Энергия в экосистемах

Способность живых организмов снижать неупорядоченность внутри себя иногда интерпретируют, как способность накапливать отрицательную энтропию. Сохранение функциональной упорядоченности живых существ, приводит к накоплению полезной энергии в экосистемах и как бы опровергает второй закон термодинамики. Наличие в природе процессов, противоположных рассеиванию энергии, т.е. процессов накопления и концентрации солнечной энергии описывается законами энергетики и экономическими явлениями. Играет роль понятие человеческого труда, приводящего к аккумуляции полезной энергии, которая в свою очередь приводит к расширению запасов продуктов питания, повышает количество концентрированной солнечной энергии с помощью технических средств. Специфические уникальные функции преобразования рассеянной солнечной энергии в концентрированную энергию органических веществ, в природе выполняют растения. Анализ термодинамических функций хлорофиллового аппарата растений показывают, что они обладают антиэнтропийными свойствами. В. И. Вернадский подчеркивал, что появление жизни на Земле связано с накоплением в биосфере «активной энергии» при одной и той же исходной энергии Солнца. Процессы биогенеза и техногенеза привели к тому, что «сложные органические соединения живого вещества оказались с еще большими запасами энергии, и законы энтропии если не нарушаются, то во всяком случае замедляются процессами жизни». Совместимость второго начала термодинамики со способностью живых систем создавать высокоорганизованные упорядоченные структуры может встречаться в системах далеких от равновесных, но обладающих хорошо развитыми «диссипативным структурами», откачивающими неупорядоченность. Для поддержания внутренней упорядоченности в системе, находящейся при температуре выше абсолютного нуля, когда существует хаотическое движение атомов и молекул, необходима постоянная работа по «откачиванию неупорядоченности». Дыхание упорядоченной биомассы можно рассматривать как «диссипативную структуру» экосистемы. В экосистеме отношение общего дыхания сообщества (Д) к его суммарной биомассе (Б), т. е. Д/Б, можно рассматривать как отношение затрат энергии на поддержание порядка, необходимого для жизнедеятельности, к потенциальной энергии, заключенной в биомассе, т. е. как меру термодинамической упорядоченности. Если в закрытой системе без притока энергии резко увеличивается биомасса (Б), то уменьшаются затраты энергии, необходимые для полдержания упорядоченности системы (Д). Тогда она постепенно разрушается и в конце концов погибает. Эффективное использование энергии обеспечивает выживание систем в соперничестве с другими системами. Для оптимизации использования энергии природная система создает хранилища концентрированной потенциальной энергии, часть которой тратит на получение новой и поддержание порядка: обеспечивает круговорот веществ, обмен с другими системами, создает механизмы устойчивости и др.