Термодинамика систем

В жизни любых систем действуют общие термодинамические принципы и законы сохранения энергии, вещества, информации. Наиболее очевиден закон (принцип) энергетической проводимости: поток энергии, вещества и информации в системе как целом должен быть сквозным, охватывающим всю систему или косвенно отзывающимся в ней. Иначе система не будет иметь свойства единства. Некоторые авторы называют этот закон (принцип) законом сохранения жизни: «Второй экологический закон – закон сохранения жизни: жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потока веществ, энергии и информации. Прекращение движения в этом потоке прекращает жизнь».

Закон сохранения массы: сумма массы вещества системы и массы эквивалентной энергии, полученной или отданной той же системой, постоянна. Если накопления или убывания вещества в системе не наблюдается, она находится в устойчивом, гомеостатическом состоянии. Близкий к этому закон сохранения энергии, или первый принцип (закон, начало) термодинамики: при всех макроскопических процессах энергия не создается и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую. В экологии особенно значим второй принцип (начало, или закон) термодинамики, имеющий множество формулировок. Три важнейших для экологии:

1) энергетические процессы могут идти самопроизвольно только при условии перехода энергии из концентрированной формы в рассеянную;

2) потери энергии в виде недоступного для использования тепла всегда приводят к невозможности стопроцентного перехода одного вида энергии (кинетической) в другую (потенциальную) и наоборот;

3) закон возрастания энтропии: в замкнутой (изолированной в тепловом и механическом отношении) системе энтропия либо остается неизменной (если в системе протекают обратимые, равновесные процессы), либо возрастает (при неравновесных процессах) и в состоянии равновесия достигает максимума.

Все системы в экологии упорядочены. Это происходит поскольку действует принцип Ле Шателье – Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Механизм осуществления принципа Ле Шателье – Брауна служит основным регулятором общеземных процессов.

Общефизический закон минимума диссипации (рассеивания) энергии Л. Онсагера, или принцип экономии энергии имеет большое значение для экологических и биолого-эволюционных процессов: при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допускаемых началами термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум роста энтропии.

Обобщающим выводом из серии закономерностей энергетического ряда может служить правило основного обмена: любая большая динамическая система в стационарном состоянии использует приход энергии, вещества и информации главным образом для своего самоподдержания и саморазвития.