Thermodynamik offener Systeme

1997

21 S.

80 Lit. Ang.

Unselbständiges Werk

200100239

Es werden thermodynamische Grundlagen für die Interpretation und das Verständnis ökosystemarer Wirkungsgefüge dargestellt. Dabei werden zunächst die Konsequenzen des ersten Hauptsatzes (Erhaltungssatz) für die Stoff- und Energieflüsse in Ökosystemen erläutert. Hieraus werden die Prinzipien des maximalen Energieflusses und der maximalen inkorporierten Energie abgeleitet. Sie enthalten u.a. Hypothesen zur Sukzession bzw. Evolution von Ökosystemen. Auf dieser Basis wird der zweite Hauptsatz der Thermodynamik erläutert und auf die Wirkungsgefüge von Ökosystemen übertragen. Dabei wird der Zusammenhang zwischen Entropie und Information besonders betont. Auch hieraus ergeben sich Grundkonzepte zur Bestimmung und Erklärung der Richtung von Sukzessions- und Evolutionsprozessen. Hiervon ausgehend werden die Basiseigenschaften dissipativer Strukturen beschrieben. Eine Anwendung wird im Anschluß mit dem Prinzip der maximalen Entropie bzw. Energiedissipation vorgestellt. Diese Theorie steht in engem Zusammenhang mit der thermodynamischen Größe Exergie, die als Qualitätsfaktor von Energieformen angesehen werden kann. Exergie-Variationen werden in der Folge auf Evolutionsvorgänge angewendet. Hieraus wird das "Ökologische Grundprinzip der Thermodynamik" hergeleitet. Es besagt, daß offene Systeme einen Exergiedruchfluß nutzen, um ihren Exergiegehalt zu erhöhen. Dies geschieht durch die Optimierung von Biomasse-Funktionen und durch die Transformation der eingetragenen Energie in Struktur und Information. Die Exergiespeicherung wird dabei als Orientor angesehen; sie wirkt als Selektionskriterium bei der strukturellen Entwicklung von Ökosystemen. Abschließend wird in einem kurzen Anhang gezeigt, wie Exergie berechnet und angewendet werden kann.