Термодинамиканың бірінші және екінші бастамалары. Линдеманның энергия тасымалының 1% және 10% ережелері

   Энергия – материяның барлық түрлерінің өзараа әсері мен қозғалысының жалпы сандық өлшемі. Ол табиғат құбылыстарын біріктіреді. Жүйедегі энергияның өзгеруі жұмыс орындалған кезде жүреді.

       Термодинамиканың бірінші заңы – энергияның сақталу заңы – табиғатттағы энергия жоқтан пайда болмайды, жоғалып кетпейді. Ол тек бір түрден екінші түрге айналады. Ал энергия мөлшері тұрақты болып қалады. Бұл заңға табиғатта белгілі барлық процестер бағынады.

       Термодинамиканың екінші заңы бойынша энергияның өзгерістерімен байланысты процестер тек энергия концентрленген түрден таралған күйге өткенде ғана өздігінен жүре алады (мысалы, ыстық заттың жылуы суық ортада өздігінен таралады). Энергияның қандай да бір бөлігі пайдалануға болмайтын түрде таралғандықтан энергияның өздігінен өзгеруінің тиімділігі барлық уақытта 100%-дан кем болады.

Сонымен термодинамиканың бірінші заңын мынадай формула арқылы жазуға болады. А = Б + В. Мұнда А – күн сәулесі, шашыраған энергия түрі, Б – жылу, өсімдіктер пайдаланбай қоршаған ортаға шашырап кеткен энергия, В - өнім, (жапырақ) өндіруге жұмсалған энергия (жинақталған түрі).

Термодинамиканың екінші заңы мынадай формуламен жазылады А > В. Басқаша айтқанда, жинақталған энергия (В) әрқашан күн сәулесінен шашыраған энергиядан (А) аз болады.

Экологиялық жүйедегі энергияның негізгі көзі - күн сәулесі. Минут сайын 1см жер бетіне 2 калориялық күші бар күн сәулесі бағытталады. Жаздың бұлтсыз ашық күндері түс мезгілінде аспандағы ауадан өтіп жер бетіне 1,34 калориясы жетеді, ал бұлттан, судан өткен сәуленің қуаты 0,4-0,5 калория болады.

Полярлық және тропиктік аймақтарды есептемей, тек қоңыржай белдеуді алатын болсақ 1м жер бетіне түсетін күн сәулесінің қуаты тәулігіне 3000-4000 калория, жылына 1,1-1,5 миллион калория, 1 гектар жерге орта есеппен жылына 10 миллиард килокалория болады. Осыншама энергияның 30 пайызы жер бетінен кері қайтып атмосфераға тараса, 46 %-ы жылуға айналып, 23 %-ы жауын-шашын болуына, судың булануына, 0,2 % жел, дауыл, су ағыстарына кетіп, тек 0,8 % ғана фотосинтез процесіне жұмсалады.

Жануарлар пайдаланған энергияның 80-90 пайызын (тыныс) алуға, жылынуға, өмір сүруге, тек 5-10 пайызын жаңа (қосымша) өнім өндіруге жұмсайды.

    Тірі жүйелердің маңызды термодинамикалық сипаттамасы олардың ішкі реттілігінің жоғары дәрежеде болуы. Ол энтропиямен сипатталады және S әрпімен белгіленеді. Ішкі реттілігі мен ұйымдасуы жоғары жүйелердің энтропиясы төмен, ал керісінше тепе-теңдіктегі жүйелердің энтропия шамасы жоғары болады.

       Термодинамикалық тұрғыдан экожүйелер қоршаған ортамен үнемі зат және энергиямен алмасып отыратын және осы арқылы ішкі энтропиясын төмендетіп, сыртқы энергиясын арттыратын ашық, тепе-теңдігі жоқ жүйе болып табылады.

     1935 жылы атақты биолог Э. Бауэр былай деді: «Тірі жүйелер еш уақытта тепе-теңдікте болмайды және өзінің бос энергиясы есебінен үнемі сыртқы орта жағдайларына сай физика мен химия заңдары талап ететін тепе-теңдікке қарсы жұмыс жасайды. Бұл принципті тірі жүйелердің тұрақты теңсіздік принципі деп атайды. Бұл принцип тірі ағзалардың ашық теңсіздіктегі жүйе екендігін көрсетеді. Олардың өлі жүйелерден ерекшелігі, олар энтропияның төмендеуі бағытында дамиды.

    6. Биоценоздың трофикалық құрылымы (продуценттер, консументтер, редуценттер)

    Экожүйедегі ағзалар трофтық (қоректік) байланыстарына қарай өндірушілер, консументтер мен редуценттерге бөлінеді.

       Өндірушілер (бірінші ретті өнімді өндірушілер) – автотрофты ағзала – планетаның бүкіл тірі дүниесін органикалық затпен қамтамасыз ететін жасыл өсімдіктердің жинағы.

       Консументтер (латын тілінен аударғанда – пайдалану) – гетеротрофты ағзалар, өндірушілер жануарлар, микроорганизмдердің көпшілігі, бунақдене- қоректі өсімдіктер жатады. Консументтер бейорганикалық заттардан органикалық зат түзбейді, бірақ бір органикалық затты басқа затқа айналдырады.

       Редуценттер (латын тілінен аудар,анда – қалпына келтіруші, деструкторлар) органикалық заттарды ыдыратушы және оларды бейорганикалық заттарға айналдырушыағзалар. Редуценттерге бактериялар, саңырауқұлақтар, сацпрофагтар, конпрофагтар, некрофагтар және т.б. жатады. Олар заттардың биологиялық айналымының соңғы звеносы болып табылады. (4.2-сурет).

Тундралық, орманды, далалық, шөлді және тропиктік бірлестіктердің әрқайсысының өзіне тән биологиялық айналымы мен қоршаған ортамен байланысы болады. Су экожүйелері де ауқымы бойынша да, тіршілік ету жағдайлары бойынша да: судың тұздылығы, су қоймасының тереңдігі, судың мөлдірлігі, күн энергиясының түсуі бойынша да алуан түрлі болып келеді. Бұлардың барлығы биологиялық айналымның жылдамдығына да, циклге қатысатын заттардың жалпы санына да әсер етеді.

      .

4.2-сурет. Экожүйедегі зат пен энергия

тасымалдануының сызбанұсқасы

       Экожүйелердің тұрақтылығының негізге принципі – энергия ағымымен ұсталып тұратын зат айналымы – Жердегі мәңгі тіршілікті қамтамасыз етеді

       Бұл принцип бойынша тұрақты жасанды экожүйелер, өндірістік технологиялар ұйымдастырылауы мүмкін. Биоценоздағы ғзалардың үйлескен қызметінің бұзылуы, әдетте, экожүйедегі зат алмасуыдың өзгеруіне әкеліп соқтырады. Бұл топырақ құнарлылығының, өсімдіктердің өнімділігінің, жануарлардың өсуі мен өнімділігінің төмендеуіне, табиғи ортаның біртіндеп бұзылуының негізгі себебі болып абылады.