47,332
עריכות
שינויים
אין תקציר עריכה
{{מושג בסיסי}}
{{מושג בסיסי}}
[[תמונה:Npp.PNG|left|thumb|350px|הערכה של כמות הייצור הראשוני נטו - NPP - מסת הפחמן שנוצרת בכל שנה בצמחים לאחר הייצור הראשוני לאחר שמנקים ממנו את הפחמן שאובד בתהליכי נשימה של הצמח. חלק גדול מהייצור הראשוני מבוצע ב[[יער טרופי|יערות טרופיים]] באיזורי קו המשווה . הייצור הראשוני הימי הוא קטן ומתרכז בעיקר במדפי היבשת וסמוך לקטבים]]
[[תמונה:Npp.PNG|left|thumb|350px|הערכה של כמות הייצור הראשוני נטו - NPP - מסת הפחמן שנוצרת בכל שנה בצמחים לאחר שמנקים מהייצור הראשוני ברוטו את הפחמן שאובד בתהליכי נשימה של הצמח. חלק גדול מהייצור הראשוני מבוצע ב[[יער טרופי|יערות טרופיים]] באיזורי קו המשווה . הייצור הראשוני הימי הוא קטן ומתרכז בעיקר במדפי היבשת וסמוך לקטבים]]
'''ייצור ראשוני''' (Primary production) הוא הייצור של תרכובות אורגניות מתוך פחמן דו-חמצני אן-אורגני שמקורו באטמוספירה או בים, בעיקר על ידי תהליך הקיבוע של הפוטוסינתזה, כאשר כימוסינתזה היא תהליך הרבה פחות חשוב. כל החיים בכדור הארץ נסמכים באופן ישיר או עקיף על הייצור הראשוני. היצורים האחריים לייצור ראשוני נקראים '''יצרנים ראשוניים''' או '''אוטוטרופים''' והם הבסיס של מארג המזון. באזורים אקולוגיים יבשתיים, אלו הם בעיקר צמחים, ואילו במערכות אקולוגיות ימיות האצות הן היצרנים הראשוניים העיקריים.
'''ייצור ראשוני''' (Primary production) הוא הייצור של תרכובות אורגניות מתוך [[פחמן דו-חמצני]] אן-אורגני שמקורו באטמוספירה או בים, בעיקר על ידי [[תהליך]] הקיבוע של הפוטוסינתזה (ניצול [[אור שמש]] על ידי צמחים), כאשר כימוסינתזה היא תהליך מצומצם בהרבה. כל החיים בכדור הארץ נסמכים באופן ישיר או עקיף על הייצור הראשוני. היצורים האחריים לייצור ראשוני נקראים '''יצרנים ראשוניים''' או '''אוטוטרופים''' והם הבסיס של [[מארג המזון]]. באזורים אקולוגיים יבשתיים, אלו הם בעיקר צמחים, ואילו ב[[מערכת אקולוגית|מערכות אקולוגיות]] ימיות האצות הן היצרנים הראשוניים העיקריים.
מבחינים בין '''ייצור ראשוני גולמי''','''GPP''' , היא הכמות הכוללת של פחמן דו חמצני שמקובעת על ידי הפוטוסינתזה (או כימוסינתזה). לבין '''יצור ראשני נטו''' '''NPP''' כמות הפחמן הדו חמצני שקובעה לאחר קיזוז הפסדים עקב תהליכים כמו נשימה (הגורמת לפליטה של פחמן דו חמצני חזרה לסביבה הלא אורגנית).
מבחינים בין '''ייצור ראשוני גולמי''' ('''GPP''') היא הכמות הכוללת של פחמן דו חמצני שמקובעת על ידי הפוטוסינתזה (או כימוסינתזה). לבין '''יצור ראשני נטו''' ('''NPP''') כמות הפחמן הדו חמצני שקובעה לאחר קיזוז הפסדי פחמן עקב תהליכים כמו נשימה של הצמח (הגורמת לפליטה של פחמן דו חמצני חזרה לסביבה הלא אורגנית).
==תאור כימי==
==תאור כימי==
ברמה הפיזיקלית, כמעט כל הייצור ראשוני הוא ההמרה של [[אנרגיה]] מהצורה של קרינה אלקטרומגנטית לצורה אגורה של אנרגיה כימית, שמתבצעת על ידי יצורים חיים. המקור העיקרי לאנרגיה זו היא [[אנרגיית שמש]]. חלק זעיר מהייצור הראשוני נובע מחיידקים שמנצלים אנרגיה כימית שאצורה במולקולות כימיות אנ-אורגניות.
ברמה הפיזיקלית, כמעט כל הייצור ראשוני הוא ההמרה של [[אנרגיה]] מהצורה של קרינה אלקטרומגנטית לצורה אגורה של אנרגיה כימית, שמתבצעת על ידי יצורים חיים. המקור העיקרי לאנרגיה זו היא [[אנרגיית שמש]]. חלק זעיר מהייצור הראשוני נובע מחיידקים שמנצלים אנרגיה כימית שאצורה במולקולות כימיות אנ-אורגניות.
ללא קשר למקור שלה, אנרגיה זו משמשת כדי לסנתז מולקולות אורגניות מורכבות, ממולקולות אן-אורגניות פשוטות יותר כמו פחמן דו חמצני (CO<sub>2</sub>) ומים (H<sub>2</sub>O). שתי המשוואות הבאות הם ייצוג מופשט של פוטוסינתזה (משוואה ראשונה) ושל כימוסינתזה (משוואה שניה):
ללא קשר למקור שלה, אנרגיה זו משמשת כדי לסנתז מולקולות אורגניות מורכבות, ממולקולות אן-אורגניות פשוטות יותר כמו [[פחמן דו חמצני]] (CO<sub>2</sub>) ומים (H<sub>2</sub>O). שתי המשוואות הבאות הם ייצוג מופשט של פוטוסינתזה (משוואה ראשונה) ושל כימוסינתזה (משוואה שניה):
::: CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O + ''light'' -> CH<sub>2</sub>O + O<sub>2</sub> <br>
::: CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O + ''light'' -> CH<sub>2</sub>O + O<sub>2</sub> <br>
::: CO<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> + 4 H<sub>2</sub>S -> CH<sub>2</sub>O + 4 S + 3 H<sub>2</sub>O
::: CO<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> + 4 H<sub>2</sub>S -> CH<sub>2</sub>O + 4 S + 3 H<sub>2</sub>O
בשני המקרים, התוצר הסופי הוא פחמימה (CH2O) בדרך כלל גלוקוז או סוכרוז אחר. מולקולות פשוטות יחסית אלה יכולות לשמש בסינתזות כימיות אחרות לייצור מולקולות מורכבות יותר המשמשות את כל היצורים החיים - כמו חלבונים, פחמימות מורכבות, חומצות שומניות או חומצות גרעיניות. הן יכולות לשמש גם כמקור אנרגיה כחלק מתהליך הנשימה של תאים כדי לבצע עבודה בתאים. צריכה של ייצרנים ראשוניים על ידי אוכלי צמחים משנעת את המולקולות האורגניות האלה (והאנרגיה האצוה בהן) במעלה מארג המזון ובכך מאפשרים הזנה וקיום של כל היצורים החיים בכדור הארץ.
בשני המקרים, התוצר הסופי הוא פחמימה (CH2O) בדרך כלל גלוקוז או סוכרוז אחר. מולקולות פשוטות יחסית אלה יכולות לשמש בסינתזות כימיות אחרות לייצור מולקולות מורכבות יותר המשמשות את כל היצורים החיים - כמו חלבונים, פחמימות מורכבות, חומצות שומן או חומצות גרעין. הן יכולות לשמש גם כמקור אנרגיה לתאים כחלק מתהליך הנשימה של תאים. צריכה של ייצרנים ראשוניים על ידי אוכלי צמחים משנעת את המולקולות האורגניות האלה (והאנרגיה האצורה בהן) במעלה מארג המזון ובכך מאפשרים הזנה וקיום של כל היצורים החיים בכדור הארץ.
==מגבלות==
==מגבלות==
name="globalchange"/>
רק כחלק זעיר - פחות מפרומיל מסך אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ, מתרגם לאנרגיה זמינה ליצורים החיים. דבר זה נובע משתי סיבות עיקריות.
הסיבה האחת היא [[החוק השני של התרמודינמיקה]], לפיו התמרה של אנרגיה אינה יכולה להתבצע ביעילות תרמודינמית של 100%. חלק מהאנרגיה חייב להתבזבז לסביבה כחום.
יעילות זו, כפול שטח המחיה של אצות וצמחייה, יחד עם משך זמן הפעילות של פוטוסינתזה. קובעות את כמות האנרגיה הכימית הזמינה לכלל היצורים החיים. מגבלות כמו כמות ה[[מים]] והטמפרטורה ביבשה, וזמינות של מינרלים כמו [[מחזור הזרחן|זרחן]] ו[[מחזור החנקן|חנקן]] בים, מהווים [[גורם מגביל|גורמים מגבילים]] שקובעים כמה צמחים יחיו בשטח מסויים, וכמה אינטסיבית תהיה פעילות ההטמעה שלהם. לפרוט על מגבלות אלה ראו בערך [[אקולוגיה]].
הסיבה השניה והמשמעותית יותר קשורה למגבלות שונות שיש על התשומות הנדרשות לתהליך הההטמעה - כמות ואיכות הקרינה שמגיעה אל הצמחים, וכן למגבלות נוספות שכן צמחים דורשים גם מים וחומרי הזנה נוספים, הטמפרטורה של הסביבה משפיעה על הקצב בו ניתן לבצע הטמעה.
===כמות וסוג הקרינה===
{{הפניה לערך מורחב|ערכים =[[אנרגיית שמש]],[[אפקט החממה]]}}
כמות האנרגיה הסולארית שמגיעה לכדור הארץ מהשמש בשנה עומדת על 5.5×10<sup>24</sup> ג'ול. אנרגיה זו אינה מתחלקת בצורה שווה והיא חזקה בהרבה באיזור קו-המשווה. בצורה ממוצעת כל מטר רבוע מקבל בשנה 1.05×10<sup>10</sup> קלוריות. מתוך זה חלק מה[[אקסרגיה]] אובדת באטמוספירה על ידי בליעה והחזרה.<ref name="globalchange"/>
'''הייצור הראשוני הגולמי''' העולמי הממוצע עומד על 5.83×10<sup>06</sup> קלוריות למטר רבוע בשנה שהן רק 0.06% מכמות האנריגה שהתקבלה למטר רבוע. לאחר הורדת עלויות אנרגטיות של נשימה, '''הייצור הראשוני נטו''' הוא כ-4.95×10<sup>06</sup> קלוריות למטר רבוע בשנה או כ-0.05% מתוך זרם האנרגיה המגיע לכדור הארץ. זו [[יעילות תרמודינמית]] הממוצעת של הייצור הראשוני.<ref name="globalchange"/> בצמחי יבשה היעילות יכולה להגיע ליעילות גבוה יותר ולעמוד על כ- 2-3%, ובאצות ימיות היא יכולה להגיע עד ליעילות של כ-1%. <ref
צמחים אינם יכולים להשתמש בכל אנרגיית האור שזמינה להם. מתוך סך קרינת האור שמגיעה לפני השטח של כדור הארץ, כ-10% היא קרינה אולטרה סגולה, וכ-45% היא קרינת אור נראה ואור אינפרה-אדום. צמחים ואצות יכולים לנצל רק חלק מאורכי הגל והם מנצלים בעיקר אור-נראה בגוונים אדום וכחול (זו הסיבה שהם נראים לנו ירוקים - עקב החזרת אור בצבע ירוק), וכן ספקטרום מתחום האינפרה אדום הרחוק, והם מחזירים גם אור בתחום האינפרה אדום הקרוב. <ref name="globalchange"> [[http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/kling/energyflow/energyflow.html The Flow of Energy: Primary Production to Higher Trophic Levels]]</ref>
יעילות זו, כפול שטח המחיה של אצות וצמחייה, יחד עם משך זמן הפעילות של פוטוסינתזה (כמה שעות אור יש), קובעות את כמות האנרגיה הכימית הזמינה תאורטית לכלל היצורים החיים, אך יש מגבלות נוספות המקטינות את צריכת האנרגיה, שכן צמחים דורשים תנאים נוספים כדי לגדול - לא רק אור שמש.
מגבלות כמו כמות ה[[מים]] והטמפרטורה ביבשה, וזמינות של מינרלים כמו [[מחזור הזרחן|זרחן]] ו[[מחזור החנקן|חנקן]] בים, מהווים [[גורם מגביל|גורמים מגבילים]] שקובעים כמה צמחים יחיו בשטח מסויים, וכמה אינטסיבית תהיה פעילות ההטמעה שלהם. פוטוסינתזה רבה יותר מבוצעת באיזורים יבשתיים טרופיים בהם יש שפע של מים ושמש (והמגבלה האפקטיבית נובעת מחומרי הזנה). לעומת זאת באיזורים יבשתים אחרים המגבלות על פוטוסינתיזה נובעות ממחסור במים (איזורים יבשים, מדבריות), קור או מקשיים אחרים (יערות מחטניים באיזורים קרים). לפרוט על מגבלות אלה ראו בערך [[אקולוגיה]].
ללא [[מים]] צמחים אינם מסוגלים לבצע הטמאה גם אם יש להם כמות גבוה של קרינת שמש. לכן אחד הגורמים המגבילים העיקריים ביבשה הוא כמות המים ולאו דווקא כמות הקרינה באותו מקום. כך שאיזור מדברי ייצר כמות מועטה של ייצור ראשוני גם אם יש בו כמות גבוהה של קרינת שמש.
בים הגורמים המגבילים הם שונים - חומרי ההזנה בים הם מועטים והם שוקעים לקרקעית, לעומק בו אור השמש אינו מגיע. מסיבה זו עיקר הייצור הראשוני בים מתרחש במקומות בהם יש "משאבת מים" - מים עמוקים ועשירים בחומרי הזנה עולים לפני השטח ומאפשרים קיבוע פחמן. תנאים אלה מתרחשים ליד היבשה (מדפי יבשה)וכן בקטבים.
==מערכות אקולוגיות==
==מערכות אקולוגיות==
{{הפניה לערך מורחב|אקולוגיה}}
{{הפניה לערך מורחב|אקולוגיה}}
{{תבנית:בעיות סביבתיות}}
{{תבנית:בעיות סביבתיות}}
מערכות אקולוגיות שונות הן בעלות תרומה שונה מאד לייצור הראשוני. ללא [[מים]] צמחים אינם מסוגלים לבצע הטמאה גם אם יש להם כמות גבוה של קרינת שמש. לכן אחד הגורמים המגבילים העיקריים ביבשה הוא כמות המים ולאו דווקא כמות הקרינה באותו מקום. כך שאיזור מדברי ייצר כמות מועטה של ייצור ראשוני גם אם יש בו כמות גבוהה של קרינת שמש.
מערכות אקולוגיות שונות הן בעלות תרומה שונה מאד לייצור הראשוני. אפשר לבחון את כמות הייצור הראשוני במערכות אקולוגיות שונות כדי להבין את ההבדלים בינן:
* יער משווני או ביצה משוונית- כ-7,000 ק"ג פחמן לדונם לשנה, זהו שיעור הייצור הראשוני הגבוה ביותר.
* יער משווני או ביצה משוונית- כ-7,000 ק"ג פחמן לדונם לשנה, זהו שיעור הייצור הראשוני הגבוה ביותר.
* איזורי יער צפוני מייצרים 2,000-3000 ק"ג לדונם לשנה.
* איזורי יער צפוני מייצרים 2,000-3000 ק"ג לדונם לשנה.