वायुमंडल का ऊर्जा चक्र
पारिस्थितिक तंत्र ऊर्जा चक्र और बाहरी स्रोतों से प्राप्त पोषक तत्वों द्वारा खुद को बनाए रखता है । पहले पौष्टिकता स्तर पर, प्राथमिक उत्पादक(पौधों, शैवाल, और कुछ बैक्टीरिया) संश्लेषण के माध्यम से जैविक संयंत्र सामग्री के उत्पादन के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग करते हैं । शाकाहारी जानवर जो सिर्फ पौधे खाते हैं, द्वितीय पौष्टिक स्तर को बनाते हैं । शिकारी जानवर जो शाकाहारी जानवरों को खाते हैं तीसरा पौष्टिकता स्तर बनाते हैं ।
चूंकि पौधे सूर्य की ऊर्जा को सीधे उत्तकों में परिवर्तित कर बढ़ते हैं, इसलिए इन्हें पारिस्थितिकी तंत्र में उत्पादक के रूप में जाना जाता है। पौधों को शाकाहारी जानवरों द्वारा भोजन के रूप में खाया जाता है जो उन्हें ऊर्जा प्रदान करता है । इस ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा इन जानवरों द्वारा इनके दैनिक कार्य के लिए उपयोग किया जाता है जैसे श्वास लेना, भोजन को पचाना, उत्तकों के विकास में मदद करना, , रक्त प्रवाह और शरीर का तापमान बनाए रखना | ऊर्जा का प्रयोग अन्य गतिविधियों के लिए भी किया जाता है जैसे भोजन की तलाश करना, आश्रय खोजना, प्रजनन करना व छोटे बच्चों को बड़ा करना |इसके बदले मांसाहारी जानवर शाकाहारी जानवरों पर निर्भर करते हैं जिन्हें वे खाते हैं । अतः इस प्रकार विभिन्न पौधे और जीवों की प्रजातियों खाद्य श्रृंखला के माध्यम से एक दूसरे से जुड़े हुए हैं। प्रत्येक खाद्य श्रृंखला में तीन या चार संबंध होते हैं। हालांकि प्रत्येक पौधा या जानवर कई अलग अलग कड़ियों के माध्यम से कई अन्य पौधों या जानवरों से जुड़ा हुआ है इन आपस में जुड़ी हुई कड़ियों को एक जटिल खाद्य जाल के रूप में दर्शाया जा सकता है | अतः इसे “जीवन का जाल” कहा जाता है जिससे प्रकृति में हज़ारों अंतर्संबंधों के बारे में पता चलता है |
पारिस्थितिकी तंत्र में ऊर्जा को एक खाद्य पिरामिड या ऊर्जा पिरामिड के रूप में दर्शाया जा सकता है। खाद्य पिरामिड में पौधों का बड़ा आधार होता है जिन्हे “उत्पादक” कहा जाता है| इस पिरामिड में संकरा माध्यम वर्ग होता है जोकि शाकाहारी जानवरों की संख्या व जैव भार को दर्शाती है, जिन्हें प्रथम क्रम का उपभोक्ता कहा जाता है | सबसे ऊपर छोटे जैवभार के मांसाहारी जानवर को दर्शाता है जिसे द्वितीय क्रम का उपभोक्ता कहा जाता है | आदमी भी पिरामिड के सबसे ऊपर एक जानवर के रूप में दर्शाया गया है| अतः मानवजाति के जीने के लिये शाकाहारी जानवरों का एक बड़ा आधार और यहाँ तक कि बड़ी तादाद में वनस्पति सामाग्री की आवश्यकता होगी | जब पौधे और जानवर मर जाते हैं, ये अपघटन करने वाले जैसे कीट, कीड़े, जीवाणु और कवक के द्वारा सरल पदार्थों में टूट जाने के बाद वापिस मिट्टी में मिल जाते हैं ताकि पौधे ऊर्जा चक्र द्वारा अपनी जड़ों के माध्यम से पोषक तत्वों को अवशोषित कर सकें |
प्राथमिक उपभोक्ता कुल सौर ऊर्जा का केवल एक अंश ही प्राप्त कर पाते हैं –लगभग 10% - उत्पादकों द्वारा ग्रहण कर पाते हैं जिसे वे खाते हैं | अन्य 90% विकास, प्रजनन, और अस्तित्व के लिए अस्तित्व द्वारा इस्तेमाल किया जाता है, या यह गर्मी के रूप में खो दिया जाता है। आप संभवतः देख सकते हैं कि यह कहाँ जा रहा है । प्राथमिक उपभोक्ताओं को माध्यमिक उपभोक्ताओं द्वारा खाया जाता है। एक उदाहरण के तौर पर पक्षी कीड़े को खाता है जो कीड़ा पत्ता खाता है | माध्यमिक उपभोक्ताओं को तृतीयक उपभोक्ताओं द्वारा खाया जाता है।
प्रत्येक स्तर पर, जिसे पौष्टिक स्तर कहा जाता है, लगभग ऊर्जा का 90% खो जाता है |यह शर्म की बात है। अतः यदि एक पौधा सौर ऊर्जा के 1000 कैलोरी को ग्रहण पाता है, और एक कीड़ा जो पत्ते खाता है केवल ऊर्जा का 100 कैलोरी ही प्राप्त करता है |एक मुर्गा जो कीड़े को खाता है केवल 10 कैलोरी ही प्राप्त कर पाता है और मनुष्य जब इस मुर्गे को खाता है तो पौधों द्वारा ग्रहण केवल सौर ऊर्जा के मूल 1000 कैलोरी में से 1 कैलोरी ही प्राप्त कर पाता है |जब आप इस तरह से सोचते हैं, तो यह 100 1000 कैलोरी पौधों- तक ले जाएगा- वैसे वे काफी बड़े पौधे होंगे,100 कैलोरी टुकड़े के विमुक्त श्रेणी के मुर्गे | अब आप सभी पौधों को याद करेंगे जिन्हें आप अपने जीवन में पानी देना भूल गए थे तथा काफी डरा हुआ महसूस करेंगे, क्या आप नहीं कर रहे हैं ?
उत्पादकों, प्राथमिक उपभोक्ताओं, माध्यमिक उपभोक्ताओं, और तृतीयक उपभोक्ताओं के बीच के रिश्तों को आमतौर पर पिरामिड के रूप में तैयार करते हैं जिसमें निचले भाग पर उत्पादक और सबसे ऊपर तृतीयक उपभोक्ता होते हैं | आप ऊपर दिये गए उदहारण से देख सकते हैं कि क्यों पिरामिड में उत्पादक सबसे नीचे होते हैं | उच्च पौष्टिक स्तर के उपभोक्ताओं जैसे मनुष्य को ऊर्जा प्राप्त करने के लिए उत्पादकों की आवश्यकता होती है जिससे वे प्रजनन कर सकें व बढ़ सकें |
यह इस महान रहस्य का जवाब है कि क्यों पृथ्वी पर इतने सारे पौधे हैं | हम आपको विस्तार से भी समझाएँगे क्योंकि इसे समझना बहुत ज़रूरी है : पृथ्वी पर बहुत सारे पौधे हैं क्योंकि पारिस्थितिक तंत्र के माध्यम से प्रवाहित ऊर्जा की कमी है । ऊर्जा का केवल 10% अगले पौष्टिक स्तर तक पारित हो पाता है |
पारिस्थितिकी तंत्र में ऊर्जा प्रवाह (Energy Flow in Ecosystem)
जीवित जीव दो रूपों में रेडिएंट और निश्चित ऊर्जा के रूप में ऊर्जा का उपयोग करते हैं। रेडिएंट ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में होती है, जैसे लाइट। फिक्स्ड एनर्जी विभिन्न ऑर्गेनिक पदार्थों में बंधी संभावित रासायनिक ऊर्जा है जो उनकी ऊर्जा सामग्री को मुक्त करने के लिए टूट भी सकती है।
ऑर्गेनिक मॉलिक्यूल्स का उत्पादन करने के लिए इनऑर्गेनिक पदार्थों का उपयोग करने वाली रेडिएंट ऊर्जा को फिक्स करने वाले जीवों को ऑटोट्रोफ कहा जाता है। जीव जो एबायोटिक स्रोत से ऊर्जा प्राप्त नहीं कर सकते हैं लेकिन ऑटोट्रॉफ द्वारा संश्लेषित ऊर्जा समृद्ध ऑर्गेनिक मॉलिक्यूल्स पर निर्भर करते हैं उन्हें हेटरोट्रोफ कहा जाता है। जो जीवित जीवों से ऊर्जा प्राप्त करते हैं उन्हें उपभोक्ताओं कहा जाता है और जो मृत जीवों से ऊर्जा प्राप्त करते हैं उन्हें डिकंपोजर्स कहा जाता है।
जब पौधों की हरी सतहों पर प्रकाश ऊर्जा गिरती है, तो इसका एक हिस्सा रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है जो पौधों में विभिन्न कार्बनिक उत्पादों में संग्रहीत हो जाता है। जब हरबिवोर्स पौधों का खाद्य पदार्थ के रूप में उपभोग करते हैं और पौधों के उत्पादों में गतिशील ऊर्जा में संचित रासायनिक ऊर्जा को परिवर्तित करती हैं, तो ऊर्जा में गिरावट गर्मी में इसके रूपांतरण के माध्यम से होती है। जब पहली बार (माध्यमिक उपभोक्ताओं) के मांसाहारियों द्वारा हरबिवोर्स का सेवन किया जाता है तो इसमे और गिरावट आ जाती है। इसी तरह, जब प्राथमिक कारनिवोर्स को शीर्ष मांसाहारियों द्वारा खाया जाता है, तो उससे ऊर्जा डीग्रेड हो जाती है।
ट्रॉपिक लेवॅल (Tropic Level)
पारिस्थितिक तंत्र में उत्पादकों और उपभोक्ताओं को कई खाद्य समूहों में व्यवस्थित किया जा सकता है, जिन्हें प्रत्येक ट्रॉपिक स्तर (भोजन स्तर) के रूप में जाना जाता है। किसी भी पारिस्थितिक तंत्र में, उत्पादक पहले ट्रोपिक स्तर का प्रतिनिधित्व करते हैं, हर्बिवार्स दूसरे ट्रोपिक स्तर, प्राथमिक मांसाहार(कारनिवोर्स) तीसरे ट्रोपिक स्तर का प्रतिनिधित्व करते हैं और शीर्ष मांसाहार अंतिम स्तर का प्रतिनिधित्व करते हैं।
खाद्य श्रृंखला (Food chain)
पारिस्थितिक तंत्र में, अकेले हरे पौधे ही सौर ऊर्जा को ट्रैप कर उसे रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने में सक्षम हैं। रासायनिक ऊर्जा विभिन्न ऑर्गेनिक कंपाउंड्स जैसे कि कार्बोहाइड्रेट, फैट्स और प्रोटीन, में बंद होती है। चूंकि लगभग सभी अन्य जीवित जीव अपनी
ऊर्जा के लिए हरे पौधों पर निर्भर करते हैं, इसलिए सौर ऊर्जा को पकड़ने के लिए किसी भी क्षेत्र में पौधों की दक्षता समुदाय में दीर्घकालिक ऊर्जा प्रवाह और जैविक गतिविधि की ऊपरी सीमा निर्धारित करती है।
हरे पौधों द्वारा निर्मित भोजन का उपयोग स्वयं और हर्बीवर्स द्वारा भी किया जाता है। पशु बार-बार फ़ीड करते हैं।
Herbivores कुछ मांसाहारी जानवरों के लिए शिकार बन जाते हैं। इस तरह जीवन का एक रूप दूसरे रूप का समर्थन करता है। इस प्रकार, एक उष्णकटिबंधीय स्तर से भोजन दूसरे ट्राफिक स्तर तक पहुंच जाता है और इस तरह एक श्रृंखला स्थापित की जाती है। इसे खाद्य श्रृंखला के रूप में जाना जाता है।
उदाहरण- मार्श घास → खरगोश → पक्षी → हॉक
किसी भी पारिस्थितिकी तंत्र में खाद्य श्रृंखला सीधे चलती है जिसमें हरे पौधे हरबिवोर्स द्वारा खाए जाते हैं, हरबिवोर्स को मांसाहारियों द्वारा खाया जाता है और मांसाहारियों को शीर्ष मांसाहारियों द्वारा खाया जाता है। मनुष्य कई खाद्य श्रृंखलाओं के स्थलीय लिंक बनाता है।
खाद्य श्रृंखला तीन प्रकार की होती है-
1. ग्रेजिंग खाद्य श्रृंखला
ग्रज़िंग या चरने वाली खाद्य श्रृंखला हरे पौधों से शुरू होती है और ऑटोट्रॉफ से यह प्राथमिक मांसाहारियों (माध्यमिक उपभोक्ताओं) और फिर माध्यमिक मांसाहारियों (तृतीयक उपभोक्ताओं) तक और उसके बाद हर्बिवार्स (प्राथमिक उपभोक्ताओं) तक जाती है।
2. पैरासाइट खाद्य श्रृंखला
यह बड़े ऑर्गनिस्मस से छोटे तक बिना हत्या के जाता है।
3. Detritus खाद्य श्रृंखला
मेटाबॉलिक वेस्ट से निकाले गए मृत आर्गेनिक अवशेष और ग्रेजिंग वाले खाद्य श्रृंखला से व्युत्पन्न निकास को आमतौर पर detritus कहा जाता है। डेटरीटस में निहित ऊर्जा पूरी तरह से पारिस्थितिक तंत्र में नहीं खोती है, बल्कि यह जीवों के समूह के लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करती है ।
कुछ पारिस्थितिक तंत्र में ग्रेजिंग खाद्य श्रृंखला से ज्यादा डेटरीतस श्रृंखला के माध्यम से अधिक ऊर्जा बहती है। डिट्रिटस खाद्य श्रृंखला में ऊर्जा प्रवाह अलग-अलग इकाइयों के बीच एक कदम के प्रवाह के बजाय निरंतर मार्ग के रूप में बनी हुई है। डिट्रिटस खाद्य श्रृंखला में कई जीव हैं जिसमे एलगी, fungi, बैक्टीरिया, स्लाइम मौलड्स, एक्टिनोमिस्ट्स, प्रोटोज़ोआ इत्यादि शामिल हैं।
वेब भोजन (Food Web)
एक पारिस्थितिक तंत्र में कई खाद्य श्रृंखलाएं मौजूद हैं, लेकिन वास्तव में ये खाद्य श्रृंखलाएं स्वतंत्र नहीं हैं। पारिस्थितिक तंत्र में, एक जीव पूरी तरह से किसी अन्य पर निर्भर नहीं है। संसाधनों को विशेष रूप से श्रृंखला की शुरुआत में साझा किया जाता है। मार्श पौधों कीड़े, पक्षियों, स्तनधारियों और मछलियों की विविधता से खाया जाता है और कुछ जानवरों को कई शिकारियों द्वारा खाया जाता है।
इसी प्रकार, खाद्य श्रृंखला घास → माउस → सांप → उल्लू में, कभी-कभी चूहों को सांपों द्वारा नहीं खाया जाता है लेकिन सीधे उल्लू द्वारा खाया जाता है। इस प्रकार का अंतर-संबंध पूरे समुदाय के व्यक्तियों को जोड़ता है। इस तरह, खाद्य श्रृंखलाएं एक दूसरे से जुड़ जाती हैं। पारस्परिक खाद्य श्रृंखलाओं का परिसर एक खाद्य वेब बनाता है। खाद्य वेब पारिस्थितिक तंत्र की स्थिरता को बनाए रखता है।
पारिस्थितिक पिरामिड (Ecological pyramid)
एक पारिस्थितिक तंत्र की उष्णकटिबंधीय संरचना को पारिस्थितिकीय पिरामिड के माध्यम से संकेतित किया जा सकता है। खाद्य श्रृंखला में प्रत्येक चरण में संभावित ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा गर्मी के रूप में खो जाता है। नतीजतन, प्रत्येक ट्रोपिक स्तर में जीव वास्तव में प्राप्त होने वाले अगले ट्रॉफ़िक स्तर तक कम ऊर्जा पर गुजरते हैं। यह किसी भी खाद्य श्रृंखला में 4 या 5 तक चरणों की संख्या को सीमित करता है।
खाद्य श्रृंखला जितनी लंबी होती है, अंतिम सदस्यों के लिए उतनी ही कम ऊर्जा उपलब्ध होती है। खाद्य श्रृंखला में उपलब्ध ऊर्जा के इस निस्तारण के कारण एक पिरामिड बनता है जिसे पारिस्थितिकीय पिरामिड के रूप में जाना जाता है।
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