Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Брода Э. -> "Эволюция биоэнергетических процессов" -> 3

Эволюция биоэнергетических процессов - Брода Э.

Брода Э. Эволюция биоэнергетических процессов — М.: Издательство «МИР», 1978. — 304 c.
Скачать (прямая ссылка): broda-e-voljucija-bioe-nergeticheskih-processov1978.djvu
Предыдущая << 1 .. 2 < 3 > 4 5 6 7 8 9 .. 129 >> Следующая

12
Глава 1
ном камне в Вене, имеет следующий вид
S=k\ogW, (1.1)
где S — энтропия, W — вероятность состояния системы, k — постоянная Больцмана.
В 1852 г. Томпсон [1855] все еще полагал, что разумно будет ограничить сферу применимости второго закона в его формулировке «неодушевленными видами материи», хотя никогда не наблюдались случаи нарушения этого закона живыми объектами. Поэтому сейчас, уже чисто эмпирически, принято считать, что второй закон не менее, чем первый, справедлив как для неживой, так и для живой материи. В этом отношении природа определенно едина.
Но не все процессы, допускаемые вторым законом, могут на самом деле реализоваться в живых системах. Методы выполнения работы, которые очень обычны для современной промышленности, не используются живыми организмами; например, организмы не используют температурных различий независимо от того, чем обусловлены эти различия: сжиганием топлива или ядерной реакцией. Далее мы увидим, что источником всей работы, выполняемой организмами, является непосредственно химическая энергия. Организмы можно назвать «хемодинамическими» машинами {1,Д)- Более того, лишь очень немногие типы химических реакций используются в биоэнергетике.
б. энергия и энтропия в биосфере
Вся Земля и ее поверхностный слой, если брать их в целом, находятся сейчас в устойчивом состоянии. Часть поверхностного слоя, доступная организмам, называется биосферой. Этот термин был предложен в 1875 г. венским геологом Э. Зюссом, его широко использовал Вернадский [1923]. Биосфера тоже находится в устойчивом состоянии. Таким образом, интересующий нас здесь запас энергии в биосфере не претерпевает со временем значительных изменений. Приток энергии точно компенсирует ее потери.
При учете поступления энергии надо рассматривать только свет — в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Максимум энергии солнечного спектра приходится на видимую его область, а именно на зеленую вблизи 500 нм. Этот максимум соответствует 57 килокалориям на 1 моль световых квантов, т. е. на 1 эйнштейн. Общая энергия поступающего на Землю электромагнитного излучения очень коротких (гамма- и рентгеновских лучей) и очень длинных воли (радиоволн) так мала, что ею можно пренебречь. Энер-
Энергия в биосфере
13
гия частиц космических лучей также чрезвычайно мала. Тепловая продукция самой Земли (за счет идущих в ней радиоактивных процессов) должна быть равна чистому потоку энергии наружу через кору. Она составляет всего 0,02% того потока энергии, который поступает на Землю от Солнца и просто теряется в пространстве (см., например, [889])-Таким образом, в сравнении с тепловым потоком от Солнца теплопродукция самой Земли ничтожна.
И Земля, и биосфера теряют энергию исключительно посредством излучения. Излучение, испускаемое Землей, — это главным образом инфракрасные лучи с длинами волн около 11 ООО нм, или 2,2 ккал/эйнштейн. Разность между длинами волн поступающего и испускаемого излучения отражает раз* личие между температурами Земли и Солнца.
В стационарном состоянии энтропия Земли также должна быть постоянной. Понятие об энтропии излучения, связанной с его энергией, было введено Больцманом позже его использовал Планк при выводе своего знаменитого закона излучения, лежащего в основе квантовой теории. Возрастание энтропии Земли происходит за счет солнечного излучения, а ее снижение — за счет электромагнитного излучения Земли. Но большое количество энтропии постоянно производится на Земле в результате протекания необратимых процессов. Скорость производства энтропии должна равняться скорости ее суммарной потери. Следовательно, в итоге Земля теряет энтропию, или, как выразился Шредингер [1666], поглощает «отрицательную энтропию» (негэнтропию, по Брил-люэну [274]). Производство энтропии должно уравновешиваться суммарной потерей энтропии и для отдельных частей Земли, если они находятся в стационарном состоянии. Таким образом, это верно и для ее поверхностного слоя, в частности для биосферы.
Шредингер применил свою концепцию негэнтропии и к самой живой материи. Организмы или комплексы организмов, находящиеся в стационарных состояниях, если можно так сказать, питаются негэнтропией. Они отдают столько же энергии, сколько получают, но энтропия, связанная с отданной энергией, должна превосходить энтропию, связанную с принятой энергией, так что организмы, чтобы жить, «втискиваются» в градиент энтропии между поступающей и уходящей энергией.
1 Первая статья Больцмана об отношении теплового излучения ко второму закону появилась в «Wied. Апп.» 22, 31 (1884). Но в ней Больцман ссылается на более раннюю работу итальянца Бартоли (1876), с которой он только что познакомился. Однако на дальнейшее развитие науки повлияли именно идеи Больцмана, а не Бартоли.
14
Глава 1
Суть идеи Шредингера, видимо, можно уловить в замечательном высказывании Больцмана [239], которым Шредингер так восхищался, хотя не упоминал Больцмана в связи с этой идеей:
«Таким образом, всеобщая борьба за жизнь между живыми существами — это борьба не за строительный материал для тела и не за энергию, которая в форме тепла, к сожалению неиспользуемого, имеется в изобилии в любом предмете, а борьба за энтропию (точнее, за негэнтропию — Э. Б.), которая становится доступной при переходе энергии от горячего Солнца к холодной Земле. Чтобы по возможности полно использовать этот переход, растения распространяют огромную поверхность своих листьев и не изученным еще способом принуждают солнечную энергию, пока она не снизилась до температурного уровня поверхности Земли, выполнить химические синтезы, которые в наших лабораториях до сих пор совершенно невозможны».
Предыдущая << 1 .. 2 < 3 > 4 5 6 7 8 9 .. 129 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed