Биосфера синергетикасы. Биосферадағы энергия ағымы.

В.И. Вернадскийдің биосферадағы тіршіліктің тұрақты дамуы ондағы тірі заттардың (биогенді) табиғаттағы үздіксіз айналымы жемісінің нәтижесі екенін айтқан болатын. Өйткені, тірі заттардың элементтері қоршаған табиғи ортаға түсіп, одан соң тірі организмдер арқылы қайтадан айналымға түсетіні белгілі. Осылайша әрбір элемент тірі организмдерді әлденеше рет пайдаланып отырады. Соның нәтижесінде жер бетінде тіршіліктің дамуы үнемі даму үстінде жүзеге асып, биоценоздағы биогенді айналымды жүзеге асырады. Бірақ та, заттардың биогенді айналымын абсолютті тұрғыда деп түсінбеу керек. Себебі, айналымдағы заттар бір трофикалық деңгейден екіншісіне өткен кезде әлсін-әлсін зат айналымына түсіп, үздіксіз қайталанып отырады. Нәтижесінде жер шарында органикалық заттардың қоры (торф, көмір, мұнай, газ, жанғыш сланц) жинақталады. Бұл қорлар да өз кезегінде жұмсалып, қайтадан айналымға түсіп, зат айналымының үздіксіз (шексіз) процесін жалғастырып жатады.

Биогенді айналымның негізгі көзі жер бетінде жасыл өсімдіктердің пайда болып, фотосинтез құбылысы басталғаннан бастау алады. Мәселен, атмосферадағы барлық оттегі тірі организмдер арқылы (тыныс алу т.б.) 2000, көмір қышқыл газы 300, ал су 2 000 000 жылда бір рет өтіп отыратыны дәлелденген.

Жоғарыдағы әлемдік биологиялық айналым үшін энергия ауадай қажет. Оның негізгі көзі – автотрофты (жасыл өсімдіктер ) организмдер сіңіретін күн радиациясы. Күн энергиясы биоценозда үнемі әрекет етеді. Күн энергиясының, зат айналымының ерекшелігі сол, ол үнемі жұмсалып отырады. Ал, зат айналымы тек бір деңгейден екінші деңгейге ауысып отаратыны белгілі. Мысалы, күн энергиясының 30 % атмосферада сейілсе, 20 % атмосфера қабатында сіңіріледі де, ал 50 % құрлық және мұхиттар бетіне жылу ретінде сіңіріледі. Тек күн энергиясының 0,1-0,2 % ғана биосфера шегіндегі жасыл өсімдіктер үлесіне тиіп, әлемдік зат айналымын қамтамасыз етіп отырады. Оның жартысы фотосинтез процесі кезінде өсімдіктердің тыныс алуына жұмсалып, ал қалған бөлігі қоректік тізбектің желісіне түседі.

Энергия – материяның барлық түрлерінің қозғалысы мен әрекеттесуінің сандық ортақ өлшемі, табиғаттағы барлық құбылыстардың өзара байланысты болуы осыдан. Жүйедегі энергия жұмыс істелген кезде өзгереді.

Термодинамиканың бірінші заңы – энергияның сақталу заңы былай дейді: табиғатта энергия жоқтан пайда болмайды және жоғалып кетпейді, ол тек бір түрден келесі түрге айналады. Бұл өзгерістер кезінде энергия мөлшері өзгеріп отырады. Табиғаттағы барлық процестер осы заңға бағынады. Термодинамиканың екінші заңы бойынша энергияның бір бөлігі әрқашанда пайдалануға келмейтін жылу энергиясы ретінде шашырап кететіндіктен, кинетикалық энергияның (мысалы, синтезделуші органикалық заттардың химиялық байланыстар энергиясына) айналу эффективтілігі әр уақытта 100%-дан кем болады.

2.Термодинамика заңдарының биосферадагы әрекеті.

Биоценоздардағы организмдер тобының тәулік, жылдық, маусымдық белсенділігі біркелкі емес. Кейбір организмдер түнде қарқынды тіршілік етсе, кейбіреулері керісінше болып келеді. Сондықтан биоценоз құрамындағы түрлер сан және сапа жағынан да үнемі ауытқып отырады. Бұл жағдай негізінен жер шарының климаттық белдеулері мен табиғат аймақтарына да байланысты.

Экожүйе энергетикасының динамикасы белгілі бір заңдылықтарға сәйкес жүреді. Ол жалпы энергия алмасуының физикалық және химиялық заңдылықтарына бағынады. Соның бірі термодинамика заңдары:

Термодинамиканың бірінші заңы бойынша энергия ешқайда жоғалмайды, жоқтан пайда болмайды, бір түрден екінші түрге ауысып отырады.

Термодинамиканың екінші заңы бойынша энергия ағыны өтетін кез келген жүйе тұрақтылық күйіне қарай дамуға бейім болады және оның өздігінен реттелу процесі қалыптасады.

Басқа да тірі жүйелер (популяция немесе биоценоз) сияқты экожүйелерге де тұрақты тепе-теңдігін белгілі бір дәрежеде ұстап тұру қабілеті тән. Экожүйенің тұрақтылық дәрежесі, яғни гомеостазы қоршаған ортаның әсер ету дәрежесіне және ішкі басқару механизмдерінің тиімділігіне байланысты болады. Экожүйенің гомеостазын ұстап тұруының белгілі бір шегі болады және ол өзіндік заңдылықтар мен принциптерге бағынады.

Э. Бауэр ұсынған тірі жүйелердің тұрақты теңсіздік принципі: тірі жүйелер ешқашан тепе-теңдікте болмайды және өзінің бос энергиясы есебінен үнемі сыртқы орта жағдайларына сай физика мен химия заңдары талап ететін тепе-теңдікке қарсы жұмыс жасайды.

Ле Шателье – Браун принципі: жүйеге қандай да бір фактор әсер еткен жағдайда, оның тұрақтылығы тепе-теңдік күйден сыртқы әсердің эффектісі әлсірейтін бағытқа қарай ығысады.