1 UNIVERSITATEA ECOLOGIC BUCURETI Facultatea de Inginerie Managerial Dr. Florin Cldraru TEHNICA MSURRII I CONTROLULUI CALITII MEDIULUI -curs universitar Bucureti, Martie Noiembrie 2000 2CUPRINS Pagina INTRODUCERE6 ILECII10 Partea I-a Cadrul fenomenologic10 Curs 1 Evoluia i problemele actuale ale studiului mediului nconjurtor10 1.1. Studiul mediului nconjurtor n cadrul biologiei10 1.2. Extinderea fenomenologic12 1.3. Probleme actuale14 1.4. Fizica biotopului16 1.5. Fizica biocenozei 19 1.6. Situaia actual20 Curs 2 Geosistemul21 2.1. Perigeosistemul (exosfera, termosfera i mezosfera) 21 2.2. Pregeosistemul23 2.2.1. Mantaua 23 2.2.2. Nucleul24 2.3. Mezogeosistemul 25 2.3.1. Stratosfera25 2.3.2. Troposfera25 2.3.3. Hidrosfera 26 2.3.4. Litosfera28 2.3.2. Biosfera 29 Curs 3 - Ecosistemul antropizat32 3.1. Structura generativ a ecosistemului antropizat32 3.2. Pattern-ul nevoilor umane n ecosistemul antropizat33 3.3. Pattern-ul activitilor umane n ecosistemul antropizat 36 3.4. Pattern-ul organizrii spaiului n ecosistemul antropizat38 3.5. Produsul 39 Curs 4 Elemente de fizica ecosistemelor42 4.1. Sisteme termodinamice42 3Pagina 4.2. Organizarea ierarhic43 4.3. Forma general a ecuaiei de bilan45 4.4. Bilanul entropiei (principiul II al termodinamicii) 46 4.5. Sistemul termodinamic asociat unui sistem fizic46 4.6. Stabilitatea sistemelor cu autoorganizare49 Curs 5 - Ecosisteme i sisteme termodinamice asociate53 5.1. Stratosfera si troposfera53 5.2. Hidrosfera54 5.3. Litosfera56 5.4. Biosfera57 5.5. Sistemul termodinamic asociat ecosistemului antropizat 62 Curs 6 - Bilanuri i cuplaje n geosistem66 6.1. Bilanul de energie 66 6.2. Bilanul de substan67 6.3. Cuplaje n mezogeosistem72 Curs 7 Interaciunea ntre geosistem i ecosistemul antropizat fenomenede poluare local i global77 7.1. Emisii poluante i deeuri 77 7.2.Poluare local 82 7.3.Poluare regional83 7.4.Poluare global84 Partea a II-aMsurarea i controlul calitii mediului nconjurtor91 Curs 8 Modelul de calitate al mediului nconjurtor91 8.1. Modelul general al calitii91 8.2. Asocierea unui model de calitate mediului nconjurtor 92 8.3. Clasificarea metodelor de msurare i caracterizare a mediului nconjurtor98 8.3.1. Criteriul locului de msurare98 8.3.2. Criteriul principiului de msurare99 8.3.3. Criteriul timpului de msurare100 4Pagina Curs 9 - Metode de msurare i caracterizare a polurii aerului102 9.1.Caracterizarea polurii aerului102 9.2. Metode actuale pentru msurarea concentraiilor substanelor poluante ale aerului107 9.2.1. Msurarea conductivitii electrice107 9.2.2. Msurarea absorbiei radiaiilor electromagnetice111 9.2.3. Msurarea conductivitii termice113 9.2.4. Msurarea altor mrimi fizice care caracterizeaz comportarea gazelor113 9.2.5. Msurarea dimensiunilor particulelor n suspensie n gaze114 Curs 10 - Metode de msurare a concentraiilor substanelor aflate n soluie 120 10.1. Metodologia general de msurare a concentraiilor substanelor aflate n soluie120 10.2. Metoda spectrometric121 10.3. Metoda conductivimetric123 10.4. Masurarea aciditii124 10.5. Masurarea turbiditii125 Curs 11 Sisteme portabile pentru msurarea i caracterizarea poluriiapelor i solului126 11.1. Sistemul portabil DREL/2000 pentru msurarea i caracterizarea calitiiapelor i solurilor126 11.2. Sistemul portabil CEL 700 de msurare i caracterizare a calitii apei130 Curs 12 - Sisteme de monitorizare i msurare n timp real a polurii mediului nconjurtor133 12.1. Probleme legate de monitorizare133 12.2. Tipurile de substane ce trebuiesc detectate137 12.3. Modul optim de locaie n mediul nconjurtor al subsistemelor ieantionarea intervalelor de msurare130 12.4. Caracteristici i nivele de performan ale sistemelor de monitorizare ntimp real a calitii aerului140 12.5. Cerine care trebuiesc ndeplinite de sistemele de monitorizare ntimp real a polurii aerului143 12.6. Metodele de tip remote sensing 144 5Pagina Curs 13 - Metode de control a calitii mediului nconjurtor148 13.1. Metode de control local 148 13.2 Metode de control regional (stat sau zon continental)150 13.3. Metode de control global151 13.4. Educaia i nvamntul152 Curs 14 Managementul integrat al calitii mediului nconjurtor153 14.1.Analiza ecogeografica153 14.2. Metoda de timp real pentru descreterea polurii industriale159 IIAPLICAII PRACTICE163 Lucrarea de laborator nr. 1Determinarea concentraiilor unor poluani ai apei prin metode spectrometricen domeniul vizibil - Partea I aAnaliza calitativ163 Lucrarea de laborator nr. 2Determinarea concentraiilor unor poluani ai apei prin metode spectrometricen domeniul vizibil - Partea a II aAnaliza cantitativ168 Lucrarea de laborator nr. 3 Calibrarea senzorului cu SnO2 pentru msurarea concentraiilor de freon n aer176 Lucrarea de laborator nr. 4 Msurarea i monitorizarea n timp real a polurii aerului (gaze toxice icombustibile) - Partea I-aSimularea hardware i software184 Lucrarea de laborator nr. 5 Msurarea i monitorizarea polurii aerului (gaze toxice i combustibile)- Partea a II-aMsurtori n teren195 Lucrarea de laborator nr. 6 Referat Aplicaii n managementul calitii mediului nconjurtor - Simularea unor situaiiReale (partea I-a)206 Lucrarea de laborator nr. 7 Referat Aplicaii n managementul calitii mediului nconjurtor - Simularea unor situaiiReale (partea a II-a)215 IIISUBIECTE DE EXAMEN219 IVBIBLIOGRAFIE234 6INTRODUCERE AcestcursestedestinatstudeniloranuluiIValFacultiiDeInginerieManagerialdin UniversitateaEologicBucureticareaunprogramadestudiudisciplinaTehnicidemsurarei control a calitii mediului (curs i laborator). Datorit coninutului su, att n partea de teorie, ct, mai ales, n cea de aplicaii practice, cursul poate fi consultat i de studenii altor faculti cu profil de inginerie care au specializri n domeniul proteciei mediului nconjurtor, ca i de ali studeni i specialiti care au nevoie de o introducere rapid n domeniu. Oscurtprezentareamoduluincareaevoluatproblematicamediuluinconjurtoreste necesar pentru a nelege necesitatea unui astfel de curs la momentul actual. Satisfacereanevoiloruneipopulaiincretereicuexigenetotmaisporite,adeterminat apariia,explozivnultimii50deani,aunitilorindustrialeideagriculturintensiv.Acestea, din motive de eficien economic, s-au constituit, de multe ori, n platforme industriale sau agricole care au ocupat pri nsemnate din mediul inconjurtor. Dezvoltarea sistemelor industriale i de agricultur intensiv a determinat, n egal msur, apariiaunornoitipurideaezriumane.Deasemenea,traficulrutieracrescutmultnintensitate datorit necesitailor de a deplasa oameni, materiale i mrfuri la, i de la locurile de producie. Datoritrelaiilorstrnsedintreaezrileumaneimediulnconjurtor,procesulde dezvoltareaindusmodificriimportantenstructuraacestuia.Aufostafectate,pernd,calitatea aerului i a apelor, a solului i a biosferei, mai inti zonal i apoi la scar planetar. Efectele negative ale procesului de dezvoltare au fost resimite de om, la inceput n calitate departicipantlaanumiteproceseindustrialesauagricoleis-aumanifestatprinafectareastriide sntate. Aria celor afectai s-a extins, ntr-o prim faz, datorit unor produse care afectau starea de snatte prin utilizare i, ntr-o a doua faz, datorit efectelor polurii de tip global (efectul de ser, subierea stratului de ozon i ploile acide).Pna n anii 60 studiul mediului nconjurtor a fost, n exclusivitate, apanajul biologiei, n cadrul creia s-a i dezvoltat conceptul de ecosistem. nceputul anilor 70 a marcat apariia primelor semnaledealarmnlegaturcueroziuneaacceleratasolului,ploileacide,emisiadebioxidde carbon i chiar a accidentelor ecologice (degradarea accelerat a ecosistemului lacului Ontario). Din cencemaimulicercettori,maialesdindomeniiconexebiologiei,aunceputsseocupede rezolvareaacestorprobleme,considerndcasingurcauzadegradriimediuluiactivitatea industrialiagricolincercndsimpunreducereadrasticavolumuluiacestoractiviti, masur care nu avea cum s fie pus n practic, fie din raiuni economice, fie din raiuni sociale. Problematicamediuluincojurtorselrgetelanceputulanilor70,maialesdincauza corelaiei fireti cu criza energetic i cu crizele de dezvoltare care debuteaz n for n 1973, dup rzboiuldeaseziledintreIsraeliEgipt.Cercettoriincepsneleagc,maimultdect 7contabilizareadegradrilormediuluinconjurtoriimpunereaunormsuricucaracterrestrictiv asupraproceselordedezvoltare,estenecesarelaborareaunormodeleglobalealedezvoltrii economice i sociale care s furnizeze predicii asupra strilor ce se pot realiza, precum i soluii de controlaacestorprocese.Auaprutatunciorganismemondialecucaracternon-guvernamental (PNUD, FAO) i fundaii tiinfice care au suportat i susinut elaborarea unor astfel de modele. Aa au aprut rapoartele Clubului de la Roma care au elaborat primele modele globale asupra proceselor de dezvoltare economic i social. Aceste modele au fost elaborate ntr-o perspectiv mai degrab tehnologic,decttiinific,astfelnctprediciilelorpetermenscurtimediuaufostdeja infirmate. Ele au ins marele merit de a fi construit primele baze de date credibile i de a fi atras un numr foarte mare de cercettori, din diverse domenii tiinifice n studiul acestor probleme, crend astfel premisele apariiei primelor coli. Primelestudiiasupraproblemelorglobalealemediuluincojurtorauformulatconcluzii careauavut,maidegrab,daruldeadescurajaoricecercetaretiinific.CarteareputatuluiBarry Commoner, "Cercul care se nchide", realizeaz un studiu vast ce prezint mediul nconjurtor ca pe o multitudine de relaii n dou dimensiuni, fr nici o ordonare ierarhic, i se ncheie cu concluzia c "toate sunt legate de toate", interzicnd astfel, apriori, orice modelare parametric. n acei ani (ca dealtfeliastzi,nanumitemediitiinifice),oricencercaredemodelareparametrica ecosistemelor naturale i antropizate era respins din start cu motivaia c omul i natura sunt att de complexe c nu pot fi puse n vreo ecuaie. Apariiaprimeloraccidenteecologicemajorenanii80(accidentuldelaBophal,Indiai celdelaCernobl)adeterminatimplicareaputernicasocietiicivilenproblemelemediului nconjurtor,latoateniveleledeaciuneidecizie.Astzi,ntoatearilecivilizateexistpartide ecologistedintrecaremulteauputerededecizielanivelparlamentariguvernamental,exist ageniinaionaleiregionalecarencearcsmonitorizezeevoluiamediuluinconjurtor. Consecineleposibilealepoluriiglobaleaudeterminatreuniunimondialelacelmainaltnivel (Montreal 1989, Rio de Janeiro 1992, Bangkok 1993, New York 1997, Kyoto 1997) care au ncercat s impun restricii severe pentru diminuarea a ceea ce s-a crezut c sunt cauzele acestor fenomene. Maimult,lanivelulpoliticdedecizie,aaprutunconceptnouasupradezvoltriicareiiare origineanproblematicamediuluinconjurtor,"sustainabledevelopment"(modelulBrutlandal dezvoltrii). nplanulaciuniiaceastimplicareasocietaiicivileansemnatocretereimportanta suportuluifinanciarilogisticpentrustudiulproblemelorpolurii,nspecial,iaproblemelor mediuluinconjurtor,ngeneral.Acestfaptaatrasncadrulproblematiciidinceincemaimuli specialiti, fapt care a facut ca nivelul cunotiintelor asupra polurii s creasc att de mult nct s permit apartia tehnologiilor curate i a celor de reconstrucie ecologic. Stadiul actual al cunoaterii de toate tipurile ne arat c am ajuns n stadiul n care evaluri, modelri i decizii asupra cii de dezvoltare au devenit posibile. 8Cu toate c n rile dezvoltate aciuni de acest gen au o vechime de peste douzeci de ani, o serie de lucruri importante ramn nc de fcut. Astfel, majoritatea metodelor de reducere a polurii, nspecial,idemodelareaprocesuluidedezvoltare,ngeneral,nusuntaciunidetimpreal, eventualele efecte pozitive ramnnd n beneficiul generaiilor viitoare. De asemenea, se constat, n majoritateamodelelordejaelaborate,absenauneiperspectivepragmatice,singuracapabils permit elaborarea unor modele parametrice care s asigure posibilitatea prediciei. n Romniastudiulproblemelormediului nconjurtor a debutat, pe scar larg, la nceputul anilor 80, imediat dup apariia, la noi, a rapoartelor Clubului de la Roma. Dezvoltarea cercetrilor a fost rapid,fiindfavorizat,dacsepoatespuneaa,dedimensiuneaaberantadezvoltriieconomice socialiste. Orice model care se construia n cadrul tiinei era infinit mai bun dect ceea ce se fcea n realitate.Evideniereadincencemaiclaralegturilordintreactivitateaantropicischimbrile globaleobservatenmediulncomjurtornultimii20-30deani(modificareaclimei i degradarea ecosistemelor prin reducerea biodiversitii) a determinat societatea civil s investeasc din ce n ce maimultpentruaputeacunoateicontrolaacestefenomene.Aufostdezvoltate,caurmarea acestoreforturi,oserieintreagdemetodedemasuricaracterizareaparametrilormediului nconjurtor care au determinat, n rile puternic dezvoltate, realizarea, la scar local, a controlului activitii antropice n relaia cu mediul nconjuraor. Lanivelulglobal,ns,lucrurilesuntdepartedeafiajunsnaceststadiu.Deiefortul investiionaldecareamvorbitapermisiaicirealizareaunormetodedemsuricaracterizare performante(maialesceledetipul"remote-sensing"),attcunoatereafenomenelordepoluare global (efectul de ser, subierea stratului de ozon i ploile acide), ct i legtura lor cu activitatea antropic sunt departe de a fi realizate. Problemelepecareleavemderezolvatsuntproblemedetimprealicuungradmarede dificultatencondiiilencarecunotiinelepecareledeinemdesprefenomenologiaTerreiia ecosistemelorantropizatesunt,nc,insuficiente. Prin urmare, pregtirea ct mai multor specialiti nu poate fi dect de folos acestui domeniu. Cursul este structurat n trei pri. Prima parte cuprinde un numr de 14 lecii care se refer la fenomenologia Terrei i a ecosistemelor antropizate (prima parte) i la modelul calitii mediului i metodele de msurare i caracterizare a parametrilor de mediu (partea a II-a). n partea a doua sunt prezentate referatele a cinci lucrri de laborator din domeniul msurrii polurii apelor i a aerului, precumisimulareaunorsituaiipracticencaresepoategsimanageruldemediuntr-o ntreprindere(douaplicaii).nparteaaIII-asuntprezentatectevasubiectedeexamen.Pentru nelegereacursuluisuntnecesarecunotiinedefizic,chimie,matematic,teoriasistemelori informaticlanivelullacareacesteasuntdobnditeinfacultilecuprofilingineresc,precumi cunotiine de nivel mediu de geografie, biologie, sociologie i economie. 9Nupotncheiaaceastintroducerefrsmenioneznumeleaceloracareaucontribuitla realizareaacestuicurs.DomnulProf.Dr.tefanPtracu,titularulcursuluidefizicdin Universitatea Ecologic i fostul meu conductor de doctorat, este cel care are meritul de a fi insistat ca realizrile din cadrul tezei mele de doctorat s fie valorificate i n domeniul educaional i, mai ales,peaceladeafirecomandatintroducerealuinplanuldenvmntalfacultiideinginerie managerial. DomnulProf.Dr.VladimirRojanschi,decanulfacultiideingineriemanagerialdin UniversitateaEcologicaremerituldeafirecomandatiimplementatrapidcursulnplanulde nvmnt al facultii, precum i pe acela de a susine permanent dezvoltarea acestui curs n sensul creterii utilitii lui pentru studeni, aceast carte fiind o expresie a efortului dnsului. Doamna Asist. Drd. Corina Tudor este cea fr de care nu a fi avut cum s susin n condiii aadebuneceledoulucrridelaboratordemsurare a polurii apelor n cadrul laboratorului de fizic al facultii de inginerie managerial. ColegiidelaECOSENSRL,firmacareasigursuportulfinanciarilogisticpentru susinereaa cincilucrride laborator, sunt cei care au realizat lucrrile de laborator de msurare a polurii aerului, plecnd de la unele din programele de cercetare ale firmei. n sfrit, dar nu n cele din urm, activitatea de la laborator a studenilor actualului an V al facultiideingineriemanagerialmi-afurnizatmulteobservaiiutilecareaucorectatopartedingreeli. Tuturor acestora le mulumesc i i asigur de toat recunotina mea. Autorul 10PARTEA I-A MEDIUL NCONJURTOR Capitolul 1 Evoluia studiului mediului nconjurtor 1.1. Studiul mediului nconjurtor n cadrul biologiei Termenul"ecologie"afostintrodusdeE.Haeckel,n1869,nlegturacustudiul interaciunilor dintre organismele vii i mediul lor nconjurtor. El deriv din cuvntul grecesc "", care nseamn cas.O definiie mai complet a fost formulat de Krebs (Krebs C.J., 1972) care afirm c Ecologia este studiul tiinific al interaciunilor care determin distribuia i abundena organismelor n mediul nconjurtor. i c Mediul nconjurtor al unui organism este format din toate fenomenele din afar organismului care l influeneaz, att factorii fizico-chimici, ct i din alte organisme. Sistemeleviisuntorganizatepetreiniveledecomplexitate:organismeleindividuale, populaiile,formatedinorganismedinaceeaispecie,icomunitile,formatedinpopulaiide specii diferite. Formulatncdin1877deK.Mobius,termenuldebiocenozacaptatcalitileunui concept ecologic de profunzime abia n ultimele decenii. O definiie care aparine lui E. P. Odum n 1971 spune c Biocenoza este un ansamblu de populaii ce triesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat cu caracteristici n plus fa de cele ale componenilor si individuali i populaionali.

Complementar acestei definiii se formuleaz definiia biotopului: Biotopul este constituit din totalitatea factorilor fizico-chimici (energie, relief, topoclimat, etc.) care influeneaz evoluia organismelor vii. 11NoiuneadeecosistemafostintrodusdeTansleyn1935pentruaevideniaunitatea ecologic dintre biotop i biocenoz. O definiie mai recent (Begon M., 1990) afirm c: Ecosistemul este totalitatea comunitilor de populaii mpreun cu biotopul asociat. Ecosistemeleaufostclasificatenecosistemenaturale,ncareinterveniaomuluieste puinimportant(pdureatropical,deerturile,taigaua,zonelemuntoasenalte,etc.),in ecosisteme antropizate, n care activitatea uman a modificat puternic componentele i procesele naturale (zonele situate n jurul aezrilor umane). Structuraecosistemului,caunitateecologicfuncionalelementarreflect,n distribuia spaial a elementelor sale, un anumit coninut funcional ce rezult din interaciunea diferitelorspeciialebiocenozeicufactoriiabiotici(sol,relief,topoclimat,etc.).Larndulei, esenafuncionriiinedeantrenareaenergieisolareiasubstanelornutritiveminerale(de natura abiotic) n circuitul biologic i transformarea lor n substana organic necesar alctuirii sistemelorvii.Acestedimensiunidauecosistemuluicalitateadeunitateproductoarede substanorganicnecesarbiocenozei.Atingereaunuiasemeneascopsematerializeaz,n cadrul oricrui ecosistem, prin trei funcii fundamentale: (1) funcia energetic, prin care se realizeaz fixarea energiei solare de ctre plantele autotrofe n transferulidistribuiaacesteiadelaocategoriedeorganisme(productori,consumatorii reductori sau descompuntori)la alta; (2)funciadetransferasubstanelornutritive(anorganiceiorganice)attntrecomponentele biocenozei, ct i ntre acestea i biotop; (3) funcia de autoreglare, prin care se realizeaz stabilitateaecosistemului pe seama meninerii unei anumite proporii ntre speciile ce alctuiesc biocenoz. Principalul obiectiv al ecologiei este acela de a prezice evoluia unui organism, populaie saucomunitate,ncontextulunuisetparticulardecondiiipefrontieraacestora.Dificultatea esenial n realizarea acestui obiectiv este aceea c, din cauza scalei largi de timp a fenomenelor din ecosistem, pe de o parte, precum i, mai ales, din cauza imposibilitii realizrii n timp real a experimentului, modelele elaborate n cadrul biologiei nu sunt modele de timp real.Modeleledescriptiveelaboratencadrulbiologieisebazeazpeobservaiiamnunite, organizatedupcriteriirezultatedincorelaiistatisticecufactoriaibiotopului,iaupermis,n decursul timpului, nelegerea unor fenomene de mare importan, cum ar fi dnamica populaiei ntr-ozondat(fenomenlegatdeproceseledenatere,moarteimigraie)irelaiiledin interiorul unei comuniti monitorizate de relaia esenial prad-prdtor (Lotka A.J., 1932). 12Oprimdificultatemajor,nlegturcupredicia,constnfaptulcstudiul fenomenologieibiotopuluiserealizeazncadrulaltortiine(fizica,chimia,geologia, geografia,etc.),iarconcluziileacestuistudiunupotfi,purisimplu,lipitestudiuluincadrul biologiei.O a doua dificultate major const n faptul c specia uman, component a biocenozei, este,simultan,prinactivitilepecareledesfoarnprocesuldeadaptareidezvoltare, component a biotopului. Aceste activiti sunt descrise n cadrul unor tiinte cu un grad nalt de subiectivitate (economia, sociologia, politica) n care modelele de predicie sunt puin dezvoltate. 1.2. Extinderea fenomenologic Dezvoltareaindustrialpescarlarg,materializatnmariplatformeindustriale, practicareapescarlargaagriculturiiintensivedinanii50,precumitransferulmasivde tehnologiiindustrialeiagricoledinanii60,nspaiisocio-economiceinsuficientpregtite pentruasimilareaacestora,aupusneviden,prinintermediulefectelorpoluriigeneratede industrieiagricultur,rolulesenialalactivitilorumanenperturbareaechilibruluidintre biotop i biocenoza, pe de o parte, i n interiorul fiecruia dintre acestea, pe de alt parte. Evenimentele care au succedat rzboiului din Orientul Mijlociu de la nceputul anilor 70, au pus n eviden una din cele mai importante caracteristici ale biotopului, i anume, limitarea resurselordemateriiprimeienergie.Aceastsituaie,mpreuncuceacaresereferlarolul esenialalactivitiiomuluinmeninereaechilibruluininteriorulecosistemelor,audeplasat obiectuldestudiualecologieidincadrulgeneralalbiosferei,ctrestudiulevoluieispeciei umane n mediul sau nconjurtor. Datoritdezvoltriimetodeloriaaparaturiidemsurareaparametrilordepoluare (tehnicidemsurdepesatelit,laboratoareportabile,etc.),suntdescoperiteefectelascar planetaralenocivitiiactivitiiumane(efectuldeser,reducereagrosimiistratuluideozon, defoliereapdurilor ca urmare a ploilor acide, etc.). Includerea omului i a amenajrilor sale n ecosistemeesteunfaptctigat,daraceastcomplicmultproblemadescrieriiecosistemelor, caredevineoproblemdetimpreal,maialesdatoritfaptuluicacestesituaiiaugenerat micripolitice,ncepndcuexistenapartidelorecologiste(carenEuropaocuplocurin parlamente),trecndprin"terorismulecologic"(organizaia"GreenPeace")iculminndcu conceptul dezvoltrii durabile, care a devenit de notorietate mondial (Rio, 1993). Acest concept 13reclamuncontrolseveralprocesuluidedezvoltare,dupcriteriulbeneficiuluisimultanal generaiilor prezente i viitoare i dup criteriul prezervrii condiiilor de existen al biotopului. Aceastschimbaredeobiectaformulatproblemenoi,deoimportaniodificultate deosebit.Astfel,dacpnaacumevoluiauneicomunitidinbiosferputeaficonsideratca desfurndu-se ntr-o zon de spaiu i timp ce putea fi configurat, evoluia populaiilor umane sedesfoarnzonespaio-temporalecarenupotfidelimitatecuuurin.Accidentuldela Cernobl,deexemplu,deiaavutdreptcauzdisfunciauneiactivitidesfuratedeo populaierestrns,ntr-ozonageograficlocalizatclarilaunmomentdetimpceapututfi stabilit cu precizie, a avut efecte asupra unor populaii cu ordine de mrime mai mari, situate n zone spaiale de arie mare (practic pn n Europa Centrala i de Nord) i imposibil de localizat cu precizie n viitorul apropiat. Primaextinderefenomenologicvinedindireciageografiei(KreebK.H.,1979)care, prinintroducereaconceptuluidelandschaft(peisaj),ncearcsrealizezeodescrierea complexitaiispaiuluigeograficsimultancuodescriereadinamiciigeneraleaecosistemelor, prin ncadrarea acestora din urm n spaiul geografic n care sunt situate. n acest mod a aprut geoecologia care se ocup cu elaborarea modelelor de structur i evoluiealeplaneteiconsideratcaunntregceincludeattsistemelebioticectipecele abiotice. Aceste sisteme nu sunt studiate separat ci, ntotdeauna, mpreun. Este evident, din definiia de mai sus, c geoecologia este o tiina interdisciplinar care, pentrua-irealizascopulpropus,trebuiesfacslucrezempreunmultealtetiine(fizica,matematica,chimia,biologia,medicina,informatica,etc.).Acestlucruesteposibilnumaidac existuncadrumetodologicgeneralcaresdeterminemomentulipondereainterveniei metodelor de investigaie dintr-o tiin particular. Multitudinearelaiilordintreelementeleecosistemului,nnouaacceptie,precumi gradul nalt de interdisciplinaritate al cercetrilor au fcut ca, pn acum, geografia s nu poat formula modele predictive valide. Un pas important a fost, totui, fcut. S-a formulat concluzia cdescriereaevoluieiecosistemelorestestrnslegatdeformulareaunormodelepentru procesul de dezvoltare al speciei umane. Adouaextinderefenomenologicvinedindireciatiinelorumane(economie, sociologie,filosofie,medicina)careincludproblemelemediuluinconjurtornmodelarea proceselor de dezvoltare.14Primelescenariiiprognozeasupraprocesuluidedezvoltare,formulatenanii70,din perspectivatiinelorsocio-umanedeClubuldelaRoma(MeadowsL.,1972,MesarovicM., 1973), au formulat predicii pe termen scurt asupra evoluiei proceselor de dezvoltare, infirmate dejananii80(Hrana,1986,Energia,1983).Motivulprincipalalacestuieecafostacelac relaiilecauz-efectintrodusenacestescenariinuaufostexplicite,cis-alucratcucorelaii statistice input-output, n care nu ntotdeauna sensul cauzal a fost cel corect. 1.3. Probleme actuale n urm cu numai douzeci de ani, studiul evoluiei mediului nconjurtor era realizat n cadruluniversitilorilaboratoarelordectrespecialitidindomeniultiinelorumaneiale vieii.Acetialucrau,decelemaimulteori,datoritunormotivaiiproprii,ceeacenearat dimensiunea logistic a posibilitilor lor de cercetare. Rezultatele obinute n urma acestor studii ausemnalatoseriedesituaiicriticencareseaflaattmediulnconjurtor,ctiomul,din cauza efectelor negative ale activitii acestuia n procesul de dezvoltare.Dinacestecauze,motivaiastudiuluievoluieimediuluinconjurtors-amutat,dela niveluloamenilordetiin,lacelalsocietiicivile,determinndimplicareaputernica factorilorpoliticidedecizie.Acestfenomenadeterminatcretereacuordinedemrimea resurselorlogisticealecercetrii,dar,naceeaimsur,afcutdinstudiulevoluieimediului nconjurtoroproblemdetimpreal,cutoateconsecinelecedecurgdeaicinprivina responsabilitii oamenilor de tiin asupra utilizrii rezultatelor cercetrii. Rezultateleobinutencadrulbiologiei,careastudiatbiocenoza,incadrultiinelor Pamntului,careaustudiatbiotopul,precumirezultateleobinutenurmastudiilorefectelor polurii asupra mediului nconjurtor (fizica atmosferei, agrochimia, silvicultura, medicina, etc.) ne permit formularea urmtoarelor concluzii: (1)ntr-unecosistemdatnusepoatefaceodelimitarestrict(prinfrontieredescriptibile)ntre biotopibiocenoza,ceeacenseamncceledoucategoriinusuportomodelare matematic separat; (2)speciaumanaaparinebiocenozei,datoritcaracteristicilorsalebiologice,i,simultan, influeneaznmoddeterminantstructurabiotopului,datoritfaptuluicprimeleefecteale activitii umane se manifest la nivelul acestuia; (3) o serie de caracteristici ale comunitilor (competiia) i ale populaiilor (selecia) sugereaz existenamaimultorniveledecomplexitatenstructuraunuiecosistem,existndrisculca,n 15cazulstudieriiseparateabiotopuluiibiocenozei,sensulrelaiilorcauzalesfieincorect formulat. Toate aceste concluzii au sugerat ideea c trebuie s se renunte la studiul separat al biocenozei i biotopului i c evoluia ecosistemului trebuie studiat ntr-o maniera unitar. Geoecologiaancercatsfacacestgendestudiui,folosindrezultateleobinutede biologiepentrubiocenoz,idegeologieigeofizicpentrubiotop,rezultatepecarele-a ordonatdupcriteriileteorieisistemelor,aobinutoimagineaevoluieiecosistemelor,pnla apariia omului, compatibil cu datele prelevate.Tectonicaplcilor,paleomagnetismulipaleobiologiaaufostdomeniilecare,prin rezultatele lor, au contribuit cel mai mult la obinerea acestei imagini.Geografia peisajului a ncercat s introduc activitatea umana n structuraecosistemului, folosindnacestscoprezultateobinutedesociologie,economieiarhitectur,dar,dincauza graduluimaredesubiectivitatealacestordomenii,nuareuitdectobinereaunorseturide imagini alternative. Dificultateamajorcares-amanifestatnelaborareaacestormodeleafostlegatde maniera de lucru. Elaborareaunuimodelalevoluieiecosistemuluieste,nmodcert,oaciune interdisciplinar, datorit faptului c, n ecosistem, sunt prezente, simultan, mai multe nivele de complexitateimaimultetipuridefenomenologii.Foartemultedintreabordrile interdisciplinare de pn acum s-au lovit de un obstacol, care de foarte multe ori s-a dovedit de netrecut:ierarhiadisciplinelortiinificeimplicateimomenteleintervenieiacestoran formularea i rezolvarea problemelor. Nu este clar, nc, ce i ct trebuie s tie un specialist ntr-oanumitdisciplinatiinific,participantlaocercetareinterdisciplinar,dindomeniul celorlaltedisciplinetiinificeimplicatepentrucasrezulteoaciuneeficient.Decelemai multe ori se consider c aciunea este eficient atunci cnd se obin attea formulri alternative aleproblemeicaresestudiaz,ctedisciplinetiinificeparticiplaaciuneainterdisciplinar. De fapt, orice tiin interdisciplinar care revendic un statut separat, trebuie s ajung s aiba legitispecificecares-ipermitrealizareaunorcorelaiicantitativentremrimile caracteristicefenomenelorpecarelestudiazi,plecnddelaacestea,formulareaunuitipde predicie, determinist sau probabilistic. 16Introducerea omului n ecosistem ca specie a biosferei este o problema a biologiei sau a medicinei?Introducereaomuluinecosistemcaelementalbiotopului(prinactivitateasan procesul de dezvoltare) este o problem a economiei sau a tiinelor inginereti? Un rspuns de tipulctoatedisciplineletrebuies contribuie n egal msur la formularea acestor probleme, careparepertinentlaprimavedere,s-adovedit,ndecursulultimilorani,lipsitdefinalitate practic. 1.4. Fizica biotopului (a) Modele fenomenologice Pnnanii 70,fizicaafostimplicat n studierea problemelor ecosistemelor numai n descriereaimodelareafenomenologieibiotopului.Astfel,fizicaPmntului,curamurilesale, fizicaglobuluiifizicaatmosferei,aconstruitoseriedemodelefenomenologicecaredescriu evoluiacontinuumuluiatmosfericiastructurilorplanetarecareaupututfifolositenstudiul fenomenologiei biotopului. Fizicaatmosferei,folosindobservaiiimsurtoridirectecareauconstituitdatede intrarepentrumodeledetiphidrostaticihidrodinamicipentrumodelelefenomenologicedin electromagnetism, a reuit formularea unui model al atmosferei care descrie (James I. N., 1994): - compoziia fizico-chimic, dup altitudine; -descriereatipurilordeforeicmpuricareacioneazncontinuumulatmosferic,dup altitudine; -descriereasubsistemelorcontinuumuluiatmosfericdinpunctuldevederealfenomenelorcare aulocninteriorulacestora,precumiafunciunilorfiecruisubsistemncadrulstructurilor planetare. Folosindmodeletermodinamice(DufourL.,1975),fizicaatmosfereiareuitdescrierea fenomenelor care includ tranziii de faz (precipitaiile). Fizicaglobului,folosindobservaii,msurtoriimodelefenomenologice(teoria tectoniciiplcilor),careauconstituitdatedeintrarepentrumodeledetipgravitational, termodinamicimagnetodinamic,areuitformulareaunormodelefenomenologiceale structurilor planetare care se refer la (Bott M.H.P., 1971, Gubbins D., 1990): - descrierea structurilor planetare actuale din punctul de vedere al compoziiei fizico-chimice, a zonrii lor specifice n funcie de adncime i a funciunilor acestora relativ la ntreaga planet; - descrierea evoluiei structurilor planetare de la formarea Pmntului i pn n prezent; 17- descrierea configuraiei campului magnetic terestru. (b) Metode de msura i monitorizare Dezvoltarea intensiv din ultimii 10-15 ani a microelectronicii, informaticii i a tehnicilor de detecie, a permis implicarea fizicii n elaborarea unor metode de msur performane pentru determinarea unor parametri globali ai biotopului. Metodeledemsurfolositesesitueaznzonatehnicilordedetecieradaria spectrometrieideabsorbieidereflexiendomeniulUV-VIS-NIR-IR,cuomeniunespecial pentrutehnicadeanalizaimaginii,transferatdindomeniulcercetriispaiale.Dezvoltarea, ncepnddinanii80,auneiputernicereeledesateliidedicate,profitndidetransferul tehnologiilormilitarendomeniulaplicaiilorcivile,apermisnunumaimsurarea,cii monitorizarea parametrilor biotopului.Parametriicareaufostmsuraiimonitorizaifolosindacestemetodesesitueazn domeniile: - topografie planetar; - structura litosferic; - compoziia de aerosoli a atmosferei; - structura anomaliilor magnetice; - msurarea vitezei de deplasare a fronturilor atmosferice; - determinarea parametrilor de nebulozitate atmosferic; - determinarea concentraiei componenilor minori din troposfer i stratosfer; - evaluarea biomasei terestre; - determinarea balanei energetice planetare; - determinarea distribuiilor de temperatur regionale i planetare; - determinarea compoziiei solurilor; - studiul parametrilor hidrosferei. Pe de alt parte, utiliznd tehnici de spectrometrie UV-VIS-NIR, de colorimetrie, tehnici deconductivimetrie,etc.,cuplatecuprocedurideanalizchimic,aufostdezvoltateoserie ntreagdemetodedemsuracompoziieichimiceiaparametriloraerului,apeiisolului (temperatur, umiditate, pH, conductivitate), mpreun cu sistemele de msur corespunztoare, autonome sau portabile (Cldararu F., 1994). Deasemenea,tehnicideanalizmaispeciale,cumarfitehnicadeanalizdetipgaz-cromatograf, tehnici de retromprtiere a radiaiei luminoase, analiza cu raze X, etc., au permis 18dezvoltareaunormetodedemsurpentrudeterminarea,nlaborator,acompoziieiaerului (poluani i aerosoli). nsfrit,afostdezvoltat,aproapelascarplanetar,unsistemdeaccelerometrecare nregistreaz comportamentul seismic al planetei. (c) Modele de predicie Acumulareadedate,dincencemaiprecise,asuprastructuriifizico-chmiceia fenomenologieisubsistemelorbiotopului,dezvoltareaunorgeneraiidincencemai performante de calculatoare, mpreun cu metode de rezolvare numeric a sistemelor de ecuaii difereniale i cu metode de prelucrare statistic a datelor, au determinat apariia i dezvoltarea a dou tipuri de modele de predicie a parametrilor biotopului. Astfel,dateledecompoziieidinamicasupraatmosfereijoaseimedii,mpreuncu modelelefenomenologicecorespunztoare,audeterminatdezvoltareameteorologiei,carese ocupacuelaborareamodelelordepredicie asupra parametrilor statici i dinamici ai atmosferei (HoltonJ.,1979).Folosindmodeleledecompoziieifenomenologiceelaboratedefizica atmosferei,precumidateleactualeasupraparametrilordestare(presiune,temperatur, umiditate, etc.), modelele de predicie a vremii dau informaii asupra temperaturii, regimului de precipitaii,vitezavntului,tranziiidefaz,etc.pentruoariedatiunintervaldetimp determinat. Al doilea tip de modele de predicie se refer la predicia asupra climei (Peixoto J.P., 1984)iianconsideraretoatesubsistemeleplaneteiimplicatenmodificrileparametrilor atmosferici: nivelul radiaiei solare, dinamica hidrosferei, relieful geografic terestru, biosfera i, ntr-omsuramairedus,activitateaistructurileantropice.Niveluldepredicieestecelpuin regional i se ntinde pe zeci, chiar o sut de ani i constituie, de cele mai multe ori, nivelul de referin pentru predicia meteorologic. Dezvoltareaultimelorgeneraiidemicroprocesoare,adeterminatapariia minicalculatoareloriacalculatoarelorpersonalecare,organizatenreele,aupermis constituireaunorbazededatefoarteputerniceiversatileceaustatlabazaelaborrii simulatoarelordetimpreal.nacestmodsepotrealizaprediciialeunormodeleclimatice folosind baze de date care nu au fost generate de observaia direct, dar care ar putea s apar ca rezultat al evoluiei biotopului datorit unor condiionri specifice. Pe aceast cale a fost studiat, de exemplu, evoluia global a climei ca urmare a modificrii drastice (30%) a constantei solare (Walsh K.J., 1983). 191.5. Fizica biocenozei Niveluldeperformanatinsndezvoltareatermodinamiciiproceselorireversibile, realizatprinlucrriledesfauratede coala de la Bruxelles (Prigogine) i prin cele ale grupului de la Houston (Glansdorff), a determinat elaborarea unor modele ale fenomenologiei biocenozei pentrumaimulteniveledecomplexitatealestructuriiacesteia.Unuldinprimelerezultate obinuteafostaceladeidentificareamodeluluiLotka-Volteracuostructurdetipdisipativ aflat n starea de stabilitate departe de echilibru (Nicolis G., 1979).PrinasimilareamutaiilorcareaparnprocesuldereplicarealADNcufluctuaiiledin sistemeletermodinamice,afostposibilelaborareaunuimodeltermodinamicdestudiual evoluieintimpasistemelorcelulareiastabilitiiacestora,verificndu-se,peaceastcale, observaiaformulatdebiologie,ianumecmutaiilesuntunadinsurseledeevoluiea sistemelor vii ctre nivele de organizare superioar (Eigen M.,1979, Tyson J.J., 1974). Procesele care au loc n interiorul complexelor de sisteme vii care compun biocenoza, i anume:proceseledeoriginegenetic,proceselecareincludcompetiiaintra-iinter-specii, procesele regulatoare i procesele de comunicare, au putut fi incluse ntr-un model termodinamic detipLotka-Voltera(GoelN.S.,1971)careastatlabazaelaborriiunuimodeltermodinamic pentru studiul dinamicii populaiei la insectele sociale (Deneubourg J.L., 1976). Faptulc,ncadrulformalaltermodinamiciiproceselorireversibile,s-ademonstratc, pentru sistemele disipative aflate departe de echilibru, fluctuaiile pot fi sursa unei organizri de rangsuperior,organizarecareesteposibildatoritproprietiideautoorganizareaacestor sisteme,aconstituitargumentuldecisivpentruelaborareaunuimodelgeneraldeevoluiea sistemelor vii (Maturana H.R., 1975, Eigen M., 1971). De asemenea, modelarea formal a evoluiei biocenozelor formate din mai multe tipuri de populaii(AllenP.,1976),afostposibildatoritmodelelorelaboratepentruprocesele ireversibiledepartedeechilibrupentrusistemelemulti-componentncareaulocprocesede creare i de distrugere. nsfrit,fenomenologiaspecificaprocesuluidedezvoltareaspecieiumane,precum proceseleeconomice(Georgescu-RoegenN.,1971)saudinamicapopulaiilorurbane(AllenP., 1976, Ianos I., 1994a, 1994b), a putut fi modelat avnd ca suport modele generale elaborate n cadrul termodinamicii proceselor ireversibile. 1.6. Situaia actual 20nmomentulactualstudiulproblemelormediuluinconjurtorseaflntr-osituaie contradictorie. Aa cum am vzut din cele prezentate pn acum, nu deinem, nc, acel nivel de nelegere a fenomenelor din ecosistemul natural i din cel antropizat n cadrul tiinelor naturii caresnepermitelaborareaunormodeleparametricecantitativedepredicie pe termenscurt, mediu i lung asupra strilor de stabilitate ale ecosistemelor i dobndirea acestor cunotinte cere timp.Pedealtparte,disfunciileecosistemelorsuntevidenteitrebuierezolvatentimpreal, mai devreme ca efectele lor negative s devin fatale. 21Curs 2 - Geosistemul Primaetapnstudiulglobalalfenomenologieiecosistemelorestetratareaunitara fenomenologiei biotopului. n principiu, evoluia fiintelor vii este condiionat de toi parametrii destructuraiplanetei:amplitudineaicompoziiaspectralaradiaieisolare,distribuiade temperaturiumiditate,nivelulacceleraieigravitaionale,regimuldeprecipitaii,distribuia anual a vnturilor, compoziia fizico-chimic a solurilor, procesele de eroziune i sedimentare, etc. Pe de alt parte, luarea n considerare, simultan a tuturor fenomenelor care fac parte din structuraplanetareste,principial,imposibildincauzatipurilordeinterdependencare complicfoartemult,attformulareaproblemeidinpunctdevederefizic,ctirezolvareaei matematic.Dincauzcmultedinacestefenomeneauunputerniccaracterneliniar,multe dintre ele fiind rezonante, sunt necesare aproximaii care fac ca soluiile ce se obin s nu permit realizarea unei predicii. O prim ncercare de prezentare global a structurii Terrei n perspectiva sistemic a fost realizatdeAlexandruRou(RouA.,1987).Porninddelaaceststudiuvomprezenta fenomenologia general a planetei ntr-o nou form, care s ne permit evidenierea funciunilor subsistemelor acesteia n raport cu evoluia fiinelor vii. n acest mod vom putea reduce tipurile de parametri ai biotopului astfel nct, cei care vor fi luai n considerare, s aiba o constant de timpcomparabilcuparametriibiocenozei.Aceastoperaienuintroducenicioaproximaie, fiind vorba, de fapt, de o aplicare a teoremei ergodice in sistemul biocenozei. 2.1.Perigeosistemul(exosfera,termosferaimezosfera)(LevineJ.,1985,RouA.,1987, Goudie A., 1989) (a) Compoziie chimic Mezosferaestelocalizatntre50km(limitasuperioarastratosferei)i80km.Compoziiachimicesterelativconstanticuprindeunamestecdegaze (azot, oxigen,bioxid de carbon, hidrogen, ozon, vapori de ap, heliu, neon, argon, kripton). Densitatea acestui amestec scadecualtitudineadatoritvariaieigravitaieicualtitudinea.nmezosfertemperaturascade de la valoarea de 0oC de la limita superioar a stratosferei pn la -70oC -80oC, unde ncepe un proces de cretere brusc. 22ntre 90 km - 200 km substana predominant este azotul molecular, ntre 200 km - 1100 kmpredominoxigenulatomic,ntre1100km-3500kmheliulintre3500km-10000km, hidrogenulatomic.nacestultimstratseatingedensitateadinspaiulinterplanetar.Dincauza temperaturiiridicate(aprox.2000oC)i,nspecial,acmpuluimagneticplanetardimensiunile exosferei i termosferei au variaii diurne i anuale generate de intensitatea radiaiei solare.(b) Funciuni (I) - Poarta de intrare - ieire nzonadeimpactcuspaiulinterplanetar,atmosferanaltestepoartaprincareauloc intrrile i ieirile n i din geosistem. Intrrile n geosistem sunt de urmtoarele tipuri: (1) Radiaii - Radiaii electromagnetice emise n mod continuu de Soare: - radiaii penetrante (UV, X, Gamma) care reprezint 7% dintotal; - radiaii nepenetrante (radio, IR, VIS) care reprezint93% din total. - Radiaii electromagnetice nepermanente emise de Soare n timpulerupiilor cromosferice, care sunt radiaii de foarte nalt frecven. - Radiaii electromagnetice emise de galaxii. (2) Fluxuri de particule- Fluxuri de particule penetrante emise de Soare n mod continuu (vitezntre 300 km/s - 700 km/s): - particule elementare (electroni, neutroni, protoni,neutrini) - fluxul de protoni este de 50 cm-2s-1, iarenergia este de 103 eV; - nuclee rezultate din procesul de fuziune (deuteriu, tritiu, heliu); - atomi (heliu, litiu). -FluxurideparticulenepermanenteemisedeSoarentimpulerupiilorcromosferice,de acelai tip cu cele de mai sus, dar cu viteze i energii mult mai mari (2000 km/s, respectiv 106 km/spentru fluxurile de protoni). - Fluxuri de particule de provenien galactic, n special protoni de energii foarte mari (108 - 1010 eV) i neutrini. Fluxurile de protoni de provenien galactic sunt destul de reduse deoarece aceste particule sunt deviate de vntul solar. 23(3) Aglomerri de mas Estevorbadeprafcosmicimeteoriinacrorcompoziiepredominfierul,cobaltul, nicheluli,nmaimicmsur,siliciul,aluminiul,carbonul,hidrogenul,azotul,oxigenul. Cantitatea acumulat pe Terra, este n jur de 2x104 - 3x104 tone/zi. IeiriledingeosistemsuntreprezentatenspecialderadiaiiIRidefluxurideparticule ncrcate electric. (II) - Filtru pentru particule i radiaii Fluxuriledeparticulecarescapdevntulsolar,suntdeviatedecmpulmagnetic terestrunspaiulinterplanetar,iarceledeenergiefoartemaresuntdirijatesprecenturileVan Allenisprepoliigeomagnetici.Existtreiasemeneacenturi:prima,lanalimeade6x104- 5x104 km poate capta electroni cu energia de 200 eV, a doua la 2x104 - 12x104 km care poate captaprotonide108eVielectronide5x105eViatreiala5600-3400kmcarepoatecapta protoni sub 108 eV i electroni sub 5x105 eV. Radiaiileelectromagneticesuntabsorbitetreptat,datoritprocesuluideionizare,iar radiaiilepenetrantesuntabsorbitetotalnstraturilejoasealetermosferei.Caurmareaacestui proces se formeaz straturi ionizate care reflect radiaia electromagnetic radio. Particulele cu energii suficient de mari pentru a putea trece de termosfer sunt absorbite la altitudinea de aprox. 50 km, n special de azot i oxigen. Radiaiile din spectrul vizibil sufer unprocesdedifuziemaiaccentuatpentrulungimiledeundscurte(deaicirezultculoarea albastr a cerului). La altitudinea de 70 - 80 km ultimul strat ionizat absoarbe radiaiile X i . Asteroiziiimeteoriiisuntfrnainexosferitermosfer,procesncare,datorit vitezelor mari, corpurile ard sau chiar explodeaz. Cea mai mare parte din asteroizi i meteorii explodeaz nainte de a parcurge exosfera i termosfera. n concluzie, se poate afirma c, prin compoziia chimic i relaiile structurale, exosfera, termosfera i mezosfera, determin, parial, compoziia spectral a radiaiei solare optim pentru biosfer,singureleporideschisefiindcelepentruspectrulAM0alradiaieisolareipentru radiaia IR degajat de planet n spaiul cosmic. 2.2. Pregeosistemul 2.2.1. Mantaua (Bott M.H.P., 1971, Gubbins D., 1990,Rou A., 1987, Goudie A., 1989) Mantauaestesituatntrenivelulbazalticallitosfereiizonaexterioaranucleuluii cuprinde: 24(1) Discontinuitatea Mohorovic Este situat ntre nivelul bazaltic al litosferei i astenosfer, caracterizat prin saltul brusc al unor mrimi fizice asociate zonelor pe care le desparte. Astfel, densitatea are un salt de la 2.8 - 3.0 g/cm3 la 3.3 - 3.5 g/cm3 i viteza undelor seismice P are un salt de la 6.6 - 7 km/s la 2.0 - 2.2 km/s. (2) Mantaua superioar Esteunnvelialctuitdintr-unamestecdematerietopitisolid,cuconsisten vscoas, situat ntre 33 km i 400 km. n mantaua superioar sunt fixate rdacinile litosferice. (3) Zona de tranziie Este situat ntre 400 km i 1000 km i este caracterizat de creterea rapid a vitezei de propagare a undelor seismice. (4) Mantaua inferioar Esteozonncaresubstanaseaflnstaretopit(faptprobatdedispariiaundelor seismiceSiscdereavitezeiundelorseismiceP)situatntre1000kmi2900km(mantaua inferioar). Tipurile de substan prezente n mantaua inferioar sunt: oxizi de siliciu, magneziu i fier (90%) i acizi de aluminiu, calciu i sodiu (5-8%). (5) Discontinuitatea Gutenberg Reprezint tranziia ntre manta i nucleu n care au loc salturi de presiune i temperatur. Mantauaestesursadeenergiegravitaionalitermicpentrugeosistem,sursa potenialelor de generare i distrugere a litosferei i, de asemenea, mediul de relaxare astress-ului gravitaional al litosferei. 2.2.2.Nucleul (Bott M.H.P., 1971, Gubbins D., 1990,Rou A., 1987, Goudie A., 1989) Nucleuleste formatdintrei straturi: nucleul exterior, ntre 2900 km i 4980 km, o zon de tranziie ntre 4980 km i 5120 km i nucleul interior ntre 5120 km i 6370 km. Este compus dinnichelifieriseafl,nzonasaexterioar,nstaresolidatomic(undeleseismicePse propagigenereazundesecundare din categoria P). Unele cercetri relativ recente (anii 80) sugereaz existena unui "relief" pe suprafaa nucleului. Nucleul interior este compus, probabil, din nuclee i particule elementare. Nucleul este sursa de energie gravitaional i termic pentru geosistem i sursa cmpului magnetic terestru. 25Constantele de timp ale evoluiei structurilor acestor subsisteme, pe toate cele trei direcii fenomenologice (gravitaional, magnetic i termic) sunt cu ordine de mrime mai mari (perioada deprecesieaaxeiderotaieaTerreiestede26.000ani)dectcelealebiocenozei,astfelnct parametriidestructuraipregeosistemuluipotfiluainconsiderarenstudiulevoluiei biotopului ca nite constante. 2.3. Mezogeosistemul 2.3.1. Stratosfera (Levine J., 1985,Rou A., 1987, Goudie A., 1989) (a) Compoziia chimic Limita inferioar a stratosferei este de 8 - 9 km la poli i 16 - 18 km la ecuator, iar limita superioar este situat n jurul valorii de 50 km. Compoziiachimiccuprindeunamestecdegaze(azot,oxigen,bioxiddecarbon, hidrogen,ozon,vaporideap,heliu,neon,argon,kripton)iparticulensuspensie.Densitatea acestui amestec scade cu altitudinea datorit variaiei gravitaiei cu altitudinea. Lalimitainferioarastratosferei,temperaturacretelent(fadescdereauniformde 6.4oC/km din atmosfer joas) ajungnd la 0oC la altitudinea de 50 km.(b) Funciuni Principalafunciuneastratosfereiesteceadefiltrupentruradiaii.RadiaiileUV,care sunt afectate n mic msur de ionosfer, sunt absorbite de ozon (care, n urma acestui proces se transform n oxigen atomic) situat n dou straturi la altitudinile de 40 - 55 km, respectiv 25 km. Procesuldeabsorbieareloccudegajareauneimaricantitideenergietermiccarefaceca stratosfera s aib i funcia de izolator energetic fa de troposfer. 2.3.2. Troposfera (Levine J., 1985,Rou A., 1987, Goudie A., 1989) (a) Compoziie Limita inferioar este suprafaa reliefului i a oceanelor, iar limita superioar este de 8 - 9 km la poli i 16 - 18 km la ecuator. Este compus din azot (72.084%), oxigen (20.946%), argon (0.934%), bioxid de carbon (0,033%), neon, heliu, kripton, xenon, hidrogen, gaz metan, oxizi de azot, particule submicronice n suspensie i, mai ales, din vapori de ap. Aproape toat cantitatea devaporideapseaflntroposfer.Temperaturascadeuniformcunalimea(6.4oC/km). Compoziiaeiestedistribuitdupvariaiagravitaieiterestre,presiuneaatmosfericvariind 26ntre 1013 mb la nivelul mrii i 55 mb la nalimea de 18 km, i dup variaia nivelului radiaiei solare cu latitudinea. Diferenele de densitate, temperatur i presiune generate de aceste distribuii (la care mai contribuieimicareaderotaieaPamantului),determin,ntroposfer.,micrialeaeruluila scar planetar sau local, micri periodice (musonii, alizeele) sau accidentale (uragane). (a) Funciuni Principala funciune a troposferei este aceea de a fi o surs de energie i substan pentru celelalte subsisteme deschise ale mezogeosistemului. (I) Sursa de energie Troposferaesteultimulfiltrupentruradiaiasolarcarefacecareliefulgeografic, hidrosfera i biosfera s primeasc aceast radiaie ntr-o form cunocut sub numele de spectrul solarAM1acruiputerepeunitateadesuprafaestede90mW/cm2.Energiatransferatde cureniideaerctrereliefulgeograficictrebiosfer(pedosfer)facecatroposferasfieun agent de eroziune al acestora, condiionndu-le, ntr-un anumit fel, autostructurarea. (II) Sursa de substan Troposferaestesursdeapdulcepentrubazinelehidrograficedeuscatipentru biosfer.Difuziaverticalsaulateralavaporilordeap,condiionatdencrcarea electrostaticatroposferei,determinformareanorilordediferitetipuricare,ncondiiide temperatur i presiune favorabile, dau natere ploilor. Pentrubiosfer,troposferaestesursdeoxigenpentrurespiraiaspeciilordinzoosfer, surs de bioxid de carbon pentru respiraia speciilor din fitosfer i surs de azot pentru procesele care se petrec n pedosfer. Variaiile locale de temperatur i umiditate ale troposferei n zona de contact cu relieful geografic,datorateattlegilorcareacioneaznmezogeosistem(gravitaia i legile referitoare latranziiiledefaz)ctireaciilornegativedinmezogeosistem(curenideaer),facca troposferasfieunuldintreageniimodelatoriaiclimeiterestre.Datoritdensitiireduse, troposfera este un mediu cu inerie termic i baric mic. 2.3.3. Hidrosfera(Rou A., 1987, Goudie A., 1989) (a) Compoziie Principalacomponent ahidrosferei este apa, a crei cantitate este estimat la 2.4x1018 tone.nafardeapnhidrosfersemaigsescgaze(oxigen,bioxiddecarbon,hidrogen 27sulfurat,amoniac,etc.),metale(fier,aur,argint),sruri(sodiu,potasiu,calciu,fosfor,etc.)i particuledeprafmicronicensuspensie.Odelimitarespaialahidrosfereiesteimposibilde fcut, ea fiind repartizat n tot mezogeosistemul, att pe suprafa ct i la altitudine, i sursa ei este situat n manta (cantitatea estimat este de 20x1018 tone). Se consider ca hidrosfera este repartizatntreimarireele:bazinuloceanicplanetar(oceaneimri),zonacontinental (reeaua de suprafa format din fluvii, ruri i lacuri, i reeaua de adncime format din apele freatice) i calotele glaciare (polare i montane). (b) Funciuni Funciunile hidrosferei sunt urmtoarele: (I) Sursa de energie Datoritfaptuluicapaareoinerietermicmare,hidrosferaesteunuldintre rezervoareledeenergietermicaleplanetei.Energiamecanictransportatdecureniii/sau valurileoceanelorimrilor,ceatransportatdefluviiiruri,precumiceadezvoltatde curgerea ghearilor, face ca hidrosfera s fie principalul agent de eroziune a reliefului geografic. (II) Sursa de substane Hidrosferareprezintsursaceamaiimportantaumiditiipentrutroposfer(prin procesul de evaporare). Pentru relieful geografic hidrosfera reprezint sursa cea mai important a depunerilor de sedimente (prin procesul de eroziune). Pentru biosfer hidrosfera este, n acelai timp, sursa unui element esenial, apa, i mediu detransportpentrumultedinsubstanelecaresuntnecesarepentrumeninereavieii:oxigen, bioxid de carbon, sruri i oligoelemente pentru biosfera acvatic, sruri i oligoelemente pentru pedosfer.(III) Agent climatic Ineria termic mare i curenii oceanici, precum i calotele glaciare, fac ca hidrosfera s fieunimportantagentclimaticcareregleazparametriiclimaticilanivelplanetar.Astfel, cureniicalzidinceledoumarioceanealeplanetei,determin,pentruzoneledinemisfera nordic,condiiidetemperaturmultmaiblndedectcelepecarele-arputeaaveadup latitudinea la care sunt situate. (IV) Meninerea stabilitii traiectoriei de revoluie planetar Hidrosfera preia cea mai mare parte a efectului generat de atracia gravitaional a Lunii, genernd fenomenul periodic al mareelor (Rou A., 1987). 282.3.4. Litosfera(Bott M.H.P., 1971, Gubbins D., 1990,Rou A., 1987, Goudie A., 1989) Orepartiieprocentualestimatatipurilordesubstanecareintrncompoziia litosferei este urmtoarea: SiO2 (60%), Al2O3 (16%), CaO (11-12%), FeO (4.5%), MgO (3.5%), Na2O (3%), Fe2O2 (2%), H2O (1%), etc. nconformitatecuteoriatectoniciiglobale,litosferaesteformatdinaseplci,fiecare placcuprinzndoseriedemicroplci.nfunciededifereniereacaracteristicilorzonale distingem: (1) Crusta continental Aregrosimicevariazntre30i80kmiseextindepe40%dinsuprafaaterestr, depindarealuluscatuluipropriu-ziscuaproape12%caurmareaptrunderiisalein domeniul oceanic.Distingemtreitipuridestructur:scuturileiplatformelecontinentale(pecaresunt dispusecmpiileipodiurile),cateneleorogenice(lanurilemuntoase)irifturilecontinentale (marile depresiuni). Fiecaretipdestructurcuprindetreiniveledifereniateduptipurilepredominantede roci: sedimentar, granitic i bazaltic. Dacscuturileiplatformelecontinentaleformeazzonedemarestabilitate(stratul sedimentar avnd grosimi de la cteva zeci de metri pn la 5 km), catenele orogenice, mai ales celerecente,reprezintzonedeinstabilitatencareceletreistraturisuntamestecatei metamorfozatedatoritpresiunilorputernicecareseexercitasupralor.Rifturilecontinentale prezint o eterogenitate mai redus a structurii i o mare mobilitate putnd declana procese de apariie a crustei de tip oceanic. (2) Crusta oceanic Grosimeaeisereducelanumai6-10kmiare,deasemenea,treitipuridestructur: bazineleoceanice,dorsalelemedio-oceaniceifoseledesubducie.Dinstructurafiecruitip lipsete nivelul granitic, nivelul sedimentar fiind prezent numai n zonele deprtate de dorsalele oceanice. Zoneledestabilitatemaiaccentuatsuntreprezentatedebazineleoceanice.Dorsalele oceanice sunt zone de creaie a crustei oceanice, iar fosele de subducie sunt zone de distrugere a acesteia. Elementul modelator este reprezentat de fluxurile de magm bazaltic. Aceste procese seresimtlasuprafaaoceanului,lanivelulinsulelorcubazpedorsaleleoceaniceirmurile corespunztoare foselor de subducie, prin cutremure i erupii vulcanice. 29Litosferaestesuportulfizicalmezogeosistemului,sursadeenergiegravitaionali termic(dinreaciilededezintegrare),mediudetransferifiltrupentruenergiatermicprovenit de la manta i nucleu, mediu de relaxare a stress-urilor de temperatur i presiunedin manta i agent climatic. Prin varietatea de forme distribuite pe orizontal i pe vertical relieful contribuielastabilirealocalaparametrilordetemperatur, umiditatei presiune. n zonele cu inerie termic redus (deerturile), aceast contribuie este dominant. 2.3.2. Biosfera (Rou A., 1987, Smil V., 1991) (a) Compoziie Biosferaesteniveluldestructuralmezogeosistemuluicugradulcelmairidicatde complexitate. Ea este format din structuri care se autoreproduc, printr-un proces de conservare idiversificareainformaieicarele-agenerat.Dinpunctdevederetermodinamic,aceste structuri au o evoluie antientropic cu stri de stabilitate care au o ordine cu att mai mare cu ct complexitatea lor este mai ridicat. Compoziiachimicastructurilorbiosfereiestenmajoritatedetiporganic,bazatpe carbonihidraiaiacestuia.Esenialenstructuralorsuntaminoaciziiiproteinele,ncarese nscriucodurileinformaionale,glucidele(hidraiaicarbonului)caredezvolt,princonversie chimico-mecanicenergianecesarnprocesuldemeninereavieiiilipidele,ncareaceast energiesepoatestocasubformdedepozitedesubstan.Sintezaacestorsubstaneia derivailorlorsefacenprezenaapei,careeste,alturidesubstanelecareconstituiesuportul informaiei, unul din principalele elemente din structura biosferei. Nivelele de structur ale biosferei sunt n numr de patru: (1) Fitosfera Estecompusdintotalitateaspeciilordeplante,organismebiologiceacrorprincipal caracteristic este conversia fotochimic a energiei solare din zona maximului spectral. n urma acestui proces este sintetizat glucoza i este eliberat oxigenul molecular. Pentruzoosferfitosferaesteprincipalasursdeoxigenidehran,pentrupedosfer reprezint una din sursele de substan, prin procesul de descompunere care urmeaz morii sau schimbrilor de structur sezonale, iar pentru specia uman este surs de oxigen, hran i materii prime industriale. Fitosferaseprezintsubformdepduri,vegetaieierboasivegetaieacvatic(n special alge verzi i roii care intr n compoziia planctonului oceanic).30(2) Zoosfera Esteformatdintotalitateaspeciilordeanimale,delabacteriipnlamamifere.Auo mare rspndire pe uscat i n apa. Pentrufitosferesteosursdeboxiddecarbon,pentrupedosferesteosursde substaneorganice,caurmareaproceselordedescompunere,iarpentruspeciaumanesteo surs de hrana i de materii prime pentru activitatea de tip industrial. Programul lor de adaptare include posibiliti mai complexe dect la plante, cum ar fi, de exemplu,deplasareanspaiuiposibilitatea,pentruunelespecii,dea-iconstruiadposturi simple pentru a se feri de efecte climatice sau pentru a-i proteja i crete puii. Se reproduc prin diviziune(celemaisimple),prinou(insectele,petii,batracienii,insectele,reptilele,psrile) sau nasc pui vii (mamiferele). Triesc izolate sau n grup (roiuri, turme sau haite). (3) Pedosfera Esteformatdinsedimentelitosfericeprodusenproceseledeeroziune,ap,substane organiceprovenitedindescompunereaplantelorianimalelorcaurmareamoriiacestora,din gaze (n special azot, oxigen i hidrogen sulfurat) i din microorganisme, n special din cele care fixeaz azotul. Reconstruciapedosfereiesteunprocespermanent,datoritcontinuitiiproceselorde descompunereorganicaelementelorcelorlaltesubsistemevii,datoritcontinuitiiproceselor de eroziune i datorit continuitii din dinamica hidrosferei. Pedosferareprezintsuportulesenialpentrufitosfer,iarpentruspeciaumaneste suportul tehnologiilor agricole. (4) Specia uman i amenajrile umane Este format din descendeni ai lui Homo Sapiens Sapiens, rspndii in toate zonele de uscat ale mezogeosistemului. Procesele de adaptare i meninere a vieii au determinat apariia a ceeacenumimamenajriumane.Acesteasuntstructuricomplexeconstruitecusuportul energeticidesubstanalmezogeosistemuluiirestuluibiosfereiicusuportul"software"al speciei. Este nivelul biosferei cu gradul de complexitate cel mai ridicat i cuprinde:- amenajrile de locuit (urbane, rurale i de turism); - amenajrile industriale (uzine, platforme industriale);- amenajrile agricole (terenuri cultivate, puni, ferme de animale, sisteme de irigaii, etc.); -amenajrileizolate(staiimeteo,observatoareastronomice,platformemarine,staiiderelee, staii orbitale locuite); 31- amenajri de transport (osele, ci ferate, trasee navigabile,culoare de zbor pentru avioane i rachete). (a) Funciuni Biosferadetermin,nspecialprinspeciauman,evoluiantreguluimezogeosistem, modificnd dinamica i strile de evoluie ale acestuia.n fig. 2.1 este prezentat o schem a nivelelor de structur a geosistemului. Fig. 2.1 - Structura sistemic a Terrei Ceamaiimportantconcluziecaresedesprindedinceleprezentatepnacumeste aceeac,dinpunctuldevederealfiintelorvii,biotopulsereduce,nprincipal,la mezogeosistem.Celelaltedousubsistemealeplanetei,perigeosistemulipregeosistemul, evolueaz cu constante de timp care sunt cu ordine de mrime mai mari dect cele din interiorul biocenozei, astfel nct ele nu intervin n evoluia acesteia dect ca nite constante. Dacactivitateaantropicvainiiaschimbrimajorenstructuraunorsubsistemeale Terreicareacumaparinpregeosistemuluisauperigeosistemului,elevortrebuisfie,de asemenea, incluse n mezogeosistem. 32Curs 3 - Ecosistemul antropizat 3.1. Structura generativ a ecosistemului antropizat Ceeacedeosebetespeciaumandecelelaltefiineviiestemodulncareaceastase adapteaz la condiiile de mediu. Daca plantele i animalele nu pot trai dect n anumite condiii demediudatoritaprogramelordeadaptarepecareleposeda,speciauman,nprocesulde adaptare,transformamediul,fiindcapabilaselaborezeprogramedeadaptarenoicarefac posibila supravietuirea, practic, n orice condiii. Altfelspus,omuleste,simultan,unelementalbiocenozeiiunfactortransformatoral biotopului, adica, prin existena lui, omul modific condiiile care influeneaz aceast existen. Acestemodificariautransformat,ndecursulevoluieispecieiumane,practictoate elementele mezogeosistemului.Astfel,reliefulgeograficafosttransformatprinexploatarearesurselorpetrolifere, carbonifereiminerale,prinamenajareaasezrilorumaneiareelelordetransport,prin amenajrile portuare. Hidrosfera a suferit transformri majore, n special prin amenajarea reelelor de irigaii i a cursurilor de ape, prin amenajarile hidroenergetice i prin exploatarea intensiva a panzelor de ape freatice. Biosferaafosttransformatadrastic,nspecialprindefrisareapadurilornscopul procurarii de terenuri pentru agricultura care, prin exploatare intensiva au determinat degradarea solurilori,suplimentar,areelelordeapefreatice.Caurmareaactivitailorindustrialei agricole, multe specii de plante i animale au disparut sau au fost diminuate numeric. Datorita activitailor intensive din ultimii ani a fost modificata compoziia stratosferei i troposferei, n care au fost introduse cantitai mari de compui ai sulfului i azotului i de bioxid decarbon,ceeaceadeterminatapariiaploiloracide,cuefectdistrugatorasuprasoluluii vegetaiei, a efectului de sera i a subierii stratului de ozon. Din aceste motive, putem afirma ca Ecosistemulantropizatpoateficonceputcamezogeosistemultransformatdeomndecursul evoluiei sale ca specie. 33Toate aceste modificari ale structurii mediului nconjurator de catre activitatea uman au o cauz obiectiva, i anume (Begon M., 1990), Meninerea structurii i funcionalitaii organismului uman ntr-un anume domeniu de stabilitate care este determinat genetic (homeostazie). Oreprezentarerigurosparametricaahomeostazieiorganismuluiumannueste,nca, realizata pentru toate nivelele de complexitate ale acestuia. Pentru nivelul fiziologic exista seturi deparametricaredescriuhomeostaziamacroscopica(metabolismul),homeostaziaorganelor (nivelul timolului, presiuni sistolice, etc.), homeostazia celulara (poteniale de membrana pentru diferite tipuri de ioni) i homeostazia genetica, dar corelaiile ntre aceste seturi de parametri nu sunt nca clare, dei unele ncercari recente exista (Monteith J.J., 1990). Pentrucelelalteniveledecomplexitate(biologic,spiritual,socialideorganizare) aceasta problema abia se pune (Jantsh E., 1982). Aceastafiindsituaia,ncadrulacesteilucrari,vomprezentahomeostaziaorganismului uman,petoateniveleledecomplexitatealeacestuia,folosindcunosinteleiterminologia dezvoltatenaltedomenii(medicina,sociologie,arhitectura,etc.).Deexemplu,vomfolosi conceptelede"nevoie"i"activitate",dezvoltatedesociologieiconceptulde"organizarea spaiului", dezvoltat de geoecologie i arhitectura, concepte care, fara a avea exactitatea unui set de parametri de stare din fizica, descriu, n esenta, invarianta structurii.Pentruaapropiaaceastadescrieredecadrulteorieisistemelorvomfolosiconceptulde pattern n locul celui de homeostazie deoarece, pastrand semnificaia neschimbata, acesta are un nivel mai larg de generalitate, ngloband i caracterul generativ al structurii organismului uman (nivele de complexitate aparute unele din altele). 3.2. Pattern-ul nevoilor umane n ecosistemul antropizat Conceptul de nevoie uman (human need) a fost dezvoltat n cadrul sociologiei pentru a putearealizaodescriereunitaraafiineiumanepeambelecomponente,ceaindividualaicea sociala(Jantsh E., 1982). Nevoiaesteunansambludecerintealeorganismuluiuman,consideratntoatacomplexitatea sa, care este esenial pentru existenta individuala i sociala a acestuia. 34Dei, n cadrul sociologiei, se considera ca nevoile umane se modifica n timp i difera de laozonageograficalaaltai,ncadrulaceleiaizone,delaungrupsociallaaltul,sepoate constataca,dinpunctuldevederealhomeostazieifiineiumane,existaoanumitastructuraa acestora care este invarianta. De exemplu, nevoia de hrana, exprimata n parametri fizico-chimici cumsunt:potenialulenergetic,raportuldintrecomponentelechimicedebaz,(glucide,lipide, proteine, nivelul oligoelementelor, etc) i momentul administrarii hranei nu depind nici de timpul istoric, nici de zona geografica, nici de grupul social, ci numai de varsta individului. Ceea ce se modifica este numai accesul la resursele de hrana i aspectul macroscopic al acestora. De altfel, se poate observa ca, pe masura ce resursele de hrana devin din ce n ce mai accesibile, n sensul largiriipietelor,aspectulhraneiseuniformizeaz(nteritoriu):asiaticuliafricanulmananca paine de grau i europeanul orez i banane. Dinaceastacauz,consideramcaexistaunsistemdenevoielementareinvariantecare poate fi organizat ntr-un pattern. nfig.3.1estereprezentatpattern-ulnevoilorumane.Delabazsprevarfulpiramidei, estereprezentatsensulcresteriicomplexitaii,iarncadrulunuiniveldecomplexitate,dela stanga la dreapta este reprezentata dimensiunea de scala temporala, de la cel mai mic la cel mai maremomentdetimp.Scalatemporaladescrie,pentrufiecarereprezentarefuncionalaaunei nevoi,timpulncareparametriiindependeniainevoiiramanlaovaloareconstanta.Astfel,n vremecenevoiadeaertrebuiesatisfacutanintervaledetimpdeordinulzecilordesecunde, celelalte tipuri de nevoi au nevoie de timpi de satisfacere progresiv mai mari. (a) Nivelul nevoilor fiziologice Estenivelulpecareserealizeazmeninereaexistenteiindividuluiiaperpetuarii speciei. Determinarilefuncionalealeacestuinivelsunt:nevoiadeaer,apa,lumina,caldura, hrana,odihnaisex.Esteesenialderemarcatcaunindividnu-ipoatesatisfaceacestenevoi consumanddirectresurseluatedinmediulnconjuratordectncazulaerului.Resursele depozitate n mediul nconjurator sufera, pana la consum, doua transformari: una de tip antropic, deregulaprinintermediulfocului,icealaltadetipbiochimicninteriorulorganismului.Att colectarearesurselordinmediulnconjurator,ctitransformareaantropicasunt,decelemai multe ori, rezultatul unei activitai comune. 35(b) Nivelul nevoilor biologice Aici se sintetizeaz informaia din semnale i pe care se stocheaz, i ruleaz programele. Acest nivel conine: (a)programelencorporatedeprelucrareasemnaleloridesintetizareainformaiei,precumi de stocare dinamica i de transmisie a acesteia pe nivelul de organizare imediat urmator;(b)programelencorporatedemeninereaexistenteiideadaptarecaresuntstocatelanivel celular. Determinarile funcionale ale acestui nivel sunt: nevoia de informaii, de comunicare, de transport,depredicieideprotecie.Toatenevoiledepeacestniveldestructuranusepot satisface dect n cadrul unei activitai comune. Fig. 3.1 - Pattern-ul nevoilor umane (Cotigaru B., Cldraru F., et al., 1995) (c) Nivelul nevoilor spirituale Este nivelul pe care se dezvolta capacitatea de a compune i a implementa programe noi pentru procesul de adaptare i pentru procesul de cunoastere a filogenezei i ontogenezei umane. Determinarile funcionale ale acestui nivel sunt: nevoia de stiinta, nevoia de arta i religie inevoiadenvatatura.Satisfacereaacestornevoiasiguraformareacunostintelorcarepermit realizarea programelor de adaptare. 36(d) Nivelul nevoilor sociale Este nivelul pe care se reglementeaz colaborarea dintre indivizi n cadrul activitailor de antropizare, precum i modul de acces al indivizilor la rezultatele acestei activitai. Determinarile funcionale ale acestui nivel sunt nevoia de norme i nevoia de educaie. (e) Nivelul nevoilor de organizare ncadrulprocesuluidemeninerealexistentei,caincadrulprocesuluideadaptare, individul are nevoie s-i organizeze timpul i spaiul propriu pentru a putea trai. Nivelul optim de organizare, care este expresia tuturor nivelelor structurii sistemului de nevoi de complexitate mai scazuta, este acela n care un individ poate lua singur toate deciziile care in de existenta sa individuala, fara a impiedica decizia libera a celorlali indivizi din cadrul speciei. Nivelulfiziologicicelbiologicfuncioneazdatoritacondiionarilorinterneidatorita schimburilor de substanta, energie i semnale cu mediul nconjurator, iar nivelul spiritual datorita condiionarilor interne i a schimburilor de informaii i cunosinte dintre membrii speciei. Determinarile structurale ale acestor cinci nivele genereaz seturi de parametri ale caror valori trebuie s se pastreze ntre anumite limite pentru ca scopul de meninere al existentei s fie realizat.Evoluiamediuluinconjuratorgenereaz,pefrontieraindividuluiiaspecieiumane seturideparametriacarorvariaiedeterminacondiiilepefrontieramaisusamintita.Pentru realizarea acestui proces, este necesara satisfacerea simultana a tuturor nevoilor umane. 3.3. Pattern-ul activitailor umane n ecosistemul antropizat Unadincaracteristicilecelemaiimportantealespecieiumaneesteaceeacaunindivid nu-i poate satisface singur nici una din nevoile prezentate mai sus, n afara de nevoia de aer care se satisface practic instantaneu. Ca urmare a acestui fapt, i ca urmare a metabolismului specific, pentru satisfacerea oricarei nevoi, un individ elaboreaz produse sau servicii pe care le schimba cu ali indivizi ai speciei, astfel nct, fiecare individ ajunge s-i satisfaca toate nevoile, dei el singurnuilepoatesatisfacedectpeunele(sauparidinacestea).Sepoateafirmaca,n procesuldemeninereaexistenteiideperpetuareaspeciei,unindividesteutilizatorpetoate secventele nivelelor sistemului de nevoi i producator numai pe unele.nfig.3.2esteprezentatastructuraierarhicaaacestuipatterncareesteorganizatape urmatoarele nivele: 37(1) Nivelul structuraarii-dezvoltarii Peacestnivelsuntsituateactivitailecareaucarezultatelaborarea,dinresursele energeticeisubstanialealeecosistemuluinaturalifolosindprogrameleelaboratelanivelele superioare, a produselor care satisfac toate nevoile de pe nivelul fiziologic i biologic. (2) Nivelul condiionarilor Pe acest nivel se asigura realizarea urmatoarelor obiective: -procurareaifurnizareainformaiilornecesareniveluluiimediaturmatorpentruelaborarea programelor; - transmiterea, catre nivelul inferior, a informaiilor i programelor elaborate la nivelul superior, necesare n activitatea de structurare-dezvoltare; - elaborarea serviciilor necesare pentru satisfacerea nevoii de protecie (fiziologica, biologica i sociala). (3) Nivelul cunoasterii Este nivelul pe care se elaboreaz programele pentru activitatea de structurare-dezvoltare. (4) Nivelul normelor Este nivelul pe care se elaboreaz programele care reglementeaz: - modul n care se realizeaz activitaile comune; - modul n care se realizeaz accesul fiecarui individ la programele i produsele rezultate n urma activitailor comune. Fig. 3.2 - Pattern-ul activitailor umane (Cotigaru B., Cldraru F. et al., 1995) 38 (5) Nivelul organizrii Estenivelulpecaresestabilescidevinfuncionalerelaiiledintrecelelaltenivele.Pe acest nivel sunt realizate urmatoarele obiective: - stabilirea relaiilor ntre indivizii care realizeaz programe; - stabilirea relaiilor ntre indivizii care elaboreaz produse; - stabilirea relaiilor ntre indivizii care realizeaz programe i indivizii care elaboreaz produse; - stabilirea modului de acces al individului la programe i produse; - stabilirea modului de acces al individului la realizarea relaiilor de mai sus (accesul la decizie). Toateacestecincinivelealepattern-uluiactivitailorumanesuntlegatentreeleastfel nct s reproduca poziia individului n procesul de satisfacere a nevoii: existenta fiecarui nivel este inutila fara existenta celorlalte. 3.4. Pattern-ul organizrii spaiului n ecosistemul antropizat Pentruaasigurafuncionalitateaistabilitateapattern-uluiactivitailorumanei,deci, satisfacerea nevoilor tuturor indivizilor unei comunitai, a populaiilor i a ntregii specii, a fost necesara transformarea eseniala a ecosistemului natural, considerat ca resedinta a speciei umane componenta a biosferei, care a evoluat pana la ceea ce numim acum ecosistem antropizat. n fig. 3.3 este prezentata structura ecosistemului antropizat, organizata pe patru nivele. (I) Nivelul habitatului i al amenajarilor Acest nivel cuprinde: - secventele habitatelor urbane i rurale, difereniate prin nivelul de densitate al populaiei; - secventa amenajarilor industriale; - secventa amenajarilor agricole i silvice; - secventa amenajarilor pentru turism. (II) Nivelul reelelor Acest nivel cuprinde toate tipurile de reele care leaga ntre ele, n reele de rang superior, secventele nivelului precedent: - reele de transport (drumuri, cai ferate, cai navigabile maritime i aeriene); - reele de comunicaii (linii telefonice, reele radio i TV i reele de satelii); - reele energetice (reele de curent electric i reele de transport pentru petrol i gaze naturale). 39(III) Nivelul autonom Acestnivelcuprindeamenajariindustrialeiagricoleizolatedereeleleantropizaten caresestructureazniveleleprecedente.naceastacategoriesesitueazminele,platformele marine,staiileradaristaiilemeteorologice,stanele,manastirile,precumihabitatele temporare cum sunt amenajarile de santier i habitatele de tip arhaic cum sunt cele din deserturi i jungla tropicala. (IV) Nivelul naturii Peacestnivelsesitueazacelezonedinmezogeosistemcaresuntnelocuite:zonedin junglaafricana,amazonianaiasiatica,zonemontanesituatelanalimimari,zonesituaten interiorul deserturilor sau ale taigalei siberiene. Toateacestepattern-urireprezintaelementeinvariantealestructuriiecosistemului antropizat. Aceasta nseamna ca, indiferent de momentul de timp i de locul din mezogeosistem n care se afla un ecosistem antropizat, structura lui va trebui s cuprinda toate aceste trei pattern-uri, fiecare cu structura formala prezentata mai sus. Fig. 3.3 - Pattern-ul organizrii spaiului (Cotigaru B., Cldraru F. et al., 1995) 3.5. Produsul (Cotigaru B., Cldraru F. et al., 1992) Relaia dintre sistemul de activitai umane i sistemul de nevoi umane se realizeaz prin produs. 40Produsul este o structura substaniala i energetica realizata de om pentru a satisface una sau mai multe nevoi din structura istemului de nevoi umane. Areostructuraaevoluieiinvariantacareesteindependentadetipulprodusuluiide spaiul i timpul n care este structurat sau utilizat. Traiectoria evoluiei produsului (fig. 3.4) are urmatoarele secvente: (1) Piata produsului, care se refer la: -piatautilizriiprodusului,caresereferladefinireanevoilorpecareurmeazslesatisfaca produsul; - piatata resurselor care vor fi folosite pentru structurarea produsului; - piata tehnologiilor care vor fi folosite pentru structurarea produsului; - piata post-utilizrii, care se refer la reintegrarea a ceea ce ramane din produs, dup utilizarea acestuia,nsistemulresurselorprimare,ntraiectoriaprodusuluindiscuiesauntraiectoria altui produs. (2) Concepia produsului, care se refer la: - proiectul de model al produsului, care se refer att ladimensiunea funcional a produsului n sensul descrierii modului n care produsul urmeaz s satisfaca nevoile pentru care este cerut, ct i la modul de vnzare i reintegrare i, deasemenea, la calitatea produsului; - proiectul tehnologic al produsului, care se refer la modul n care va fi structurat produsul i n care se realizeaz prototipul acestuia cruia i se aplic modelul de calitate elaborat la proiectul de model;-proiectuldedezvoltarealprodusului,caresereferladescriereaalgoritmuluiderealizare concret a produsului, precum i la algoritmul de vnzare, utilizare i reintegrare; (3) Resurse, unde sunt investigate resursele substaniale, energetice, financiare i informaionale din care va fi structurat produsul;n acest moment se ia decizia definitiv n privina realizrii produsului; (4)Structurarea-dezvoltarea,caresereferlarealizareaconcretaprodusuluincantitile estimate n secvena (1); (5) Circulaia produsului, care se refer la accesul direct, prin intermediul procesului de vnzare, al oamenilor la produsul realizat; (6)Utilizareaprodusului,caresereferlamomentulsatisfacerii,decatreprodus,anevoilor pentru care a fostcreat (realizarea dimensiunii funcionale a produsului); 41(7)Post-utilizareaprodusului,caresereferlareintegrareaaceeaceramnedinprodusdup utilizare,fientraiectoriileunoralteproduse,fienmediulnaturalalresurselordincareafost structurat; (8)Reintegrarea,caresereferlareintegrareanecosistemulantropizatatuturortipurilorde deeuri aprute pesecvenele anterioare ale traiectoriei. Fig. 3.4 - Traiectoria produsului (Cotigaru B., Cldraru F. et al., 1992) Structurarea,utilizareai,maiales,reintegrareaprodusuluisuntprincipalelesurseale polurii. Produsulsuportoreprezentareparametricdetipuldensitate,ratdevariaientimp, potenial de creaie i de distrugere. 42Curs 4 Elemente de fizica ecosistemelor 4.1. Sisteme termodinamice Sistemulesteozonacontinuumuluispaio-temporalcareincludestructurielementare de tip inerial legate ntre ele prin cmpuri de fore a cror aciune se exercit pn la o suprafa nchis,descriptibildinpunctdevederegeometric,careconstituiefrontierasistemului. Sistemul este caracterizat de: (a)mrimilefizicefundamentale,caredescriustructurileelementaredetipinerialicaresunt funcii de punct (de spaiu i timp); (b) forele (potenialele) interne, care descriu interaciunile dintre structurile elementare; (c) nivelul de complexitate, care descrie relaia de ordine dintre tipurile de fore care se exercit n interiorul sistemului; (e) funcia de stare, care descrie structura complex a sistemului; (f) frontiera, suprafaa nchis care conine structura complex i n interiorul creia potenialele interne i funciile de stare sunt funcii finite i continui de mrimile fizice fundamentale. Tendinasistemeloresteaceeadeamenineneschimbatfunciadestarecaracteristic unei anumite ordini (ierarhie)a nivelelor de complexitate. Dac pe frontiera sistemului apar modificri ale tipurilor i/sau valorilor mrimilor fizice fundamentale,ninteriorulstructuriicomplexe,peniveluldecomplexitatecelmairidicat,apar gradieniaiforelorinternecaredeterminapariiafluxurilordestructurielementarecare traverseazfrontierasistemuluinsensulcontrargradienilorforelorinterne.nacestfel sistemul tinde s refac funcia de stare de pe nivelul de complexitate al structurii complexe. Dac amplitudinea modificrilor sau durata acestora este prea mare pentru ca sistemul s poatpstraniveluldecomplexitate,atuncisemodificacestnivel,nsensulcreteriisau scderii, astfel nct noua funcie de stare s poat fi meninut. Procesul descris mai sus, prin care sistemul tinde s menin funcia de stare a structurii complexe cnd pe frontiera lui apar modificri ale tipurilor i/sau mrimilor fizice fundamentale, se numete evoluie n timp. Stareancaresistemulmenineneschimbatfunciadestareastructuriicomplexese numetestaredeechilibru.Laapariia,pefrontierasistemului,aunorperturbaiialeforelor (potenialelor)internedatorateunorcauzeexterne,sistemulestescosdinstareadeechilibru. Dac evoluia n timp a sistemului are loc n sensul revenirii la starea de echilibru din care a fost scos(perturbaiileregreseaz), atunci starea de echilibru este stabil. Dac dimpotriv, evoluia n timp are loc n sensul n care sistemul se ndreapt ctre o stare de echilibru caracterizat de o nou funcie de stare, atunci spunem c starea de echilibru din care a fost scos este instabil. 434.2. Organizarea ierarhic Duptipulfluxurilorcetraverseazfrontierasistemelor,acesteaseclasificnpatru clase: (I) sistemul izolat, care nu are schimburi cu exteriorul i n care sunt valabile legile de conservare pentru energie i mrimile ineriale (masa, sarcina electric, etc.); (II)sistemulnchis,careschimbcuexteriorulnumaienergieincaresuntvalabilenumai legile de conservare pentru mrimile ineriale, legea de conservare a energiei fiind nlocuit cu o ecuaie de bilan; (III)sistemuldeschis,careschimbcuexteriorulenergieisubstanincarelegilede conservare pentru energie i mrimile ineriale sunt nlocuite cu ecuaii de bilan; (IV) sistemul disipativ, care poate controla, ntre anumite limite, att evoluia condiiilor externe pe frontiera proprie, ct i propria stabilitate.Relaia de apartenen este de tipul: {Sistemul izolat}{Sisteme nchise}{Sisteme deschise}{Sisteme disipative} Sistemul izolat se afl n starea de echilibru termodinamic absolut. Sistemulnchissecaracterizeazprinmodificricontinuealedensitiideenergiepe frontier datorit unei sursede energie exterioar lui. Sistemulipstreazfunciadestareattatimpctenergiaprimitdelasurseste suficient. Cnd aceasta este ori insuficient, ori prea mare, sistemul nchis i modific structura astfelnctspoatajunge,nnoilecondiiienergeticedepefrontieralui,ntr-onoustarede sistem nchis.Sistemul deschis are o structur substanial i energetic i funciuni pe care le menine prinschimburisubstanialeienergeticeprinfrontieraluicualtesistemedeschisedinsistemul nchis din care face parte. Sursa energetic a sistemului deschis este aceeai cu cea a sistemului nchis din care face parte, dar el nu are acces direct la ea, ci numai prin intermediul schimburilor cu celelalte sisteme deschise care compun sistemul nchis. Cndcondiiilepefrontierasistemuluievolueazastfelnctresurseleenergeticei substanialedevininsuficientepentrupstrareastructuriiiafunciunilor,acesteasemodific printr-unprocesdedegradarenurmacruiasistemulipierdeloculnierarhiadinsistemul nchis din care face parte, trecnd din starea de beneficiar al unor resurse n starea de furnizor al acestor resurse. Sistemul disipativ este un sistem fizic deschis care posed proprietile de autocontrol i de autoorganizare. 44Prinautocontrolnelegemaceaproprietateaunuisistemfizicdeschisprincareacesta modific, cu mijloace proprii, valorile condiionrilor externe de pe frontiera lui.Dac modificarea este n sensul scderii acestor valori, spunem c sistemul are instalate reacii negaive. Dacmodificareaarelocnsensulcreteriirespectivelorvalori,atuncisistemulare instalate reacii pozitive. Prinautoorganizarenelegemaceaproprietateaunuisistemfizicdeschisprincareacestai poate modific structura nivelelor de complexitate cu mijloace proprii. ntimpulevoluieisale,datoritproprietiideautocontrol,sistemuldisipativmenine constani parametrii schimburilor substaniale i energetice prin frontiera proprie. n momentul n care, din motive exterioare sistemului, acesta nu reueste, prin autocontrol, s menin constant valoarea acestor parametri pe frontiera proprie, i structura i funciunile sistemului disipativ nu semaipotmeninennoilecondiiidepefrontierasistemului,acestaseaflntr-ostarede bifurcaie n care are de ales ntre dou situaii posibile: (1) ori sistemele deschise exterioare lui sunt mai puternice iatunci el i modific structura prin degradare, pierzndu-i locul n ierarhia sistemului nchis cruia i aparine; (2)orisistemuldisipativ,cutoatagresiuneacares-aprodusasupraluidectresistemele deschiseexterioarelui,estemaiputernicdectacesteai,folosindproprietateade autoorganizare,imodificstructura,pstrndu-ifunciunileictigndlocurinierarhia sistemului nchis din care face parte. Aceastorganizareierarhicdescrieattfilogenia,ctiontogeniaunuisistem termodinamic.Astfel,ndecursulexisteneisale,unsistemtermodinamicpoateevoluactre oricare din tipurile de organizare prezentate mai sus, depinznd de tipul, amplitudinea i rata de variaieacondiionrilorpefrontierasai,negalmsur,decapacitateastructuriisale momentane de a reaciona la aceste variaii. Descriereaevoluieintimpaunuisistemtermodinamicestefundamentatdeteorema ergodic care difereniaz parametrii de stare ai sistemului dup rata de variaie a acestora. Dac o categorie de parametri de stare {A} ai sistemului variaz lent fa de o alt categorie de parametri{B},astfelnctnintervaluldetimpncarecategoriadeparametri{A}sufero singurvariaie,categoriadeparametri{B}treceprintoatevalorileposibilecuegal probabilitate, atunci evoluia n timp a sistemului poate fi complet descris de o funcie de stare care depinde de parametrii {A} ca de o constant. 45Aplicareateoremeiergodicesefaceprinaplicarea,asupracmpuluideobservabile,a uneiproceduridescalaredetip"drumlibermediu","ratdevariaie"sau"amplitudinede gradient". 4.3. Forma general a ecuaiei de bilan (Gyarmaty I., 1970) Problemacentralatermodinamiciiproceselorireversibileesteaceeaastabilirii bilanuluientropieipentruunmodelspecificdesistemdeschis.Acestobiectivsepoaterealiza numaidacecuaiiledebilandezvoltatepentrumrimilefundamentalemecanicei electromagnetice sunt puse n legatur cu ecuaiile de bilan pentru mrimile termodinamice. Dificultateaconstnaceeacmrimiletermodinamice(temperatura,energiaintern, entropia,etc.)nusuntdefinitepentrustriledeneechilibrucucareopereaztermodinamica proceselorireversibile.Aceastproblemesterezolvatdeipotezaechilibruluicelular,care afirm c (Ciobanu Gh., 1982) Unsistemdeschis,ncareaulocproceseireversibileicaresepoateaflanstride neechilibru, este format din celule elementare n care condiiile de echilibru sunt ndeplinite. Aceastipotezpermitedefinireamrimilortermodinamicecafunciidepunctcarepot avea, deci, ecuaii de bilan. DomeniuldevalabilitatealacesteiipotezeafostexploratdeMeixnercareastabilitc aceastipotezestevalabilpentruacele sisteme deschise n care gradientul de temperatur nu depestevaloareade105 oCcm-1 (Ciobanu Gh., 1982). Prin urmare, cu excepia fenomenelor deturbulen,aundelordeociaproceselorrapidedinplasm,ipotezaechilibruluicelular poate fi acceptat. Fie A o mrime fizic extensiv ce caracterizeaz sistemul i este distribuit n volumul V: A adVV= z (4-1) unde a este valoarea acestei mrimi pentru unitatea de mas, iar este densitatea de mas n volumul V. Variaia n timp a mrimii A poate avea loc din dou motive: (1) datorit fluxurilor mrimii A prin suprafaa nchis care mrginete sistemul; (2) datorit surselor de creaie i distrugere a mrimii A distribuite n interiorul volumului V. Introducnd aceste dou reprezentri n ecuaia (4-1) i aplicnd teorema lui Gauss, obinem forma local a ecuaiei generale de bilan: ata+ = Ja(4-2) 46ncareJaestefluxulmrimiiaiaesteratanetdegenerareamrimiianinteriorul volumului V. 4.4.Bilanulentropiei(principiulIIaltermodinamicii)(GyarmatyI.,1970,CiobanuGh., 1982) Entropia ntregului sistem se definete cu relaia lui Clausius: dS d S d Sr i= +(4-3)care este compus din variaia extern (sau reversibil) de entropie d Sd QTrr= (4-4) i din variaia pozitiv a entropiei d Si 0(4-5)careestedatoratproceselorireversibilecareaulocninteriorulsistemului icareestenuln cazul reversibilitii sau al echilibrului. Cuproceduradescrismaisuspentruecuaiageneraldebilan,deducemecuaiade bilan a entropiei, n forma: dsdts+ = J 0 (4-6) n care Js este curentul de entropie, iar este producia de entropie. Aceast ecuaie reprezint forma local a principiului al II-lea al termodinamicii. 4.5. Sistemul termodinamic asociat unui sistem fizic Pentrudescriereaevoluieintimpasistemelorfiziceestenecesarconstruireaunui sistemtermodinamicasociat.Proceduradeconstruireesteesenialpentrurealizareaunei descrieri corecte i se compune din urmtoarele secvene: (a) Identificarea i descrierea componentelor sistemului fizic ncadrulacesteisecveneseidentifictoatestructurileinerialecareauoprezen distinct n cadrul sistemului fizic, n sensul c pot fi observate ntr-un proces de msurare, care estentotdeaunastrnslegatdeobiectivulstudiuluiceurmeazafidesfurat.Astfel,dac,de exemplu,sedoreterealizareauneiprediciiasupraclimei,componentelesistemuluiatmosferei joasevorfiidentificate,folosindmsuratoridetemperatur,presiuneiumiditate,cao distribuiedemasentr-uncmpbaric.Dac,ns,sedoreterealizareaunuistudiuasupra poluriiatmosferei,componentelevorfiidentificate,folosindmsuratorideconcentraiiide fluxuri energetice ale radiaiei solare, ca tipuri de molecule i purttori de sarcin. 47(b) Identificarea i descrierea relaiilor dintre componentele sistemului fizic n aceast secven sunt identificate fenomenele care au loc n sistemul fizic considerat: fenomene de creaie i de distrugere a componentelor (prin reacii chimice sau prin interaciunea cu radiaia i cu cmpurile de diverse tipuri) i fenomene de transport ale componentelor, de tipul difuziei (de substan sau termice) i de tipul drift-ului, n diferite cmpuri de fore. Suntidentificate,deasemenea,relaiiledintrecomponentelesistemuluifizicconsiderat. Potexistarelaiidetip"reea",ncarecomponentelesuntlegatentreeleprinintermediul diferitelortipuridefore,formndstructuridemarestabilitate,ipotexistacomponentecare, ntredouprocesedecreaieidedistrugere(ciocniri)semiclibereninteriorulsistemului fizic.nacestultimcazsedetermin,sauseestimeazdrumullibermediuitimpuldevia (constant de evoluie) a componentelor care se mic liber. (c) Identificarea i descrierea frontierei sistemului Frontieraestesuprafaanchisdelacareseobservmodificriesenialealestructurii sistemuluifizic,attdinpunctuldevederealcomponentelor,ctidinpunctuldevedereal cmpurilordeforecaremeninintegritateasistemului.Dacesteposibil,serealizeaz descrierea geometric a frontierei care este esenial pentru descrierea condiiilor la limit cnd se integreaz ecuaiile difereniale care descriu sistemul.Unaltobiectivalacesteisecveneesteaceladeaidentificaidescrieschimburile energeticeidesubstanalesistemuluifizic,prinfrontierasa,cualtesistemefizice.Aceast operaiuneestedeoimportandeosebit,pentrucvaacordasistemuluicalitateadesistem izolat, nchis sau deschis. (d) Identificarea ierarhiei interne a sistemului fizic Drumullibermediuitimpuldeviatalcomponentelorsistemuluifizic,determinaten secvena(b),determinniveleledecomplexitatealesistemului,nsensulc,peunuliacelai nivelde complexitate sesitueaznumai componente care au timpi de viat comparabili (situai n interiorul aceluiai ordin de mrime). Astfel,dacntr-unsistemfizicformatdintr-ojonciunepnsemiconductoareauloc fenomeneelectriceitermice,constantadetimpafenomenelorelectriceestecutreiordinede mrimemaimicdectceaafenomenelortermice(CldararuF.,1989).nacestfel,vom delimita un nivel de complexitate pe care se situeaz componentele care participa la fenomenele electrice iunaldoileaniveldecomplexitate pe care se situeaz componentele sistemului care 48particip la fenomenele termice. Avantajul imediat este acela c, temperatura practic nu variaz n timp, n cursul desfurrii fenomenelor electrice. Procedura de delimitare a nivelelor de complexitate revine, de fapt, la aplicarea teoremei ergodice n sistemul fizic considerat. (e) Construirea sistemului termodinamic asociat Sistemultermodinamicasociatunuisistemfizicdatseconstruietepentrunivelulde complexitate cel mai ridicat al acelui sistem fizic, adic pentru nivelul de complexitate care are constanta de evoluie n timp cea mai mic. Ca urmare a aplicrii teoremei ergodice, funcia de stareasistemuluitermodinamicasociatvadepindedeparametriicarecaracterizeazcelelalte nivele de complexitate ale sistemului fizic considerat ca de nite constante. Frontiera sistemului termodinamic asociat este frontiera delimitat pentru ntreg sistemul fizic.Schimburileenergeticeidesubstancuexteriorulcarevorfiluatenconsideraresunt numai acelea n care este implicat nivelul de complexitate cel mai ridicat. nfig.4.1esteprezentatstructurasistemuluitermodinamic