CC BY
8ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Т 50 (2) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 200?
УДК 536.12:541.12.127:531.4
И.Ю. Винокуров
ВЛИЯНИЕ РЕЛЬЕФА НА НИТРИФИКАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЧВЕННЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ СПЛОШНОМ АНТРОПОГ ЕННОМ НАРАЩИВАНИИ МИНЕРАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ И СООТНОШЕНИЕ ВЗАИМНОСТИ ОНЗАГЕРА
(Владимирский государственный университет)
e-mail: [email protected]
Установлено» что при размещении элементарных ареалт ландшафта в искрив лепном пространстве термодинамические соотношения не пригодны для описания ки нетических параметров нитрификации. Они подчиняются законам симметрии.
Нами обнаружено, что в почвенных экосистемах (ПЭС), когда элементарные ареалы ландшафтов (ЗАЛ) размещены в искривленном пространстве, линейность зависимости г ~ Г (1§ С*03) нарушается. Кроме того, профили контрольной полосы и полосы сплошного наращивания мине-ральнои компоненты, имеющие фан иду раздела, образуют симметричные структуры относительно вершины, соединяющей склоны различных экспозиций.
Эти данные, полученные в натурном опыте, нами интерпретируются двойным применением принципа симметрии: принципом симметрии Кюри и симметрией пространства. Принцип симметрии Кюри используется в Онзагеровском смысле, т.е. соблюдение его требований означает наложение различных потоков друг на друга. Это означает не аддитивный, а кооперативный принцип взаимодействия ннтрификационных процессов ЭАЛ, образующих симметричные синергетн-ческие структуры. Ось симметрии при этом проходит через вершину, соединяющую склоны северо-западной и юго-восточной экспозиции. Указанные особенности подчеркивают значение учета симметрии пространства, когда ЭАЛ расположены на рельефе.
Как видно (рис.1), профили констант скоростей нитрификации симметричны относительно оси, проходящей через вершину (№ мл 5), соединяющую склоны северо-западной (ЛУ,лл 1-5) и юго-восточной (КЬал$-8) экспозиции).
Каждая из представленных структур инвариантна, т.е. может быть формально получена
вращением другой структуры на 1 проходящей через вершину. Здесь четко ется понятие симметрии как единство сс и изменения. Биогеохимические системы ся в постоянном развитии, обновлении и нии, и у них могут быть свои инварианты храняюициеся структуры в процессе ний. Симметрия позволяет установить ты таких преобразований.
вокруг оси
и со-
Рис J, Профили константы скорости нитрификации при размещении на рельефе элементарных ареалов ландшафта: контра яь (ряд 1} и антропогенное наращивание минеральной
компоненты Р4йКт(ряп 2). Fig. 1. The profiles of rate constant of nitrification of elements areal of landscape at placing on the relief; control (I) and anthropogenic growth of mineral component ЫщРщ&т (2)-
Нами допускается, что для интерпретации этих эффектов может использоваться и соотношение взаимности Онзагера* Линейная термодинамика Онзагера применима к системам вблизи т моди нами чес кого равновесия; в данном
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 200? том 50 вып. 2
т.е. для нитрификационных процессов - вблизи к вазиста ци о нар н ого состояния [1]. При термодинамическом равновесии поток и вызывающая его термодинамическая сила равны нулю.
Так, для двух необратимых потоков можно записать:
.1|= ЬцХ| + Ь^Хз
Н= 1-2)Х| + 1-22X2
Феноменологические коэффициенты Ь!2, ) называют коэффициентами взаимности; они отражают интерференцию, т.е. наложение потоков друг на друга. Требование симметрии для налагающихся необратимых процессов выражается теоремой Онзагера
Если два необратимых процесса представляют диффузию и теплопроводность, то их наложение соответствует термодиффузии.
Было показано, что для случая протекания химической реакции наложение может существовать только для необратимых процессов, имеющих одинаковый тензорный характер, но тги .требования справедливы только для изотропных сред [2]. Однако в анизотропных биологических средах возникают новые возможности для взаимного влияния потоков [2]. К таким случаям относятся и биогеохимические системы.
Симметрические профили констант скоростей нитрификации относятся к родственным процессам нитрификации, которые имеют границу раздела. Эта граница разделяет контрольную полосу и соседнюю, с наращенной минеральной компонентой в дозе ЬЦоР^К^в . Нетрудно уловить аналогию этого подхода с Онзагеровским требованием
Только у Онзагера потоки налагаются друг на друга в соответствии с требованиями симметрии, а в нашем случае происходит наложение потоковых синергетических структур по правилам
Здесь отметим, что понятие "термодинамическою поля" и «химического сродства» неприменимы к ЭАЛ в искривленном пространстве.
В этом случае термодинамический императив уступает место другому, связанному с понятием симметрии.
Начальные концентрации нитратов в логарифмическом виде не связаны линейной зависимостью с константами скорости нитрификации, однако также образуют симметричные структуры,
i Z i 4 5 6?
Рис.2. Профили начальных концентраций нитратов при размещении на рельефе элементарных ареалов почвенной жосн-
стсмы,
Fig.2. Hie profiles of initial concentration of nitrate for elementary areals of landscape of soil ecological system at placing on the
relief.
Учету иространствеиных искривлений и симметрии как основе структурного анализа геоэкологии уделяется большое внимание при разработке потоковых картографических моделей в теории пластики рельефа [3]. Теория пластики рельефа нами рассматривается как перспективное направление для решения практических задач, связанных с реабилитацией ПЭС после химического загрязнения. Полученные нами результаты дополняют и обосновывают ряд основных положений теории пластики рельефа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Де Гроот СР., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М.: Мир. 1966.
2. Глснс.торф П., При гожи и И. Р. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации. М.: УРСС. 2003, 280 е.
3. Степанов И.II. Пространство и время и науке о почвах М: Наука. 2003. 184 с.
Кафедра химии
102
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2007 том 50 вып. 2
