Физика окружающей среды. А. П. Рыженков. Читать онлайн. Newlib. NEWLIB.NET

Автор: А. П. Рыженков
Издательство: Прометей
Серия:
Жанр произведения: Биология
Год издания: 2018
isbn: 978-5-906879-78-3
Скачать книгу
преобразуется в биосфере и рассеивается в космос в форме теплового (низкокачественного) излучения. Этот процесс, согласно закону Больцмана характеризуется возрастанием энтропии в системе Солнце – Земля.

      S = klnW

      Этот закон утверждает, что материя в изолированной системе стремится к хаотическому состоянию. Однако часть солнечной энергии, как это уже обсуждалось выше, в результате реакции фотосинтеза преобразуется в высокоорганизованную материю. Это достигается благодаря тому, что живые организмы в процессе самоорганизации производят отрицательную энтропию или негаэнтропию.

      Образование высокоорганизованной материи достигается повышением степени порядка в системе, а это соответствует тому, что в формуле Больцмана под знаком логарифма необходимо подставить величину 1/W. А так как ln(1/W) это, то же самое, что и отрицательный логарифм W, то уравнение Больцмана запишется по-другому:

      – S = kln(1/W).

      Отсюда появилось определение негаэнтропии, как меры стремления к упорядоченности. Негаэнтропийный ресурс Земли можно определить, если исходить из того, что в условиях термодинамического равновесия энергия не Земле не накапливается:

      Е1 = Е2 = Е

      В таком случае негаэнтропийный ресурс Земли определяется разностью энтропии падающего и рассеянного излучения. Пользуясь моделью абсолютно черного тела и законом Стефана-Больцмана, можно определить приращение энтропии излучения ΔS. Эта величина в свою очередь равна негаэнтропии отбираемой Землей ΔN:

      ΔS = – ΔN = 4/3 (E2 / T2 – E1 / T1) = 4/3 E(1 / T2 – 1 / T1),

      где E1 и T1 – внутренняя энергия и температура солнечного излучения. E2 и Т2 – энергия и температура уходящего излучения.

      При Т1 = 6000 К и Т2 = 300 К получим:

      ΔS = – ΔN = 4/3 E (1/300 – 1/6000)

      Величиной 1/6000 в сравнении с 1/300 можно пренебречь и:

      ΔS = – ΔN = 4/3 (E/T2)

      т. е. ежегодный ресурс негаэнтропии зависит, в основном, от эффективной температуры потока энергии, излучаемого Землей. Следовательно, при заданном потоке солнечной энергии, с увеличением ΔN, можно получить понижение температуры уходящего излучения, что соответствует увеличению длины его волны. Как известно, эту роль выполняет растительность на Земле. При этом энтропия системы Солнце-Земля увеличивается, но увеличивается и негаэнтропийный ресурс Земли за счет локального понижения энтропии.

      Антропогенное вмешательство в деятельность экосистем неизбежно приводит к увеличению неупорядоченности и снижению негаэнтропийного ресурса. Предельным случаем такого вмешательства будет гибель биосистем.

      Глава 3. Физика земных процессов

      Вода! У тебя нет ни вкуса, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты есть сама жизнь.

А. Сент-Экзюпери

      Земля – элементы строения. В окружающем нас мире рождаются звезды, движутся планеты,