Е. А. Зилов, 20071 Понятие эксэргии и её применение в оценке состояния экосистем. - презентация

1 Е. А. Зилов, Понятие эксэргии и её применение в оценке состояния экосистем

2 Е. А. Зилов, Эксэргия эксэргия (от греч. ek, ех - приставка, означающая высокую степень, и ergon - работа), максимальная работа, которую может совершить термодинамичесская система при переходе из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой. Эксэргия иногда называется работоспособностью системы. (Большой Российский энциклопедический словарь)

3 Е. А. Зилов, Эксэргия Эксэргия определяется как разрыв между текущим состоянием системы и её состоянием в термодинамическом равновесии (гомеостазом) с окружающей средой.

4 Е. А. Зилов, Эксэргия Эксэргия – мера отклонения экосистемы от равновесного состояния. Она указывает на количество работы, затраченной на создание данной системы из первичных компонентов (в случае экосистемы – из первичного органического «бульона»), и информации, использованной при этом.

5 Е. А. Зилов, Кафедральный соборМногоклеточный организм ДомЭукариот Кирпичи, сложенные в кубПрокариот КирпичиВирус ГлинаБиомакромолекулы Молекулы глиныПервичный бульон

6 Е. А. Зилов, Эксэргия Эксэргия рассчитывается по формуле [Mejer, Jørgensen, 1978] : Из которой выводится рабочая формула [Jørgensen, 1994, 1995, 1997, 1998, 2004] :

7 Е. А. Зилов, Структурная эксэргия Эксэргия, отнесенная к общей биомассе (структурная эксэргия), отражает способность экосистемы усваивать поток энергии извне, служа, одновременно, индикатором степени развития экосистемы, её сложности и уровня эволюционного развития организмов, из которых она состоит [Jørgensen, 1997, 1999].

8 Е. А. Зилов, Динамика отклонений (мкг л –1 ) величины эксэргии в летне–осенний период при моделировании токсификации и эвтрофирования на точечной модели.

9 Е. А. Зилов, Динамика отклонений (мкг л –1 ) величины эксэргии в подледный период при моделировании токсификации и эвтрофирования на точечной модели

10 Е. А. Зилов, Поведение эксэргии в реальных экосистемах

11 Е. А. Зилов, Было прослежено поведение эксэргии в реальных модельных экосистемах – микро–, мезокосмах, экспериментальных прудах. В общей сложности рассмотрены результаты 50 экспериментальных исследований по, примерно, 300 литературным источникам. Был выполнен расчет изменений эксэргии и структурной эксэргии для работ, выполненных на 28 пресноводных и 22 морских экосистемах, 21 олиго–, 14 мезо– и 15 эвтрофных водоемах. Объемы экспериментальных систем варьировали от 1300 м 3 до 3,8 л, продолжительность экспериментов – от 4 сут. до 16 мес. В большинстве случаев количество повторностей составляло 2–3, варьируя от 1 до 6.

12 Е. А. Зилов, Воздействие пестицидов на биомассу, эксэргию (мг м –3, левая шкала) и структурную эксэргию (правая шкала). A – диметиламиновая соль 2,4 – дихлорофеноксиуксусной кислоты, мг л –1 по [Boyle, 1980], Б – 20 nM Кепон по [Perez et al., 1991], В – Бифентрин по [Drenner et al., 1993] A Контроль

13 Е. А. Зилов, Воздействие закисления на биомассу, эксэргию (левая шкала) и структурную эксэргию (правая шкала) озерного планктона. A – по Havens, De Costa [1987], B – по Barmuta et al. [1990], C – по Havens [1992]

14 Е. А. Зилов, Изменения эксэргии в лабораторных экспериментах Был проведен ряд экспериментов с лабораторными микрокосмами, содержавшими Daphnia magna и Chlorella vulgaris. Полученные результаты, демонстрируют снижение структурной эксэргии, пропорциональное стартовым концентрациям токсикантов. Примечательно, что биомасса модельного сообщества и его эксэргия далеко не так однозначно реагируют на стресс.

15 Е. А. Зилов, Биомасса – В (г л –1 ), эксэргия – Ех, и структурная эксэргия – Ех/В в микрокосмах при добавлении токсикантов (исходные и после недельной экспозиции). 0 – исходное состояние, К – контроль. 0 К 10 мг л –1 25 мг л –1 В Ех Ех/В г л –1 Фенол Сульфат меди 0 К 0,10 мг л –1 0,20 мг л – 1 В Ех Ех/В г л –1 Хлорид кобальта 0 К 0,05 мг л – 1 0,10 мг л – 1 В Ех Ех/В г л –1

16 Динамика эксэргии в экспериментах с мезокосмами на оз. Байкал

17 Е. А. Зилов, Сульфат натрия (10 мг л –1 ) Летний сезон КонтрольЭксперимент В, Ех, г м Ех/В Подледный сезон КонтрольЭксперимент В, Ех, г м Ех/В

18 Е. А. Зилов, Пептон (10 мг л –1 ) Летний сезон КонтрольЭксперимент В, Ех, г м Ех/В Подледный сезон КонтрольЭксперимент В, Ех, г м Ех/В

19 Е. А. Зилов, ,1 мг N л –1 и 0,01 мг Р л –1

20 Е. А. Зилов, Дизельное топливо (2,5 мг л –1 ) Летний сезон КонтрольЭксперимент В, Ех, г м Ех/В Подледный сезон КонтрольЭксперимент В, Ех, г м Ех/В

21 Е. А. Зилов, Пирокатехин (0,5 мг л –1 )

22 Е. А. Зилов, Хлорид кадмия (10 мкг л –1 ) Летний сезон КонтрольЭксперимент В, Ех, г м Ех/В

23 Е. А. Зилов, Преимущества эксэргии по сравнению с другими индексами здоровья экосистем 1) её расчет относительно прост, 2) для его осуществления вполне достаточно данных, снимаемых в ходе обычного мониторинга, 3) она имеет глубокое теоретическое обоснование в термодинамике и теории информации 4) полностью соответствует критериям индекса здоровья экосистемы, который должен [Schaeffer et al., 1988]: не зависеть от состояния отдельных видов; иметь числовое, желательно лишенное размерности, выражение; быть приложим к экосистемам разного иерархического уровня организации; быть определяем по минимальному числу наблюдений.

24 Показатели состояния сообщества бентоса в районе сброса очищенных сточных вод БЦБК и в фоновом районе для разных глубин

25 Е. А. Зилов, На глубинах 50–70 м Заиленный песок БЦБКФон В, Ех, г м Ех/В

26 Е. А. Зилов, На глубинах 20–50 м Заиленный песок БЦБКФон В, Ех, г м Ех/В Ил БЦБКФон В, Ех, г м Ех/В

27 Е. А. Зилов, На глубинах 0–20 м Заиленный песок БЦБКФон В, Ех, г м Ех/В Ил БЦБКФон В, Ех, г м Ех/В