생태계에서 에너지 흐름

에너지는 일을 할 수 있는 능력이라는 뜻으로 정의하고 있습니다. 에너지의 행동은 열역학 법칙의 지배를 받게 되는데 열역학 제1법칙은 에너지 보존법칙으로, 에너지는 창조되거나 소멸되지 않고 한 가지 형태에서 다른 형태로 전환될 수 있다고 합니다. 

 

열역학법칙

빛 에너지의 경우에는 파괴되지 않으며, 조건에 따라 일, 열 등의 에너지로 전환될 수 있습니다. 열역학 제2법칙 즉 엔트로피의 법칙은 조건에 따라 여러 가지로 설명될 수 있는데, 에너지 전환이 일어나는 반응은 에너지가 농축된 형태에서 분산된 형태로 전환하지 않는 한 자발적으로 일어나지 않습니다. 예로 더운 물체의 열은 자발적으로 차가운 물체로 분산되는 경향이 있습니다. 에너지의 일부는 항상 이용할 수 없는 열에너지로 분산되므로 자발적으로 에너지가 전환될 때의 효율은 100%가 될 수는 없습니다. 엔트로피는 전환에 의해 사용할 수 없게 된 에너지의 척도인데 그 용어는 일반적으로 무질서의 척도로 이용됩니다.

생물과 생태계 및 생물권은 열역학 법칙을 따르므로 그것들은 내적 질서가 높은 상태, 즉 엔트로피가 낮은 상태인 계의 무질서나 이용할 수 없는 에너지가 자발적으로 작아질 수는 없습니다. 엔트로피가 낮아진다는 것은 빛이나 음식같이 유용성이 큰 에너지가 유용성이 적은 에너지로 계속 분산되는 것을 일컫는데, 생태계에서 복잡한 생물의 구조를 이루는 '질서'는 계속하여 무질서로 에너지를 퍼내는 과정인 군집의 총 호흡작용에 의해서 유지됩니다. 마찬가지로 생태계와 생물은 개방된 비평형상태입니다. 열역학적으로 계의 관계는 환경과 끊임없이 교환하면서 내부 엔트로피는 낮추고, 외부 엔트로피는 증가시키는 열역학법칙을 따릅니다.

어떤 유형의 에너지라도 창조되거나 소멸되지는 않으며 에너지 전환이 일어날 뿐입니다. 지표면에 도달한 빛에너지의 양과 보이지 않는 열로 지표면을 떠나는 에너지양은 균형을 이룹니다. 생명 현상에서 는 이러한 변화가 성장, 자기 증식, 복잡한 물질의 합성으로 진행됩니다. 에너지 전환이 없으면 생명 돼 생태계도 있을 수 없습니다. 생태학자들은 광선이 생태계와 어떻게 관계되며 이 계 내에서 에너지가 어떻게 전환되는지를 연구합니다. 따라서 어떤 환경에서의 생산자인 식물과 소비자인 동물들 사이 포식자와 피식자인 생물의 종류와 수는 말할 것도 없고, 그들 사이의 관계는 에너지가 농축된 형에서 분산된 형으로 흐름에 의해서 제한되고 조절됩니다.

생태학자들은 특히 연료, 원자에너지와 다른 형태의 농축에너지가 산업사회에 어떻게 전환되어 이용되는가에 관심이 있습니다. 열역학의 법칙은 모든 종류의 생태계에 적용이 되는데 차이점은 생물계는 내부에너지의 일부를 자가수선하고 무질서를 퍼내는데 이용하거나 기계는 수선하거나 바꾸는데 외부에너지를 이용합니다.