Реферати українською » Экология » Та фізика і екологія


Реферат Та фізика і екологія

Трухин В.І., Показеев К.В., Шрейдер А.А.

Багатьом ці поняття - фізика й екологія - здаються несумісними. Адже фізика, впровадження її результати в промисловість видаються як із найголовніших джерел забруднення довкілля. І це дійсно, атомна промисловість, енергетика, інші галузі, широко використовують досягнення фізики, дають чимало прикладів негативного на довкілля.

Але фізика має до екології й те, наповнений позитивним змістом , ставлення. Про це та поговоримо.

Є різноманітні тлумачення терміна "екологія". Відповідно до класичного визначення, екологія як самостійна наука належить до науки біологічним, та й термін "екологія" було запропоновано німецьким биологом-эволюционистом Еге. Геккелем. Поруч із таким "біологічним" розумінням екології в суспільстві існує поняття "екологія" як уявлення про рівень техногенного забруднення довкілля, уявлення про екологію як науці, що займається вивченням антропогенного на навколишнє середовище і розробкою методів зменшення цього впливу. Такі уявлення є науковими, але і вони найширше поширені у суспільстві, і навіть серед учених, котрі займаються прикладними дослідженнями.

Нове розуміння екології виникло з урахуванням теорії систем, термодинаміки відкритих систем і є найбільш "фізичним". Це розуміння екології перегукується з роботам А.А. Богданова, В.І. Вернадського. Богданов ще на початку ХХ століття висловив думка, що організації має діяти у живої, а й неживої природі. Наявність структур, організованість - це найважливіші риси природи. Вернадський, розвиваючи вчення про біосфері і ноосферу, використовував поняття організованості як найважливішого властивості матеріальних й енергетичних частин біосфери. І вважав, що антропогенний вплив може бути потужнішим геологічним і геохимическим чинником, чим це природні процеси разом узяті. Відповідно до В. Г. Горшкову, за повної порушенні скоррелированного взаємодії видів у природних співтовариствах біоти довкілля може цілком (на 100%) спотворитися за десятки років. Якщо ж вся биота буде знищено, то спотворення довкілля на 100% з допомогою геофізичних процесів можливе лише сотнями тисячі років.

Починаючи по крайнього заходу з ХХ століття биота суші перестала поглинати надлишок вуглецю з атмосфери. Навпаки, вона почала викидати вуглець у повітря, збільшуючи забруднення довкілля, продуковане промисловими підприємствами. Це означає, що структура природною біоти суші порушена в глобальні масштаби. Що ж до всієї біосфери, можна буде усвідомити, що її сучасне частково забруднене стан можна зупинити, вони можуть повернутися до старе стійке стан за скорочення антропогенного забруднення значно величини. Іншого стійкого стану біосфери немає, і за збереженні чи прискоренні темпів обурення біосфери стійкість довкілля буде зруйнована. Звідси випливає, що ноосфера (сфера розуму) як екологічна ніша стійкого існування й розвитку цивілізованої людини за наявності экономико-технологической діяльності можлива лише за збереженні достатньої кількості біоти великий території планети.

Отже, головне природне протистояння, що з існуванням та розвитком життя Землі, здійснюється між геофізичними процесами, возмущающими біосферу, і биотой, що компенсує ці обурення. Звідси зрозуміла роль фундаментальних досліджень у сфері екологічної геофізики і фізики взагалі. Глибоке вивчення проблем екологічної геофізики розширить можливості пошуків виходу з екологічної кризи, обумовленого неконтрольованим антропогенним впливом на довкілля. У зв'язку з дослідженням термодинаміки відкритих систем і вивченням процесів самоорганізації в нерівноважних системах стали зрозумілими фізичні причини самоорганізації на живу і неживої природі. Елементи чи зміни системи живої і неживої природи є відкритими термодинамическими системами, далекі від стану рівноваги. Їх пронизують потоки енергії і ті речовини, і у неї і відбуваються процеси структуризації, самоорганізації. Отже, самоорганізація систем у природі виходить з фундаментальних фізичних принципах.

І.Р. Пригожин, лауреат Нобелівської премії по хімії, назвав впорядковані освіти, які творяться у ході нерівноважних процесів, диссипативными структурами. Диссипативные структури творяться у результаті розвитку своїх внутрішніх процесів системи. У цьому відбувається обмін системи енергією і речовиною з довкіллям, що забезпечує стан динамічного рівноваги (балансу потоків), попри внутрішні втрати у системі. У їх на відміну від упорядкованих структур, виникнення яких зумовлено зовнішніми впливами. Системи океанічних течій, циркуляція у атмосфері є яскравими і добре відомими прикладами диссипативных структур, існуючих планети. Земля є відкритої системою. Основний потік енергії йде від Сонця. У процесі фотосинтезу і всіх подальших перетворень цю енергію трансформується на інших форм. Приходящее тепло врівноважується тепловим випромінюванням Землі.

Класичним прикладом диссипативных структур є циркуляційні осередки Бенара. Уявіть: рідина, налита в широкий плаский посудину, підігрівається знизу; коли градієнт температури рідини перевищить деяке критичне значення, вся рідина в посудині розбивається на систему сотообразных циркуляційних осередків; у частині осередки рідина піднімається, а прикордонних бічних гранях - опускається, в поверхневому шарі рідина розтікається від центру до краях, а придонному - навпаки. Залежно від знака температурної залежності коефіцієнта молекулярної в'язкості від температури собі напрямок руху в осередках змінюється на зворотне. Виникнення циркуляційних осередків забезпечує передачу більшого теплового потоку в рідини проти тепловим потоком, який тільки завдяки традиційному молекулярної теплопровідності.

Гігантська структура таких осередків спостерігається на Сонце.

Повернімося до вище визначенню екології, що є , з одного боку, найбільш загальним, з другого - найбільш "фізичним". Определим екологію як науку про організацію і еволюції біосферних систем різних рівнів складності (зокрема всієї біосфери), вивчаючу зв'язку й перетворення на таких системах. Завдання екології полягає у встановленні про причини і умов виникнення та розвитку біосферних систем різного рівня складності, вивчення стійкості цих систем. Екологія у разі сприймається як наука, вивчає процеси самоорганізації і еволюції систем на живу і неживої природі, а особлива роль фізики до вивчення найважливіших проблем екології - добре видно.

Екологія на сучасної стадії свого розвитку є особливим наукою, покликаної об'єднати, синтезувати сукупність наукових знання біосфері. Цей процес відбувається інтеграції може бути тільки із будь-якого загального початку. Гадаємо, що став саме фізика з сказаного вище повинна виступити на ролі такого що об'єднує початку. Прогнозна функція екології можуть виконати в тому разі, якщо вона базуватиметься на фундаментальних принципах природи, законах організації природи. Частина екологічних проблем, досліджуваних фізикою, то, можливо виділено в особливу галузь екології - екологічну фізику. Геофизика (фізика Землі), вивчає, зокрема, фізичні процеси в літосфері, гідросфері, атмосфері, власне досліджує фізичні процеси в біосфері чи його частинах. Необхідно зазначити, більшість екологічних чинників має геофізичну природу. Геофизика, що накопичила багатющий досвід дослідження закономірностей фізичних процесів, що відбуваються в оболонках Землі, з кінця яких і було формуються життєво важливі екосистеми, підвладні впливу геоэволюционного і катастрофічно зростаючого антропогенного чинників, може він вирішення низки екологічних проблем.

Широкого спектра фізичних методів вивчення речовини має знайти використання у створенні ефективних коштів моніторингу екосистем різного рівня. Вочевидь, що глобальні методи моніторингу можна створити тільки із фізичних принципів.

Досвід розробки фізико-математичних моделей природних процесів також може бути корисним у дослідженні впливу антропогенних впливів на функціонування екосистем. Усі перераховані напрями можна віднести до сфери інтересів нової науки, що розвивається з кінця фізики та екології - екологічної фізики. Зміст цієї нового напрями що чітко не визначене, і перебуває на стадії становлення, про що свідчать матеріали двох Всероссийских конференцій "Фізичні проблеми екології", проведені у 1997 і 1999 роках фізичному факультеті МДУ.

Список літератури

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту http://www.ecolife.ru/

Схожі реферати:

Навігація