Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем
Парадигма самоорганізації систем, що ґрунтує ться на основі законів термодинаміки, синергетики, дає можливість оцінювати такі характеристики, як енергетична ємність, організація, стійкість і розвиток екосистем, кількісною мірою яких є енергетичні показники. Автори статті переконані, що класичні фізи...
Saved in:
| Published in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/25974 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем / Я. Дідух, Г. Лисенко // Вісн. НАН України. — 2009. — N 5. — С. 16-27. — Бібліогр.: 49 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860090274236071936 |
|---|---|
| author | Дідух, Я. Лисенко, Г. |
| author_facet | Дідух, Я. Лисенко, Г. |
| citation_txt | Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем / Я. Дідух, Г. Лисенко // Вісн. НАН України. — 2009. — N 5. — С. 16-27. — Бібліогр.: 49 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| description | Парадигма самоорганізації систем, що ґрунтує ться на основі законів термодинаміки, синергетики, дає можливість оцінювати такі характеристики, як енергетична ємність, організація, стійкість і розвиток екосистем, кількісною мірою яких є енергетичні показники. Автори статті переконані, що класичні фізичні закони термодинаміки допоможуть екологам зрозуміти специфіку самоорганізації екосистем; розкрити механізми теорії прогресивної синеволюції, рушійною силою якої є енергетичний потенціал, вектор якого спрямовано на вдосконалення способів накопичення і трансформації енергії через адаптивні властивості видів; розробити методи кількісного оцінювання показників енергії на рівні екосистем, що в перспективі приведе до появи нового наукового напряму — екотермодинаміки.
Paradigm of the systems self-organization based on the thermodynamic laws, synergetics makes it possible to assess such features as energy capacity, arrangement, stability and development of ecological systems, quantitative measure of which are energy rates. Authors of the article are sure that classical physical laws of thermodynamics will help ecologists to understand the peculiarity of ecological system self-organization, disclose the mechanisms of progressive synevolution theory, driving force of which is energy potential, vector of which is directed on improvement of the methods for energy accumulation and transformation through adaptive properties of its types, develop the methods for quantitative assessment of energy rates at the level of ecological systems that will result in appearance of such new scientific trend as eco-thermodynamics.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:22:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
16 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5
Обрії науки
Парадигма самоорганізації систем, що ґрунтується на основі законів термо-
динаміки, синергетики, дає можливість оцінювати такі характеристики, як
енергетична ємність, організація, стійкість і розвиток екосистем, кількісною
ознакою яких є енергетичні показники. Гадаємо, вона допоможе екологам зро-
зуміти специфіку самоорганізації екосистем, розкрити механізми теорії про-
гресивної еволюції, рушійною силою якої є енергетичний потенціал, вектор
якого спрямовано на вдосконалення способів накопичення і трансформації
енергії через адаптивні властивості видів.
Я. Дідух, Г. Лисенко
ПРОБЛЕМИ ТЕРМОДИНАМІЧНОГО ОЦІНЮВАННЯ
СТРУКТУРИ ТА ОРГАНІЗАЦІЇ ЕКОСИСТЕМ
© ДІДУХ Яків Петрович. Член-кореспондент НАН України. Завідувач відділу екології фітосистем Інсти-
туту ботаніки ім. М.Г. Холодного (Київ).
ЛИСЕНКО Геннадій Миколайович. Кандидат біологічних наук. Доцент Ніжинського державного уні-
верситету ім. Миколи Гоголя. 2010.
Єдність матерії і руху стосовно живого
проявляється в організованому характері
матеріально-енергетичних процесів, де мі-
рою матерії є маса, руху — енергія, органі-
зації — інформація [10, 11, 13, 14, 20, 22
24, 27, 29, 30, 32, 33, 36, 37, 43–46, 48, 49].
Дослідження співвідношення між різними
складниками систем — масою (матерією),
енергією (рухом) та інформацією (органі-
зацією) — розкривають суть їхніх про сто-
рово-часових змін, зокрема диференціацію
в просторі та розвитку в часі.
Якщо з оцінюванням маси, яка є універ-
сальною характеристикою систем будь-
якого типу, жодних проблем не виникає, то
з оцінюванням енергії та інформації мож-
ливі певні труднощі. Ці питання сьогодні
активно дискутують у науковій літературі,
особливо у сфері екології [3, 34, 46, 48, 49].
Проблема полягає в тому, що фізичне по-
няття енергії, запроваджене в обіг на поч.
ХІХ ст. Т. Юнгом як міра виконаної робо-
ти, на якій ґрунтуються закони термодина-
міки, втратило свій первинний зміст. За-
кони термодинаміки, які сформувалися в
лоні класичної фізики, стали загальнона-
уковими, що суттєво розширило і навіть
змінило суть поняття «енергія», набуло за-
гальнофілософського значення. З одного
боку, вдалося з’ясувати, що сума кінетич-
ної та потенційної енергії навіть в ізольова-
ній (замкнутій) системі не є постійною ве-
личиною через розсіювання (дисипацію)
енергії, спрямованої на протидію процесам
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5 17
невпорядкованості та підтримку внутріш-
ньої організації системи [40]. Що більша
невпорядкованість, то більше енергії не-
обхідно витратити на внутрішню органі-
зацію і менше її залишається на зовнішню
роботу. Така енергія у відкритих системах
поповнюється завдяки зовнішнім джере-
лам. Коли йдеться про відкриті системи, до
яких належать й екологічні, то закон збере-
ження енергії діє з урахуванням «внутріш-
ньої» енергії.
Eр + Ek + U = const,
де Eр — потенційна енергія, Ek — кінетична
енергія, що разом становлять «зовнішню»
енергію, U — «внутрішня» енергія [40].
Якщо потенційна енергія може трансфор-
муватися в кінетичну і виконувати певну
роботу, то внутрішня енергія, спрямована на
підтримку системи чи її організацію спосо-
бом дисипації, виконує роботу частково. Та-
ким чином, енергія відкритих систем уже не
визначає величину виконаної роботи, а ві-
дображає організацію системи, підтримує її
внутрішній стан. Такий стан органічної ре-
човини, порівняно з найскладнішими хіміч-
ними сполуками, потребує в кілька разів
більше енергії, тобто енергія зв’язку живої
речовини характеризується високими по-
казниками і залежить від рівня організації
систем [17]. Енергетичні витрати залежать
не лише від характеру організації системи, а
й від впливу зовнішніх чинників, тобто ві-
дображають результат реак ції, відповіді сис-
теми на вплив зовнішніх факторів. Таким
чином, поняття енергії як фізичної категорії
не лише не відповідає початковому змісту, а
й де в чому навіть змінює його.
У сучасній науковій літературі енергію
зазвичай визначають як кількісну міру руху
і взаємодії всіх видів матерії [19]. У зв’язку
з цим постає завдання розробити відповідну
методику й способи оцінювання показників.
Нині відомі різноманітні підходи до відо-
браження форм і характеристик енергії. Зо-
крема, розробляють її ієрархічну класифіка-
цію [15], вводять й деталізують нові понят-
тя (ексергія, інергія, анергія), встановлюють
співвідношення між ними (рис. 1).
Загальносвітовою тенденцією сьогодні є
народження нових наукових течій із лона
класичних напрямів. Саме так свого часу в
курсі фізики виникла термодинаміка, а зго-
дом на її платформі сформувалася термо-
кінетика1. Тепер набуває розвитку синер-
гетика, започаткована в 1975 р. Г. Хакеном
[35]. Галузево суміжні науки, що розробля-
ють проблеми самоорганізації біологічних
систем, активно розвиваються, утворюючи
нові напрями, які Л. Серторіо [49] називає
«екофізикою», І.Р. Кеннеді [46] — «біотер-
модинамікою». Тож для біологів дедалі ак-
туальнішими стають знання з фізики, адже
важливо знати, з якими формами і вида-
ми енергії сьогодні стикається людство і як
сучасні методи термодинаміки можна за-
1 Співвідношення між термодинамікою і термокіне-
тикою можна розглядати як відношення статики до
динаміки [38].
Рис. 1. Співвідношення різних форм енергії та їхніх
показників у екосистемах.
18 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5
стосувати для розгляду спільного предме-
та з різних позицій. Закцентуємо увагу на
екотермодинамічних дослідженнях диску-
тивних проблем оцінювання і трактування
енергетичних показників.
Перш ніж приступити до аналізу ще до-
сить недосконалої схеми співвідношення
різних форм енергії (рис. 1), відповімо на
кілька запитань: чи можемо ми обмежити-
ся оцінкою окремих із них, чи повинні до-
сліджувати різні форми енергії, кваліфіку-
ючи їхню адитивну дію?
Розглядаючи в екологічних досліджен-
нях загальні, класичні поняття кінетичної
(Еk) та потенційної (Еp) енергій, що фор-
мують «зовнішню» енергію системи, ми не
можемо знехтувати ними, а, навпаки, має-
мо приділяти якнайбільше уваги. Визна-
чаючи загальну біомасу та її приріст, пер-
винну продуктивність, біологи зазвичай
переводять ці показники маси в енерге-
тичні одиниці, що відображають потенцій-
ну енергію екосистеми. Кінетичну енергію
встановлюють на основі різниці показників
входу (фотосинтезу) та виходу (відпаду),
трансформації (розкладу) продуцентами,
споживання біомаси консументами та по-
дальшого проходження по трофічних лан-
цюгах, накопичення органіки в ґрунті, фор-
мування гумусу, характеру його розкладу,
що, врешті-решт, визначає кінетику, проце-
си і власне «роботу» екосистеми. Такі оцін-
ки можна отримати, підрахувавши показ-
ники сполук вуглецю (С) у різних компо-
нентах екосистем, що особливо актуально
на сучасному етапі в процесі прогнозуван-
ня наслідків кліматичних змін.
Ці характеристики завдяки класичним
працям Ю. Одума [21] та його послідов-
ників стали предметом екосистемних до-
сліджень, що набули широкого розмаху.
На їхній основі отримують цікаві й важли-
ві результати щодо кількісних характерис-
тик функціонування екосистем, швидко-
сті трансформації енергії, оцінюють вплив
екосистем на довкілля (кліматорегулюван-
ня, ґрунтоутворення тощо), енергопото-
ки між складниками екосистеми [5, 6, 9].
Такі енергопотоки Й.Ш. Коган [15] називає
енергообміном, під яким розуміє процес пе-
ренесення енергії із системи в середовище
та із середовища в систему, її перетворен-
ня під час взаємодії компонентів системи.
На його думку, це одне з основних понять
екології, для якого фізика ще не запропо-
нувала адекватного визначення. Вважає-
мо, що термін «енергообмін» тут недореч-
ний, оскільки «обмін» передбачає й зворот-
ний процес, як це відбувається під час кру-
гообігу речовин та елементів. Насправді, як
відомо, енергія трансформується здебіль-
шого в одному напрямку, а зворотні пото-
ки досить мізерні (не більше від 1%) [21].
З огляду на те що ці питання широко ви-
світлені у фаховій літературі, немає потре-
би розглядати їх детально.
Набагато складніша проблема оцінюван-
ня внутрішньої енергії систем (U), яка за-
безпечує їхню організацію, структурованість
і стійкість. Вона полягає не стільки в її кіль-
кісному, власне енергетичному, оціню ванні,
скільки в оцінюванні якісних форм, які на-
бувають характеристик інформації, коли
стає важко простежити межу між показни-
ками енергії та інформації [30]. Внутрішня
енергія (U) може бути зв’я заною (TS) та
вільною (F). В.А. Еткін [40] вважає, що кла-
сичні уявлення, якими оперують фізики,
про «зв’язану енергію» (добуток абсолютної
температури (Т) і ентропії (S)), «вільну» енер-
гію Гельмгольца (ΔF = ΔU — TΔS), «віль ну
ентальпію» Дж. Гіббса (ΔG = ΔH — TΔS),
для яких розроблено детальні методики роз-
рахунків, а також про роботу взаємодії сис-
теми із середовищем (A = pV) у відкритих
системах, якими є екосистеми, втрачають
свою евристичну цінність. На думку цього
вченого, «вільна» енергія Гельмгольца та
«ентальпія» Гіббса не характеризують запа-
су перетвореної енергії в екосистемі, тому
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5 19
що «робота» такої системи виконується не
лише на основі її внутрішніх енергетичних
запасів, але й завдяки енергії навколишньо-
го середовища. Причому показники зв’язаної
енергії (TS), накопиченої протягом трива-
лого часу (ΔТ), можуть бути вищими від по-
казників внутрішньої енергії системи (U).
Тоді розв’язок рівняння (ΔF = ΔU — TΔS)
має від’ємне значення, тобто вільна енергія
не просто відсутня — вона має мінусовий
показник. З погляду теоретичної фізики,
функціонування таких систем неможливе.
На підставі аналізу В.А. Еткін [40] дохо-
дить такого висновку: показники ентропії
(S) малоінформативні для екологів, які на-
віть під час теоретичних розрахунків не мо-
жуть оперувати цими поняттями, не кажу-
чи вже про практичні, кількісні оцінки,
оскільки у відкритих системах її показники
можуть не змінюватися завдяки додатковій
енергії із зовнішніх джерел, що забезпечує
виконання відповідної роботи. З таким ви-
сновком не можемо погодитися. Потрібно
чітко усвідомити, що ентропія відображає
ті зміни (показники) енергії, які протиді-
ють наростанню невпорядкованості систем,
тобто забезпечення енергії зв’язку (ТS), а
не зв’язані форми, які визначають внутріш-
ню організацію системи (U) (рис. 2). За
умови, що TS<U, тобто F >0, енергія
зв’язків нижча від внутрішньої, а вільна
енергія (F) спрямовується на приєднання
нових елементів (рис. 2, б), що збільшує
показник TS завдяки зростанню ентропії
(S). Система в такому разі стає стійкішою.
TS1 < TS2…<…TSn
^ v
U1 > U2…>…Un
Вільна енергія, що може бути виділена
екосистемою за одиницю часу без істотно-
го порушення її структури і функції, ви-
значає енергоємність системи [16]. Цей
процес не безмежний, бо настає момент,
коли ТSn ≥ Un (рис. 2, в), тобто резерви вну-
трішньої енергії (ємність) вичерпуються,
вона не здатна формувати нові зв’язки,
тому подальший «ріст» внутрішньої орга-
нізації припиняється (F=U–TS≤0) і систе-
ма, дійшовши до точки біфуркації, розпа-
дається, втрачаючи свою стійкість.
Біфуркацію розглядаємо як такий етап
розвитку системи, коли запас внутрішньої
енергії стає нижчим від запасу енергетич-
них зв’язків і система втрачає стійкість
(рис. 2, г). Розпад означає якісну зміну,
стрибок, коли для підтримки внутрішньої
енергії (Ua) повинен сформуватися прин-
Рис. 2. Стан екосистем залежно від співвідношення TS та U: U = TS — система пере-
буває в рівновазі; TS < U — система зростає, приєднуючи нові елементи; TS > U —
система руйнується і переходить в інший стан.
20 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5
ципово нoвий тип зв’язку (Tsa), що харак-
теризується рівнянням Fa<Ua–TSa і забез-
печує подальший еволюції системи. Такий
емерджентний характер розвитку системи
спрямований на збільшення енергії зв’язків,
яка забезпечує відповідний рівень накопи-
чення внутрішньої енергії завдяки структу-
ризації елементів у системі. Зазначений ви-
сновок підтверджує гіпотезу В.П. Мещеря-
кова та В.Б. Вольцева [17] про те, що верх-
ні ієрархічні рівні організації живих систем
характеризуються вищим рівнем складнос-
ті енергетичних зв’язків, ніж нижчі рівні,
розвиток живих систем відбувається і по-
ступово (еволюційно), і раптово (стрибко-
подібно), точніше революційно, і саме в
цьому напрямку.
Під час дослідження екофізичних проце-
сів виникає багато питань, оскільки форми
зв’язаної енергії втрачають суто енергетич-
ні характеристики, які можна оцінювати за
допомогою роботи. Вони набувають іншого
змісту — інформаційного. Інакше кажучи,
у таких випадках у поле зору потрапляють
не кількісні показники енергії, а характер
їхніх змін, співвідношень, розрахованих за
допомогою математичних формул.
Термодинаміці, що вивчає не лише проб-
леми перетворення енергії, а й організацію
структури і функціонування систем, уже
бракує енергетичних показників, вона роз-
ширює поняттєвий інструментарій. Так, од-
нією з проблем, яку досліджує термодина-
міка, є оцінювання міри відхилення систем
від стану внутрішньої рівноваги, її здатнос-
ті виконувати внутрішню і зовнішню робо-
ту, вдосконалювати, впорядковувати свою
структуру й організацію [43]. Таке оціню-
вання досить складне через проблему точ-
ки відліку: стійкість можна розрахувати на
основі відношення одного стану до іншого,
а не взагалі, тобто стійкість — це відносна
величина. У зв’язку з цим у теорії термоди-
наміки за таку точку відліку беруть стан
внутрішньої рівноваги системи (F=U—
TS≤0), до якого вона намагається розвину-
тися, але функціонувати в ньому не може,
бо рівновага знизила б показник ентропії
до 0, коли F=U, що означає розпад системи
і її перехід до якісно іншого стану.
Саме тому В.А. Еткін [39] пропонує від-
мовитися від загальноприйнятої концеп-
ції рівноваги в нестатичних умовах і відо-
бражати кількісні та якісні характеристи-
ки енергії таким чином, щоб можна було
оцінювати здатність системи виконувати
роботу чи накопичувати енергію в умовах
відсутності рівноваги з навколишнім се-
редовищем, яке час від часу змінюється, що
зумовлює подальшу внутрішню зміну ста-
ну системи, спрямованої до рівноваги (ре-
лаксації), якої неможливо досягти. Такий
підхід потребує перегляду понять і показ-
ників, які перебували поза межами тради-
ційних енергетичних характеристик кла-
сичної термодинаміки. Аналізуючи введе-
ні З. Рантом поняття ексергії — перетворю-
ваної енергії, яка забезпечує приріст (Ех),
тобто якісну зміну системи після переходу
її через точку біфуркації, В.А. Еткін ствер-
джує, що розрахунки цих показників до-
сить складні, а вихідні дані, які характери-
зують параметри зовнішнього середовища,
не уніфіковані. Отже, якщо величина не ві-
дображає функції стану системи, то еколо-
ги не повинні нею нехтувати.
Натомість дослідник пропонує власні
підходи до кількісного оцінювання проце-
сів, які пов’язані з протидією сил, що від-
хиляють систему від рівноважного стану.
Така величина виражається через силу і
тривалість (час) її дії. Сила залежить від
маси, об’єму чи поверхні, тому може ві-
дображати кількісне відхилення системи
від певного стану. У геоботаніці, яка до-
сліджує процеси просторово-часових змін
фітоценозів, це може бути оцінювання
сукцесійних ланок щодо клімаксового ста-
ну [2, 31, 41, 42, 47]. Сукцесійні тренди в
напрямку клімаксових угруповань можна
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5 21
розглядати як певну роботу, що має век-
торний характер (її оцінюють за показни-
ками енергії).
Крім цього, кожна відкрита система на-
магається зберегти свою організацію, вну-
трішній стан, який через розсіювання по-
требує певних енергетичних затрат. Цей
процес також проявляється у виконаній
роботі в напрямку впорядкування органі-
зації проти сил розсіювання. Функціону-
вання, адаптація кожної екосистеми чи її
складника (певного виду організмів, пред-
ставленого відповідною біоморфою) спря-
мовані на протидію зовнішнім чинникам.
Рослини, які ростуть на пісках чи рухливо-
му субстраті, мають довгі кореневища, а на
скелястих ґрунтах — потужні вертикаль-
ні каудекси, щоб протидіяти руху піску чи
проникати в кам’янисті тріщини, сприяти
їх розширенню та руйнації порід, що про-
являється в специфіці механізмів адаптації
до тих чи інших зовнішніх умов.
Результат функціонування будь-якої сис-
теми залежить від максимально ефектив-
ного використання енергії, спрямованої на
збереження структури та способу функці-
онування системи, що проявляється в імо-
вірних комбінаціях елементів на рівні по-
пуляції, виду, фітоценозу, біоценозу, тобто
будь-якої біотичної системи.
Результат функціонування екосистем
можна оцінити за його корисною роботою,
спрямованою на максимальне використан-
ня зовнішнього середовища, і роботою за-
для збереження стану організації систе-
ми, входження її елементів у еконішу. Од-
нією з найважливіших кількісних харак-
теристик еконіші є її енергетична ємність,
яку оцінюють на основі засвоєння, транс-
формації та віддачі енергії (енергетично-
го балансу), зміна якої визначає енерге-
тичний потенціал — рушійну силу, що ви-
значає вектор розвитку живих систем —
син еволюцію [6]. Відповідно потенціал,
що здатний виконати роботу, розділяють
на впорядковану та невпорядковану енер-
гію. Процес дисипації, розсіювання, енер-
гії для збереження системи означає пере-
хід енергії з упорядкованого в невпоряд-
кований стан, який не здатний виконувати
роботу і трансформується в іншу форму —
анергію. Її оцінювання в екосистемах дуже
важливе. З одного боку, вона відобра-
жає вплив екосистеми на довкілля, тобто
її значення для навколишнього середови-
ща (наприклад, дихання, виділення СО2 ,
и фотосинтез, утворення О2). Сума анергії
та енергії (у вузькому розумінні) — це за-
гальна кількісна міра впорядкованих і не-
впорядкованих, перетворюваних і непере-
творюваних форм руху матерії.
Одне з центральних місць в організації
систем посідають поняття їхньої стійкості
та розвитку, що потребує відповідних ме-
тодів оцінювання. У передмові до однієї зі
своїх монографій Ю.М. Свіріжев [28, 9] за-
значає: «Класична фізика привчила нас до
думки про стійкість, постійність навколиш-
нього світу. Класична біологія після появи
дарвінівської теорії еволюції показала, що
стійкість — це, скоріше, виняток, ніж пра-
вило, що характеризує критичний стан сис-
теми. І якщо є сенс говорити про стійкість,
то при цьому завжди потрібно говорити
про масштаби часу, про часові інтервали, у
яких спостерігаємо цю властивість».
У термодинаміці стійкість розглядають
через урівноважений стан, порядок, а в еко-
логії — через теорію клімаксу. Розвиток усіх
систем спрямовано до стійкого, урівноваже-
ного стану [11, 12, 26, 41, 46, 47]. Щоб відбу-
валися зміни, «рух» системи, повинен існу-
вати градієнт, який формується завдяки не-
відповідності стану системи стосовно до зо-
внішнього середовища, його неоднорідності.
Якщо у фізиці показниками такого градієн-
та є температура, тиск, електричні та інші
потенціали, а взаємовідношення між ними
та об’ємом, масою дають можливість вийти
на показники енергії, ентропії, якими оперу-
22 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5
ють у термодинаміці, то в екології виникає
проблема вибору таких одиниць оцінюван-
ня екологічних факторів (наприклад, кліма-
тичних, о ро графічних) і встановлення від-
повідних екстенсивних змінних (коефіцієн-
тів) щодо основних одиниць та методики їх
розрахунків.
Відхилення системи від рівноваги вира-
жає добуток певної величини фактора (К)
на віддаль відхилення (Δk), що характе-
ризує його як вектор (КΔk). Увівши змін-
ну часу (Δt), потрібного для формування
системи відповідного типу, можемо визна-
чити швидкість її формування КΔk/Δt = w.
Хоча насправді такий процес не є лінійним,
і швидкість знижується в міру наближення
системи до рівноважного стану.
Для оцінювання загальновизнаних фізич-
них характеристик в екології не вистачає
одиниць такої оцінки. В.А. Еткін [41] за-
пропонував увести єдину міру впорядко-
ваності термодинамічної системи — інер-
гію (Y), суть якої полягає в оцінюванні пе-
ретворюваної, неврівноваженої, частини
енергії, здатної виконувати роботу, у непе-
ретворювану, що характеризується врівно-
важеним станом (анергією). Визначити Y
можна на основі різниці показників енергії
систем у неврівноваженому (Е) та врівно-
важеному (U) станах.
Якщо Y = F — U, a F =U — TS, то Y/F =
= 1 — U/F, що характеризує ступінь упо-
рядкованості (віддаленості від рівноважно-
го стану) системи. У разі, коли Y=0, TS=0,
а F=U, уся енергія концентрується на вну-
трішній організації. Для розвитку й форму-
вання нових енергетичних зв’язків необхід-
не збільшення енергії TS. Якщо Y=1, то
1=1-U/F; U/F=0 aбо U/(TS-U)=0, то
TS=U. Така система досягла межі стійкості,
але вона не може розвиватися, оскільки вся
внутрішня енергія дорівнює енергії зв’язків,
а вільної енергії, щоб приєднувати нові еле-
менти, немає. Стійкість забезпечується за-
вдяки зворотному зв’язку. Щоб система
продовжувала функціонувати, необхідно
нарощувати TS. Що більша різниця між TS
і U, то більші резерви системи і її розвиток
швидший.
Отриманими показниками інергії (Y)
можна оперувати під час оцінювання еко-
систем. В.А. Еткін [40] вважає, що такий
підхід дає змогу оцінити внутрішні пере-
творення енергії одних форм в інші (i → j),
ступінь віддаленості показників різних
факторів (аналогічно принципу гетеробат-
мії в систематиці) від рівноважного стану
системи, ступінь «зрілості» системи щодо
стану рівноваги (dY = 0). Показник інергії,
як ми зазначали вище, може слугувати мі-
рою неоднорідності структури і навіть кри-
терієм еволюції. Якщо швидкість зміни зо-
внішніх чинників перевищує швидкість ре-
лаксації системи щодо рівноважного стану,
то система дедалі більше віддаляється від
нього; якщо швидкість релаксації вища від
зовнішніх змін, то система здатна досягну-
ти рівноважного стану. Поняття анергії та
інергії — це не енергетичні одиниці, а їхнє
співвідношення. Вони є тим містком, який
поєднує енергію та інформацію, відображає
організацію системи.
Оцінювання зміни системи здійснюють
щодо рівноважного стану, який в екології
ототожнюють із клімаксовим станом еко-
систем. Проте В.А. Еткін [38] пропонує від-
мовитися від концепції рівноваги, бо еко-
системи весь час змінюються відносно змі-
ни зовнішніх факторів. Однак, відкинувши
стан рівноваги, ми втрачаємо точку відлі-
ку і масштаб виміру. Тому гіпотетично він
(стан) має бути і характеризуватися таким
ступенем упорядкованості, який визначає
наближення до точки біфуркації. Таким чи-
ном, розвиток можна уявити як послідовні
зміни системи від одного біфуркаційного
стану до наступного.
Поняття стійкості тісно пов’язане з по-
няттям розвитку, який відбувається в різ-
них формах, але, врешті-решт, виходить на
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5 23
процеси еволюції. Специфіка синергетич-
ного підходу полягає в тому, що ідея само-
організації, яка характеризується певною
спрямованістю і щораз складнішою орга-
нізацією систем для оптимальнішого за-
своєння та організації енергії, пояснює тео-
рію прогресивної еволюції екосистем (син-
еволюції), суть якої полягає не лише в по-
ступових, кількісних змінах, а й у якісних
стрибках. Як було вже зазначено, енерге-
тичний потенціал є рушійною силою, що
визначає вектор синеволюції, спрямований
на вдосконалення механізмів накопичен-
ня і трансформації енергії через адаптивні
властивості видів [7, 8]. У результаті відбу-
вається забезпечення функцій перетворен-
ня і накопичення енергії в системі, що має
певні межі.
У процесі прогресивної еволюції в сис-
темі відбуваються переходи між різними
режимами, що тісно пов’язано з поняття-
ми незворотності та біфуркації, яка визна-
чає критичний стан системи, після якого
вона руйнується і переходить до якісно ін-
шого стану. Таким чином, процес розвитку
системи уявляємо як незворотний рух від
однієї точки біфуркації до іншої. Вивчаю-
чи формування зародка, К.Х. Уоддінгтон
[32] зробив висновок, що цей процес ха-
рактеризується певною стійкістю траєкто-
рії розвитку, яку він назвав гомеорезом, а
найстійкіші траєкторії — креодами. Такий
підхід до еволюції дає можливість показа-
ти, як живі організми чи інші надорганіз-
мові системи (популяції, біоценози і, мож-
ливо, екосистеми) можуть самоорганізо-
вуватися, створюючи стійкий у певній
фазі розвитку порядок.
Р.Є. Ровінський [26] зазначає, що в 70-х рр.
ХХ ст. з’явилося розуміння такого природ-
ного явища, як самоорганізація матерії.
Воно ґрунтується на незворотності більшос-
ті відомих науці процесів, що відбуваються і
в мікро-, і в макросвіті. Отже, самоорганіза-
ція — найважливіший чин ник утворення
нових властивостей речовини, наростання
ступеня впорядкованості в певних систе-
мах, що розвиваються.
Поняття «самоорганізації» різні дослід-
ники також трактують неоднозначно. У
словнику-довіднику М.Ф. Реймерса [25, 468]
знаходимо таке його визначення: «самоор-
ганізація — чітка послідовність («порядок»)
фізико-хімічних і біологічних явищ у при-
родних системах, що зумовлена зовнішні-
ми і внутрішніми чинниками, вона приво-
дить до виникнення фізіономічно однорід-
ного і/чи функціонально єдиного цілого».
Однак формування такої однорідності
означає досягнення рівноважного стану, що
визначається точкою біфуркації і призво-
дить до руйнування системи відповідного
типу, перехід її до іншого стану.
М.М. Моїсєєв [18], пояснюючи основні
положення концепції універсального ево-
люціонізму, зазначає, що нові квазістабільні
утворення, безперервно народжуючись із
хаосу, знову перетворюються в матеріал для
формування нових структур, оскільки такі
процеси завжди ґрунтуються на трьох емпі-
ричних узагальненнях: мінливість (сто хас-
тичність і невизначеність органічно власти-
ві природі), спадковість (залежність сього-
дення і майбутнього від минулого) і відбір
(система правил та подій, які відбирають із
певної сукупності, реальні підмножини).
Одним із способів розв’язання цієї пробле-
ми, на думку вченого, є використання меха-
нізмів біфуркаційного типу. Втім зазначені
механізми в біології виявляються не в тако-
му рафінованому вигляді, як у фізиці, вони
зберігають свою основну особливість — не-
передбачуваність результату. М.М. Моїсєєв
[18] указував на специфічну роль так зва-
них «механізмів складки», які провокують
появу абсолютно нових властивостей в ево-
люційних системах. Він стверджував, що
«... природі властива кооперативність —
об’єд нання окремих елементів у системи. У
результаті в новоствореної системи можуть
24 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5
виникати нові властивості». І далі: «Зовсім
інше — виникнення властивостей великих
су купностей об’єктів: якщо кількість еле-
ментів і складність зв’язків між ними до-
сягають деякого критичного рівня, то ця
сукупність набуває якісно нових системних
характеристик. З цією особливістю по в’я-
зані, можливо, найглибші властивості «мак-
росвіту».
Формування впорядкованості відкритих
неврівноважених систем, якими за своєю
суттю є екосистеми, відбувається під впли-
вом внутрішніх причин і залежить від енер-
гетичної ємності системи. Разом із тим на
тривалість її буття в стані рівноваги впли-
вають здебільшого зовнішні чинники, що
за певних умов можуть «регламентувати»
поведінку систем як певну їхню реакцію
на зовнішню інформацію, знижуючи рівень
упорядкованості на основі зростання флук-
туаційних процесів, що характеризують
відхилення показників за межі допустимих
відхилень від середніх значень.
Для пояснення механізмів самооргані-
зації застосовують термодинамічний під-
хід, розроблений і запропонований главою
Брюссельської «термодинамічної» школи
І.Р. Пригожиним, який так сформулював
основне завдання неврівноваженої термо-
динаміки: «Щоб розробити термодинамі-
ку структур, що самоорганізовуються, не-
обхідно показати, що неврівноваженість
може бути причиною порядку. Виявилось,
що незворотні процеси призводять до ви-
никнення нового типу динамічних станів
матерії, названих мною «дисипативними
структурами» [22]. Розв’язанню цього за-
вдання передувало створення нової не-
врівноваженої термодинаміки, основні по-
ложення якої викладені в низці дослі-
джень [20, 22–24]. Проте в усіх випадках
самоорганізація виявляється в критичних
точках розвитку — точках біфуркації. Роз-
виток у напрямку врівноваженого стану
означає зниження по казників ентропії, що
викликає збурення, турбулентність — не-
лінійні, невпорядковані зміни, а отже, по-
силення коливальних процесів (флуктуа-
цій) [4, 37, 43]. Флуктуації — це такі меха-
нізми, що зумовлюють елімінацію одних
елементів і появу інших, установлення но-
вих зв’язків між ними. Паралельно відбу-
вається зниження ентропії, що може три-
вати до певного критичного рівня, унаслі-
док чого система досягає точки біфурка-
ції, яка визначається таким внутрішнім
станом системи, коли вона вже не може
зберігати свою організацію у відповідь на
зміну зовнішнього середовища, бо в систе-
мі в результаті появи інноваторів — нових
елементів — та організації нових зв’яз ків
відбуваються якісні зміни, які спричиню-
ють руйнування, розпад старої системи і
формування нової. Стрибкоподібні якісні
зміни викликають перехід на інший рівень
організації з одночасним порушенням рів-
новаги, що підвищує невпорядкованість
[7]. Саме з таких станів у певних критич-
них умовах відбуваються стрибкоподібні
переходи в якісно нові стани, зокрема з
вищим рівнем упорядкованості. Ще 1944 р.
Е. Шредінгер [36] писав, що, окрім руй-
нівної тенденції, життю властива тенден-
ція до стійкої підтримки впорядкованих
станів високого рівня складності. У цьому
контексті системи, що самоорганізовую-
ться, повинні відповідати таким вимогам:
1) відкритості, що забезпечує надходжен-
ня енергії ззовні; 2) досягненню системою
сильно неврівноваженого стану (перебу-
вання в діапазоні критичних па раметрів)
— точки біфуркації; 3) виходу з критичної
ситуації стрибком, коли елементи виявля-
ють здатність змінити організацію систе-
ми, перевести її в інший стан.
Подальше вивчення феномену самоор-
ганізації свідчить, що всі системи тако-
го типу переходять із критичного стану в
якісно новий за єдиним алгоритмом. Це
нелінійний стрибок, турбулентний про-
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5 25
цес, що супроводжується розривом функ-
ції, описати який вдалося лише після ство-
рення Г. Хакеном [35] системи нелінійних
диференціальних рівнянь, що враховують
зовнішні фактори, які штовхають систему
до переходу в новий стан, а також випад-
кові непередбачувані чинники, що визна-
чають «вибір» одного з можливих кінце-
вих станів.
Розглянуті положення також можна по-
яснити на основі дефініцій теорії ката-
строф. Розвиваючи цю теорію, В.І. Ар-
нольд [1] під катастрофами розуміє стриб-
коподібні переходи, що виникають у ви-
гляді раптової відповіді системи на плавну
чи різку зміну зовнішніх умов. Отже, тео-
рія катастроф пропонує універсальний ме-
тод дослідження будь-яких стрибкоподіб-
них переходів, одним із типових проявів
яких є зміни, що відбуваються в процесі
самоорганізації. Утім необхідно відзначи-
ти серйозні труднощі в разі намагання по-
ширити цю теорію на біологічні об’єкти [4,
11, 26, 27, 29].
Таким чином, парадигма самоорганіза-
ції поступово набуває характеру загаль-
нонаукового принципу, з позицій якого
еволюцію систем можна визначити як
спрямований процес виникнення нових
структур у результаті організації їхніх
елементів. Неодмінним початковим пунк-
том для еволюційних процесів є наяв-
ність старої системи, що характеризуєть-
ся відкритістю, тобто здатністю обміню-
ватися з навколишнім середовищем речо-
виною, енергією та інформацією. Адже
закрита система, згідно з другим законом
термодинаміки, еволюціонує лише в на-
прямі зростання її ентропії, що посилює
хаос і дезорганізацію.
Еволюцію відкритих систем І. Пригожин
та І. Стенгерс [24] характеризують як «по-
рядок через флуктуації», оскільки саме за-
вдяки таким випадковим відхиленням від
певного сталого режиму функціонування у
відкритій неврівноваженій системі, якими,
зокрема, є більшість екологічних систем,
поступово «розхитується» колишній по-
рядок і виникає новий режим функціону-
вання, відмінний від попереднього. Отже,
самоорганізація стає загальною основою
будь-якої теорії еволюції.
Аналізуючи активну роль інформації в
процесах розвитку в природі, ґрунтуючись
на відкритті тонкоорганізованого механіз-
му передавання спадкових ознак, І.М. Фей-
генберг та Р.Є. Ровінський [33] пропону-
ють екстраполювати ці положення і на
глобальні системи, наприклад на біосферу.
Вони стверджують, що в основі процесу
розвитку простежуються дві протилежні
тенденції: 1) руйнівна (формується в ре-
зультаті властивого матерії прагнення до
досягнення рівноважних станів, що в ізо-
льованих системах призводить до руйну-
вання будь-якої впорядкованості); 2) стри-
мувальна (спирається на прагнення матерії
до створення та підтримки нерівноважних
станів навіть через стрибкоподібні перехо-
ди системи в якісно нові стани, що характе-
ризуються вищим рівнем упорядкованості
й гарантують її збереження). Дослідники
відзначають, що ця тенденція характеризує
лише відкриті системи, функціонування
яких можливе завдяки надходженню енер-
гії, речовини та інформації ззовні.
По суті, зазначені положення стосують-
ся майже всіх рівнів організації живої ма-
терії. Якщо біофізики вже давно прово-
дять такі дослідження на внутрішньоорга-
нізмовому рівні в лабораторних умовах, то
на екосистемному рівні науковці роблять
лише перші кроки. Проблема полягає в
тому, як застосувати теоретичні уявлення,
підходи термодинаміки й синергетики та
спеціальні методики для оцінювання та-
кого складного об’єкта, як екосистема, що
дасть змогу схарактеризувати її кількіс-
ні та якісні зміни в просторі й часі. Адже
екологічні системи — це результат трива-
26 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5
лої взаємодії біоти і квазістабільного се-
редовища, що узгоджується з низкою як
біологічних, так і загальнонаукових зако-
нів, одним із яких є другий закон термоди-
наміки. На цій підставі традиційні поняття
біо логії, зокрема геоботаніки, та екосистем
вимагають нового осмислення, перегляду
з урахуванням тих наукових підходів, тео-
ретичним підґрунтям яких є термодинамі-
ка, що в перспективі виведе цей науковий
напрям на новий рівень розвитку — еко-
термодинаміку.
1. Арнольд В.И. Теория катастроф. — 3-е издание. —
М.: Наука, 1990. — 128 с.
2. Василевич В.И. Очерки теоретической фитоцено-
логии. — Л.: Наука, 1983. — 248 с.
3. Голубець М.А. Екосистемологія. — Львів: Поллі,
2000. — 316 с.
4. Горшков В.Г., Макарьева А.М. К вопросу о воз-
можности физической самоорганизации биоло-
гических и экологических систем // Доклады
РАН. — 2001. — Вып. 378 (4). — С. 570–573.
5. Дідух Я.П. Еколого-енергетичні аспекти у співвід-
ношенні лісових та степових екосистем // Укра-
їнський ботанічний журнал. — 2005. — Вип. 62. —
№4. — С. 455–467.
6. Дідух Я.П. Системний та синергетичний підходи
в сучасній ботаніці // Етюди фітоекології — К.:
Арістей, 2008а. — С. 4–26.
7. Дідух Я.П. Теоретичні проблеми еволюції рос-
линного покриву — К.: Арістей, 2008б. — С. 152–
177.
8. Дідух Я.П. Что такое лесостепь? // Етюди фітое-
кології — К.: Арістей, 2008. — С. 211–230.
9. Дідух Я.П., Расевич В.В., Гаврилов С.О., Альошкі-
на У.А. Оцінка екологічних збитків екосистем на
основі енергетичних показників // Наука та ін-
новації. — 2009. — Т. 5. — С. 62–75.
10. Жерихин В.В. Природа и история травяных био-
мов // Степи Евразии: проблемы сохранения и
восстановления. — Санкт-Петербург — Москва:
Институт географии РАН, 1993. — С. 29–49.
11. Жерихин В.В. Самоорганизация и распад сложных
систем // Избранные труды по палеоэкологии и
фитоценогенетике. — М.: Т-во научных изданий
КМК, 2003. — С. 374–382.
12. Иосс Ж., Джозеф Д. Элементарная теория устой-
чивости и бифуркаций / Пер. с англ. — М.: Мир,
1983. — 300 с.
13. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и
самоорганизации сложных систем. — М.: Наука,
1994. — 236 с.
14. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетика как но-
вое мировидение: диалог с И. Пригожиным //
Вопросы философии. — 1992. — № 12. — С. 3 — 20.
15. Коган И.Ш. Систематизация и классификация
определений и дополнений к понятию «энергия»
2007: http://www.sclteclibrary.ru/rus/catalog/pa-
ges/8784.html.
16. Лаврик В.І. Екологічна ємність і самоочисна
здатність водних екосистем; питання їхньої кіль-
кісної оцінки // Ойкумена. — 1991. — №4. —
С. 44–55.
17. Мещеряков В.П., Вольцев В.Б. Эволюционная
те о рия систем // Эволюция. — 2005. — №12. —
С. 21–23.
18. Моисеев Н.Н. Универсальный эволюционизм //
Вопросы философии. — 1991. — №3. — С. 3– 28.
19. Мякишев Г.Я. Энергия // Большая советская эн-
циклопедия / Ред. А.М. Прохоров. — М.: Совет-
ская энциклопедия, 1978. — Т. 30. —С. 191.
20. Николис Т., Пригожин И. Самоорганизация в не-
равновесных системах / Пер. с англ. — М.: Мир,
1979. — 512 с.
21. Одум Ю. Экология. В 2-х т. — М.: Мир, 1986. —
Т. 1. — 328 с.
22. Пригожин И. От существующего к возникающе-
му. — М.: Наука, 1985. — 327 с.
23. Пригожин И. Философия нестабильности // Во-
просы философии. — 1991. — № 6. — С. 46–52.
24. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Но-
вый диалог человека с природой. — М.: Прогресс,
1986. — 431 с.
25. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-
справочник. — М.: Мысль, 1990. — 637 с.
26. Ровинский Р.Е. Самоорганизация как фактор на-
правленного развития // Вопросы философии. —
2002. — № 5. — С. 67–77.
27. Рузавин Г.И. Эволюционная эпистемология и само-
организация // Вопросы философии. — 1999. —
№ 11. — С. 90–101.
28. Свирижев Ю.М. Нелинейные волны, диссипатив-
ные структуры и катастрофы в экологии. — М.:
Наука, 1987. — 368 с.
29. Свирижев Ю.М., Логофет Д.О. Устойчивость био-
логических сообществ. — М.: Наука, 1978. —
С. 170–216.
30. Сетров М.И. Информационные процессы в
биологических системах. — Л.: Наука, 1975. —
155 с.
31. Сукачев В.Н. Идеи развития в фитоценологии //
Советская ботаника. — 1942. — №1–3. — С. 5–17.
32. Уоддингтон К.Х. Основные биологические кон-
цепции // На пути к теоретической биологии. I.
Пролегомены. — М.: Мир, 1970. — С. 11–38.
33. Фейгенберг И.М., Ровинский Р.Е. Информацион-
ная модель будущего как программа развития //
Вопросы философии. — 2000. — № 5. — С. 76–87.
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 5 27
34. Философские мысли натуралиста / В.И. Вернад-
ский. — М.: Наука, 1988. — 520 с.
35. Хакен Г. Синергетика / Пер. с англ. — М.: Мир,
1985. — 404 с.
36. Шредингер Э. Что такое жизнь? (С точки зрения
физика). — М.: Атомиздат, 1972. — 88 с.
37. Яковленко С.И. Об организующем и разруша-
ющем (стохастизующем) воздействиях в при-
роде // Вопросы философии. — 1992. — № 2. —
С. 141–144.
38. Эткин В.А. Термокинетика (термодинамика не-
равновесных процессов переноса и преобразова-
ния энергии): Учеб. пособие для вузов. — 2-е изд.,
переработ. и дополн. — Тольятти, 1999. — 216 с.
39. Эткин В.А. Мера упорядоченности гетероген ных
систем. — 2004: http://zhurnal.lib.ru/e/et-
kin_w_a/merauporjadechennostigeterogennyxsiste
m.shtml.
40. Эткин В.А. Энергия и анергия. — 2006: http://
zhurnal.lib.ru/e/etkin_w_a/energijajaenergija.
shtml.
41. Clements F.E. Plant succession and indicators. —
N.Y.: Hafner press, 1973. — P. 453.
42. Eliot C. Method and Metaphysics in Clements’s and
Gleason’s Ecological Explanation // Studies in His-
tory and Philosophy of Biological and Biomedical
Sciences. — 2007. — Vol. 38 (1). — P. 85–109.
43. Glansdorff P., Prigogine I. Thermodynamic Theory of
Structure, Stability and Fluctuation. — Wiley-In-
terscience a division of John Wiley and Sons, Ltd. —
London, New York, Sydney, Toronto, 1971. —
P. 301.
44. Gleick J. Chaos. Making a New Science. — Penguin
Books, 1988. — P. 354.
45. Holman J.P. Thermodynamics of irreversible pro-
cesses // Thermodynamics. — McGrew-hill book
company. — New York ets., 1969. — P. 367–381.
46. Kennedy I.R. Action in Ecosystems: Biothermody-
namics for Sustainability. — Research Studies Press
Ltd. — Baldock, Hertfordshire, England, 2001. —
P. 251.
47. Pidwirny M. Plant successions. Fundamentals of
Physical Geography. — 2nd Edition. — 2007: http://
www.physicalgeography.net/fundamentals/9i.
html.
48. Rifkin J., Howard T. Entropy into the Greenhouse
World. — Bantam Books. — New York, Toronto,
London, Sydney, Auckland, 1989. — P. 355.
49. Sertorio L. Thermodynamics of complex systems (An
Introduction to Ecophysics). — World Scientific. —
Singapore, New Jersey, London, Hong Kong, 1991. —
P. 208.
Я. Дідух, Г. Лисенко
ПРОБЛЕМИ ТЕРМОДИНАМІЧНОГО
ОЦІНЮВАННЯ СТРУКТУРИ ТА ОРГАНІЗАЦІЇ
ЕКОСИСТЕМ
Р е з ю м е
Парадигма самоорганізації систем, що ґрунтує ться на
основі законів термодинаміки, синергетики, дає мож-
ливість оцінювати такі характеристики, як енергетич-
на ємність, організація, стійкість і розвиток екосис-
тем, кількісною мірою яких є енергетичні показники.
Автори статті переконані, що класичні фізичні зако-
ни термодинаміки допоможуть екологам зрозуміти
специфіку самоорганізації екосистем; розкрити ме-
ханізми теорії прогресивної синеволюції, рушійною
силою якої є енергетичний потенціал, вектор якого
спрямовано на вдосконалення способів накопичення
і трансформації енергії через адаптивні властивості
видів; розробити методи кількісного оцінювання по-
казників енергії на рівні екосистем, що в перспективі
приведе до появи нового наукового напряму — еко-
термодинаміки.
Ключові слова: термодинаміка, синергетика, самоор-
ганізація, стійкість екосистем, точка біфуркації, про-
ривна еволюція.
Ya. Didukh, G. Lysenko
PROBLEMS OF THERMODYNAMIC
ASSESSMENT OF ECOLOGICAL SYSTEM
STRUCTURE AND ARRANGEMENT
A b s t r a c t
Paradigm of the systems self-organization based on the
thermodynamic laws, synergetics makes it possible to as-
sess such features as energy capacity, arrangement, stabili-
ty and development of ecological systems, quantitative
measure of which are energy rates. Authors of the article
are sure that classical physical laws of thermodynamics
will help ecologists to understand the peculiarity of eco-
logical system self-organization, disclose the mechanisms
of progressive synevolution theory, driving force of which
is energy potential, vector of which is directed on improve-
ment of the methods for energy accumulation and trans-
formation through adaptive properties of its types, develop
the methods for quantitative assessment of energy rates at
the level of ecological systems that will result in appea-
rance of such new scientific trend as eco-thermodynamics.
Keywords: thermodynamics, synergetics, self-organiza-
tion, stability of ecological systems, point of bifurcation,
break-through evolution.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-25974 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:22:41Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дідух, Я. Лисенко, Г. 2011-08-19T12:41:40Z 2011-08-19T12:41:40Z 2009 Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем / Я. Дідух, Г. Лисенко // Вісн. НАН України. — 2009. — N 5. — С. 16-27. — Бібліогр.: 49 назв. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/25974 Парадигма самоорганізації систем, що ґрунтує ться на основі законів термодинаміки, синергетики, дає можливість оцінювати такі характеристики, як енергетична ємність, організація, стійкість і розвиток екосистем, кількісною мірою яких є енергетичні показники. Автори статті переконані, що класичні фізичні закони термодинаміки допоможуть екологам зрозуміти специфіку самоорганізації екосистем; розкрити механізми теорії прогресивної синеволюції, рушійною силою якої є енергетичний потенціал, вектор якого спрямовано на вдосконалення способів накопичення і трансформації енергії через адаптивні властивості видів; розробити методи кількісного оцінювання показників енергії на рівні екосистем, що в перспективі приведе до появи нового наукового напряму — екотермодинаміки. Paradigm of the systems self-organization based on the thermodynamic laws, synergetics makes it possible to assess such features as energy capacity, arrangement, stability and development of ecological systems, quantitative measure of which are energy rates. Authors of the article are sure that classical physical laws of thermodynamics will help ecologists to understand the peculiarity of ecological system self-organization, disclose the mechanisms of progressive synevolution theory, driving force of which is energy potential, vector of which is directed on improvement of the methods for energy accumulation and transformation through adaptive properties of its types, develop the methods for quantitative assessment of energy rates at the level of ecological systems that will result in appearance of such new scientific trend as eco-thermodynamics. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Обрії науки Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем Problems of thermodynamic assessment of ecological system structure and arrangement Article published earlier |
| spellingShingle | Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем Дідух, Я. Лисенко, Г. Обрії науки |
| title | Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем |
| title_alt | Problems of thermodynamic assessment of ecological system structure and arrangement |
| title_full | Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем |
| title_fullStr | Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем |
| title_full_unstemmed | Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем |
| title_short | Проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем |
| title_sort | проблеми термодинамічного оцінювання структури та організації екосистем |
| topic | Обрії науки |
| topic_facet | Обрії науки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/25974 |
| work_keys_str_mv | AT díduhâ problemitermodinamíčnogoocínûvannâstrukturitaorganízacííekosistem AT lisenkog problemitermodinamíčnogoocínûvannâstrukturitaorganízacííekosistem AT díduhâ problemsofthermodynamicassessmentofecologicalsystemstructureandarrangement AT lisenkog problemsofthermodynamicassessmentofecologicalsystemstructureandarrangement |