Энергия в экосистемах

Живая материя отличается от неживой способностью аккумулировать из окружающего пространства свободную энергию, преобразовывать и концентрировать ее, чтобы противостоять росту энтропии. Следовательно, порядок, создаваемый энергетическими потоками в экосистемах, связан с изменением качества аккумулированной живыми организмами энергии.

Формы и качество энергии. Энергия существует во многих формах и видах: солнечная, тепловая, химическая, электрическая, атомная, энергия ветра, воды и др. Формы энергии различны по способности производить полезную работу. «Не все калории (или другие единицы количества) одинаковы, т. е. одинаковые количества разных форм энергии могут сильно различаться по своему рабочему потенциалу». Энергия слабого ветра, прибоя, маломощных геотермальных источников может произвести небольшое количество работы. Концентрированные формы энергии (нефть, уголь и др.) обладают высоким рабочим потенциалом. Энергия солнечного света по сравнению с энергией ископаемого топлива обладает низкой работоспособностью, а по сравнению с рассеянной низкотемпературной теплотой - высокой. Качество энергии, сконцентрированной в биомассе растений, животных, топливе, отличается от качества рассеянной тепловой энергии. Качество энергии характеризует ее способность совершать работу, т. е. ее эксергию. Эксергия - это максимальная робота, которую совершает термодинамическая система при переходе и данного состояния е состояние физического равновесия с окружающей средой.

Эксергией называют полезную долю энергии, участвующей в каком-то процессе, величина которой определяется степенью отличия какого-то параметра системы от его значения в окружающей среде. Пояснить понятие эксергии можно на примере теплоты. Температура - это мера концентрации теплоты. Следовательно, энергия характеризуется не только количеством, но и качеством, для создания энергии более высокого качества необходимы затраты энергии более низкого качества. Поток солнечной энергии, вовлекаемый в цепь превращений в биосфере, образует порядок и повышает эксергию некоторой части энергии. В природе показателем качества энергии может служить количество калорий солнечного света, которое должно рассеяться, чтобы образовалась 1 калория более высококачественной формы энергии. Преобразование солнечного света в пищевой цепи, или цепи генерации электричества, или другой цепи превращений всегда сопровождается уменьшением количества и повышением качества энергии, аккумулированной на каждом этапе.