论述自然资源及其开发利用与熵的关系

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论述自然资源及其开发利用与熵的关系

一、自然资源：

联合国环境规划署对自然资源的定义为：在一定的时间和技术条件下

，能够产生经济价值，提高人类当前和未来福利的自然环境因素的总称。自然资源的内涵，随时代而变化，随社会生产力的提高和科学技术的进步而扩展。按自然资源的增殖性能，可分为：可再生资源，可更新资源，不可再生资源。 二、熵

自从人类在地球上出现以来，人类的生存就一直依赖自然。随着科学技术的发展以及人口的增长，资源利用过程中出现了很多的问题：资源紧缺、全球变暖等，这些问题可能会给人类带来许多不利影响。研究 自然资源利用及利用过程中的能量转化等问题成为必要。由此，将熵的概念引入了自然资源及其开发的研究中，用熵的理论指导资源开发利用。

熵是表示物资系统状态的一种度量，用它来描述系统的无序程度。熵越大，系统越无序，意味着系统结构和运动的不确定和无规则；反之，熵越小，系统越有序，意味着具有确定、整齐的结构和有规则的运动状态。

热力学第二定律又称熵增定律,它是从能“质”的角度说明自然界中的能是“有限的”,自然界中能的传递总是从高能位向低能位、由集中到分散、从有序到无序进行的。在传递过程中消耗的一部分能量不可逆转地成为无用能而逸散到环境中,造成了整个系统的熵增,也使能量的可利用度降低,即能量“变质”或是说“贬值”了,因此熵也称为“能趋疲”。自然界里一切自发过程都是向着熵增的方向进行,资源的开发利用过程也是这样的,也就决定了人类在经过充分而奢侈地发展后,资源与能源出现危机的历史必然性。 三、自然资源与熵的关系

自然界是一个封闭的系统,在其内部的物质运动和转换都要受到热力学定律的制约。人类在开发利用资源的同时,通过各种生产和生活活动将储存高能质的自然资源转变成贮存低能质的废弃物,使自然界的熵增加速,熵增又意味着混乱度和无序度的增加。我们开发资源就是利用其中贮存的有序能,但在利用过程中,不注重效率问题,使“高能质”物质在未得到充分利用的情况下就急剧减少,自然资源出现了向着“低能质”形式演变的逆向演化过程,其“负熵资本贮存”也就相应减少。这样就改变了地球的物质与能量的结构和有序状态。一旦我们把这种有序的结构打乱后,自然系统将很难恢复。而自然界中数量有限的不可更新资源,将不能再为我们人类提供任何发展的基础。

在自然资源当中熵与负熵是并存的，在地球不断接受太阳能并将其作各种转化的过程中，地球的熵值不断下降，相应地物质与能量会形成具有结构的、非均匀分布的有序状态．形成自然资源；另一方面，人类在自然资源的开发利用过程中，又不断向环境散热，使熵增加改变地球物质与能量的结构和有序状态。

生物资源归根结底是来自太阳的负熵的聚集，化石燃料也是如此，无机矿物要形成资源，需要有一定的富集程度，也是由太阳能所驱动的风化、沉积、搬运等过程所产生的，因此也可以看作是主要来自太阳能的负熵贮存。

熵的增加使气候变暖，从而对森林资源造成一定的影响：由于温度升高可使

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土壤温度降低．许多喜温性树种幼苗很难成活，从而使植物群落的组成会发生变化，甚至某些植物群落将消失或被另一些植物群落所代替；气候变暖，气候带迁移，植物带重新分布，一些动物还米不及迁移或⋯于海平面上升沿岸长期生活的某些动植物会随之消失，这势必会引起更多的物种灭绝；气候变暖可能造成非洲大陆热带森林加速减少，使得非洲受影响地区不稳定的生态系统情况遭到破坏。以全球而论，目前到2050年的气候变化，将使森林覆盖面积从自然植被的58％减到49％，沙漠从21％扩大到24％，苔原从3％减为0，自然生态系统因之而变，森林资源减少严重。

人们相信自然资源在经济和社会发展中的重要作用，能量主宰了宇宙中的一切。但是随着时代的发展，熵概念的重要性越来越突显出来了。人们越来越多的把它和无效能量，混乱度，废物，污染联系在一起，认识到了自然资源与熵的关系的重要意义。

四、自然资源的开发利用与熵的关系

熵从根本上揭示了人工自然演化过程中的客观规律，使人类看到自己开发利用自然资源在人与自然和人与人互动的关系中到底产生了怎样的影响、为什么会发生、应该怎样去做。

人类得以生存和发展，需要不断从周围环境摄取能量和物质，即人类开发利用自然资源时，同时也向周围环境排出废物，是以环境的更大熵增为代价来减少本身的熵。因此，只要有人类存在，自然环境的熵增是不可避免的。同样，人类社会也是一个开放系统，社会系统要维持内部的有序性与进化，必须依靠能量、负熵的输入。在天然自然或者是人类诞生的初期，由于人类认识自然、改造自然的能力有限，人类的活动对自然环境的干扰和影响还是微不足道的。地球作为一个自组织系统通过物质、信息、能量的交换，能够承受保持地球正常运行和演进所能容纳的熵流的最高极限，包括人类少量的能源开发、消费和废物的排放所产生的熵流。也就是说，大自然既能够向人类提供所需的熵流，同时又能分解处理人类排出的熵，这样人类的生存环境会处于某种稳定的状态之中。

随着社会的进步 , 人们的需求和经济的迅速增长 , 自然资源已日趋耗尽 , 环境在不断恶化 , 人口在不断增长。铁的事实告诉我们 : 大自然不能为人类的生存提供无限的资源 ; 不能为人类提供无限大的废料场 ; 也不能为人类提供无限大的生存空间。经济系统是一个开放的物质系统 , 它不断地与自然界进行物质、能量和熵的交换。在物质交换中 , 输入物料资源 , 得到产品排出废物 ; 在能量交换中 , 输入可利用的能量排出废热。在此上过程中 , 总是伴随着熵流和熵的产生 , 人们是以得到低熵产品为目标 , 却总是以同时得到高熵废物和废热为代价。既浪费资源 , 又污染环境。

在生产过程中 , 输入低熵能源和高熵原料 , 得到低熵产品和高熵废物、废热 , 总熵值增加 , 且这是一个不可逆过程。减少熵产生的有效方法，就是向生产系统输入知识和科学技术 , 既输入负熵，从而减少能耗 , 提高能量、原料的品质和利用率 , 减少资源浪费和对环境的污染。人们在使用低熵产品、享受现代文明的同时 , 必须清醒地意识到 , 各种产品生产过程排放的废气、废液、废渣和大量的生活垃圾 , 对我们的生存环境已造成严重污染 , 并破坏了生态平衡，土地沙漠化、沙尘暴对人们的频繁袭击、严重的旱涝不均、水资源的缺乏与污染、温室效

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应等现象 , 都是大自然对人类的报复 , 这都是熵值增加的结果。

要保证经济和环境的持续发展 ,如何科学合理地开发利用有限的自然资源和空间 , 给我们的子孙后代留下一片蓝天 , 留下一片绿地和更多的自然资源 。 因为自然界中的能量与物质系统的运动是遵循热力学定律的。从熵的角度来看,现在人类开发利用自然资源的方式,使系统熵值快速增加,不利于环境系统的有序和稳定。而人类作为智慧圈的主体,是可以通过智慧和知识,向其输入负熵,以延缓熵增速度。目前的形式下,可以采取适当的对策,坚持科学的发展观,实行节约型经济模式,从熵的角度出发寻找高效的新能源,充分利用不可逆过程的建设性作用,通过知识技术的进步提高资源能源的利用率。

首先，要落实科教兴国战略 , 培养大批的高素质人 , 大力发展科学技术 , 向生产过程中大量输入知识技术 , 提高科技含量高、熵值低的优质产品的产率。科学技术相当于负熵,它使生产过程的各个环节趋于有序。人类是地球上唯一拥有智慧的动物,应该将知识运用到生产实践中。可以运用科学的管理模式和开采方法,使资源的开发科学合理。可以通过技术的提高,采取集约化的生产经营方式,使资源的利用趋于有序,也相当输入了“负熵”流,抑制熵增速度。政府可以采取相应的宏观政策进行调整和约束,以达到向环境输入“负熵”的目的。 其次 , 适当的经济政策将有助于熵增的减速。

目前,世界上大多数国家采用的都是市场经济体制,而资本家生产的目的就是实现利润最大化。此时“熵增原理”并未引起传统的经济学家的重视,社会为这种粗放式的经济发展付出了沉重的代价。德国的莱茵河就是很好的例证。这种情况下,现代很多经济学家都提出,要给环境估个市场价,让它参 与到市场经济中。

建国以来,由于受到西方工业文明的影响,中国走的是一条粗放型的“高熵道路”,高投入、低产出、高消耗、低效益,仅注重发展速度,不考虑资源持续利用和生态环境保护。21世纪的社会主义中国如果不选择一条低熵的发展模式,如果对环境和资源问题不予以高度重视,则在经济高速增长的同时,必将抵消由它带来的社会财富的积累。

第三 , 人口增长也是制约经济发展的重要因素。多一个人 , 多一份资源消耗 , 就多一份熵的产生。因此 , 必须科学的限制人口增长。我国实行的计划生育政策 , 提倡少生优生 , 优生优育 , 既限制了人口数量的增长 , 又提高了口的质量，这是有效减少熵值、富民强国的上策 。

第四，开发利用高效的资源和能源。那些提供相同的能量,达到相同的功效,却使系统熵增较小的资源或能源有较高的利用价值。现在,化石燃料已遭受大规模的浩劫,人类发展所需的资源和能源已经告急。我们迫切要求开发新能源,使用清洁能源。在获取相同价值的同时,使生产过程对环境产生相对较小的负面效应,减缓熵增的速度。风能、水能、太阳能、核能、潮汐能、生物能等都可以作为新能源。要充分利用太阳、风等绿色能源 , 限制石油、煤等有限自然资源的开采与使用 , 减少熵的增加。目前全球范围内存在的能源危机,是人类历史发展进程中的必然现象,具有其存在的合理性,人类社会的能源结构很有可能以此为契机,得到全面而合理的优化,使结构更加科学合理。

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