Iga elusolend vajab toitumist. Mõned organismid, nagu taimed, loovad ise fotosünteesi teel; teised saavad toitumist, tarbides muid elavaid asju. See toitumine annab elusatele asjadele energiat, mida nad vajavad oma eluprotsesside läbiviimiseks. Iga elusolend on osa toiduahelast. Inimeste õnneks oleme enamiku toiduahelate tipus, kuid isegi meil on röövloomad. Need tegevused aitavad õpilastel luua toiduahelaid ja mõista, kui erinevad nad on toiduvõrgust.
Iga toiduahel algab Päikese energiast. Rohelised taimed on autotroofsed, st nad loovad oma toidu, kasutades keemilist reaktsiooni, mida nimetatakse fotosünteesiks . Fotosünteesi ajal võtavad taimed õhust süsinikdioksiidi ja maapinna juurte kaudu vett, mis reageerivad glükoosi ja hapniku tootmiseks.
Selle reaktsiooni sõnavõrrand on süsinikdioksiid + vesi → glükoos + hapnik
Sümbol võrrand on 6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Taimede toodetud glükoosi kasutatakse hingamiseks ja seda saab ka säilitada, sageli tärklise kujul. Kui taime tarbib mõni teine elusolend, läheb osa sellest salvestatud energiast edasi. Energia kaotatakse igal troofilisel tasemel, kuna kogu energiat ei kasutata kasvu jaoks ega talletata elusas olendis. Osa energiast kulub hingamiseks ja muudeks eluprotsessideks, seega eraldub see energia lõpuks atmosfääris soojusena. Osa toidus sisalduvast energiast kaob jäätmetena, näiteks väljaheited. Mida lühem on toiduahel, seda tõhusam on energia ülekandmine ja vähem energiat läheb keskkonda.
Elusat asja, mida fotosünteesib, nimetatakse tootjaks. Maismaal on see tavaliselt roheline taim. Ookeanides on tootjaks merevetikad või fütoplankton, mis on mikroskoopilised organismid, mis kasutavad toidu saamiseks Päikese energiat. Toiduahelad lõppevad bakteritega, mida nimetatakse lagundajateks, mis eraldavad keemilise energia elusolendite jäänustest. Need on looduse viisid ringlussevõtuks ja ilma nendeta oleks planeet palju segasema kujuga. Igas elupaigas on tipuründaja, kes on hästi kohandatud tapmismasin.
Võtke see toiduahela näide: Rohi → Caterpillar → Sparrow → Hawk. Rohi on tootja ; see on roheline taim, mis kasutab glükoosi tekitamiseks fotosünteesi. Röövik on esmane tarbija . See on rohusööja, kes sööb ainult taimi. Järgmine loom toiduahelas on varblane. Varblane on kõigesööja, see tähendab, et ta saab oma toitaineid nii taimedelt kui ka loomadelt ning seda nimetatakse järeltarbijaks . Varblane on kull saagiks. Hauk on kiskja. See on tööks hästi kohandatud, kuna sellel on uskumatu nägemine, mis võimaldab tal saaki kaugelt märgata. Selle teravad küünised võimaldavad tal haarata oma saagiks oleku. Kull on tipukiskja , see tähendab, et toiduahelas pole ühtegi teist looma selle kohal.
Nende loomade populatsioonid on kõik omavahel seotud. Kui on üks aasta põud ja rohu hulk väheneb, võib röövikute arv mõjutada. Kui röövikute arv väheneb, võib see mõjutada varblaste arvu, mis võib omakorda mõjutada kullide arvu. Toiduahela nooled näitavad energia liikumist ühelt elusalt asjalt teisele. Nad osutavad söödavast organismist söötjani. Lisaks energia ja aine edasiandmisele ühest organismist teise, on ka ökosüsteemi mitteelukaid osi, mis võivad anda ainet elusolenditele, nagu õhk, vesi ja mineraalid.
Ökosüsteemid on tohutud ja loomad esinevad harva ühes toiduahelas. Vähesed loomad söövad harva ainult ühte tüüpi toitu; selle asemel saavad nad toitaineid erinevatest allikatest. See varieerub ka sõltuvalt aastaajast ja looma asukohast. Põhja-Alaska rebane sööb teistsugust toitu kui Massachusettsi rebane. Toiduvõrgud on täpsem viis, kuidas näidata energiavoogu ühelt elusalt asjalt teisele. Keerulisemaid söötmissuhteid saab näidata erineva troofilise tasemega toiduvõrkudena. Õpilased peavad suutma määratleda ökosüsteemi piirid, mida nad toiduvõrkude loomisel kirjeldavad. Näiteks kas nende mudel kirjeldab metsa osa või kogu metsa ökosüsteemi?
Järgmise põlvkonna teaduse standardid rõhutavad, et õpilased peaksid nähtuste mõistmiseks mudeleid välja töötama ja kasutama. Reaalses maailmas teevad teadlased mudeleid, mis aitavad neil mõista süsteemi või süsteemi osa. Mudeleid kasutatakse teaduses ennustuste tegemiseks ja ideede või andmete edastamiseks teistele inimestele. Nendes tunniplaanides on mitmesuguseid tegevusi, mis keskenduvad just sellele oskusele. Õpilased saavad hõlpsasti luua oma mudeleid, kuidas kirjeldada aine tsüklit ja energia voogu ökosüsteemi elusas ja mitteelustavas osas. See annab teile suurepärase võimaluse arutada mudelite kasutamise piiratust, andes õpilastele võimaluse neid hinnata ja täpsustada.
Üksikasjalikumaks uurimiseks, kuidas süsinik tsüklitakse biosfääri, atmosfääri, hüdrosfääri ja geosfääri vahel, vaadake süsiniku tsükli õppetunni plaane.
