Ақпарат

Бүгінгі жер бетінде бұрынғыдан көп биомасса бар ма?

Бүгінгі жер бетінде бұрынғыдан көп биомасса бар ма?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Биологиялық жүйелердің бөлігі ретінде жер бетінде бұрынғы кез келген (еркін) уақыттағыдан көп (немесе аз) материя бар ма?

Өңдеу:

Менде нақты сұрақ жоқ екенін түсіндім, мен сабақ іздедім өмірдің ізі қандай және ескі өліп, ерімесе, жаңасы келмей ме(кем дегенде биологиялық).

Егер сіз маған мұны зерттеу үшін жақсы дереккөздерді ұсынсаңыз, бұл тамаша болар еді.


Биомасса энергиясы

Адамдар биомасса энергиясын - тірі заттардың энергиясын - ең ертедегі «үңгір адамдары» тамақ пісіру немесе жылыту үшін алғаш рет ағаш отын жасағаннан бері пайдаланады. Бүгінгі таңда биомасса электр генераторлары мен басқа да машиналарды отынмен қамтамасыз ету үшін қолданылады.

Биология, экология, жер туралы ғылым, инженерия

Адамдар биомасса энергиясын - тірі заттардың энергиясын - ең ертедегі «үңгір адамдары» тамақ пісіру немесе жылыту үшін алғаш рет ағаш отын жасағаннан бері пайдаланады.

Биомасса органикалық, яғни ол өсімдіктер мен жануарлар сияқты тірі организмдерден алынатын материалдан жасалған. Энергия үшін ең көп қолданылатын биомасса материалдары өсімдіктер, ағаш және қалдықтар болып табылады. Оларды биомасса шикізаты деп атайды. Биомасса энергиясы да жаңартылмайтын энергия көзі бола алады.

Биомассада алдымен күннен алынған энергия бар: өсімдіктер күн энергиясын фотосинтез арқылы сіңіреді, көмірқышқыл газы мен суды қоректік заттарға (көмірсуларға) айналдырады.

Бұл организмдерден алынатын энергияны тікелей және жанама әдістер арқылы пайдалануға болатын энергияға айналдыруға болады. Биомассаны қыздыру үшін жағуға (тікелей), электр энергиясына (тікелей) түрлендіруге немесе биоотынға (жанама) өңдеуге болады.

Термиялық түрлендіру

Биомассаны термиялық түрлендіру арқылы жағуға және энергияға пайдалануға болады. Термиялық түрлендіру биомасса шикізатын күйдіру, сусыздандыру немесе тұрақтандыру үшін қыздыруды қамтиды. Термиялық түрлендіруге арналған ең танымал биомасса шикізаты - қатты тұрмыстық қалдықтар (ҚҚҚ) және қағаз немесе ағаш зауыттарының сынықтары сияқты шикізат.

Тікелей күйдіру, бірге күйдіру, пиролиз, газдандыру және анаэробты ыдырау арқылы энергияның әртүрлі түрлері жасалады.

Алайда биомассаны күйдірмес бұрын оны кептіру керек. Бұл химиялық процесс торрефракция деп аталады. Торрефакция кезінде биомасса шамамен 200° - 320° Цельсий (Фаренгейт бойынша 390° - 610°) дейін қызады. Биомасса мүлдем құрғап кетеді, ол ылғалды сіңіру қабілетін жоғалтады немесе шіриді. Ол бастапқы массасының шамамен 20% жоғалтады, бірақ энергиясының 90% -ын сақтайды. Жоғалған энергия мен массаны торрефракциялық процесті жүргізуге қолдануға болады.

Торрефакция кезінде биомасса құрғақ, қара түсті материалға айналады. Содан кейін ол брикеттерге қысылады. Биомасса брикеттері өте гидрофобты, яғни олар суды қайтарады. Бұл оларды ылғалды жерлерде сақтауға мүмкіндік береді. Брикеттердің энергия тығыздығы жоғары және тікелей немесе бірге күйдіру кезінде жағу оңай.

Тікелей ату және бірге ату
Брикеттердің көпшілігі тікелей жағылады. Күйдіру процесінде пайда болатын бу генераторды айналдырып, электр энергиясын өндіретін турбинаға қуат береді. Бұл электр қуатын өндіріске немесе ғимараттарды жылытуға пайдалануға болады.

Биомассаны бірге жағуға немесе қазбалы отынмен жағуға болады. Биомасса көбінесе көмір қондырғыларында қосалқы күйде қолданылады. Бірлескен күйдіру биомассаны өңдейтін жаңа зауыттардың қажеттілігін жояды. Бірлескен күйдіру сонымен қатар көмірге сұранысты жеңілдетеді. Бұл қазбалы отынды жағу нәтижесінде бөлінетін көмірқышқыл газының және басқа парниктік газдардың мөлшерін азайтады.

Пиролиз
Пиролиз биомассаны қыздырудың тиісті әдісі болып табылады. Пиролиз кезінде биомасса оттегінің қатысуынсыз 200° - 300° C (390° - 570° F) дейін қызады. Бұл оны жанудан сақтайды және биомассаның химиялық өзгеруіне әкеледі.

Пиролиз пиролиз майы деп аталатын қара сұйықтықты, сингаз деп аталатын синтетикалық газды және биокөмір деп аталатын қатты қалдықты шығарады. Бұл компоненттердің барлығын энергия үшін пайдалануға болады.

Пиролиз майы, кейде биомұнай немесе биокруд деп аталады, шайырдың бір түрі. Оны электр энергиясын өндіру үшін жағуға болады, сонымен қатар басқа отын мен пластмассада компонент ретінде қолданылады. Ғалымдар мен инженерлер пиролиз майын мұнайға ықтимал балама ретінде зерттеп жатыр.

Сингазды отынға айналдыруға болады (мысалы, синтетикалық табиғи газ). Оны метанға айналдырып, табиғи газдың орнына пайдалануға болады.

Биохимия - көмірдің бір түрі. Бикөмір - көміртегіге бай қатты зат, әсіресе ауыл шаруашылығында пайдалы. Биокөмір топырақты байытады және оны пестицидтер мен басқа қоректік заттардың ағынды суға шайып кетуіне жол бермейді. Биокар да тамаша көміртекті раковина болып табылады. Көміртекті раковиналар - құрамында көміртегі бар химиялық заттар, соның ішінде парниктік газдар үшін резервуарлар.

Газдандыру
Биомассаны газдандыру арқылы да тікелей энергияға айналдыруға болады. Газдандыру процесінде биомасса шикізаты (әдетте MSW) оттегінің бақыланатын мөлшерімен 700 ° C (1300 ° F) жоғары қызады. Молекулалар ыдырап, синтез газы мен шлак түзеді.

Сингаз - бұл сутегі мен көміртегі тотығының қосындысы. Газдандыру кезінде сингазды күкірттен, бөлшектерден, сынаптан және басқа ластаушы заттардан тазартады. Таза сингазды жылу немесе электр энергиясы үшін жағуға немесе тасымалдау биоотынына, химиялық заттарға және тыңайтқыштарға өңдеуге болады.

Қож шыны тәрізді, балқыған сұйықтық түрінде түзіледі. Ол тақта, цемент немесе асфальт жасау үшін пайдаланылуы мүмкін.

Бүкіл әлемде өнеркәсіптік газдандыру зауыттары салынуда. Азия мен Австралияда ең көп зауыт салынып, жұмыс істейді, дегенмен әлемдегі ең ірі газдандыру қондырғыларының бірі қазіргі уақытта Англияның Стоктон-на-Тис қаласында салынып жатыр. Бұл зауыт ақыр соңында 350 000 тоннадан астам ҚТҚ -ны 50 000 үйді қамтамасыз етуге жеткілікті энергияға айналдыра алады.

Анаэробты ыдырау
Анаэробты ыдырау - бұл микроорганизмдердің, әдетте бактериялардың, оттегі жоқ кезде материалды ыдырататын процесс. Анаэробты ыдырау-анаэробты (немесе оттегі жетіспейтін) ортаны құратын, биомасса ұсақталған және сығылған полигондарда маңызды процесс.

Анаэробты ортада биомасса ыдырап, құнды энергия көзі болып табылатын метанды шығарады. Бұл метан қазбалы отынды алмастыра алады.

Полигондардан басқа, анаэробты ыдырауды мал шаруашылығы мен мал фермаларында да жүзеге асыруға болады. Көң және басқа да жануарлар қалдықтарын шаруашылықтың энергия қажеттіліктерін тұрақты түрде қанағаттандыру үшін түрлендіруге болады.

Биомасса - этанол және биодизель сияқты сұйық биоотынға айналдыруға болатын жалғыз жаңартылатын энергия көзі. Биоотын көліктерді қуаттандыру үшін пайдаланылады және Швеция, Австрия және Америка Құрама Штаттары сияқты елдерде газдандыру арқылы өндіріледі.

Этанол қант қамысы, бидай немесе жүгері сияқты көмірсуларға бай биомассаны ашыту арқылы жасалады. Биодизель этанолды жануар майымен, қайта өңделген тағамдық маймен немесе өсімдік майымен біріктіру арқылы жасалады.

Биоотын бензин сияқты тиімді жұмыс істемейді. Дегенмен, көліктер мен машиналарды тиімді қуаттандыру үшін оларды бензинмен араластыруға болады және қазбалы отынмен байланысты шығарындыларды шығармайды.

Этанол биологиялық дақылдарды (әдетте жүгері) өсіру үшін гектарлар жерді қажет етеді. Бір акр жүгеріден шамамен 1515 литр (400 галлон) этанол өндіріледі. Бірақ бұл егістік жер азық-түлік немесе басқа мақсаттар үшін дақылдарды өсіру үшін қолжетімсіз. Этанол үшін жеткілікті жүгері өсіру сонымен қатар отырғызудағы вариацияның болмауына және пестицидтердің көп қолданылуына байланысты қоршаған ортаға штамм жасайды.

Этанол тұрғын үй каминдерінде ағаштың танымал алмастырғышына айналды. Ол жанған кезде жалын түрінде жылу, ал түтіннің орнына су буы бөлінеді.

Пиролиз кезінде өндірілетін биокөмір ауылшаруашылық және экологиялық пайдалануда құнды.

Биомасса шірігенде немесе жанғанда (табиғи немесе адам әрекетінен) атмосфераға метан мен көмірқышқыл газының көп мөлшерін бөледі. Алайда, биомасса көмірленген кезде оның көміртегі мазмұнын секвестрлейді немесе сақтайды. Топыраққа биохимияны қосқанда, ол көміртекті сіңіруді жалғастыра алады және көміртектің теріс көміртегі шығарындылары мен сау топыраққа әкелетін көміртекті раковиналардың жер астындағы үлкен қоймаларын құра алады.

Биохимия сонымен қатар топырақты байытуға көмектеседі. Ол кеуекті. Топыраққа қайта қосылғанда биокөмір су мен қоректік заттарды сіңіріп, сақтайды.

Биокөмір Бразилияның Амазонка тропикалық орманында slash-and-char деп аталатын процесте қолданылады. Слэш-және-чар ауылшаруашылығы топырақтың қоректік заттарын уақытша арттыратын, бірақ оның көміртегі мөлшерінің 97% жоғалуына әкелетін қиғаштықты ауыстырады. Слайд-және күйдіру кезінде күйдірілген өсімдіктер (биокар) топыраққа қайтарылады, ал топырақ көміртегінің 50% сақтайды. Бұл топырақты жақсартады және өсімдіктердің айтарлықтай өсуіне әкеледі.

Қара ликер

Ағашты қағазға өңдегенде, ол қара ликер деп аталатын жоғары энергиялы, улы зат шығарады. 1930 жылдарға дейін қағаз диірмендеріндегі қара ликер қалдық өнім болып саналды және жақын маңдағы су көздеріне төгілді.

Дегенмен, қара сұйықтық ағаштың биомасса энергиясының 50% -дан астамын сақтайды. 1930 жылдары қалпына келтіру қазандығының өнертабысы арқылы қара сұйықтықты қайта өңдеуге және диірменді қуаттандыруға пайдалануға болады. АҚШ-та қағаз зауыттары диірмендерін басқару үшін барлық дерлік қара ликерді пайдаланады, нәтижесінде орман өнеркәсібі елдегі энергияны үнемдейтін салалардың бірі болып табылады.

Жақында Швеция сингазын өндіру үшін қара сұйықтықты газдандыру тәжірибесін жасады, содан кейін оны электр энергиясын өндіру үшін пайдалануға болады.

Сутегі отын жасушалары

Биомасса сутегіге бай, оны химиялық жолмен алуға және электр қуатын өндіруге және көліктерге отын жасауға пайдалануға болады. Стационарлық отын элементтері ғарыш кемелері мен шөлді аймақтар сияқты шалғай жерлерде электр энергиясын өндіру үшін қолданылады. Мысалы, АҚШ-тың Калифорния штатындағы Йосемит ұлттық паркі әкімшілік ғимаратын электр қуатымен және ыстық сумен қамтамасыз ету үшін сутегі отын элементтерін пайдаланады.

Сутегі отын элементтері көліктер үшін баламалы энергия көзі ретінде одан да көп әлеуетке ие болуы мүмкін. АҚШ Энергетика министрлігі биомассаның жылына 40 миллион тонна сутегі өндіруге мүмкіндігі бар деп есептейді. Бұл 150 миллион көлікті жанармаймен қамтамасыз етуге жетеді.

Қазіргі уақытта сутегі отын элементтері автобустарға, жүк көтергіштерге, қайықтарға және сүңгуір қайықтарға қуат беру үшін пайдаланылады, ұшақтарда және басқа көліктерде сынақтан өтеді.

Дегенмен, бұл технология тұрақты бола ма, әлде экономикалық тұрғыдан мүмкін бола ма деген пікірталас бар. Сутекті оқшаулауға, сығуға, қаптауға және тасымалдауға кететін энергия практикалық пайдалану үшін үлкен энергияны қалдырмайды.

Биомасса және қоршаған орта

Биомасса жердегі көміртегі айналымының ажырамас бөлігі болып табылады. Көміртек айналымы – Жердің барлық қабаттары: атмосфера, гидросфера, биосфера және литосфера арасында көміртегі алмасу процесі.

Көміртегі айналымы көптеген формаларды алады. Көміртек Жер атмосферасына түсетін күн сәулесінің мөлшерін реттеуге көмектеседі. Ол фотосинтез, ыдырау, тыныс алу және адам әрекеті арқылы алмасады. Ағзаның ыдырауы кезінде топырақ сіңіретін көміртегі, мысалы, өсімдік фотосинтез арқылы көміртегі негізіндегі қоректік заттарды биосфераға шығаратындықтан, қайта өңделуі мүмкін. Қолайлы жағдайларда ыдырайтын организм табиғи немесе адам әрекеті арқылы алынғанға дейін шымтезек, көмір немесе мұнайға айналуы мүмкін.

Алмасу кезеңдері арасында көміртек секвестрленеді немесе сақталады. Қазба отындарындағы көміртегі миллиондаған жылдар бойы секвестрленді. Энергия алу үшін қазбалы отындарды өндіріп, жағу кезінде олардың секвестрленген көміртегі атмосфераға таралады. Қазба отындары көміртекті қайта сіңірмейді.

Қазба отындарынан айырмашылығы, биомасса жақында тірі организмдерден келеді. Биомассадағы көміртек көміртегі циклінде алмасуды жалғастыра алады.

Жерге көміртегі айналымы процесін тиімді түрде жалғастыруға мүмкіндік беру үшін өсімдіктер мен ормандар сияқты биомасса материалдарын тұрақты түрде өсіру керек. Көміртекті қайта сіңіріп, секвестрлеу үшін ағаштар мен өсімдіктерге, мысалы, егілген шөптерге ондаған жылдар қажет. Топырақты жұлып алу немесе бұзу процесті өте бұзуы мүмкін. Ағаштардың, дақылдардың және басқа да өсімдіктердің тұрақты және әртүрлі болуы қоршаған ортаны сақтау үшін өте маңызды.

Балдырлар – биомасса энергиясының көзі ретінде орасан зор әлеуетке ие бірегей организм. Ең таныс түрі теңіз балдырлары болып табылатын балдырлар фотосинтез арқылы энергияны кез келген басқа биоотын шикізатына қарағанда әлдеқайда жылдамырақ, яғни азық-түліктік дақылдарға қарағанда 30 есеге дейін жылдам өндіреді!

Балдырларды мұхит суларында өсіруге болады, сондықтан ол тұщы су ресурстарын сарқпайды. Ол сондай -ақ топырақты қажет етпейді, сондықтан азық -түлік дақылдарын өсіруге болатын егістік алқаптарды қысқартады. Балдырлар күйген кезде көмірқышқыл газын бөлсе де, оны тірі ағза ретінде өсіруге және толықтыруға болады. Ол толтырылған кезде ол оттегін шығарады, ластаушы заттар мен көміртегі шығарындыларын сіңіреді.

Балдырлар басқа биоотын дақылдарына қарағанда әлдеқайда аз орын алады. АҚШ Энергетика министрлігі Америка Құрама Штаттарындағы барлық мұнаймен жұмыс істейтін энергия қажеттіліктерін толтыру үшін жеткілікті балдырларды өсіру үшін шамамен 38 850 шаршы шақырым (15 000 шаршы миль, АҚШ-тың Мэн штатының жартысынан аз аумақ) қажет деп есептейді. .

Балдырларда биоотынға айналатын майлар бар. Мысалы, Жаңа Зеландиядағы Aquaflow Bionomic корпорациясында балдырлар жылу мен қысыммен өңделеді. Бұл шикі мұнайға ұқсас қасиеттері бар және биоотын ретінде пайдаланылуы мүмкін «жасыл шикізатты» жасайды.

Балдырлардың өсуі, фотосинтезі және энергия өндірісі көмірқышқыл газы арқылы көпіршіктен өткен кезде артады. Балдырлар - көміртегі шығарындыларын сіңіретін тамаша сүзгі. Шотландиялық Bioenergy Ventures фирмасы виски спирті шығаратын зауыттың көміртегі шығарындылары балдырлар бассейніне құйылатын жүйені әзірледі. Балдырлар қосымша көмірқышқыл газымен гүлдейді. Балдырлар өлген кезде (шамамен бір аптадан кейін) олар жиналады, ал олардың липидтері (майлары) биоотынға немесе балық тағамына айналады.

Балдырлар энергияның балама көзі ретінде орасан зор әлеуетке ие. Дегенмен, оны қолдануға болатын пішіндерге өңдеу қымбатқа түседі. Басқа биоотын дақылдарына қарағанда 10-100 есе көп отын береді деп есептелсе де, 2010 жылы оның бір тоннасы 5000 доллар тұратын. Құны азаюы мүмкін, бірақ қазір ол көптеген дамушы экономикалар үшін қолжетімсіз.

Адамдар мен биомасса

Артықшылықтары
Биомасса – таза, жаңартылатын энергия көзі. Оның бастапқы энергиясы күн сәулесінен келеді, ал өсімдіктер немесе балдырлар биомассасы салыстырмалы түрде қысқа уақыт ішінде қайта өсе алады. Ағаштар, дақылдар мен тұрмыстық қатты қалдықтар үнемі қол жетімді және оларды тұрақты басқаруға болады.

Егер ағаштар мен дақылдар тұрақты өсірілетін болса, олар тыныс алу арқылы көмірқышқыл газын сіңірген кезде көміртегі шығарындыларын өтей алады. Кейбір биоэнергетикалық процестерде қайта сіңірілетін көміртегі мөлшері отынды өңдеу немесе пайдалану кезінде бөлінетін көміртегі шығарындыларынан да асып түседі.

Көптеген биомасса шикізатын, мысалы, егістік шөптерді, азық-түліктік дақылдармен бәсекеге түспейтін шеткі жерлерде немесе жайылымдарда жинауға болады.

Жел немесе күн сияқты басқа жаңартылатын энергия көздерінен айырмашылығы, биомасса энергиясы ағзада сақталады және қажет болған кезде жиналуы мүмкін.

Кемшіліктері
Егер биомасса шикізаты пайдаланылғандай тез толтырылмаса, олар жаңартылмайтын болып қалуы мүмкін. Орман, мысалы, өзін қалпына келтіру үшін жүздеген жылдар қажет болуы мүмкін. Бұл шымтезек сияқты қазбалы отынға қарағанда әлдеқайда қысқа уақыт кезеңі. Бір метр (3 фут) шымтезектің өзін толтыру үшін 900 жыл қажет.

Көптеген биомассаны игеру үшін егістік жерлер қажет. Бұл жүгері мен соя сияқты биоотын дақылдары үшін пайдаланылатын жер азық-түлік өсіру немесе табиғи мекендеу орындарын қамтамасыз ету үшін қолжетімсіз екенін білдіреді.

Ондаған жылдар бойы жетілген орманды аумақтар («ескі ормандар» деп аталады) жаңадан отырғызылған алқаптарға қарағанда көміртекті көбірек сіңіре алады. Сондықтан, егер орманды аумақтар тұрақты түрде кесілмесе, қайта отырғызылмаса және өсіп, көміртекті сіңіруге уақыт берілмесе, ағашты отын ретінде пайдаланудың артықшылықтары ағаштардың қайта өсуімен өтелмейді.

Көптеген биомасса зауыттары экономикалық тиімді болуы үшін қазба отындарын қажет етеді. Мысалы, Уэльстің Порт -Талбот маңында салынып жатқан үлкен зауыт Солтүстік Америкадан импортталатын органикалық отынды қажет етеді, бұл кәсіпорынның тұрақтылығының бір бөлігін өтейді.

Биомассаның қазба отындарына қарағанда «энергия тығыздығы» төмен. Биомассаның 50% судан тұрады, ол энергияны түрлендіру процесінде жоғалады. Ғалымдар мен инженерлер биомассаны өңделетін жерінен 160 километрден (100 миль) алысқа тасымалдау экономикалық тұрғыдан тиімді емес деп есептейді. Алайда, биомассаны түйіршіктерге айналдыру (ағаш үгінділерінен немесе үлкен брикеттерден айырмашылығы) отынның энергия тығыздығын жоғарылатады және оны жөнелту тиімді болады.

Биомассаны жағу кезінде көміртегі тотығы, көмірқышқыл газы, азот оксидтері және басқа да ластаушы заттар мен бөлшектер бөлінеді. Егер бұл ластаушы заттар алынбаса және қайта өңделмесе, жану биомассасы түтін тудыруы мүмкін және тіпті қазба отындары бөлетін ластаушы заттардың санынан асып кетуі мүмкін.

USDA, V. Zutshi, S. Beaugez, M. Hendrikx, S. Heydt, M. Oeltjenbruns, A. Munoraharjo, F. Choudhury, G. Upton, O. Siudak, M. Gunther, R. Singh суреттері

Биомассаны теңестіру
Қауіпті ғалымдар одағы «Жаңартылатын биомассаның теңдестірілген анықтамасын» әзірлеуге көмектесті, бұл практикалық және тиімді тұрақтылық ережелері ағаш биомассасының егінінің тұрақты болатынына кепілдік беретін өлшемді қамтамасыз етеді.

Жасыл тау мемлекетіндегі жасыл энергия
Бірінші американдық биомасса газдандыру зауыты 1998 жылы Берлингтон (Вермонт) маңында ашылды. Джозеф Си МакНейл өндіру станциясы сапасыз ағаштар мен егіннің қалдықтарынан алынған ағашты пайдаланады және Вермонттың ең үлкен қаласы Берлингтонды қамтамасыз етуге дерлік жеткілікті 50 мегаватт электр қуатын шығарады.

Құс ойыны
Бейжің (Қытай) сыртындағы орасан зор Пекин Децинюань тауық фермасының 3 миллион тауығы күніне 220 тонна көң мен 170 тонна ағынды су шығарады. GE Energy компаниясының газдандыру технологиясын қолдана отырып, ферма тауық көңін жылына 14 600 мегаватт-сағат электр энергиясына айналдыра алады.

Әлемдегі биоотындық өсімдіктер
1. ауыспалы шөп
2. бидай
3. күнбағыс
4. мақта майы
5. соя
6. ятрофа
7. пальма майы
8. қант қамысы
9. рапс
10. жүгері


Жер бетіндегі әрбір адамға 57 миллиард нематод бар. Оларды түсіну климаттың өзгеруімен күресуге көмектеседі

BYU биология профессоры Байрон Адамс зерттеу жүргізу үшін жыл сайын Антарктида мен Солтүстік Арктикаға барады.

BYU биология профессоры Байрон Адамс зерттеу жүргізу үшін жыл сайын Антарктида мен Солтүстік Арктикаға барады.

Қызықты факт: BYU профессоры Байрон Адамс зерттейтін микроскопиялық құрттар-бұл жер бетіндегі жануарлардың ең көп таралған түрі ғана емес, олар планетадағы жануарлар өмірінің бестен төрт бөлігін құрайды. Дұрыс, жер бетіндегі әрбір бес жануардың төртеуі нематодты құрттар.

Микроскопиялық топырақ нематодтары әрекет етеді.

Адамс бірлесіп жазған топырақ нематодтарының жаңа зерттеуі олардың әрбір тірі адамға 57 миллиард болатынын көрсетеді, бұл бұрын есептелгеннен әлдеқайда көп. Олардың жалпы биомассасы шамамен 300 миллион тоннаны құрайды, бұл Жердегі адам халқының жалпы салмағының шамамен 80 пайызын құрайды.

Адамс бірлесіп жазған және сәрсенбіде жарияланған зерттеу Табиғат, бұл кішкентай жануарлардың көпшілігі сарапшылар күтпеген жерде: жоғары ендіктегі арктикалық және субарктикалық топырақтарда (яғни тундра, бореалдық және қоңыржай ормандар мен шабындықтар) өмір сүретініне сенімді дәлелдер береді.

«Соңғы уақытқа дейін біздің аяғымыздың астындағы өмір өте көп болды терра инкогнита— дейді Адамс. «Біз топырақтағы тіршілік туралы көп білмегендіктен, ғалымдардың көпшілігі жер астындағы молшылықтың заңдылықтары жер үстінде көргенімізге сәйкес келеді деп ойлады. Біз тропиктік бұл жерде болуы керек деп ойладық. Белгілі болғандай, бұл мүлдем дұрыс емес. Бұл мақаланың үлкен мәнге ие болуының себебі - біз керісінше шындықты көрсетеміз ».

Бұл кішкентай құрттардың қайда өмір сүретінін білу маңызды, себебі нематодтар көміртегі мен қоректік заттардың айналымында маңызды рөл атқарады және СО2 шығарындыларына қатты әсер етеді. Қағаздың маңызды тұжырымы - нематодтардың көптігі топырақ көміртегімен тығыз байланысты (көп көміртегі = көбірек құрттар). Кішкентай организмдерді жаһандық деңгейде түсіну өте маңызды, егер адамдар климаттың өзгеруін түсінетін болса және шешетін болса.

Зерттеу үшін зерттеушілер арктикалық тундрадан тропиктік тропикалық орманға дейін әр континент пен барлық ортаны білдіретін 6 759 топырақ үлгісін алды. Олар микроскоптарды нематодтардың әрбір түрінің тығыздығын талдау және өкілдік жаһандық деректер жинағын жасау үшін пайдаланды. Ақпаратты пайдалана отырып, олар әр шаршы километрге нематодтар популяциясын болжайтын және топырақ нематодтарының тығыздығының бірінші жаһандық жоғары ажыратымдылықтағы карталарын жасайтын модельдер құрастырды.

Соңғы 17 жылда Адамс, Twitter-де @frostyworms, нематодтарды, тардиградтарды (су аюлары) және басқа да микроскопиялық тіршілік иелерін зерттеу үшін жыл сайын Антарктиданың мұзсыз аймақтарына барады. Оның зерттеу бағдарламасы бұл жануарлардың іргелі экожүйе процестеріндегі рөлін, сондай-ақ олардың өте суық және құрғақ ортада қалай өмір сүретінін зерттейді.


Биомасса: мәні, көздері және биомассаның болашағы

Жұмыс істеу қабілетін энергия деп атайды. Энергияны өзара түрленетін материяның бір түрі ретінде қарастыруға болады. Қазіргі адам негізінен энергия көздерінің қажеттіліктері үшін үш көзге тәуелді - көмір, табиғи газ және мұнай, олар жиынтықта қазба отындары немесе қазба энергия көздері деп аталады.

Ғаламдық қазба отындарының сарқылуынан қорқу адамды күн, су, су тасқыны және жел энергиясы сияқты қолайлы баламалы энергия көздерін және жақында ядролық энергияны іздеуге мәжбүр етті. Бұған қоса, биотехнологияның жетістіктері биологиялық жүйелердің энергиясын жемісті пайдалануға көмектесті.

Биомасса:

Биомасса - тірі организмдер өндіретін жалпы жасушалық және органикалық масса. Бұл фотосинтездің негізгі өнімі және энергияның жақсы көзі, яғни биоэнергия. Жалпы алғанда, биомасса биологиялық әрекеттерден алынған заттардың барлық түрлерін білдіреді. Оларға өсімдіктер мен ауылшаруашылық өнімдері, микроорганизмдер, жануарлардың қалдықтары мен көң жатады.

Биомасса термині тамақ және ауылшаруашылық өнеркәсіптерінде өндірілетін қалдықтарды жиынтық сипаттау үшін де қолданылады. Жақсы энергия көзі болумен қатар, биомасса бірнеше коммерциялық маңызды өнімдерді өндіру үшін маңызды. Осылайша, биомасса әр түрлі әдістермен тікелей энергияға немесе энергия тасымалдаушы қосылыстарға айналатын энергияның жаңартылатын көзі болып саналады.

Көптеген дамыған елдерде биомасса өнеркәсіптік және коммерциялық өнімдерді (этанол, майлар, метан және бір жасушалық ақуыз) өндіру үшін пайдаланылады. Керісінше, дамушы елдерде (Үндістан, Латын Америкасы, Африка) биомассаның негізгі бөлігі энергия көзі ретінде (отын ретінде) тікелей қолданылады.

Өсімдік биомассасының жылдық таза өнімі шамамен 175 миллиард тонна құрғақ затты құрайды (құрлықта 125 миллиард тонна және мұхиттарда 50 миллиард тонна). Ормандар жердегі биомассаны өндіруге айтарлықтай үлес қосады (шамамен 45%). Өсімдік биомассасының шамамен 6%-ын егістік алқаптағы ауыл шаруашылығы дақылдары құрайды.

Ауылшаруашылық биомасса өнімдері (жарма, бұршақ, май, мал азығы және т.б.) басқа негізгі қажеттіліктерден басқа (жанармай, химиялық заттар және т. Химиялық тұрғыдан алғанда, өндірілетін биомассаның шамамен 50% лигноцеллюлозаның күрделі түрінде.

Қазба отындары – биомассаның туындылары:

Қазіргі қоғам қайта қалпына келмейтін энергия көздеріне, атап айтқанда мұнайға, газға және көмірге тәуелді. Бұл қазба отындары ежелгі биомассаның туындылары болып табылады. Жанармайдың жер мен мұхиттардың астына түсуіне миллиондаған жылдар қажет болды.

Дегенмен, барлаудың бір ғасыры ішінде отынның негізгі қорлары (әсіресе газ және мұнай) таусылды және қазіргі қарқынмен олардың ұзаққа созылуы мүмкін емес. Осылайша, бүкіл әлемде энергетикалық дағдарыс бар. Демек, зерттеушілер энергияның балама және жаңартылатын көздерін іздеуді жалғастыруда.

Фотосинтез - энергияның соңғы көзі:

Фотосинтетикалық организмдер - күн энергиясын алудың негізгі көзі. Фотосинтетикалық пигмент хлорофиллдің қатысуымен көмірқышқыл газы оттегінің бөлінуімен күрделі көмірсуларға айналады.

Кейінгі реакцияларда күн энергиясы басқа күрделі көмірсулардан (целлюлоза, гемицеллюлоза және лигнин) басқа майлар мен ақуыздар сияқты молекулаларға түседі. Фотосинтетикалық организмдер күн энергиясын шынайы түрлендіргіштер болып табылады. Қазіргі уақытта фотосинтез арқылы жыл сайын әлем халқы тұтынатын энергиядан 10 есе көп энергия өндіріледі деп есептеледі.

Өкінішке орай, қазіргі кездегі энергетикалық дағдарыс мәселесін шешуде фотосинтездің рөлі жақсы танылған жоқ. Бұл тек фото синтетикалық жолмен өндірілген биомасса болғанымен, қазіргі уақытта қазба отын түрінде қол жетімді. Фотосинтез нәтижесінде алынған биомасса жанармай (алкоголь, метан) және басқа да коммерциялық өнімдерді өндіру үшін дұрыс пайдаланылуы мүмкін.

Биомассаның химиялық табиғаты:

Өсімдік биомассасы негізінен целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, крахмал, ақуыздар, суда еритін (қанттар, амин қышқылдары) және майда еритін (майлар, пигменттер) қосылыстардан тұрады. Бұл компоненттердің көпшілігі өсімдік жасушаларының қабырғаларында болады.

Биомассаның химиялық құрамы қайнар көзге байланысты әр түрлі болады. Мысалы, қант қамысы мен қызылша қантынан алынған биомасса қантқа бай, ал картоп пен топиока биомассасы крахмалға бай. Екінші жағынан, мақтада целлюлоза жоғары болады. Өнеркәсіптік және коммуналдық қалдықтардан алынатын биомассаның химиялық табиғаты өте өзгермелі, ол көбінесе биомассаға ықпал ететін көздерге байланысты.

Биомассаның көздері және пайдалануы:

Биомассаның негізгі көздері табиғи өсімдіктер, энергетикалық дақылдар, ауыл шаруашылығы, өнеркәсіптік және қалалық органикалық қалдықтар (31.1-сурет). Олардың өндірісі өз кезегінде күн энергиясына тәуелді.

Табиғи өсімдіктер (өсетін табиғи ормандар мен су арамшөптері) биомассаға айтарлықтай үлес қосады. Ағашқа бай өсімдіктер көптеген елдерде (әсіресе дамушы елдерде) тамақ дайындауға және басқа мақсаттарға от шығару үшін өсіріледі. Соңғы жылдары кейбір елдерде энергия қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін биомасса алу үшін жақсы жоспарланған және ұйымдастырылған плантациялар жүргізілуде. Мысалы, Бразилия мен Австралиядағы қант қамысы мен маниок плантациялары этанол өндіру үшін пайдаланылады. Лигноцеллюлозаға бай өсімдіктер Америка мен Швецияда өсіріледі, олар сұйық отын (этанол, метанол) алу үшін пайдалы.

Ауыл шаруашылығы, өнеркәсіптік және коммуналдық қалдықтар бұрын пайдасыз деп есептеліп, тасталды. Бірақ жақын уақытта көптеген елдер бұл қалдықтарды биоотынға және коммерциялық маңызды өнімдерге айналдыру әдістерін әзірледі. Сәтті пайдаланылатын ауылшаруашылық қалдықтарына сабан, қопсытқыш, кебек, мақта қалдықтары жатады. Өнеркәсіптік қалдықтардың ішінде меласса, сарысу, спирт өндірісінің қалдықтары және ағынды сулар маңызды болып табылады. Биомасса биоотын және басқа да әртүрлі қосылыстарды өндіру үшін пайдаланылады. Техника негізінен биомассаның химиялық табиғаты мен ылғалдылығына байланысты.

Құрамында биомассасы бар төмен ылғалдылық (ағаш, сабан, кебек) электр энергиясын алу үшін жану деп аталатын процесте тікелей күйіп кетуі мүмкін.

Құрғақ химиялық процестер:

Ылғалдылығы аз биомасса әртүрлі құрғақ химиялық процестерге ұшырауы мүмкін - пиролиз, метанол, мұнай және аммиак биомассасын алу үшін газдандыру.

Құрамында жоғары су бар биомасса этанол, май және метан алу үшін ашыту сияқты сулы процестерде қолданылады. Биомассаның көздері мен пайдалануына шолу 31.1-суретте көрсетілген.

Биомассадан алкоголь өндірісі:

Алкоголь, химиялық этанол (C2Х5OH) мыңдаған жылдар бойы ашыту арқылы өндірілген. Қазіргі уақытта дамыған елдер этанолды химиялық жолмен өндіруді жөн көргенімен, дамушы елдер оны микробтық ашыту арқылы өндіруді жалғастыруда. Алкоголь - бұл негізінен биомассадан алынатын сұйық отын. Алкоголь өндірісі үшін пайдаланылатын шикізатқа (биомасса) крахмал бар материалдар (бидай, күріш, жүгері, картоп) және целлюлозды материалдар (ағаш, ауыл шаруашылығы қалдықтары) жатады.

Энергияға бай дақылдар:

Кейбір зауыттар СО-ны түрлендіруде өте тиімді2 биомассаға айналады және мұндай өсімдіктер жалпы энергияға бай дақылдар деп аталады.

Қант және крахмал дақылдары:

Қант қамысы, қант қызылшасы, дәнді дақылдар және түйнек дақылдары сияқты кейбір өсімдіктер крахмал мен ашыту қантының жоғары мөлшерін шығарады. Бұл дақылдар энергияға бай азық-түлік пен жем береді. Мұндай зауыттар биоотын өндіру үшін пайдалы, әсіресе биоэтанол деп аталатын этанол.

Ағашқа бай өсімдіктер:

Кейбір өсімдіктер өте тез өседі және олар ағаштың жақсы жеткізушісі ретінде қызмет етеді. Мысалы, Эвкалипт, Бутеа, Мелия, Касурина. Бұл өсімдіктер отынның маңызды көзі болып табылады. Жыл сайын дайындалатын ағаштың шамамен 50% -ы отынға жұмсалады деп есептеледі. Ағаш қағаз өндірісі үшін целлюлозаны жеткізу үшін де пайдалы.

Мұнай зауыттары:

Жоғары молекулалы көмірсутектерді жинай алатын кейбір өсімдіктер бар. Олар мұнай дақылдары немесе бензин плантациялары деп аталады. Көмірсутектерге бай бұл зауыттардың өнімдері кәдімгі мұнай мен мұнай өнімдерін жақсы алмастыра алады.

Оңтүстік-Шығыс Азияда өсірілетін каучук зауыты (Гевея каучук) каучуктың негізгі көзі болып табылады. Резеңке латекс түрінде ағаштардың сабақтарынан жиналады. Бұл зауыт резеңкеге деген әлемдік сұраныстың шамамен үштен бірін қанағаттандырады.

Дегенмен, мұнайдан жасалған резеңке арзан және жоғары икемділігіне байланысты автомобильдер мен ұшақтарда пайдалану үшін қолайлы. Hevea резеңкеден басқа, табиғи каучук шығаратын басқа да зауыттар бар, мысалы. Parthenium agrentatum (guayule) Мексикада және АҚШ-тың кейбір бөліктерінде өсірілетін Taraxacum koksaghyz (орыс одуваншы).

Euphorbia lathyrus және E. terucalli құрамында тікелей бензин/бензинге айналуы мүмкін терпеноидтардың (күрделі көмірсутектер) жоғары мөлшері бар. E. terucelli жылына 5-10 баррель мұнай/акр бере алады деп есептелінеді.

Емен өсімдіктері (Calotropis procera) көмірсутектерге бай латексті бөледі. Бұл көмірсутектер мен шығымдылығы Euphorbia lathyrus-пен салыстырылады және олар мұнайдың жақсы алмастырғыштары ретінде де қызмет етеді.

Белгілі себептермен бүкіл әлемде мұнай зауыттарын өсіру құпталады.

Биоотын (спирт, метан) генерациялау үшін пайдалылығымен қатар, биомасса бутанол, ацетон, бір жасушалы ақуыз және басқа да көптеген өнімдерді өндіру үшін қолданылады. Осылайша, биомассаның әлемдік энергия қажеттіліктеріне қосқан үлесі өте төмен. Бұл АҚШ-та шамамен 5%, ал дамушы елдерде сәл жоғары болуы мүмкін. Дегенмен, жаңартылатын энергия көзі бола отырып, биомасса болашақта орасан зор құндылыққа ие болады. Бұл әсіресе әлемдегі жаңартылмайтын отындардың (газ және мұнай) таусылуына байланысты.

There is a growing realization on the fuel value of biomass. In the coming years, biomass production and utilization strategies will be fully exploited. In addition, further improvements in the biotechnological processes for better management and utilization of industrial, agricultural and domestic wastes will also solve the problem of world energy crisis.


Earth’s forests are getting shorter and younger as the climate shifts

A new study has determined that Earth’s forests are transforming in response to a combination of human actions and natural processes such as wildfires, causing them to lose their oldest trees and grow shorter. Sadly, this trend is likely to continue as the climate grows ever hotter thanks to human-led climate change.

The forests that cover a little under a third of our planet’s landmasses are home to a dizzying array of life, and form a vital part of Earth’s global ecosystem. This is partially due to their ability to remove carbon dioxide from the atmosphere, and capture it in a solid state as biomass.

Increasingly, human-induced climate change, wood harvesting, and a range of naturally occurring processes are placing forests around the world under stress. A new global study has used satellite observations and examined over 160 published papers in order to assess the impact that these disruptive influences are having on global forest dynamics.

Upon completing their review, the researchers discovered that Earth’s forests are dramatically shorter and younger on average than they were a century ago, and that we are at least partially to blame for this potentially damaging change.

The paper discusses three conditions that dictate the dynamics of a healthy forest, and how they are being disrupted.

The first characteristic is recruitment, which is the term given to an influx of new seedlings that will one day become young trees. The second is growth – an indicator of the net increase in biomass, and the third is mortality, which is defined as the loss of a plant’s ability to reproduce and undergo cellular metabolism.

In a healthy, old-growth forest these characteristics would balance each other out. However, a number of aggravating factors are seriously undermining this equilibrium.

For example, rising temperatures are making it much harder for trees and plants to photosynthesize. This is damaging to a forest on many levels, as not only does it kill trees, but it also makes it more difficult for them to regenerate and grow. It is also a major reason as to why the forests we see today are not as tall as they once were.

Prolonged high temperatures also give rise to droughts, which place trees under enormous stress and either kills them off directly or leaves them more susceptible to attack from insects or disease.

The high amount of carbon dioxide in the atmosphere, which has increased significantly since the onset of the industrial revolution, could actually help some trees ability to grow and propagate, but according to the new study there are limitations. The benefits of this carbon dioxide fertilization are apparently only observed in relatively young forests, where there is an abundance of nutrients and moisture.

Wildfires are also a serious threat to forests on a global scale, as are invasive fungi and parasitic vines. Furthermore, many of these factors – including the prevalence of wildfires – have been exacerbated by the onset of climate change.

To make matters worse, the forests must also contend with the threat of direct human action. Rampant wood harvesting and forest clearing has had a huge impact on forest ecosystems by removing many of the older trees.

The study data reviewed by the researchers showed that many of the aggravating factors listed, including drought, rising temperatures, forest fragmentation and insect attacks seemed to affect older trees more acutely than their younger brethren.

Furthermore, according to the newly published paper, tree mortality is increasing in most areas while the creation and growth of new trees continues to fluctuate. This has led to an overall loss.

"Over the last hundred years we've lost a lot of old forests, and they've been replaced in part by non-forests and in part by young forests," comments the study’s lead author Nate McDowell, an Earth scientist at the Pacific North West National Laboratory, in the US. "This has consequences on biodiversity, climate mitigation, and forestry."

Sadly, the continuing transformation of our planet’s forests will likely come hand in hand with a loss of biodiversity, as habitat changes will make life more challenging for animals living in the densely wooded areas.

"Unfortunately, mortality drivers like rising temperature and disturbances such as wildfire and insect outbreaks are on the rise and are expected to continue increasing in frequency and severity over the next century," states McDowell. "So, reductions in average forest age and height are already happening and they're likely to continue to happen."


Human ‘stuff’ now outweighs all life on Earth

It’s not just your storage unit that’s packed to the gills. According to a new study, the mass of all our stuff—buildings, roads, cars, and everything else we manufacture—now exceeds the weight of all living things on the planet. And the amount of new material added every week equals the total weight of Earth’s nearly 8 billion people.

“If you weren’t convinced before that humans are dominating the planet, then you should be convinced now,” says Timon McPhearson, an urban ecologist at the New School who was not involved with the research. “This is an eye-catching comparison,” adds Fridolin Krausmann, a social ecologist at the University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna, who also was not involved in the work.

There are many measures of humanity’s impact on the planet. Fossil fuels have sent greenhouse gases soaring to levels not seen in at least 800,000 years. Agriculture and dwellings have altered 70% of land. And humans have wiped out untold numbers of species in an emerging great extinction. The transformations are so great that researchers have declared we’re living in a new human-dominated age: the Anthropocene.

Systems biologist Ron Milo of the Weizmann Institute of Science went looking for a new gauge of our impact. He and his colleagues synthesized previous estimates of the biomass of living plants for each year between 1900 and 2017. Those estimates account for about 90% of all living things and are based on field research and computer modeling. From 1990 onward, they also include data from satellites, which researchers have used to track global vegetation.

Then the team added in the mass of all other living things—organisms from bacteria to whales—which they had tallied up in 2018, based on field surveys. (Humans make up roughly 0.01% of the planet’s biomass.) The yearly estimates of the mass of humanmade materials came from published research by Krausmann and colleagues, including objects such as cars and machines, and buildings and other infrastructure.

The change over the past 120 years has been dramatic. In 1900, the mass of human materials was just 3% of Earth’s total biomass. Since then, materials have doubled about every 20 years, the team reports today in Nature . The glut of concrete and asphalt began during the boom years between World War II and the oil crisis of 1973, when developed countries went on a building spree. In recent decades, even more has been added. Meanwhile, total biomass declined gradually since 1900 to about 1100 billion tons, because of deforestation and other reasons. The increase is humanmade mass is driven by the use of dense geological resources: rocks, minerals, and metals.

Humanmade mass finally exceeded Earth’s total living biomass this year—give or take 6 years. The timing of that transition hinges on whether biomass is tallied with or without water. If water is included, biomass will remain larger than human materials until about 2037. Even today, the comparisons are sobering: Buildings and other infrastructure weigh more than the world’s trees and shrubs, the researchers found. And the mass of plastic is double that of all animals. The findings add weight to the concept of the Anthropocene, the researchers conclude. “It is an indication that, indeed, the transition happened and the name is appropriate,” Milo says. He doesn’t have a strong opinion on whether the beginning of the new geological era should be this year or decades earlier.

The new research “helps us solidify the evidence of our impact on the planet,” says Josh Tewksbury, director of Future Earth, a network of sustainability scientists. But, he says, “It doesn’t help us on the details of what to do about it.” That’s because global mass of materials is a crude metric of impact. For example, Krausmann says, it doesn’t consider the toxicity of various substances. And location matters, too. The concrete in a dam has a much bigger environmental impact than the same amount of concrete in a city.

Eduardo Brondizio, an environmental anthropologist at Indiana University, Bloomington, points out that in developing countries, where cities lack adequate housing, sewage treatment plants, and other infrastructure, a dearth of human materials is unjust and environmentally damaging. “It’s not that infrastructure per se is bad,” he says. “It’s how we do infrastructure that is the problem.”

Infrastructure will continue to expand, fastest in developing cities, says Xuemei Bai, who studies urban sustainability at the Australian National University. All the energy involved in producing raw materials could jeopardize international climate goals, she notes. But cities offer an efficiency of scale not possible in rural locations, because they have fewer roads and water mains per person, for example. And technological and policy innovation could help reduce the environmental impact of humanity’s massive footprint, Bai says. "I’m hopeful. It is possible."


Biomass Energy

The term "biomass" refers to organic matter that has stored energy through the process of photosynthesis. It exists in one form as plants and may be transferred through the food chain to animals' bodies and their wastes, all of which can be converted for everyday human use through processes such as combustion, which releases the carbon dioxide stored in the plant material. Many of the biomass fuels used today come in the form of wood products, dried vegetation, crop residues, and aquatic plants. Biomass has become one of the most commonly used renewable sources of energy in the last two decades, second only to hydropower in the generation of electricity. It is such a widely utilized source of energy, probably due to its low cost and indigenous nature, that it accounts for almost 15% of the world's total energy supply and as much as 35% in developing countries, mostly for cooking and heating.

Biomass is one of the most plentiful and well-utilised sources of renewable energy in the world. Broadly speaking, it is organic material produced by the photosynthesis of light. The chemical material (organic compounds of carbons) are stored and can then be used to generate energy. The most common biomass used for energy is wood from trees. Wood has been used by humans for producing energy for heating and cooking for a very long time.

Biomass has been converted by partial-pyrolisis to charcoal for thousands of years. Charcoal, in turn has been used for forging metals and for light industry for millenia. Both wood and charcoal formed part of the backbone of the early Industrial Revolution (much northern England, Scotland and Ireland were deforested to produce charcoal) prior to the discovery of coal for energy.

Wood is still used extensively for energy in both household situations, and in industry, particularly in the timber, paper and pulp and other forestry-related industries. Woody biomass accounts for over 10% of the primary energy consumed in Austria, and it accounts for much more of the primary energy consumed in most of the developing world, primarily for cooking and space heating.

It is used to raise steam, which, in turn, is used as a by-product to generate electricity. Considerable research and development work is currently underway to develop smaller gasifiers that would produce electricity on a small-scale. For the moment, however, biomass is used for off-grid electricity generation, but almost exclusively on a large-, industrial-scale.

There are two issues that affect the evaluation of biomass as a viable solution to our energy problem: the effects of the farming and production of biomass and the effects of the factory conversion of biomass into usable energy or electricity. There are as many environmental and economic benefits as there are detriments to each issue, which presents a difficult challenge in evaluating the potential success of biomass as an alternative fuel. For instance, the replacement of coal by biomass could result in "a considerable reduction in net carbon dioxide emissions that contribute to the greenhouse effect." On the other hand, the use of wood and other plant material for fuel may mean deforestation. We are all aware of the problems associated with denuding forests, and widespread clear cutting can lead to groundwater contamination and irreversible erosion patterns that could literally change the structure of the world ecology.

Biomass has to be considered in the search for an alternative source of energy that is abundant in a wide-scale yet non-disruptive manner, since it is capable of being implemented at all levels of society. Although tree plantations have "considerable promise" in supplying an energy source, "actual commercial use of plantation-grown fuels for power generation is limited to a few isolated experiences." Supplying the United States ' current energy needs would require an area of one million square miles. That's roughly one-third of the area of the 48 contiguous states. There is no way that plantations could be implemented at this scale, not to mention that soil exhaustion would eventually occur. Biomass cannot replace our current dependence on coal, oil, and natural gas, but it can complement other renewables such as solar and wind energy.

According to Flavin and Lenssen of the Worldwatch Institute , "If the contribution of biomass to the world energy economy is to grow, technological innovations will be needed, so that biomass can be converted to usable energy in ways that are more efficient, less polluting, and at least as economical as today's practices." When we have enough government support and have allotted enough land for the continuous growth of energy crops for biomass-based energy, we may have a successful form of alternative energy. But "as long as worldwide prices of coal, oil and gas are relatively low, the establishment of plantations dedicated to supplying electric power or other higher forms of energy will occur only where financial subsidies or incentives exist or where other sources of energy are not available." Although it is currently utilized across the globe, biomass energy is clearly not capable of sustaining the world's energy needs on its own.


Food Web

A food web consists of all the food chains in a single ecosystem.

This lists the logos of programs or partners of NG Education which have provided or contributed the content on this page. Leveled by

A food web consists of all the food chains in a single ecosystem. Each living thing in an ecosystem is part of multiple food chains. Each food chain is one possible path that energy and nutrients may take as they move through the ecosystem. All of the interconnected and overlapping food chains in an ecosystem make up a food web.

Organisms in food webs are grouped into categories called trophic levels. Roughly speaking, these levels are divided into producers (first trophic level), consumers, and decomposers (last trophic level).

Producers make up the first trophic level. Producers, also known as autotrophs, make their own food and do not depend on any other organism for nutrition. Most autotrophs use a process called photosynthesis to create food (a nutrient called glucose) from sunlight, carbon dioxide, and water.

Plants are the most familiar type of autotroph, but there are many other kinds. Algae, whose larger forms are known as seaweed, are autotrophic. Phytoplankton, tiny organisms that live in the ocean, are also autotrophs. Some types of bacteria are autotrophs. For example, bacteria living in active volcanoes use sulfur, not carbon dioxide, to produce their own food. This process is called chemosynthesis.

The next trophic levels are made up of animals that eat producers. These organisms are called consumers.

Consumers can be carnivores (animals that eat other animals) or omnivores (animals that eat both plants and animals). Omnivores, like people, consume many types of foods. People eat plants, such as vegetables and fruits. We also eat animals and animal products, such as meat, milk, and eggs. We eat fungi, such as mushrooms. We also eat algae, in edible seaweeds like nori (used to wrap sushi rolls) and sea lettuce (used in salads). Bears are omnivores, too. They eat berries and mushrooms, as well as animals such as salmon and deer.

Primary consumers are herbivores. Herbivores eat plants, algae, and other producers. They are at the second trophic level. In a grassland ecosystem, deer, mice, and even elephants are herbivores. They eat grasses, shrubs, and trees. In a desert ecosystem, a mouse that eats seeds and fruits is a primary consumer.

In an ocean ecosystem, many types of fish and turtles are herbivores that eat algae and seagrass. In kelp forests, seaweeds known as giant kelp provide shelter and food for an entire ecosystem. Sea urchins are powerful primary consumers in kelp forests. These small herbivores eat dozens of kilograms (pounds) of giant kelp every day.

Secondary consumers eat herbivores. They are at the third trophic level. In a desert ecosystem, a secondary consumer may be a snake that eats a mouse. In the kelp forest, sea otters are secondary consumers that hunt sea urchins.

Tertiary consumers eat the secondary consumers. They are at the fourth trophic level. In the desert ecosystem, an owl or eagle may prey on a snake.

There may be more levels of consumers before a chain finally reaches its top predator. Top predators, also called apex predators, eat other consumers. They may be at the fourth or fifth trophic level. They have no natural enemies except humans. Lions are apex predators in the grassland ecosystem. In the ocean, fish like the great white shark are apex predators. In the desert, bobcats and mountain lions are top predators.

Detritivores and Decomposers

Detritivores and decomposers make up the last part of food chains. Detritivores are organisms that eat nonliving plant and animal remains. For example, scavengers such as vultures eat dead animals. Dung beetles eat animal feces.

Decomposers, like fungi and bacteria, complete the food chain. Decomposers turn organic wastes, such as decaying plants, into inorganic materials, such as nutrient-rich soil. They complete the cycle of life, returning nutrients to the soil or oceans for use by autotrophs. This starts a whole new series of food chains.

Food webs connect many different food chains, and many different trophic levels. Food webs can support food chains that are long and complicated, or very short.

For example, grass in a forest clearing produces its own food through photosynthesis. A rabbit eats the grass. A fox eats the rabbit. When the fox dies, decomposers such as worms and mushrooms break down its body, returning it to the soil where it provides nutrients for plants like grass.

This short food chain is one part of the forest's food web. Another food chain in the same ecosystem might involve completely different organisms. A caterpillar may eat the leaves of a tree in the forest. A bird such as a sparrow may eat the caterpillar. A snake may then prey on the sparrow. An eagle, an apex predator, may prey on the snake. Yet another bird, a vulture, consumes the body of the dead eagle. Finally, bacteria in the soil decompose the remains.

Algae and plankton are the main producers in marine ecosystems. Tiny shrimp called krill eat the microscopic plankton. The largest animal on Earth, the blue whale, preys on thousands of tons of krill every day. Apex predators such as orcas prey on blue whales. As the bodies of large animals such as whales sink to the seafloor, detritivores such as worms break down the material. The nutrients released by the decaying flesh provide chemicals for algae and plankton to start a new series of food chains.

Food webs are defined by their biomass. Biomass is the energy in living organisms. Autotrophs, the producers in a food web, convert the sun's energy into biomass. Biomass decreases with each trophic level. There is always more biomass in lower trophic levels than in higher ones.

Because biomass decreases with each trophic level, there are always more autotrophs than herbivores in a healthy food web. There are more herbivores than carnivores. An ecosystem cannot support a large number of omnivores without supporting an even larger number of herbivores, and an even larger number of autotrophs.

A healthy food web has an abundance of autotrophs, many herbivores, and relatively few carnivores and omnivores. This balance helps the ecosystem maintain and recycle biomass.

Every link in a food web is connected to at least two others. The biomass of an ecosystem depends on how balanced and connected its food web is. When one link in the food web is threatened, some or all of the links are weakened or stressed. The ecosystems biomass declines.

The loss of plant life usually leads to a decline in the herbivore population, for instance. Plant life can decline due to drought, disease, or human activity. Forests are cut down to provide lumber for construction. Grasslands are paved over for shopping malls or parking lots.

The loss of biomass on the second or third trophic level can also put a food web out of balance. Consider what may happen if a salmon run is diverted. A salmon run is a river where salmon swim. Salmon runs can be diverted by landslides and earthquakes, as well as the construction of dams and levees.

Biomass is lost as salmon are cut out of the rivers. Unable to eat salmon, omnivores like bears are forced to rely more heavily on other food sources, such as ants. The area's ant population shrinks. Ants are usually scavengers and detritivores, so fewer nutrients are broken down in the soil. The soil is unable to support as many autotrophs, so biomass is lost. Salmon themselves are predators of insect larvae and smaller fish. Without salmon to keep their population in check, aquatic insects may devastate local plant communities. Fewer plants survive, and biomass is lost.

A loss of organisms on higher trophic levels, such as carnivores, can also disrupt a food chain. In kelp forests, sea urchins are the primary consumer of kelp. Sea otters prey on urchins. If the sea otter population shrinks due to disease or hunting, urchins devastate the kelp forest. Lacking a community of producers, biomass plummets. The entire kelp forest disappears. Such areas are called urchin barrens.

Human activity can reduce the number of predators. In 1986, officials in Venezuela dammed the Caroni River, creating an enormous lake about twice the size of Rhode Island. Hundreds of hilltops turned into islands in this lake. With their habitats reduced to tiny islands, many terrestrial predators weren&rsquot able to find enough food. As a result, prey animals like howler monkeys, leaf-cutter ants, and iguanas flourished. The ants became so numerous that they destroyed the rainforest, killing all the trees and other plants. The food web surrounding the Caroni River was destroyed.

Biomass declines as you move up through the trophic levels. However, some types of materials, especially toxic chemicals, increase with each trophic level in the food web. These chemicals usually collect in the fat of animals.

When an herbivore eats a plant or other autotroph that is covered in pesticides, for example, those pesticides are stored in the animal&rsquos fat. When a carnivore eats several of these herbivores, it takes in the pesticide chemicals stored in its prey. This process is called bioaccumulation.

Bioaccumulation happens in aquatic ecosystems too. Runoff from urban areas or farms can be full of pollutants. Tiny producers such as algae, bacteria, and seagrass absorb minute amounts of these pollutants. Primary consumers, such as sea turtles and fish, eat the seagrass. They use the energy and nutrients provided by the plants, but store the chemicals in their fatty tissue. Predators on the third trophic level, such as sharks or tuna, eat the fish. By the time the tuna is consumed by people, it may be storing a remarkable amount of bioaccumulated toxins.

Because of bioaccumulation, organisms in some polluted ecosystems are unsafe to eat and not allowed to be harvested. Oysters in the harbor of the United States' New York City, for instance, are unsafe to eat. The pollutants in the harbor accumulate in its oysters, a filter feeder.

In the 1940s and 1950s, a pesticide called DDT (dichloro-diphenyl-trichloroethane) was widely used to kill insects that spread diseases. During World War II, the Allies used DDT to eliminate typhus in Europe, and to control malaria in the South Pacific. Scientists believed they had discovered a miracle drug. DDT was largely responsible for eliminating malaria in places like Taiwan, the Caribbean, and the Balkans.

Sadly, DDT bioaccumulates in an ecosystem and causes damage to the environment. DDT accumulates in soil and water. Some forms of DDT decompose slowly. Worms, grasses, algae, and fish accumulate DDT. Apex predators, such as eagles, had high amounts of DDT in their bodies, accumulated from the fish and small mammals they prey on.

Birds with high amounts of DDT in their bodies lay eggs with extremely thin shells. These shells would often break before the baby birds were ready to hatch.

DDT was a major reason for the decline of the bald eagle, an apex predator that feeds primarily on fish and small rodents. Today, the use of DDT has been restricted. The food webs of which it is a part have recovered in most parts of the country.

Photograph by James Abernethy

Out for Blood
One of the earliest descriptions of food webs was given by the scientist Al-Jahiz, working in Baghdad, Iraq, in the early 800s. Al-Jahiz wrote about mosquitoes preying on the blood of elephants and hippos. Al-Jahiz understood that although mosquitoes preyed on other animals, they were also prey to animals such as flies and small birds.

A Million to One
Marine food webs are usually longer than terrestrial food webs. Scientists estimate that if there are a million producers (algae, phytoplankton, and sea grass) in a food web, there may only be 10,000 herbivores. Such a food web may support 100 secondary consumers, such as tuna. All these organisms support only one apex predator, such as a person.

Lost Energy
Biomass shrinks with each trophic level. That is because between 80% and 90% of an organism's energy, or biomass, is lost as heat or waste. A predator consumes only the remaining biomass.


The Biggest Environmental Problems Of 2021

The climate crisis is accelerating at an unprecedented rate, and we are not ready for it. While the crisis has many factors that play a role in its exacerbation, there are some that warrant more attention than others. Here are some of the biggest environmental problems of our lifetime.

Poor Governance

According to economists like Nicholas Stern, the climate crisis is a result of multiple market failures.

Economists and environmentalists have urged policymakers for years to increase the price of activities that emit greenhouse gases (one of our biggest environmental problems), the lack of which constitutes the largest market failure, for example through carbon taxes, which will stimulate innovations in low-carbon technologies.

To cut emissions quickly and effectively enough, governments must not only massively increase funding for green innovation to bring down the costs of low-carbon energy sources, but they also need to adopt a range of other policies that address each of the other market failures.

A national carbon tax is currently implemented in 25 countries around the world , including various countries in the EU, Canada, Singapore, Japan, Ukraine and Argentina. However, according to the 2019 OECD Tax Energy Use report, current tax structures are not adequately aligned with the pollution profile of energy sources. For example, the OECD suggests that carbon taxes are not harsh enough on coal production, although it has proved to be effective for the electricity industry. A carbon tax has been effectively implemented in Sweden the carbon tax is USD $127 per tonne and has reduced emissions by 25% since 1995, while its economy has expanded 75% in the same time period.

Further, organisations such as the United Nations are not fit to deal with the climate crisis: it was assembled to prevent another world war and is not fit for purpose. Anyway, members of the UN are not mandated to comply with any suggestions or recommendations made by the organisation. For example, the Paris Agreement, an agreement within the United Nations Framework Convention on Climate Change, says that countries need to reduce greenhouse gas emissions significantly so that global temperature rise is below 2 degrees Celsius by 2100, and ideally under 1.5 degrees. But signing on to it is voluntary, and there are no real repercussions for non-compliance. Further, the issue of equity remains a contentious issue whereby developing countries are allowed to emit more in order to develop to the point where they can develop technologies to emit less, and it allows some countries, such as China, to exploit this.

Food Waste

A third of the food intended for human consumption- around 1.3 billion tons- is wasted or lost. This is enough to feed 3 billion people. Food waste and loss accounts for 4.4 gigatons of greenhouse gas emissions annually if it was a country, food waste would be the third highest emitter of greenhouse gases, behind China and the US.

Food waste and loss occurs at different stages in developing and developed countries in developing countries, 40% of food waste occurs at the post-harvest and processing levels, while in developed countries, 40% of food waste occurs at the retail and consumer levels.

At the retail level, a shocking amount of food is wasted because of aesthetic reasons in fact, in the US, more than 50% of all produce thrown away in the US is done so because it is deemed to be “too ugly” to be sold to consumers- this amounts to about 60 million tons of fruits and vegetables. This leads to food insecurity, another one of the biggest environmental problems on the list.

Biodiversity Loss

The past 50 years have seen a rapid growth of human consumption, population, global trade and urbanisation, resulting in humanity using more of the Earth’s resources than it can replenish naturally.

A recent WWF report found that the population sizes of mammals, fish, birds, reptiles and amphibians have experienced a decline of an average of 68% between 1970 and 2016. The report attributes this biodiversity loss to a variety of factors, but mainly land-use change, particularly the conversion of habitats, like forests, grasslands and mangroves, into agricultural systems. Animals such as pangolins, sharks and seahorses are significantly affected by the illegal wildlife trade, and pangolins are critically endangered because of it.

More broadly, a recent analysis has found that the sixth mass extinction of wildlife on Earth is accelerating. More than 500 species of land animals are on the brink of extinction and are likely to be lost within 20 years the same number were lost over the whole of the last century. The scientists say that without the human destruction of nature, this rate of loss would have taken thousands of years.

Plastic Pollution

In 1950, the world produced more than 2 million tons of plastic per year . By 2015, this annual production swelled to 419 million tons.

A report by science journal, Nature, determined that currently, roughly 11 million tons of plastic make its way into the oceans every year, harming wildlife habitats and the animals that live in them. The research found that if no action is taken, this will grow to 29 million metric tons per year by 2040. If we include microplastics into this, the cumulative amount of plastic in the ocean could reach 600 million tons by 2040.

Shockingly, National Geographic found that 91% of all plastic that has ever been made is not recycled, representing not only one of the biggest environmental problems of our lifetime, but another massive market failure. Considering that plastic takes 400 years to decompose, it will be many generations until it ceases to exist.

Deforestation

Every minute, forests the size of 20 football fields are cut down. By the year 2030, the planet might have only 10% of its forests if deforestation isn’t stopped, they could all be gone in less than 100 years.

Agriculture is the leading cause of deforestation, another one of the biggest environmental problems appearing on this list. Land is cleared to raise livestock or to plant other crops that are sold, such as sugar cane and palm oil. Besides for carbon sequestration, forests help to prevent soil erosion, because the tree roots bind the soil and prevent it from washing away, which also prevents landslides.

The three countries experiencing the highest levels of deforestation are Brazil, the Democratic Republic of Congo and Indonesia, however Indonesia is tackling deforestation , now seeing the lowest rates since the beginning of the century.

Air Pollution

Research from the World Health Organization (WHO) shows that an estimated 4.2 to 7 million people die from air pollution worldwide every year and that nine out of 10 people breathe air that contains high levels of pollutants. In Africa, 258 000 people died as a result of outdoor air pollution in 2017, up from 164 000 in 1990, according to UNICEF . This comes mostly from industrial sources and motor vehicles, as well as emissions from burning biomass and poor air quality due to dust storms.

In Europe, a recent report from the EU’s environment agency showed that air pollution contributed to 400 000 annual deaths in the EU in 2012 (the last year for which data was available).

In the wake of the COVID-19 pandemic, attention has been put on the role that air pollution has in transporting the virus molecules. Preliminary studies have identified a positive correlation between COVID-19-related mortalities and air pollution and there is also a plausible association of airborne particles assisting the viral spread. This could have contributed to the high death toll in China, where air quality is notoriously poo r, although more definitive studies must be conducted before such a conclusion can be drawn.

Ауыл шаруашылығы

Studies have shown that the global food system is responsible for up to one third of all human-caused greenhouse gas emissions, of which 30% comes from livestock and fisheries. Crop production releases greenhouse gases such as nitrous oxide through the use of fertilisers .

60% of the world’s agricultural area is dedicated to cattle ranching , although it only makes up 24% of global meat consumption.

Agriculture not only covers a vast amount of land, but it also consumes a vast amount of freshwater, another one of the biggest environmental problems on this list. While arable lands and grazing pastures cover one-third of Earth’s land surfaces , they consume three-quarters of the world’s limited freshwater resources.

Scientists and environmentalists have continuously warned that we need to rethink our current food system switching to a more plant-based diet would dramatically reduce the carbon footprint of the conventional agriculture industry.

Global Warming From Fossil Fuels

At time of publication, CO2 PPM (parts per million) is at 410 and the global temperature rise is 0.89 degrees Celsius.

Increased emissions of greenhouse gases have caused temperatures to rise, which are causing catastrophic events all over the world- just this year has seen Australia experience one of the most devastating bushfire seasons ever recorded, locusts swarming across parts of Africa, the Middle East and Asia, decimating crops, scientists warning that the planet has crossed a series of tipping points that could have catastrophic consequences, microplastic being found in Antarctic ice for the first time, a heatwave in Antarctica that saw temperatures rise above 20 degrees for the first time, warnings of advancing permafrost melt in Arctic regions, the Greenland ice sheet melting at an unprecedented rate, news of the accelerating sixth mass extinction , increasing deforestation in the Amazon rainforest, warnings of air pollution exacerbating the spread of COVID-19 , China experiencing its worst floods in decades, methane levels rising to their highest on record , Canada’s last intact ice shelf collapsing, a national park in the US recording the highest temperature ever recorded on Earth, 13% of deaths in the EU being linked to various forms of pollution , a report saying that population sizes of wildlife have experienced an average decline of 68% since 1970 and record-breaking wildfires in California that have blocked out the sun – and these are just a fraction of the events.

The climate crisis is causing tropical storms and other weather events such as hurricanes, heat waves and flooding to be more intense and frequent than seen before. However, a study has found that even if all greenhouse gas emissions were halted in 2020, global warming would only be halted by around 2033 . It is absolutely imperative that we reduce greenhouse gas emissions thankfully, this year is set to see the highest uptake of renewable energy projects around the world.

Melting Ice Caps

The climate crisis is warming the Arctic more than twice as fast as anywhere else on the planet. Seas are now rising an average of 3.2 mm per year globally, and are predicted to climb to a total of 0.2 to 2m by 2100. In the Arctic, the Greenland Ice Sheet poses the greatest risk for sea levels because melting land ice is the main cause of rising sea levels.

Representing arguably the biggest of the environmental problems, this is made all the more concerning considering that last year’s summer triggered the loss of 60 billion tons of ice from Greenland, enough to raise global sea levels by 2.2mm in just two months . According to satellite data, the Greenland ice sheet lost a record amount of ice in 2019: an average of a million tons per minute throughout the year, one of the biggest environmental problems that has cascading effects.

If the entire Greenland ice sheet melts, sea level would rise by six metres .

Meanwhile, the Antarctic continent contributes about 1 millimeter per year to sea level rise, which is a third of the annual global increase.

Additionally, the last fully intact ice shelf in Canada in the Arctic recently collapsed, having lost about 80 sq km, or 40%, of its area over a two-day period in late July, according to the Canadian Ice Service.

The sea level rise will have a devastating impact on those living in coastal regions: according to research and advocacy group Climate Central, sea level rise this century could flood coastal areas that are now home to 340 million to 480 million people , forcing them to migrate to safer areas and contributing to overpopulation and strain of resources in the areas they migrate to.

Food and Water Insecurity

Rising temperatures and unsustainable farming practices has resulted in the increasing threat of water and food insecurity.

Globally, more than 68 billion tonnes of top-soil is eroded every year at a rate 100 times faster than it can naturally be replenished. Laden with biocides and fertiliser, the soil ends up in waterways where it contaminates drinking water and protected areas downstream.

Furthermore, exposed and lifeless soil is more vulnerable to wind and water erosion due to lack of root and mycelium systems that hold it together. A key contributor to soil erosion is over-tilling: although it increases productivity in the short-term by mixing in surface nutrients (e.g. fertiliser), tilling is physically destructive to the soil’s structure and in the long-term leads to soil compaction, loss of fertility and surface crust formation that worsens topsoil erosion.

With the global population expected to reach 9 billion people by mid-century, the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) projects that global food demand may increase by 70% by 2050 . Around the world, more than 820 million people do not get enough to eat.

The UN secretary-general António Guterres says, “Unless immediate action is taken, it is increasingly clear that there is an impending global food security emergency that could have long term impacts on hundreds of millions of adults and children.” He urged for countries to rethink their food systems and encouraged more sustainable farming practices.

In terms of water security, only 3% of the world’s water is fresh water , and two-thirds of that is tucked away in frozen glaciers or otherwise unavailable for our use.

As a result, some 1.1 billion people worldwide lack access to water, and a total of 2.7 billion find water scarce for at least one month of the year. By 2025, two-thirds of the world’s population may face water shortages.

While these are some of the biggest environmental problems plaguing our planet, there are many more that have not been mentioned, including overfishing, urban sprawl, toxic superfund sites and land use changes. While there are many facets that need to be considered in formulating a response to the crisis, they must be coordinated, practical and far-reaching enough to make enough of a difference.


Бейнені қараңыз: The Science of Natural Disasters (Ақпан 2023).