Физическими исследованиями установлено главное различие между веществом и энергией, заключающееся в том, что вещество занимает пространство и имеет массу, т. е. может быть взвешено в условиях тяготения. Вещество может быть в твердом, жидком, газообразном и плазменном состоянии, но в любом случае мельчайшие единицы вещества — это элементарные частицы (протоны, нейтроны, электроны и т. д.), из которых, в свою очередь, состоят атомы.[ ...]
Для нас очень важной является потенциальная энергия, «запасенная» в веществе (топливе, пище и т. п.), относимая к так называемой химической потенциальной энергии (рис. 59).[ ...]
В бесчисленных физических экспериментах, посвященных измерению количества энергии при переходах из одной формы в другую, был получен один и тот же результат — количество энергии неизменно. Это представляет собой известный физический постулат — первое начало термодинамики: энергия не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую. В данном случае также следует сделать важное замечание: ядерные реакции, при которых возможно превращение массы в энергию, не являются присущими биологическим да и в обычных условиях химическим и физическим системам. Иными словами, ни одна биологическая система не может быть ни при каких (известных нам?!) условиях «ядерным реактором».[ ...]
Свойство живых системизвлекать упорядоченность из окружающей среды дало основание некоторым ученым, и в частности Э. Бауэру, сделать вывод, что для этих систем второе начало термодинамики выполняется не полностью, но это так, если не использовать общую его формулировку для открытых систем, а значит и живых. В соответствии со вторым началом термодинамики поддержание жизни на Земле без притока солнечной энергии невозможно. «Все, что происходит в природе, означает увеличение энтропии в той части Вселенной, где это имеет место. Так и живой организм непрерывно увеличивает свою энтропию, или, иначе, производит положительную энтропию и, таким образом, приближается к опасному состоянию — максимальной энтропии,— представляющему собой смерть. Он может избежать этого состояния, т. е. оставаться живым, только постоянно извлекая из окружающей среды отрицательную энтропию» (Э. Шредингер, 1972, с. 76).[ ...]
Все преобразования вещества в процессе биологического круговорота требуют энергетических затрат. Ни один живой организм не способен к продуцированию энергии — она может быть получена исключительно извне. В современной биосфере главнейший источник энергии, который утилизируется в биогенном круговороте,— это энергия солнечного излучения.[ ...]
Поток солнечного излучения —энергии в экосистемах полностью соответствует началам термодинамики. Принципиально можно говорить о системах превращения энергии из одной формы в другую, а именно — энергии солнечного излучения в химическую энергию, накапливаемую фотосинтезирующими растениями, а ее —в другие формы по мере прохождения пищевых цепей. В трофической сети, на каждом ее уровне происходит высвобождение потенциальной энергии для функционирования систем организма и одновременно происходит потеря тепла. Через экосистемы движется поток энергии и осуществляются ее превращения.[ ...]
Избыток. Вся огромная масса растений использует всего 0,5 % поступающей на Землю солнечной энергии. В любом случае поступающего солнечного излучения заведомо достаточно для удовлетворения любых немыслимых, даже самых фантастических потребностей человечества как части биосферы. В связи с тем, что большая часть поступающей на Землю солнечной энергии при любом использовании в конечном счете превращается в тепло, то увеличение использования солнечной энергии не может сколько-нибудь ощутимо повлиять на динамику биосферных процессов (рис. 60).[ ...]
Чистота. Источником солнечной энергии являются ядерные реакции, идущие в недрах этой звезды и которые, естественно, имеют значительное радиоактивное загрязнение. Однако по пути к Земле, а он составляет 150 млн. км, все это загрязнение постепенно исчезает. Это определяет солнечную энергию как «чистую», что кстати резко отличает ее от энергии, которая производится на тепловых и атомных электростанциях.[ ...]
Вечность. По некоторым предположениям астрономов Солнце, как и другие звезды аналогичного типа, через несколько миллиардов лет погаснет, но это не имеет абсолютно никакого практического значения для нашего, да и всех последующих поколений человечества, и биосферы Земли в целом. По самым древним артефактам существования человека на Земле возраст его составляет максимально 3—4 млн. лет, а это всего лишь 0,3—0,4 % от миллиарда и, таким образом, если предположить, что Солнце погаснет через 1 млрд. лет и жизнь на Земле станет невозможной, у человечества есть еще в запасе 99,7 % (99,6 %) этого срока, причем каждые сто лет он будет уменьшаться всего на 0,00001 %.[ ...]
Первым этапом использования и преобразования энергии в целях круговорота является фотосинтез, в процессе которого создаются вещества для построения тканей растительных организмов. Энергия, полученная продуцентами в виде солнечного излучения, в процессе фотосинтеза превращается в энергию химических связей. Аккумуляция энергии в организме фотосинтетиков связана с увеличением массы организмов. Эту биомассу растительных тканей, которую создают продуценты, называют первичной продукцией.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Перенос вещества и энергии в экосистеме (по Б. Небелу, 1993) |
 |
| Основные потоки энергии в сообществах смешанных и широколиственных лесов (по А.Г. Воронову, 1985) |
 |
| Схема потока энергии в организме птиц |
 |