Земно-въздушната среда е най-сложна по отношение на условията на околната среда. Животът на сушата изискваше адаптации, които се оказаха възможни само при достатъчно високо ниво на организация на растенията и животните.

4.2.1. Въздухът като фактор на околната среда за земните организми

Ниската плътност на въздуха определя неговата ниска подемна сила и ниска подвижност на въздуха. Обитателите на въздуха трябва да имат собствена опорна система, която поддържа тялото: растенията - с различни механични тъкани, животните - с твърд или много по-рядко хидростатичен скелет. Освен това всички обитатели на въздуха са тясно свързани с повърхността на земята, която им служи за привързване и опора. Животът, висящ във въздуха, е невъзможен.

Вярно е, че много микроорганизми и животни, спори, семена, плодове и цветен прашец на растения редовно присъстват във въздуха и се пренасят от въздушни течения (фиг. 43), много животни са способни на активен полет, но при всички тези видове основната функция е на жизнения им цикъл - размножаването - се извършва на повърхността на земята. За повечето от тях престоят във въздуха е свързан само със заселване или търсене на плячка.

Ориз. 43. Разпределение на членестоноги от въздушен планктон по височина (по Dajo, 1975)

Ниската плътност на въздуха причинява ниско съпротивление при движение. Следователно в хода на еволюцията много сухоземни животни са използвали екологичните предимства на това свойство на въздушната среда, придобивайки способността да летят. 75% от видовете на всички сухоземни животни са способни на активен полет, главно насекоми и птици, но летци се срещат и сред бозайници и влечуги. Сухопътните животни летят главно с помощта на мускулни усилия, но някои могат да се плъзгат и с помощта на въздушни течения.

Благодарение на подвижността на въздуха и вертикалните и хоризонтални движения на въздушните маси, съществуващи в долните слоеве на атмосферата, е възможно пасивно летене на редица организми.

Анемофилия - най-старият метод за опрашване на растения. Всички голосеменни растения се опрашват от вятъра, а сред покритосеменните растения анемофилните растения съставляват приблизително 10% от всички видове.

Анемофилия се наблюдава при семействата бук, бреза, орех, бряст, коноп, коприва, казуарина, гъши крак, острица, житни, палми и много други. Опрашваните от вятъра растения имат редица адаптации, които подобряват аеродинамичните свойства на техния прашец, както и морфологични и биологични характеристики, които осигуряват ефективност на опрашването.

Животът на много растения зависи изцяло от вятъра и разпръскването става с негова помощ. Такава двойна зависимост се наблюдава при смърч, бор, топола, бреза, бряст, ясен, памучна трева, опашка, саксаул, джузгун и др.

Развили са се много видове анемохория– уреждане с помощта на въздушни течения. Анемохорията е характерна за спори, семена и плодове на растения, протозойни цисти, малки насекоми, паяци и др. Организмите, пасивно транспортирани от въздушни течения, се наричат ​​общо аеропланктон по аналогия с планктонните обитатели на водната среда. Специални адаптации за пасивен полет са много малки размери на тялото, увеличаване на площта му поради израстъци, силно разчленяване, голяма относителна повърхност на крилата, използване на мрежа и др. (Фиг. 44). Анемохорните семена и плодове на растенията също имат или много малки размери (например семена от орхидеи), или разнообразие от подобни на крило и парашут придатъци, които увеличават способността им да планират (фиг. 45).

Ориз. 44. Приспособления за транспортиране чрез въздушни течения при насекоми:

1 – комар Cardiocrepis brevirostris;

2 – жлъчка Porrycordila sp.;

3 – Hymenoptera Anargus fuscus;

4 – Hermes Dreyfusia nordmannianae;

5 – ларва на цигански молец Lymantria dispar

Ориз. 45. Адаптации към пренасяне на вятъра в плодовете и семената на растенията:

1 – липа Tilia intermedia;

2 – клен Acer monspessulanum;

3 – бреза Betula pendula;

4 – памучна трева Eriophorum;

5 – глухарче Taraxacum officinale;

6 – опашка Typha scuttbeworhii

При разпръскването на микроорганизми, животни и растения основна роля играят вертикалните конвекционни въздушни течения и слабите ветрове. Силните ветрове, бурите и ураганите също имат значително въздействие върху околната среда върху земните организми.

Ниската плътност на въздуха причинява относително ниско налягане на сушата. Нормално е 760 mmHg. Изкуство. С увеличаване на надморската височина налягането намалява. На височина 5800 м е само наполовина нормално. Ниското налягане може да ограничи разпространението на видовете в планините. За повечето гръбначни животните горната граница на живота е около 6000 m. Границите на напредване в планините са приблизително същите висши растения. Малко по-издръжливи са членестоногите (пружинки, акари, паяци), които могат да бъдат намерени на ледниците над линията на растителността.

Като цяло, всички сухоземни организми са много по-стенобатични от водните, тъй като нормалните колебания на налягането в тяхната среда възлизат на части от атмосферата и дори за птици, издигащи се на големи височини, не надвишават 1/3 от нормалното.

Газов състав на въздуха.Освен физичните свойства на въздуха, неговите химични свойства са изключително важни за съществуването на земните организми. Газовият състав на въздуха в приземния слой на атмосферата е доста хомогенен по отношение на съдържанието на основните компоненти (азот - 78,1%, кислород - 21,0, аргон - 0,9, въглероден диоксид - 0,035% обемни) поради високата дифузност на газовете и постоянно смесване конвекция и вятърни течения. Въпреки това различни примеси от газообразни, капково-течни и твърди (прахови) частици, навлизащи в атмосферата от местни източници, могат да имат значително екологично значение.

Високото съдържание на кислород допринесе за повишаване на метаболизма в сухоземните организми в сравнение с първичните водни. Именно в земна среда, въз основа на високата ефективност на окислителните процеси в тялото, възниква животинската хомеотермия. Кислородът, поради постоянно високото си съдържание във въздуха, не е фактор, ограничаващ живота в земната среда. Само на места, при определени условия, се създава временен дефицит, например в натрупвания на разлагащи се растителни остатъци, запаси от зърно, брашно и др.

Съдържанието на въглероден диоксид може да варира в определени области на повърхностния слой въздух в доста значителни граници. Например при липса на вятър в центъра на големите градове неговата концентрация нараства десетки пъти. Има редовни ежедневни промени в съдържанието на въглероден диоксид в повърхностните слоеве, свързани с ритъма на фотосинтезата на растенията. Сезонните са причинени от промени в интензивността на дишането на живите организми, главно микроскопичното население на почвите. Повишено насищане на въздуха с въглероден диоксид възниква в зони на вулканична активност, близо до термални извории други подземни изходи на този газ. Във високи концентрации въглеродният диоксид е токсичен. В природата такива концентрации са рядкост.

В природата основният източник на въглероден диоксид е така нареченото почвено дишане. Почвените микроорганизми и животните дишат много интензивно. Въглеродният диоксид дифундира от почвата в атмосферата, особено интензивно по време на дъжд. Той е в изобилие в почви, които са умерено влажни, добре нагрявани и богати на органични остатъци. Например, почвата на букова гора отделя CO 2 от 15 до 22 kg/ha на час, а неторената песъчлива почва отделя само 2 kg/ha.

В съвременните условия човешката дейност за изгаряне на запасите от изкопаеми горива се е превърнала в мощен източник на допълнителни количества CO 2 , постъпващи в атмосферата.

Азот във въздуха за повечето жители земна средае инертен газ, но редица прокариотни организми (нодулни бактерии, Azotobacter, клостридии, синьо-зелени водорасли и др.) имат способността да го свързват и да го включват в биологичния цикъл.

Ориз. 46. Планински склон с унищожена растителност поради емисиите на серен диоксид от околните промишлени предприятия

Локалните замърсители, влизащи във въздуха, също могат значително да повлияят на живите организми. Това се отнася особено за отровните газообразни вещества– метан, серен оксид, въглероден оксид, азотен оксид, сероводород, хлорни съединения, както и прахови частици, сажди и др., запушващи въздуха в промишлени зони. Основният съвременен източник на химично и физическо замърсяване на атмосферата е антропогенен: работата на различни индустриални предприятияи транспорт, ерозия на почвата и т.н. Серният оксид (SO 2), например, е токсичен за растенията дори в концентрации от една петдесет хилядна до една милионна от обема на въздуха. Около индустриалните центрове, които замърсяват атмосферата с този газ, почти цялата растителност умира (фиг. 46). Някои растителни видове са особено чувствителни към SO 2 и служат като чувствителен индикатор за натрупването му във въздуха. Например, много лишеи умират дори със следи от серен оксид в околната атмосфера. Наличието им в горите около големите градове показва висока чистота на въздуха. При избора на видове за озеленяване в населените места се взема предвид устойчивостта на растенията към примеси във въздуха. Чувствителни към дим, например, обикновен смърч и бор, клен, липа, бреза. Най-устойчиви са туята, канадската топола, американският клен, бъзът и някои други.

4.2.2. Почва и релеф. Характеристики на времето и климата земно-въздушна среда

Едафични фактори на околната среда.Свойствата на почвата и релефа също оказват влияние върху условията на живот на земните организми, предимно растенията. Свойствата на земната повърхност, които оказват екологично въздействие върху нейните обитатели, се наричат ​​общо едафични фактори на околната среда (от гръцки "edaphos" - основа, почва).

Характерът на кореновата система на растенията зависи от хидротермичния режим, аерацията, състава, състава и структурата на почвата. Например, кореновите системи на дървесни видове (бреза, лиственица) в райони с вечна замръзналост са разположени на малка дълбочина и са широко разпространени. Там, където няма вечна замръзналост, кореновите системи на същите тези растения са по-малко разпространени и проникват по-дълбоко. При много степни растения корените могат да достигнат вода от голяма дълбочина; в същото време те имат много повърхностни корени в богатия на хумус почвен хоризонт, откъдето растенията абсорбират елементи на минерално хранене. На подгизнала, слабо аерирана почва в мангрови гори много видове имат специални дихателни корени - пневматофори.

Редица екологични групи растения могат да бъдат разграничени във връзка с различните свойства на почвата.

И така, според реакцията на киселинността на почвата, те разграничават: 1) ацидофиленвидове - растат на кисели почвис pH по-малко от 6,7 (растения от сфагнови блата, бяла трева); 2) неутрофилен –гравитират към почви с pH 6,7–7,0 (повечето култивирани растения); 3) базофилен– растат при pH над 7,0 (мордовник, горска анемона); 4) безразличен –може да расте на почви с различен смисъл pH (момина сълза, овча власатка).

Във връзка с брутния състав на почвата има: 1) олиготрофенрастения, които се задоволяват с малко количество пепелни елементи (бял бор); 2) еутрофен,такива, които се нуждаят от голямо количество пепелни елементи (дъб, цариградско грозде, многогодишна дървесна трева); 3) мезотрофен,изискващи умерено количество пепелни елементи (обикновен смърч).

Нитрофили– растения, които предпочитат богати на азот почви (коприва).

Растения от солени почви образуват група халофити(солерос, сарсазан, кокпек).

Някои видове растения са ограничени до различни субстрати: петрофитирастат на скалисти почви и псамофитиобитават подвижни пясъци.

Релефът и естеството на почвата оказват влияние върху специфичното движение на животните. Например копитни животни, щрауси, дропли, които живеят отворени пространства, се нуждаят от твърда основа, за да подобрят отблъскването при бързо бягане. При гущерите, които живеят на подвижни пясъци, пръстите на краката са покрити с ресни от рогови люспи, което увеличава опорната повърхност (фиг. 47). За сухоземните обитатели, които копаят дупки, плътните почви са неблагоприятни. Естеството на почвата в някои случаи влияе върху разпространението на сухоземни животни, които копаят дупки, ровят се в почвата, за да избягат от топлината или хищниците, или снасят яйца в почвата и т.н.

Ориз. 47. Вентилаторен гекон - обитател на пясъците на Сахара: А - ветрилообразен гекон; B – крак на гекон

Характеристики на времето.Условията на живот в земно-въздушната среда са сложни, освен това, промени във времето.Метеорологично време - това е непрекъснато променящо се състояние на атмосферата на земната повърхност до надморска височина от около 20 km (границата на тропосферата). Променливостта на времето се проявява в постоянна промяна в комбинацията от фактори на околната среда като температура и влажност, облачност, валежи, сила и посока на вятъра и др. Промените на времето, заедно с естественото им редуване в годишния цикъл, се характеризират с непериодичност. флуктуации, което значително усложнява условията за съществуване на земните организми. Времето засяга живота на водните обитатели в много по-малка степен и само върху населението на повърхностните слоеве.

Климат на района.Характеризира се дългосрочният метеорологичен режим климат на района. Понятието климат включва не само средните стойности на метеорологичните явления, но и техния годишен и дневен цикъл, отклонения от него и тяхната честота. Климатът се определя от географските условия на района.

Зоналното разнообразие на климата се усложнява от действието на мусонните ветрове, разпределението на циклоните и антициклоните, влиянието на планинските вериги върху движението на въздушните маси, степента на отдалеченост от океана (континенталност) и много други местни фактори. В планините има климатична зоналност, подобно на смяната на зоните от ниски към високи географски ширини. Всичко това създава изключително разнообразие от условия за живот на сушата.

За повечето сухоземни организми, особено за малките, не е важен толкова климатът на района, колкото условията на тяхното непосредствено местообитание. Много често местните елементи на околната среда (релеф, експозиция, растителност и т.н.) променят режима на температура, влажност, светлина, движение на въздуха в определен район по такъв начин, че той значително се различава от климатичните условия на района. Такива местни изменения на климата, които се развиват в повърхностния слой на въздуха, се наричат микроклимат. Всяка зона има много разнообразен микроклимат. Могат да бъдат идентифицирани микроклимати на произволно малки площи. Например във венчетата на цветята се създава специален режим, който се използва от живеещите там насекоми. Разликите в температурата, влажността на въздуха и силата на вятъра са широко известни на открито и в горите, в тревни насаждения и над оголени площи на почвата, по склоновете на северни и южни изложения и др. Специален стабилен микроклимат възниква в дупки, гнезда, хралупи , пещери и други затворени места.

Валежи.В допълнение към осигуряването на вода и създаването на запаси от влага, те могат да играят и други екологични роли. Така обилните валежи или градушка понякога имат механичен ефект върху растенията или животните.

Екологичната роля на снежната покривка е особено разнообразна. Дневните температурни колебания проникват в снежната покривка само до 25 см, като температурата остава почти непроменена. При студове от -20-30 °C под слой сняг от 30-40 cm температурата е само малко под нулата. Дълбоката снежна покривка предпазва възобновителните пъпки и предпазва зелените части на растенията от измръзване; много видове отиват под снега, без да отделят листата си, например космат трева, Veronica officinalis, копитна трева и др.

Ориз. 48. Схема за телеметрично изследване на температурния режим на лешник, разположен в снежна дупка (по А. В. Андреев, А. В. Кречмар, 1976)

Малките сухоземни животни също водят активен начин на живот през зимата, създавайки цели галерии от тунели под снега и в неговата дебелина. Редица видове, които се хранят със снежна растителност, дори се характеризират със зимно размножаване, което се отбелязва например при леминги, дървесни и жълтогърли мишки, редица полевки, водни плъхове и др. глухар, тундрова яребица - ровят се в снега за през нощта (фиг. 48).

Зимната снежна покривка затруднява получаването на храна за големи животни. Много копитни животни (северни елени, диви свине, мускусни говеда) се хранят изключително със заснежена растителност през зимата, а дълбоката снежна покривка и особено твърдата кора на повърхността й, която се появява при ледени условия, ги обричат ​​на глад. По време на номадското скотовъдство в предреволюционна Русия огромно бедствие в южните райони беше юта – масова смъртност на добитъка в резултат на ледени условия, лишаващи животните от храна. Движението по рохкав дълбок сняг също е трудно за животните. Лисиците, например, в снежни зими предпочитат райони в гората под гъсти смърчови дървета, където слоят сняг е по-тънък, и почти никога не излизат на открити поляни и горски ръбове. Дълбочината на снега може да ограничи географското разпространение на видовете. Например, истинските елени не проникват на север в тези райони, където дебелината на снега през зимата е повече от 40–50 cm.

Белотата на снежната покривка разкрива тъмни животни. Изборът на камуфлаж, който да съответства на цвета на фона, очевидно е изиграл основна роля за появата на сезонни промени в цвета на яребица, планински заек, хермелин, невестулка и арктическа лисица. На Командорските острови, заедно с белите лисици, има много сини лисици. Според наблюденията на зоолозите, последните се задържат предимно в близост до тъмни скали и чисти от лед сърф ивици, докато белите предпочитат места със снежна покривка.

Наземно-въздушно местообитание

В хода на еволюцията тази среда се е развила по-късно от водната. Екологичните фактори в земно-въздушната среда се различават от другите местообитания по високата интензивност на светлината, значителните колебания в температурата и влажността на въздуха, връзката на всички фактори с географското местоположение, промяната на сезоните и времето на деня. Средата е газообразна, поради което се характеризира с ниска влажност, плътност и налягане и високо съдържание на кислород.

Характеристики на абиотичните фактори на околната среда: светлина, температура, влажност - виж предишната лекция.

Газов състав на атмосфератасъщо е важен климатичен фактор. Преди приблизително 3-3,5 милиарда години атмосферата е съдържала азот, амоняк, водород, метан и водни пари и в нея е нямало свободен кислород. Съставът на атмосферата до голяма степен се определя от вулканични газове.

В момента атмосферата се състои главно от азот, кислород и относително по-малки количества аргон и въглероден диоксид. Всички останали газове в атмосферата се съдържат само в следи от количества. От особено значение за биотата е относителното съдържание на кислород и въглероден диоксид.

Високото съдържание на кислород допринесе за повишаване на метаболизма в сухоземните организми в сравнение с първичните водни. Той е в земна среда, на база висока ефективност окислителни процесив тялото възниква животинска хомеотермия. Кислородът, поради постоянно високото си съдържание във въздуха, не е фактор, ограничаващ живота в земната среда. Само на места, при определени условия, се създава временен дефицит, например в натрупвания на разлагащи се растителни остатъци, запаси от зърно, брашно и др.

Съдържанието на въглероден диоксид може да варира в определени области на повърхностния слой въздух в доста значителни граници. Например при липса на вятър в центъра на големите градове неговата концентрация нараства десетки пъти. Съществуват регулярни ежедневни промени в съдържанието на въглероден диоксид в повърхностните слоеве, свързани с ритъма на фотосинтезата на растенията, и сезонни промени, причинени от промени в скоростта на дишане на живите организми, главно микроскопичното население на почвите. Повишено насищане на въздуха с въглероден диоксид възниква в зони на вулканична активност, в близост до термални извори и други подземни изходи на този газ. Ниското съдържание на въглероден диоксид инхибира процеса на фотосинтеза. В затворени земни условия е възможно да се увеличи скоростта на фотосинтезата чрез увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид; Това се използва в практиката на парниковото и парниковото отглеждане.

Азотът във въздуха е инертен газ за повечето обитатели на земната среда, но редица микроорганизми (нодулни бактерии, Azotobacter, клостридии, синьо-зелени водорасли и др.) имат способността да го свързват и да го включват в биологичния цикъл.

Локалните замърсители, влизащи във въздуха, също могат значително да повлияят на живите организми. Това се отнася особено за токсичните газообразни вещества - метан, серен оксид (IV), въглероден оксид (II), азотен оксид (IV), сероводород, съединения на хлора, както и прахови частици, сажди и др., замърсяващи въздуха в промишлени области. Основният съвременен източник на химическо и физическо замърсяване на атмосферата е антропогенен: работата на различни промишлени предприятия и транспорт, ерозия на почвата и др. Серният оксид (SO 2), например, е токсичен за растенията дори в концентрации от един и петдесет до хилядна до една милионна част от обема на въздуха Някои видове растения са особено чувствителни към S0 2 и служат като чувствителен индикатор за натрупването му във въздуха (например лишеи.

Ниска плътност на въздухаопределя неговата ниска подемна сила и незначителна опора. Обитателите на въздушната среда трябва да имат собствена опорна система, която поддържа тялото: растенията - с различни механични тъкани, животните - с твърд или много по-рядко хидростатичен скелет. Освен това всички обитатели на въздуха са тясно свързани с повърхността на земята, която им служи за привързване и опора. Животът във висящо състояние във въздуха е невъзможен. Вярно е, че много микроорганизми и животни, спори, семена и цветен прашец на растения редовно присъстват във въздуха и се пренасят от въздушни течения (анемохория), много животни са способни на активен полет, но при всички тези видове основната функция на жизнения им цикъл е - размножаване - извършва се на повърхността на земята. За повечето от тях престоят във въздуха е свързан само със заселване или търсене на плячка.

Вятърима ограничаващ ефект върху дейността и равномерното разпространение на организмите. Вятърът дори може да се промени външен видрастения, особено в тези местообитания, например в алпийските зони, където други фактори имат ограничаващ ефект. В открити планински местообитания вятърът ограничава растежа на растенията и кара растенията да се огъват от наветрената страна. Освен това вятърът увеличава изпарението при условия на ниска влажност. Голямо значениеимат бури, въпреки че ефектът им е чисто локален. Ураганите и дори обикновените ветрове могат да пренасят животни и растения на големи разстояния и по този начин да променят състава на общностите.

налягане, очевидно не е пряк ограничаващ фактор, но е пряко свързан с времето и климата, които имат пряк ограничаващ ефект. Ниската плътност на въздуха причинява относително ниско налягане на сушата. Нормално е 760 mmHg. С увеличаване на надморската височина налягането намалява. На височина 5800 м е само наполовина нормално. Ниското налягане може да ограничи разпространението на видовете в планините. За повечето гръбначни животните горната граница на живота е около 6000 m. Границите на напредване на висшите растения в планините са приблизително еднакви. Малко по-издръжливи са членестоногите (пружинки, акари, паяци), които могат да бъдат намерени на ледниците над линията на растителността.

Като цяло всички сухоземни организми са много по-стенобатични от водните.

Санкт Петербург държавна академия

Ветеринарна медицина.

Катедра по обща биология, екология и хистология.

Резюме по екология по темата:

Приземно-въздушна среда, нейните фактори

и приспособяване на организмите към тях"

Изпълнил: студент 1-ва година

Oi група Пяточенко Н. Л.

Проверява: доцент от катедрата

Вахмистрова С. Ф.

Санкт Петербург

Въведение

Условията на живот (условията на съществуване) са набор от елементи, необходими на организма, с които той е неразривно свързан и без които не може да съществува.

Адаптирането на организма към околната среда се нарича адаптация. Способността за адаптиране е едно от основните свойства на живота като цяло, осигуряващо възможността за неговото съществуване, оцеляване и възпроизводство. Адаптацията се проявява в различни нива– от биохимията на клетките и поведението на отделните организми до структурата и функционирането на съобществата и екосистемите. Адаптациите възникват и се променят по време на еволюцията на вида.

Индивидуалните свойства или елементи на околната среда, които влияят на организмите, се наричат ​​фактори на околната среда. Факторите на околната среда са разнообразни. Те имат различно естествои спецификата на действието. Факторите на околната среда се разделят на две големи групи: абиотични и биотични.

Абиотични факторие съвкупност от условия в неорганичната среда, които влияят пряко или косвено върху живите организми: температура, светлина, радиоактивно излъчване, налягане, влажност на въздуха, солев състав на водата и др.

Биотичните фактори са всички форми на влияние на живите организми един върху друг. Всеки организъм постоянно изпитва пряко или косвено влияние на другите, влизайки в комуникация с представители на своя и други видове.

В някои случаи антропогенните фактори се класифицират в отделна група наред с биотичните и абиотичните фактори, като се подчертава екстремното въздействие на антропогенния фактор.

Антропогенните фактори са всички форми на дейност на човешкото общество, които водят до промени в природата като местообитание на други видове или пряко засягат живота им. Значението на антропогенното въздействие върху целия жив свят на Земята продължава да нараства бързо.

Промените във факторите на околната среда с течение на времето могат да бъдат:

1) редовно постоянен, променящ силата на въздействието поради времето на деня, сезона на годината или ритъма на приливите и отливите в океана;

2) нередовни, без ясна периодичност, например промени в метеорологичните условия през различни години, бури, дъждове, кални потоци и др.;

3) насочени към определени или дълги периоди от време, например охлаждане или затопляне на климата, обрастване на резервоар и др.

Факторите на околната среда могат да имат различни ефекти върху живите организми:

1) като дразнители, причиняващи адаптивни промени във физиологичните и биохимичните функции;

2) като ограничители, които правят невъзможно съществуването в данните

условия;

3) като модификатори, които причиняват анатомични и морфологични промени в организмите;

4) като сигнали, показващи промени в други фактори.

Въпреки голямото разнообразие от фактори на околната среда, могат да бъдат идентифицирани редица общи модели в естеството на тяхното взаимодействие с организмите и в реакциите на живите същества.

Интензитетът на най-благоприятния за живота на организма фактор на околната среда е оптимален, а този, който дава най-лош ефект, е песимумен, т.е. условия, при които жизнената дейност на организма е максимално инхибирана, но все още може да съществува. По този начин, когато се отглеждат растения при различни температурни условия, точката, в която се наблюдава максимален растеж, ще бъде оптималната. В повечето случаи това е определен температурен диапазон от няколко градуса, така че тук е по-добре да говорим за оптималната зона. Целият температурен диапазон (от минимум до максимум), при който все още е възможен растеж, се нарича диапазон на стабилност (издръжливост) или толерантност. Точката, ограничаваща неговите (т.е. минималните и максималните) температури, подходящи за живот, е границата на стабилност. Между оптималната зона и границата на стабилност, когато се приближава до последната, растението изпитва нарастващ стрес, т.е. ние говорим заотносно зоните на стрес или зоните на потисничество в обхвата на съпротивлението

Зависимост на действието на фактор на околната среда от неговата интензивност (според V.A. Radkevich, 1977)

Докато се движите нагоре и надолу по скалата, стресът не само се увеличава, но в крайна сметка, когато се достигнат границите на съпротивлението на тялото, настъпва неговата смърт. Подобни експерименти могат да бъдат проведени, за да се тества влиянието на други фактори. Резултатите ще съответстват графично на подобен тип крива

Земно-въздушна среда на живот, нейните характеристики и форми на адаптация към нея.

Животът на сушата изисква адаптации, които се оказват възможни само при високо организирани живи организми. Приземно-въздушната среда е по-трудна за живот; характеризира се с високо съдържание на кислород, ниско количество водна пара, ниска плътност и др. Това значително промени условията на дишане, водообмен и движение на живите същества.

Ниската плътност на въздуха определя неговата ниска подемна сила и незначителна опора. Организмите във въздуха трябва да имат свои собствени поддържаща система, поддържащи тялото: растения - различни механични тъкани, животни - твърд или хидростатичен скелет. Освен това всички обитатели на въздуха са тясно свързани с повърхността на земята, която им служи за привързване и опора.

Ниската плътност на въздуха осигурява ниско съпротивление при движение. Следователно много сухоземни животни придобиха способността да летят. 75% от всички сухоземни животни, главно насекоми и птици, са се приспособили към активен полет.

Благодарение на подвижността на въздуха и съществуващите в долните слоеве на атмосферата вертикални и хоризонтални потоци на въздушни маси е възможно пасивно летене на организми. В тази връзка много видове са развили анемохория - разпръскване с помощта на въздушни течения. Анемохория е характерна за спори, семена и плодове на растения, протозойни цисти, малки насекоми, паяци и др. Организмите, пренасяни пасивно от въздушни течения, се наричат ​​общо аеропланктон.

Сухоземните организми съществуват в условия на относително ниско налягане поради ниската плътност на въздуха. Нормално е 760 mmHg. С увеличаване на надморската височина налягането намалява. Ниското налягане може да ограничи разпространението на видовете в планините. За гръбначните животни горната граница на живота е около 60 mm. Намаляването на налягането води до намаляване на доставката на кислород и дехидратация на животните поради увеличаване на честотата на дишане. Висшите растения имат приблизително същите граници на напредък в планините. Членестоногите, които могат да бъдат намерени на ледниците над линията на растителността, са малко по-издръжливи.

Газов състав на въздуха. В допълнение към физичните свойства на въздуха, неговите химични свойства са много важни за съществуването на земните организми. Газовият състав на въздуха в повърхностния слой на атмосферата е доста равномерен по отношение на съдържанието на основните компоненти (азот - 78,1%, кислород - 21,0%, аргон 0,9%, въглероден диоксид - 0,003% по обем).

Високото съдържание на кислород допринася за повишаване на метаболизма в сухоземните организми в сравнение с първичните водни организми. Именно в земна среда, въз основа на високата ефективност на окислителните процеси в тялото, възниква животинската хомеотермия. Кислородът, поради постоянното си високо съдържание във въздуха, не е ограничаващ фактор за живота в земната среда.

Съдържанието на въглероден диоксид може да варира в определени области на повърхностния слой въздух в доста значителни граници. Повишено насищане на въздуха с CO? среща се в зони на вулканична дейност, близо до термални извори и други подземни изходи на този газ. Във високи концентрации въглеродният диоксид е токсичен. В природата такива концентрации са рядкост. Ниското съдържание на CO2 инхибира процеса на фотосинтеза. В условия на затворена почва можете да увеличите скоростта на фотосинтезата чрез увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид. Това се използва в практиката на парниковото и парниковото отглеждане.

Азотът във въздуха е инертен газ за повечето обитатели на земната среда, но някои микроорганизми (нодулни бактерии, азотни бактерии, синьо-зелени водорасли и др.) имат способността да го свързват и да го включват в биологичния цикъл на веществата.

Дефицитът на влага е една от основните характеристики на земно-въздушната среда на живот. Цялата еволюция на земните организми е преминала под знака на адаптация към получаване и запазване на влага. Режимите на влажност на сушата са много разнообразни - от пълно и постоянно насищане на въздуха с водни пари в някои райони на тропиците до почти пълното им отсъствие в сухия въздух на пустините. Съществува също значителна дневна и сезонна променливост в съдържанието на водни пари в атмосферата. Водоснабдяването на сухоземните организми зависи и от режима на валежите, наличието на водоеми, запасите от влага в почвата, близостта на водните басейни и др.

Това доведе до развитието на адаптация към различни режими на водоснабдяване в земните организми.

Температурни условия. Друга отличителна черта на въздушно-земната среда са значителните температурни колебания. В повечето земни райони дневните и годишните температурни диапазони са десетки градуси. Устойчивостта на температурни промени в околната среда сред земните обитатели е много различна в зависимост от конкретното местообитание, в което протича животът им. Въпреки това, като цяло, сухоземните организми са много по-евритермни в сравнение с водните организми.

Условията на живот в земно-въздушната среда се усложняват допълнително от наличието на промени във времето. Времето - непрекъснато променящи се условия на атмосферата на повърхността, до надморска височина от приблизително 20 km (границата на тропосферата). Променливостта на времето се проявява в постоянни промени в комбинацията от фактори на околната среда като температура, влажност на въздуха, облачност, валежи, сила и посока на вятъра и др. Дългогодишният метеорологичен режим характеризира климата на района. Понятието „климат“ включва не само средните стойности на метеорологичните явления, но и техния годишен и дневен цикъл, отклонение от него и тяхната честота. Климатът се определя от географските условия на района. Основните климатични фактори - температура и влажност - се измерват с количеството на валежите и наситеността на въздуха с водни пари.

За повечето сухоземни организми, особено за малките, климатът на района не е толкова важен, колкото условията на тяхното непосредствено местообитание. Много често местните елементи на околната среда (релеф, експозиция, растителност и др.) променят режима на температури, влажност, светлина, движение на въздуха в определен район по такъв начин, че той значително се различава от климатичните условия на района. Такива изменения на климата, които се развиват в повърхностния слой на въздуха, се наричат ​​микроклимат. Във всяка зона микроклиматът е много разнообразен. Могат да се идентифицират микроклиматите на много малки площи.

Светлинният режим на приземно-въздушната среда също има някои особености. Интензивността и количеството светлина тук са най-големи и практически не ограничават живота на зелените растения, както във водата или почвата. На сушата е изключително възможно да съществува фотофилни видове. За по-голямата част от сухоземните животни с дневна и дори нощна активност зрението е един от основните методи за ориентация. Сухопътните животни имат зрение важноЗа да търсят плячка, много видове дори имат цветно зрение. В тази връзка жертвите развиват такива адаптивни характеристики като защитна реакция, камуфлажно и предупредително оцветяване, мимикрия и др.

При водните обитатели такива адаптации са много по-слабо развити. Появата на ярко оцветени цветя на висшите растения също се свързва с характеристиките на опрашителния апарат и в крайна сметка със светлинния режим на околната среда.

Свойствата на терена и почвата също са условията за живот на земните организми и на първо място на растенията. Свойствата на земната повърхност, които имат екологично въздействие върху нейните обитатели, се обединяват от „едафични фактори на околната среда“ (от гръцки „edaphos“ - „почва“).

Във връзка с различните свойства на почвата, цял набор от екологични групирастения. Така, според реакцията на киселинността на почвата, те се разграничават:

1) ацидофилни видове - растат на кисели почви с рН най-малко 6,7 (растения от сфагнови блата);

2) неутрофилите са склонни да растат на почви с рН 6,7–7,0 (повечето култивирани растения);

3) basophilaceae растат при pH над 7,0 (Echinops, дървесна анемония);

4) безразличните могат да растат на почви с различни стойности на pH (момина сълза).

Растенията също се различават по отношение на влажността на почвата. Определени видовеса ограничени до различни субстрати, например петрофитите растат на скалисти почви, пасмофитите заселват рохкав пясък.

Теренът и естеството на почвата влияят върху специфичното движение на животните: например копитни животни, щрауси, дропови, живеещи на открити пространства, твърда земя, за подобряване на отблъскването при бягане. При гущерите, които живеят в подвижни пясъци, пръстите на краката са покрити с ресни от рогови люспи, които увеличават опората. За земните обитатели, които копаят дупки, плътната почва е неблагоприятна. Естеството на почвата в някои случаи влияе върху разпространението на сухоземните животни, които копаят дупки или ровят в почвата, или снасят яйца в почвата и т.н.

За състава на въздуха.

Газовият състав на въздуха, който дишаме, изглежда така: 78% е азот, 21% е кислород и 1% са други газове. Но в атмосферата на големите индустриални градове това съотношение често се нарушава. Значителна част се състои от вредни примеси, причинени от емисии от предприятия и превозни средства. Автомобилният транспорт въвежда в атмосферата много примеси: въглеводороди с неизвестен състав, бензо(а)пирен, въглероден диоксид, серни и азотни съединения, олово, въглероден оксид.

Атмосферата се състои от смес от редица газове - въздух, в който са суспендирани колоидни примеси - прах, капчици, кристали и др. Съставът на атмосферния въздух се променя слабо с надморската височина. Въпреки това, започвайки от надморска височина от около 100 km, заедно с молекулярния кислород и азота, в резултат на дисоциацията на молекулите се появява и атомен кислород и започва гравитационното разделяне на газовете. Над 300 km в атмосферата преобладава атомарният кислород, над 1000 km - хелият и след това атомарният водород. Налягането и плътността на атмосферата намаляват с надморската височина; около половината от общата маса на атмосферата е концентрирана в долните 5 км, 9/10 в долните 20 км и 99,5% в долните 80 км. На надморска височина от около 750 km плътността на въздуха пада до 10-10 g/m3 (докато на земната повърхност е около 103 g/m3), но дори и такава ниска плътност е достатъчна за появата на полярни сияния. Атмосферата няма рязка горна граница; плътността на съставните газове

Съставът на атмосферния въздух, който всеки от нас диша, включва няколко газа, основните от които са: азот (78,09%), кислород (20,95%), водород (0,01%), въглероден диоксид (въглероден диоксид) (0,03%) и инертни газове (0,93%). Освен това във въздуха винаги има известно количество водна пара, чието количество винаги се променя с промените в температурата: колкото по-висока е температурата, толкова по-голямо е съдържанието на пари и обратно. Поради колебания в количеството водни пари във въздуха, процентът на газовете в него също не е постоянен. Всички газове, които изграждат въздуха, са без цвят и мирис. Теглото на въздуха се променя в зависимост не само от температурата, но и от съдържанието на водни пари в него. При една и съща температура теглото на сухия въздух е по-голямо от това на влажния въздух, т.к водната пара е много по-лека от въздушната пара.

Таблицата показва газовия състав на атмосферата в обемно съотношение на масата, както и продължителността на живота на основните компоненти:

Свойствата на газовете, които изграждат атмосферния въздух под налягане се променят.

Например: кислородът под налягане над 2 атмосфери има токсичен ефект върху тялото.

Азотът под налягане над 5 атмосфери има наркотичен ефект (азотна интоксикация). Бързото издигане от дълбините причинява декомпресионна болест поради бързото освобождаване на азотни мехурчета от кръвта, сякаш я разпенва.

Увеличаването на въглеродния диоксид с повече от 3% в дихателната смес причинява смърт.

Всеки компонент, който съставлява въздуха, с повишаване на налягането до определени граници, се превръща в отрова, която може да отрови тялото.

Изследване на газовия състав на атмосферата. Атмосферна химия

За историята на бързото развитие на сравнително млад клон на науката, наречен атмосферна химия, терминът „изстрел“ (хвърляне), използван във високоскоростните спортове, е най-подходящ. Стартовият пистолет вероятно е изстрелян от две статии, публикувани в началото на 70-те години. Те обсъдиха възможното разрушаване на стратосферния озон от азотните оксиди - NO и NO2. Първият принадлежи на бъдещия нобелов лауреат, а след това служител на Стокхолмския университет П. Крутцен, който смята, че естественият азотен оксид N2O, който се разлага под въздействието на слънчевата светлина, е вероятен източник на азотни оксиди в стратосферата. Авторът на втората статия, химик от Калифорнийския университет в Бъркли Г. Джонстън, предположи, че азотните оксиди се появяват в стратосферата в резултат на човешката дейност, а именно по време на емисиите на продукти от горенето от реактивни двигатели на самолети на голяма надморска височина.

Разбира се, горните хипотези не са възникнали от нищото. Съотношението поне на основните компоненти в атмосферния въздух - молекулите на азота, кислорода, водните пари и т.н. - беше известно много по-рано. Още през втората половина на 19в. В Европа бяха направени измервания на концентрациите на озон в повърхностния въздух. През 30-те години на миналия век английският учен С. Чапман открива механизма на образуване на озон в чисто кислородна атмосфера, показващ набор от взаимодействия на кислородни атоми и молекули, както и озон, в отсъствието на други компоненти на въздуха. Въпреки това, в края на 50-те години, измерванията с помощта на метеорологични ракети показаха, че има много по-малко озон в стратосферата, отколкото би трябвало да има според реакционния цикъл на Чапман. Въпреки че този механизъм остава основен и до днес, стана ясно, че има някои други процеси, които също участват активно в образуването на атмосферния озон.

Заслужава да се отбележи, че до началото на 70-те години знанията в областта на атмосферната химия са получени главно чрез усилията на отделни учени, чиито изследвания не са обединени от никаква социално значима концепция и най-често са от чисто академичен характер. Работата на Джонстън е друг въпрос: според неговите изчисления 500 самолета, летящи по 7 часа на ден, биха могли да намалят количеството стратосферен озон с не по-малко от 10%! И ако тези оценки бяха справедливи, тогава проблемът веднага стана социално-икономически, тъй като в този случай всички програми за развитие на свръхзвукова транспортна авиация и свързаната с нея инфраструктура ще трябва да претърпят значителни корекции и може би дори закриване. Освен това тогава за първи път наистина възникна въпросът, че антропогенната дейност може да предизвика не локален, а глобален катаклизъм. Естествено, в настоящата ситуация теорията се нуждаеше от много тежка и в същото време оперативна проверка.

Нека си припомним, че същността на горната хипотеза беше, че азотният оксид реагира с озона NO + O3 ® ® NO2 + O2, тогава образуваният при тази реакция азотен диоксид реагира с кислородния атом NO2 + O ® NO + O2, като по този начин възстановява присъствие НЕ в атмосферата, докато молекулата на озона е загубена завинаги. В този случай такава двойка реакции, съставляващи азотния каталитичен цикъл на разрушаване на озона, се повтаря, докато някой химикал или физически процесиняма да доведе до отстраняване на азотни оксиди от атмосферата. Например NO2 се окислява до азотна киселина HNO3 е силно разтворим във вода и следователно се отстранява от атмосферата чрез облаци и валежи. Азотният каталитичен цикъл е много ефективен: една молекула NO по време на престоя си в атмосферата успява да унищожи десетки хиляди озонови молекули.

Но, както знаете, неприятностите не идват сами. Скоро експерти от американските университети – Мичиган (Р. Столарски и Р. Цицерон) и Харвард (С. Уофси и М. Макелрой) – откриха, че озонът може да има още по-безмилостен враг – съединенията на хлора. Хлорният каталитичен цикъл на разрушаване на озона (реакции Cl + O3 ® ClO + O2 и ClO + O ® Cl + O2), според техните оценки, е няколко пъти по-ефективен от азотния. Единствената причина за предпазлив оптимизъм беше, че количеството естествено срещащ се хлор в атмосферата е сравнително малко, което означава, че цялостният ефект от въздействието му върху озона може да не е твърде силен. Ситуацията обаче се промени драматично, когато през 1974 г. служители на Калифорнийския университет в Ървайн С. Роуланд и М. Молина установиха, че източникът на хлор в стратосферата са хлорофлуоровъглеродни съединения (CFC), широко използвани в хладилни агрегати, аерозолни опаковки, и т.н. Тъй като са незапалими, нетоксични и химически пасивни, тези вещества се пренасят бавно от издигащите се въздушни течения от земната повърхност към стратосферата, където техните молекули се разрушават слънчева светлина, което води до освобождаване на свободни хлорни атоми. Промишленото производство на фреони, започнало през 30-те години на миналия век, и техните емисии в атмосферата постоянно се увеличават през всички следващи години, особено през 70-те и 80-те години. Така за много кратък период от време теоретиците идентифицираха два проблема в атмосферната химия, причинени от интензивно антропогенно замърсяване.

Въпреки това, за да се провери валидността на изложените хипотези, беше необходимо да се изпълнят много задачи.

първо,разширяване на лабораторните изследвания, по време на които би било възможно да се определят или изяснят скоростите на фотохимичните реакции между различните компоненти на атмосферния въздух. Трябва да се каже, че много оскъдните данни за тези скорости, които съществуваха по това време, също имаха доста грешки (до няколкостотин процента). В допълнение, условията, при които са направени измерванията, като правило, не съответстват точно на реалностите на атмосферата, което сериозно утежнява грешката, тъй като интензивността на повечето реакции зависи от температурата, а понякога и от налягането или плътността на атмосферата въздух.

второ,интензивно изучават радиационните оптични свойства на редица малки атмосферни газове в лабораторни условия. Молекулите на значителен брой компоненти на атмосферния въздух се разрушават ултравиолетова радиацияСлънцето (в реакциите на фотолиза), сред които не само CFC, споменати по-горе, но и молекулярен кислород, озон, азотни оксиди и много други. Следователно оценките на параметрите на всяка реакция на фотолиза са толкова необходими и важни за правилното възпроизвеждане на атмосферните химични процеси, колкото скоростите на реакциите между различни молекули.

Трето,беше необходимо да се създадат математически модели, способни да опишат възможно най-пълно взаимните химически трансформации на компонентите на атмосферния въздух. Както вече беше споменато, производителността на разрушаването на озона в каталитичните цикли се определя от това колко дълго катализаторът (NO, Cl или някакъв друг) остава в атмосферата. Ясно е, че такъв катализатор, най-общо казано, би могъл да реагира с всеки от десетките компоненти на атмосферния въздух, бързо да се разпадне в процеса и тогава увреждането на стратосферния озон ще бъде много по-малко от очакваното. От друга страна, когато много химични трансформации се случват в атмосферата всяка секунда, е вероятно да се идентифицират други механизми, които пряко или косвено влияят върху образуването и разрушаването на озона. И накрая, такива модели са в състояние да идентифицират и оценят значението на отделните реакции или техните групи при образуването на други газове, които съставляват атмосферния въздух, а също така позволяват да се изчислят концентрациите на газове, които не могат да бъдат измерени.

И накрая,беше необходимо да се организира широка мрежа за измерване на съдържанието на различни газове във въздуха, включително съединения на азот, хлор и др., като се използват за тази цел наземни станции, изстрелвания на метеорологични балони и метеорологични ракети и полети на самолети. Разбира се, създаването на база данни беше най-скъпата задача, която не можеше да бъде решена кратко време. Само измерванията обаче биха могли да осигурят отправна точка за теоретични изследвания, като в същото време са и пробен камък за истинността на изказаните хипотези.

От началото на 70-те години поне веднъж на три години се публикуват специални, постоянно актуализирани колекции, съдържащи информация за всички значими атмосферни реакции, включително реакциите на фотолиза. Освен това грешката при определяне на параметрите на реакциите между газовите компоненти на въздуха днес е, като правило, 10-20%.

През втората половина на това десетилетие се наблюдава бързо развитие на модели, описващи химичните трансформации в атмосферата. Най-много от тях са създадени в САЩ, но се появяват в Европа и СССР. Първоначално това бяха кутийни (нулевомерни) модели, а след това едномерни модели. Първите възпроизвеждаха с различна степен на достоверност съдържанието на основните атмосферни газове в даден обем - кутия (откъдето идва и името им) - в резултат на химическите взаимодействия между тях. Тъй като беше постулирано запазването на общата маса на въздушната смес, отстраняването на която и да е част от нея от кутията, например от вятъра, не беше взето предвид. Кутийните модели бяха удобни за изясняване на ролята на отделните реакции или техните групи в процесите химически образуванияи разрушаване на атмосферни газове, за да се оцени чувствителността на газовия състав на атмосферата към неточности при определяне на скоростта на реакцията. С тяхна помощ изследователите биха могли, като зададат атмосферни параметри в кутията (по-специално температура и плътност на въздуха), съответстващи на надморската височина на полетите на авиацията, и да оценят в грубо приближение как ще се променят концентрациите на атмосферни примеси в резултат на емисиите на продукти от горенето на авиационни двигатели. В същото време кутийните модели бяха неподходящи за изучаване на проблема с хлорфлуорвъглеводородите (CFC), тъй като не можеха да опишат процеса на тяхното движение от земната повърхност към стратосферата. Това е мястото, където едномерните модели се оказаха полезни, комбинирайки счетоводство Подробно описаниехимични взаимодействия в атмосферата и транспорт на примеси във вертикална посока. И въпреки че вертикалният трансфер беше посочен тук доста грубо, използването на едномерни модели беше забележима стъпка напред, тъй като те позволиха по някакъв начин да опишат реални явления.

Поглеждайки назад, можем да кажем, че голяма част от нашите съвременни знания се основават на грубата работа, извършена през онези години с помощта на едномерни и кутийни модели. Това позволи да се определят механизмите на образуване на газовия състав на атмосферата, да се оцени интензивността на химическите източници и поглътители на отделни газове. Важна характеристикаТози етап от развитието на атмосферната химия е, че новите идеи, които се родиха, бяха тествани върху модели и широко обсъждани сред специалистите. Получените резултати често се сравняват с оценки на други научни групи, тъй като полевите измервания са очевидно недостатъчни и тяхната точност е много ниска. Освен това, за да се потвърди правилността на моделирането на определени химични взаимодействия, беше необходимо да се извършат сложни измервания, когато концентрациите на всички участващи реагенти бяха определени едновременно, което по това време, а дори и сега, беше практически невъзможно. (Досега само няколко измервания на комплекса от газове от совалката са извършени в продължение на 2-5 дни.) Следователно моделните изследвания изпревариха експерименталните и теорията не толкова обясняваше теренните наблюдения, колкото допринасяше за тяхното оптимално планиране. Например, съединение като хлорен нитрат ClONO2 се появява за първи път в проучвания за моделиране и едва след това е открито в атмосферата. Дори сравняването на наличните измервания с оценките на модела беше трудно, тъй като едномерният модел не можеше да вземе предвид хоризонталните въздушни движения, поради което атмосферата се приемаше за хоризонтално хомогенна и получените резултати от модела съответстваха на някакво средно глобално състояние. В действителност обаче съставът на въздуха над индустриалните райони на Европа или Съединените щати е много различен от състава му над Австралия или над Тихия океан. Следователно резултатите от всяко полево наблюдение до голяма степен зависят от мястото и времето на измерванията и, разбира се, не отговарят точно на глобалната средна стойност.

За да се премахне тази празнина в моделирането, през 80-те години изследователите създадоха двуизмерни модели, в които наред с вертикалния транспорт беше взет предвид и въздушният транспорт по меридиана (по кръга на ширината атмосферата все още се считаше за хомогенна). Създаването на такива модели в началото беше изпълнено със значителни трудности.

първо,броят на външните параметри на модела рязко се увеличи: във всеки възел на мрежата беше необходимо да се зададат скоростите на вертикален и междуширонов транспорт, температура и плътност на въздуха и др. Много параметри (предимно гореспоменатите скорости) не бяха надеждно определени в експерименти и следователно бяха избрани по качествени причини.

второ,Състоянието на компютърните технологии по това време значително възпрепятства пълното развитие на двумерните модели. За разлика от икономичните едномерни и особено кутийните модели, двумерните изискват значително повече памет и компютърно време. И в резултат на това създателите им бяха принудени значително да опростят схемите за отчитане на химическите трансформации в атмосферата. Въпреки това, комплекс от атмосферни изследвания, както моделни, така и пълномащабни с помощта на сателити, направи възможно да се направи относително хармонична, макар и далеч не пълна картина на състава на атмосферата, както и да се установи основната причина и ефектни връзки, които предизвикват промени в съдържанието на отделните компоненти на въздуха. По-специално, многобройни проучвания показват, че полетите на самолети в тропосферата не причиняват значителна вреда на тропосферния озон, но изкачването им в стратосферата изглежда има отрицателно въздействие върху озоносферата. Мнението на повечето експерти за ролята на CFC е почти единодушно: хипотезата на Rowland и Molina се потвърждава и тези вещества действително допринасят за разрушаването на стратосферния озон и тяхното редовно увеличаване промишлено производство- бомба със закъснител, тъй като разпадането на CFC не става веднага, а след десетки и стотици години, така че последствията от замърсяването ще засегнат атмосферата много дълго време. Освен това, ако се задържат дълго време, хлорфлуорвъглеводородите могат да достигнат до всяка, дори и най-отдалечената точка в атмосферата, и следователно това е заплаха в глобален мащаб. Дойде време за съгласувани политически решения.

През 1985 г. с участието на 44 държави във Виена е разработена и приета конвенция за опазване на озоновия слой, което стимулира нейното цялостно проучване. Въпросът какво да правим с CFC обаче все още остава открит. Беше невъзможно да оставим въпроса да се развие според принципа „ще се реши сам“, но също така е невъзможно да се забрани производството на тези вещества за една нощ без огромни щети за икономиката. Изглежда, че има просто решение: необходимо е да се заменят CFC с други вещества, които могат да изпълняват същите функции (например в хладилни агрегати) и в същото време са безвредни или поне по-малко опасни за озона. Но го вдъхнете живот прости решениячесто е много трудно. Не само създаването на такива вещества и установяването на тяхното производство изисква огромни капиталовложения и време, необходими са критерии за оценка на въздействието на всяко от тях върху атмосферата и климата.

Теоретиците отново са в светлината на прожекторите. D. Webbles от Националната лаборатория в Ливърмор предложи да се използва потенциалът за изчерпване на озоновия слой за тази цел, което показа колко по-силно (или по-слабо) молекула на заместително вещество влияе върху атмосферния озон, отколкото молекула на CFCl3 (фреон-11). По това време също беше добре известно, че температурата на повърхностния слой на въздуха значително зависи от концентрацията на определени газови примеси (те се наричаха парникови газове), предимно въглероден диоксид CO2, водна пара H2O, озон и др. CFC и много техни потенциални заместители. Измерванията показват, че по време на индустриалната революция средната годишна глобална температура на повърхностния слой въздух се е увеличила и продължава да се повишава, а това показва значителни и не винаги желани промени в климата на Земята. За да се постави тази ситуация под контрол, наред с озоноразрушаващия потенциал на дадено вещество, беше взет предвид и неговият потенциал за глобално затопляне. Този индекс показва колко по-силно или по-слабо изследваното съединение влияе на температурата на въздуха от същото количество въглероден диоксид. Изчисленията показват, че CFC и алтернативните вещества имат много висок потенциал за глобално затопляне, но тъй като техните атмосферни концентрации са много по-ниски от концентрациите на CO2, H2O или O3, общият им принос към глобалното затопляне остава незначителен. За момента...

Таблици с изчислени потенциали за изчерпване на озоновия слой и потенциали за глобално затопляне на хлорфлуорвъглеводороди и техните възможни заместители формират основата за международни решения за намаляване и впоследствие забрана на производството и употребата на много CFC (Монреалски протокол от 1987 г. и неговите по-късни изменения). Може би експертите, събрани в Монреал, не биха били толкова единодушни (в края на краищата членовете на протокола се основават на „измислици“ на теоретици, които не са потвърдени от естествени експерименти), но друг заинтересован „човек“ се изказа в полза на подписването на този документ - самата атмосфера.

Съобщението за откриването от британски учени в края на 1985 г. на „озонова дупка“ над Антарктида стана, не без участието на журналисти, сензацията на годината, а реакцията на световната общественост на това съобщение най-лесно може да се определи характеризиращ се с едно накратко- шок. Едно е, когато заплахата от унищожаване на озоновия слой съществува само в далечното бъдеще, а друго е, когато всички сме изправени пред свършен факт. Нито обикновените хора, нито политиците, нито теоретиците бяха готови за това.

Бързо стана ясно, че нито един от съществуващите модели не може да възпроизведе толкова значително намаляване на нивата на озон. Това означава, че някои важни природни явления или не са били взети под внимание, или са били подценени. Скоро полеви проучвания, проведени в рамките на програмата за изучаване на антарктическия феномен, установиха, че важна роля за образуването на „озоновата дупка“, наред с обикновените (газофазови) атмосферни реакции, играят особеностите на пренос на атмосферен въздух в антарктическата стратосфера (почти пълната му изолация през зимата от останалата част от атмосферата), както и по това време малко проучени хетерогенни реакции (реакции на повърхността на атмосферните аерозоли - прахови частици, сажди, ледени късове, водни капки и др.). Само вземането под внимание на горните фактори направи възможно постигането на задоволително съответствие между резултатите от модела и данните от наблюденията. А уроците, предадени от антарктическата „озонова дупка“, сериозно повлияха на по-нататъшното развитие на атмосферната химия.

Първо, беше даден рязък тласък за подробно изследване на хетерогенни процеси, протичащи по закони, различни от тези, които определят газофазните процеси. Второ, имаше ясното осъзнаване, че в сложна системаКаквато е атмосферата, поведението на нейните елементи зависи от цял ​​комплекс от вътрешни връзки. С други думи, съдържанието на газове в атмосферата се определя не само от интензивността на химичните процеси, но и от температурата на въздуха, преноса на въздушни маси и характеристиките на аерозолното замърсяване. различни частиатмосфера и др. От своя страна радиационното нагряване и охлаждане, които формират температурното поле на стратосферния въздух, зависят от концентрацията и пространственото разпределение на парниковите газове, а следователно и от атмосферните динамични процеси. И накрая, неравномерното радиационно нагряване на различни зони на земното кълбо и части от атмосферата генерира движения на атмосферния въздух и контролира тяхната интензивност. По този начин неуспехът да се вземе предвид каквато и да е обратна връзка в моделите може да бъде изпълнен с опасност големи грешкив получените резултати (въпреки че, нека отбележим мимоходом, прекомерното усложняване на модела без спешна нужда е толкова неуместно, колкото и стрелбата с оръдия по известни представители на птиците).

Ако връзката между температурата на въздуха и неговия газов състав беше взета предвид в двуизмерните модели през 80-те години, тогава използването на триизмерни модели на общата атмосферна циркулация за описание на разпределението на атмосферните примеси стана възможно благодарение на компютърния бум едва през 90-те години. Първите такива модели на обща циркулация са използвани за описание на пространственото разпределение на химически пасивни вещества - маркери. По-късно, поради недостатъчната оперативна памет на компютрите, химичните процеси бяха определени само с един параметър - времето на престой на примеса в атмосферата и едва сравнително наскоро блоковете от химически трансформации станаха пълноценни части от триизмерни модели. Въпреки че все още остават трудности при представянето на атмосферните химични процеси в детайли в 3D модели, те вече не изглеждат непреодолими и най-добрите 3D модели включват стотици химични реакции, заедно с действителния климатичен транспорт на въздуха в глобалната атмосфера.

В същото време широко приложение модерни моделиизобщо не поставя под въпрос полезността на по-простите, обсъдени по-горе. Добре известно е, че колкото по-сложен е моделът, толкова по-трудно е да се отдели „сигнала“ от „шума на модела“, да се анализират получените резултати, да се идентифицират основните причинно-следствени механизми и да се оцени влиянието на определени явления върху крайния резултат (и следователно целесъобразността да бъдат взети предвид в модела). И тук по-простите модели служат като идеална тестова площадка; те позволяват да се получат предварителни оценки, които по-късно се използват в триизмерни модели, да се изследват нови природни явления преди включването им в по-сложни и т.н.

Бързият научен и технологичен прогрес породи още няколко области на изследване, по един или друг начин свързани с атмосферната химия.

Сателитен мониторинг на атмосферата.Когато беше установено редовно актуализиране на базата данни от сателити, за повечето основни компонентиатмосфери, покриващи почти цялото земно кълбо, имаше нужда от подобряване на методите за обработката им. Това включва филтриране на данни (отделяне на сигнал и грешки при измерване) и възстановяване вертикални профиликонцентрации на примеси въз основа на общото им съдържание в атмосферния стълб и интерполация на данни в тези области, където директните измервания са невъзможни по технически причини. В допълнение, сателитният мониторинг се допълва от експедиции на самолети, които са планирани за решаване на различни проблеми, например в тропическия Тихи океан, Северния Атлантик и дори в лятната стратосфера на Арктика.

Важна част от съвременните изследвания е асимилацията (усвояването) на тези бази данни в модели с различна сложност. В този случай параметрите се избират въз основа на условието за най-голяма близост между измерените и моделните стойности на съдържанието на примеси в точки (региони). По този начин се проверява качеството на моделите, както и екстраполацията на измерените стойности извън регионите и периодите на измерване.

Оценка на концентрациите на краткотрайни атмосферни замърсители. Атмосферните радикали, които играят ключова роля в атмосферната химия, като хидроксил OH, перхидроксил HO2, азотен оксид NO, атомен кислород във възбудено състояние O (1D) и др., имат най-голяма химична реактивност и следователно много малка ( няколко секунди или минути) „живот“ в атмосферата. Следователно измерването на такива радикали е изключително трудно и реконструкцията на тяхното съдържание във въздуха често се извършва с помощта на моделни взаимоотношения между химическите източници и поглътители на тези радикали. За дълго времеинтензитетите на източниците и поглътителите бяха изчислени от моделни данни. С появата на подходящи измервания стана възможно въз основа на тях да се реконструират радикални концентрации, като същевременно се подобряват моделите и се разширява информацията за газовия състав на атмосферата.

Реконструкция на газовия състав на атмосферата в прединдустриалния период и по-ранните епохи на Земята.Благодарение на измервания в ледени ядра на Антарктика и Гренландия, чиято възраст варира от стотици до стотици хиляди години, станаха известни концентрациите на въглероден диоксид, азотен оксид, метан, въглероден оксид, както и температурата от онези времена . Моделна реконструкция на състоянието на атмосферата в тези епохи и сравнението й с настоящата позволява да се проследи еволюцията на земната атмосфера и да се оцени степента на човешкото въздействие върху околната среда.

Оценка на интензивността на източниците на най-важните компоненти на въздуха.Систематичните измервания на съдържанието на газове в повърхностния въздух, като метан, въглероден окис и азотни оксиди, станаха основа за решаване на обратния проблем: оценка на количеството емисии на газове от наземни източници в атмосферата въз основа на техните известни концентрации . За съжаление, само инвентаризацията на виновниците за всеобщата суматоха - фреоните - е сравнително проста задача, тъй като почти всички тези вещества нямат естествени източници и общото им количество, навлизащо в атмосферата, е ограничено от обема на тяхното производство. Останалите газове имат различни и сравними източници на енергия. Например, източник на метан са подгизнали райони, блата, нефтени кладенци, въглищна мина; това съединение се отделя от термитни колонии и дори е отпадъчен продукт от добитъка. Въглеродният окис навлиза в атмосферата като част от отработените газове, в резултат на изгаряне на гориво, както и по време на окисляването на метан и много други органични съединения. Директните измервания на емисиите на тези газове са трудни, но са разработени техники за предоставяне на оценки на глобалните източници на замърсяващи газове, които имат несигурност до последните годиние намалял значително, въпреки че остава голям.

Прогнозиране на промените в състава на атмосферата и климата на ЗемятаОтчитайки тенденциите - тенденции в съдържанието на атмосферни газове, оценки на техните източници, темпове на нарастване на населението на Земята, темпове на нарастване на производството на всички видове енергия и др. - специални групи от експерти създават и постоянно коригират сценарии за вероятни замърсяване на атмосферата през следващите 10, 30, 100 години. Въз основа на тях с помощта на модели се прогнозират възможни промени в газовия състав, температурата и атмосферната циркулация. По този начин е възможно предварително да откриете неблагоприятни тенденции в състоянието на атмосферата и да се опитате да ги отстраните. Антарктическият шок от 1985 г. не трябва да се повтаря.

Феномен парников ефектатмосфера

През последните години стана ясно, че аналогията между обикновена оранжерия и парниковия ефект на атмосферата не е съвсем правилна. В края на миналия век известният американски физик Ууд заменя оранжерията в лабораторен модел обикновено стъкловърху кварц и без да открива никакви промени във функционирането на оранжерията, показа, че въпросът не е в забавянето на топлинното излъчване на почвата от стъкло, предаващо слънчева радиация, ролята на стъклото в в такъв случайсе състои само от „прекъсване“ на турбулентния топлообмен между повърхността на почвата и атмосферата.

Парниковият (парников) ефект на атмосферата е нейната способност да предава слънчева радиация, но да задържа земната радиация, насърчавайки натрупването на топлина от земята. Земната атмосфера сравнително добре пропуска късовълновата слънчева радиация, която се поглъща почти напълно от земната повърхност. Нагряване поради абсорбция слънчева радиация, земната повърхност се превръща в източник на земна, предимно дълговълнова радиация, част от която отива в открития космос.

Ефект от повишаване на концентрацията на CO2

Учените и изследователите продължават да спорят за състава на така наречените парникови газове. Най-голям интерес в това отношение представлява ефектът от нарастващите концентрации на въглероден диоксид (CO2) върху парниковия ефект на атмосферата. Предполага се, че добре известната схема: „увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид засилва парниковия ефект, което води до затопляне на глобалния климат“ е изключително опростена и много далеч от реалността, тъй като най-важният „парников газ“ не е CO2 изобщо, но водна пара. В същото време има резерви, че концентрацията на водни пари в атмосферата се определя само от параметрите на климатична система, днес вече не издържа на критика, тъй като антропогенното въздействие върху глобалния воден цикъл е убедително доказано.

Като научни хипотези посочваме следните последици от предстоящия парников ефект. първо,Според най-разпространените оценки до края на 21 век съдържанието на CO2 в атмосферата ще се удвои, което неминуемо ще доведе до повишаване на средната глобална повърхностна температура с 3 - 5 o C. В същото време се очаква затопляне което да доведе до по-сухи лета в умерените ширини на Северното полукълбо.

второ,Предполага се, че такова увеличение на средната глобална повърхностна температура ще доведе до повишаване на нивото на Световния океан с 20 - 165 сантиметра поради термичното разширение на водата. Що се отнася до антарктическата ледена покривка, нейното унищожаване не е неизбежно, тъй като топенето изисква повече високи температури. Във всеки случай процесът на топене на антарктическия лед ще отнеме много дълго време.

Трето,Атмосферните концентрации на CO2 могат да имат много благоприятен ефект върху добивите. Резултатите от експериментите показват, че в условията на прогресивно увеличаване на съдържанието на CO2 във въздуха естествената и култивираната растителност ще достигне оптимално състояние; листната повърхност на растенията ще се увеличи, специфично теглосухото вещество на листата, средният размер на плодовете и броят на семената ще се увеличат, узряването на зърната ще се ускори и добивът им ще се увеличи.

четвърто,На високи географски ширини естествените гори, особено бореалните гори, могат да бъдат много чувствителни към температурните промени. Затоплянето може да доведе до рязко намаляване на площта на бореалните гори, както и до изместване на границата им на север; горите на тропиците и субтропиците вероятно ще бъдат по-чувствителни към промените в валежите, отколкото към температурата.

Светлинната енергия от слънцето прониква в атмосферата, абсорбира се от повърхността на земята и я нагрява. В този случай светлинната енергия се превръща в топлина, която се отделя под формата на инфрачервено или топлинно лъчение. Това инфрачервено лъчение, отразено от повърхността на земята, се абсорбира от въглеродния диоксид, като същевременно се нагрява и нагрява атмосферата. Това означава, че колкото повече въглероден диоксид има в атмосферата, толкова по-силно той влияе върху климата на планетата. Същото се случва и в оранжериите, поради което това явление се нарича парников ефект.

Ако така наречените парникови газове продължат да се движат със сегашната скорост, то през следващия век средната температура на Земята ще се повиши с 4 - 5 o C, което може да доведе до глобално затопляне на планетата.

Заключение

Промяната на отношението ви към природата не означава, че трябва да се откажете от технологичния прогрес. Спирането му няма да реши проблема, а само може да забави решаването му. Необходимо е упорито и търпеливо да се стремим към намаляване на емисиите чрез въвеждане на нови екологични технологии за пестене на суровини, потребление на енергия и увеличаване на броя на насажденията, провеждане на образователни дейности по отношение на екологичния мироглед на населението.

Например в САЩ едно от предприятията за производство на синтетичен каучук се намира в непосредствена близост до жилищни райони и това не предизвиква протест от жителите, тъй като те работят екологично чисти технологични схеми, които в миналото, със стари технологии, не са били чисти.

Това означава, че се нуждаем от строг подбор на технологии, които отговарят на най-строгите критерии; съвременните обещаващи технологии ще ни позволят да постигнем високо нивоекологичност на производството във всички сектори на промишлеността и транспорта, както и увеличаване на броя на зелените площи, засадени в индустриални зони и градове.

През последните години експериментът заема водеща позиция в развитието на атмосферната химия, а мястото на теорията е същото като в класическите, уважавани науки. Но все още има области, в които теоретичните изследвания остават приоритет: например, само моделни експерименти са в състояние да предскажат промени в състава на атмосферата или да оценят ефективността на ограничителните мерки, прилагани съгласно Монреалския протокол. Започвайки от решаването на важен, но частен проблем, днес атмосферната химия, в сътрудничество със сродни дисциплини, обхваща целия комплекс от проблеми в изучаването и опазването на околната среда. Може би можем да кажем, че първите години от развитието на атмосферната химия преминаха под мотото: "Не закъснявайте!" Стартовият прилив приключи, бягането продължава.

Разхождайки се през гора или поляна, едва ли си мислите, че сте... в земно-въздушна среда. Но точно така учените наричат ​​къщата за живи същества, която се образува от повърхността на земята и въздуха. Плувайки в река, езеро или море, вие попадате в водна среда- друг богато населен естествен дом. И когато помагате на възрастните да копаят почвата в градината, вие виждате почвената среда под краката си. Тук също има много, много различни жители. Да, около нас има три прекрасни къщи - три среда на живот, с който е неразривно свързана съдбата на по-голямата част от организмите, обитаващи нашата планета.

Животът във всяка среда има свои собствени характеристики. IN земно-въздушна средаима достатъчно кислород, но често няма достатъчно влага. Особено малко е в степите и пустините. Следователно растенията и животните от сухи места имат специални устройстваза добиване, съхранение и икономично използване на вода. Спомнете си само един кактус, който съхранява влагата в тялото си. Има значителни температурни промени в земно-въздушната среда, особено в райони със студени зими. В тези райони целият живот на организмите се променя забележимо през годината. Есенното падане на листата, заминаването на прелетните птици в по-топлите страни, промяната на козината на животните към по-дебела и по-топла - всичко това са адаптации на живите същества към сезонните промени в природата.

За животните, живеещи във всяка среда, движението е важен проблем. В среда земя-въздух можете да се движите по земята и във въздуха. И животните се възползват от това. Краката на някои са пригодени за бягане (щраус, гепард, зебра), други - за скачане (кенгуру, джербо). От всеки сто животински вида, живеещи в тази среда, 75 могат да летят. Това са повечето насекоми, птици и някои животни (прилепи).

IN водна среданещо и винаги има достатъчно вода. Температурата тук варира по-малко от температурата на въздуха. Но кислородът често не е достатъчен. Някои организми, като рибата пъстърва, могат да живеят само в богата на кислород вода. Други (шаран, каракуда, лин) могат да издържат на липса на кислород. През зимата, когато много резервоари са покрити с лед, рибата може да умре - масова смъртги от задушаване. За да може кислородът да проникне във водата, в леда се изрязват дупки.

Във водната среда има по-малко светлина, отколкото във въздушно-земната среда. В океаните и моретата на дълбочина под 200 м - царството на здрача, а още по-ниско - вечната тъмнина. Ясно е, че водните растения се срещат само там, където има достатъчно светлина. Само животните могат да живеят по-дълбоко. Те се хранят с мъртви останки на различни морски обитатели, които „падат“ от горните слоеве.

Най-забележимата характеристика на много водни животни е адаптацията им към плуване. Рибите, делфините и китовете имат перки. Моржовете и тюлените имат плавници. Бобрите, видрите, водните птици и жабите имат мембрани между пръстите на краката си. Плувните бръмбари имат плувни крака, които приличат на гребла.

Почвена среда- дом на много бактерии и протозои. Тук се намират и мицелите на гъбите и корените на растенията. Почвата е била обитавана и от различни животни - червеи, насекоми, животни, приспособени да копаят, като къртици. Обитателите на почвата намират в тази среда необходимите им условия – въздух, вода, минерални соли. Вярно е, че тук има по-малко кислород и повече въглероден диоксид, отколкото на чист въздух. И понякога има твърде много вода. Но температурата е по-равномерна, отколкото на повърхността. Но светлината не прониква дълбоко в почвата. Следователно животните, които го обитават, обикновено имат много малки очи или изобщо нямат зрителни органи. Обонянието и допирът им помагат.

Земно-въздушна среда

В тези рисунки се „срещнаха“ представители на различни местообитания. В природата те не биха могли да се съберат, защото много от тях живеят далеч един от друг, на различни континенти, в моретата, в сладките води...

Шампионът по скорост на полета сред птиците е бързият. 120 км в час е обичайната му скорост.

Колибритата махат с криле до 70 пъти в секунда, комарите - до 600 пъти в секунда.

Скоростта на полета на различните насекоми е както следва: за дантела - 2 км в час, за домашна муха- 7, г чефер- 11, за земна пчела - 18, а за ястребов молец - 54 км в час. Големите водни кончета, според някои наблюдения, достигат скорост до 90 км в час.

Нашите прилепи са малки на ръст. Но техните роднини, плодови прилепи, живеят в горещи страни. Достигат размах на крилете 170 см!

Големите кенгура правят скокове до 9, а понякога и до 12 м (Измерете това разстояние на пода в класната стая и си представете скок на кенгуру. Просто спира дъха!)

Гепардът е най-бързокракото животно. Достига скорост до 110 км в час. Щраусът може да тича със скорост до 70 км/ч, като прави стъпки от 4-5 м.

Водна среда

Рибите и раците дишат през хрилете. Това са специални органи, които извличат разтворения кислород от водата. Жабата, докато е под вода, диша през кожата си. Но животните, които са усвоили водната среда, дишат с белите си дробове, издигайки се до повърхността на водата, за да вдишат. Водните бръмбари се държат по подобен начин. Само те, като другите насекоми, нямат бели дробове, а специални дихателни тръби- трахея.

Почвена среда

Структурата на тялото на къртицата, зокора и къртицата предполага, че всички те са обитатели на почвената среда. Предните крака на къртицата и зокор са основният инструмент за копаене. Те са плоски, като лопати, с много големи нокти. Но къртичият плъх има обикновени крака, той захапва почвата с мощните си предни зъби (за да предотврати попадането на пръст в устата, устните я затварят зад зъбите!). Тялото на всички тези животни е овално и компактно. С такова тяло е удобно да се движите през подземни проходи.

Тествайте знанията си

1. Избройте местообитанията, с които се запознахте в клас.
2. Какви са условията на живот на организмите в земно-въздушна среда?
3. Опишете условията на живот във водната среда.
4. Какви са характеристиките на почвата като местообитание?
5. Дайте примери за приспособяване на организмите към живот в различни среди.

Мисля!

1. Обяснете какво е показано на картинката. В каква среда според вас живеят животните, чиито части от тялото са показани на снимката? Можете ли да назовете тези животни?
2. Защо в океана големи дълбочиниСамо животни ли има?

Има земно-въздушни, водни и почвени местообитания. Всеки организъм е приспособен за живот в определена среда.

Лекция 3 ХАБИТАТ И ТЕХНИТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (2 часа)

1. Водно местообитание

2. Наземно-въздушно местообитание

3. Почвата като местообитание

4.Организмът като среда на живот

В ход историческо развитиеживите организми са усвоили четири местообитания. Първият е водата. Животът се заражда и развива във вода в продължение на много милиони години. Вторият - наземно-въздушен - растенията и животните са възникнали на сушата и в атмосферата и бързо са се адаптирали към новите условия. Постепенно трансформирайки горния слой на земята - литосферата, те създадоха трето местообитание - почвата, а самите те станаха четвъртото местообитание.

Воден хабитат - хидросфера

Екологични групи хидробионти.Топлите морета и океани (40 000 вида животни) в екватора и тропиците се характеризират с най-голямо разнообразие на живот; на север и юг флората и фауната на моретата са изчерпани стотици пъти. Що се отнася до разпределението на организмите директно в морето, по-голямата част от тях са концентрирани в повърхностните слоеве (епипелагични) и в сублиторалната зона. В зависимост от начина на движение и престой в определени слоеве, морските обитатели се разделят на три екологични групи: нектон, планктон и бентос.

Нектон(nektos - плаващ) - активно движещи се големи животни, които могат да преодолеят дълги разстояния и силни течения: риби, калмари, перконоги, китове. В сладките водоеми нектонът включва земноводни и много насекоми.

Планктон(planktos - блуждаещ, реещ се) - съвкупност от растения (фитопланктон: диатомеи, зелени и синьо-зелени (само сладководни тела) водорасли, растителни камшичести, перидинеи и др.) и малки животински организми (зоопланктон: малки ракообразни, от по-големи - птероподи, мекотели, медузи, гребени, някои червеи), живеещи на различни дълбочини, но неспособни на активно движение и устойчивост на течения. Планктонът включва и животински ларви, образуващи специална група - нейстон. Това е пасивно плаваща „временна“ популация на най-горния слой вода, представена от различни животни (десетоноги, раконоги и копеподи, бодлокожи, полихети, риби, мекотели и др.) в стадий на ларви. Ларвите, израствайки, се преместват в долните слоеве на пелагела. Над неустона е плейстон – това са организми, в които горна частТялото расте над водата, а долната расте във вода (водна леща - Lemma, сифонофори и др.). Планктонът играе важна роля в трофичните връзки на биосферата, т.к е храна за много водни обитатели, включително основна храна за усати китове (Myatcoceti).

Бентос(бентос – дълбочина) – дънни хидробионти. Представен е предимно от прикрепени или бавно движещи се животни (зообентос: фораминефори, риби, гъби, кишечнополостни, червеи, брахиоподи, асцидии и др.), по-многобройни в плитки води. В плитките води бентосът включва и растения (фитобентос: диатомеи, зелени, кафяви, червени водорасли, бактерии). На дълбочини, където няма светлина, фитобентосът отсъства. По бреговете има цъфтящи растения от зостер, рупия. Скалистите участъци на дъното са най-богати на фитобентос.

В езерата зообентосът е по-малко изобилен и разнообразен, отколкото в морето. Образува се от протозои (ресничести, дафнии), пиявици, мекотели, ларви на насекоми и др. Фитобентосът на езерата се образува от свободно плаващи диатомеи, зелени и синьо-зелени водорасли; отсъстват кафяви и червени водорасли.

Вкореняващите се крайбрежни растения в езерата образуват ясно очертани пояси, чийто видов състав и вид са съобразени с условията на околната среда в граничната зона земя-вода. Във водата близо до брега растат хидрофити - растения, полупотопени във вода (стрелка, белокрилка, тръстика, рогоз, острица, трихети, тръстика). Те са заменени от хидатофити - растения, потопени във вода, но с плаващи листа (лотос, водна леща, яйчни капсули, чилим, такла) и - по-нататък - напълно потопени (езерниче, елодея, хара). Хидатофитите също включват растения, плаващи на повърхността (водна леща).

Високата плътност на водната среда определя специалния състав и характер на промените в жизненоважните фактори. Някои от тях са същите като на сушата - топлина, светлина, други са специфични: водно налягане (увеличава се с дълбочина с 1 atm на всеки 10 m), съдържание на кислород, солев състав, киселинност. Поради високата плътност на околната среда, стойностите на топлината и светлината се променят много по-бързо с градиент на надморска височина, отколкото на сушата.

Термичен режим. Водната среда се характеризира с по-малко натрупване на топлина, т.к значителна част от него се отразява и също толкова значителна част се изразходва за изпаряване. В съответствие с динамиката на температурите на сушата, температурите на водата показват по-малки колебания в дневните и сезонните температури. Освен това резервоарите значително изравняват температурата в атмосферата на крайбрежните райони. При липса на ледена обвивка, моретата имат затоплящ ефект върху съседните земни площи през студения сезон и охлаждащ и овлажняващ ефект през лятото.

Диапазонът на температурите на водата в Световния океан е 38° (от -2 до +36°C), в пресните водоеми – 26° (от -0,9 до +25°C). С дълбочината температурата на водата рязко пада. До 50 m има дневни колебания на температурата, до 400 - сезонни, по-дълбоко тя става постоянна, падайки до +1-3 ° C (в Арктика е близо до 0 ° C). Тъй като температурен режимв резервоарите е относително стабилен; техните обитатели се характеризират със стенотермизъм. Незначителните температурни колебания в една или друга посока са придружени от значителни промени във водните екосистеми.

Примери: „биологичен взрив“ в делтата на Волга поради понижаване на нивото на Каспийско море - разпространението на лотосови гъсталаци (Nelumba kaspium), в южната част на Приморие - свръхрастежът на бяла муха в старицата (Комаровка, Илистая и др. .) по чиито брегове е изсечена и опожарена дървесна растителност.

Поради различната степен на нагряване на горните и долните слоеве през годината, приливи и отливи, течения и бури, възниква постоянно смесване на водните слоеве. Ролята на смесването на водата за водните обитатели (водните организми) е изключително важна, т.к това изравнява разпределението на кислорода и хранителни веществавътре в резервоарите, осигуряващи метаболитни процеси между организмите и околната среда.

Лек режим.Интензитетът на светлината във водата е силно отслабен поради отразяването й от повърхността и поглъщането от самата вода. Това силно влияе върху развитието на фотосинтезиращите растения. Колкото по-малко прозрачна е водата, толкова повече светлина се абсорбира. Прозрачността на водата е ограничена от минерални суспензии и планктон. Той намалява с бързото развитие на малките организми през лятото, а в умерените и северните ширини дори през зимата, след установяването на ледената покривка и покриването й със сняг отгоре.

В океаните, където водата е много прозрачна, 1% от светлинната радиация прониква до дълбочина 140 m, а в малките езера на дълбочина 2 m проникват само десети от процента. Лъчите от различните части на спектъра се абсорбират по различен начин във водата; червените лъчи се абсорбират първи. С дълбочина става по-тъмен, а цветът на водата първо става зелен, след това син, индиго и накрая синьо-виолетов, преминавайки в пълен мрак. Хидробионтите също променят цвета си съответно, като се адаптират не само към състава на светлината, но и към нейната липса - хроматична адаптация. В светлите зони, в плитките води, преобладават зелените водорасли (Chlorophyta), чийто хлорофил абсорбира червените лъчи, с дълбочина те се заменят с кафяви (Phaephyta) и след това червени (Rhodophyta). На големи дълбочини фитобентосът отсъства.

Растенията са се адаптирали към липсата на светлина чрез развитие на големи хроматофори, които осигуряват ниска точка на компенсация за фотосинтезата, както и чрез увеличаване на площта на асимилиращите органи (индекс на листната повърхност). Дълбоководните водорасли се характеризират със силно разчленени листа и тънки, полупрозрачни листни остриета. Полупотопените и плаващи растения се характеризират с хетерофилност - листата над водата са същите като тези на сухоземните растения, имат твърдо острие, устичният апарат е развит, а във водата листата са много тънки, състоящи се от тесни нишковидни дялове.

Хетерофилия:яйчени капсули, водни лилии, лист стрела, чилим (воден кестен).

Животните, подобно на растенията, естествено променят цвета си с дълбочина. В горните слоеве те са ярко оцветени различни цветове, в зоната на здрача (лаврак, корали, ракообразни) са боядисани в цветове с червен нюанс - по-удобно е да се скриете от врагове. Дълбоководните видове нямат пигменти.

Характерните свойства на водната среда, различна от сушата, са високата плътност, подвижността, киселинността и способността за разтваряне на газове и соли. За всички тези условия хидробионтите исторически са развили подходящи адаптации.

2. Наземно-въздушно местообитание

В хода на еволюцията тази среда се е развила по-късно от водната. Неговата особеност е, че е газообразен, поради което се характеризира с ниска влажност, плътност и налягане и високо съдържание на кислород. В хода на еволюцията живите организми са развили необходимите анатомични, морфологични, физиологични, поведенчески и други адаптации.

Животните в наземно-въздушната среда се движат по почвата или във въздуха (птици, насекоми), а растенията се вкореняват в почвата. В тази връзка животните са развили бели дробове и трахея, а растенията са развили устичен апарат, т.е. органи, с които сухоземните жители на планетата усвояват кислород директно от въздуха. Скелетните органи са силно развити, осигурявайки автономност на движението по сушата и поддържайки тялото с всичките му органи в условия на ниска плътност на околната среда, хиляди пъти по-малка от водата. Екологичните фактори в земно-въздушната среда се различават от другите местообитания по високата интензивност на светлината, значителните колебания в температурата и влажността на въздуха, връзката на всички фактори с географското местоположение, промяната на сезоните и времето на деня. Техните ефекти върху организмите са неразривно свързани с движението на въздуха и положението спрямо моретата и океаните и са много различни от ефектите във водната среда (Таблица 1).

Условия на местообитание за въздушни и водни организми

(според D.F. Mordukhai-Boltovsky, 1974)

Сухоземните животни и растения са развили свои собствени, не по-малко оригинални адаптации към неблагоприятните фактори на околната среда: сложната структура на тялото и неговата обвивка, периодичността и ритъма на жизнените цикли, механизмите на терморегулация и др. Целенасочената мобилност на животните в търсене на храна има развити, пренасяни от вятъра спори, семена и прашец, както и растения и животни, чийто живот е изцяло свързан с въздуха. Създадена е изключително тясна функционална, ресурсна и механична връзка с почвата.

Много от адаптациите бяха обсъдени по-горе като примери за характеризиране на абиотичните фактори на околната среда. Затова няма смисъл да се повтаряме сега, тъй като ще се върнем към тях в практическите занятия.