Передача энергии в экосистемах.

Второй закон термодинамики: эффективность самопроизвольного превращения одного вида энергии в другой всегда меньше 100%. В соответствии с этим законом лишь небольшая часть поглощенной энергии. Количество энергии в пищевой цепи, выраженное количеством образованной продукции на каждом трофическом уровне уменьшается (закон Линдемана, закон пирамиды энергии, правило 10%). Результирующий поток энергии, переходящий на следующий уровень оставляет примерно 10% энергии, полученной предыдущим уровнем. В результате действия законов (термодинамики) экосистема и входящие в ее состав организмы существую до тех пор, пока поступает энергия извне, ее нельзя многократно использовать, так как при каждом переходе энергии неизбежно происходит ее рассеивание, пока вся энергия в экосистеме не рассеется в среде экосистеме в качестве тепловой.

Закон пирамиды энергии (правило 10%)

В соответствии со вторым законом термодинамики, лишь небольшая часть (10%) поглощенной растениями солнечной энергии расходуется на продукционный процесс.

Преобразование солнечного света в пищевой цепи сопровождается уменьшением количества и повышением качества аккумулирования на каждом этапе энергии.

А₁ = П₁ + Д₁ + Н₁

А₂ = П₂ + Д₂ + Н₁ + Э₁

А₃ = П₃ + Д₃ + Э₂ + Н₃

П₁>П₂>П₃

 

Схема показывает, что количество энергии в пищевой цепи, выраженное количеством образованной продукции, на каждом трофическом уровне уменьшается. Эта закономерность носит название закона Линдемана.

Классически, он звучит следующим образом: результирующий поток энергии, переходящий на следующий уровень, составляет примерно 10% энергии, полученной предыдущим уровнем.

Ионизирующее излучение

 

Ионизи́рующее излуче́ние — в самом общем смысле — различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим^{[1][2][3][4][5]}, поскольку его энергии недостаточно для ионизации атомов и молекул в основном состоянии.

[править]Природа ионизирующего излучения

Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения:^[1][2][6][7]

• Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий):
• рентгеновское излучение;
• гамма-излучение.
• Потоки частиц:
• бета-частиц (электронов и позитронов);
• альфа-частиц (ядер атома гелия-4);
• нейтронов;
• протонов, других ионов, мюонов и др.;
• осколков деления (тяжёлых ионов, возникающих при делении ядер).

[править]Источники ионизирующего излучения

Природные источники ионизирующего излучения:^[8][6][7]

• Спонтанный радиоактивный распад радионуклидов.
• Термоядерные реакции, например на Солнце.
• Индуцированные ядерные реакции в результате попадания в ядро высокоэнергетичных элементарных частиц или слияния ядер.
• Космические лучи.

Искусственные источники ионизирующего излучения:

• Искусственные радионуклиды.
• Ядерные реакторы.
• Ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение).
• Рентгеновский аппарат как разновидность ускорителей, генерирует тормозное рентгеновское излучение.

[править] Механизмы биологического воздействия

См. также: Радиобиология и Порог дозы

Ионизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул(белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.

После действия излучения на организм в зависимости от дозы могут возникнуть детерминированные и стохастические радиобиологические эффекты. Например, порог появления симптомов острой лучевой болезни у человека составляет 1—2 Зв на всё тело.

В отличие от детерминированных, стохастические эффекты не имеют чёткого дозового порога проявления. С увеличением дозы облучения возрастает лишь частота проявления этих эффектов. Проявиться они могут как спустя много лет после облучения (злокачественные новообразования), так и в последующих поколениях (мутации)^[10].

Основным источником информации о стохастических эффектах воздействия ионизирующего излучения являются данные наблюдений за здоровьем людей, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. Японские специалисты в течение всех лет после атомной бомбардировки двух городов наблюдали тех 87 500 человек, которые пережили ее. Средняя доза их облучения составила 240 миллизиверт. При этом прирост онкологических заболеваний за последующие годы составил 9 %. При дозах менее 100 миллизиверт отличий между ожидаемой и наблюдаемой в реальности заболеваемостью никто в мире не установил.^[11]

Способы защиты от ионизирующих излучений:

1. Защита расстоянием
2. Защита временем
3. Экранирование
4. Применение средств индивидуальной защиты
5. Применение радиопротекторов – химические вещества, повышающие стойкость организма к излучению
6. Устройство санитарно-защитных зон