بشكل عام لوحظ وجود عدد متزايد من تحولات الطاقة في النظم الإيكولوجية البيئية حول العالم، ونحن نعتبر تحولات الطاقة في النظم البيئية على أنها تغييرات مفاجئة وعالية الاتساع ومنخفضة التردد، والتي تحدث على نطاقات مكانية كبيرة وتتضح في سمات بيولوجية فيزيائية متعددة على نطاق من المستويات الغذائية، ووفقاً للعديد من الأبحاث يمكن أن تؤدي هذه الظواهر حقاً إلى تغييرات جذرية في توفير خدمات النظام البيئي، وبالتالي فإن فهم تغيرات الطاقة في النظم البيئية أمر بالغ الأهمية لإدارة الموارد الطبيعية.
تحولات الطاقة في النظم البيئية
بكلمات بسيطة تستقبل النباتات الطاقة من خلال الشمس، ومن ثم تستخدم هذه النباتات الطاقة لتحويل المركبات غير العضوية إلى مركبات عضوية غنية، وعلى وجه التحديد تقوم هذه المركبات بتحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز وأكسجين، لذلك تتطلب الأنشطة البيولوجية في النظام البيئي طاقة من الشمس.
وعادةً ما تخضع الطاقة الشمسية المستلمة لتحويل الطاقة في النظم البيئية إلى طاقة كيميائية، والتي ترتبط في شكل جلوكوز كطاقة محتملة أثناء عملية التمثيل الضوئي، ومن ثم قد تتدفق هذه الطاقة في جميع أنحاء النظام البيئي من خلال السلسلة الغذائية وعملية تسمى تدفق الطاقة.
فيما يلي خطوات تحولات الطاقة في النظم البيئية
يبدأ تحويل الطاقة في النظم البيئية بعملية التمثيل الضوئي
هنا قد يمثل التمثيل الضوئي بداية السلسلة من تحولات الطاقة في النظام البيئي، والتي يمكن رؤيتها في العديد من أمثلة السلسلة الغذائية، فعلى سبيل المثال قد يتغذى عدد من الحيوانات على منتجات التمثيل الضوئي مثل: ( عندما تأكل الماعز الشجيرات وتأكل الديدان العشب وتأكل الجرذان الحبوب)، وعندما تتغذى الحيوانات على هذه المنتجات النباتية يتم حقاً نقل الطاقة الغذائية وبعض المركبات العضوية من النباتات إلى الحيوانات.
وبالإضافة إلى ذلك أيضاً ستظهر بعض أمثلة السلسلة الغذائية في النظم البيئية عن طريق الحيوانات التي تأكل المنتجين والتي تأكلها بدورها حيوانات أخرى، مما سوف يزيد من نقل الطاقة والمركبات العضوية من حيوان إلى حيوان آخر، ويمكن أن تستمر سلسلة تحويل الطاقة هذه من نوع إلى آخر لعدة دورات، ولكنها تنتهي في النهاية عندما تتحلل الحيوانات الميتة لتصبح غذاء للفطريات والبكتيريا والمحللات الأخرى.
المحللات
تعتبر كل من الفطريات والبكتيريا أمثلة على: المُحلِّلات في تحويل الطاقة في النظم البيئية، وهم مسؤولون بشكل عام عن تحطيم بعض المركبات العضوية المعقدة إلى مغذيات بسيطة، والمُحلِّلات مهمة في النظام البيئي لأنها تكسر المواد الميتة التي لا تزال تحتوي على مصادر للطاقة، كما يوجد هناك أنواع مختلفة من الكائنات الحية المتحللة المسؤولة عن إعادة المغذيات الأبسط إلى التربة لتستخدمها النباتات، وبالتالي تستمر دورة تحويل الطاقة.
تدفق الطاقة في أمثلة النظام البيئي
في النظام البيئي عادةً ما يتم نقل الطاقة المتراكمة من قبل المنتجين الأساسيين عبر السلسلة الغذائية من خلال مستويات غذائية مختلفة في ظاهرة تسمى تدفق الطاقة، حيث قد ينتقل مسار تدفق الطاقة هذا من خلال المنتجين الأساسيين إلى المستهلكين الأساسيين ومن ثم إلى المستهلكين الثانويين وأخيراً إلى المُحلِّلات، وهنا ينتقل ما يقرب من حوالي 10 في المائة فقط من الطاقة المتاحة من مستوى غذائي إلى آخر.
ففي النظام البيئي للغابات على سبيل المثال تحول العديد من النباتات والأشجار والأعشاب الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، ومن ثم تتحول الطاقة الكيميائية هذه إلى المستهلكين الأساسيين للنظام البيئي مثل: الحشرات، والمستهلكون الثانويون مثل: الثعالب والذئاب يأكلون ويحصلون على تلك الطاقة من تلك الكائنات، وعندما تموت أي من هذه الكائنات تقوم الفطريات والمحللات بعد ذلك بتفكيكها لتلقي الطاقة والمواد الغذائية.
مبادئ تدفق الطاقة في النظم البيئية
يحدث تدفق الطاقة عادةً عبر سلسلة غذائية كبيرة نتيجة لقوانين الديناميكا الحرارية التي يتم تطبيقهما على النظام البيئي، وينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن العمليات التي تنطوي على تحويل الطاقة لن تحدث تلقائياً ما لم يكن يوجد هناك تدهور للطاقة من شكل غير عشوائي إلى شكل عشوائي، ويتطلب هذا القانون أنه في النظام البيئي يجب أن يكون كل نقل للطاقة مصحوباً بتشتت الطاقة في التنفس أو الحرارة غير المتاحة ببساطة: قد يؤدي نقل الطاقة بين المستويات الغذائية إلى فقدان الطاقة من خلال الحرارة.
ويعتبر قانون الحفاظ على الطاقة هو القانون الثاني للديناميكا الحرارية، وهذا القانون ينص على أنه يمكن لنا تحويل الطاقة من مصدر إلى آخر، ولكن لا يتم إنشاؤها أو تدميرها، وإذا حدثت عملية زيادة أو نقصان في الطاقة الداخلية لنظام بيئي يتم العمل ومن ثم تتغير الحرارة.
