערכות האקולוגיות מהוות סוג של מוצר ציבורי - אנשים רבים נהנים מהשירותים של המערכות האקולוגיות, גם אם הם עצמם לא משלמים על השמירה של מערכת אקולוגית כזו - לדוגמה גם אם אנשים לא משלמים כסף לפקחי יערות הם יכולים להנות משירותים של החדרת מי תהום על ידי אותם יערות. כשל שוק שלישי נוגע להשפעה חיצונית כך שמי שמייצר נזק למערכת האקולוגית לאו דווקא משלם את המחיר על כך במוצרים שהוא קונה או מוכר בשוק- כך שהנזק הכלכלי שנוצר עלול ליפול על צד שלישי כמו תושבים במורד הזרם או דורות העתיד. כשל שוק רביעי נוגע לאובדן רווחה של דורות העתיד שאינם מסוגלים להשתתף בהחלטות שוק המתקבלות כיום. גם ממשלות לאומיות מתקשות לעיתים לשמור על מערכות אקולוגיות, במיוחד על מערכות אקולוגיות גדולות שחוצות גבולות - לכן יש חשיבות גם לשיתופי פעולה רב-לאומיים בתחום.

ראו גם

לקריאה נוספת

  • פרבלוצקי, א.פולק, ג. אקולוגיה התאוריה והמציאות הישראלית, 2001 הוצאת כרטא, ירושלים
  • דן כהן,מבוא לאקולוגיה, חיים בסביבתם, אוניברסיטה משודרת, 1993, משרד הביטחון- ההוצאה לאור

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

  1. ^ Odum, EP (1971) Fundamentals of ecology, third edition, Saunders New York
  2. ^ The Biofuel Delusion: The Fallacy of Large Scale Agro-biofuels Productionקוזו מיומי מריו גיאמפיטרו, 2009, עמוד 25.
קיימות

תחומי מחקר ויישום: אקולוגיה - תרבות מקיימת - כלכלה בת קיימא - כלכלה אקולוגית - חקלאות בת קיימא - פרמקלצ'ר - אנרגיה מתחדשת - עיצוב מקיים - כימיה ירוקה - אקולוגיה תעשייתית - אקולוגיה עירונית - תחבורה בת קיימא - עירוניות מתחדשת - בנייה ירוקה - תעשייה בת קיימא - ייצוב אוכלוסין

The Earth seen from Apollo 17.jpg

מושגים: השפעות סביבתיות - אקסרגיה - I=PAT - מחזור ביוגאוכימי - התפוצצות אוכלוסין - גבולות מקיימים לתפוקת חומר ואנרגיה - משאבים מתכלים - טביעת רגל אקולוגית - מערכת אקולוגית - שיא תפוקת הנפט - עקרון הזהירות המונעת - הכחדה המונית - זיהום - התחממות עולמית - בליית קרקע - דייג יתר - עמידות - סביבתנות - כלכלת מצב יציב

ספרים וסרטים: גבולות לצמיחה - התמוטטות - אנרגיה בת קיימא - ללא האוויר החם - מעריסה לעריסה - קורס בהתרסקות - סיפורם של הדברים - האיש שנטע עצים