47,332
עריכות
שינויים
קפיצה לניווט
קפיצה לחיפוש
שורה 41:
שורה 41: + + + שורה 46:
שורה 49: + + + + + + + + + +
←אנרגיה בביולוגיה
==אנרגיה בביולוגיה==
==אנרגיה בביולוגיה==
{{הפניה לערך מורחב|החוק השני של התרמודינמיקה בביולוגיה}}
{{הפניה לערך מורחב|החוק השני של התרמודינמיקה בביולוגיה}}
קיימות השפעות רבות של שיקולים אנרגטיים בביולוגיה - החל בתפקודים של מבנים ברמה התאית, עבור בתפקוד של רקמות ויצורים חיים וכלה בתפקוד של מערכות אקולוגיות שלמות.
בגלל החוק השני של התרמודינמיקה, ללא מקור כלשהו של אנרגיה יש נטיה ספוטנית להגיע לפתרון הומוגני. לדוגמה אם נערב שתי תמיסות הן באופו ספוטני יתערבבו ליצירת תמיסה נוספת ולא ישארו נפרדות ולא יפרדו באופן ספונטני.
בגלל החוק השני של התרמודינמיקה, ללא מקור כלשהו של אנרגיה יש נטיה ספוטנית להגיע לפתרון הומוגני. לדוגמה אם נערב שתי תמיסות הן באופו ספוטני יתערבבו ליצירת תמיסה נוספת ולא ישארו נפרדות ולא יפרדו באופן ספונטני.
הפתרון לפרדוקס לכאורה זה הוא שהחיים נמצאים בתוך שטף של אנרגיה שמקורו בשמש. אנרגיה זו מנוצלת בצורה ישירה ( [[ייצור ראשוני]] על ידי צמחים , פלנקטון צמחי) או בצורה עקיפה - בעלי חיים שאוכלים צמחים או בעלי חיים אחרים. היצורים החיים נשארים בחיים ומשמרים מצב פנימי בעל סדר גבוה על ידי לקיחת אנרגיה חופשית (אקסרגיה) מהחוץ. לכן ניתן להסתכל על החיים (כיחידים או כקבוצה) כעל [[מבנה מפזר]] ששומר על סדר פנימי באמצעות ייצור אנטרופיה גבוה יותר במערכת הגדולה יותר שמקיפה אותו.
הפתרון לפרדוקס לכאורה זה הוא שהחיים נמצאים בתוך שטף של אנרגיה שמקורו בשמש. אנרגיה זו מנוצלת בצורה ישירה ( [[ייצור ראשוני]] על ידי צמחים , פלנקטון צמחי) או בצורה עקיפה - בעלי חיים שאוכלים צמחים או בעלי חיים אחרים. היצורים החיים נשארים בחיים ומשמרים מצב פנימי בעל סדר גבוה על ידי לקיחת אנרגיה חופשית (אקסרגיה) מהחוץ. לכן ניתן להסתכל על החיים (כיחידים או כקבוצה) כעל [[מבנה מפזר]] ששומר על סדר פנימי באמצעות ייצור אנטרופיה גבוה יותר במערכת הגדולה יותר שמקיפה אותו.
תנאי הכרחי לקיומה של [[מערכת אקולוגית]] הוא זרימה של [[אקסרגיה]] שנובעת מחוץ לגבולות המערכת כדי לספק אנרגיה ל[[ייצור ראשוני|יצרנים הראשוניים]]. ברוב המערכות האקולוגיות מקור האקסרגיה החיצוני הוא [[אנרגיה סולארית|אנרגיית שמש]]. יש מספר קטן של מערכות אקולוגיות במעמקי הים הבנויות סביב ארובות של מים חמים המתחממים כתוצאה מ[[אנרגיה גאותרמית]]. האנרגיה יוצאת מהמערכת האקולוגית בצורה של חום, בהתאם ל[[חוק השני של התרמודינמיקה]].
היות ורוב היצורים אינם יכולים להשתמש באור השמש, הם תלויים ב[[ייצור ראשוני|ייצור הראשוני]] שמבוצע על ידי צמחים ואצות. אלו הופכים את אנרגיית האור לאנרגיה כימית שזמינה לכל שאר היצורים החיים. מסיבה זו [[אנרגיה סולארית|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 מ[[נשק גרעיני|פיצוצים 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 ה[[תרמודינמיקה]] 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 ב[[מצב 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% מה[[ביומאסה]], בעלי חיים צמחונים מהווים 1.70% מהביומסה, טורפים ראשוניים מהווים 0.11% מהביומסה, וטורפי העל 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. <ref>[http://books.google.co.il/books?id=Ehb-r7Vr71UC&pg=PA25 The Biofuel Delusion: The Fallacy of Large Scale Agro-biofuels Production][[קוזו מיומי]] [[מריו גיאמפיטרו]], 2009, עמוד 25. </ref>
השפעות נוספות של אנרגיה על הביולוגיה נסקרות בין היתר בספר "מדוע לפילים יש אוזניים גדולות" אחת ההשפעות היא לדוגמה כמות המזון שחיה צריכה לאכול בגודל מסויים. פילים ועכברים הם חיות בעלות דם חם. היות ורוב הזמן הסביבה קרה יותר מבעל החיים הוא מאבד כל הזמן חום אל הסביבה. כמות החום שנאבדת לסביבה תלויה בשטח הפנים אבל כמות החום שנוצרת תלויה במאסה של היצור. כאשר יצור גדול יותר המסה שלו גדלה בחזקה שלישית אבל נפח הפנים גדל בחזקה שניה. פרוש הדבר שהבידוד ביחס לסביבה הוא יעיל יותר. משום כך למרות שפיל אוכל כמות גדולה של מזון צמחי הכמות ביחס למשקל הגוף שלו היא קטנה יותר ביחס למשקל הגוף של הארנב.
==אנרגיה והתרבות האנושית==
==אנרגיה והתרבות האנושית==