ייצור ראשוני

מתוך אוקו ויקי, מקום מפגש בנושאי אקולוגיה, חברה וכלכלה.

הערכה גסה של פיזור הייצור הראשוני העולמי הממוצע ביבשה ובים בשנים 1997-2000

ייצור ראשוני 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.

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).

תאור כימי

ברמה הבסיסית, 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 מיצורים חיים 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 (CO₂) ומים (H₂O). שתי המשוואות הבאות הם ייצוג מופשט של פוטוסינתזה (משוואה ראשונה) ושל כימוסינתזה (משוואה שניה):

CO₂ + H₂O + light עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ בר־ביצוע של texvc אינו זמין;

אנא צפו בקובץ math/README למידע על ההגדרות.): \rightarrow

CH2O + O2 

CO₂ + O₂ + 4 H₂S עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ בר־ביצוע של texvc אינו זמין;

אנא צפו בקובץ math/README למידע על ההגדרות.): \rightarrow

CH2O + 4 S + 3 H2O

מגבלות

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. ^[1]

כמות האנרגיה הסולארית שמגיעה לכדור הארץ מהשמש בשנה, היא בממוצע עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ בר־ביצוע של texvc אינו זמין; אנא צפו בקובץ math/README למידע על ההגדרות.): \ 1.05 \cdot 10^{10}

קלוריות למטר רבוע בשנה, מתוך זה חלק מהאקסרגיה אובדת באטמוספירה ורק 0.06% או עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ בר־ביצוע של texvc אינו זמין;

אנא צפו בקובץ math/README למידע על ההגדרות.): \ 5.83 \cdot 10^{6}

קלוריות למטר רבוע בשנה מתקבלות בממוצע מהייצור הראשוני הגולמי בעולם. לאחר הורדת עלויות אנרגטיות של נשימה, הייצור הראשוני נטו הוא כ עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ בר־ביצוע של texvc אינו זמין;

אנא צפו בקובץ math/README למידע על ההגדרות.): \ 4.95 \cdot 10^{6}

קלוריות למטר רבוע בשנה או כ-0.05% מתוך זרם האנרגיה המגיע לכדור הארץ. זו היעילות הממוצעת של הייצור הראשוני. בצמחי יבשה היעילות יכולה להגיע גם לכ- 2-3% ובאצות ימיות היא יכולה להגיע עד ליעילות של כ-1%. [1] 

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 המים והטמפרטורה ביבשה וזמינות של מינרלים כמו זרחן וחנקן בים, מהווים גורמים מגבילים שקובעים כמה צמחים יחיו בשטח מסויים, וכמה אינסיבית תהיה הפעילות שלהם. לפרוט ראו אקולוגיה.

רמות טרופיות

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 ובייצור הראשוני. צמחים ועצות מסוגלים לספק אנרגיה זו ומספקים אנרגיה כימית שזמינה לכלל 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 שהיתה 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 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. איזורי יער צפוני מייצרים 2,000-3000 ק"ג לדונם לשנה, במדבר הנתון המקביל הוא 100-50 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, ובאיזורי ערבול מים, היכן שיש פעילות גבוהה יותר של יצורים חיים, הוא יוצר בין 1000 ל-2000 ק"ג לדונם לשנה. דברים אלה מצביעים על חשיבות היערות המשוונים - 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.

השפעה ושימוש על ידי בני האדם

שימושי קרקע כמו בירוא יערות ופעילות אנושית שונות הן בעלות השפעות שונות על הייצור הראשוני נטו בפועל (NPP_act). בכמה אזורים, כמו בעמק הנילוס' השקייה וטיפוח החקלאות הובילה להגדלה ניכרת של הייצור הראשוני, אך דבר זה הינו היוצא מהכלל. לרוב פעילות האדם גורמת להפחתה בגודל הייצור הראשוני.

הקיטון ב-NPP עקב שינויי קרקע (ΔNPP_LC) הוא של 9.6% בהתייחס לשטח הקרקעי העולמי.

בנוסף, הצריכה הסופית של בני האדם הלקיחה האנושית מהייצור הראשוני נטו (HANPP) עלתה ל-23.8% מתוך ה"פוטנציאל הצמחי" (NPP₀). כמות זו נלקחת על חשבון אנרגיה שאינה זמינה יותר למינים אחרים, ויש לה השפעה ניכרות על מגוון המינים; על מחזורי פחמן, מים ועל מאזן אנרגיה במערכת האקולגית העולמית; ועל שירותי המערכת האקולוגית.^[1]

קישורים חיצוניים

• בויקיפדיה האנגלית
• הסבר על הייצור הראשוני אוניברסיטת מישיגן

הערות שוליים