Основные понятия общей экологии

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.

В земных условиях существует четыре среды обитания:

1) Водная.

2) Наземно-воздушная.

3) Почвенная.

4) Тело другого организма, используемое экто - и эндопаразитами.

Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы.

Экологические факторы - отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организм.

Экологические факторы разделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы - это все, влияющие на организм элементы неживой природы: температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, химический состав водных растворов, ветер, течения, рельеф местности и т. д.

Биотические факторы - это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других видов - растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие.

Антропогенные факторы - это формы деятельности человека, человеческого общества, приводящие к изменению среды обитания других видов и самого человека, или непосредственно сказывающиеся на их жизни. Любое живое существо живет в сложном меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

Отдельные экологические факторы создают комплексное воздействие на организм, которое, на первый взгляд, является абсолютно случайным и непредсказуемым. Однако в этом воздействии наряду со случайностью есть и определенные закономерности, связанные с фундаментальными законами природы, открытыми современной физикой.

В процессе развития физики как естественной науки выявился целый ряд противоречий между причинно-следственными связями в различных явлениях материального мира. Это привело к временному условному делению объектов изучения на явления макромира, микромира и мегамира.

1. МЕГАМИР - мир космических скоростей и масштабов.

2. МАКРОМИР - мир объектов, соизмеримых с масштабом человеческого опыта.

3. МИКРОМИР - мир предельно малых объектов. Относится изучение элементарных частиц, входящих в состав атома.

В результате, главной задачей современной физики стало открытие законов, общих для всех этих явлений.

Одним из важнейших открытий в природе микромира оказался принцип неопределенности, в соответствии с которым одинаковые частицы в одинаковых условиях ведут себя по-разному. То есть, выяснилось, что случайность событий – это не отсутствие знания конкретной причины данного следствия, а неотъемлемое свойство материи. В то же время процессы, происходящие в микромире, подчиняются статистическим закономерностям: если при воздействии на одинаковые частицы одних и тех же сил определить местоположение и состояние конкретной частицы нельзя, то наиболее вероятное местоположение и состояние большинства этих частиц будет закономерным. В явлениях макромира эти статистические закономерности часто приобретают характер абсолютной причинно-следственной зависимости, что, однако, не исключает, а, наоборот, предусматривает возможность абсолютно случайных отклонений от этой зависимости.

Наиболее фундаментальным и разработанным законом природы является закон сохранения и превращения энергии.

Закон сохранения энергии свидетельствует о неуничтожимости движения и материи, существовании взаимных превращений между видами энергии и движения, невоз­можности создания чего-либо из ничего. Он объясняет при­роду механической работы и справедлив для всех явлений природы.

Благодаря открытию закона сохранения энергии были сделаны новые ценные открытия, созданы механизмы и устройства нового типа, приведены в единую систему фи­зические представления о мире. Закон имеет исключитель­ное значение для естествознания, поскольку на нем осно­ваны основные положения современной физики, химии, прочих смежных наук. Все знания о веществе, разного рода превращениях, феноменах и процессах опираются на пред­ставления о сохранении энергии. Одновременно этот за­кон объединяет и разные виды энергии: лучистую, ядер­ную, электромагнитную, механическую, химическую, тепло­вую и т.д.

Закон этот неукосни­тельно соблюдается во всей бесконечной Вселенной. За­медление времени, искривление пространства, сверхтеку­честь и сверхпроводимость, а также прочие физические «штучки», нарушающие привычные представления о мире, на закон сохранения не распространяются. Он универса­лен. Если какие-то расчеты показывают, что энергия бе­рется из ниоткуда или уходит в никуда, значит они про­сто неверны. Закон сохранения при всей своей простоте непоколебим и категоричен. Исключений из него не су­ществует и не может существовать даже чисто предполо­жительно!

Невозможно представить себе случай, когда закон сохранения не действовал бы. Материя пребывает в движении, которое выражается в переходах энергии из одного состояния в другое. Поэтому, если бы случилось нечто фантасти­ческое, и закон сохранения энергии перестал бы работать, это означало бы исчезновение материи и Вселенной.

Обобщенная форма закона гласит: Внутри замкнутой системы энергия передается от одного тела к другому, претерпевая превращения и принимая новые формы. Количество ее всегда ос­тается неизменным.

При этом системой называется совокупность объектов (предметов и/или явлений), объединенных единым процессом.

Если процесс обратимый или циклический - система замкнутая. Все материальные системы, как естественного природного происхождения, так и созданные человеком, в той или иной степени взаимодействуют с внешними по отношению к системе объектами, то есть являются открытыми и составляют вместе с этими «внешними» объектами более сложную систему или надсистему, по отношению к которой будут являться подсистемой. Процесс, объединяющий компоненты в элементарную систему может быть и необратимым. Например: система, состоящая из органического вещества – целлюлозы (спичка) и кислорода, объединенных необратимой химической реакцией (горения) превращения их в углекислый газ, минеральные соли и пары воды. Такая система, образованная необратимым процессом, будет называться незамкнутой. Однако процесс, необратимый в рамках данной элементарной системы, может оказаться обратимым в рамках одной из надсистем более высокой иерархии. А так как все процессы, в какой бы форме они ни протекали, - это в итоге процессы перехода и превращения энергии, то, по сути, все материальные системы являются замкнутыми. Смысл закона заключается в том, чтобы следить за приходом и расходом энергии внутри выбранной систе­мы. Энергией называется способность какого-либо тела или системы совершать работу. Известно, что работа в физике — это дей­ствие приложенной к телу силы на каком-то отрезке пути А = FS (F – сила, S - расстояние, А - работа).

Частный вариант закона — для механики — утвер­ждает, что полная механическая энергия всех тел системы остается неизменной.

Тела взаимодействуют друг с другом механически (как шестеренки в часах) и при этом передают друг другу энер­гию. Передача ее и взаимодействие такого рода называет­ся механическим процессом. Не участвующие в процессе тела, если они как-то иначе влияют на систему, изменяют ее энергию. Но тела внутри системы этого не могут: коли­чество энергии постоянно при чисто механическом про­цессе.

Для объяснения смысла закона сохранения механичес­кой энергии обратимся к связи между работой и потенци­альной энергией.

Выделяют два основных вида энергии: потенциальную и кинетическую. Потенциальную энергию тело или система приобретают в результате работы, совершенной против действия какой-либо силы. Например, для того чтобы тело приобрело потенциальную энергию, его нужно поднять на определенную высоту, т. е. совершить работу против силы тяжести.

.

Кинетическая энергия приобретается в процессе движения тел или систем обладающих массой и зависит от скорости этого движения .

Такой энергией обладает брошеный камень. Можно сказать, что кинетическая энер­гия есть энергия движущегося тела.

Энергия означает способность тела совершатьработу. Пока тело не совершает никакой работы, его энергия пере­ходит из потенциальной в кинетическую, и наоборот, — до бесконечности.

Но любое взаимодействие порождает расход энергии тела. Кинетическая энергия уменьшается, переходя в работу, то же самое может произойти и с потенциальной энергией. Полная энергия тела или системы тел, как несложно понять, равна сумме их кинетической и потенциальной энергии.

Поэтому как бы ни менялось количество кинетической и потенциальной энергий, полная энергия неизменна. Имен­но это и утверждает закон сохранения механической энер­гии. В системе она лишь передается от тела к телу. Способ передачи механической энергии — это и есть работа, кото­рая всегда равна величине изменения энергии. Физики формулируют это утверждение так: работа служит мерой передачи энергии при механических процессах.

Нет такого механизма, который бы давал «выигрыш» работе. Нельзя из бензобака получить больше энергии, чем там есть! Нельзя извлечь больше энергии из атомного реак­тора, чем это возможно.

Потенциальная и кинетическая энергия могут проявляться в различных формах механической, химической, электрической, тепловой, атомной. При этом все эти формы могут переходить друг в друга и в конечном итоге в механическую работу и/или тепловую энергию, т. е. в макромире возможны принципиально только 2 способа перехода энергии в другую форму: через тепловую форму энергии или через тепловую энергию и механическую работу. В связи с вышесказанным закономерности превращения тепловой энергии в другие формы энергии и работы носят всеобщий характер. Этим объясняется революционное научное значение законов термодинамики – науки, изучающей тепловые и энергетические проявления в любых физических процессах.