综合自然地理学课件——自然地理系统的整体性.ppt

他指出：在孤立系统中热量总是由高温物体自动地传向低温物体，而不能作相反的传递，直到两个物体达到相同温度为止，是不可逆的自发的过程。起决定作用的是能量密度的差异和朝均匀方向的流动。 他创造了一个术语“熵”表示任何一种能量在空间分布上的均匀程度，用他的话来说，“能量密度的差异倾向于变成均等”，是自然界的一个普遍规律，或换句话说：“熵随着时间而增大” ，混乱程度或无序程度增加。熵越大，系统越混乱，反之，系统越有序。 例1：我国有句成语“泾渭分明”泾河水清，渭河水浑。泾河流入渭河时，清浊不浑，比喻界线清楚，是非分明。这种有序状态是暂时的，他们一经自动混合之后，就再也分不清哪种是泾河水，哪种是渭河水了。说明能量的密度差异是朝着均匀方向流动的。 例2：两个水库，水的高度不同，一高一低，如果把他们连接起来，水会从高水位的水库流向低水库，直到两个水库的水面相同。 两例都说明了能量是趋向于均匀分布的。熵值随着时间增大，能量完全均匀分布，熵值达最大值，也就是混乱度或无序程度最高。 系统的主要特征——整体性 克劳修斯把热力学第二定律推广到宇宙之中，根据熵增加原理，宇宙中的能量分布在不断地均匀化。宇宙正在不断地增大，最后必须达到最大值——平衡态。整个宇宙在走向混乱趋向无序，一切运动都将停止，最后达到“热寂”。 可是地壳演化历史正好相反，沧海桑田变迁，生物界——人类出现。都是在从简单到复杂，从低级到高级的进化发展。这种进化过程与热寂说的预言退化形成截然不同的鲜明对比。早期的热力学只考虑系统的内部联系不考虑系统与外界环境的联系。 近年来新型的耗散结构理论，成功的揭示了这一问题。 系统的主要特征——整体性 创始人：普里高津 比利时人 立足点：系统与外界环境的相互联系，相互作用，弥 补了早期热力学的不足。 （1）什么叫耗散结构 ？ 一个远离平衡的开放系统，只要通过不断与外界交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定的阈值时，可能从原有的混乱无序状态，转变为一种在时间上和空间上或功能上的有序状态，这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构，依靠不断地耗散外界的物质和能量来维持，称为耗散结构。 系统的主要特征——整体性 3、耗散结构理论——非平衡有序系统的整体性 两层意思： ① 开放系统：系统与外界环境有物质和能量、信息交换 ② 在一定条件下，使系统变无序为有序。 简单概括为： 消耗外界环境的物质、能量来维持系统内部的新的有序结构。 （2）耗散结构理论 一个开放系统熵的变化，通过引入外界负熵流降低系统总熵，使系统从无序转入有序状态，来维持系统的稳定。但强调这种稳定是非平衡的稳定态，所以系统内部的能量总是趋于均等，熵不断的增加，只有在外界不断输入负熵流的情况下，才能保持相对稳定。一旦外界条件撤去，混乱度或无序度就会增加，系统就会回到无序状态中去。 如：沙漠中的绿洲，就是不断地从外界获得物质、能量有负熵流的输入，才保持这种有序状态。一旦断绝了水源，很快就变成寸草不生的沙漠。 自组织现象：耗散结构在与外界交换物质、能量的同时，还有一种自组织能力，变无序为有序的过程。 如：生物有机体将光、热、水、二氧化碳这些无序的物质、能量转化合成为糖类，变无机为有机储存于体内，变无序为有序过程。 又如：诗句“野火烧不尽，春风吹又生”，大火焚烧过后，第二年春天有充足的阳光和雨水的滋润，恢复原状。说明自然地理环境有自组织能力。 系统的主要特征——整体性 信息：物质、能量和信息是现代科学研究的三大主题，前面只介绍了耗散结构及其物质能量转化的基本情况。用信息概念认识地球表层的整体性——新课题之一。 一般理解：信息——情报、知识。现在理解信息为物质之间建立联系的一种特殊形式。任何物质运动形态都能产生和交换信息，信息也能通过物质现象而运动传播。 ① 天体发生的电磁波包含着天体的构成、年龄、运动等各种信息。 ② 化石提供了地质时期古动物、植物和地壳演变的信息。 信息是事物存在形式运动状态和规律的表征。 人们之所以把信息理解为情报、知识，正是因为物质结构、状态和历史在人的大脑中的反映，经过人类的语言、文字、符号等形式变换以后获得的产物。 系统的主要特征——整体性 信息一方面反映了物质、能量分布和变化程度，另一方面信息在自然界和社会的物质运动中执行这种联系的职能。可以说信息是指一个系统的有序性，信息就是负熵。生物和人都离不开信息。新陈