3. Flöde av energi och kretslopp av materia

Det finns två viktiga aspekter i varje ekosystem: biotan, eller det biotiska samhället, och de abiotiska miljöfaktorerna. Det sätt på vilket olika kategorier av organismer passar ihop kallas den biotiska strukturen, och det huvudsakliga näringsförhållandet mellan organismerna utgör den trofiska strukturen. Alla ekosystem har tre grundläggande kategorier av organismer som interagerar på samma sätt. 

Trofiska kategorier

De viktigaste kategorierna av organismer är

1. producenter,
2. konsumenter samt
3. detritusmatare och nedbrytare, tillsammans kallas de destruenter.

Tillsammans producerar dessa grupper mat, skickar den vidare i näringskedjorna och återför utgångsmaterialet till de abiotiska delarna av miljön. 

Producenter

Producenter är organismer som fångar upp energi från solen eller från kemiska reaktioner för att omvandla koldioxid (CO₂) till organiskt material. De flesta producenter är gröna växter, som använder ljusenergi för att omvandla CO₂ och vatten till ett socker som kallas glukos och sedan släpper ut syre som en biprodukt. Den här kemiska reaktionen, som drivs av ljusenergi, kallas fotosyntes. Växter kan tillverka alla de komplexa molekyler som utgör deras kroppar från glukosen som produceras i fotosyntesen, plus några ytterligare mineralnäringsämnen som kväve, fosfor, kalium och svavel, som de absorberar från jorden eller vattnet (Figur 3.1)

Enkelriktat flöde av energi

Vad händer med all solenergi som kommer in i ekosystemen? Det mesta absorberas av atmosfären, haven och marken och värmer upp dem under processen. Den lilla del (2-5%) som fångas upp av levande växter förs antingen vidare till de konsumenter och detritivorer (organismer som lever på döda eller ruttnande organismer) som äter dem eller bryts ned till den lägsta och mest oordnade formen av energi - värme - när växterna bryts ned. Så småningom försvinner all energi som kommer in i ekosystemen som värme. Enligt termodynamikens lagar kommer ingen energi att gå förlorad. Det sker dock så många energiomvandlingar i ekosystemens aktiviteter att energitappet ökar och all energi bryts ned till en form som inte kan användas för ytterligare arbete. Denna värmeenergi kan stanna kvar i atmosfären under en viss tid, men kommer så småningom att strålas ut i rymden igen. Det slutliga resultatet är att energin flödar i en enkelriktad riktning genom ekosystemen och så småningom lämnar jorden; den går inte förlorad för universum, men den är inte längre tillgänglig för ekosystemen, så den måste ständigt tillföras på nytt genom solljus.

Energiflödet är en av de två grundläggande processer som gör att ekosystemen fungerar. I motsats till energiflödet talar vi om kretsloppet av näringsämnen och andra grundämnen, som ständigt återanvänds från dem som redan finns tillgängliga på jorden.