Ecosistem Durabilitate - Ecologie Industrială

Sistem - o colecție de obiecte și / sau fenomene, unite printr-un proces comun.

În cazul în care procesul de combinare a componentelor sistemului este reversibil, sistemul se spune să fie închis.

În cazul în care un sistem închis este conectat la alte sisteme, oferind posibilitatea de a împărtăși cu ei, substanță și energie, acest lucru este un sistem deschis sistem închis.

stare staționară închise sisteme deschise - un echilibru a două procese opuse: creșterea tulburare într-un sistem (creșterea entropiei) și ordinul de recuperare corespunzătoare (scăderea entropiei), adică, atunci când schimbarea gradului de ordonare a sistemului (entropia) tinde la 0 ° C.

Afluxul de energie și materie în orice sistem deschis naturale închis poate fi permanentă doar statistic, și, prin urmare, la diferite momente ale existenței sistemului poate duce la o creștere a uneia sau de cealaltă parte a unui proces reversibil.

În baza legii de conservare a energiei, orice creștere într-una dintre aceste procese (deși ordinea, chiar dacă tulburarea) ia sistemul de starea de echilibru, și în cele din urmă duce la o scădere în ordinea sa.

Păstrarea stării de echilibru naturale închise sisteme deschise într-un mediu în schimbare este asigurată care crește probabilitatea de ordonare aleatorie a noi zone (fluctuații - dezechilibru și distribuția instabilă a energiei în cadrul sistemului), atunci când sistemul de echilibru și o creștere a entropiei (tulburare). Datorită acestor procese aleatoare și evoluția sistemelor în direcția diversității distribuției de energie și de a crește rezistența la diferite influențe aleatorii.

Orice ecosistem - este un sistem deschis închis, care este furnizat de comanda flux constant statistic de energie solară acumulată prin fotosinteză. Steady ecosistem stare posibilă numai atunci când echilibrul a două procese opuse crează foarte structuri ordonate sub formă de substanțe organice și organisme, pe de o parte, și prăbușirea acestor structuri și inversul lor transforma în substanțe anorganice neînsuflețite - altele.

Aceasta este, condiția pentru stabilitatea ecosistemului este închiderea maximă a ciclului materiei când compoziția și cantitatea componentelor sunt returnate organismelor naturii neînsuflețite per unitate de timp cât mai aproape posibil compoziția și cantitatea de aceleași componente, acestea consumă aceeași cantitate de timp. manifestare externă a stabilității și a echilibrului ecosistemului este constanță specific biocenozei structura (reproducerea continuă a acelorași specii de plante, animale, și așa mai departe. E. În aceleași proporții).

Cu toate acestea, un flux constant statistic de energie solară poate și adesea schimbări imprevizibile (schimbări meteorologice, necaracteristice pentru sezonul în acest domeniu). Acest lucru poate duce la pierderi masive de specii instabile în aceste condiții, și întreruperea ulterioară a ciclului de închidere a materiei în întregul lanț alimentar. Și apare, de exemplu, în domeniile cu îngheț neașteptate sau seceta. Cu toate acestea, spre deosebire de sistemele agricole create de om, în ecosistemele naturale cele mai multe dintre aceste fluctuații meteorologice nu le ia în afara bilanțului. Acest lucru se datorează faptului că, de exemplu, că în deșert (ecosistemul natural) crește (spre deosebire de câmpuri), nu este una, ci mai multe tipuri de plante care au diferite grade de rezistență la diferiți factori climatici. Când moartea în masă a unuia - două specii și reducerea volumului de circulație a substanțelor în lanțul alimentar relevant are loc reproducerea extinsă a altor specii de iarbă și creșterea în circulație a altor lanțuri alimentare.

Astfel, închiderea maximă a ciclului de materie într-un ecosistem poate fi asigurată numai prin diversitatea maximă de specii de organisme vii. La rândul său, diversitatea speciilor este limitată la dimensiunea minimă a populației necesară pentru reproducerea stabilă și resursele limitate ale ecosistemului și productivitatea acesteia. Prin urmare, nu poate fi doar o varietate de tipuri necesare pentru sustenabilitatea ecosistemelor într-un interval limitat de modificări ale condițiilor de viață.

Imprevizibil climatic schimbări dezastru (incendii, inundații și m. P.), intervenția umană poate fi de o asemenea forță încât o încălcare închisă ciclu de substanțe nu pot fi compensate conservate sau plasate în exterior (cu pierderea totală a ecosistemului original) specii. reproducerea în masă a acestor specii, în absența de închidere a ciclului materiei va duce în mod inevitabil la schimbări în condițiile existenței lor în nefavorabile pentru a le da deoparte și o modalitate de a forța cele mai multe resurse de alte tipuri. O astfel de succesiune compoziției speciilor comunității ecologice numita succesiune, și va continua atâta timp cât diversitatea stabilită, asigurând închiderea maximă a ciclului materiei și trecerea la echilibrul ecosistemului.

Cele mai importante termodinamice caracteristice organisme, ecosisteme și biosferă în ansamblul său - abilitatea de a crea și menține un grad ridicat de ordine internă, și anume, o stare cu entropie joasă ... entropie joasă obținută împrăștiere permanentă și eficientă ușor energie utilizabilă (de exemplu, energie luminoasă sau alimentară) și transformarea acesteia în energie pentru a fi utilizat cu dificultate (de exemplu, termică). Ordonarea ecosistemului, adică. E. Structura complexă a biomasei, este menținută prin suflarea întregii comunități, care în mod continuu „pompe de dezordine comunitate.“ Astfel, ecosisteme și organisme sunt deschise sistem non-echilibru termodinamic, schimbul continuu de energie cu mediul și substanța, scăzând astfel entropia în sine, ci entropia crește spre exterior, în conformitate cu legile termodinamicii. Concepte fundamentale ale fizicii, formulate în capitolele anterioare - este cel mai important dintre legile naturii, care au o semnificație universală. Din cunoștințele noastre, aceste legi fizice nu sunt excepție și nici invențiile tehnice nu le poate rupe. Orice sistem artificial sau natural, nu este subordonat acestor legi, este condamnată la distrugere. Toate varietatea de manifestări ale vieții este însoțită de transformarea energiei, deși energia nu este creată sau distrusă (prima lege a termodinamicii). Energia obținută sub forma unei suprafețe de lumină a Pământului, energia echilibrată radiată de pe suprafața Pământului sub formă de radiații termice invizibile. viață REZUMAT constă într-o secvență de modificări continue, cum ar fi creșterea, autoreplicare și sinteza compușilor chimici complecși. Fără transferul de energie care însoțește toate aceste modificări, nu ar exista viață, fără sisteme ecologice. Civilizația noastră - doar una din marile fenomene ale naturii, care depind de un flux constant de energie concentrată. În cazul în care, după ce a pierdut capacitatea de a produce și de a stoca o cantitate suficientă de energie înaltă, societatea umană a devenit un sistem închis, este în conformitate cu cea de a doua lege a termodinamicii ar fi pierdut în curând comanda.

Ecologie, de fapt, analizează relația dintre sistemele și procesele de lumină și de mediu pentru conversia energiei în cadrul sistemului. Astfel, relația dintre plante - producători și animale - de către consumatori, între prădător și pradă, să nu mai vorbim de compoziția și abundența de specii de organisme din fiecare localitate, sunt limitate și controlate flux de energie este transformată din forma sa concentrata in imprastiate. O atenție specială problemelor legate de mediu atrage conversia energiei de combustibil, energie nucleară și alte forme de energie concentrate în societatea industrializată. Astfel, toate tipurile de ecosisteme sunt guvernate de aceleași legi fundamentale care guvernează și sisteme de nonliving, de exemplu, motoare electrice și mașini. Diferența constă în faptul că sistemele vii, folosind o parte din energia disponibilă disponibile în cadrul acestora, sunt capabili de a regenera și „pompat“ tulburare, iar aparatul este necesară pentru a repara sau înlocui, cu ajutorul energiei externe. Admirând mașinile, noi uităm că scăderea entropiei ca urmare a utilizării mașinilor necesită cheltuieli de resurse considerabile de energie.

Cel mai mare ecosistem, care limitează dimensiunea și domeniul de aplicare, este Biosfera. Biosfera se numește învelișul activ al Pământului, inclusiv toate organismele vii și Pământul sunt în legătură cu mediul nebiologice (chimică și fizică) a planetei noastre, cu care sunt integrate. Biosfera planetei noastre sunt vechi de 3 miliarde de ani, ea crește și devine mai complicată în ciuda tendințelor morții entropice la rece .; ea are o viață și civilizație rezonabile. Biosfera a existat cu mult înainte de apariția omului și poate face fără ea. Dimpotrivă, existența omului nu este posibilă fără biosfera.

Toate celelalte ecosisteme sunt în biosferă și sunt subsistemele. ecosistemului regional mare, caracterizat printr-un tip principal de vegetație, numite biomase. De exemplu, deșertul biom sau pădurea tropicală. Sistemul este de populație care cuprinde mult mai mici indivizi de o formă de grup, adică. E. O singură origine, care ocupă o anumită zonă. Un sistem mai complex decât populația, este o biocenoza, care include toate populația ocupând teritoriul. Astfel, populația, comunitatea, biom, biosferă sunt în ordine ierarhică de la mic la sisteme mari. Biosferă - un ecosistem global al planetei care susține ciclism la nivel mondial a materiei.

Biosfera este foarte important rolul ciclurilor biogeochimice. Nutrienții - C, O, N, P, S, CO2, H2O și altele - în contrast cu energia reținută în ecosistemele și pentru a realiza un ciclu continuu de mediul extern în organisme și înapoi în mediul extern. Aceste traseu închis numit cicluri biogeochimice. Ciclurile biogeochimice ar trebui să se facă distincția între cele două părți, sau ca în cazul în care două cutoff: 1) fond de rezervă - este o masă mare de mișcare materiale, non-organisme; 2) Fondul de schimb - mult mai mic, dar foarte activă, datorită schimbului direct de nutrienți între organisme și mediul lor imediat. Dacă luăm în considerare biosfera ca un întreg, se poate distinge: 1) ciclismului substanțelor gazoase, cu o capacitate de rezervă de atmosferă și hidrosferă (ocean) și 2) ciclu de sedimente, cu un fond de rezervă în crusta (circulația geologică). În cursul ciclurilor biogeochimice datorită activității vitale a organismelor vii, există o concentrație locală și acumularea de substanțe care conțin anumite elemente, ceea ce duce la formarea depozitelor de energie și materii prime ale activităților umane. Pentru multe milioane de ani de viață de viață mare cantitate de materie transformată energiei solare în mecanică și chimică, determinarea compoziției atmosferei, roci sedimentare sol, hidrosfera, schimbarea de nerecunoscut aspectul general al planetei. Prin urmare, putem vorbi despre legătura inextricabilă dintre materie anorganică și organică. Stabilitatea stării staționare a biosferei în aceleași legi ca durabilitatea oricărui ecosistem. Formarea unei multitudini de ecosisteme locale și a planetelor ecosistemului global - Biosferei, aceasta constituie o succesiune cuprinzătoare în timpul căreia a creat o varietate de specii necesare pentru ciclul maxim de substanțe închise. Ca urmare, într-un interval relativ scurt (700 milioane. Ani) Perioada de diversitatea speciilor a atins nivelul actual (aproximativ 2 milioane. Specii). Deoarece ecosistemul și biosfera individuale Pământului, în general, nu de timp a trecut de la starea de echilibru a succesiunii, extincția apar adesea ca o specie separată sau grupe taxonomice de plante mai mari si animale. În locul lor a intrat în nișe ecologice, specii noi, și de fiecare dată tranziția de biosferă a soldului însoțită de restaurarea diversității speciilor la un nivel mediu de 2 milioane. Specii.

comportament rațional link-uri de lanț trofice nu este determinată de eficiența obținerii produselor alimentare și moderație. Prin urmare, singura specie și îndeplinesc funcțiile biologice rămân în ecosisteme - trăiesc și dând viață altora. Caracteristici ale speciei umane în lanțurile trofice sunt după cum urmează:

• omul este omnivor și poate trăi în detrimentul unora, în detrimentul altor părți ale lanțului alimentar; Abate frâiele moderație;

• Se poate mări la resursele sale cu domesticirea plantelor și animalelor sau să le scoată de sub controlul mediului în locul de reședință;

• le poate lăsa în lanț rupt în cealaltă. Aceasta oferă o persoană un sentiment de libertate, dar această libertate de influența răspuns imediat și responsabilitate față de urmașii noștri.

Conceptul de productivitate a ecosistemului și a stabilității conduce la concluzii importante cu privire la limitele posibilităților de activități umane.

1. Ecosystem Reziliența asigură izolarea necesară pentru circulația maximă a substanțelor diversității speciilor de organisme vii. Stabilitatea ecosistemului global al planetei Pământ - Biosferei oferă o varietate de aproximativ două milioane de specii .. Orice activitate umană, ceea ce duce la o scădere a numărului și diversității speciilor de pe Pământ duce la o încălcare a echilibrului Biosferei. Înfricoșător nu este faptul că copiii noștri nu văd live a diferitelor flori și animale, și că producția biosfera echilibrului ei va conduce la o succesiune la nivel mondial, având ca rezultat necesitatea de a schimba radical aproape toate tehnologiile de mediu existente și de susținere a vieții.

2. Utilizarea fluxului de energie ecosistemului care vizează cea mai mare posibilă păstrarea echilibrului. Prin urmare, orice fel, asigură supraviețuirea sa din cauza posibilității de reproducere a altor specii ale ecosistemului ( „puternic“), va duce la perturbarea echilibrului ecosistemului, epuizarea resurselor necesare pentru existența sa și în cele din urmă încetează să mai existe. Din punct de vedere evolutiv, este adaptat speciile care să asigure reproducerea lor, nu împiedică reproducerea altor specii ale ecosistemului.

3. Utilizarea aceluiași flux de energie în activitatea economică vizează redistribuirea acesteia în direcția obținerii maxime de produse necesare pentru lanțul alimentar uman (dominația umană a speciilor alese de imposibilitatea celuilalt), intervenția atât umană în ecosistemele naturale nu pot perturba echilibrul lor.

4. Formarea și echilibru restabilirea ecosistemelor - un proces de autoreglare bazat pe aleatorii (deviere aleatorie sau animale de migrare de semințe aleatoare, schimbări aleatoare proprietăți ereditare ale organismelor ca rezultat al mutațiilor și recombinări de gene).

5. Orice încercare de a schimba echilibrul ecosistemului în direcția ordonării (așa cum este înțeles de către o persoană), va conduce la o creștere corespunzătoare a imprevizibilității și tulburare în alte părți ale aceluiași sistem. Asta este, orice întreprindere de a transforma natura pentru a satisface problemele lor urgente, unul trebuie să fie pregătite pentru apariția inevitabilă a problemelor noi și total neașteptate.

6. Produsele primare nete și randamentul maxim, astfel, de la / culturile limitate o eficiență de fotosinteză în aria geografică naturală (gamele de eficiență fotosinteză la 12% la 0,02%), care nu a putut crește.

7. Greutatea totală a proteinelor animale comestibile nu poate fi mai mare de alimente de plante de producție, indiferent de modul în care a evoluat și audio biotehnologie îmbunătățită.

8. Caracteristici ale biosferei Pământului pentru a oferi omenirii nutriție creștere limitată numeric de factori naturali insurmontabile.