Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Екологія вивчає зв'язок між світлом і екологічними системами і способи перетворення енергії всередині системи. Енергію визначають як здатність вироб-дить роботу. Властивості енергії описуються наступними законами.
Перший закон термодинаміки, або закон збереження енергії, говорить, що енергія може переходити з однієї форми в іншу, але вона не зникає і не створюється заново.
Другий закон термодинаміки, або закон ентропії, формулюється по-різному, зокрема таким чином: оскільки деяка частина енергії завжди розсіюється у вигляді недоступний для використання теплової енергії, ефективність самопроіз-вільного перетворення кінетичної енергії (наприклад, світла) в потенційну (наприклад , енергію хімічних сполук протоплазми) завжди менше 100%. Міра кількості зв'язаної енергії, яка стає недоступною для використання -ентропія (від грец. Entropia - поворот, перетворення). Цей термін також використовується як міра зміни впорядкованості, яка відбувається при деградації енергії.
Найважливіша термодинамічна характеристика організмів, екосистем і біо-сфери в цілому - здатність створювати і підтримувати високий ступінь внутрішньої упорядкованості, тобто стан з низькою ентропією. І. Пригожин (1962) показав, що здатність до самоорганізації та створення нових структур зустрічається в системах, далеких від рівноваги і володіють добре розвиненими «диссипативними струк-турами», відкачують невпорядкованість.
Екосистеми і організми являють собою відкриті нерівноважні термо-динамічні системи, постійно обмінюються з навколишнім середовищем енергією і речовиною, зменшуючи цим ентропію всередині себе, але збільшуючи ентропію зовні в со-годі з законами термодинаміки.
Термін «ентропія» використовується і в більш широкому сенсі - для позначення деградації різних матеріалів. Так, нещодавно виплавлена сталь - це нізкоентро-пійное стан заліза, а іржавіє кузов автомобіля - високоентропійное. Соот-повідно для «високоентропійного» людського суспільства характерна деградація енергії, що іржавіють техніка, жаби, водопровідні труби і руйнована ерозії-їй грунт. Постійні відновлювальні роботи - неминуча плата за цивілізацію з високою витратою енергії.
5. Екологічні закони, пов'язані з енергетичними потоками біосфериПРІНЦІП ЛЕ Шаталов-БРАУНА - при зовнішньому впливі, що виводить
систему зі стану стійкої рівноваги, рівновага зміщується в тому направле-нии, в якому ефект зовнішнього впливу послаблюється.
Наслідком з принципу Ле Шатал'е - Брауна) є ЗАКОН гальмую-НИЯ РОЗВИТКУ - в період найбільших потенційних темпів розвитку системи виникають максимальні гальмують ефекти.
Принцип Ле Шаталов-Брауна застосуємо в рамках класичної фізики для опи-сания процесів в закритих системах (які не отримують енергії ззовні); так як ЕКОСІ-стеми - принципово відкриті системи (обмінюються енергією, речовиною, інформацією з навколишнім середовищем), то для їх опису більш коректними виглядають уявлення теорії нелінійних незворотних процесів. Для закритих систем про-щим принципом є другий закон термодинаміки, для відкритих - ПРИНЦИП нерівноважні ДИНАМИКИ ПРИГОЖИНА-Онсагера - Неравновесность є те, що породжує «порядок з хаосу». Якщо закриті системи мають одне перебуваючи-ня рівноваги, то відкриті - кілька. Перейшовши кордон стійкості система по-падає в критичний стан, який називається точкою біфуркації. У цій точці навіть невелика флуктуація може вивести систему на інший шлях еволюції і різко изме-нитка її структуру і поведінку.
ПОСТУЛАТ МАКСИМУМУ біогенних ЕНЕРГІЇ Вернадського-Бауера - лю-бая екосистема, перебуваючи в стані "стійкого нерівноваги" (тобто динамічного рухомого рівноваги з навколишнім середовищем) і еволюційно розвиваючись, збіль-лічівает свій вплив на середовище.
ЗАКОН ПІРАМІДИ ЧИСЕЛ Елтона (1927) - число індивідуумів в послідовно-ності трофічних рівнів убуває і формує піраміду чисел.
ЗАКОНПІРАМІДИ біомаси (Одум, 1975). Піраміди біомас представляють більш фундаментальний інтерес, так як вони дають ". Картину загального впливу ставлення-ний в харчовому ланцюгу на екологічну групу як ціле".
ЗАКОН ПІРАМІДИ ПРОДУКТИВНОСТІ - стабільніша "піраміда", ніж піраміда чисел або піраміда біомас, яка в значно більшому ступені відпрацьовано-жает послідовність трофічних рівнів.
ПРАВИЛО ДЕСЯТИ ВІДСОТКІВ (піраміда енергій Станчинського) - середньо-максимальний перехід 10% енергії (або речовини в енергетичному вираженні) з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший, як правило, не веде до несприятливих для екосистеми в цілому і втрачає енергію трофічного рівня наслідків.
АКСІОМА ЕКОЛОГІЧНОЇ акумуляції ЕНЕРГІЇ - частина прохо-дящей через екосистему енергії накопичується і тимчасово "вимикається" з загального енергетичного потоку.
ПРАВИЛО ОДНОГО ВІДСОТКИ В.Г. Горшкова (1985) - зміна енергетики природної системи на 1%, як правило, виводить природну систему з рівноважного (квазістаціонарного) стану.
ПРИНЦИП максимізації ЕНЕРГІЇ Лотки-Одума-Пінкертона - в «сопер-робітництві» з іншими екологічними об'єктами виживають (зберігаються) ті з них, які найкращим чином сприяють надходженню енергії і використовують мак-мально її кількість найбільш ефективним способом. 6. Елементи біоенергетики екосистем
Особлива роль рослинності в загальній структурі живої природи пов'язана з основ-ної функцією рослинного покриву нашої планети - акумуляцією і перетворенням сонячної енергії в енергію хімічних зв'язків органічної речовини з подальші-щей передачею її тим компонентам екосистеми, які не в змозі самостійно фіксувати енергію Сонця.
Встановлено, що до верхніх шарів атмосфери Землі від Сонця приходять 1,94 кал / см 2 за хвилину, з яких біосфери сягає лише близько 0,9 кал / см 2 / хв, а по-поверхні Землі - менше 0,3 кал / СКГ / хв. У середніх широтах кожен гектар поверхно-сти планети отримує 9-10 кал / год. Однак верхня межа фіксації сонячної енергії рослинність становить всього 5% від посилається Сонцем енергії.
Енергія в екосистемі на прикладі змішаного лісу представлена на малюнку 8.
Мал. 8. Енергія в екосистемі на прикладі змішаного лісу
Всякий джерело енергії, що зменшує витрати на само-підтримку екосистеми і збіль-лічівает ту частку енергії, яка може перейти в про-продукцію, називається допо-них потоком енергії, або енергетичної субсидією.
Фактор, який при од-них умовах середовища або при одному рівні надходжень збіль-лічівает продуктивність, при інших умовах середовища або дру-гом рівні надходжень може сприяти витокам енер-гии, зменшуючи продуктивність (малюнок 9).
Узагальнена крива, по-показувала, як збільшене надходження енергії або веще-
Мал. 9. Криві субсидії і стресу ства може вивести систему з
діапазону звичайного функцио-вання (N). Якщо система може використовувати цей надлишок, то її основні функції, наприклад продуктивність, при помірних рівнях підвищення припливу можуть посилитися (ефект субсідіі- Sub), але при подальшому збільшенні припливу ці функції на-чина придушуватися (ефект стресу - St). Якщо надходять отруйні речовини, функ-ції придушуються і висока ймовірність того, що підприємницькі кола буде замінене іншим, більш толерантним, або екосистема взагалі загине. R - заміщення, L - загибель.
