שינויים

==הביוספירה וחוקי התרמודינמיקה==

==הביוספירה וחוקי התרמודינמיקה==

לכאורה, קיום הביוספרה ואף קיומנו שלנו סותר את חוקי התרמודינמיקה. הביוספרה וכלל צורות החיים הינן מערכות מורכבות להפליא המקיימות את עצמם לאורך זמן. הן מערכות הדורשות רמת סדר גבוהה ותאימות בין החלקים השונים. החומרים המרכיבים אותנו, החלבונים, הינן מולקולות ענק בעלות רמת מורכבות עצומה וסדר קפדני המאפשר את חיינו. הבעייה היא שהחוק השני של התרמודינמיקה אומר לנו שמערכות נהרסות באופן טבעי ולפי המדידות שעשינו, החומרים שמרכיבים אותנו היו אמורים להתפזר לכל עבר עוד לפני שנולדנו. אם כך כיצד מתאפשר קיומנו וקיום הביוספירה שמסביבנו?

לכאורה, קיום הביוספרה ואף קיומנו שלנו סותר את חוקי התרמודינמיקה. הביוספרה וכלל צורות החיים הינן מערכות מורכבות להפליא המקיימות את עצמם לאורך זמן. הן מערכות הדורשות רמת סדר גבוהה ותאימות בין החלקים השונים. החומרים המרכיבים אותנו, החלבונים, הינן מולקולות ענק בעלות רמת מורכבות עצומה וסדר קפדני המאפשר את חיינו. כאמור, החוק השני של התרמודינמיקה קובע שבאופן טבעי, מערכות מורכבות נהרסות ומתפוררות. אם כך כיצד מתאפשר קיומנו וקיום הביוספירה שמסביבנו?

הדרך היחידה להקטין אנטרופיה באופן מקומי היא על ידי השקעת אנרגיה. הביוספירה שלנו קולטת אנרגיה המגיעה אליה בשטף בלתי פוסק מחוץ לכדור הארץ, אנרגיית השמש. הטמעת אנרגיית השמש על ידי הצמחים הירוקים והאצות הירוקות בתהליך הפוטוסינתזה מאפשר לחבר את האטומים החופשיים של היסודות האורגנים למולקולות מורכבות. תהליך זה מאפשר גם לבנות באמצעות  מולקולות אלו תנאים לקיום מערכות ביולוגיות מורכבות. האנרגיה שהצמחים קולטים מהשמש זורמת דרך כל המערכת הביוספרית ומאפשר לה לתחזק את עצמה. האוכל שאנחנו אוכלים מקורו בצמחים והוא מספק לגופנו את האנרגיה הדרושה כדי למנוע ממנו להתפרק. רוב האנרגיה שאנחנו קולטים מהמזון מיועדת רק למטרת שימור המבנה הכימי שלנו, כך גם רוב האנרגיה שקולטת הביוספירה מהשמש משמשת לשימור הסדר בביוספירה ולמניעת הכחדתה.

הדרך היחידה להקטין אנטרופיה באופן מקומי היא על ידי השקעת אנרגיה. הביוספירה שלנו קולטת אנרגיה המגיעה אליה בשטף בלתי פוסק מחוץ לכדור הארץ, אנרגיית השמש. הטמעת אנרגיית השמש על ידי הצמחים הירוקים והאצות הירוקות בתהליך הפוטוסינתזה מייצרת סוכר המהווה 'דלק' ביולוגי לתהליכי חיבור היסודות האורגנים למולקולות מורכבות, ואירגונן של מולקולות אלו למערכות ביולוגיות מורכבות. האנרגיה שהצמחים קולטים מהשמש זורמת דרך כל המערכת הביוספרית ומאפשר לה לתחזק את עצמה. האוכל שאנחנו אוכלים מקורו בצמחים והוא מספק לגופנו את האנרגיה הדרושה כדי למנוע ממנו להתפרק. רוב האנרגיה שאנחנו קולטים מהמזון מיועדת רק למטרת שימור המבנה הכימי שלנו, כך גם רוב האנרגיה שקולטת הביוספירה מהשמש משמשת לשימור הסדר בביוספירה ולמניעת הכחדתה. אנו נמצאים במאבק מתמיד כנגד החוק השני!

   

   

==התערבות האדם באיזון האנרגיה של הביוספירה==

==התערבות האדם באיזון האנרגיה של הביוספירה==

מזה כמה אלפי שנים בני האדם מסדרים מחדש חלקים מהביוספירה לשימושם. אנחנו משקיעים אנרגיה שמקורה בביוספירה (מזון, עצים לבעירה, נפט) כדי לסדר מחדש חלקים ממנה, חומרי גלם, בצורה שתקל על חיינו. אולם לאחר שסיימנו את השימוש בהם אנחנו משליכים אותם חזרה לתוך הביוספירה. המוצרים המסודרים שלנו זרים למצבה הנוכחי של הביוספירה ומערערים את היציבות שלה. פחמן דו חמצני מקטין את שחרור החום לחלל, מתכות כבדות מרעילות את כל צורות החיים, האוזון מתפרק ומעלה את רמות הקרינה בביוספירה. עקב פעילותינו על הביוספירה להשקיע יותר אנרגיה בתחזוק העצמי שלה, להשקיע אנרגיה נוספת כדי להביא את הפסולת שלנו למצב שבו איננה פוגעת בביוספירה, למצב בו הייתה מצויה בביוספירה מלכתחילה. אך כמויות האנרגיה העומדות לרשות הביוספירה מוגבלות על ידי כושרה להטמיע את אנרגיית השמש באמצעות הצמחים הירוקים והאצות הירוקות, נוסף על כך השימוש שלנו במאגרי הצמחים של הביוספירה לצרכינו אף מקטין עוד יותר את יכולתה של הביוספירה להטמיע אנרגיה. הבעייה העיקרית בתהליך התיקון של הביוספירה היא בעיית הקצב, הקצב בו הביוספירה מבצעת את הסידור מחדש שלה איטי בהרבה מהקצב בו אנו מייצרים את הפסולת. כל החומרים בקרום כדור הארץ נמצאים במצבם הנוכחי לאחר שבמשך מיליארדי שנות אבולוציה זרם אנרגיה איטי אך קבוע איפשר לביוספרה להעלות את הסדר הגלום בה, לכן גירעון האנרגיה של הביוספירה איננו רק במונחים כמותיים אלא במונחי זמן, במונחים של זרמי אנרגיה. תוצאת הדברים היא שהביוספירה נמצאת במחסור אנרגטי, אין לה עוד את האנרגיה הדרושה לקיים את עצמה. מצב זה מוביל את הביוספירה בהכרח, לפי החוק השני של התרמודינמיקה, להתפרקות. ההתפרקות של הביוספירה היא איטית כיום אולם מורגשת, מהירות תלויה ב'גירעון' האנרגטי שבו תימצא הביוספירה בעתיד. ניתן להציג זאת בשרטוט הבא:

מזה כמה אלפי שנים בני האדם מסדרים מחדש חלקים מהביוספירה לשימושם. אנו משקיעים אנרגיה שמקורה בביוספירה (מזון, עצים לבעירה, נפט) כדי לסדר מחדש חומרי גלם ולהפכם למוצרים. אולם לאחר שסיימנו את השימוש בהם אנחנו משליכים אותם חזרה לביוספירה. המוצרים המסודרים שלנו זרים למצבה הנוכחי של הביוספירה ומערערים את היציבות שלה. פחמן דו חמצני מקטין את שחרור החום לחלל, מתכות כבדות מרעילות את כל צורות החיים, האוזון מתפרק ומעלה את רמות הקרינה בביוספירה. עקב פעילותינו על חלקי הביוספירה להשקיע יותר אנרגיה בתחזוק העצמי שלה, בהתמודדות עם תוצאות הלוואי של המערכת הכלכלית שלנו. אך כמויות האנרגיה העומדות לרשות הביוספירה מוגבלות על ידי כושרה להטמיע את אנרגיית השמש באמצעות הצמחים הירוקים והאצות הירוקות, נוסף על כך השימוש שלנו במאגרי הצמחים של הביוספירה לצרכינו אף מקטין עוד יותר את יכולתה של הביוספירה להטמיע אנרגיה (עליית הטמפרטורה, למשל, פוגעת ביכולת הפוטוסינתיזה ומקטינה את כמות האנרגיה העומדת לרשות הצמח).  

 

הבעייה העיקרית בתהליך התיקון של הביוספירה היא בעיית הקצב, הקצב בו הביוספירה מבצעת את הסידור מחדש שלה איטי בהרבה מהקצב בו אנו מייצרים את הפסולת. כל החומרים בקרום כדור הארץ נמצאים במצבם הנוכחי לאחר שבמשך מיליארדי שנות אבולוציה זרם אנרגיה איטי אך קבוע איפשר לביוספרה להעלות את הסדר הגלום בה, לכן גירעון האנרגיה של הביוספירה איננו רק במונחים כמותיים אלא במונחי זמן, במונחים של זרמי אנרגיה. תוצאת הדברים היא שהביוספירה נמצאת במחסור אנרגטי, אין לה עוד את האנרגיה הדרושה לקיים את עצמה. מצב זה מוביל את הביוספירה בהכרח, לפי החוק השני של התרמודינמיקה, להתפרקות. ההתפרקות של הביוספירה היא איטית כיום אולם מורגשת, מהירות תלויה ב'גירעון' האנרגטי שבו תימצא הביוספירה בעתיד. ניתן להציג זאת בשרטוט הבא:

[[תמונה:energy1.jpg|center]]

[[תמונה:energy1.jpg|center]]