Hidrológiai Közlöny 1997 (77. évfolyam)
1-2. szám - 3-4. szám - 3. szám - Sárváry István: Környezetünk és az entrópia
123 Környezetünk és az entrópia Sárváry István Vituki Rt. 1095. Budapest, Kvassay J. u. 1. Szerkesztői megjegyzés: Az itt következő eszmefuttatás lényegével megegyező angol nyelvii anyagot Katsuld Atsushi professzor (Shinshu University, Matsumoto, Japán) osztotta ki 1994-ben Egerben, az ott rendezett Rio-Follow-Up konferencia résztvevői között. A magyarra történt átültetés munkáját dr. Sárváry István végezte. Kulcsszavak: környezetvédelem, élővilág, általános hidrológia. Környezetünk és tágabb értelemben az egész Föld ökológiai rendszerének tönkretétele egyre gyorsuló ütemben folyik. Az erre utaló jelenségeket jól ismerjük: ezeket a légkör különböző rétegeiben (ózonlyuk, C0 2-tartalom növekedés, savas esők, stb.), a Föld felszínén (évente egy Magyarországnyi területű erdő kivágása, az Araltó kiszáradása, stb.) és a felszín alatt (pl. mélységi vizek fokozatos elszennyeződése) egyaránt tapasztalhatjuk. A környezet-rombolásról, vagy szennyezésről szóló híradások a különféle hírközlők szenzáció-hajhászó hírei között ma már fel sem tűnnek. Ugyanakkor nyilvánvaló, hogy ha nem sikerül leállítani, vagy legalább is lényegesen lassítani ezt a folyamatot, akkor azt a földi élet minősége fogja megsínyleni, esetleg még annál is drasztikusabb módon, mint ahogyan azt a 60-as években a Római Klub - akkor "pesszimistának" kikiáltott - tanulmányai előre jelezték. Környezetünkről nagyon sok fenomenológiai megállapítás történt, de a "környezet" fogalmának tudományos megalapozása mai napig várat magára. E fogalom lényegének megértéséhez két másik alapvető fogalmat is meg kell értenünk, ezek az entrópia és az anyag körforgása. Az életjelenségekkel kapcsolatban mindennapi szóhasználatunk sokszor homályosan fogalmaz. Azt szoktuk mondani például, hogy légzés közben tiszta levegőt szívunk be, és használt levegőt lélegzünk ki; tiszta vizet iszunk és a vizelettel szennyezett víztől szabadulunk meg. A szokásos kémiai jelöléseket használva viszont rögtön világossá válik, hogy a magunkból kibocsátott levegő és víz valahogyan "több" annál, mint amit bevettünk: A folyamat valamiképpen "gazdaságtalannak" tűnik. Az élet gazdaságtalan lenne? Miért lélegeznek az élőlények, miért esznek, és miért isznak? Miért van az, hogy Naprendszerünkben csak a Földön van élet, a Marson, Vénuszon vagy a Holdon pedig nincs? Mi a lényeges különbség a Föld és a többi bolygó között? Hogy megválaszolhassuk ezeket a kérdéseket, először az entrópia nézőpontjából kell vizsgálnunk őket. Az entrópia növekedésének törvénye lényegében azt mondja ki, hogy a változások irányát a makroszkopikus világban az idő iránya szabja meg. Ez irreverzibilis folyamat, amelynek során az anyag egyre rendezetlenebb formába kerül. A rendezettségi különbségek hő- (termális-) energiává válnak, amely egyre egyenletesebben oszlik el a Természetben. A növekvő entrópia két legfontosabb változata: az energia diffúziója és az anyag diffúziója. Az energia diffúziója Ha a T átlag-hőmérsékletű rendszer Q hőmennyiséget vesz fel, akkor a rendszer entrópiája Q/T-vei növekszik. Mivel a hő a magasabb hőmérsékletű helyekről az alacsonyabb hőmérsékletű helyekre áramlik, a rendszer valahogyan ki fogja bocsátani a felvett hőmennyiséget, s az új átlaghőmérséklete T lesz. Az entrópia változása: dS = - (Q/T) + (Q/T') > 0 Az anyag diffúziója Az anyag természetes törekvése, hogy kitöltse a rendelkezésére álló teret: gondoljunk csak a vízbe ejtett tintacseppre, vagy egy palack gázra, ha kihúzzuk a dugót. Az anyagot tartalmazó eredeti kis térfogat, v ennek során nagyobb térfogatra nő, V lesz. Az entrópia változása: dS = A. log V - A. logv= A log (V/v) > 0 ahol A konstans Az élet különleges volta Az entrópia fenti egyszerűsített nézőpontjából az élő szervezetek által produkált jelenségek (növekedés, szaporodás, stb.) legtöbbje nehezen érthető. Az élet egyre bonyolultabb formákat hoz létre, ahelyett, hogy az egyszerűsödés és felbomlás irányába haladna. Vajon ezek a tények ellentmondanának a növekvő entrópia törvényének? Mondhatjuk-e azt, hogy az élőlények valami speciális anyagból állnak, amelyre nem érvényesek az entrópia törvényei? A válasz erre nyilván tagadó. Akkor tehát mi okozhatja ezeket az "anomáliákat"? Ernst Schrödinger mondta egyszer, hogy az élőlények "negatív entrópiával táplálkoznak". Vajon mit takar ez a megállapítás? A növekvő entrópia törvénye csak a zárt rendszerekre vonatkozik. Ha valamennyi anyagot és energiát figyeBevétel Kiadás Légzés o 2 co 2 Folyadék-háztartás H 2O H 20 + (NFII)2
