Основы методологии изучения ПТС

Россия и мировое сообщество вступают в фазу перехода к новой цивилизации, требующей экологически устойчивого социально-экономического развития, как альтернатива ускоренному экономическому росту.

Современный переход от индустриального общества с характерным для него огромными затратами энергии, ресурсов, капитала и труда, к обществу с экологически устойчивым социально-экономическим развитием, для которого критическими ресурсами являются информация и технические нововведения, неотъемлемо возникают новые модели природных и природно-технических систем и связанные с этим новые идеи и новые методологические подходы.

Хозяйственная деятельность Человека на иерархических уровнях глобальной системы «Природа-Общество-Человек» характеризуется непрерывным использованием накопленных в биосфере Земли природных ресурсов и поступающей из космоса лучистой энергии Солнца, что обусловливает изменения скорости и направления потоков свободной энергии, которая преобразуется из менее стабильных форм в более стабильные и в конечном итоге в тепловую энергию.

Изучение основных принципов трансформации вещества, энергии и информации в природно-технических системах, в которых доминирующую роль выполняет техногенный объект, создает теоретическую основу для разработки практических мероприятий, направленных на снижение уровня негативного воздействия этого объекта на природную среду и жизненно важные интересы человека.

В экологической Доктрине РФ, одобренной распоряжением Правительства РФ (1225-Р от 31.08.2002), обеспечение экологической безопасности страны определено как конечная цель государственной политики в области экологии при сохранении природных систем, поддержания их функциональной целостности.

В методологии изучения, создания теоретических основ и инженерных решений по обеспечению экологической безопасности среды жизнедеятельности человека и снижения антропогенных воздействий на окружающую и природную и социальную среду при строительстве зданий и сооружений важными являются базовые понятия и определения, связанные с целевыми решаемыми задачамц. Понятие экологической безопасности в современном отечественном законодательстве включает более 40 других понятий в сочетании только со словом «экологическая». Особое место здесь занимает экологическая безопасность.

При формировании основных понятий, связанных с экологической безопасностью в строительстве, необходимо знать базовые понятия: жизнь, живое вещество, жизнедеятельность, безопасность жизнедеятельности, безопасность, экология и связанные с этим понятием, понятия бассейновая геосистема, экосистемы, биоценоза и природно-техническая система. На базе этих основных понятий строится системное развитие науки «Экология» и ее отдельные научные направления, одним из которых является экологическая безопасность в строительстве.

Жизнь — это высшая по сравнению с физической и химической форма существования материи, неотъемлемо возникающая при определенных условиях в процессе ее развития. Живые объекты отличаются от неживых обменом веществ, способностью к размножению, росту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, раздражимостью и приспособляемостью к окружающей среде. Специфика живых объектов и жизненных процессов может быть охарактеризована как с точки зрения их материальной структуры, так и их важнейших функций, лежащих в основе всех проявлений жизни.

Достаточно точное определение Жизни дал более 100 лет назад Ф.

В фундаментальном труде «Происхождение видов» Г.Дарвин отметил основные законы, лежащие в основе возникновения всех форм жизни: «эти законы, в самом широком смысле — Рост и Воспроизведение , наследственность, вытекающая из воспроизведения, изменчивость, зависящая от прямого или косвенного действия жизненных условий от упражнения и не упражнения, Прогрессия размножения, столь высокая, что она ведет к борьбе за жизнь и ее последствию — Естественному отбору». Таким образом, понятие жизнь по Дарвину сводится к двум более общим законам. Это прежде всего способность живого ассимилировать полученные из вне вещества, т. е. перестраивать их, уподоб^ ляя собственным материальным структурам, и за счет этого многократна воспроизводить их. Способность к избыточному самовоспроизведению^ лежит в основе роста клетки, размножения клеток и организмов и, следовательно, — прогрессии размножения как основного условия для естественного отбора, и в основе наследственности и наследственной изменчивости. Воспроизведение себе подобных расематривается как фундаментальное свойство живого. Важной особенностью живого также является огромное многообразие свойств, которые приобретаются благодаря изменчивости материальными структурами живых объектов. Воспроизведение и многообразие свойств связано в основном с функцией одного из двух биополимеров. «Запись» наследственных свойств или кодирование признаков организма осуществляется с помощью ДНК и РНК. Таким образом можно отметить, что живой является не отдельная молекула ДНК, белка или РНК, а их система в целом. Следователь но, Жизнь характеризуется высокоупорядоченными материальными структурами, содержащими два типа биополимеров: белок и ДНК или

РНК, которые составляют живую систему, способную к самовоспроизведению по принципу матричного синтеза.

Жизнь возможна только при определенных физических и химических условиях (температура, влажность, характеризуемая наличием воды, необходимых солей и т. д.). Жизнь не прекращается, если сохраняется неповрежденная структура под действием низких температур (замораживание), снижением водонасыщенности (высушивание) и т. п.

Жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в отношении многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в живом (организме) превращений. Живые системы характеризуются высоким уровнем упорядоченности структурной и функциональной, в пространстве и времени. Структурная компактность и энергетическая эффективность живого является результатом весьма высокой упорядоченности на молекулярном уровне. Одним из важных следствий этой компактности является универсальный эффект «усиления», характерный для всех живых систем. Так, в 5*10~ьг ДНК, содержащейся в оплодотворенном яйце кита, заключена информация для подавляющего большинства признаков животного, которое весит порядка 5* 107 г, т. е. при необходимых условиях масса возрастает на 22 порядка. Известный биохимик XX века В. А. Энгельгардт отметил: «Именно в способности живого создавать порядок из хаотического теплового движения молекул состоит наиболее глубокое, коренное отличие живого от неживого. Тенденция к упорядочению, к созданию порядка из хаоса есть не что иное, как противодействие возрастанию энтропии».

Живые системы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией, т. е. относятся к открытым неравновесным системам. В живых системах, в отличии от неживых систем, не происходит выравнивания энергетических разностей и перестройки структур в сторону более вероятных форм, а наблюдается обратное: восстанавливаются разности энергетических потенциалов, химического состава и т. д., т. е. непрерывно происходит (совершается) работа «против равновесия» (Э.Бауэр), что обусловливается вторым законом термодинамики. В связи с этим следует отметить, что местное снижение энтропии в живых системах возможно только за счет повышения энтропии в окружающей среде, таким образом в целом процесс повышения энтропии продолжается, что согласуется с требованиями второго закона термодинамики.

Жизнь в том понятии, которое было изложено, на Земле зародилась порядка 2 млрд лет назад. Понятие жизнь в обобщенном виде обуславливает понятие жизнедеятельность живого вещества в биосфере Земли, в том числе и человека. Живое вещество как совокупность живых организмов биосферы Земли численно выражается в элементарных химических составах, массе и энергии. Термин «живое вещество» был введен В. И. Вернадским. Живое вещество связано с биосферой материально и энергетически посредством биогенной миграции атомов в результате дыхания, питания, роста и размножения организмов.

Живое вещество представлено автотрофными организмами, гетеротрофными организмами и микотрофные организмами, которые питаются готовыми органическими соединениями, хотя и сами способны их синтезировать.

Живое вещество является весьма активным в химическом и геологическом плане. Рассеянное в миллиардах особей, которые непрерывно рождаются и умирают, обладают значительной действенной (свободной) энергией, обусловливающих огромную работу живого вещества в геологических процессах Земли. Характерным примером в проявлении геологической работы живого вещества является создание органогенных осадочных пород (каменный уголь, нефть, известняки и др.), которые Вернадский назвал биогенным веществом биосферы. При участи живого вещества образуется биокостные вещества в виде природной воды, биосферы, почвы, коры выветривания и т. д.

Биохимические функции живого вещества подразделяются на 5 групп: газовые, концентрационные, окислительно-востановительные, биохимические и биогеохимические функции человечества. Все функции осуществляются во внешней среде, кроме биохимических, которые протекают внутри организмов.

Газовые функции живого вещества определяют газовый состав атмосферы.

Концентрационные функции живого вещества обусловливаются накоплениями живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды. Состав живого вещества отличается от состава косного вещества биосферы Земли. В живом веществе преобладают легкие атомы (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Cl, К, Ca, Si, P, S), которые содержатся во всех живых организмах и образуют в них химические соединения. Следует отметить, что содержание определенных элементов в некоторых организмах в десятки, сотни и тысячи раз больше, чем во внешней среде, что обусловливает неоднородность химического состава биосферы Земли.

Окислительно-восстановительные функции живого вещества приводят к химическим превращениям большинства соединений. Биогенные вещества окисления и восстановления занимают доминирующую роль в протекающих процессах на поверхности Земли. Биохимические функции связаны с ростом и размножением организмов, что приводит к увеличению их числа и общей массы живого вещества. Воздействие (давление) живого вещества на окружающую среду является выражением энергии роста и размножения, которое не одинаково у разных групп организмов. Другим проявлением биохимических функций живого вещества являются процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, что обусловливается превращением живого вещества в косное вещество.

Биохимические функции развития человечества обусловливаются хозяйственной деятельностью как формой созидания и превращения вещества и преобразования энергии из менее стабильных в более стабильные формы в пространственных пределах биосферы и ее перехо дом в новое состояние — ноосферу, где человек становится новой геологической силой на планете Земля.

Живое вещество охватывает все формы жизни на протяжении всей геологической истории Земли. История природы и история общества взаимосвязаны в единую неразрывную цепь эволюции и развития.

Исходя из понятия жизнь, жизнедеятельность живого вещества обусловливается непрерывными процессами преобразования вещества, энергии и информации из менее стабильных форм в более стабильные формы. Жизнедеятельность человека как представителя животного мира биосферы представляет собой совокупность видов и процессов деятельности отдыха и способа существования в удовлетворении жизненно важных интересов. Процесс жизнедеятельности — это совокупность действий и состояний человека, которые обусловливаются теми или иными интересами и направлены на реализацию данного интереса.

Исходя из понятия жизнедеятельности человека определяется понятие безопасность жизнедеятельности. Безопасность жизнедеятельности — это свойство процесса жизнедеятельности, которое обеспечивает безопасное состояние условий в течении заданного периода времени.

Понятие «безопасность» — это состояние объекта защиты, при котором воздействие на него всех потоков вещества, энергии и информации не превышает максимально допустимых значений. В качестве объекта защиты принимается: человек, природная среда, техногенный объект.

11онятие «экология» (от греч. oikos — жилище, местопребывание) — биологическая наука, изучающая организацию и функционирование над организменных систем различных уровней: популяций видов биоценозов экосистем биогеоценозов и биосферы.

В развитии научного направления Экологии важным явились понятия экосистемы и биоценоза. Английский ботаник А. Тенсли (1935) назвал экосистемой любую совокупность совместно обитающих организмов и необходимой для их существования абиотической среды.

Наиболее полное понятие биоценоза было сформулировано В. Н. Су качевым, в котором подразумевается единство растений, животных и микроорганизмов, населяющих определенный участок земной поверхности с его ландшафтным, климатическим, почвенными и гидрологическими условиями.

На основе понятий экосистема и биоценоз изучаются процессы круговорота потоков веществ и энергии в экосистемах. Представление о трофических уровнях позволило количественно отражать процессы превращения вещества и энергии при переходе с одного уровня на другой (Дж. Хатчинсон, Р. Линдеман, Г. Одум).

Развитие экологического направления связано с обеспечением экологической безопасности в техносферной среде хозяйственной деятельности человека в условиях экологически устойчивого социально-экономического развитие требует не тривиальных методологических подходов и моделей в изучении природных и природно-технических систем. В соответствии с отмеченным считаем возможным сформулировать определение бассейновой геосистемы, которая максимально учи

тывает существующие понятия с добавлением пространственного фактора, обусловливающего действительную реальность.

Бассейновая геосистема представлена на рис. 1.23.

По иерархическому уровненному принципу бассейновые геосистемы классифицируются следующим образом: бассейновые геосистемы океанов и морей (самый высокий уровень); бассейновые геосистемы главных рек (Волга, Дон, Кубань и др.), впадающие в океаны и моря; бассейновые геосистемы рек-притоков первого порядка, впадающие в главные реки; бассейновые геосистемы рек-притоков второго порядка, которые впадают в реки-притоки первого порядка; бассейновая геосистема малой реки или водотока, которая не имеет притоков и является бассейновой геосистемой первого класса, а выше бассейновые геосистемы второго, третьего и т. д. класса. Следовательно, бассейновые геосистемы океанов и морей относятся к самому высшему классу бассейновых геосистем.

В пределах Биосферы Земли бассейновые геосистемы суши материков являются наиболее постоянными по своим граничным условиям, т. к. циркуляция водных масс в приземных слоях атмосферы, поверхностный и подземный сток формируются в пределах водосборных территорий речных систем, относящихся к постоянным в историческом разделе времени.

Бассейновые геосистемы второго, третьего, четвертого и т. д. класса включают в себя бассейновые геосистемы более низкого класса. Так, шестнадцать бассейновых геосистем высшего класса океанов и морей на территории России включают в себя более 2,5 млн бассейновых геосистем более низкого класса, из которых наиболее значимыми по водосборной территории являются бассейновые геосистемы рек: Енисей (2580 тыс. км2), Лена (2490 тыс. км2), Обь (2990 тыс. км2), Амур (1855 тыс. км2), Волга (1360 тыс. км2), Колыма (647 тыс. км2), Дон (422 тыс. км2), Индигирка (360 тыс. км2), Селенга (447 тыс. км2), Печора (322 тыс. км2) и др.

В пространственных пределах бассейновых геосистем протекают практически все процессы хозяйственной деятельности, которые обуславливают создание и функционирование множества объектов деятельности различных по функциональной принадлежности и характера воздействия на окружающую природную среду.

Совокупность объектов деятельности в пределах бассейновой геосистемы способствует переходу локальной природной среды в техносферу, где доминирующую роль в системе «Природная среда — Объект деятельности — Население» выполняет конгломерат природных и техногенных компонентов, взаимодействующих между собой в зоне действия отдельного или группы объектов деятельности.

Понятие, связанное с определением «экологическая безопасность», сформулировано и закреплено ФЗ «Об охране окружающей среды» (от 10 января 2002 г.), где экологическая безопасность определена как «состояние защищенности природной среды и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия хозяйственной или иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, их последствий».

Понятие «экологическая безопасность в строительстве и эксплуатации объектов природообустройства» характеризуется обеспечением защищенности природной среды и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия объектов природообустрой- ства и связанными с ними чрезвычайными ситуаций природного и техногенного характера, их последствий.

Экологическая безопасность хозяйственной деятельности в области проектирования строительства, эксплуатации, реконструкции и ликвидации объектов природообустройства и взаимосвязанных с этим использованием природных ресурсов является актуальной проблемой современной реальности.

Важность научных проблем и практическая значимость научного направления «экологическая безопасность в строительстве» состоит в создании теоретических основ методологии оценки влияния строительной отросли на природную среду и жизнедеятельность человека в условиях экологически устойчивого развития данной области хозяйственной деятельности.

В многогранной хозяйственной деятельности общества экологическое устойчивое развитие строительной отрасли возможно при наличии тенденции роста возможностей людей удовлетворять свои потребности в более комфортных и экологически приемлемых зданиях и сооружениях, урбанизированных, рекреационных и мелиорируемых территориях, транспортных магистралях, что обусловливает создание экологически приемлемых технологий, конструкций зданий, сооружений и технических средств, новых строительных материалов, сохранения благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и безопасной жизнедеятельности человека.

Понятие жизнедеятельность человека характеризуется совокупное - тью видов и процессов жизнедеятельности. Процесс жизнедеятельности — это совокупность действий и состояний человека, вызванная одним из интересов и направленная на реализацию данного интереса. «Безопасность жизнедеятельности» — это свойство данного процесса сохранять безопасное состояние условий жизнедеятельности в течении заданного периода времени.

Экологическая безопасность в строительстве и эксплуатации может рассматриваться как: сохранение благоприятной окружающей природной среды и жизненно важных интересов человека в пространственных пределах ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», где в качестве центрального техногенного компонента выступают строительные и водохозяйственные объекты; основа экологического нормирования количественных и качественных показателей используемых строительных и водохозяйственных объектов в хозяйственной деятельности на заданных пространственных пределах бассейновых геосистем; общие нормативные и специальные требования при проектировании, строительстве и эксплуатации строительных и водохозяйственных объектов; разработка экологически приемлемых новых и совершенствовании существующих технологий, конструкций, технических средств и устройств для снижения уровня негативного воздействия строительных и водохозяйственных объектов на природную среду и жизнедеятельность человека.

Таким образом, экологическая безопасность в строительстве и экс плуатании обусловливает комплекс проблемных вопросов, связанных с защитой природной среды и жизненно важных интересов человека от последствий негативного воздействия строительных и водохозяйствен ных объектов в процессах хозяйственных и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций как природного, так и техногенного характера.

Обеспечение экологической безопасности в природно-технических системах неотъемлемо связано с вопросами комплексных исследований, которые можно рассматривать и изучать не в рамках механистической моды, а в определенных пространственных пределах бассейновой геосистемы.

ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» являются открытыми, как и подавляющее число открытых систем в биосфере Земли, в которых доминирующую роль играет неустойчивость и неравновестность.

Изучение ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», где центральным компонентом принимается объект деятельности, который определенным образом изменяет скорости и направления потоков вещества, энергии и информации в пространственных пределах зоны действия данного объекта, как правило, связанно с комплексом натурных и лабораторных исследований по определению качественных и количественных показателей, характеризующих процессы взаимодействия между компонентами системы. Как качественные, так и количественные показатели процессов взаимодействия объекта деятельности с окружающей природной средой выражаются определенными физическими величинами. Важным ключевым вопросом в методологии системного изучения ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» является физическая величина, которая может быть принята в качестве инварианта при исследовании тех или иных явлений, наблюдаемых в процессах взаимодействия техногенного компонента с окружающей природной средой.

Как утверждает современная физика, далеко не каждая физическая величина может быть универсальным эталоном. В соответствии с требованиями известных физиков XX века Дж. Максвелла, Н. Бора, А. Эйнштейна и В. И. Вернадского физическая величина является универсальной тогда и только тогда, когда ясна ее связь с пространством и временем.

В ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» взаимодействие объекта деятельности с окружающей его природной средой выражается в виде определенных физических величин, таких как: сила, скорость, масса, давление, плотность, геометрические размеры и химических соединений в виде концентрации того или иного вещества.

Любое выражение для той или иной физической, химической величины состоит из двух компонентов. Одним из них является наименова ние некоторой известной величины того же типа, что и величина, которую необходимо определить. Эта величина может приниматься в качестве эталона для отчета. В качестве эталонных физических величин в настоящее время принимаются три основные физические единицы: длина, время и масса.

Вторым компонентом является случайное число, отражающее сколько раз надо взять эталон для получения требуемой величины, выражающей числовое значение измеряемой величины. Таким образом при изучении ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» можно использовать единицы, принадлежащие системе и должным образом определенные и связанные с основными единицами (эталонам и). При этом необходимо соблюдать размерность единиц, кото рая является способом проверки получаемых результатов проводимых исследований. Размерность каждого члена, входящего в полученную зависимость, должна соответствовать размерности эталонных или основных единиц (длина, время, масса).

В метрической системе измерений эталоном длины является метр или одна десятимиллионная часть длины земного меридиана. С учетом размерности единицу длины принято обозначать как L.

В цивилизованных странах стандартная единица времени выводится из периода обращения Земли вокруг своей оси, за нее принимается секунда, которая получается из среднего значения солнечных суток. Единица измерения обозначается как (Т),числовое значение времени принято обозначать через (t).

Масса, в метрической системе, измеряется в граммах — это масса одного кубического сантиметра дистиллированной воды при стандартных значениях температуры и давления. Если взять воду в качестве эта лона плотности, то единица массы становится зависимой от единицы длины L и измеряется единицами объема, т. е. как 1Л В астрономической системе измерений единица массы выражается через силу ее при тяжения F = y*Mj* М2/г2или F = M*g , тогда размерность массы М выражается как L T 2 ,что отражает массу как пространственно-временную величину, где объем L3 с угловым ускорением Т-2 или плотностью Т ; определяют массу. Таким образом величина массы удовлетворяет требованиям универсальности [физика], следовательно из трех физичес-

ких единиц оставшиеся две единицы L и Т, через которые в пространственно-временной системе выражают все остальные физические величины: скорость VT~\ разность потенциалов L2T 2, массовый расход L3T~3, сила L4T"^, мощность LST-5, скорость изменения силы L4T_S, энергия              , момент количества движения LT 3 и др. В системе в простран

ственно-временных величин любая физическая величина может быть представлена формулой LRTS, где Ки S — целые (положительные и отрицательные) числа.

Если принять S = 0, то формула принимает вид LRT° = LR* l = LR, т. e. понятие время исключается.

Если принять R = 0, то формула принимает такой вид: L°TS = Ts, т. е. после исключения понятия длины, приходим к системе понятий, описывающих время.

При S gt; 0 имеем пространственные меры времени: Т1 — период; Т2 — поверхность времени; Т3 — объем времени.

При S lt; 0 частотные меры времени: Т-1 — частота; Т 2 — угловое ускорение; Т 3 — гиперчастота S-порядка.

Измерение времени существенно отличается от измерения длины, так как не существует «абсолютно твердого тела», которое могло бы служить мерой интервала. По заключению Аристотеля, время это число движения.

Измерение времени использует циклический процесс, что сообщает характеру движения два свойства: диссперстность отчетов и замкнутость траекторий.

Измерение физических величин обусловливается двумя классами понятий: пространственные понятия LR и временные понятия Ts, соединение которых дает полную систему универсальных понятий LRTS.

Каждая измеряемая величина представляет собой понятие, отражающее сущность определенного класса систем реального мира (микро-, макро- и супермир). Измеряемая величина выражает качественно-количественную определенность, где качество определяется размерностью и единицей измерения, а количественно-численными значениями величины.

Переход от одной величины-понятия к другой означает переход к другой системе — механизму, обусловливающемуся с другой сущностью — инвариантом, другим качеством, другой группой преобразования, с другими волновыми потоками с соответствующей длины и частоты.

Рассматриваемая та или иная система в целом — это, прежде всего, система универсальных понятий, отображающих сущность систем реального мира.

Величина, являющаяся сущностью одного класса систем, может быть явлением-проекцией другого нижележащего класса систем. На современном уровне знаний на верхнем иерархическом уровне понятий находится мощность и мобильность, характеризующая скорость переноса мощности. Соответственно этой иерархии величин, другие величины (сила, скорость и др.) имеют меньшую пространственно-временную размерность и поэтому могут быть выведены из более высокого иерархического уровня. На примере величин, у которых размерность длины и времени одинаковые, но с разными знаками образуют группу величин, которые различаются по скоростям и являются вложенными одна в другую, образуя полиэдральный куб (рис. 3.1).

V° T [L0!"0] — константа; V1 -- [UT1] — скорость; V2 -- [1/Г2] — разность потенциалов; V3 - [L3T3] - ток; V4-- [L4T4] - сила; V3 - [LyPJ - мощность.

Рис. 3.1. Группа симметрично-инверсных величин, опиичающихся по скоростям (V).

Анализ рисунка 3.1 свидетельствует, что величиной, объединяющей всю группу, является мощность (N), а другие величины являются составными элементами мощности и соответственно могут через нее бьггь выражены. Следовательно, мощность как инвариант является наиболее общей величиной, охватывающей наиболее широкий класс систем. В системе пространственно-временных величин LRTS энергия имеет размерность L5T4, мощность L5T5. Известно, что основное свойство энергии обуславливается ее способностью совершать работу в процессах превращения из одной формы в другую. Используя это важное свойство энергии применительно как к природным, так и к природно-техническим системам можно будет выражать количественную и качественную оценку энергетического уровня влияния (воздействия) системы или отдельных компонентов на окружающую среду.

Исходя из основного свойства энергии, основным свойством мощности будет являться работоспособность в единицу времени. Следовательно полная энергия (Епод) в той или иной системе будет выражаться суммой двух частей. Первая часть будет выражать свободную энергию Есв6, которая способна совершать работу А. Вторая часть выражает непревратимую или связанную энергию Е^, непригодную для совершения работы.

(3.1)

В зависимости от количественных значений свободной Есв6 и связанной Е^ частей энергии обуславливается состояние системы, по которому делается основной (базовый) вывод относительно жизнедеятельности, функционирования и развития.

Состояние системы может быть определено отношением ЕспЬ, Есю и Епол.Чем больше накоплено или производиться свободной энергии, тем соответственно будет выше функциональная работоспособность и темпы развития системы. Поэтому отношение определяет КПД системы:

(3.2)

В реальных условиях ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» КПД практически никогда не достигает 1,что обусловливает важность правильного определения количественных значений Е^ и Епо1.В системе пространственно-временных величин все возможные виды энергии, которые появляются в природных и ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население», имеют оди наковую размерность Lgt;T~'1 и соответственно мощность также представляется в различных формах, но с одинаковой размерностью. Отметим, что размерность выражает качественную определенность измеряемой величины.

В природных и ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» все процессы взаимодействия между природными и техногенными компонентами как внутри системы, так и в окружающей внешней среде, обусловливаются законами природы. Наряду с общеизвестными законами природы, такими как: закон сохранения количества движения Ньютон), закон всемирного тяготения (Ньютон), закон сохранения количества движения (Лаплас), закон сохранения энергий (Майер), закон сохранения мощности (Лагранж), в научном направлений общей экологии и ее отвлетвений (геоэкология, экология человека и др.) используется более 70 экологических законов и 60 принципов и правил.

Фундаментальные законы природы в стандартном изображении могут быть выражены через пространственно-временные единицы LR и Т5 путем приравнивания величин L= const.Так, к примеру, закон сохранения энергии LT 4 = const, закон сохранения мощности LST ' = const и т. д.

По определению понятия, закон — необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями, по В. И. Дано — закон природы или естественный закон, которому неизбежно следует вся вещественная природа или по С. И. Ожегову закон-связь и взаимозависимость каких-нибудь явлений объективной действительности. Исходя из этих понятий можно отметить, что закон выражает связь между предметами или компонентами, составными элементами данного компонента (предмета), между свойствами вещества между свойствами вещей. Следует отметить, что не всякая связь есть закон, т. к. связь может быть необходимой или случайной. Закон выражает существенную связь между сосуществующими в пространстве вещами. Это закон функционирования, например, всемирного тяготения, согласно которому все тела притягиваются друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Сущностью закона природы может считаться экспериментально подтвержденное обобщение, в котором некоторая величина остается инвариантом, независящим от выбранной системы координат в определенном классе сил.

Таким образом, исходя из самого понятия «Природа — это все сущее, весь мир в многообразии его форм или как совокупный объект естествознания», законы природы отражают существенные, устойчивые, повторяющиеся отношения между явлениями, в основе которых лежат непрерывные процессы преобразования одних форм энергии в другие формы энергии.

Совокупность сущностных процессов в природных и ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» обусловливают собой два основополагающих процесса: диссипативный, антидиссипативный и переходы между ними.

Диссипативные процессы характеризуются формированием процесса рассеивания свободной энергии и тенденцией к равновесию в системе. Антидиссипативные процессы характеризуются доминированием процессов накопления свободной энергии и тенденцией удаления от равновесия в системе. Переходы между диссипативными и антидисси- пативными процессами характеризуются неустойчивым равновесием между внутренними и внешними потоками вещества и энергии.

В своем большинстве все природные системы, а также ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» относятся к неравновесным системам, которые обладают свойством эволюционировать во времени, т. е. с течением времени совершать внешнюю работу. Поэтому как в природных, так и в природно-технических системах могут происходить только процессы диссипатии или антидиссипатии с соответствующими переходами между ними.

Под воздействием естественных процессов и хозяйственной деятельности в природных системах и ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» обуслвливается протекание диссипативных и антидиссипативных процессов, которые связанны с рассеиванием или накоплением свободной энергии. Следовательно, состояние той или иной системы обусловливается изменениями скорости, направления потоков энергии.