Λύσεις Σχολικού

<AccordionRoot> <AccordionItem value='Άσκηση 1'> <AccordionTrigger> ## Άσκηση 1 </AccordionTrigger> <AccordionContent> ### Ερώτηση 1: Δύο κτηνοτρόφοι έχουν από ένα κοπάδι 100 προβάτων ο καθένας και τα πηγαίνουν για βοσκή σε διαφορετικούς βοσκότοπους. Ο πρώτος χρησιμοποιεί μια βοσκή σε ερημοποιημένη περιοχή με πρωτογενή παραγωγικότητα \(500 \, \text{g/m}^2\) στους έξι μήνες, ενώ ο δεύτερος χρησιμοποιεί βοσκότοπο κοντά σε δέλτα ποταμού με παραγωγικότητα \(2500 \, \text{g/m}^2\). Όλα τα πρόβατα στο διάστημα των έξι μηνών παρουσίασαν την ίδια ανάπτυξη. **Α) Ποιος βοσκότοπος έχει μεγαλύτερη έκταση και κατά πόσο;** **Β) Αν οι δύο κτηνοτρόφοι χρησιμοποιούσαν τις ίδιες εκτάσεις, ποιος από τους δύο θα είχε πρόβατα με μεγαλύτερο βάρος;** --- ### Απάντηση ### Α) Ποιος βοσκότοπος έχει μεγαλύτερη έκταση και κατά πόσο; Αφού τα πρόβατα (και τα 100 σε κάθε βοσκότοπο) παρουσίασαν την ίδια ανάπτυξη, δηλαδή την ίδια διαφορά σε ζωική βιομάζα \(\Delta \Phi\) κατά το διάστημα των έξι μηνών, αυτό σημαίνει ότι οι κτηνοτρόφοι είχαν διαθέσιμη την ίδια ποσότητα συνολικής φυτικής βιομάζας \(\Delta \Phi\). Η παραγωγικότητα ορίζεται ως: \[ \text{παραγωγικότητα} = \frac{\Delta \Phi}{E \cdot \Delta t} \] Όπου \(E\) είναι η έκταση του βοσκότοπου και \(\Delta t\) το χρονικό διάστημα. Για τον πρώτο κτηνοτρόφο: \[ \frac{\Delta \Phi}{E_1 \cdot \Delta t} = 500 \, \frac{\text{g}}{\text{m}^2} \cdot 6 \, \text{μήνες} \] Για τον δεύτερο κτηνοτρόφο: \[ \frac{\Delta \Phi}{E_2 \cdot \Delta t} = 2500 \, \frac{\text{g}}{\text{m}^2} \cdot 6 \, \text{μήνες} \] Αφού \(\Delta \Phi_1 = \Delta \Phi_2\), μπορούμε να εξάγουμε τη σχέση: \[ E_1 = 5 \cdot E_2 \] Άρα, ο πρώτος κτηνοτρόφος χρειάζεται έκταση **πενταπλάσια** από τον δεύτερο για να έχει την ίδια ανάπτυξη στα πρόβατά του. --- ### Β) Αν οι δύο κτηνοτρόφοι χρησιμοποιούσαν τις ίδιες εκτάσεις, ποιος από τους δύο θα είχε πρόβατα με μεγαλύτερο βάρος; Αν οι εκτάσεις των δύο οικοσυστημάτων είναι ίδιες, δηλαδή \(E_1 = E_2\), η παραγωγικότητα του δεύτερου οικοσυστήματος είναι: \[ \frac{\Delta \Phi_2}{E_2 \cdot \Delta t} = 5 \cdot \frac{\Delta \Phi_1}{E_1 \cdot \Delta t} \] Αυτό σημαίνει ότι: \[ \Delta \Phi_2 = 5 \cdot \Delta \Phi_1 \] Άρα, το δεύτερο οικοσύστημα έχει **πενταπλάσια διαθέσιμη φυτική βιομάζα** από το πρώτο, και συνεπώς τα πρόβατα που θα βοσκήσουν στον **δεύτερο βοσκότοπο** θα έχουν **μεγαλύτερο βάρος**. </AccordionContent> </AccordionItem> <AccordionItem value='Άσκηση 2'> <AccordionTrigger> ## Άσκηση 2 </AccordionTrigger> <AccordionContent> ### Ερώτηση 2: Έστω ότι σε μια λίμνη ισχύει η τροφική αλυσίδα: φυτοπλαγκτόν → ζωοπλαγκτόν → μικρά ψάρια → μεγάλα ψάρια → υδρόβια πτηνά. Όλοι οι οργανισμοί κάθε τροφικού επιπέδου τρέφονται αποκλειστικά με οργανισμούς του προηγούμενου τροφικού επιπέδου. Εάν η βιομάζα των μικρών ψαριών είναι \(5 \times 10^4 \, \text{Kg}\) και η ενέργεια που περιέχεται στο φυτοπλαγκτόν είναι \(40 \, \text{KJoules/Kg}\), απαντήστε: ### Α) Να υπολογιστεί η βιομάζα των υπόλοιπων τροφικών επιπέδων και να σχεδιαστεί η αντίστοιχη τροφική πυραμίδα. Αφού είναι γνωστό ότι κατά τη μεταφορά ενέργειας από το ένα τροφικό επίπεδο στο επόμενο **μόνο το 10% της ενέργειας μεταφέρεται**, μπορούμε να υπολογίσουμε τη βιομάζα των άλλων τροφικών επιπέδων: Για το φυτοπλαγκτόν: \[ \text{Βιομάζα φυτοπλαγκτόν} = 5 \times 10^6 \, \text{Kg} \] Η ενέργεια που περιέχεται στο φυτοπλαγκτόν είναι: \[ \text{Ενέργεια φυτοπλαγκτόν} = 40 \times 5 \times 10^6 = 2 \times 10^8 \, \text{KJ} \] Για το ζωοπλαγκτόν: \[ \text{Βιομάζα ζωοπλαγκτόν} = \frac{5 \times 10^6}{10} = 5 \times 10^5 \, \text{Kg} \] \[ \text{Ενέργεια ζωοπλαγκτόν} = \frac{2 \times 10^8}{10} = 2 \times 10^7 \, \text{KJ} \] Για τα μικρά ψάρια: \[ \text{Βιομάζα μικρών ψαριών} = \frac{5 \times 10^5}{10} = 5 \times 10^4 \, \text{Kg} \] \[ \text{Ενέργεια μικρών ψαριών} = \frac{2 \times 10^7}{10} = 2 \times 10^6 \, \text{KJ} \] Για τα μεγάλα ψάρια: \[ \text{Βιομάζα μεγάλων ψαριών} = \frac{5 \times 10^4}{10} = 5 \times 10^3 \, \text{Kg} \] \[ \text{Ενέργεια μεγάλων ψαριών} = \frac{2 \times 10^6}{10} = 2 \times 10^5 \, \text{KJ} \] Για τα υδρόβια πτηνά: \[ \text{Βιομάζα υδρόβιων πτηνών} = \frac{5 \times 10^3}{10} = 5 \times 10^2 \, \text{Kg} \] \[ \text{Ενέργεια υδρόβιων πτηνών} = \frac{2 \times 10^5}{10} = 2 \times 10^4 \, \text{KJ} \] ### Β) Να υπολογιστεί η ενέργεια που εμπεριέχεται σε κάθε τροφικό επίπεδο και να σχεδιαστεί η τροφική πυραμίδα. Η ενέργεια που περιέχεται σε κάθε τροφικό επίπεδο υπολογίζεται όπως φαίνεται παραπάνω, με την **ενέργεια να μειώνεται κατά 90%** σε κάθε μετάβαση από ένα τροφικό επίπεδο στο επόμενο. Η τροφική πυραμίδα θα είναι: - Υδρόβια πτηνά: \(2 \times 10^4 \, \text{KJ}\) - Μεγάλα ψάρια: \(2 \times 10^5 \, \text{KJ}\) - Μικρά ψάρια: \(2 \times 10^6 \, \text{KJ}\) - Ζωοπλαγκτόν: \(2 \times 10^7 \, \text{KJ}\) - Φυτοπλαγκτόν: \(2 \times 10^8 \, \text{KJ}\) ### Γ) Με δεδομένο ότι το μέσο βάρος ενός πτηνού είναι \(2.5 \, \text{Kg}\), να υπολογιστεί ο αριθμός των υδρόβιων πτηνών που μπορούν να τραφούν μέσω αυτής της τροφικής αλυσίδας. Η συνολική βιομάζα των υδρόβιων πτηνών είναι \(5 \times 10^2 \, \text{Kg}\). Δεδομένου ότι το μέσο βάρος ενός πτηνού είναι \(2.5 \, \text{Kg}\), ο αριθμός των πτηνών που μπορούν να τραφούν είναι: \[ \frac{5 \times 10^2}{2.5} = 200 \, \text{πτηνά} \] </AccordionContent> </AccordionItem> <AccordionItem value='Άσκηση 3'> <AccordionTrigger> ## Άσκηση 3 </AccordionTrigger> <AccordionContent> ### 3. Χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες του διαγράμματος να απαντήσετε στις ερωτήσεις: **α. Τι ποσοστό της ενέργειας που παίρνουν τα φυτά από τον ήλιο το δεσμεύουν με τη φωτοσύνθεση;** **β. Ποια είναι η διαδικασία με την οποία τα φυτά επιστρέφουν ενέργεια στο περιβάλλον \(2000 \, \text{KJ/m²}\);** **γ. Τι ποσοστό της ενέργειας παίρνουν τα φυτοφάγα πτηνά από τα φυτά που επιστρέφουν στο περιβάλλον τους;** **δ. Τι ποσοστό της ενέργειας που προέρχεται από τον ήλιο ενσωματώνεται στους ιστούς των φυτοφάγων πτηνών;** **ε. Τι ποσοστό της ενέργειας που προέρχεται από τον ήλιο τα φυτοφάγα αρθρόποδα το επιστρέφουν στο περιβάλλον;** **στ. Πώς μπορεί να εξηγηθεί η διαφορά του ποσοστού της επιστρεφόμενης ενέργειας ανάμεσα στα πτηνά και τα αρθρόποδα;** --- **Απάντηση** **α. Τι ποσοστό της ενέργειας που παίρνουν τα φυτά από τον ήλιο το δεσμεύουν με τη φωτοσύνθεση;** Η συνολική ενέργεια που δεσμεύουν τα φυτά ισούται με την ενέργεια που επιστρέφουν στο περιβάλλον και την ενέργεια που ενσωματώνεται στη βιομάζα τους, δηλαδή: \[ 8000 \, \text{KJ/m²} + 2000 \, \text{KJ/m²} = 10000 \, \text{KJ/m²} \] Ο ήλιος προσφέρει συνολικά \(6.3 \times 10^6 \, \text{KJ/m²}\), επομένως το ποσοστό της ενέργειας που δεσμεύουν τα φυτά είναι: \[ \frac{10000}{6.3 \times 10^6} \times 100 = 0.16\% \] --- **β. Ποια είναι η διαδικασία με την οποία τα φυτά επιστρέφουν ενέργεια στο περιβάλλον;** Η ενέργεια που επιστρέφεται από τα φυτά στο περιβάλλον οφείλεται στην **κυτταρική αναπνοή**, η οποία χρησιμοποιεί τη διαδικασία της **οξείδωσης της γλυκόζης** για να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες των οργανισμών. --- **γ. Τι ποσοστό της ενέργειας παίρνουν τα φυτοφάγα πτηνά από τα φυτά που επιστρέφουν στο περιβάλλον τους;** Τα φυτοφάγα πτηνά παίρνουν από την τροφή τους \(300 \, \text{KJ/m²}\) και επιστρέφουν στο περιβάλλον \(297 \, \text{KJ/m²}\). Επομένως, το ποσοστό της ενέργειας που επιστρέφεται από τα πτηνά είναι: \[ \frac{297}{300} \times 100 = 99\% \] --- **δ. Τι ποσοστό της ενέργειας που προέρχεται από τον ήλιο ενσωματώνεται στους ιστούς των φυτοφάγων πτηνών;** Ο ήλιος παρέχει στο οικοσύστημα \(6.3 \times 10^6 \, \text{KJ/m²}\). Από αυτή την ενέργεια, τα φυτοφάγα πτηνά ενσωματώνουν μόλις \(3 \, \text{KJ/m²}\). Επομένως, το ποσοστό της ενέργειας που ενσωματώνουν τα φυτοφάγα πτηνά είναι: \[ \frac{3}{6.3 \times 10^6} \times 100 = 4.7 \times 10^{-4} \% \] --- **ε. Τι ποσοστό της ενέργειας που προέρχεται από τον ήλιο τα φυτοφάγα αρθρόποδα το επιστρέφουν στο περιβάλλον;** Τα φυτοφάγα αρθρόποδα επιστρέφουν \(1010 \, \text{KJ/m²}\) από την ενέργεια που πήραν από τον ήλιο, ο οποίος προσφέρει \(6.3 \times 10^6 \, \text{KJ/m²}\). Άρα, το επιστρεφόμενο ποσοστό είναι: \[ \frac{1010}{6.3 \times 10^6} \times 100 = 0.016\% \] --- **στ. Πώς μπορεί να εξηγηθεί η διαφορά του ποσοστού της επιστρεφόμενης ενέργειας ανάμεσα στα πτηνά και τα αρθρόποδα;** Διαπιστώνουμε ότι το ποσοστό της επιστρεφόμενης ενέργειας είναι μεγαλύτερο στα αρθρόποδα. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι τα πτηνά έχουν **μεγαλύτερες ενεργειακές ανάγκες**, καθώς είναι **ομοιόθερμοι οργανισμοί**, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζονται περισσότερη ενέργεια για να διατηρήσουν τη **θερμοκρασία του σώματός τους** σταθερή. Αντίθετα, τα αρθρόποδα, που είναι **ποικιλόθερμοι οργανισμοί**, έχουν **χαμηλότερες ενεργειακές απαιτήσεις**. </AccordionContent> </AccordionItem> <AccordionItem value='Άσκηση 4'> <AccordionTrigger> ## Άσκηση 4 </AccordionTrigger> <AccordionContent> ## 4. Ο καλλιεργητής ενός αγροκτήματος ασχολείται με την καλλιέργεια δύο φυτικών ειδών και την εκτροφή ενός ζωικού είδους που είναι φυτοφάγο. Ποιος από τους εικονιζόμενους τρόπους διατροφής είναι ο λιγότερο και ποιος ο περισσότερο αποδοτικός από ενεργειακή άποψη και γιατί; Ο πιο **αποδοτικός** για τον καλλιεργητή, αυτός δηλαδή που μεταφέρει τη **μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας** από αυτή που ενσωματώνεται στο οικοσύστημα, είναι ο **τρίτος** τρόπος διατροφής, και εξηγείται ως εξής: Αν ονομάσουμε: - \( a \) = ενέργεια που ενσωματώνεται στο φυτό α, - \( b \) = ενέργεια που ενσωματώνεται στο φυτό β, τότε έχουμε τους εξής τρεις τρόπους διατροφής: ### Α' ΤΡΟΠΟΣ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ: - Η ενέργεια που παίρνουν τα φυτοφάγα ζώα = \(\frac{a}{10} + \frac{b}{10}\) - Η ενέργεια που παίρνει ο καλλιεργητής από αυτά = \(\frac{a}{100} + \frac{b}{100}\) ### Β' ΤΡΟΠΟΣ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ: - Η ενέργεια που παίρνουν τα φυτοφάγα ζώα = \(\frac{a}{10} + \frac{b}{10}\) - Η ενέργεια που παίρνει ο καλλιεργητής από αυτά = \(\frac{a}{100} + \frac{b}{10}\) ### Γ' ΤΡΟΠΟΣ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ: - Η ενέργεια που παίρνει ο καλλιεργητής απευθείας από τα φυτά = \(\frac{a}{10} + \frac{b}{10}\) - Επίσης, παίρνει το \(1/10\) της ενέργειας των φυτοφάγων ζώων, δηλαδή \(\frac{a}{100} + \frac{b}{100}\) ### **Συμπέρασμα**: Ο **Γ' τρόπος διατροφής** είναι ο πιο αποδοτικός, γιατί ο καλλιεργητής παίρνει **άμεσα την ενέργεια από τα φυτά** (με μικρότερες απώλειες ενέργειας) και **επιπλέον παίρνει ενέργεια από τα φυτοφάγα ζώα**. Αντίθετα, ο **Α' τρόπος** είναι ο λιγότερο αποδοτικός, καθώς ο καλλιεργητής βασίζεται **αποκλειστικά** στην ενέργεια που προέρχεται από τα φυτοφάγα ζώα, που μεταφέρουν μόνο ένα μικρό ποσοστό της αρχικής ενέργειας. </AccordionContent> </AccordionItem> <AccordionItem value='Άσκηση 5'> <AccordionTrigger> ## Άσκηση 5 </AccordionTrigger> <AccordionContent> ### 5. Στην εικόνα παρουσιάζονται οι τροφικές σχέσεις σε ένα οικοσύστημα. Αν οι οργανισμοί 1, 2, 3, 4 αντιπροσωπεύουν παραγωγούς και όλοι οι υπόλοιποι καταναλωτές, να απαντήσετε στις ερωτήσεις: **α. Τι ονομάζουμε τροφική αλυσίδα, τι τροφικό πλέγμα και τι τροφικό επίπεδο;** **β. Πόσες διαφορετικές τροφικές αλυσίδες διαπιστώνονται ότι υπάρχουν στο οικοσύστημα;** **γ. Ποιος είναι ο κορυφαίος καταναλωτής του οικοσυστήματος;** **δ. Ποιος από τους οργανισμούς του οικοσυστήματος συμπεριφέρεται ταυτόχρονα και ως καταναλωτής 2ης και ως καταναλωτής 1ης τάξης; Ποιος οργανισμός είναι η τροφή του σε κάθε περίπτωση;** **ε. Ποιοι από τους καταναλωτές του οικοσυστήματος αναμένεται να είναι οι μεγαλύτεροι σε βιομάζα και γιατί;** **στ. Ποιος από τους οργανισμούς του οικοσυστήματος συμπεριφέρεται ταυτόχρονα και ως καταναλωτής 3ης και ως καταναλωτής 2ης τάξης; Ποιος οργανισμός είναι η τροφή του σε κάθε περίπτωση;** **ζ. Με ποια από τους άλλους οργανισμούς του οικοσυστήματος μοιράζεται το ίδιο τροφικό επίπεδο, όταν συμπεριφέρεται ως καταναλωτής 2ης τάξης;** **η. Ποια από τις έννοιες, η τροφική αλυσίδα ή το τροφικό πλέγμα, είναι πλησιέστερη προς την πραγματικότητα που υπάρχει στα φυσικά οικοσυστήματα και γιατί;** **θ. Αν εξαφανιστεί ο οργανισμός 2, ποιοι οργανισμοί θα επηρεαστούν τροφικά και γιατί;** **ι. Ποιοι από τους οργανισμούς της ερώτησης (θ) θα επηρεαστούν περισσότερο και γιατί;** --- ### Απαντήσεις **α. Τροφική αλυσίδα**: Ένα γραμμικό μονοπάτι από παραγωγούς μέχρι κορυφαίους καταναλωτές, όπου η ενέργεια ρέει από το ένα τροφικό επίπεδο στο επόμενο. **Τροφικό πλέγμα**: Ένα πιο σύνθετο δίκτυο από πολλές τροφικές αλυσίδες που αλληλοσυνδέονται. **Τροφικό επίπεδο**: Το κάθε επίπεδο μιας τροφικής αλυσίδας (παραγωγός, καταναλωτής 1ης τάξης, καταναλωτής 2ης τάξης, κλπ.). --- **β. Πόσες διαφορετικές τροφικές αλυσίδες υπάρχουν;** Υπάρχουν 5 διαφορετικές τροφικές αλυσίδες στο οικοσύστημα: 1. \(1 \rightarrow 5 \rightarrow 9 \rightarrow 12\) 2. \(2 \rightarrow 6 \rightarrow 10 \rightarrow 12\) 3. \(3 \rightarrow 7 \rightarrow 11\) 4. \(4 \rightarrow 8 \rightarrow 11 \rightarrow 12\) 5. \(4 \rightarrow 8 \rightarrow 12\) --- **γ. Ποιος είναι ο κορυφαίος καταναλωτής του οικοσυστήματος;** Ο κορυφαίος καταναλωτής είναι ο οργανισμός **12**, ο οποίος δεν τρώγεται από κανέναν άλλο οργανισμό. --- **δ. Ποιος οργανισμός είναι ταυτόχρονα καταναλωτής 2ης και 1ης τάξης;** Ο οργανισμός **11** είναι ταυτόχρονα: - Καταναλωτής 1ης τάξης όταν τρέφεται από τον οργανισμό **7**. - Καταναλωτής 2ης τάξης όταν τρέφεται από τον οργανισμό **8**. --- **ε. Ποιοι καταναλωτές θα είναι οι μεγαλύτεροι σε βιομάζα και γιατί;** Οι καταναλωτές **1ης τάξης** (π.χ. **5, 6, 7, 8**) θα έχουν μεγαλύτερη βιομάζα γιατί βρίσκονται πιο κοντά στους παραγωγούς και λαμβάνουν περισσότερη ενέργεια από αυτούς. --- **στ. Ποιος είναι ταυτόχρονα καταναλωτής 3ης και 2ης τάξης;** Ο οργανισμός **12** είναι ταυτόχρονα: - Καταναλωτής 2ης τάξης όταν τρέφεται από τον οργανισμό **10**. - Καταναλωτής 3ης τάξης όταν τρέφεται από τον οργανισμό **8**. --- **ζ. Με ποιον οργανισμό μοιράζεται το ίδιο τροφικό επίπεδο όταν είναι καταναλωτής 2ης τάξης;** Όταν ο οργανισμός **12** είναι καταναλωτής 2ης τάξης, μοιράζεται το ίδιο τροφικό επίπεδο με τον οργανισμό **11**. --- **η. Ποιο είναι πιο κοντά στην πραγματικότητα, η τροφική αλυσίδα ή το τροφικό πλέγμα;** Το **τροφικό πλέγμα** είναι πιο κοντά στην πραγματικότητα, καθώς αναπαριστά πιο πιστά τις πολύπλοκες αλληλεξαρτήσεις και τις πολλαπλές τροφικές αλυσίδες που υπάρχουν σε ένα φυσικό οικοσύστημα. --- **θ. Αν εξαφανιστεί ο οργανισμός 2, ποιοι οργανισμοί θα επηρεαστούν;** Αν εξαφανιστεί ο οργανισμός **2**, οι οργανισμοί **6, 10** και **12** θα επηρεαστούν επειδή εξαρτώνται από αυτόν είτε άμεσα είτε έμμεσα για την τροφή τους. --- **ι. Ποιοι οργανισμοί θα επηρεαστούν περισσότερο;** Ο οργανισμός **6** θα επηρεαστεί περισσότερο, καθώς εξαρτάται **άμεσα** από τον οργανισμό **2** για την τροφή του. </AccordionContent> </AccordionItem> </AccordionRoot>