אקולוגיה
|
|
אקולוגיה (באנגלית: Ecology) היא מכלול היחסים בין היצורים החיים לסביבתם, על מכלול מרכיביהם וכן הכינוי לתחום המחקר המדעי שחוקר יחסים אלה.
תחום המחקר האקולוגי חוקר את התפוצה ודפוסי ההתנהגות של יצורים החיים (כולל מיקרו אורגניזמים, צמחים, פטריות, ובעלי חיים - ובכלל זה האדם) ובעיקר האינטראקציות בין היצורים השונים ובין הסביבה הטבעית שלהם. הסביבה של ייצור חי כוללת תכונות פיזיות א-ביוטיות כמו עוצמת קרינת השמש, האקלים, ותנאים גאולוגים, וכן היא כוללת את המערכת האקולוגית ביוטית שנוצרת על ידי ייצורים חיים החולקים את אותו בית גידול.
המילה "אקולוגיה" משמשת לעתים קרובות כשם נרדף לסביבה הטבעית או לחלופין לסביבתנות או קיימות, לדוגמה כלכלה אקולוגית או אקולוגיה עמוקה. כמו כן, המילה אקולוגי משמשת לתיאור מוצרים ידידותיים לסביבה.
היסטוריה
המונח אקולוגיה נטבע על ידי הביולוג הגרמני ארנסט הקל (Ernst Haeckel) בשנת 1866. פירוש השם הוא מהלחם בין המילה היוונית Oikos שפירושה בית יחד עם לוגיה - המחקר של, ובצירוף שתי המילים - "מחקר הבית". שם זה דומה לשם Economy שגם הוא נגזר משורש יווני דומה (משק בית). הקל לא כתב על הנושא בזמנו, וספר הלימוד המשמעותי הראשון (יחד עם קורס האוניברסיטאי הראשון) ניתן על ידי הבוטנאי הדני Eugenius Warming שנחשב לעיתים כאבי האקולוגיה.
התשתיות הסביבתיות
התשתיות הסביבתיות הם הגורמים שמהווים את הסביבה הלא ביולוגית, או הא-ביוטית, במערכת האקולוגית. ניתן לחלק את הגורמים האלה לתשתית (כלומר קרקע או מים) ולאקלים. התשתית מהווה גורם מפריד חשוב בין מערכות אקולוגיות קטנות יותר, ורוב המינים חיים או במים או ביבשה, גם הגורמים המגבילים בשני התחומים שונים למדי.
האקלים העולמי שונה במקומות שונים כאשר עיקר השינוי הוא לארוך קווי רוחב - אקלים חם וטרופי באזורי קו המשווה, אקלים ממוזג במקומות רחוקים יותר מקו המשווה ואקלים קר ככל שמתקרבים לקטבים. האקלים שונה בהיבטים רבים כמו כמות המשקעים והטמפרטורה, כמות האור, מהירות הרוח, נוכחות של סופות, כמות היובש באוויר ועוד.
ניתן לחלק את התנאים הא-ביוטים לתנאי סביבה ולמשאבים. תנאי סביבה הם גורמים אשר משפיעים על היצורים החיים, אך אינם מתכלים במהלך השפעה זו. התנאים האלה כוללים את הטמפרטורה, מהירות הרוח, מליחות הקרקע המים, נוכחות של מינרלים נוספים, רמת החומציות, רמת הלחות היחסית, ועוד. משאבים לעומת זאת הם גורמים הניתנים למדידה שהיצורים החיים צורכים. כך שככל שיש יותר יצורים חיים או פעילות רבה יותר שלהם כך יש פחות מהמשאבים. המשאבים כוללים חומרים (כמו מים נקיים ביבשה או מינרלים, ובעיקר זרחן וחנקן בים), אנרגיה (בעיקר אנרגיית שמש), וכן המקום (המרחב או הנפח) הנדרש לקיום היצורים. עבור יצורים כמו אצות או צמחים המקיימים פוטוסינתזה, גישה לשטח באור השמש מקבילה לגישה לאנרגיה. יש תנאים שיכולים להיות משאב סביבה ליצור אחד (אור לצמחים) ותנאי-סביבתי ליצורים אחרים (אור לחיות יום).
גורמים מגבילים
ערך מורחב – גורם מגביל
גורם מגביל (Limiting factor) הוא אחד ממשתני הסביבה או מהמשאבים הדרושים ליצור חי, עד שחסרונו שלו יוצר מגבלה על האוכלוסייה או על הפעילות של היצור החי. גורמים מגבילים פועלים בדרך כלל לפי "חוק החבית" של ליביג. כשם שהקרש הקצר ביותר בחבית קובע מה תהיה כמות המים שנוכל לאחסן בה, כך גם הגורם המגביל האפקטיבי יהיה הגורם שחסרונו (או נוכחותו - במקרה של זיהום) תהיה המשמעותית ביותר, גם אם כל שאר הגורמים המגבילים נמצאים בשפע. כך לדוגמה מים מהווים גורם מגביל מרכזי עובר צמחי בר בישראל. כאשר מסירים את המגבלה הזאת, לדוגמה בעונות של שפע מים, יש צמיחה במספר הצמחים ובקצב הגידול שלהם, עד שנתקלים במגבלה בשל גורם מגביל אחר, כמו כמות האור לדוגמה.
גורמים מגבילים ביבשה
עבור מערכות יבשתיות הגורם החשוב ביותר באקלים הוא כמות המשקעים לעומת כמות האידוי של המים. תהליך הפוטוסינתזה בצמחים מחייב אותם לצרוך מים, ולכן צמחים אינם יכולים לחיות לאורך זמן בלי מים. הטמפרטורה משפיעה הן כגורם עצמאי והן כגורם מכריע בשאלה כמה מים יתאדו, ולכן ניתן לחלק את היבשה לאזורים שמתאפיינים בכמות המשקעים והטמפרטורה שיש בהם.
הגורם המגביל המרכזי ביבשה הוא כאמור כמות המים ליחידת זמן ושטח, שבעצם מהווים חסם מרכזי בשאלה באיזה אחוז מהשנה ניתן לקיים פעילות פוטוסינתטית מלאה, שתהיה מוגבלת רק על ידי גורמים אחרים. כשיש יחס גבוה מספיק בין משקעים לאידוי עבור יחידת שטח ביבשה, בדרך כלל יצמח שם יער. כאשר יש פחות מים יצמחו שם עצים נשירים ושיחים נשירים, או עצים קטנים או ערבות עשב, צמחים אלה מתמודדים עם תנאים בהם אין מספיק מים כדי לקיים פעילות פוטוסינתטית במשך כל השנה באותה המידה. באזורים יבשים יותר, כמו אזורי הערבה המדברים בישראל, קשה לצמחים עוד יותר למצוא מים, ולכן עליהם לעסוק בפעילות פוטוסינתזה רק בחלק קצר מהשנה, ובשאר השנה הצמחים יבשים ומחכים לבוא הגשמים מחדש. במדבר, ששם אין כמעט משקעים ויש אידוי משמעותי, גדלים מעט מאוד צמחים ליד מקורות מים, או צמחים שמסוגלים להשלים מחזור חיים בצורה מהירה מאוד ואז לשוב לצורה מוגנת של זרע למשך מספר שנים.
כאשר מים נמצאים בשפע ביבשה הגורם המגביל העיקרי בהם הוא כמות האור. עצים צומחים לגובה ויוצרים צל שמקשה על שאר הצמחים לגדול. לעצים יתרון תחרותי במקרה זה מול צמחים חד שנתיים נמוכים יותר. במקומות אחרים, סמוך לקטבים או ליד ראשי הרים, יכולה טמפרטורה נמוכה מידי להיות גורם מגביל. גורם מגביל א-ביוטי נוסף ביבשה הוא רמות חומציות של קרקע, נוכחות של מינרלים מפריעים או מחסור במינרלים חיוניים, וכן הרוח.
גורמים מגבילים בים
- ערכים מורחבים – מחזור החנקן, מחזור הזרחן
הגורם המגביל העיקרי במערכות ימיות הוא הנוכחות של מינרלים מזינים החיוניים לצמיחת צמחים האצות ובעלי החיים. היסודות החשובים הם הזרחן והחנקן. החנקן חיוני לבניית החלבונים המהוות את "מכונות" התאים, ובונות את רוב רקמות הגוף, הזרחן נמצא בעצמות, ובחומצות הגרעין ומהוה מתווך חשוב ביכולת לאגור אנרגיה ולשחרר אותה בשעות הצורך.
המינרלים מהווים גורם מגביל בים בגלל שבמשך הזמן כאשר יצורים חיים מתים, הם שוקעים לקרקעית ויחד איתם שוקעים גם המינרלים. במים העמוקים גורם גורם מגביל אחר - אור שמש לא מצליח לרדת לקרקעית ולכן אין שם פעילות של פוטוסינתזה. מים קרים כבדים יותר ממים חמים ולכן ברוב שטחי הימים אין ערבוב בין שכבות המים.
המינרלים מסתובבים יחד עם זרמי המים על קרקעית הים, לפעמים במשך אלפי שנים. הם יכולים לחזור חזרה למים הרדודים יותר בעיקר בשני מקומות. האחד הוא סמוך למדפי יבשת, כמו ליד חופי אפריקה המערבית, היכן שהרוח שבאה מן היבשה מזיזה את המים הרדודים הרחק מהחוף וגורמת לאפקט שאיבה וערבול שמעלה מים קרים. מקום אחר הוא ליד הקטבים שם המים הרדודים מתקררים, שוקעים וגורמים לעליית מים עמוקים יותר עשירים במזון. מסיבות אלה, רוב שטחי האוקיינוס דומים למדבר, ואילו המקומות בהם יש כמות גדולה של צמחים, מזון ודגים נמצאים ליד מדפי היבשת וסמוך לקטבים.
הספקת אנרגיה
- ערך מורחב – ייצור ראשוני
כל יצור חי, ולמעשה כל מערכת מפזרת, זקוק לזרם מתמיד של אקסרגיה - של אנרגיה בעלת אנטרופיה נמוכה, כדי להיות מסוגל להתקיים. רוב האקסרגיה שמפרנסת את המערכת האקולוגית מקורה באנרגיית השמש. מעיינות חמים וגייזרים מספקים כמות אפסית של אנרגיה יחסית לאנרגיה זו.
השלב הראשוני בהפיכת אנרגיית השמש לזמינה עבור המערכת האקולוגית, הוא שלב ההטמעה או הפוטוסינתזה, שבו צמחים משתמשים באנרגיית שמש, במים ובפחמן דו חמצני כדי ליצור מים, חמצן ואנרגיה כימית שזמינה לכלל היצורים החיים. שלב זה נקרא גם ייצור ראשוני ובו תלויים כל שאר היצורים החיים.
שאר היצורים החיים יכולים לקבל רק שאריות של האנרגיה שנקלטה על ידי הצמחים. אוכלי צמחים מתחלקים לאוכלי עשב וכן ליצורים זעירים שמעכלים את הצמח לאחר מותו ומסייעים להתפרקותו ולהשלמת מחזורי המינרלים שהיו בצמח. יצורים נוספים, כמו טורפים או טפילים ניזונים מאוכלי הצמחים וכך הלאה. כל שלב כזה נקרא "רמה טרופית".
בגלל החוק השני של התרמודינמיקה, בכל רמה טרופית יש לכלל היצורים פחות אקסרגיה מכמות האקסרגיה שהייתה זמינה ליצורים לפניהם, וחלק מהכמות המקורית מתפזר כחום - אנרגיה בעלת אנטרופיה גבוהה יותר שהיצורים החיים ומנועי חום אינם מסוגלים לנצל. מסיבה זו יש בכל רמה טרופית, תוספת קטנה יותר של מסת גוף בשנה (כמות היצורים ברמה הטרופית כפול כמות הגידול במסה בשנה ליצור פחות כמות האובדן). כמו כן מסיבה זו בדרך כלל נדיר למצוא יותר מ-4–5 רמות טרופיות במערכת אקולוגית.
אפשר לבחון את כמות הייצור הראשוני במערכות אקולוגיות שונות כדי להבין את ההבדלים בינן. יער משווני או ביצה משוונית הם בעלי ייצור ראשוני של כ-7,000 ק"ג לדונם לשנה, וזהו שיעור הייצור הראשוני הגבוה ביותר. אזורי יער צפוני מייצרים 2,000-3,000 ק"ג לדונם לשנה, במדבר הנתון המקביל הוא 50–100 ק"ג לדונם בשנה. גידולי חקלאות מייצרים רק בחלק מעונות השנה, ולכן תירס לדוגמה מגיע עד לכ-2,000 ק"ג לדוגם בשנה. אוקיינוס פתוח מייצר בין 50 ל-200 ק"ג לדונם בשנה, ובאזורי ערבול מים, היכן שיש פעילות גבוהה יותר של יצורים חיים, הוא יוצר בין 1,000 ל-2,000 ק"ג לדונם לשנה. דברים אלה מצביעים על חשיבות היערות המשווניים - למרות שהאוקיינוס הפתוח תופס כ-70% משטח הפלנטה הוא מייצר פחות מ-20% מהייצור הראשוני. לעומתו היער המשווני שתופס רק 5% משטח כדור הארץ תורם 25%-30% מכלל הייצור הראשוני.
אקולוגיה ובני האדם
עם התפתחות המחקר האקולוגי, נחקרה יותר ויותר ההשפעה של בני האדם על הסביבה והשפעת הסביבה על האדם. כיום תחומים כמו כלכלה אקולוגית או אקולוגיה עירונית ותחומים רבים נוספים מנסים להעריך השפעות אלה.
לפי יובל נח הררי, בספר קיצור תולדות האנושות לכלל מיני האדם שחיו לפני 2.5 מיליוני שנה עד לפני 70,000 שנים מהיום, ואשר התפשטו בחלקים גדולים של אפריקה, אסיה ואירופה, לא הייתה השפעה מהותית על האקולוגיה, והיו דומים למיני בעלי חיים אחרים. לאחר המהפכה הלשונית יצא המין האדם-הנבון (הומו סאפינס) מאפריקה והחל במסע התפשטות נוסף שבמהלכו נכחדו מיני האדם האחרים. בנוסף, האדם הנבון הגיע בסיוע טכנולוגיות חדשות לאזורי סיביר, לאוסטרליה ולאמריקה. בכל המקומות החדשים שהגיעו אליהם בני אדם אלה הם שינו את המערכות האקולוגיות וגרמו להכחדת חלק ניכר ממיני בעלי החיים הגדולים. בעת העתיקה הכחדה כזו התרחשה באוסטרליה, באזור הארקטי ובשתי יבשות אמריקה. הכחדות דומות בזמנים מודרניים יותר התרחשו באיים כמו מאוריציוס, ניו זילנד, איי הפסחא ועוד. האדם גרם לעוד שני גלי הכחדות גדולות (במונחים של מיליוני השנים האחרונות): עם המהפכה החקלאית והתפשטותה בתקופה שלפני 10,000-5,000 שנה, וכן פעם נוספת עם המהפכה התעשייתית ועד היום. הסיבות היסודיות להשפעות סביבתיות של בני אדם מנוסחות בצורה גסה על ידי משוואת I=PAT - השפעה = גודל האוכלוסייה כפול כמות הצריכה לנפש * כמות ההשפעה הסביבתית של כל יחידת צריכה. לפי הערכת המילניום של המערכת האקולוגית שבוצע בידי האו"ם ההשפעות המזיקות של הרס המערכות האקולוגיות יכולות לגדול באופן משמעותי ב-50 השנים הבאות.
התפתחות החשיבה על הטבע ועל מערכות אקולוגיות עברה לפחות שלוש התפתחויות חשובות. אנשי הגל הראשון הם אנשי שמירת טבע - רעיונות שהתפתחו מסוף המאה ה-19 ועיקרם כיצד האדם צריך לשמור על פיסות טבע ונוף יחודיות, ועל מערכות אקולוגיות, על בעלי חיים ועל צמחים. שמירת טבע מתמקדת במניעת הכחדה בעיקר על ידי הקמת שמורות טבע, או הגבלות מיידיות אחרות על פעילות האדם כמו הגבלות על ציד ועל דיג. התפיסה היא כיצד האדם אמור להפחית פגיעה בטבע. הגל השני הוא סביבתנות - השפעת האדם על הטבע לא רק דרך הרס פיזי ישיר ציד או דיג, אלא גם הרס מערכות האקולוגיות או פגיעה בחי ובצומח דרך פעילות נוספות כמו זיהום. הדאגה מפני השפעות בריאותיות של זיהום החלה באמצע המאה ה-19, כאשר נבנו תעלות ביוב בלונדון ובפריז עקב מחלות שהדבר גרר, אבל נשזרו לכדי הגות הקשורה לשמירת טבע, ומערכות אקולוגיות בעיקר מאז שנות ה-60 של המאה ה-20 עם צאת ספר של רחל קארסון אביב שקט והנפתחות תנועות כמו גרינפיס בשנות ה-70. פעילות סביבתית התמקדה לא רק בשמירת טבע אלא גם בפעילות נוספות כמו הפחתת בעיות הנוצרות עקב פסולת על ידי מחזור וצמצום של זיהום אוויר וזיהום מים על ידי חקיקת חוקי סביבה.
יש מדענים רבים, וכן פעילים חברתיים, וארגונים ללא מטרת רווח ועוד מכך שלא רק שהשפעת האדם על הטבע הולכת ומתחזקת (סביבתנות), אלא שגם השפעת הטבע על התפקוד של החברות האנושיות עלול להיות יותר ויותר בעייתי, לגרום לאסונות מקומיים ואף לפגיעה חמורה בציוויליזציה האנושית או אף להכחדת האדם. זה נחשב לגל השלישי של החשיבה האקולוגית ומכונה קיימות. כך לדוגמה מביא הביולוג ג'ארד דיימונד בספרו התמוטטות דוגמאות לכמה חברות עבר אנושיות שהתמוטטו לגמרי או כמעט לגמרי בעקבות השפעות סביבתיות. המחברים של הספר גבולות לצמיחה מזהירים שהמשך המגמות הנוכחיות יובילו לאסון עבור המין האנושי בגלל גורמים שונים כמו אובדן משאבים מתכלים כמו דלק מחצבי, בגלל פגיעה במשאבים מתחדשים כמו יערות, בגלל זיהום ועוד והשפעות של גורמים אלה על חקלאות ובטחון תזונתי וכן גורמים נוספים בחברה ובכלכלה, כמו יוקר המחייה או בריאות. ניתן לחלק את הקיימות עצמה לשני גלים או נקודות השקפה. קיימות רכה המנסה להשנות בצורה הדרגתית היבטים של החברה והכלכלה, בעיקר על ידי אימוץ טכנולוגיות וצריכת מוצרים שמפחיתים השפעות אקולוגיות כמו לדוגמה קידום אנרגיה סולארית או הפחתת השימוש בפלסטיק. זרם משלים בתנועת הקיימות הוא זרם הטוען כי למשבר הסביבתי יש גורמים מערכתיים וחברתיים וכי יש צורך בשינוי היבטים אלה ולא רק בשינוי טכנולוגי - לדוגמה צריך לקדם כלכלה בת קיימא, פוליטיקה בת קיימא ותרבות בת קיימא שיאפשרו ויקדמו תהליכים ומוסדות חברתיים שיעודדו קיימות. ללא שינוי כזה לובי פוליטי של חברות מזהמות, תרבות הצריכה מצד חברות, הכחשת זיהום והכחשת אקלים ורעיונות ונורמות אנטי סביבתיים יקשו כל הזמן על התקדמות לחברה בת קיימא. הן בגלל מיקור יתר בצעדים רק בתחום השוק (צרכנות בת קיימא) והן בגלל מיקוד יתר בשאלות טכנולוגיות והתעלמות מהיבטים אחרים כמו גידול אוכלוסין או שאלות הנוגעות לפשטות מרצון.
ראו גם
- מחזור ביוגאוכימי
- נישה
- ייצור ראשוני
- שרותי המערכת האקולוגית
- מטבוליזם
- החוק השני של התרמודינמיקה בביולוגיה
לקריאה נוספת
- מבוא לאקולוגיה, חיים בסביבתם, דן כהן, אוניברסיטה משודרת, 1993, משרד הביטחון- ההוצאה לאור
קישורים חיצוניים
- אקולוגיה בוויקיפדיה האנגלית
- Millennium Ecosystem Assessment (MA). 2005. Ecosystems and Human Well-Being: Synthesis . Island Press, Washington. 155pp.
| מערכות מורכבות |
|
מושגי יסוד: הוליזם - שיווי משקל - תהליך - אנטרופיה - אקסרגיה - החוק השני של התרמודינמיקה - מידע - ארגון עצמי - הגחה - לולאת משוב - תהליך בלתי הפיך - עמידות - חשל - גידול מעריכי - תגובת יתר |
|
מערכות, מודלים וגישות: מערכת מורכבת - מערכת מפזרת - מודל מבוסס סוכנים - מערכת מורכבת אדפטיבית - חשיבה מערכתית - דינמיקה של מערכות - תורת המידע - כלכלה אבולוציונית - כלכלת מורכבות - שיטת המערכות הרכות |
|
מערכות ואקולוגיה: תהליך ארוך טווח - מחזור ביוגאוכימי - חוק המינימום של ליביג - פרדוקס ג'בונס - עקרון ההספק המקסימלי - הולון - אנרגיה גלומה - שירותי המערכת האקולוגית - ייצור ראשוני - מטבוליזם |
|
ספרים ומאמרים: ספינת החלל כדור הארץ - גבולות לצמיחה - מעבר לגבולות - חוק האנטרופיה והתהליך הכלכלי - תריסר נקודות מינוף להתערבות במערכת - דינמיקת מערכות פוגשת את העיתונות - עיצוב כלכלה הוליסטית לעולם בר קיימא |
|
אישים, הוגים וארגונים: דונאלה מדווז - ניקולס ג'ורג'סקיו-רוגן - האווארד ת. אודום - דיוויד בוהם - איליה פריגוז'ין - מכון סנטה פה |
| 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 |
 |
|
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 | |