(二) 地球上的物質循環和能量耗散

我們地球上用的能量有很多種，如地熱是地球自身引力能量壓縮地球產生的，潮汐是月亮和太陽對地球引力產生的，核能是宇宙膨脹冷卻過程中遺留下來的高能量亞穩態釋放的能量。但與地球生物圈息息相關的主要是太陽能，也是我們用得最多的能力。煤和石油都是以前生物界通過光合作用儲存下來的太陽能，水電是太陽蒸發海洋的水形成大氣水循環產生的，所有動物肌肉產生的能量，都依靠植物光合作用攝取的太陽能。所以，作為零級近似模型，我們隻考慮太陽能，這是與人類經濟相關的能量。

 

物質和能量的關係就在於運動，而驅動地球上物質運動的就是太陽能（零級近似）。物質運動是能量的載體，能量是物質運動的驅動力。如果地球相對於物質是封閉的，物質運動既不能跑出地球外，也不能從天外跑進來，那麽這種物質運動就一定是循環運動，而這運動的形式就是太陽能在地球耗散的過程。這裏講的運動，是廣義的運動，即不隻是機械運動，還包括化學和生物等其他運動形式。這樣，地球就是一個物質封閉而能量開放的係統。

 

如果能量是守恒的，太陽能射入地球後又沒有輻射出去，地球的內能就會越來越多，如果這部分能量變成熱能，地球就會越來越熱。由於物質是運動的，內能不可能無限積累，所以，如果地球是穩定狀態，長期平均來說應該是進入地球的能量與地球輻射到宇宙空間的能量相等。太陽能輻射進地球，驅動地球內的物質循環運動以後，又變成紅外輻射出去，這整個過程是能量守恒的，這個過程我們稱之為耗散過程。

 

物質循環最直觀的一個是大氣水循環，另一個是植物光合作用的新陳代謝與動物新陳代謝相互形成的碳循環：動物吸收植物中的碳水化合物，呼出二氧化碳，再有光合作用回到碳水化合物。

 

能量耗散最經典的圖像是生態中食物鏈，能量被光合作用吸收到分子鏈中，然後由一直形式轉為另一種形式，最後以體溫形式輻射回宇宙。

 

地球上物質是有限的，但由於物質循環，物質對人類產生的效用是無限的，如我們消費糧食，可以經由碳循環再消費第二次，第三次，以致無窮。條件之一是不要破壞了這一循環，循環斷了，就會產生汙染，就減少了人類可利用的財富。

 

在我們的模型中，物質循環和能力耗散是一個過程的兩個方麵，沒有脫離物質循環的能量耗散，也沒有脫離能量耗散的物質循環。

 

這個簡化的模型，將地球表述為在太陽能耗散過程中許多循環運動的物質。按照這個模型，人類經濟活動，就在於使得這一能量耗散過程產生更多的物質循環、維持這些物質循環、並將這些物質循環納入人類社會活動中，使得人類活動成為能量耗散過程環節之一，成為物質循環鏈節之一。