Термодинамика и жизнь растений

Содержание

Живые системы в биосфере Земли весьма разнообразны, при этом они могут подразделяться по уровню сложности или в зависимости от их взаимодействия с окружающей средой.

По уровню сложности живые системы представлены следующими разновидностями:

• клетка,

• ткань,

• орган,

• система органов,

• организм,

• популяция,

• биоценоз,

• биосфера.

В зависимости от взаимодействия системы с окружающей средой термодинамические системы подразделяются на:

 изолированные системы, которые не обмениваются с внешней средой ни энергией, ни веществом (живых систем в этой категории не встречается),

 закрытые системы, которые обмениваются со средой энергией, но не веществом (примеры живых систем в этой категории не известны),

 открытые системы, которые обмениваются с внешней средой и энергией, и веществом (изученные живые системы относятся только к этой категории) [11].

За время существования жизни на планете прошло накопление огромного количества химической и лучистой энергии, которое выражается в наличии на планете больших запасов углеводородов, появившихся на планете вследствие деятельности живых организмов. В.Анри определил жизнь, как постоянное задержание и накопление химической и лучистой энергии, которое замедляет превращение полезной энергии в теплоту, препятствуя рассеянию этой теплоты в мировом пространстве. А.Е. Ферсман писал о том, что в процессах биогенеза сложные органические соединения живого вещества накапливают значительные запасы энергии, поэтому законы энтропии замедляются процессами жизни [ 6].

Продуценты в живой системе — зеленые растения — накапливают солнечную энергию, которая затем передается по пищевым цепям нескольких звеньев консументов, завершается звеном редуцентов, которые и сохраняют в конечном виде в течение миллионов лет вадозный по началу генезиса углерод, как минерал. Помимо углерода такими же вадозными минералами являются углекислый кальций, скопления сульфатов, гидроксидов железа и других форм поверхностных месторождений полезных ископаемых, образовавшихся с участием живых организмов, живших на нашей планете в течение миллионов лет. В.И.Вернадский использовал в своих трудах первый и второй законы термодинамики для понимания единства живой и неживой природы, заложил основы учения не только о биогеосфере, включающей землю, воду, воздух и живые организмы, но и о ноосфере, отражающей роль человека в этой общей системе Земли. Теснейшим образом связанная с живым веществом геохимическая история углерода приводит к пониманию энергетического аспекта биогеохимических явлений по сравнению с геохимическими явлениями, происходящими вне влияния жизни. Согласно принципу Карно биогеохимические круговороты веществ связаны с деградацией энергии, количество свободной энергии, которая способна производить работу, падает с каждым этапом движения по системе, энергия рассеивается в виде тепла, энтропия мира увеличивается и уровень тепла выравнивается.

Выдержка из текста

Процессы, происходящие в природе в целом и в жизнедеятельности отдельных групп живых организмов, в том числе и растений, определяются физическими, химическими и биологическими законами. Особое значение для понимания системы взаимодействия этих процессов в единой биосфере имеют законы термодинамики, которые являются глобальными и распространяются на весь процесс круговорота энергии в живой и неживой природе.

В современной термодинамике сформулированы пять основных начал, которые можно сформулировать следующим образом:

1. Нулевое начало термодинамики (сформулированное после открытия первого и второго начал) гласит: «Изолированная термодинамическая система с течением времени самопроизвольно переходит в состояние термодинамического равновесия и остаётся в нём сколь угодно долго, если внешние условия сохраняются неизменными».

2. Первое начало термодинамики (ПНТ) = Закон сохранения энергии: «Энергия в изолированной системе – величина постоянная и не изменяется во времени, а лишь переходит из одной формы в другую».

3. Второе начало термодинамики (ВНТ) = Закон возрастания энтропии: «Все реальные процессы (в том числе в биологических системах), сопровождаются рассеянием некоторой части энергии в теплоту».

4. Третье начало термодинамики = Принцип или теорема Нернста: «Приращение энтропии при абсолютном нуле температуры стремится к конечному пределу, не зависящему от того, в каком равновесном состоянии находится система».

5. Четвертый закон термодинамики: «Любая неравновесная система обладает такими свойствами, называемыми кинетическими, которые определяют особенности протекания неравновесных процессов в направлении, указываемым вторым началом термодинамики, и от которых не зависят термодинамические силы, движущие эти неравновесные процессы».

Список использованной литературы

19 источников литературы, оформлен по ГОСТ 2008.