Найзагальніші закони сучасної екології. Закон збереження маси. Закон збереження енергії

2.6. Найзагальніші закони сучасної екології

Базовими для екології і всіх сучасних природничих наук є закони збереження та перетворення енергії і маси.
Закон збереження маси. Нагадаємо, що у макросвіті (точніше, розпочинаючи з четвертого рівня, що відповідає, як зазначено на рис. 3, молекулам) закон збереження маси є еквівалентом закону збереження речовини.
У процесах життєдіяльності, які супроводжуються найрізноманітнішими хімічними реакціями, маса початкових і кінцевих речовин однакова, кількість атомів хімічних елементів залишається сталою.
Порушення цього твердження було відкрите наприкінці XIX ст. французьким фізиком А. Беккерелем у формі радіоактивного розпаду ядер важких елементів.
Перетворення одного хімічного елемента на інший є суто фізичним явищем і відповідає другому і третьому рівням матерії, бо спостерігається, як відомо, під час радіоактивного розпаду ядер або внаслідок ядерних реакцій (викликаються обстрілом ядер нейтронами або прискореними зарядженими частинками).
На рис. 4 показано, які саме продукти можуть виділяти нестійкі ядра атомів (радіонуклідів). Ті з них, які були викинуті на територію України під час катастрофи, що сталася 26 квітня 1986 р. на Чорнобильській АЕС, випромінюють фотони великих енергій (у-кванти), швидкі електрони (в-промені) і ядра гелію (а-частинки).

Рис. 4. Продукти розпаду важких і нестабільних ядер

Під час викидання зарядженої частинки ядро одного елемента перетворюється на ядро іншого. Якщо врахувати масу всіх продуктів розпаду ядра (включаючи фотони), то й у цьому разі виконуватиметься закон збереження маси.
Отже, природна або штучна радіоактивність є єдиним явищем в екосистемах Землі, в якому порушується закон збереження кількості речовини (незмінності набору атомів хімічних елементів). Усі інші процеси (живлення, розмноження, розклад тощо) живого підпорядковуються закону збереження речовини (атомів) і маси.
Це твердження широко застосовується як для обчислення потоків руху (циклів) окремих елементів (С, О, N, Р,...) у великих чи малих екосистемах, так і в усіх видах діяльності людини. Відомо, як важливо стежити за кількістю поживних речовин у грунті, розраховувати масу органічних та мінеральних добрив, яку треба внести для забезпечення максимальної родючості поля. Нагадаємо, що міжнародною одиницею вимірювання маси є кілограм.

Закон збереження енергії. Енергія (одиниця вимірювання – джоуль) є найуніверсальнішою характеристикою інтенсивності руху (кінетична енергія ЕК) і взаємодії (потенціальна енергія ЕП) всіх форм матерії.
Різні види руху і взаємодії матерії характеризуються різними видами енергії: механічною, хімічною, електричною, ядерною, променистою тощо. Для будь-яких процесів у живій чи неживій природі без порушень чи винятків виконується закон збереження енергії:
Під час довільних фізичних, хімічних чи інших перетворень речовини у замкнених системах сума всіх видів енергії залишається сталою.
Потрібно наголосити, що це формулювання беззастережно виконується лише для замкнених систем, до яких не належать ні живі організми, ні Земля. Тому радимо ознайомитися з наведеним далі додатковим матеріалом.