И. М. Губкина в Ташкенте Республика Узбекистан, г. Ташкент 100125, ул Дурмон йули 34 тяжелые металлы и радиоактивные вещества. Потоки энергии и законы термодинамики, План лекции

ВТОРОЙ ПРИНЦИП (НАЧАЛО ИЛИ ЗАКОН) ТЕРМОДИНАМИКИ

• Второй принцип (начало или закон) термодинамики имеет три важнейшие формулировки для экологии.
• Первая энергетические процессы могут идти самопроизвольно только при условии перехода энергии из концентрированной формы в рассеянную.
• Характерна ли эта тенденция к энергетическому выравниванию для всей Вселенной, пока не ясно. В XIX веке широко осуждался вопрос о «тепловой смерти Вселенной».
• Вторая формулировка закона:
• потери энергии в виде недоступного для использования тепла всегда приводит к невозможности 100% перехода одного вида энергии в другую; результат – невозможно создать вечный двигатель 2го рода.
• В соответствие со вторым законом термодинамики поддержания жизни на Земле без притока солнечной энергии невозможно.

ОТЛИЧИТЕЛЬНАЯ ОСОБЕННОСТЬ ЖИВЫХ ТЕЛ ЭКОСИСТЕМ

• Общепринятая в физике формулировка второго начала термодинамики гласит, что в закрытых системах энергия стремится распределиться равномерно, т.е. система стремится к состоянию максимальной энтропии.
• Отличительной же особенностью живых тел, экосистем и биосферы в целом является способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т.е. состояния с низкой энтропией.
• Понятие энтропии характеризует ту часть полной энергии системы, которая не может быть использована для производства работы. В отличие от свободной энергии она представляет собой деградированную, отработанную энергию. Если обозначить свободную энергию через F и энтропию через S, то полная энергия системы Е будет равна:
• E = F + ST;
• где Т — абсолютная температура по Кельвину.

ТРЕТЬЯ ФОРМУЛИРОВКА ЗАКОНА

• в замкнутой (изолированной в тепловом и механическом отношении) системе энтропия (степень упорядоченности) либо остается неизменной (если в системе протекают обратимые, равновесные процессы) либо возрастает (при неравновесных процессах) и в состоянии равновесия достигает максимума.
• В открытых экосистемах, согласно теореме сохранения упорядоченности в них (теорема Пригожина), энтропия не возрастает, а падает до тех пор, пока не достигается постоянная величина, всегда больше нуля. Местами энтропия возрастает, а в других местах резко снижается. В целом же используя потоки энергии, система не теряет упорядоченности. Деятельность живых систем всегда не энтропийна, пока сохраняется их свойство системности, т.е. отличительной особенностью живых организмов, экосистем и биосферы в целом является способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т.е. состояние низкой энтропии.

• ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ

• Попавшие в воду тяжелые металлы сравнительно быстро распространяются по большому объему. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов или сульфидов, частично адсорбируются на минеральных или органических осадках.
• *Концентрация тяжелых металлов в отложениях постоянно растет. Если водная среда имеет рН < 7 (кислая), то осажденные металлы могут перейти в воду. Значения рН уменьшается при попадании кислот в реки и в сильно заросшие водоемы, когда в результате активной деятельности растущих микроорганизмов выделяется особенно много углекислого газа.
• *Для некоторых тяжелых металлов установлена возможность микробиологического алкилирования, таким образом они могут включаться в цикл питания.