Околната среда на земята е най-трудна по отношение на условията на околната среда. Животът на сушата изискваше такива адаптации, които бяха възможни само при достатъчно високо ниво на организация на растенията и животните.

4.2.1. Въздухът като фактор на околната среда за сухоземните организми

Ниската плътност на въздуха определя неговото слабо повдигане и незначителна полемика. Обитателите на въздушната среда трябва да имат собствена система за поддържане, поддържаща тялото: растения - различни механични тъкани, животни - твърд или, много по-рядко, хидростатичен скелет. Освен това всички обитатели на въздушната среда са тясно свързани с повърхността на земята, която им служи за прикрепване и поддръжка. Суспендираният живот във въздух е невъзможен.

Вярно е, че много микроорганизми и животни, спори, семена, плодове и цветен прашец на растенията редовно присъстват във въздуха и се носят от въздушни течения (фиг. 43), много животни са способни на активен полет, но при всички тези видове основната функция на техния жизнен цикъл - възпроизводството - се изпълнява на повърхността на земята. За повечето от тях престоят във въздуха е свързан само с уреждане или търсене на плячка.

Фигура: 43. Разпределение на членестоногите от въздушен планктон по височина (според Dajo, 1975 г.)

Ниската плътност на въздуха води до ниска устойчивост на движение. Следователно много сухоземни животни са използвали в хода на еволюцията екологичните ползи от това свойство на въздуха, придобивайки способността да летят. 75% от видовете на всички сухоземни животни, основно насекоми и птици, са способни на активен полет, но листовки се срещат и сред бозайници и влечуги. Сухопътните животни летят главно с помощта на мускулни усилия, но някои могат да се плъзгат, използвайки въздушни течения.

Поради подвижността на въздуха, вертикалните и хоризонтални движения на въздушните маси, съществуващи в долните слоеве на атмосферата, е възможен пасивният полет на редица организми.

Anemophilia - най-старият метод за опрашване на растенията. Всички фитосперми се опрашват от вятъра, а сред покритосеменните растения анемофилните растения съставляват около 10% от всички видове.

Анемофилията се наблюдава в семействата на бук, бреза, орех, бряст, коноп, коприва, казуарин, димка, осока, зърнени култури, палми и много други. Опиляваните от вятъра растения имат редица адаптации, които подобряват аеродинамичните свойства на техния прашец, както и морфологични и биологични характеристики, които гарантират ефективността на опрашването.

Животът на много растения е напълно зависим от вятъра и заселването се извършва с негова помощ. Такава двойна зависимост се наблюдава при смърчове, борове, тополи, брези, брястове, ясен, памучна трева, котки, саксаули, джузгуни и др.

Много видове са се развили anemochoria- преселване с помощта на въздушни течения. Анемохорията е характерна за спорите, семената и плодовете на растенията, кистите от най-обикновени, малки насекоми, паяци и др. Организмите, пасивно пренасяни от въздушните течения, се наричат \u200b\u200bколективно. въздушен планктон по аналогия с планктонни обитатели на водната среда. Специални адаптации за пасивен полет са много малки размери на тялото, увеличаване на неговата площ поради израстъци, силна дисекция, голяма относителна повърхност на крилата, използване на паяжини и др. (Фиг. 44). Анемохоралните семена и плодовете на растенията също имат или много малки размери (например орхидееви семена), или разнообразие от птеригоидни и парашутни придатъци, които увеличават способността им да се плъзгат (фиг. 45).

Фигура: 44. Адаптиране на въздушния транспорт за насекоми:

1 - комар Cardiocrepis brevirostris;

2 - жлъчен мост Porrycordila sp .;

3 - Hymenoptera Anargus fuscus;

4 - Hermes Dreyfusia nordmannianae;

5 - ларвата на циганския молец Lymantria dispar

Фигура: 45. Приспособления за вятърния транспорт в плодове и семена на растения:

1 - липа Tilia intermedia;

2 - клен Acer monspessulanum;

3 - бреза Betula pendula;

4 - памучна трева Eriophorum;

5 - глухарче Taraxacum officinale;

6 - котешка Typha scuttbeworhii

При разпръскването на микроорганизми, животни и растения основната роля се играе от вертикални конвекционни въздушни течения и слаби ветрове. Силните ветрове, бури и урагани също имат значително въздействие върху околната среда върху земните организми.

Ниската плътност на въздуха води до сравнително ниско налягане на сушата. Обикновено тя е 760 mm Hg. Изкуство. Налягането намалява с увеличаване на надморската височина. На 5800 м е само половината от нормата. Ниското налягане може да ограничи разпространението на видове в планините. За повечето гръбначни животни горната граница на живота е около 6000 м. Понижението на налягането води до намаляване на доставката на кислород и дехидратация на животните поради увеличаване на дихателната честота. Приблизително същите са границите на напредването на висшите растения в планините. Членестоногите (изворни клещи, кърлежи, паяци), които могат да бъдат намерени на ледници над растителността, са малко по-издръжливи.

По принцип всички сухоземни организми са много по-стенобатни от водните, тъй като обичайните колебания на налягането в тяхната среда съставляват части от атмосферата и дори за птиците, които се издигат на големи височини, не надвишават 1/3 от нормалното.

Газов състав на въздуха.Освен физичните свойства на въздуха, неговите химични характеристики са изключително важни за съществуването на сухоземни организми. Газовият състав на въздуха в повърхностния 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 процента) поради високата дифузионна способност на газовете и постоянното смесване конвекция и вятърни потоци. Въпреки това, различни примеси от газообразни, капково-течни и твърди частици (прах), влизащи в атмосферата от местни източници, могат да имат значително значение за околната среда.

Високото съдържание на кислород насърчава увеличаването на метаболизма на сухоземните организми в сравнение с първичните водни организми. Именно в земната среда, въз основа на високата ефективност на окислителните процеси в организма, възниква хомеотермията на животните. Кислородът, поради постоянно високото си съдържание във въздуха, не е фактор, ограничаващ живота в земна среда. Само на места, при специфични условия, той временно има дефицит, например, при натрупвания на разлагащи се растителни остатъци, запаси от зърно, брашно и др.

Съдържанието на въглероден диоксид може да варира в определени области на повърхностния въздушен слой в доста значителни граници. Например при липса на вятър в центъра на големите градове концентрацията му се увеличава десетократно. Дневните промени в съдържанието на въглероден диоксид в повърхностните слоеве, свързани с ритъма на фотосинтезата на растенията, са естествени. Сезонните се причиняват от промени в интензивността на дишането на живите организми, главно на микроскопичната популация на почвите. Повишеното насищане на въздуха с въглероден диоксид възниква в зони на вулканична активност, в близост до термални извори и други подземни изходи на този газ. Във високи концентрации въглеродният диоксид е токсичен. В природата такива концентрации са редки.

В природата основният източник на въглероден диоксид е така нареченото почвено дишане. Почвените микроорганизми и животни дишат много интензивно. Въглеродният диоксид дифундира от почвата в атмосферата, особено когато вали. Голяма част от него се отделя от умерено влажни почви, добре затоплени, богати на органични остатъци. Например почвата на букова гора отделя CO 2 от 15 до 22 кг / ха на час, а неоплодена пясъчна почва само 2 кг / дка.

В съвременните условия човешките дейности за изгаряне на запаси от изкопаеми горива са се превърнали в мощен източник на допълнителни количества CO 2 в атмосферата.

За повечето обитатели на земната среда въздушният азот е инертен газ, но редица прокариотни организми (възлови бактерии, азотобактер, клостридии, синьозелени водорасли и др.) Имат способността да го свързват и да го включват в биологичния цикъл.

Фигура: 46. Планински склон с унищожена растителност поради емисии на серен диоксид от близките промишлени предприятия

Местните примеси, изпускани във въздуха, също могат да повлияят значително на живите организми. Това се отнася особено за отровни газообразни вещества - метан, серен оксид, въглероден оксид, азотен оксид, сероводород, хлорни съединения, както и частици прах, сажди и др., Запушващи въздуха в индустриални зони. Основният съвременен източник на химическо и физическо замърсяване на атмосферата е антропогенен: работата на различни индустриални предприятия и транспорт, ерозия на почвата и др. Серовият оксид (SO 2), например, е отровен за растенията дори в концентрации от една петдесет хилядна до една милионна част от обема на въздуха. Почти цялата растителност загива около индустриални центрове, които замърсяват атмосферата с този газ (фиг. 46). Някои видове растения 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. Тяхното присъствие в горите около големите градове свидетелства за високата чистота на въздуха. Устойчивостта на растенията срещу примеси във въздуха се взема предвид при избора на видове за озеленяване на селища. Чувствителен към дима, например смърч и бор, клен, липа, бреза. Най-устойчиви са туя, канадска топола, американски клен, бъз и някои други.

4.2.2. Почва и релеф. Времето и климатичните особености на наземно-въздушната среда

Едафични фактори на околната среда.Свойствата на почвата и на терена също влияят на условията на живот на земните организми, предимно на растенията. Свойствата на земната повърхност, които имат екологично въздействие върху обитателите й, са обединени от името едафични фактори на околната среда (от гръцкото „едафос“ - основа, почва).

Характерът на кореновата система на растенията зависи от хидротермалния режим, аерирането, конституцията, състава и структурата на почвата. Например, кореновите системи от дървесни видове (бреза, лиственица) в райони с вечна замръзване са разположени на малка дълбочина и се разпространяват в широчина. Там, където няма вечна замръзване, кореновите системи на същите растения са по-малко разширени и проникват по-дълбоко. В много степни растения корените могат да получават вода от голяма дълбочина, в същото време те имат и много повърхностни корени в хумусния хоризонт на почвата, откъдето растенията усвояват елементи от минералното хранене. На влажна, слабо аерирана почва в мангровите гори много видове имат специални дихателни корени - пневматофори.

Редица екологични групи растения могат да бъдат разграничени по отношение на различните свойства на почвите.

И така, според реакцията на киселинността на почвата, те се разграничават: 1) ацидофилнивидове - растат на кисели почви с рН по-ниско от 6,7 (растения сфагнум блато, белокрилки); 2) неутрофилен -гравитира към почви с рН 6,7–7,0 (повечето култивирани растения); 3) basiphilic- растат при рН повече от 7,0 (мордовник, горски анемон); 4) безразличен -може да расте на почви с различни стойности на рН (момина сълза, овчарска власинка).

По отношение на брутния състав на почвата има: 1) олиготрофнирастения, които се задоволяват с малко количество пепелни елементи (шотландски бор); 2) еутрофни,тези, които се нуждаят от голям брой елементи от пепел (дъб, обикновена хрема, многогодишен лесовъд); 3) мезотрофни,изискващи умерено количество пепелни елементи (обикновена смърч).

Nitrophils- растения, които предпочитат богати на азот почви (жилава коприва).

Солените почвени растения съставляват група halophytes(salleros, sarsazan, kokpek).

Някои видове растения са ограничени до различни субстрати: petrophytesрастат на скалисти почви и psammophytesнаселяват насипни пясъци.

Теренът и естеството на земята влияят върху спецификата на движението на животните. Например, копитни животни, щрауси и гъсталаци, които живеят в открити пространства, се нуждаят от солидна основа, за да засилят отблъскването при бързо бягане. При гущерите, живеещи на насипни пясъци, пръстите са оградени с ресни от рогови люспи, което увеличава повърхността на опората (фиг. 47). За сухоземните обитатели, които копаят дупки, гъстите почви са неблагоприятни. Характерът на почвата в някои случаи се отразява на разпространението на сухоземни животни, ровене, заравяне в земята, за да се спасят от топлината или хищниците, или снасяне на яйца в почвата и т.н.

Фигура: 47. Гек с нокти с пръсти - обитател на пясъците от Сахара: А - гекен с пръсти с пръсти; B - крак гекони

Метеорологични характеристики.Условията на живот в околната среда на земята и въздуха са сложни, в допълнение, промените във времето.Метеорологично време - това е непрекъснато променящо се състояние на атмосферата близо до земната повърхност до над 20 км надморска височина (границата на тропосферата). Променливостта на времето се проявява в постоянното изменение на комбинацията от такива фактори на околната среда като температура на въздуха и влажност, облачност, валежи, сила на вятъра и посока и пр. За промените във времето, заедно с редовното им редуване в годишния цикъл, са характерни непериодични колебания, които значително усложняват условията на съществуване сухоземни организми. Времето засяга живота на водните обитатели в много по-малка степен и само върху популацията на повърхностните слоеве.

Климатът на района.Дългосрочният метеорологичен режим характеризира климатът на района. Понятието за климата включва не само средните стойности на метеорологичните явления, но и техните годишни и дневни изменения, отклонения от него и тяхната честота. Климатът се определя от географските условия на района.

Зоналното разнообразие на климата се усложнява от ефекта 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 зона, в много отношения подобна на промяната на зони от ниски ширини до високи ширини. Всичко това създава изключително разнообразие от условия на живот на сушата.

За повечето сухоземни организми, особено за малките, климатът в региона е не толкова важен, колкото условията на тяхното непосредствено местообитание. Много често местните елементи на околната среда (релеф, излагане, растителност и др.) Променят режима на температура, влажност, светлина, движение на въздуха в определен район по такъв начин, че да се различава значително от климатичните условия на района. Наричат \u200b\u200bсе такива локални климатични модификации, които се развиват в повърхностния въздушен слой микроклимат. Микроклимата е много разнообразна във всяка зона. Могат да се разграничат микроклимати на произволно малки райони. Например, в королата на цветята се създава специален режим, който се използва от насекоми, живеещи там. Широко известни са разликите в температурата, влажността на въздуха и силата на вятъра в открито пространство и в гората, в пасищата и над голите почвени площи, по склоновете на северното и южното изложение и др. затворени места.

Валежите.В допълнение към водоснабдяването и съхраняването на влага, те могат да играят друга екологична роля. По този начин силните проливни дъждове или градушка понякога имат механичен ефект върху растенията или животните.

Екологичната роля на снежната покривка е особено разнообразна. Дневните температурни колебания проникват в дебелината на снега само до 25 см, по-дълбоко температурата почти не се променя. При студове от -20-30 ° C под слой сняг от 30-40 см, температурата е само малко под нулата. Дълбоката снежна покривка предпазва пъпките от обновяване, предпазва зелените части на растенията от замръзване; много видове преминават под снега, без да хвърлят листата си, например, космат кори, Veronica officinalis, clefthoof и др.

Фигура: 48. Схема на телеметрично изследване на температурния режим на лешника, разположена в снежна дупка (според А. В. Андреев, А. В. Кречмар, 1976 г.)

Малките сухоземни животни също водят активен начин на живот през зимата, като поставят цели галерии от проходи под снега и в неговата дебелина. За редица видове, хранещи се със снежна растителност, е характерно дори размножаването през зимата, което е отбелязано например при леминги, дървесни и жълто-гърлени мишки, редица полевки, водни плъхове и др. фиг. 48).

Зимната снежна покривка пречи на големите животни да получават храна. Много копитни животни (елени, глигани, мускусни волове) се хранят изключително със снежна растителност през зимата, а дълбоката снежна покривка и особено твърда кора на повърхността й, която се появява в лед, ги обричат \u200b\u200bна липса на храна. По време на номадското говедовъдство в предреволюционна Русия, в южните райони беше огромно бедствие юта - масова смърт на добитък в резултат на лед, лишаване на животните от храна. Придвижването по насипно дълбок сняг също е трудно за животните. Лисиците, например, в снежни зими предпочитат райони в гората под гъста смърч, където слоят сняг е по-тънък и почти никога не излизат на открити поляни и горски ръбове. Дълбочината на снежната покривка може да ограничи географското разпространение на видовете. Например, истинските елени не проникват на север до онези райони, където дебелината на снега през зимата е повече от 40-50 cm.

Белотата на снежната покривка разкрива тъмните животни. При настъпване на сезонни промени в цвета на яребици и яребици, бял заек, горностай, костур, арктическа лисица, подборът за маскиране на фоновия цвят очевидно играе важна роля. На островите Командор, заедно с бели лисици, има много сини лисици. Според наблюденията на зоолозите последните се задържат главно в близост до тъмни скали и незамръзваща лента за сърф, докато белите предпочитат райони със снежна покривка.

Хабитат на наземния въздух

В хода на еволюцията тази среда е овладяна по-късно от водната. Факторите на околната среда в приземно-въздушната среда се различават от другите местообитания по силна светлинна интензивност, значителни колебания в температурата и влажността на въздуха, корелацията на всички фактори с географското местоположение, променящите се сезони 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 - вижте предишната лекция.

Газов състав на атмосферата също е важен климатичен фактор. Преди около 3-3,5 милиарда години атмосферата съдържа азот, амоняк, водород, метан и водна пара и в нея няма свободен кислород. Съставът на атмосферата до голяма степен се определя от вулканични газове.

В момента атмосферата е съставена предимно от азот, кислород и сравнително по-малко аргон и въглероден диоксид. Всички останали газове в атмосферата се съдържат само в следи. Относителното съдържание на кислород и въглероден диоксид е от особено значение за биотата.

Високото съдържание на кислород насърчава увеличаването на метаболизма на сухоземните организми в сравнение с първичните водни организми. Именно в земната среда, въз основа на високата ефективност на окислителните процеси в организма, възниква хомеотермията на животните. Кислородът, поради постоянно високото си съдържание във въздуха, не е фактор, ограничаващ живота в земна среда. Само на места, при специфични условия, той временно има дефицит, например, при натрупвания на разлагащи се растителни остатъци, запаси от зърно, брашно и др.

Съдържанието на въглероден диоксид може да варира в определени области на повърхностния въздушен слой в доста значителни граници. Например при липса на вятър в центъра на големите градове концентрацията му се увеличава десетократно. Ежедневните промени в съдържанието на въглероден диоксид в повърхностните слоеве, свързани с ритъма на фотосинтезата на растенията, и сезонни, причинени от промени в интензивността на дишането на живите организми, главно на микроскопичната популация на почвите, са естествени. Повишеното 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 оранжериите скоростта на фотосинтезата може да се увеличи чрез увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид; това се използва в практиката на оранжерийно и оранжерийно отглеждане.

Въздушният азот за повечето от обитателите на земната среда е инертен газ, но редица микроорганизми (възлови бактерии, азотобактер, клостридии, синьозелени водорасли и др.) Имат способността да го свързват и да го включват в биологичната циркулация.

Местните примеси, изпускани във въздуха, също могат да повлияят значително на живите организми. Това се отнася особено за отровни газообразни вещества - метан, серен оксид (IV), въглероден оксид (II), азотен оксид (IV), сероводород, хлорни съединения, както и частици прах, сажди и др., Запушващи въздуха в промишлени площи. Основният съвременен източник на химическо и физическо замърсяване на атмосферата е антропогенен: работата на различни индустриални предприятия и транспорт, почвена ерозия и др. Серен оксид (SO 2), например, е отровен за растенията дори в концентрации от една петдесет хилядна до една милионна част от обема на въздуха .. Някои видове растения са особено чувствителни към SO 2 и служат като чувствителен индикатор за натрупването му във въздуха (например лишеи.

Ниска плътност на въздуха определя неговото слабо повдигане и ниска опора. Обитателите на въздушната среда трябва да имат собствена система за поддържане, поддържаща тялото: растения - различни механични тъкани, животни - твърд или, много по-рядко, хидростатичен, скелет. Освен това всички обитатели на въздушната среда са тясно свързани с повърхността на земята, която им служи за прикрепване и поддръжка. Животът в окачване, във въздуха, е невъзможен. Вярно е, че много микроорганизми и животни, спори, семена и цветен прашец на растенията 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 техния жизнен цикъл - възпроизводството, се осъществява на повърхността на земята. За повечето от тях престоят във въздуха е свързан само с уреждане или търсене на плячка.

Вятър има ограничаващ ефект върху дейността и дори разпространението на организмите. Вятърът може дори да промени външния вид на растенията, особено в тези местообитания, например в алпийските зони, където други фактори имат ограничаващ ефект. В откритите планински местообитания вятърът ограничава растежа на растенията, което води до изкривяване на растенията от страна на вятъра. В допълнение, вятърът засилва изпарението при условия на ниска влажност. Има голямо значение бури, въпреки че действието им е чисто локално. Ураганите и обикновените ветрове са способни да транспортират животни и растения на дълги разстояния и по този начин да променят състава на общностите.

наляганеизглежда не е пряк ограничаващ фактор, но има пряко отношение към времето и климата, които имат пряк ограничаващ ефект. Ниската плътност на въздуха води до сравнително ниско налягане на сушата. Обикновено тя е равна на 760 mm Hg., Чл. С увеличаване на надморската височина налягането намалява. На 5800 м е само половината от нормата. Ниското налягане може да ограничи разпространението на видове в планините. За повечето гръбначни животни горната граница на живота е около 6000 м. Понижението на налягането води до намаляване на доставката на кислород и дехидратация на животните поради увеличаване на дихателната честота. Приблизително същите са границите на напредването на висшите растения в планината. Членестоногите (изворни клещи, кърлежи, паяци), които могат да бъдат намерени на ледници над растителността, са малко по-издръжливи.

По принцип всички сухоземни организми са много по-стенобатни от водните.

Санкт Петербургска държавна академия

Ветеринарна медицина.

Катедра по обща биология, екология и хистология.

Екология резюме по темата:

Земно-въздушна среда, нейните фактори

и адаптиране на организмите към тях "

Завършен: студент 1 курс

Oy група Pyatochenko N.L.

Проверено от: доцент на катедрата

Вахмистрова С.Ф.

Санкт Петербург

Въведение

Условията на живот (условия на съществуване) са набор от елементи, необходими на организма, с които той е неразривно свързан и без който 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, предоставя възможност за неговото съществуване, оцеляване и възпроизводство. Адаптацията се проявява на различни нива - от биохимията на клетките и поведението на отделните организми до структурата и функционирането на общностите и екосистемите. Адаптациите възникват и се променят по време на еволюцията на един вид.

Отделните свойства или елементи на околната среда, които влияят на организмите, се наричат \u200b\u200bфактори на околната среда. Факторите на околната среда са разнообразни. Те имат различно естество и специфичност на действието. Факторите на околната среда се разделят на две големи групи: абиотични и биотични.

Абиотични фактори Представлява комплекс от неорганични условия, които засягат пряко или косвено живите организми: температура, светлина, радиоактивно излъчване, налягане, влажност на въздуха, солен състав на водата и др.

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

В някои случаи антропогенните фактори се разграничават в независима група заедно с биотични и абиотични фактори, подчертавайки изключителния ефект 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 расте бързо.

Промените в факторите на околната среда във времето могат да бъдат:

1) редовно-постоянна, променяща силата на удара във връзка с 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 различните години, бури, валежи, кални потоци и др .;

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

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

1) като стимули, причиняващи адаптивни промени във физиологични и биохимични функции;

2) като ограничения, които правят невъзможно съществуването в данните

условия;

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

4) като сигнали, показващи промяна в други фактори.

Въпреки голямото разнообразие от фактори на околната среда, могат да бъдат разграничени редица общи модели в естеството на взаимодействието им с организмите и в отговорите на живите същества.

Интензитетът на екологичния фактор, най-благоприятен за жизнената дейност на организма, е оптималният, а този, който дава най-лош ефект, е песимумът, т.е. условия, при които жизнената активност на организма се инхибира максимално, но все пак може да съществува. Така че, когато отглеждате растения в различни температурни режими, 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 минимална до максимална), при който растежът все още е възможен, се нарича диапазон на стабилност (издръжливост) или толеранс. Точката, която го ограничава (т.е. минималните и максималните) използваеми температури, е границата на стабилност. Между оптималната зона и границата на устойчивост, когато се приближава до последната, растението изпитва нарастващ стрес, т.е. говорим за зони на стрес или зони на потискане, в рамките на устойчивостта

Зависимостта на действието на екологичния фактор от неговата интензивност (според В.А.Радкевич, 1977 г.)

Докато се движите нагоре и надолу по скалата, не само стресът се увеличава, но в крайна сметка, когато достигнете границите на стабилността на организма, настъпва неговата смърт. Подобни експерименти могат да бъдат проведени за тестване на влиянието на други фактори. Резултатите ще съответстват графично на крива от този тип.

Наземна среда на живот, неговите характеристики и форми на приспособяване към него.

Животът на сушата изискваше такива адаптации, които бяха възможни само при високо организирани живи организми. Околната среда на земята и въздуха е по-трудна за живота, тя се характеризира с високо съдържание на кислород, малко количество водна пара, ниска плътност и др. Това значително промени условията на дишане, обмен на вода и движение на живи същества.

Ниската плътност на въздуха води до слабо повдигане и ниска опора. Организмите от въздушната среда трябва да имат собствена система за поддържане, която поддържа тялото: растения - различни механични тъкани, животни - твърд или хидростатичен скелет. Освен това всички обитатели на въздушната среда са тясно свързани с повърхността на земята, която им служи за прикрепване и поддръжка.

Ниската плътност на въздуха осигурява ниска устойчивост на движение. Поради това много сухопътни животни са придобили способността да летят. 75% от всички сухоземни, основно насекоми и птици, са се приспособили към активен полет.

Поради подвижността на въздуха, вертикалните и хоризонтални потоци въздушни маси, съществуващи в долните слоеве на атмосферата, е възможен пасивен полет на организмите. В тази връзка много видове са разработили анемохория - разпръскване с помощта на въздушни течения. Анемохорията е характерна за спорите, семената и плодовете на растенията, протозойните кисти, дребните насекоми, паяците и др. Организмите, които се носят пасивно от въздушните течения, са общо известни като въздушен планктон.

Наземните организми съществуват в условия на сравнително ниско налягане поради ниска плътност на въздуха. Обикновено тя е равна на 760 mm Hg. Налягането намалява с увеличаване на надморската височина. Ниското налягане може да ограничи обхвата на видовете в планината. При гръбначните животни горната граница на живот е около 60 мм. Понижението на налягането води до намаляване на доставката на кислород и дехидратация на животните поради увеличаване на дихателната честота. Висшите растения имат приблизително същите граници на напредък в планините. Членестоногите, които могат да бъдат намерени на ледници, над границата на растителността, са малко по-издръжливи.

Газов състав на въздуха. Освен физичните свойства на въздуха, неговите химични свойства са много важни за съществуването на сухоземни организми. Газовият състав на въздуха в повърхностния слой на атмосферата е доста хомогенен по отношение на съдържанието на основните компоненти (азот - 78,1%, кислород - 21,0%, аргон 0,9%, въглероден диоксид - 0,003 обемни процента).

Високото съдържание на кислород насърчава увеличаването на метаболизма на сухоземните организми в сравнение с първичните водни организми. Именно в земната среда, въз основа на високата ефективност на окислителните процеси в организма, възниква хомеотермията на животните. 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 въздушен слой в доста значителни граници. Повишено насищане на въздуха с CO? възниква в зони на вулканична активност, в близост до термални извори и други подземни изходи на този газ. Във високи концентрации въглеродният диоксид е токсичен. В природата такива концентрации са редки. Ниското съдържание на CO2 инхибира процеса на фотосинтеза. В оранжериите скоростта на фотосинтезата може да се увеличи чрез увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид. Това се използва в практиката на оранжерийно и оранжерийно отглеждане.

Въздушният азот е инертен газ за повечето жители на земната среда, но отделните микроорганизми (възлови бактерии, азотни бактерии, синьо-зелени водорасли и др.) Имат способността да го свързват и да го включват в биологичната циркулация на веществата.

Недостигът на влага е една от основните характеристики на околната среда на земята - въздух. Цялата еволюция на земните организми премина под знака на адаптация към извличането и запазването на влагата. Режимите на влажност на сушата са много разнообразни - от пълно и постоянно насищане на въздуха с водна пара в някои райони на тропиците до почти пълното им отсъствие в сухия въздух на пустините. Дневната и сезонната променливост на съдържанието на водна пара в атмосферата също е значителна. Водоснабдяването на сухоземните организми също зависи от начина на валежи, наличието на водни тела, запасите от почвена влага, близостта на паунд водите и др.

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

Температурни условия. Следващата отличителна черта на средата въздух-земя са значителните температурни колебания. В повечето сухопътни зони дневните и годишните температурни граници са десетки градуси. Устойчивостта на температурни промени в околната среда на сухоземните обитатели е много различна, в зависимост от конкретното местообитание, в което живеят. Въпреки това, като цяло, наземните организми са много по-еутертермични от водните организми.

Условията на живот в околната среда на земята и въздуха са сложни, в допълнение, поради наличието на климатични промени. Времето - непрекъснато променящи се условия на атмосферата в близост до заемната повърхност, до височина около 20 км (граница на тропосферата). Променливостта на времето се проявява в постоянното изменение на комбинацията от такива фактори на околната среда като температура, влажност на въздуха, облачност, валежи, сила на вятъра и посока и др. Дългосрочният метеорологичен режим характеризира местния климат. Понятието "Климат" включва не само средните стойности на метеорологичните явления, но и техните годишни и дневни изменения, отклонение от него и тяхната честота. Климатът се определя от географските условия на района. Основните климатични фактори - температура и влажност - се измерват от количеството на валежите и насищането на въздуха с водна пара.

За повечето сухоземни организми, особено за малките, климатът в региона не е толкова важен, колкото условията на непосредственото им обитаване. Много често местните елементи на околната среда (релеф, излагане, растителност и др.) Променят режима на температурите, влажността, светлината, движението на въздуха в определен район, така че да се различава значително от климатичните условия на района. Такива модификации на климата, които се развиват в повърхностния слой въздух, се наричат \u200b\u200bмикроклимат. Микроклиматът във всяка зона е много разнообразен. Могат да се разграничат микроклиматите на много малки райони.

Светлинният режим на наземно-въздушната среда също има някои особености. Интензитетът и количеството светлина са най-големи тук и на практика не ограничават живота на зелените растения, както във вода или почва. На сушата са възможни изключително светлолюбиви видове. За огромното мнозинство сухоземни животни с дневна и дори нощна активност зрението е един от основните методи за ориентация. При сухоземните животни зрението е от съществено значение за търсенето на плячка; много видове имат дори цветно зрение. В тази връзка жертвите развиват такива адаптивни характеристики като защитна реакция, маскиращо и предупредително оцветяване, мимикрия и др.

Такива адаптации са много по-слабо развити сред водни обитатели. Появата на ярко оцветени цветя на висшите растения също е свързана с особеностите на апарата за опрашване и в крайна сметка със светлинния режим на околната среда.

Релефът на района и свойствата на почвата също са условията на живот на земните организми и на първо място на растенията. Свойствата на земната повърхност, които имат екологично въздействие върху обитателите й, са обединени от „едафични фактори на околната среда“ (от гръцкото „едафос“ - „почва“).

Във връзка с различните свойства на почвата могат да се разграничат редица екологични групи растения. Така че, според реакцията на киселинността на почвата, те се разграничават:

1) ацидофилни видове - растат на кисели почви с рН най-малко 6,7 (растения сфагнум блато);

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

3) базифилни растения растат при рН повече от 7,0 (мордовник, горски вятър);

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 видове са ограничени до различни субстрати, например петрофитите растат на каменисти почви, пасмофитите обитават насипни пясъци.

Релефът на терена и естеството на земята влияят върху спецификата на движението на животни: например копитни животни, щрауси, костури, живеещи на открито, твърда земя, за да се засили отблъскването при бягане. При гущерите, живеещи в свободно протичащи пясъци, пръстите са оградени с ресни от възбудени люспи, които увеличават опората. За сухоземните обитатели, които копаят дупки, гъстата почва е неблагоприятна. Характерът на почвата в определени случаи влияе върху разпространението на сухоземни животни, закопаване или заравяне в земята или снасяне на яйца в почвата и др.

За състава на въздуха.

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

Атмосферата се състои от смес от редица газове - въздух, в които се суспендират колоидни примеси - прах, капчици, кристали и др. Съставът на атмосферния въздух се променя малко с височина. Въпреки това, започвайки от надморска височина от около 100 км, заедно с молекулен кислород и азот, атомният кислород се появява в резултат на дисоциация на молекулите и започва гравитационното разделяне на газовете. Над 300 км в атмосферата преобладава атомен кислород, над 1000 км - хелий и след това атомен водород. Налягането и плътността на атмосферата намаляват с височина; около половината от цялата маса на атмосферата е концентрирана в долните 5 км, 9/10 - в долните 20 км и 99,5% - в долните 80 км. На височина от около 750 км плътността на въздуха пада до 10-10 г / м3 (докато на земната повърхност е около 103 г / м3), но дори такава ниска плътност все още е достатъчна за появата на аврора. Атмосферата няма остра горна граница; плътност на съставните му газове

Атмосферният въздух, който всеки от нас диша, съдържа няколко газове, 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 определено количество водна пара, чието количество винаги се променя с промяна на температурата: колкото по-висока е температурата, толкова по-голямо е съдържанието на пари и обратно. Поради колебанията в количеството водна пара във въздуха, процентът на газовете в него също не е постоянен. Всички газове във въздуха са безцветни и без мирис. Теглото на въздуха се променя в зависимост не само от температурата, но и от съдържанието на водна пара в него. При същата температура теглото на сухия въздух е по-голямо от това на влажния въздух. водната пара е много по-лека от въздушната пара.

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

Свойствата на газовете, които образуват атмосферния въздух при промяна на налягането.

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 отделяне на азотни мехурчета от кръвта, сякаш я разпенва.

Увеличаването на въглеродния диоксид над 3% в дихателната смес причинява смърт.

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

Изследвания на газовия състав на атмосферата. Атмосферна химия

За историята на бързото развитие на сравнително млад отрасъл на науката, наречен атмосферна химия, най-подходящ е терминът „изстрелване“ (хвърляне), използван във високоскоростните спортове. Изстрелът от стартовия пистолет може би служи за две статии, публикувани в началото на 70-те години. Те говориха за възможното разрушаване на стратосферния озон от азотни оксиди - NO и NO2. Първият принадлежи на бъдещия Нобелов лауреат, а след това на служителя на Стокхолмския университет П. Круцен, който смята за вероятния източник на азотни оксиди в стратосферата, природния азотен оксид N2O, който се разлага под въздействието на слънчевата светлина. Авторът на втората статия, химик от Калифорнийския университет в Бъркли, Дж. Джонстън, предложи азотните оксиди да се появят в стратосферата в резултат на човешка дейност, а именно, когато се освободят продуктите от горенето на реактивни двигатели на високопланински самолети.

Разбира се, гореспоменатите хипотези не възникнаха от нулата. Съотношението най-малко на основните компоненти в атмосферния въздух - молекули на азот, кислород, водна пара и др. - беше известно много по-рано. Още през втората половина на XIX век. в Европа са направени измервания на концентрацията 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, като показва набор от взаимодействия на кислородни атоми и молекули, както и озон при липса на каквито и да било други въздушни съставки. Въпреки това в края на 50-те години измерванията с метеорологични ракети показват, че озонът в стратосферата е много по-малък, отколкото трябва да бъде според реакционния цикъл на Чапман. Въпреки че този механизъм остава основен и до ден днешен, стана ясно, че има някои други процеси, които също участват активно във формирането на атмосферен озон.

Заслужава да се спомене, че знанията в областта на атмосферната химия до началото на 70-те години са получени главно благодарение на усилията на отделни учени, чиито изследвания не бяха обединени от никакво обществено значимо понятие и бяха предимно от чисто академичен характер. Работата на Джонстън е различен въпрос: според неговите изчисления 500 самолета, летящи по 7 часа на ден, биха могли да намалят количеството на стратосферния озон с не по-малко от 10%! И ако тези оценки бяха верни, проблемът веднага би станал социално-икономически, тъй като в този случай всички програми за развитие на свръхзвукова транспортна авиация и свързаната с нея инфраструктура трябваше да претърпят значителни корекции, а може би дори да затворят. Нещо повече, тогава за пръв път възникна въпросът, че антропогенната дейност може да предизвика не локален, а глобален катаклизъм. Естествено, в настоящата ситуация, теорията се нуждаеше от много трудна и в същото време бърза проверка.

Спомнете си, че същността на горната хипотеза беше, че азотният оксид реагира с озон NO + O3 ® NO2 + O2, тогава образуваният в тази реакция азотен диоксид взаимодейства с кислородния атом NO2 + O ® NO + O2, като по този начин възстановява присъствието НЕ в атмосферата, докато озоновата молекула е безвъзвратно загубена. В този случай такава двойка реакции, която представлява азотния каталитичен цикъл на разрушаване на озона, се повтаря, докато някакви химически или физични процеси не доведат до отстраняване на азотните окиси от атмосферата. Така например NO2 се окислява до азотна киселина HNO3, която е лесно разтворима 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 специалисти от университетите в САЩ - Мичиган (Р. Столярски и Р. Цицерон) и Харвард (С. Уофси и М. Макелрой) - откриват, че озонът може да има още по-безпощаден враг - хлорни съединения. Хлорният каталитичен цикъл на разрушаване на озона (реакции Cl + O3 ® ClO + O2 и ClO + O ® Cl + O2), според техните оценки, е бил няколко пъти по-ефективен от азотния цикъл. Сдържаният оптимизъм беше предизвикан само от факта, че количеството хлор с естествен произход в атмосферата е сравнително малко, което означава, че общият ефект от неговия ефект върху озона може да не е твърде силен. Ситуацията обаче се промени драстично, когато през 1974 г. изследователи от Калифорнийския университет в Ървайн С. Роуланд и М. Молина установяват, че хлорофлуоровъглеродните съединения (CFCs), които масово се използват в хладилни инсталации, аерозолни опаковки и др., Са източникът на хлор в стратосферата. Незапалими, нетоксични и химически пасивни, тези вещества се транспортират бавно чрез възходящи въздушни течения от земната повърхност в стратосферата, където техните молекули се унищожават от слънчевата светлина, което води до отделяне на свободни атоми на хлор. Промишленото производство на CFC, започнало през 30-те години, и техните емисии в атмосферата непрекъснато се увеличават през всички следващи години, особено през 70-те и 80-те години. По този начин, в рамките на много кратък период от време, теоретиците са установили два проблема в атмосферната химия, причинени от интензивно антропогенно замърсяване.

За да се провери последователността на изложените хипотези, беше необходимо да се изпълнят много задачи.

На първо място, за разширяване на лабораторните изследвания, по време на които би било възможно да се определи или изясни скоростта на фотохимичните реакции между различните компоненти на атмосферния въздух. Трябва да се каже, че твърде оскъдните данни за тези скорости, които съществуваха по това време, също имаха голяма (до няколкостотин процента) грешка. Освен това условията, при които се правят измерванията, като правило не отговарят много на реалностите на атмосферата, което сериозно влошава грешката, тъй като интензивността на повечето реакции зависи от температурата, а понякога и от налягането или плътността на атмосферния въздух.

На второ място,интензивно изучавайте радиационно-оптичните свойства на редица малки газове в атмосферата в лабораторни условия. Молекулите на значителен брой съставки на атмосферния въздух се унищожават чрез ултравиолетово лъчение от Слънцето (в реакции на фотолиза), сред тях не само гореспоменатите CFC, но и молекулярният кислород, озонът, азотните окиси и много други. Следователно, оценките на параметрите на всяка реакция на фотолиза бяха също толкова необходими и важни за правилното възпроизвеждане на атмосферните химични процеси, както и скоростта на реакциите между различните молекули.

На трето място, беше необходимо да се създадат математически модели, способни да опишат взаимните химически преобразувания на компонентите на атмосферния въздух възможно най-пълно. Както вече беше споменато, производителността на разрушаването на озона в каталитични цикли се определя от това колко дълго катализаторът (NO, Cl или някои други) остава в атмосферата. Ясно е, че такъв катализатор, най-общо казано, би могъл да реагира с който и да е от десетки компоненти на атмосферния въздух, бързо се разпада едновременно и тогава щетите на стратосферния озон биха били много по-малко от очакваното. От друга страна, когато много атмосферни трансформации се случват в атмосферата всяка секунда, е напълно възможно да бъдат идентифицирани други механизми, които пряко или косвено влияят върху образуването и разрушаването на озона. И накрая, такива модели са в състояние да изолират и оценят значението на отделните реакции или техните групи при образуването на други газове, които съставят атмосферния въздух, а също така позволяват да се изчислят концентрации на газ, които са недостъпни за измервания.

На последно място, 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. Досега създаването на база данни беше най-скъпата задача, която не можеше да бъде решена за кратко време. Само измерванията биха могли да дадат отправна точка за теоретичните изследвания, като в същото време са крайъгълен камък за истинността на изразените хипотези.

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

През втората половина на това десетилетие се наблюдава бързото развитие на модели, описващи химичните трансформации в атмосферата. Най-голям брой от тях са създадени в САЩ, но те се появяват в Европа и СССР. Първо, това бяха касирани (нулеви) и след това едномерни модели. Първите възпроизвеждат с различна степен на надеждност съдържанието на основните атмосферни газове в даден обем - кутия (оттук и името им) - в резултат на химични взаимодействия помежду им. Тъй като запазването на общата маса на въздушната смес беше постулирано, премахването на каквато и да е част от кутията, например чрез вятър, не се разглежда. Моделите на кутиите бяха удобни за изясняване ролята на отделните реакции или техните групи в процесите на химическо образуване и унищожаване на атмосферни газове, за оценка на чувствителността на състава на атмосферния газ към неточности при определяне на скоростта на реакцията. С тяхна помощ изследователите биха могли, като зададат атмосферни параметри в полето (по-специално температурата и плътността на въздуха), съответстващи на височината на полетите на авиацията, да изчислят в приблизително приблизително значение как концентрациите на атмосферните примеси биха се променили в резултат на емисиите на продукти от изгарянето от двигателите на самолети. В същото време бокс моделите бяха неподходящи за изучаване на проблема с хлорофлуоровъглеводороди (CFCs), тъй като не можеха да опишат процеса на тяхното движение от земната повърхност към стратосферата. Тук дойдоха едномерни модели, които комбинираха, като взеха предвид подробно описание на химичните взаимодействия в атмосферата и транспортирането на примеси във вертикална посока. И макар че вертикалният пренос беше посочен тук твърде грубо, използването на едномерни модели беше забележима стъпка напред, тъй като те направиха възможно по някакъв начин да се опишат реални явления.

Поглеждайки назад, можем да кажем, че съвременните ни познания до голяма степен се основават на грубата работа, извършена през онези години, използвайки едномерни и бокс модели. Той даде възможност да се определят механизмите за образуване на газовия състав на атмосферата, да се оцени интензивността на химичните източници и потъващите отделни газове. Важна особеност на този етап в развитието на атмосферната химия е, че възникващите нови идеи са тествани на модели и са широко обсъждани сред специалистите. Получените резултати често се сравняват с оценките на други научни групи, тъй като полевите измервания бяха очевидно недостатъчни и точността им беше 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 ще бъдат определени едновременно, което по онова време, а дори и сега, беше практически невъзможно. (Засега са извършени само няколко измервания на комплекса от газове от совалката за 2-5 дни.) Следователно, изследванията на модела изпреварват експерименталните и теорията не обяснява толкова много полевите наблюдения, колкото допринасят за оптималното им планиране. Например, съединение като хлорен нитрат ClONO2 първо се появи в моделни проучвания и едва след това беше открито в атмосферата. Беше трудно дори да се сравнят наличните измервания с оценките на модела, тъй като едномерният модел не можеше да вземе предвид хоризонталните движения на въздуха, поради което атмосферата беше приета за хоризонтално хомогенна, а получените резултати от модела съответстваха на определено средно глобално състояние. В действителност обаче съставът на въздуха над индустриалните региони на Европа или САЩ е много различен от неговия състав 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 съответстват точно на средната глобална стойност.

За да преодолеят тази пропаст при моделиране, през 80-те години на ХХ век изследователите създават двумерни модели, които вземат предвид, заедно с вертикалния транспорт, въздушния транспорт по меридиана (по протежение на кръга на географската ширина, атмосферата все още се счита за хомогенна). Отначало създаването на такива модели беше изпълнено със значителни трудности.

На първо място, Броят на външните параметри на модела рязко се увеличи: във всяка точка на мрежата беше необходимо да се определят скоростите на вертикалния и междуредовния транспорт, температурата и плътността на въздуха и т.н. Много параметри (на първо място, гореспоменатите скорости) не бяха надеждно определени в експериментите и следователно бяха избрани от качествени съображения.

На второ място,състоянието на компютърните технологии по това време значително възпрепятства пълното развитие на двуизмерните модели. За разлика от икономичните едномерни и още по-бокс двумерни модели, те изискват значително повече памет и компютърно време. В резултат на това създателите им бяха принудени значително да опростят схемите за отчитане на химичните трансформации в атмосферата. Независимо от това, комплекс от атмосферни изследвания, както моделни, така и полеви проучвания с помощта на спътници, направи възможно да се направи сравнително хармонична, макар и далеч от пълна картина на състава на атмосферата, както и да се установят основните причинно-следствени връзки, които причиняват промени в съдържанието на отделните компоненти на въздуха. По-специално, многобройни изследвания показват, че полетите на самолети в тропосферата не причиняват значителна вреда на тропосферния озон, но изглежда, че изкачването им в стратосферата има отрицателни последици за озоносферата. Мнението на повечето специалисти за ролята на CFCs беше почти единодушно: хипотезата на Роуланд и Молина се потвърждава и тези вещества наистина допринасят за унищожаването на стратосферния озон, а редовният растеж на тяхното промишлено производство е бомба със закъснение, тъй като разпадането на CFC не се случва веднага, а след десетки и стотици години следователно, ефектите от замърсяването ще повлияят на атмосферата много дълго време. Освен това, упорствайки дълго време, хлорофлуоровъглеводородите могат да достигнат до всяка, най-отдалечената точка на атмосферата, и следователно това е глобална заплаха. 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, която стимулира цялостното му проучване. Въпросът какво да правим с CFC обаче все още беше отворен. Беше невъзможно да се оставят нещата сами по принципа „тя ще се разреши“, но е невъзможно да се забрани производството на тези вещества за една нощ без огромни щети за икономиката. Изглежда, че има просто решение: необходимо е CFC да се заменят с други вещества, способни да изпълняват същите функции (например в хладилни агрегати) и в същото време безвредни или поне по-малко опасни за озона. Но прилагането на прости решения често е много трудно. Не само създаването на такива вещества и създаването на тяхното производство изискваха огромни инвестиции и време, бяха необходими критерии за оценка на въздействието на което и да е от тях върху атмосферата и климата.

Теоретиците отново бяха в светлината на прожекторите. D. Webbles от Националната лаборатория на Ливърмор предложи да използва за тази цел озоноразрушаващия потенциал, който показва колко заместващата молекула е по-силна (или по-слаба) от молекулата CFCl3 (Freon-11), влияе върху атмосферния озон. По това време също беше известно, че температурата на повърхностния въздушен слой значително зависи от концентрацията на някои газови примеси (наричани са парникови газове), преди всичко въглероден диоксид CO2, водна пара H2O, озон и др. В тази категория са включени CFC и много техните потенциални заместители. Измерванията показаха, че по време на индустриалната революция средната годишна глобална температура на повърхностния въздушен слой нараства и продължава да расте и това показва значителни и не винаги желани промени в климата на Земята. За да се постави под контрол тази ситуация, заедно с озоноразрушаващия потенциал на веществото, беше разгледан и потенциалът му 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 показаха, че CFC и алтернативни вещества имат много висок потенциал за глобално затопляне, но поради факта, че концентрациите им в атмосферата са много по-ниски от тези на CO2, H2O или O3, общият им принос за глобалното затопляне остава незначителен. За момента ...

Таблици с изчислени озоноразрушаващи и потенциали за глобално затопляне на хлорофлуоровъглеводороди и техните възможни заместители са основата на международните решения за намаляване и впоследствие забрана на производството и използването на много CFC (Монреалски протокол 1987 и по-късно допълнения към него). Може би експертите, събрани в Монреал, нямаше да са толкова единодушни (в крайна сметка статиите на протокола се основаваха на „изобретенията“ на теоретиците, които не бяха потвърдени от теренни експерименти), но друг заинтересован „човек“ - самата атмосфера - говори в подкрепа на подписването на този документ.

Съобщението за откриването от британски учени в края на 1985 г. на „озоновата дупка“ над Антарктида стана, не без участието на журналисти, сензацията на годината и реакцията на световната общност на това послание се описва най-лесно с една кратка дума - шок. Едно е, когато заплахата от разрушаването на озоновия слой съществува само в далечното бъдеще; друго е, когато всички сме изправени пред истински факт. Нито обикновените хора, нито политиците, нито теоретичните експерти бяха готови за това.

Бързо стана ясно, че никой от съществуващите тогава модели не може да възпроизведе толкова значително намаляване на съдържанието на озон. Това означава, че някои важни природни явления или не са били взети под внимание, или са били подценявани. Скоро полеви проучвания, проведени в рамките на програмата за изучаване на явлението Антарктида, установяват, че наред с обичайните атмосферни реакции (газова фаза) характеристиките на атмосферния въздушен транспорт в Антарктическата стратосфера (почти пълната му изолация от останалата атмосфера през зимата) играят важна роля за формирането на „озоновата дупка“, т.е. както и по онова време слабо проучени хетерогенни реакции (реакции на повърхността на атмосферни аерозоли - прахови частици, сажди, ледени кончета, водни капчици и др.). Само като се вземат предвид горните фактори, беше възможно да се постигне задоволително съгласие между резултатите от модела и данните от наблюденията. А уроците, извлечени от азонната „озонова дупка“, оказаха сериозно влияние върху по-нататъшното развитие на атмосферната химия.

Първо, остър тласък беше даден на подробно проучване на разнородни процеси, протичащи в съответствие с закони, различни от тези, които определят газофазните процеси. Второ, стана ясно, че в сложна система, каквато е атмосферата, поведението на нейните елементи зависи от цял \u200b\u200bкомплекс 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, прехвърлянето на въздушни маси, особеностите на аерозолното замърсяване на различни части от атмосферата и др. От своя страна радиационното нагряване и охлаждане, които формират температурното поле на стратосферния въздух, зависят от концентрацията и разпределението на парникови газове в пространството и, следователно, от атмосферните динамични процеси. Накрая, нехомогенното радиационно загряване на различни пояси на земното кълбо и части от атмосферата генерира движения на атмосферния въздух и контролира тяхната интензивност. По този начин, невъзможността да се вземат предвид всякакви обратни реакции в моделите може да бъде изпълнена с големи грешки в получените резултати (въпреки че, нека отбележим в миналото, прекомерното усложняване на модела без спешна нужда е също толкова нецелесъобразно, колкото стрелбата с оръдия по известни представители на птиците).

Ако връзката между температурата на въздуха и неговия газов състав беше взета предвид при двумерните модели още през 80-те години, тогава участието на триизмерни модели на общата циркулация на атмосферата за описание на разпределението на атмосферните примеси стана възможно поради компютърния бум едва през 90-те години. Първите такива модели на обща циркулация бяха използвани за описание на пространственото разпределение на химически пасивните вещества - проследяващи вещества. По-късно, поради недостатъчната памет за случаен достъп на компютрите, химичните процеси бяха уточнени само от един параметър - времето на пребиваване на примес в атмосферата и едва сравнително наскоро блоковете химически преобразувания станаха пълноценни части на триизмерните модели. Въпреки че все още съществуват трудностите при детайлизиране на атмосферната химия в 3D модели, днес те вече не изглеждат непреодолими, а най-добрите 3D модели включват стотици химични реакции, заедно с действителния климатичен транспорт на въздуха в глобалната атмосфера.

В същото време широкото използване на съвременните модели изобщо не поставя под въпрос полезността на по-опростените, които бяха споменати по-горе. Известно е, че колкото по-сложен е моделът, толкова по-трудно е да се отдели „сигналът“ от „шума от модела“, да се анализират получените резултати, да се подчертаят основните причинно-следствени механизми, да се оцени въздействието върху крайния резултат на някои явления (и следователно целесъобразността да се вземат предвид в модела) ... И тук по-прости модели служат като идеална тестова площадка, те позволяват да се получат предварителни оценки, които впоследствие се използват в триизмерни модели, за изучаване на нови природни явления, преди да бъдат включени в по-сложни такива и т.н.

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

Сателитно наблюдение на атмосферата. Когато бе установено редовно попълване на базата данни от спътници, за повечето от най-важните компоненти на атмосферата, обхващащи почти целия свят, стана необходимо да се подобрят методите за тяхната обработка. Това включва филтриране на данни (разделяне на грешки в сигнала и измерването) и възстановяване на вертикални профили на концентрации на примеси от общото им съдържание в атмосферната колона и интерполация на данни в тези области, където директните измервания са невъзможни по технически причини. Освен това сателитният мониторинг се допълва от самолетни експедиции, които се планират да разрешат различни проблеми, например в тропическия Тихи океан, Северния Атлантически океан и дори в лятната стратосфера на Арктика.

Важна част от съвременните изследвания е асимилацията (асимилация) на тези бази данни в модели с различна сложност. В този случай параметрите се избират от условието на най-близката близост до измерените и моделни 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 краткотрайните атмосферни примеси. Атмосферните радикали, които играят ключова роля в атмосферната химия, като хидроксил ОН, перхидроксил НО2, азотен оксид NO, атомен кислород във възбудено състояние O (1D) и др., Имат най-висока химическа реактивност и, следователно, много малка (няколко секунди или минути ) „Живот“ в атмосферата. Следователно измерването на такива радикали е изключително трудно и реконструкцията на съдържанието им във въздуха често се извършва според моделните съотношения на химичните източници и потъвателите на тези радикали. Дълго време интензитетите на източниците и мивките се изчисляваха с помощта на моделни данни. С появата на съответните измервания стана възможно да се реконструира концентрацията на радикали на тяхна основа, като същевременно се подобри моделите и се разшири информацията за газовия състав на атмосферата.

Реконструкция на газообразния състав на атмосферата в прединдустриалния период и по-ранните епохи на Земята.Благодарение на измерванията в ледните ядра на Антарктида и Гренландия, чиято възраст варира от стотици до стотици хиляди години, станаха известни концентрациите на въглероден диоксид, азотен оксид, метан, въглероден окис, както и температурата в онези времена. Модерната реконструкция на състоянието на атмосферата в тези епохи и нейното сравнение с настоящето ни позволяват да проследим развитието на земната атмосфера и да оценим степента на въздействие на човека върху естествената среда.

Оценка на интензивността на източниците на най-важните компоненти на въздуха. Систематичните измервания на съдържанието на газове, като метан, въглероден оксид и азотни оксиди в повърхностния въздух, станаха основа за решаване на обратния проблем: оценка на количеството емисии в атмосферата на газове от наземни източници, според техните известни концентрации. За съжаление, само опис на извършителите на всеобщото смущение - CFCs - е сравнително проста задача, тъй като почти всички тези вещества нямат естествени източници и общото им количество, изпуснато в атмосферата, е ограничено от обема на тяхното производство. Останалите газове имат източници с различна и съпоставима мощност. Например източникът на метан са замърсените зони, блата, нефтени кладенци, въглищни мини; това съединение се секретира от термитни колонии и дори е продукт на жизнената активност на говеда. Въглеродният окис навлиза в атмосферата в изгорелите газове, в резултат на изгарянето на гориво, както и при окисляването на метана и много органични съединения. Трудно е да се извършват директни измервания на емисиите на тези газове, но са разработени методи, които позволяват да се изчислят световните източници на замърсителни газове, грешката на които значително намалява през последните години, въпреки че остава голяма.

Прогнозиране на промените в състава на атмосферата и климата на ЗемятаИмайки предвид тенденциите - тенденции в съдържанието на атмосферни газове, оценки на техните източници, темп на нарастване на населението на Земята, темп на нарастване на производството на всички видове енергия и др. - специални групи експерти създават и постоянно коригират сценарии на вероятното замърсяване на атмосферата през следващите 10, 30, 100 години. Въз основа на тях моделите прогнозират възможни промени в газовия състав, температурата и атмосферната циркулация. По този начин е възможно да се открият предварително неблагоприятни тенденции в състоянието на атмосферата и можете да се опитате да ги премахнете. Антарктическият шок от 1985 г. не трябва да се случва отново.

Феноменът на парниковия ефект на атмосферата

През последните години стана ясно, че аналогията между обикновен парник и парниковият ефект на атмосферата не е напълно правилна. Още в края на миналия век известният американски физик Ууд, замествайки обикновеното стъкло с кварцово стъкло в лабораторния модел на оранжерия и не откривайки никакви промени във функционирането на оранжерията, показа, че не става въпрос за забавяне на топлинното излъчване на почвата от стъкло, което предава слънчева радиация, ролята на стъклото в това случаят се състои само в „отрязване“ на бурния топлообмен между почвената повърхност и атмосферата.

Парниковият (парниковият) ефект на атмосферата е свойството му да предава слънчева радиация, но да задържа земното лъчение, допринасяйки за натрупването на топлина от земята. Земната атмосфера предава сравнително добре слънчева радиация на къси вълни, която почти напълно се абсорбира от земната повърхност. Загрявайки се поради поглъщане на слънчевата радиация, земната повърхност се превръща в източник на земно, основно дълговълново лъчение, част от което отива в космоса.

Ефект от увеличаване на концентрацията на CO2

Учените - изследователите продължават да спорят за състава на така наречените парникови газове. В тази връзка най-голям интерес предизвиква влиянието на нарастващата концентрация на въглероден диоксид (CO2) върху парниковия ефект на атмосферата. Изразява се мнение, че добре познатата схема: „увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид увеличава парниковия ефект, което води до затопляне на глобалния климат“ е изключително опростена и много далеч от реалността, тъй като най-важният „парников газ“ изобщо не е CO2, а водната пара. В същото време резервата, че концентрацията на водна пара в атмосферата се определя само от параметрите на самата климатична система, днес не издържа на критика, тъй като антропогенното въздействие върху глобалния воден цикъл е убедително доказано.

Като научни хипотези посочваме следните последици от идващия парников ефект. На първо място, Според най-разпространените оценки до края на 21 век атмосферното съдържание на CO2 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 през по-сухо лято в умерените ширини на Северното полукълбо.

На второ място, предполага се, че подобно повишаване на средната глобална повърхностна температура ще доведе до повишаване на нивото на Световния океан с 20 - 165 сантиметра поради топлинното разширение на водата. По отношение на ледения покрив на Антарктида разрушаването му не е неизбежно, тъй като за топенето са необходими по-високи температури. Във всеки случай процесът на топене на антарктически лед ще отнеме много време.

На трето място, концентрацията на атмосферен CO2 може да окаже много благоприятен ефект върху добивите от реколтата. Резултатите от проведените експерименти ни позволяват да предположим, че при условия на прогресивно увеличаване на съдържанието на CO2 във въздуха, естествената и култивирана растителност ще достигне оптимално състояние; листната повърхност на растенията ще се увеличи, специфичната тежест на сухото вещество на листата ще се увеличи, средният размер на плодовете и броят на семената ще се увеличат, узряването на зърнените култури ще се ускори и добивът им ще се увеличи.

Четвърто, по високите ширини естествените гори, особено бореалните, могат да бъдат много чувствителни към температурни промени. Затоплянето може да доведе до рязко намаляване на площите 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, а не към температурата.

Светлинната енергия на слънцето прониква в атмосферата, поглъща се от повърхността на земята и я загрява. В този случай светлинната енергия се преобразува в топлинна енергия, която се отделя под формата на инфрачервено или топлинно излъчване. Това инфрачервено лъчение, отразено от земната повърхност, се абсорбира от въглеродния диоксид, докато той загрява и загрява атмосферата. Това означава, че колкото повече въглероден диоксид е в атмосферата, толкова повече той улавя климата на планетата. Същото се случва и в оранжериите, поради което това явление се нарича парников ефект.

Ако така наречените парникови газове продължават да текат с текущата скорост, тогава 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 изобщо не означава, че трябва да се откажете от техническия прогрес. Спирането му няма да реши проблема, а само може да забави неговото решение. Необходимо е упорито и търпеливо да се търси намаляване на емисиите чрез въвеждане на нови екологични технологии за пестене на суровини, енергопотребление и увеличаване на броя на засадените насаждения, провеждане на образователни дейности за екологичните перспективи на населението.

Например в Съединените щати една от фабриките за синтетичен каучук е разположена до жилищни райони и това не предизвиква протести от жителите, защото работят екологично чистите технологични схеми, които в миналото, със старите технологии, не се различаваха по чистота.

Това означава, че е необходим строг подбор на технологии, които отговарят на най-строгите критерии, съвременните перспективни технологии ще позволят постигане на високо ниво на екологичност на производството във всички индустрии и транспорт, както и увеличаване на броя на засадените зелени площи в индустриалните зони и градовете.

През последните години експериментът зае водещо място в развитието на химията на атмосферата и мястото на теорията е същото като в класическите, уважавани науки. Но все още има области, в които теоретичните изследвания остават приоритет: например само експериментални модели са в състояние да предскажат промени в състава на атмосферата или да оценят ефективността на ограничителните мерки, прилагани съгласно Монреалския протокол. Започвайки с решението, макар и важен, но особен проблем, днес химията на атмосферата, в сътрудничество със сродни дисциплини, обхваща целия сложен комплекс от проблеми на изучаването и опазването на околната среда. Може би можем да кажем, че първите години от формирането на атмосферната химия се проведоха под мотото: "Не закъснявайте!" Стартовият штурш приключи и бягането продължава.

Разхождайки се през гора или поляна, едва ли си мислите, че сте ... в земно-въздушна среда... Но точно това учените наричат \u200b\u200bкъщата за живи същества, която се образува от повърхността на земята и въздуха. Плувайки в река, езеро или море, се озовавате вътре водна среда - друга богато населена естествена къща. И когато помагате на възрастните да копаят почвата в градината, виждате почвената среда под краката си. Има и много, много разнообразни жители. Да, около нас има три прекрасни къщи - три среда на живот, с която съдбата на по-голямата част от организмите, обитаващи нашата планета, е неразривно свързана.

Животът във всяка среда има свои собствени характеристики. ПО земно-въздушна среда има достатъчно кислород, но често няма достатъчно влага. Особено оскъдна е в степите и пустините. Следователно растенията и животните в сухи места имат специални устройства за получаване, съхранение и икономично използване на водата. Помислете за кактус, който съхранява влагата в тялото си. В земната и въздушната среда се наблюдават значителни температурни промени, особено в райони със студени зими. В тези райони целият живот на организмите се променя забележимо през цялата година. Есенното падане на листата, заминаването на прелетните птици към топлите земи, смяната на вълната при животните към по-гъста и по-топла - всичко това са адаптирането на живите същества към сезонните промени в природата.

За животните, които живеят във всяка среда, движението е важен въпрос. В земната и въздушната среда 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, джербоа). От всеки сто вида животни, живеещи в тази среда, 75 могат да летят. Това са по-голямата част от насекомите, птиците и някои животни (прилепи).

ПО водна среда нещо, и винаги има достатъчно вода. Температурата тук се променя по-малко от температурата на въздуха. Но кислородът често не е достатъчен. Някои организми, като пъстървата, могат да живеят само в богата на кислород вода. Други (шаран, карач, лин) издържат на липса на кислород. През зимата, когато много резервоари са затворени от лед, рибите могат да бъдат убити - тяхната масова смърт от задушаване. За да проникне кислородът във водата, през леда се прорязват дупки.

Във водната среда има по-малко светлина, отколкото в земята-въздух. В океаните и моретата на дълбочина под 200 м - царството на здрача и дори отдолу - вечна 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 „падащите“ от горните слоеве мъртви останки от различни морски животи.

Най-забележимата особеност на много водни животни са техните плувни съоръжения. Рибите, делфините и китовете имат перки. Моржовете и тюлените имат плавници. Бобрите, видрите, водоплаващите птици, жабите имат мембрани между пръстите на краката. Плувните бръмбари имат плувни крака, подобни на гребла.

Почвена среда - дом на много бактерии и протозои. Тук се намират и мицели от гъби и корени на растенията. Почвата също е била обитавана от голямо разнообразие от животни - червеи, насекоми, животни, пригодени за копаене, например бенки. Обитателите на почвата намират в тази среда необходимите за тях условия - въздух, вода, минерални соли. Вярно е, че има по-малко кислород и повече въглероден диоксид, отколкото в чистия въздух. А понякога има твърде много вода. Но температурата е по-равномерна, отколкото на повърхността. Но светлината не прониква в дълбините на почвата. Затова животните, които го обитават, обикновено имат много малки очи или са напълно лишени от зрителни органи. Техното обоняние и допир помагат.

Наземна среда

Представители на различни местообитания "се срещнаха" в тези цифри. В природата те нямаше да могат да се съберат, защото много от тях живеят далеч един от друг, на различни континенти, в моретата, в сладка вода ...

Бързият е шампион по скорост на птиците. 120 км в час е обичайната му скорост.

Колибри махат с крила до 70 пъти в секунда, комари - до 600 пъти в секунда.

Скоростта на полета за различни насекоми е следната: за летяне - 2 км на час, за домашна муха - 7, за майски бръмбар - 11, за пчела - 18, и за мошеник на ястреб - 54 км в час. Големи кончета, според някои наблюдения, достигат скорост до 90 км в час.

Прилепите ни са с малък ръст. Но в горещите страни живеят техните роднини - прилепи. Те достигат размах на крилата от 170 см!

Големите кенгурута могат да скочат до 9, а понякога и до 12 м. (Измерете това разстояние на пода в класната стая и си представете как кенгуру скача. Просто е спиращо дъха!)

Гепардът е най-бързият от всички животни. Той развива скорост до 110 км в час. Щраусът може да бяга със скорост до 70 км в час, като прави стъпки от 4-5 м.

Водна среда

Рибите и раците дишат с хриле. Това са специални органи, които извличат кислород, разтворен във вода от вода. Жабата, докато е под вода, диша през кожата. Но животните, които са овладели водната среда, дишат с дробовете си, издигайки се до повърхността на водата за вдишване. Водните бръмбари се държат по подобен начин. Само те, като другите насекоми, нямат бели дробове, а специални дихателни тръби - трахеята.

Почвена среда

Структурата на тялото на мол, зокор и мол плъх предполага, че всички те са обитатели на почвената среда. Предните крака на бенката и зокора са основното средство за копаене. Те са плоски като лопати с много големи нокти. И мол плъхът има обикновени крака, той се забива в почвата с мощни предни зъби (за да не попадне земята в устата, устните я покриват зад зъбите!). Тялото на всички тези животни е овално, компактно. С такова тяло е удобно да се движите по подземните проходи.

Проверете знанията си

1. Избройте местообитанията, които сте срещнали в урока.
2. Какви са условията на живот на организмите в наземно-въздушната среда?
3. Опишете условията на живот във водната среда.
4. Какви са характеристиките на почвата като местообитание?
5. Дайте примери за адаптивността на организмите към живота в различни среди.

Мисля!

1. Обяснете какво е показано на снимката. В какви среди според вас живеят животните, чиито части на тялото са показани на снимката? Можете ли да назовете тези животни?
2. Защо само животни живеят в океана на големи дълбочини?

Разграничавайте местообитанията на земния въздух, водата и почвата. Всеки организъм е адаптиран към живота в специфична среда.

Лекция 3 ОКОЛНА СРЕДА И ХАРАКТЕРИСТИКИТЕ им (2 часа)

1 водно местообитание

2. Хабитат на наземния въздух

3.Почви като местообитание

4.Телото като местообитание

В процеса на историческо развитие живите организми са усвоили четири местообитания. Първият е водата. Животът във вода се заражда и се развива в продължение на много милиони години. Вторият - земя-въздух - на сушата и в атмосферата възникна и бързо се адаптира към новите условия, растения и животни. Постепенно преобразувайки горния слой на земята - литосферата, те създадоха трето местообитание - почва, а те самите станаха четвъртото местообитание.

Водно местообитание - хидросфера

Екологични групи от водни организми. Топлите морета и океаните (40 000 вида животни) в екватора и тропиците се отличават с най-голямото разнообразие на живот; на север и на юг флората и фауната на моретата се изчерпват стотици пъти. Що се отнася до разпространението на организмите директно в морето, основната им част е концентрирана в повърхностните слоеве (епипелагични) и в сублиторалната зона. В зависимост от начина на движение и престой в определени слоеве, морският живот се разделя на три екологични групи: нектон, планктон и бентос.

Нектон(нектос - плуване) - активно движещи се големи животни, способни да преодоляват големи разстояния и силни течения: риби, калмари, щипчици, китове. В сладките води земноводни и много насекоми принадлежат към нектон.

планктон (планктони - скитащи, висящи) - набор от растения (фитопланктон: диатоми, зелени и синьо-зелени (само сладководни тела) водорасли, растителни жълтеници, перидинеи и др.) и малки животински организми (зоопланктон: малки ракообразни, от по-големите - птеригоиди мекотели, медузи, ктенофори, някои червеи), живеещи на различна дълбочина, но неспособни на активно движение и устояване на течения. Планктонът включва и ларвите на животните, образувайки специална група - неустон. Това е пасивно плаваща „временна“ популация на най-горния слой вода, представена от различни животни (декаподи, банани и копеподи, бодлокожи, полихети, риби, мекотели и др.) В ларвален стадий. Докато зреят ларвите, те се преместват в долните слоеве на пелагела. Над неустона има плейстон - това са организми, в които горната част на тялото расте над вода, а долната расте във вода (пате - лема, сифонофори и др.). Планктонът играе важна роля в трофичните връзки на биосферата, защото е храна за много водни животи, включително основната храна за бели китове (Myatcoceti).

Benthos (benthos - дълбочина) - дънни хидробионти. Представен е главно от прикачени или бавно движещи се животни (зообентоси: фораминофори, риби, гъби, коленлентерати, червеи, брахиоподи, асцидии и др.), По-многобройни в плитки води. В плитката вода бентосът включва също растения (фитобентос: диатоми, зелени, кафяви, червени водорасли, бактерии). На дълбочина, където няма светлина, фитобентосът липсва. Цъфтящи растения зостер, рупия са открити край брега. Зоните с каменисто дъно са най-богатите на фитобентос.

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

Вкореняващите се крайбрежни растения в езера формират ясно изразени пояси, видовият състав и външният им вид съответстват на условията на околната среда в гранично-сухопътната зона. Във водата в близост до брега растат хидрофити - растения, полупотопени във водата (стрелка, кала, тръстика, кошар, осока, трицепс, тръстика). Те се заменят с хидатофити - растения, потопени във вода, но с плаващи листа (лотос, патица, яйчни капсули, чилим, такла) и - по-нататък - изцяло потопени (rdesta, elodea, hara). Хидатофитите също включват растения, плаващи по повърхността (пате).

Високата плътност на водната среда обуславя специалния състав и характера на промените в поддържащите живота фактори. Някои от тях са същите като на сушата - топлина, светлина, други са специфични: водно налягане (с дълбочина се увеличава с 1 атм. На всеки 10 м), съдържание на кислород, състав на сол, киселинност. Поради високата плътност на средата, стойностите на топлина и светлина с градиент на надморска височина се променят много по-бързо, отколкото на сушата.

Термични условия. Водната среда се характеризира с по-малко влагане на топлина, защото значителна част от него се отразява, а също толкова значителна част се изразходва за изпаряване. В съответствие с динамиката на земните температури, температурата на водата показва по-малки колебания в дневните и сезонните температури. Освен това водните тела значително изравняват хода на температурите в атмосферата на крайбрежните райони. При липса на ледена черупка моретата в студения сезон имат затоплящ ефект върху прилежащите сухоземни площи, през лятото - охлаждане и овлажняване.

Диапазонът на стойностите на температурата на водата в Световния океан е 38 ° (от -2 до + 36 ° C), в сладководни тела - 26 ° (от -0,9 до + 25 ° C). С дълбочина температурата на водата рязко пада. До 50 м има дневни колебания на температурата, до 400 - сезонни, по-дълбоки стават постоянни, спадащи до + 1-3 ° С (в Арктика е близо до 0 ° С). Тъй като температурният режим във водните тела е относително стабилен, стенотермът е характерен за техните обитатели. Леките колебания на температурата в една или друга посока се придружават от значителни промени във водните екосистеми.

Примери: "биологичен взрив" в делтата на Волга поради намаляване на нивото на Каспийско море - нарастване на лотосови гъсталаци (Nelumba kaspium), в Южно Приморие - зарастване на реки от реки (Комаровка, Илистая и др.) По бреговете, на които е отсечена и изгорена дървесна растителност.

Поради различната степен на нагряване на горния и долния слой през годината, изливи и потоци, течения, бури, има постоянно смесване на водни слоеве. Ролята на смесването на водата за водния живот (водните организми) е изключително голяма, защото в същото време разпределението на кислорода и хранителните вещества във водните тела се изравнява, осигурявайки метаболитни процеси между организмите и околната среда.

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

В океаните, където водата е много прозрачна, 1% от светлинната радиация прониква на дълбочина от 140 m, а само десети от процента прониква в малки езера на дълбочина 2 m. Лъчи от различни части на спектъра се абсорбират неравномерно във вода, червените лъчи се абсорбират първо. С дълбочината става все по-тъмен и по-тъмен, а цветът на водата в началото става зелен, след това синьо, синьо и накрая синьо-виолетов, превръщайки се в пълен мрак. Съответно, хидробионтите също променят цвета си, адаптирайки се не само към състава на светлината, но и към липсата му - хроматична адаптация. В светли зони, в плитки води, преобладават зелени водорасли (Chlorophyta), чиито хлорофил поглъща червени лъчи, с дълбочина те се заменят с кафяви (Phaephyta) и след това червени (Rhodophyta). На големи дълбочини фитобентосът отсъства.

Растенията се адаптират към липсата на светлина, като развиват големи хроматофори, които осигуряват ниска компенсационна точка за фотосинтеза, както и увеличаване на площта на асимилиращите органи (индекс на листната повърхност). За дълбоководни водорасли са характерни силно разчленени листа, листните плочи са тънки, полупрозрачни. За полупотопените и плаващи растения е характерна хетерофилия - листата над водата са същите като тези на сухоземните растения, те имат плътна плоча, стомашният апарат е развит, а във водата листата са много тънки, се състоят от тесни нишковидни лобове.

Heterophyllia: яйчни капсули, водни лилии, стрелка, чилим (водна ядка).

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

Характерните свойства на водната среда, различни от сушата, са висока плътност, подвижност, киселинност, способност за разтваряне на газове и соли. За всички тези условия водните организми исторически са разработили подходящи адаптации-адаптации.

2. Хабитат на наземния въздух

В хода на еволюцията тази среда е овладяна по-късно от водната. Неговата особеност се състои във факта, 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 разработили необходимите анатомични, морфологични, физиологични, поведенчески и други адаптации.

Животните в наземно-въздушната среда се движат през почвата или въздуха (птици, насекоми), а растенията вкореняват в почвата. В тази връзка белите дробове и трахеята се появяват при животни, а стомашният апарат се появява в растенията, т.е. органи, чрез които земните обитатели на планетата усвояват кислород директно от въздуха. Скелетните органи са получили силно развитие, осигурявайки автономността на движението по сушата и поддържайки тялото с всички негови органи в условия на незначителна плътност на околната среда, която е хиляди пъти по-ниска от тази на водата. Факторите на околната среда в наземно-въздушната среда се различават от другите местообитания по силна светлинна интензивност, значителни колебания в температурата и влажността на въздуха, корелацията на всички фактори с географското местоположение, променящите се сезони и време на деня. Тяхното въздействие върху организмите е неразривно свързано с движението на въздуха и положението им спрямо моретата и океаните и са много различни от въздействието във водната среда (Таблица 1).

Условия на живот на организмите във въздушната и водната среда

(след Д. Ф. Мордухай-Болтовски, 1974 г.)

Сухопътните животни и растения са разработили свои, не по-малко оригинални адаптации към неблагоприятните фактори на околната среда: сложната структура на тялото и неговите обвивки, честотата и ритъма на жизнените цикли, механизмите на терморегулация и др. Разработена е целенасочена мобилност на животните в търсене на храна, спори, семена и др. цветен прашец, както и растения и животни, чийто живот е изцяло свързан с въздушната среда. Формира се изключително тясна функционална, ресурсна и механична връзка с почвата.

Ние разгледахме много от адаптациите по-горе, като примери за характеризиране на абиотични фактори на околната среда. Следователно, няма смисъл да се повтаря сега, за да се върнем към тях на практически уроци.