№10. Энергия и законы термодинамики.

Энергия - одно из основных свойств материи - способность производить работу.

Все, что происходит внутри и вокруг нас, основано на работе, в процессе которой одни виды энергии переходят в другие согласно фундаментальным законам физики.

Первый закон термодинамики - закон сохранения энергии - гласит: энергия не создается и не исчезает, она превращается из одной формы в другую.

Закон подразумевает, что в результате превращений энергии никогда нельзя получить ее больше, чем затрачено: нельзя из ничего получить нечто. Однако на выходе из системы энергия преобразуется в иные формы.

Второй закон термодинамики утверждает: при любых превращениях энергия переходит в форму, наименее пригодную для использования и наиболее легко рассеивающуюся. Рассеиваемая теплота есть энергия хаотического движения молекул, которое мы воспринимаем как ощущение тепла.

При всех энергетических процессах, в том числе и технологических, происходит переход системы от более высокого уровня организации («порядка») к более низкому («беспорядку»).

№11. Энтропия, «диссипативные структуры» и самоорганизация живых систем.

Для определения степени неупорядоченности состояния системы употребляют термин энтропия (гр. Еn- внутрь, trope- превращение).

Энтропия – это физическая мера беспорядка, т. е. мера количества связанной потенциальной энергии, которая становится недоступной для использования.

А тенденцию потенциальной энергии к деградации, к самопроизвольному превращению в рассеянную тепловую энергию называют возрастанием энтропии.

Высокоупорядоченные системы обладают низкой энтропией, а неупорядоченные, в которых вещество или энергия рассеяны, характеризуются высокой энтропией

• Таким образом, в процессе любого превращения энергии из одного вида в другой всегда происходят потери полезной энергии, которая переходит в менее полезную, рассеивающуюся в виде низкотемпературного тепла и не способную выполнять работу.

• В то же время в природных экосистемах энергетические потоки создают из хаоса природных веществ порядок, т. Е. Структуры, обладающие низкой энтропией.

• Он показал, что способность к самоорганизации может встречаться в системах, далеких от равновесных, но обладающих хорошо развитыми «диссипативными структурами» (рассеивающими структурами), откачивающими неупорядоченность. Упорядоченность природной экосистемы, т. е. структура биоценоза, поддерживается за счет дыхания всего сообщества организмов, которое постоянно «откачивает» из нее неупорядоченность, т. е. рассеивает тепло.

№12. Экосистема с энергетической точки зрения.

Экосистемы с энергетической точки зрения представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся с окружающей средой энергией и веществом, уменьшая тем самым энтропию внутри себя, но увеличивая ее вовне, в соответствии с законами термодинамики.

• Живая материя отличается от неживой прежде всего способностью аккумулировать из окружающего пространства свободную энергию, концентрировать ее и качественно преобразовывать, чтобы противостоять росту энтропии внутри себя.

• Солнечная энергия - это не только прямое солнечное тепло, но и различные вторичные формы энергии, возникающие при ее превращении в биосфере. К вторичным формам солнечной энергии относятся энергия падающей и текущей воды, ветра, биомассы растений, древесины, ископаемого топлива и др.

№13. Экологическая система.

• Экология, по сути дела, изучает связь между солнечным светом и экологическими системами, внутри которых происходят превращения энергии света.

Экологическая система, или экосистема, - основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле.

Экосистема — это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами.

№14. Пищевые цепи.

• Пищевой цепью называют ряд живых организмов, в котором одни организмы поедают предшественников по цепи и в свою очередь оказываются съеденными теми, кто следует за ними. Продуценты - это растения, обладающие хлорофиллом, то есть организмы, способные производить и накапливать потенциальную энергию в форме химической энергии, содержащейся в синтезированных органических веществах (углеводах, жирах, белках).

Первичные консументы питаются автотрофными продуцентами (в основном травоядные животные и паразиты)

Вторичные консументы питаются травоядными и являются, следовательно, плотоядными формами. Они относятся к самым разнообразным систематическим группам.

К третичным консументам принадлежат плотоядные, которые в свою очередь питаются плотоядными животными, то есть вторичными консументами, (в обеих группах могут быть хищники и паразиты).

Конечное звено пищевой цепи образуют так называемые деструкторы, или редуценты — организмы, разлагающие органические вещества. Это преимущественно микроорганизмы (бактерии, дрожжи, грибы-сапрофиты), поселяющиеся в трупах и экскрементах и постепенно их разрушающие. Благодаря их деятельности происходит возврат в минеральное царство элементов, содержавшихся в органических веществах.

• Пищевые цепи, начинающиеся с растительноядных и детритоядных организмов, чаще всего представлены в экосистемах одновременно, но почти всегда одна из них доминирует над другой.

№15. Экологические пирамиды.

Трофическую структуру экосистемы можно описать, пользуясь данными по численности особей, биомассы или энергии. Эту структуру можно изобразить также графически с помощью экологических пирамид.

1. ПИРАМИДЫ ЧИСЕЛ

2. ПИРАМИДЫ БИОМАСС

3. ПИРАМИДЫ ЭНЕРГИИ

Правило пирамиды: На каждом следующем трофическом уровне количество биомассы, создаваемое за единицу времени, меньше, чем на предыдущем.

№16. Концепция продуктивности.

Все организмы нуждаются для построения своих тел в веществе, а для поддержания своей жизнедеятельности — в энергии

• Первичная продукция сообщества — скорость образования биомассы первичными продуцентами (растениями) в пересчете на единицу площади.

• Чаще всего ее выражают как количество сухого органического вещества в г/м2 *год, или как энергию в ккал/м2*год.

• Суммарную фиксированную в процессе фотосинтеза энергию называют валовой первичной продукцией.

• Часть ее расходуется на дыхание самих растений и теряется для сообщества в виде потерь на дыхание

№17. Два типа круговорота веществ.

Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ:

1. большой, или геологический (абиотический):

Большой круговорот наиболее четко проявляется в циркуляции воздушных масс и воды. В основе большого геологического круговорота лежит процесс переноса веществ, в основном минеральных соединений, из одного места в другое в масштабе планеты.

2. малый, или биологический (биотический):