Термодинамика в экосистемах
Для функционирования экологических систем необходима энергия, которая поступает в них преимущественно в виде лучистой энергии солнечного света.
Понятие «энергия» определяют как способность производить работу.
Все разнообразие процессов, явлений (изменение состояния) в природе сопряжено с превращениями энергии, при которых происходит ее переход из одной формы в другие. Все экосистемы и биосфера в целом подчинены и регулируются теми же законами, что и неживая природа.
Первый закон термодинамики гласит, что энергия может переходить из одной формы в другую. Но она не исчезает и не создается заново. Свет, например, как одну из форм энергии, можно превратить в тепло или потенциальную энергию химических связей пищи, но энергия при этом не исчезнет. Второй закон термодинамики связан с понятием энтропии.
Энтропия в экосистемах
Энтропию - мера количества связанной энергии, которая рассеивается в виде тепловой, недоступной для использования.
Важнейшее свойство всех организмов экосистем – способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности. Это достигается постоянным и эффективным расходованием части недоступной, более концентрированной энергии (например, пищи), которая превращается в тепловую, используемую с трудом.
Превращение энергии и действие законов термодинамики применительно к живым организмам, можно проследить на примере организма, съевшего какое-то количество пищи. Часть потенциальной энергии химических связей, заточенной в съеденной пище, покинет организм зайца c экскрементами в той же исходной форме (химических связей), а другая часть пищи будет переварена и усвоена организмом - всосется стенками желудка, кишечника в виде простых соединений (глюкозы, азотистых соединений н т. д.).
В этих соединениях энергия находится в виде химических связей. Для того, чтобы эти соединения (питательные вещества) перевести в свою биомассу, в организме зайца должны протекать биохимические реакции пo синтезу соединений, нужных для построения своего тела. Поскольку на эту работу необходимо затратить энергию, то часть усвоенной пищи организм зайца вынужден метаболизировать для высвобождения из нее энергии, необходимой не только для синтеза биомассы, но и для другой работы (выработки тепла, бега). Эта энергия высвобождается в процессе окисления усвоенной пищи, которая в живых организмах называется «дыханием», а оставшаяся часть энергии пищи перейдет в энергию химических связей биомассы зайца.
Действие второю закона находит свое выражение в том, что при переходе энергии химических связей усвоенной пищи в потенциальную энергию химических связей биомассы зайца часть ее (причем подавляющая) деградирует в виде тепловой.
Поэтому применительно к организмам, экосистемам термин «энтропия» употребляют для обозначения меры их упорядоченности, которая достигается деградаций части связанной энергии. Упорядоченность организмов экосистем, т. е. состояние низкой энтропии, поддерживается за счет дыхания организма, сообщества, которые по выражению Ю. Одума, откачивают из себя неупорядоченность. Это как раз и служит тем механизмом, который создаст поток энергии от одних организмов к другим. Если бы организм, сообщество не рассеивали постоянно энергию в виде тепла, то у них не было бы и необходимости в её пополнении. Но тогда не было бы и потока энергии от одних организмов к другим, а вместе с этим не было бы и круговорота вещества - основы самоподдержания любой экосистемы.
Таким образом, сообщества и экосистемы представляют собой открытые термодинамически неравновесные системы, постоянно обменивающиеся энергией и веществом, уменьшая тем самым свою энтропию и увеличивая энтропию вне сообщества или экосистемы.
