محیط زمین-هوا از نظر شرایط محیطی پیچیده ترین است. زندگی در خشکی مستلزم سازگاری هایی بود که معلوم شد فقط با سطح سازماندهی کافی از گیاهان و حیوانات امکان پذیر است.

4.2.1. هوا به عنوان یک عامل محیطی برای موجودات زمینی

چگالی کم هوا نیروی بالابر کم و تحرک کم هوا را تعیین می کند. ساکنان هوا باید سیستم حمایتی خود را داشته باشند که از بدن پشتیبانی می کند: گیاهان - با انواع بافت های مکانیکی، حیوانات - با اسکلت جامد یا، بسیار کمتر، هیدرواستاتیک. علاوه بر این، همه ساکنان هوا از نزدیک با سطح زمین در ارتباط هستند، که آنها را برای اتصال و پشتیبانی می کند. زندگی معلق در هوا غیرممکن است.

درست است، بسیاری از میکروارگانیسم‌ها و حیوانات، هاگ‌ها، دانه‌ها، میوه‌ها و گرده‌های گیاهان به طور منظم در هوا وجود دارند و توسط جریان‌های هوا حمل می‌شوند (شکل 43)، بسیاری از حیوانات قادر به پرواز فعال هستند، اما در همه این گونه‌ها وظیفه اصلی وجود دارد. چرخه زندگی آنها - تولید مثل - در سطح زمین انجام می شود. برای اکثر آنها ماندن در هوا فقط با استقرار یا جستجوی طعمه همراه است.

برنج. 43. توزیع بندپایان پلانکتون هوایی بر اساس ارتفاع (طبق گفته داجو، 1975)

چگالی کم هوا باعث مقاومت کم در برابر حرکت می شود. بنابراین، در طول سیر تکامل، بسیاری از حیوانات زمینی از مزایای اکولوژیکی این خاصیت محیط هوا استفاده کردند و توانایی پرواز را به دست آوردند. 75 درصد از گونه های همه جانوران زمینی، عمدتاً حشرات و پرندگان، قادر به پرواز فعال هستند، اما پرنده ها در میان پستانداران و خزندگان نیز یافت می شوند. حیوانات خشکی عمدتاً با کمک تلاش های عضلانی پرواز می کنند، اما برخی نیز می توانند با استفاده از جریان هوا سر بخورند.

به لطف تحرک هوا و حرکات عمودی و افقی توده های هوای موجود در لایه های زیرین جو، پرواز غیرفعال تعدادی از موجودات امکان پذیر است.

آنموفیلی - قدیمی ترین روش گرده افشانی گیاهان. همه ژیمنوسپروم ها توسط باد گرده افشانی می شوند و در میان گل نباتی، گیاهان آنموفیل تقریباً 10 درصد از همه گونه ها را تشکیل می دهند.

کم‌وفیلی در خانواده‌های راش، توس، گردو، سنجد، کنف، گزنه، کاسورینا، غاز، جگر، غلات، نخل و بسیاری دیگر مشاهده می‌شود. گیاهان گرده افشانی شده با باد دارای تعدادی سازگاری هستند که خواص آیرودینامیکی گرده آنها را بهبود می بخشد، همچنین ویژگی های مورفولوژیکی و بیولوژیکی که کارایی گرده افشانی را تضمین می کند.

زندگی بسیاری از گیاهان کاملاً به باد وابسته است و پراکندگی با کمک آن اتفاق می افتد. چنین وابستگی مضاعفی در صنوبر، کاج، صنوبر، توس، نارون، خاکستر، چمن پنبه ای، کتیل، ساکساول، دژوزگون و غیره مشاهده می شود.

گونه های زیادی توسعه یافته اند انیموکوری- نشست با استفاده از جریان هوا. انیموکوری مشخصه هاگ ها، دانه ها و میوه های گیاهان، کیست های تک یاخته ای، حشرات کوچک، عنکبوت ها و غیره است. آئروپلانکتون با قیاس با ساکنان پلانکتون محیط آبی. انطباق های ویژه برای پرواز غیرفعال عبارتند از: اندازه های بدن بسیار کوچک، افزایش سطح آن به دلیل رشد، تکه تکه شدن قوی، سطح نسبی بزرگ بال ها، استفاده از تار و غیره (شکل 44). دانه‌ها و میوه‌های ناهموار گیاهان نیز دارای اندازه‌های بسیار کوچک (مثلاً دانه‌های ارکیده) یا انواع زائده‌های بال مانند و چتر نجات هستند که توانایی برنامه‌ریزی آنها را افزایش می‌دهد (شکل 45).

برنج. 44. سازگاری برای حمل و نقل توسط جریان هوا در حشرات:

1 - پشه Cardiocrepis brevirostris؛

2 – پشه صفراوی Porrycordila sp.;

3 – Hymenoptera Anargus fuscus;

4 – Hermes Dreyfusia Nordmannianae؛

5 – لارو شب پره کولی Lymantria dispar

برنج. 45. سازگاری با انتقال باد در میوه ها و دانه های گیاهان:

1 – لیندن Tilia intermedia;

2 – افرا Acer monspessulanum;

3 – توس Betula pendula;

4 – چمن پنبه ای Eiophorum؛

5 – قاصدک Taraxacum officinale;

6 – cattail Typha scuttbeworhii

در پراکندگی میکروارگانیسم ها، جانوران و گیاهان، جریان هوای همرفت عمودی و بادهای ضعیف نقش اصلی را ایفا می کنند. بادهای شدید، طوفان ها و طوفان ها نیز اثرات زیست محیطی قابل توجهی بر موجودات زمینی دارند.

چگالی کم هوا باعث ایجاد فشار نسبتاً کم در زمین می شود. به طور معمول 760 میلی متر جیوه است. هنر با افزایش ارتفاع، فشار کاهش می یابد. در ارتفاع 5800 متری فقط نصف نرمال است. فشار کم ممکن است پراکنش گونه ها را در کوهستان محدود کند. برای اکثر مهره داران، حد بالای زندگی حدود 6000 متر است. حدود پیشروی در کوهستان تقریباً یکسان است گیاهان بالاتر. بندپایان (دم بهار، کنه، عنکبوت) تا حدودی مقاوم‌تر هستند که در یخچال‌های طبیعی بالای خط پوشش گیاهی یافت می‌شوند.

به طور کلی، همه موجودات زمینی بسیار بیشتر از موجودات آبی تنوباتیک هستند، زیرا نوسانات فشار طبیعی در محیط آنها به بخش هایی از جو می رسد و حتی برای پرندگانی که به ارتفاعات زیاد می روند، از 1/3 نرمال تجاوز نمی کند.

ترکیب گاز هواعلاوه بر خواص فیزیکی هوا، خواص شیمیایی آن برای وجود موجودات زمینی بسیار مهم است. ترکیب گاز هوا در لایه سطحی اتمسفر از نظر محتوای اجزای اصلی (نیتروژن - 78.1٪، اکسیژن - 21.0، آرگون - 0.9، دی اکسید کربن - 0.035٪ حجم) کاملاً همگن است. انتشار گازها و همرفت اختلاط ثابت و جریان باد. با این حال، ناخالصی های مختلف ذرات گازی، قطره-مایع و جامد (غبار) که از منابع محلی وارد جو می شوند می توانند اهمیت زیست محیطی قابل توجهی داشته باشند.

محتوای بالای اکسیژن به افزایش متابولیسم در موجودات زمینی در مقایسه با آبزیان اولیه کمک کرده است. در یک محیط زمینی، بر اساس راندمان بالای فرآیندهای اکسیداتیو در بدن، هومیوترمی حیوانی به وجود آمد. اکسیژن به دلیل محتوای دائمی بالای آن در هوا، عامل محدود کننده زندگی در محیط زمینی نیست. فقط در مکانها و در شرایط خاص، کمبود موقت ایجاد می شود، به عنوان مثال در تجمع بقایای گیاهی در حال تجزیه، ذخایر غلات، آرد و غیره.

محتوای دی اکسید کربن می تواند در مناطق خاصی از لایه سطحی هوا در محدوده نسبتاً قابل توجهی متفاوت باشد. به عنوان مثال، در نبود باد در مرکز شهرهای بزرگ، غلظت آن ده ها برابر افزایش می یابد. تغییرات روزانه منظم در محتوای دی اکسید کربن در لایه های سطحی مرتبط با ریتم فتوسنتز گیاهان وجود دارد. فصلی ناشی از تغییرات در شدت تنفس موجودات زنده، عمدتاً جمعیت میکروسکوپی خاک است. افزایش اشباع هوا با دی اکسید کربن در مناطق فعالیت آتشفشانی، نزدیک به چشمه های حرارتیو سایر خروجی های زیرزمینی این گاز. در غلظت های بالا، دی اکسید کربن سمی است. در طبیعت، چنین غلظت هایی نادر است.

در طبیعت منبع اصلی دی اکسید کربن به اصطلاح تنفس خاک است. میکروارگانیسم های خاک و حیوانات بسیار شدید تنفس می کنند. دی اکسید کربن از خاک به اتمسفر پخش می شود، به خصوص در هنگام باران شدیدا. در خاکهای نسبتاً مرطوب، گرما خوب و غنی از بقایای آلی فراوان است. به عنوان مثال، خاک یک جنگل راش از 15 تا 22 کیلوگرم در هکتار CO 2 منتشر می کند و خاک شنی بارور نشده تنها 2 کیلوگرم در هکتار تولید می کند.

در شرایط مدرن، فعالیت انسان در سوزاندن ذخایر سوخت فسیلی به منبع قدرتمندی برای ورود مقادیر اضافی CO2 به جو تبدیل شده است.

نیتروژن هوا برای اکثر ساکنان محیط زمین یک گاز بی اثر است، اما تعدادی از موجودات پروکاریوتی (باکتری های ندول، ازتوباکتر، کلستریدیا، جلبک های سبز آبی و غیره) توانایی اتصال آن را دارند و در چرخه بیولوژیکی درگیر می کنند.

برنج. 46. دامنه کوهی با پوشش گیاهی تخریب شده به دلیل انتشار دی اکسید گوگرد از شرکت های صنعتی اطراف

ورود آلاینده های محلی به هوا نیز می تواند به طور قابل توجهی بر موجودات زنده تأثیر بگذارد. این امر به ویژه در مورد مواد گازی سمی - متان، اکسید گوگرد، مونوکسید کربن، اکسید نیتروژن، سولفید هیدروژن، ترکیبات کلر، و همچنین ذرات گرد و غبار، دوده و غیره که هوا را در مناطق صنعتی آلوده می کنند، صدق می کند. منبع اصلی مدرن آلودگی شیمیایی و فیزیکی جو انسان زایی است: کار انواع مختلف شرکت های صنعتیو حمل و نقل، فرسایش خاک، و غیره. برای مثال اکسید گوگرد (SO 2)، حتی در غلظت های بین یک پنجاه هزارم تا یک میلیونم حجم هوا برای گیاهان سمی است. در اطراف مراکز صنعتی که جو را با این گاز آلوده می کنند، تقریباً تمام پوشش های گیاهی می میرند (شکل 46). برخی از گونه های گیاهی به طور خاص به SO 2 حساس هستند و به عنوان شاخص حساس تجمع آن در هوا عمل می کنند. به عنوان مثال، بسیاری از گلسنگ ها حتی با وجود اثری از اکسید گوگرد در جو اطراف می میرند. حضور آنها در جنگل های اطراف شهرهای بزرگ نشان دهنده خلوص هوای بالاست. مقاومت گیاهان در برابر ناخالصی های موجود در هوا هنگام انتخاب گونه ها برای محوطه سازی در مناطق پرجمعیت در نظر گرفته می شود. حساس به دود، به عنوان مثال، صنوبر معمولی و کاج، افرا، آهک، توس. مقاوم ترین آنها عبارتند از: توجا، صنوبر کانادایی، افرای آمریکایی، سنجد و برخی دیگر.

4.2.2. خاک و تسکین. ویژگی های آب و هوا و آب و هوا محیط زمین-هوا

عوامل محیطی ادافیکویژگی های خاک و زمین نیز بر شرایط زندگی موجودات زمینی، در درجه اول گیاهان، تأثیر می گذارد. خصوصیات سطح زمین که تأثیرات اکولوژیکی بر ساکنان آن دارد، در مجموع نامیده می شوند عوامل محیطی ادافیک (از یونانی "ادافوس" - پایه، خاک).

ماهیت سیستم ریشه گیاه به رژیم گرمابی، هوادهی، ترکیب، ترکیب و ساختار خاک بستگی دارد. به عنوان مثال، سیستم های ریشه گونه های درختی (توس، کاج اروپایی) در مناطقی با منجمد دائمی در اعماق کم قرار دارند و به طور گسترده پخش می شوند. در جاهایی که منجمد دائمی وجود ندارد، سیستم ریشه همین گیاهان کمتر گسترش یافته و عمیق تر نفوذ می کنند. در بسیاری از گیاهان استپی، ریشه ها می توانند به طور همزمان از اعماق زیاد به آب برسند، آنها همچنین دارای ریشه های سطحی زیادی در افق خاک غنی از هوموس هستند که از آنجا گیاهان عناصر غذایی معدنی را جذب می کنند. در خاک های غرقابی و کم هوادهی در حرا، بسیاری از گونه ها دارای ریشه های تنفسی خاصی هستند - پنوماتوفورها.

تعدادی از گروه های اکولوژیکی گیاهان را می توان در رابطه با خواص مختلف خاک متمایز کرد.

بنابراین، با توجه به واکنش به اسیدیته خاک، آنها را تشخیص می دهند: 1) اسید دوستگونه ها - رشد می کنند خاک های اسیدیبا pH کمتر از 6.7 (گیاهان باتلاق اسفاگنوم، چمن سفید)؛ 2) نوتروفیلیک –جذب به سمت خاک هایی با pH 6.7-7.0 (بیشتر گیاهان کشت شده). 3) بازوفیلیک- رشد در pH بیش از 7.0 (mordovnik، شقایق جنگلی)؛ 4) بي تفاوت -می تواند روی خاک هایی با معنی متفاوت pH (زنبق دره، فسکیو گوسفند).

در رابطه با ترکیب ناخالص خاک عبارتند از: 1) الیگوتروفیکگیاهانی که به مقدار کمی از عناصر خاکستر راضی هستند (کاج اسکاتلندی)؛ 2) اوتروفیک،آنهایی که به مقدار زیادی عناصر خاکستر نیاز دارند (بلوط، انگور فرنگی معمولی، علف های هرز چند ساله). 3) مزوتروف،نیاز به مقدار متوسطی از عناصر خاکستر (صنوبر معمولی).

نیتروفیل ها– گیاهانی که خاک های غنی از نیتروژن را ترجیح می دهند (گزنه).

گیاهان خاک های شور یک گروه را تشکیل می دهند هالوفیت ها(سولروس، سرسازان، کوکپک).

برخی از گونه های گیاهی به بسترهای مختلفی محدود می شوند: پتروفیت هاروی خاک های سنگی رشد می کنند و پساموفیت هاساکن ماسه های متحرک

زمین و ماهیت خاک بر حرکت خاص حیوانات تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، صمغ‌ها، شترمرغ‌ها، سگ‌هایی که روی آنها زندگی می‌کنند فضای باز، برای افزایش فشار در هنگام دویدن سریع به زمین محکم نیاز دارید. در مارمولک هایی که بر روی شن های متحرک زندگی می کنند، انگشتان پا با حاشیه ای از فلس های شاخی پوشیده شده اند که باعث افزایش سطح حمایت می شود (شکل 47). برای ساکنان زمینی که چاله ها را حفر می کنند، خاک های متراکم نامطلوب هستند. ماهیت خاک در برخی موارد بر توزیع جانوران خشکی‌زی تأثیر می‌گذارد که لانه‌هایی را حفر می‌کنند، برای فرار از گرما یا شکارچیان در خاک فرو می‌روند، یا در خاک تخم می‌گذارند و غیره.

برنج. 47. مارمولک پنکه ای - ساکن شن های صحرا: الف - مارمولک پنکه ای; ب – پای مارمولک

ویژگی های آب و هواشرایط زندگی در محیط زمین-هوا پیچیده است، علاوه بر این، تغییرات آب و هواآب و هوا - این حالت دائماً در حال تغییر جو در سطح زمین تا ارتفاع تقریباً 20 کیلومتری (مرز تروپوسفر) است. تغییرات آب و هوا در یک تغییر ثابت در ترکیب عوامل محیطی مانند دما و رطوبت، ابری، بارندگی، قدرت و جهت باد و غیره ظاهر می شود. نوسانات، که به طور قابل توجهی شرایط موجودات زمینی را پیچیده می کند. آب و هوا به میزان بسیار کمتری و فقط بر روی جمعیت لایه های سطحی بر زندگی ساکنان آبزی تأثیر می گذارد.

آب و هوای منطقه.رژیم آب و هوایی طولانی مدت مشخص می کند آب و هوای منطقه مفهوم اقلیم نه تنها مقادیر متوسط ​​پدیده های هواشناسی، بلکه چرخه سالانه و روزانه آنها، انحرافات از آن و فراوانی آنها را نیز شامل می شود. آب و هوا بر اساس شرایط جغرافیایی منطقه تعیین می شود.

تنوع منطقه ای آب و هوا با عمل بادهای موسمی، توزیع طوفان ها و پادسیکلون ها، تأثیر رشته کوه ها بر حرکت توده های هوا، درجه فاصله از اقیانوس (قاره) و بسیاری از عوامل محلی دیگر پیچیده است. در کوه ها یک پهنه بندی آب و هوایی وجود دارد که بسیار شبیه تغییر مناطق از عرض های جغرافیایی کم به عرض های جغرافیایی زیاد است. همه اینها تنوع فوق العاده ای از شرایط زندگی در خشکی ایجاد می کند.

برای اکثر موجودات زمینی، به ویژه موجودات کوچک، آب و هوای منطقه مهم نیست، بلکه شرایط زیستگاه بلافصل آنها اهمیت دارد. اغلب عناصر محیطی محلی (تسکین، قرار گرفتن در معرض، پوشش گیاهی و غیره) رژیم دما، رطوبت، نور، حرکت هوا را در یک منطقه خاص به گونه ای تغییر می دهند که به طور قابل توجهی با شرایط آب و هوایی منطقه متفاوت است. چنین تغییرات آب و هوایی محلی که در لایه سطحی هوا ایجاد می شوند نامیده می شوند میکرو اقلیم هر منطقه دارای ریزاقلیم های بسیار متنوعی است. ریزاقلیم نواحی خودسرانه کوچک را می توان شناسایی کرد. به عنوان مثال، رژیم خاصی در تاج گل ها ایجاد می شود که توسط حشرات ساکن آنجا استفاده می شود. تفاوت در دما، رطوبت هوا و قدرت باد به طور گسترده ای در فضای باز و در جنگل ها، در توده های چمن و روی مناطق خالی از خاک، در دامنه های نوردهی شمالی و جنوبی، و غیره شناخته شده است. یک میکرو اقلیم پایدار خاص در گودال ها، لانه ها، گودال ها رخ می دهد. ، غارها و سایر مکان های بسته.

ته نشینی.علاوه بر تامین آب و ایجاد ذخایر رطوبتی، می توانند نقش های اکولوژیکی دیگری نیز ایفا کنند. بنابراین، بارندگی شدید یا تگرگ گاهی اوقات تأثیر مکانیکی بر گیاهان یا حیوانات می گذارد.

نقش اکولوژیکی پوشش برف به ویژه متنوع است. نوسانات دمای روزانه تنها تا 25 سانتی متر به عمق برف نفوذ می کند، دما تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. با یخبندان 20-30 درجه سانتیگراد زیر یک لایه برف 30-40 سانتی متری، دما فقط کمی زیر صفر است. پوشش عمیق برف از جوانه های تجدید و محافظت از قسمت های سبز گیاهان در برابر یخ زدگی محافظت می کند. بسیاری از گونه ها بدون ریختن شاخ و برگ زیر برف می روند، به عنوان مثال، علف های مودار، Veronica officinalis، علف های سم دار و غیره.

برنج. 48. طرح مطالعه تله متری رژیم دمایی باقرقره فندق واقع در یک برف چاله (طبق گفته A.V. Andreev، A.V. Krechmar، 1976)

حیوانات کوچک خشکی نیز در زمستان سبک زندگی فعالی دارند و گالری های کاملی از تونل ها را در زیر برف و در ضخامت آن ایجاد می کنند. تعدادی از گونه هایی که از پوشش گیاهی پوشیده از برف تغذیه می کنند حتی با تولید مثل زمستانی مشخص می شوند، که به عنوان مثال در موش های لمینگ، چوب و موش های زرد گلو، تعدادی موش، موش های آبی و غیره مشاهده می شود. ، باقرقره سیاه، کبک تاندرا - نقب زدن در برف برای شب (شکل 48).

پوشش برف زمستانی، دستیابی به غذا را برای حیوانات بزرگ دشوار می کند. بسیاری از حیوانات صحرایی (گوزن شمالی، گراز وحشی، گاو مشک) در زمستان به طور انحصاری از پوشش گیاهی پوشیده از برف تغذیه می کنند و پوشش عمیق برف و به ویژه پوسته سخت روی سطح آن که در شرایط یخبندان ایجاد می شود، آنها را محکوم به گرسنگی می کند. در جریان پرورش گاو عشایری در روسیه قبل از انقلاب، فاجعه بزرگی در مناطق جنوبی رخ داد. جوت - مرگ و میر دسته جمعی دام در نتیجه شرایط یخبندان، محروم کردن حیوانات از غذا. حرکت بر روی برف عمیق نیز برای حیوانات دشوار است. برای مثال، روباه‌ها در زمستان‌های برفی، مناطقی را در جنگل زیر درختان صنوبر متراکم ترجیح می‌دهند، جایی که لایه برف نازک‌تر است، و تقریباً هرگز به سمت جنگل‌های باز و لبه‌های جنگل نمی‌روند. عمق برف ممکن است توزیع جغرافیایی گونه ها را محدود کند. به عنوان مثال، گوزن واقعی به مناطقی که ضخامت برف در زمستان بیش از 40-50 سانتی متر است، به شمال نفوذ نمی کند.

سفیدی پوشش برف حیوانات تیره رنگ را نشان می دهد. انتخاب استتار برای مطابقت با رنگ پس‌زمینه ظاهراً نقش عمده‌ای در بروز تغییرات رنگ فصلی در کبک پترمیگان و تاندرا، خرگوش کوهی، ارمنی، راسو و روباه قطبی داشته است. در جزایر فرمانده، همراه با روباه های سفید، روباه های آبی زیادی وجود دارند. طبق مشاهدات جانورشناسان، دومی ها عمدتاً در نزدیکی صخره های تیره و نوارهای موج سواری بدون یخ می مانند، در حالی که سفیدپوستان مناطقی با پوشش برفی را ترجیح می دهند.

زیستگاه هوای زمینی

در سیر تکامل، این محیط دیرتر از محیط آبی توسعه یافت. عوامل اکولوژیکی در محیط زمین-هوا در شدت نور زیاد، نوسانات قابل توجه دما و رطوبت هوا، همبستگی همه عوامل با موقعیت جغرافیایی، تغییر فصول و زمان روز با سایر زیستگاه ها متفاوت است. محیط گازی است، بنابراین با رطوبت، چگالی و فشار کم و محتوای اکسیژن بالا مشخص می شود.

ویژگی های عوامل محیطی غیر زنده: نور، دما، رطوبت - به سخنرانی قبلی مراجعه کنید.

ترکیب گاز اتمسفرهمچنین یک عامل مهم اقلیمی است. تقریباً 3-3.5 میلیارد سال پیش، جو حاوی نیتروژن، آمونیاک، هیدروژن، متان و بخار آب بود و اکسیژن آزاد در آن وجود نداشت. ترکیب اتمسفر تا حد زیادی توسط گازهای آتشفشانی تعیین شد.

در حال حاضر جو عمدتاً از نیتروژن، اکسیژن و مقادیر نسبتاً کمتری آرگون و دی اکسید کربن تشکیل شده است. تمام گازهای دیگر موجود در اتمسفر فقط در مقادیر کمی وجود دارند. محتوای نسبی اکسیژن و دی اکسید کربن از اهمیت ویژه ای برای بیوتا برخوردار است.

محتوای بالای اکسیژن به افزایش متابولیسم در موجودات زمینی در مقایسه با آبزیان اولیه کمک کرده است. در یک محیط زمینی، بر اساس راندمان بالای فرآیندهای اکسیداتیو در بدن، هومیوترمی حیوانی به وجود آمد. اکسیژن به دلیل محتوای دائمی بالای آن در هوا، عامل محدود کننده زندگی در محیط زمینی نیست. فقط در مکانها و در شرایط خاص، کمبود موقت ایجاد می شود، به عنوان مثال در تجمع بقایای گیاهی در حال تجزیه، ذخایر غلات، آرد و غیره.

محتوای دی اکسید کربن می تواند در مناطق خاصی از لایه سطحی هوا در محدوده نسبتاً قابل توجهی متفاوت باشد. به عنوان مثال، در نبود باد در مرکز شهرهای بزرگ، غلظت آن ده ها برابر افزایش می یابد. تغییرات روزانه منظم در محتوای دی اکسید کربن در لایه‌های سطحی، مرتبط با ریتم فتوسنتز گیاهان، و تغییرات فصلی، ناشی از تغییرات در سرعت تنفس موجودات زنده، عمدتاً جمعیت میکروسکوپی خاک، وجود دارد. افزایش اشباع هوا با دی اکسید کربن در مناطق فعالیت آتشفشانی، نزدیک چشمه های حرارتی و سایر خروجی های زیرزمینی این گاز رخ می دهد. محتوای کم دی اکسید کربن فرآیند فتوسنتز را مهار می کند. در شرایط زمین بسته، می توان با افزایش غلظت دی اکسید کربن، سرعت فتوسنتز را افزایش داد. این در عمل کشاورزی گلخانه ای و گلخانه ای استفاده می شود.

نیتروژن هوا برای اکثر ساکنان محیط خشکی یک گاز بی اثر است، اما تعدادی از میکروارگانیسم ها (باکتری های ندول، ازتوباکتر، کلستریدیا، جلبک های سبز آبی و غیره) توانایی اتصال آن را دارند و در چرخه بیولوژیکی درگیر می کنند.

ورود آلاینده های محلی به هوا نیز می تواند به طور قابل توجهی بر موجودات زنده تأثیر بگذارد. این امر به ویژه در مورد مواد گازی سمی - متان، اکسید گوگرد (IV)، مونوکسید کربن (II)، اکسید نیتروژن (IV)، سولفید هیدروژن، ترکیبات کلر، و همچنین ذرات گرد و غبار، دوده و غیره که هوا را در صنعت مسدود می کنند، صدق می کند. مناطق. منبع اصلی مدرن آلودگی شیمیایی و فیزیکی جو انسان زایی است: کار شرکت های مختلف صنعتی و حمل و نقل، فرسایش خاک و غیره. به عنوان مثال، اکسید گوگرد (SO 2)، حتی در غلظت های بالای 150 برای گیاهان سمی است. هزارم تا یک میلیونم حجم هوا برخی از گونه های گیاهی به ویژه به S0 2 حساس هستند و به عنوان شاخص حساس تجمع آن در هوا عمل می کنند (به عنوان مثال، گلسنگ ها).

چگالی هوا کمنیروی بالابر کم و پشتیبانی ناچیز آن را تعیین می کند. ساکنان محیط هوا باید سیستم حمایتی خود را داشته باشند که از بدن پشتیبانی می کند: گیاهان - با بافت های مکانیکی مختلف، حیوانات - با اسکلت جامد یا، بسیار کمتر، هیدرواستاتیک. علاوه بر این، همه ساکنان هوا از نزدیک با سطح زمین در ارتباط هستند، که آنها را برای اتصال و پشتیبانی می کند. زندگی در حالت معلق در هوا غیرممکن است. درست است، بسیاری از میکروارگانیسم ها و حیوانات، هاگ ها، دانه ها و گرده های گیاهان به طور منظم در هوا وجود دارند و توسط جریان های هوا حمل می شوند (anemochory)، بسیاری از حیوانات قادر به پرواز فعال هستند، اما در همه این گونه ها وظیفه اصلی چرخه زندگی آنها است. - تولید مثل - در سطح زمین انجام می شود. برای اکثر آنها ماندن در هوا فقط با استقرار یا جستجوی طعمه همراه است.

باداثر محدود کننده ای بر فعالیت و توزیع یکنواخت موجودات دارد. باد حتی می تواند تغییر کند ظاهرگیاهان، به ویژه در آن زیستگاه ها، به عنوان مثال در مناطق کوهستانی، که در آن عوامل دیگر اثر محدود کننده دارند. در زیستگاه های کوهستانی باز، باد رشد گیاهان را محدود می کند و باعث خم شدن گیاهان به سمت باد می شود. علاوه بر این، باد باعث افزایش تبخیر و تعرق در شرایط کم رطوبت می شود. از اهمیت بالایی برخوردار هستند طوفان ها، اگرچه تأثیر آنها کاملاً محلی است. طوفان ها و حتی بادهای معمولی می توانند حیوانات و گیاهان را در فواصل طولانی منتقل کنند و در نتیجه ترکیب جوامع را تغییر دهند.

فشارظاهراً یک عامل محدودکننده مستقیم نیست، اما ارتباط مستقیمی با آب و هوا و اقلیم دارد که تأثیر محدودکننده مستقیم دارند. چگالی کم هوا باعث ایجاد فشار نسبتاً کم در زمین می شود. به طور معمول 760 میلی متر جیوه است. با افزایش ارتفاع، فشار کاهش می یابد. در ارتفاع 5800 متری فقط نصف نرمال است. فشار کم ممکن است پراکنش گونه ها را در کوهستان محدود کند. برای اکثر مهره داران، حد بالای زندگی حدود 6000 متر است. محدودیت های پیشروی گیاهان عالی به سمت کوه ها تقریباً یکسان است. بندپایان (دم بهار، کنه، عنکبوت) تا حدودی مقاوم‌تر هستند که در یخچال‌های طبیعی بالای خط پوشش گیاهی یافت می‌شوند.

به طور کلی، همه موجودات زمینی بسیار بیشتر از موجودات آبزی تنوباتیک هستند.

آکادمی ایالتی سنت پترزبورگ

دامپزشکی.

گروه زیست شناسی عمومی، بوم شناسی و بافت شناسی.

چکیده اکولوژی با موضوع:

محیط زمین-هوا، عوامل آن

و سازگاری موجودات با آنها"

تکمیل شده توسط: دانشجوی سال اول

گروه Oi Pyatochenko N. L.

بررسی شده توسط: دانشیار گروه

وخمیستروا S. F.

سن پترزبورگ

معرفی

شرایط زندگی (شرایط وجود) مجموعه ای از عناصر ضروری برای یک موجود زنده است که با آنها پیوند ناگسستنی دارد و بدون آنها نمی تواند وجود داشته باشد.

سازگاری یک موجود زنده با محیط خود سازگاری نامیده می شود. توانایی سازگاری به طور کلی یکی از ویژگی های اصلی زندگی است که امکان وجود، بقا و تولید مثل آن را تضمین می کند. انطباق خود را در سطوح مختلف- از بیوشیمی سلول ها و رفتار ارگانیسم های منفرد گرفته تا ساختار و عملکرد جوامع و اکوسیستم ها. سازگاری ها در طول تکامل یک گونه بوجود می آیند و تغییر می کنند.

خصوصیات فردی یا عناصر محیطی که بر موجودات زنده تأثیر می گذارند، عوامل محیطی نامیده می شوند. عوامل محیطی متفاوت است. آنها ماهیت های متفاوت و اعمال خاصی دارند. عوامل محیطی به دو گروه بزرگ غیر زنده و زیستی تقسیم می شوند.

عوامل غیر زندهمجموعه ای از شرایط در محیط غیر آلی است که به طور مستقیم یا غیرمستقیم بر موجودات زنده تأثیر می گذارد: دما، نور، تابش رادیواکتیو، فشار، رطوبت هوا، ترکیب نمک آب و غیره.

عوامل بیوتیک همه اشکال تأثیر موجودات زنده بر یکدیگر هستند. هر موجود زنده دائماً تأثیر مستقیم یا غیرمستقیم دیگران را تجربه می کند و با نمایندگان گونه های خود و سایر گونه ها وارد ارتباط می شود.

در برخی موارد، عوامل انسانی به عنوان یک گروه جداگانه در کنار عوامل زیستی و غیرزیستی طبقه بندی می شوند که بر تأثیر شدید عامل انسان زایی تأکید دارد.

عوامل انسان زا همه اشکال فعالیت جامعه بشری هستند که منجر به تغییراتی در طبیعت به عنوان زیستگاه سایر گونه ها می شود یا مستقیماً بر زندگی آنها تأثیر می گذارد. اهمیت تأثیرات انسان زایی بر کل جهان زنده زمین به سرعت در حال رشد است.

تغییرات در عوامل محیطی در طول زمان می تواند به شرح زیر باشد:

1) به طور منظم ثابت، تغییر قدرت ضربه به دلیل زمان روز، فصل سال یا ریتم جزر و مد در اقیانوس.

2) نامنظم، بدون تناوب مشخص، به عنوان مثال، تغییر در شرایط آب و هوایی در سال های مختلف، طوفان، باران، گل و لای و غیره.

3) هدایت شده در دوره های زمانی معین یا طولانی، به عنوان مثال، سرد شدن یا گرم شدن آب و هوا، رشد بیش از حد یک مخزن و غیره.

عوامل محیطی محیطی می توانند اثرات مختلفی بر موجودات زنده داشته باشند:

1) به عنوان محرک، باعث تغییرات تطبیقی ​​در عملکردهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی می شود.

2) به عنوان محدود کننده هایی که وجود در داده ها را غیرممکن می کند

شرایط؛

3) به عنوان اصلاح کننده هایی که باعث تغییرات تشریحی و مورفولوژیکی در موجودات می شوند.

4) به عنوان سیگنال هایی که تغییرات در سایر عوامل را نشان می دهد.

علیرغم تنوع گسترده عوامل محیطی، تعدادی از الگوهای کلی را می توان در ماهیت تعامل آنها با موجودات زنده و در واکنش های موجودات زنده شناسایی کرد.

شدت عامل محیطی که برای حیات ارگانیسم بیشتر مساعد است، بهینه است و عاملی که بدترین اثر را می‌دهد بدترین است، یعنی. شرایطی که تحت آن فعالیت حیاتی یک ارگانیسم حداکثر مهار می شود، اما همچنان می تواند وجود داشته باشد. بنابراین، هنگام رشد گیاهان در شرایط دمایی مختلف، نقطه ای که حداکثر رشد در آن مشاهده می شود، بهینه خواهد بود. در بیشتر موارد، این محدوده دمایی چند درجه است، بنابراین در اینجا بهتر است در مورد منطقه بهینه صحبت کنیم. کل محدوده دمایی (از حداقل تا حداکثر) که در آن رشد هنوز امکان پذیر است، محدوده پایداری (استقامت) یا تحمل نامیده می شود. نقطه محدود کننده آن (یعنی حداقل و حداکثر) دماهای مناسب برای زندگی، حد پایداری است. بین منطقه بهینه و حد پایداری، با نزدیک شدن به دومی، گیاه تنش فزاینده‌ای را تجربه می‌کند. ما در مورددر مورد مناطق استرس، یا مناطق سرکوب، در محدوده مقاومت

وابستگی عمل یک عامل محیطی به شدت آن (با توجه به V.A. Radkevich، 1977)

با بالا و پایین رفتن ترازو، نه تنها استرس افزایش می یابد، بلکه در نهایت، زمانی که به محدودیت های مقاومت بدن رسید، مرگ آن رخ می دهد. آزمایش های مشابهی را می توان برای آزمایش تأثیر عوامل دیگر انجام داد. نتایج از نظر گرافیکی با نوع مشابهی از منحنی مطابقت دارند

محیط زندگی زمین-هوا، ویژگی های آن و اشکال سازگاری با آن.

زندگی در خشکی مستلزم سازگاری هایی بود که معلوم شد فقط در موجودات زنده بسیار سازمان یافته امکان پذیر است. محیط زمین و هوا برای زندگی دشوارتر است. این به شدت شرایط تنفس، تبادل آب و حرکت موجودات زنده را تغییر داد.

چگالی کم هوا نیروی بالابر کم و پشتیبانی ناچیز آن را تعیین می کند. موجودات موجود در هوا باید خود را داشته باشند سیستم پشتیبانیحمایت از بدن: گیاهان - بافت های مختلف مکانیکی، حیوانات - اسکلت جامد یا هیدرواستاتیک. علاوه بر این، همه ساکنان هوا از نزدیک با سطح زمین در ارتباط هستند، که آنها را برای اتصال و پشتیبانی می کند.

چگالی کم هوا مقاومت کمی در برابر حرکت ایجاد می کند. بنابراین، بسیاری از حیوانات زمینی توانایی پرواز را به دست آوردند. 75 درصد از تمام جانوران زمینی، عمدتاً حشرات و پرندگان، با پرواز فعال سازگار شده اند.

به لطف تحرک هوا و جریان های عمودی و افقی توده های هوا موجود در لایه های زیرین جو، پرواز غیرفعال موجودات امکان پذیر است. در این راستا، بسیاری از گونه ها با کمک جریان هوا، انیموکوری - پراکندگی را توسعه داده اند. انیموکوری مشخصه هاگ ها، دانه ها و میوه های گیاهان، کیست های تک یاخته ای، حشرات کوچک، عنکبوت ها و غیره است. ارگانیسم هایی که به طور غیرفعال توسط جریان های هوا منتقل می شوند در مجموع آئروپلانکتون نامیده می شوند.

موجودات زمینی در شرایط فشار نسبتا کم به دلیل چگالی کم هوا وجود دارند. به طور معمول 760 میلی متر جیوه است. با افزایش ارتفاع، فشار کاهش می یابد. فشار کم ممکن است پراکنش گونه ها را در کوهستان محدود کند. برای مهره داران، حد بالای زندگی حدود 60 میلی متر است. کاهش فشار مستلزم کاهش اکسیژن رسانی و کم آبی حیوانات به دلیل افزایش سرعت تنفس است. گیاهان بالاتر تقریباً همان محدودیت های پیشرفت را در کوهستان دارند. بندپایانی که در یخچال های طبیعی بالای خط پوشش گیاهی یافت می شوند، تا حدودی مقاوم تر هستند.

ترکیب گاز هوا علاوه بر خواص فیزیکی هوا، خواص شیمیایی آن نیز برای وجود موجودات زمینی بسیار مهم است. ترکیب گاز هوا در لایه سطحی جو از نظر محتوای اجزای اصلی کاملاً یکنواخت است (نیتروژن - 78.1٪ ، اکسیژن - 21.0٪ ، آرگون 0.9٪ ، دی اکسید کربن - 0.003٪ حجم).

محتوای بالای اکسیژن به افزایش متابولیسم در موجودات زمینی در مقایسه با موجودات آبزی اولیه کمک کرده است. در یک محیط زمینی، بر اساس راندمان بالای فرآیندهای اکسیداتیو در بدن، هومیوترمی حیوانی به وجود آمد. اکسیژن به دلیل محتوای بالای ثابتی که در هوا دارد، عامل محدودکننده ای برای زندگی در محیط خشکی نیست.

محتوای دی اکسید کربن می تواند در مناطق خاصی از لایه سطحی هوا در محدوده نسبتاً قابل توجهی متفاوت باشد. افزایش اشباع هوا با CO؟ در مناطق فعالیت آتشفشانی، نزدیک چشمه های حرارتی و سایر خروجی های زیرزمینی این گاز رخ می دهد. در غلظت های بالا، دی اکسید کربن سمی است. در طبیعت، چنین غلظت هایی نادر است. مقدار کم CO2 فرآیند فتوسنتز را مهار می کند. در شرایط خاک بسته می توان با افزایش غلظت دی اکسید کربن سرعت فتوسنتز را افزایش داد. این در عمل کشاورزی گلخانه ای و گلخانه ای استفاده می شود.

نیتروژن هوا برای اکثر ساکنان محیط زمین یک گاز بی اثر است، اما میکروارگانیسم های خاصی (باکتری های ندول، باکتری های نیتروژن، جلبک های سبز آبی و غیره) توانایی اتصال آن را دارند و در چرخه بیولوژیکی مواد درگیر می کنند.

کمبود رطوبت یکی از ویژگی های ضروری محیط زمین-هوای زندگی است. کل تکامل موجودات زمینی تحت نشانه سازگاری با به دست آوردن و حفظ رطوبت بود. رژیم های رطوبت در خشکی بسیار متنوع است - از اشباع کامل و ثابت هوا با بخار آب در برخی مناطق استوایی تا عدم وجود تقریباً کامل آنها در هوای خشک بیابان ها. همچنین تنوع روزانه و فصلی قابل توجهی در محتوای بخار آب در جو وجود دارد. تامین آب موجودات زمینی نیز به رژیم بارش، وجود مخازن، ذخایر رطوبت خاک، نزدیکی آبهای پوندی و غیره بستگی دارد.

این منجر به توسعه سازگاری موجودات زمینی با رژیم های مختلف تامین آب شد.

شرایط دمایی یکی دیگر از ویژگی های متمایز محیط هوا-زمین، نوسانات قابل توجه دما است. در بیشتر مناطق خشکی، دامنه دمای روزانه و سالانه ده ها درجه است. مقاومت در برابر تغییرات دما در محیط در میان ساکنان زمینی بسته به زیستگاه خاصی که زندگی آنها در آن جریان دارد بسیار متفاوت است. با این حال، به طور کلی، موجودات زمینی در مقایسه با موجودات آبزی بسیار گرمتر هستند.

شرایط زندگی در محیط زمین-هوا به دلیل وجود تغییرات آب و هوایی پیچیده تر می شود. آب و هوا - تغییر مداوم شرایط جو در سطح، تا ارتفاع تقریباً 20 کیلومتری (مرز تروپوسفر). تغییرپذیری آب و هوا در یک تغییر ثابت در ترکیب عوامل محیطی مانند دما، رطوبت هوا، ابری، بارندگی، شدت و جهت باد و غیره ظاهر می شود. رژیم آب و هوای طولانی مدت مشخصه آب و هوای منطقه است. مفهوم "اقلیم" نه تنها شامل مقادیر متوسط ​​پدیده های هواشناسی، بلکه چرخه سالانه و روزانه آنها، انحراف از آن و فراوانی آنها است. آب و هوا بر اساس شرایط جغرافیایی منطقه تعیین می شود. عوامل اصلی آب و هوایی - دما و رطوبت - با میزان بارندگی و اشباع هوا از بخار آب اندازه گیری می شوند.

برای اکثر موجودات زمینی، به ویژه موجودات کوچک، آب و هوای منطقه به اندازه شرایط زیستگاه بلافصل آنها مهم نیست. اغلب عناصر محیطی محلی (تسکین، نوردهی، پوشش گیاهی و غیره) رژیم دما، رطوبت، نور، حرکت هوا را در یک منطقه خاص به گونه ای تغییر می دهند که تفاوت قابل توجهی با شرایط آب و هوایی منطقه دارد. چنین تغییرات اقلیمی که در لایه سطحی هوا ایجاد می شود، میکرو اقلیم نامیده می شود. در هر منطقه، میکرو اقلیم بسیار متنوع است. ریزاقلیم مناطق بسیار کوچک قابل تشخیص است.

رژیم نور محیط زمین-هوا نیز دارای ویژگی هایی است. شدت و مقدار نور در اینجا بیشترین است و عملاً زندگی گیاهان سبز را محدود نمی کند، مانند آب یا خاک. در خشکی، گونه های بسیار نور دوست ممکن است وجود داشته باشند. برای اکثریت قریب به اتفاق حیوانات زمینی با فعالیت در روز و حتی شب، بینایی یکی از روش های اصلی جهت گیری است. حیوانات خشکی بینایی دارند مهمبرای جستجوی طعمه، بسیاری از گونه ها حتی دید رنگی دارند. در این راستا، قربانیان ویژگی های سازگاری مانند واکنش دفاعی، استتار و رنگ هشدار، تقلید و غیره را ایجاد می کنند.

در ساکنان آبزی، چنین سازگاری بسیار کمتر توسعه یافته است. ظهور گل های رنگارنگ گیاهان عالی نیز با ویژگی های دستگاه گرده افشان و در نهایت با رژیم نوری محیط همراه است.

خواص زمین و خاک نیز شرایط زندگی موجودات زمینی و اول از همه گیاهان است. ویژگی های سطح زمین که تأثیر اکولوژیکی بر ساکنان آن دارد با "عوامل محیطی ادافیک" (از یونانی "edaphos" - "خاک") متحد می شود.

در رابطه با خواص مختلف خاک، طیف وسیعی از گروه های زیست محیطیگیاهان بنابراین، با توجه به واکنش به اسیدیته خاک، آنها متمایز می شوند:

1) گونه های اسید دوست - در خاک های اسیدی با pH حداقل 6.7 رشد می کنند (گیاهان باتلاق اسفاگنوم).

2) نوتروفیل ها تمایل به رشد در خاک هایی با pH 6.7-7.0 دارند (بیشتر گیاهان کشت شده);

3) بازوفیلاسه ها در pH بیش از 7.0 رشد می کنند (خارپوستان، شقایق چوبی).

4) بی تفاوت ها می توانند در خاک هایی با مقادیر pH مختلف رشد کنند (زنبق دره).

گیاهان از نظر رطوبت خاک نیز متفاوت هستند. گونه های خاصبه بسترهای مختلف محدود می شوند، به عنوان مثال، پتروفیت ها در خاک های سنگی رشد می کنند، پاسموفیت ها ماسه های شل را پر می کنند.

زمین و ماهیت خاک بر حرکت خاص جانوران تأثیر می گذارد: به عنوان مثال، صمغ، شترمرغ، بوستارد زندگی در فضاهای باز، زمین سخت، برای افزایش دافعه هنگام دویدن. در مارمولک‌هایی که در شن‌های متحرک زندگی می‌کنند، انگشتان پا با حاشیه‌هایی از فلس‌های شاخی که حمایت را افزایش می‌دهند، پوشیده شده است. برای ساکنان زمینی که چاله ها را حفر می کنند، خاک متراکم نامطلوب است. ماهیت خاک در موارد خاص بر توزیع جانوران خشکی‌زی تأثیر می‌گذارد که حفره‌هایی را در خاک حفر می‌کنند یا در خاک حفر می‌کنند یا در خاک تخم می‌گذارند و غیره.

درباره ترکیب هوا

ترکیب گاز هوایی که تنفس می کنیم به این صورت است: 78% نیتروژن، 21% اکسیژن و 1% گازهای دیگر است. اما در فضای شهرهای بزرگ صنعتی این نسبت اغلب نقض می شود. بخش قابل توجهی از ناخالصی های مضر ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای از شرکت ها و وسایل نقلیه تشکیل شده است. حمل و نقل موتوری ناخالصی های زیادی را وارد اتمسفر می کند: هیدروکربن هایی با ترکیب ناشناخته، بنزو (a) پیرن، دی اکسید کربن، ترکیبات گوگرد و نیتروژن، سرب، مونوکسید کربن.

اتمسفر از مخلوطی از تعدادی گاز - هوا که در آن ناخالصی های کلوئیدی معلق هستند - غبار، قطرات، کریستال ها و غیره تشکیل شده است. ترکیب هوای اتمسفر با ارتفاع کمی تغییر می کند. اما با شروع از ارتفاع حدود 100 کیلومتری، همراه با اکسیژن مولکولی و نیتروژن، اکسیژن اتمی نیز در نتیجه تفکیک مولکول ها ظاهر می شود و جداسازی گرانشی گازها آغاز می شود. در بالای 300 کیلومتر، اکسیژن اتمی در جو غالب است، بالای 1000 کیلومتر - هلیوم و سپس هیدروژن اتمی. فشار و چگالی جو با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. حدود نیمی از کل جرم جو در 5 کیلومتر پایین تر، 9/10 در 20 کیلومتر پایین و 99.5 درصد در 80 کیلومتر پایین متمرکز شده است. در ارتفاعات حدود 750 کیلومتری، چگالی هوا به 10-10 گرم در متر مکعب کاهش می یابد (در حالی که در سطح زمین حدود 103 گرم در متر مکعب است)، اما حتی چنین چگالی کم نیز برای وقوع شفق ها کافی است. جو مرز بالایی ندارد. چگالی گازهای تشکیل دهنده آن

ترکیب هوای جوی که هر یک از ما تنفس می کنیم شامل چندین گاز است که عمده آنها عبارتند از: نیتروژن (78.09%)، اکسیژن (20.95%)، هیدروژن (0.01%)، دی اکسید کربن (دی اکسید کربن) (0.03%) و گازهای بی اثر (0.93%). علاوه بر این، همیشه مقدار مشخصی بخار آب در هوا وجود دارد که مقدار آن همیشه با تغییرات دما تغییر می کند: هر چه دما بیشتر باشد، میزان بخار بیشتر می شود و بالعکس. به دلیل نوسانات مقدار بخار آب موجود در هوا، درصد گازهای موجود در آن نیز ثابت نیست. تمام گازهای تشکیل دهنده هوا بی رنگ و بی بو هستند. وزن هوا نه تنها به دما، بلکه به میزان بخار آب موجود در آن نیز تغییر می کند. در همان دما، وزن هوای خشک بیشتر از هوای مرطوب است، زیرا بخار آب بسیار سبک تر از بخار هوا است.

جدول ترکیب گاز اتمسفر را در نسبت جرم حجمی و همچنین طول عمر اجزای اصلی نشان می دهد:

خواص گازهایی که هوای اتمسفر را تحت فشار می سازند تغییر می کند.

به عنوان مثال: اکسیژن تحت فشار بیش از 2 اتمسفر اثر سمی بر بدن دارد.

نیتروژن تحت فشار بالای 5 اتمسفر اثر مخدر (مسمومیت نیتروژن) دارد. بالا آمدن سریع از اعماق به دلیل آزاد شدن سریع حباب‌های نیتروژن از خون، که گویی آن را کف می‌کند، باعث بیماری رفع فشار می‌شود.

افزایش بیش از 3 درصد دی اکسید کربن در مخلوط تنفسی باعث مرگ می شود.

هر جزء تشکیل دهنده هوا، با افزایش فشار تا حدودی خاص، به سمی تبدیل می شود که می تواند بدن را مسموم کند.

مطالعات ترکیب گازهای جو. شیمی اتمسفر

برای تاریخچه توسعه سریع شاخه نسبتاً جوانی از علم به نام شیمی اتمسفر، اصطلاح "spurt" (پرتاب) که در ورزش های با سرعت بالا استفاده می شود، مناسب ترین است. تپانچه شروع احتمالاً توسط دو مقاله منتشر شده در اوایل دهه 1970 شلیک شده است. آنها در مورد تخریب احتمالی ازن استراتوسفر توسط اکسیدهای نیتروژن - NO و NO2 بحث کردند. اولین مورد متعلق به برنده آینده نوبل و سپس یکی از کارمندان دانشگاه استکهلم، P. Crutzen بود که منبع احتمالی اکسیدهای نیتروژن در استراتوسفر را تحت تأثیر قرار می گیرد. نور خورشیداکسید نیتروژن طبیعی N2O. نویسنده مقاله دوم، شیمیدان از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی جی. جانستون، پیشنهاد کرد که اکسیدهای نیتروژن در استراتوسفر در نتیجه فعالیت های انسانی، یعنی در هنگام انتشار محصولات احتراق از موتورهای جت هواپیماهای در ارتفاع بالا ظاهر می شوند.

البته فرضیه های فوق بیخودی به وجود نیامدند. نسبت حداقل اجزای اصلی هوای جوی - مولکول های نیتروژن، اکسیژن، بخار آب و غیره - خیلی زودتر شناخته شده بود. قبلاً در نیمه دوم قرن نوزدهم. در اروپا، اندازه گیری غلظت ازن در هوای سطحی انجام شد. در دهه 1930، دانشمند انگلیسی S. Chapman مکانیسم تشکیل ازن را در اتمسفر کاملاً اکسیژن کشف کرد که نشان دهنده مجموعه ای از برهمکنش های اتم ها و مولکول های اکسیژن و همچنین ازن در غیاب سایر اجزای هوا است. با این حال، در اواخر دهه 50، اندازه‌گیری‌ها با استفاده از موشک‌های هواشناسی نشان داد که ازن بسیار کمتری در استراتوسفر وجود دارد که طبق چرخه واکنش چپمن باید وجود داشته باشد. اگرچه این مکانیسم تا به امروز اساسی باقی مانده است، اما مشخص شده است که فرآیندهای دیگری نیز وجود دارند که به طور فعال در تشکیل ازن اتمسفر نقش دارند.

شایان ذکر است که در آغاز دهه 70، دانش در زمینه شیمی جو عمدتاً با تلاش دانشمندان فردی به دست آمد که تحقیقات آنها با هیچ مفهوم مهم اجتماعی متحد نشده بود و اغلب ماهیت کاملاً آکادمیک داشت. کار جانستون یک موضوع متفاوت است: طبق محاسبات او، 500 هواپیما که 7 ساعت در روز پرواز می کنند، می توانند میزان ازن استراتوسفر را کمتر از 10٪ کاهش دهند! و اگر این ارزیابی‌ها منصفانه بود، مشکل بلافاصله اجتماعی-اقتصادی می‌شد، زیرا در این مورد همه برنامه‌های توسعه حمل‌ونقل هوایی مافوق صوت و زیرساخت‌های مرتبط باید تحت تعدیل‌های قابل توجهی قرار گیرند و شاید حتی بسته شوند. علاوه بر این، برای اولین بار واقعاً این سؤال مطرح شد که فعالیت های انسانی می تواند نه یک فاجعه محلی، بلکه یک فاجعه جهانی ایجاد کند. طبیعتاً در شرایط کنونی، این نظریه نیاز به یک راستی آزمایی بسیار سخت و در عین حال عملیاتی داشت.

بیایید به یاد بیاوریم که ماهیت فرضیه فوق این بود که اکسید نیتروژن با ازن NO + O3 ® NO2 + O2 واکنش می دهد، سپس دی اکسید نیتروژن تشکیل شده در این واکنش با اتم اکسیژن NO2 + O ® NO + O2 واکنش می دهد و در نتیجه بازیابی می شود. حضور NO در جو، در حالی که مولکول ازن برای همیشه از بین می رود. در این مورد، چنین جفت واکنشی که چرخه کاتالیزوری نیتروژن تخریب ازن را تشکیل می دهد، تا زمانی که هر ماده شیمیایی یا فرآیندهای فیزیکیمنجر به حذف اکسیدهای نیتروژن از جو نخواهد شد. به عنوان مثال، NO2 به اکسیده می شود اسید نیتریک HNO3 در آب بسیار محلول است و بنابراین توسط ابرها و بارش از جو حذف می شود. چرخه کاتالیزوری نیتروژن بسیار موثر است: یک مولکول NO در طول اقامت خود در اتمسفر قادر است ده ها هزار مولکول ازن را از بین ببرد.

اما، همانطور که می دانید، مشکل به تنهایی به وجود نمی آید. به زودی، کارشناسان دانشگاه های ایالات متحده - میشیگان (R. Stolarski و R. Cicerone) و هاروارد (S. Wofsey و M. McElroy) - دریافتند که ازن ممکن است دشمنی حتی بی رحم تر داشته باشد - ترکیبات کلر. چرخه کاتالیزوری کلر تخریب ازن (واکنش های Cl + O3 ® ClO + O2 و ClO + O ® Cl + O2) طبق برآورد آنها چندین برابر کارآمدتر از نیتروژن بود. تنها دلیل خوش‌بینی محتاطانه این بود که مقدار کلر طبیعی در جو نسبتاً کم است، به این معنی که تأثیر کلی تأثیر آن بر ازن ممکن است خیلی قوی نباشد. با این حال، زمانی که در سال 1974، کارمندان دانشگاه کالیفرنیا در ایروین اس. رولند و ام. مولینا، دریافتند که منبع کلر در استراتوسفر، ترکیبات کلروفلوروکربن (CFCs) هستند که به طور گسترده در واحدهای تبرید، بسته‌بندی آئروسل استفاده می‌شوند، وضعیت به‌طور چشمگیری تغییر کرد. و غیره. این مواد غیر قابل اشتعال، غیر سمی و از نظر شیمیایی غیرفعال هستند، به آرامی با افزایش جریان هوا از سطح زمین به استراتوسفر منتقل می شوند، جایی که مولکول های آنها در اثر نور خورشید از بین می روند و در نتیجه اتم های کلر آزاد آزاد می شوند. تولید صنعتی CFCها که در دهه 30 شروع شد و انتشار آنها در جو به طور پیوسته در تمام سالهای بعد به ویژه در دهه 70 و 80 افزایش یافت. بنابراین، در مدت زمان بسیار کوتاهی، نظریه پردازان دو مشکل در شیمی اتمسفر ناشی از آلودگی شدید انسانی را شناسایی کردند.

با این حال، برای آزمون اعتبار فرضیه های مطرح شده، انجام بسیاری از وظایف ضروری بود.

اولا،گسترش مطالعات آزمایشگاهی، که طی آن می توان نرخ واکنش های فتوشیمیایی بین اجزای مختلف هوای اتمسفر را تعیین یا روشن کرد. باید گفت که داده های بسیار ناچیز این سرعت ها که در آن زمان وجود داشت نیز دارای خطای عادلانه ای (تا چند صد درصد) بود. علاوه بر این، شرایطی که تحت آن اندازه‌گیری‌ها انجام می‌شود، معمولاً با واقعیت‌های جو مطابقت ندارد، که به طور جدی خطا را تشدید می‌کند، زیرا شدت بیشتر واکنش‌ها به دما و گاهی به فشار یا چگالی جو بستگی دارد. هوا

ثانیاًبه طور فشرده خواص تابش نوری تعدادی از گازهای کوچک اتمسفر را در شرایط آزمایشگاهی مطالعه کنید. مولکول های تعداد قابل توجهی از اجزای هوای اتمسفر از بین می روند اشعه ماوراء بنفشخورشید (در واکنش های فتولیز)، از جمله آنها نه تنها CFCهای ذکر شده در بالا، بلکه اکسیژن مولکولی، ازن، اکسیدهای نیتروژن و بسیاری دیگر. بنابراین، برآورد پارامترهای هر واکنش فوتولیز به اندازه سرعت واکنش بین مولکول‌های مختلف برای بازتولید صحیح فرآیندهای شیمیایی جو ضروری و مهم بود.

سوم،ایجاد مدل‌های ریاضی با قابلیت توصیف تا حد امکان تبدیل‌های شیمیایی متقابل اجزای هوای اتمسفر ضروری بود. همانطور که قبلاً ذکر شد، بهره‌وری تخریب ازن در چرخه‌های کاتالیزوری با مدت زمان ماندن کاتالیزور (NO، Cl یا موارد دیگر) در جو تعیین می‌شود. واضح است که چنین کاتالیزوری، به طور کلی، می تواند با هر یک از ده ها جزء هوای اتمسفر واکنش نشان دهد و در این فرآیند به سرعت فرو بریزد، و سپس آسیب به ازن استراتوسفر بسیار کمتر از حد انتظار خواهد بود. از سوی دیگر، هنگامی که در هر ثانیه دگرگونی های شیمیایی زیادی در جو رخ می دهد، احتمالا مکانیسم های دیگری نیز شناسایی می شوند که به طور مستقیم یا غیرمستقیم بر تشکیل و تخریب ازن تأثیر می گذارند. در نهایت، چنین مدل‌هایی می‌توانند اهمیت واکنش‌های فردی یا گروه‌های آن‌ها را در تشکیل گازهای دیگری که هوای اتمسفر را تشکیل می‌دهند، شناسایی و ارزیابی کنند، و همچنین به فرد اجازه می‌دهند غلظت گازهایی را که نمی‌توان اندازه‌گیری کرد، محاسبه کرد.

و در نهایت،لازم بود شبکه گسترده ای برای اندازه گیری محتوای گازهای مختلف موجود در هوا از جمله ترکیبات نیتروژن، کلر و غیره با استفاده از ایستگاه های زمینی، پرتاب بالن های هواشناسی و موشک های هواشناسی و پروازهای هواپیما سازماندهی شود. البته ایجاد پایگاه داده گرانترین کار بود که حل نشد مدت کوتاهی. با این حال، تنها اندازه‌گیری‌ها می‌توانند نقطه شروعی برای تحقیقات نظری باشند و در عین حال سنگ محک برای صدق فرضیه‌های بیان‌شده باشند.

از اوایل دهه 70، مجموعه های ویژه و دائماً به روز شده حداقل هر سه سال یک بار منتشر شده است که حاوی اطلاعاتی در مورد همه واکنش های جوی مهم، از جمله واکنش های فوتولیز است. علاوه بر این، خطا در تعیین پارامترهای واکنش بین اجزای گاز هوا امروزه به طور معمول 10-20٪ است.

نیمه دوم این دهه شاهد توسعه سریع مدل هایی بود که تحولات شیمیایی در جو را توصیف می کردند. بیشترین تعداد آنها در ایالات متحده آمریکا ایجاد شد، اما آنها در اروپا و اتحاد جماهیر شوروی ظاهر شدند. در ابتدا این مدل‌های جعبه‌ای (صفر بعدی) و سپس مدل‌های یک‌بعدی بودند. اولین با درجات مختلف اطمینان، محتوای گازهای اصلی جو را در یک حجم معین - یک جعبه (از این رو نام آنها) - در نتیجه فعل و انفعالات شیمیایی بین آنها بازتولید کرد. از آنجایی که بقای جرم کل مخلوط هوا فرض شده بود، حذف هر بخشی از آن از جعبه، به عنوان مثال، توسط باد، در نظر گرفته نشد. مدل‌های جعبه‌ای برای روشن کردن نقش واکنش‌های فردی یا گروه‌های آنها در فرآیندها مناسب بودند تشکیلات شیمیاییو تخریب گازهای اتمسفر، برای ارزیابی حساسیت ترکیب گاز اتمسفر به عدم دقت در تعیین نرخ واکنش. با کمک آنها، محققان می توانند با تنظیم پارامترهای جوی در جعبه (به ویژه دما و چگالی هوا) مربوط به ارتفاع پروازهای هوانوردی، و با یک تقریب تقریبی تخمین بزنند که چگونه غلظت ناخالصی های جوی در نتیجه انتشار گازهای گلخانه ای تغییر می کند. محصولات احتراق از موتورهای هواپیما در همان زمان، مدل‌های جعبه‌ای برای مطالعه مشکل کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCs) نامناسب بودند، زیرا نمی‌توانستند روند حرکت خود را از سطح زمین به استراتوسفر توصیف کنند. اینجاست که مدل های تک بعدی با ترکیب حسابداری مفید واقع شدند توصیف همراه با جزئیاتفعل و انفعالات شیمیایی در جو و انتقال ناخالصی ها در جهت عمودی. و اگرچه انتقال عمودی در اینجا کاملاً تقریباً مشخص شده بود، استفاده از مدل‌های یک‌بعدی گامی قابل توجه به جلو بود، زیرا آنها به نوعی امکان توصیف پدیده‌های واقعی را فراهم می‌کردند.

با نگاهی به گذشته، می توان گفت که بیشتر دانش مدرن ما مبتنی بر کارهای خشن انجام شده در آن سال ها با کمک مدل های تک بعدی و جعبه ای است. این امکان را برای تعیین مکانیسم های تشکیل ترکیب گاز جو، ارزیابی شدت منابع شیمیایی و غرق گازهای منفرد فراهم کرد. ویژگی مهماین مرحله از توسعه شیمی اتمسفر این است که ایده های جدیدی که متولد شدند بر روی مدل ها آزمایش شدند و به طور گسترده در بین متخصصان مورد بحث قرار گرفتند. نتایج به‌دست‌آمده اغلب با تخمین‌های سایر گروه‌های علمی مقایسه می‌شد، زیرا اندازه‌گیری‌های میدانی به وضوح کافی نبودند و دقت آنها بسیار پایین بود. علاوه بر این، برای تأیید صحت مدل‌سازی برخی از فعل و انفعالات شیمیایی، لازم بود اندازه‌گیری‌های پیچیده انجام شود، زمانی که غلظت همه معرف‌های شرکت‌کننده به طور همزمان تعیین می‌شد، که در آن زمان و حتی اکنون، عملاً غیرممکن بود. (تا به حال، تنها چند اندازه گیری از مجموعه گازهای شاتل در طی 2 تا 5 روز انجام شده است.) بنابراین، مطالعات مدل از مطالعات تجربی جلوتر بود، و این تئوری نه آنقدر مشاهدات میدانی را توضیح داد که به آن کمک کرد. برنامه ریزی بهینه آنها به عنوان مثال، ترکیبی مانند نیترات کلر ClONO2 ابتدا در مطالعات مدلسازی ظاهر شد و تنها پس از آن در جو کشف شد. حتی مقایسه اندازه‌گیری‌های موجود با تخمین‌های مدل دشوار بود، زیرا مدل یک‌بعدی نمی‌توانست حرکات هوای افقی را در نظر بگیرد، به همین دلیل است که جو به‌طور افقی همگن فرض می‌شد و نتایج مدل به‌دست‌آمده با برخی از حالت متوسط ​​جهانی مطابقت دارد. با این حال، در واقعیت، ترکیب هوا بر فراز مناطق صنعتی اروپا یا ایالات متحده با ترکیب آن بر فراز استرالیا یا اقیانوس آرام بسیار متفاوت است. بنابراین، نتایج هر مشاهدات میدانی تا حد زیادی به مکان و زمان اندازه گیری ها بستگی دارد و البته دقیقاً با مقدار میانگین جهانی مطابقت ندارد.

برای از بین بردن این شکاف در مدل‌سازی، در دهه 80، محققان مدل‌های دو بعدی ایجاد کردند که در آن، همراه با حمل و نقل عمودی، حمل‌ونقل هوایی در امتداد نصف النهار نیز مورد توجه قرار گرفت (در طول دایره عرض جغرافیایی، جو هنوز همگن در نظر گرفته می‌شد). ایجاد چنین مدل هایی در ابتدا با مشکلات قابل توجهی همراه بود.

اولا،تعداد پارامترهای مدل خارجی به شدت افزایش یافت: در هر گره شبکه لازم بود که نرخ انتقال عمودی و بین عرضی، دما و چگالی هوا و غیره تنظیم شود. بسیاری از پارامترها (عمدتاً سرعت های ذکر شده در بالا) به طور قابل اعتمادی در آزمایش ها تعیین نشدند و بنابراین به دلایل کیفی انتخاب شدند.

ثانیاًوضعیت فناوری رایانه در آن زمان به طور قابل توجهی مانع توسعه کامل مدل های دو بعدی شد. برخلاف مدل‌های اقتصادی یک‌بعدی و مخصوصاً جعبه‌ای، مدل‌های دوبعدی به میزان قابل‌توجهی به حافظه و زمان رایانه بیشتری نیاز دارند. و در نتیجه، سازندگان آنها مجبور شدند به طور قابل توجهی طرح های حسابداری دگرگونی های شیمیایی در جو را ساده کنند. با این وجود، مجموعه ای از مطالعات جوی، چه مدل و چه در مقیاس کامل با استفاده از ماهواره ها، ترسیم تصویری نسبتا هماهنگ، هرچند دور از کامل بودن، از ترکیب جو، و همچنین ایجاد علت و علت اصلی را ممکن ساخت. روابط تأثیر می گذارد که باعث تغییر در محتوای اجزای هوا می شود. به طور خاص، مطالعات متعدد نشان داده است که پرواز هواپیما در تروپوسفر هیچ آسیب قابل توجهی به ازن تروپوسفر وارد نمی کند، اما به نظر می رسد صعود آنها به استراتوسفر اثرات منفی بر اوزونوسفر داشته باشد. نظر اکثر کارشناسان در مورد نقش CFC ها تقریباً اتفاق نظر بود: فرضیه رولند و مولینا تأیید می شود و این مواد در واقع به تخریب ازن استراتوسفر و افزایش منظم آنها کمک می کنند. تولید صنعتی- یک بمب ساعتی، از آنجایی که پوسیدگی CFC بلافاصله اتفاق نمی افتد، بلکه پس از ده ها و صدها سال، بنابراین عواقب آلودگی برای مدت بسیار طولانی بر جو تأثیر می گذارد. علاوه بر این، اگر برای مدت طولانی باقی بمانند، کلروفلوئوروکربن‌ها می‌توانند به هر نقطه، حتی دورافتاده‌ترین نقطه جو برسند، و بنابراین، این یک تهدید در مقیاس جهانی است. زمان تصمیمات سیاسی توافق شده فرا رسیده است.

در سال 1985، با مشارکت 44 کشور، کنوانسیون حفاظت از لایه اوزون در وین تدوین و تصویب شد که مطالعه جامع آن را تحریک کرد. با این حال، این سوال که با CFC ها چه باید کرد همچنان باز باقی ماند. غیرممکن بود که بگذاریم موضوع بر اساس اصل «خود حل می‌شود» روند خود را طی کند، اما همچنین نمی‌توان یک شبه تولید این مواد را بدون آسیب‌های عظیم به اقتصاد ممنوع کرد. به نظر می رسد یک راه حل ساده وجود دارد: باید CFC ها را با مواد دیگری جایگزین کرد که می توانند همان عملکردها را انجام دهند (مثلاً در واحدهای تبرید) و در عین حال برای ازن بی ضرر یا حداقل خطر کمتری دارند. اما آن را زنده کنید راه حل های سادهاغلب بسیار دشوار است. نه تنها ایجاد چنین موادی و ایجاد تولید آنها مستلزم سرمایه گذاری و زمان هنگفتی بود، بلکه معیارهایی برای ارزیابی تأثیر هر یک از آنها بر جو و اقلیم مورد نیاز بود.

نظریه پردازان دوباره در کانون توجه قرار گرفته اند. D. Webbles از آزمایشگاه ملی لیورمور استفاده از پتانسیل تخریب لایه ازن را برای این منظور پیشنهاد کرد، که نشان داد یک مولکول یک ماده جایگزین چقدر قوی تر (یا ضعیف تر) از یک مولکول CFCl3 (Freon-11) بر ازن اتمسفر تأثیر می گذارد. در آن زمان، همچنین به خوبی شناخته شده بود که دمای لایه هوای سطحی به طور قابل توجهی به غلظت برخی از ناخالصی های گازی (که آنها را گازهای گلخانه ای می نامیدند)، عمدتاً دی اکسید کربن CO2، بخار آب H2O، ازن، و غیره بستگی دارد. CFC ها و بسیاری از آنها. جایگزین های بالقوه آنها اندازه گیری ها نشان داده است که در طول انقلاب صنعتی، میانگین سالانه دمای جهانی لایه سطحی هوا افزایش یافته و همچنان در حال افزایش است و این نشان دهنده تغییرات قابل توجه و نه همیشه مطلوب آب و هوای زمین است. برای تحت کنترل درآوردن این وضعیت، در کنار پتانسیل تخریب لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه ازن یک ماده، پتانسیل گرمایش جهانی آن نیز مورد توجه قرار گرفت. این شاخص نشان می‌دهد که ترکیب مورد مطالعه چقدر قوی‌تر یا ضعیف‌تر از همان مقدار دی اکسید کربن بر دمای هوا تأثیر می‌گذارد. محاسبات نشان داد که CFCها و مواد جایگزین پتانسیل گرمایش جهانی بسیار بالایی دارند، اما از آنجایی که غلظت آنها در جو بسیار کمتر از غلظت CO2، H2O یا O3 بود، سهم کلی آنها در گرم شدن کره زمین ناچیز باقی ماند. در اين لحظه - فعلا...

جداول محاسبه پتانسیل تخریب لایه ازن و پتانسیل های گرمایش جهانی کلروفلوروکربن ها و جایگزین های احتمالی آن ها مبنای تصمیم گیری های بین المللی برای کاهش و متعاقباً ممنوعیت تولید و استفاده از بسیاری از CFC ها را تشکیل می دهد (پروتکل مونترال 1987 و اصلاحات بعدی آن). شاید کارشناسانی که در مونترال جمع شده بودند تا این حد متفق القول نبودند (بالاخره، مواد پروتکل مبتنی بر "ساختگی" نظریه پردازان بود که توسط آزمایش های طبیعی تایید نشده بود)، اما "فرد" علاقه مند دیگری به نفع امضای این سند صحبت کرد. - خود جو

پیام کشف "حفره ازن" بر فراز قطب جنوب توسط دانشمندان انگلیسی در پایان سال 1985، بدون مشارکت خبرنگاران، به حس سال و واکنش جامعه جهانی به این پیام تبدیل شد. با یکی مشخص می شود در یک کلام کوتاه- شوکه شدن. زمانی که تهدید نابودی لایه اوزون فقط در آینده ای دور وجود داشته باشد یک چیز است و وقتی همه ما با یک عمل انجام شده مواجه می شویم چیز دیگری است. نه مردم عادی، نه سیاستمداران و نه نظریه پردازان آمادگی این را نداشتند.

به سرعت مشخص شد که هیچ یک از مدل های موجود نمی تواند چنین کاهش قابل توجهی در سطح ازن را تولید کند. این بدان معنی است که برخی از پدیده های طبیعی مهم یا مورد توجه قرار نگرفته یا دست کم گرفته شده اند. به زودی، مطالعات میدانی انجام شده در چارچوب برنامه مطالعه پدیده قطب جنوب نشان داد که نقش مهمی در تشکیل "حفره اوزون"، همراه با واکنش های معمولی (فاز گاز) جوی، توسط ویژگی های خاص ایفا می کند. حمل و نقل هوای جوی در استراتوسفر قطب جنوب (تقریباً جداسازی کامل آن در زمستان از بقیه جو) و همچنین در آن زمان واکنش های ناهمگن کمی مطالعه شده (واکنش های روی سطح ذرات معلق در جو - ذرات غبار، دوده، تکه های یخ، قطرات آب و غیره). تنها در نظر گرفتن عوامل ذکر شده در بالا، دستیابی به توافق رضایت بخشی بین نتایج مدل و داده های مشاهده ای را ممکن ساخت. و درس هایی که توسط "حفره اوزون" قطب جنوب آموزش داده شد به طور جدی بر توسعه بیشتر شیمی جو تأثیر گذاشت.

اولاً، انگیزه‌ای شدید به مطالعه دقیق فرآیندهای ناهمگنی داده شد که طبق قوانین متفاوت از آنهایی که فرآیندهای فاز گاز را تعیین می‌کنند، اتفاق می‌افتند. ثانیاً، درک روشنی وجود داشت که در سیستم پیچیدهرفتار عناصر آن مانند جو است که به مجموعه کاملی از ارتباطات داخلی بستگی دارد. به عبارت دیگر، محتوای گازهای موجود در اتمسفر نه تنها با شدت فرآیندهای شیمیایی، بلکه با دمای هوا، انتقال توده‌های هوا، ویژگی‌های آلودگی آئروسل قسمت‌های مختلف جو و غیره تعیین می‌شود. گرمایش و سرمایش تشعشعی که میدان دمایی هوای استراتوسفر را تشکیل می‌دهند، به غلظت و توزیع گازهای گلخانه‌ای در فضا و در نتیجه فرآیندهای دینامیکی اتمسفر بستگی دارد. در نهایت، گرمایش تابشی غیریکنواخت مناطق مختلف کره زمین و بخش‌هایی از جو باعث ایجاد حرکات هوای جوی و کنترل شدت آنها می‌شود. بنابراین، عدم در نظر گرفتن هر گونه بازخورد در مدل ها می تواند پر از مشکلات باشد اشتباهات بزرگدر نتایج به‌دست‌آمده (اگرچه، گذراً توجه کنیم، پیچیده‌کردن بیش از حد مدل بدون نیاز فوری به اندازه شلیک توپ به نمایندگان شناخته شده پرندگان نامناسب است).

اگر رابطه بین دمای هوا و ترکیب گاز آن در مدل‌های دو بعدی در دهه 80 در نظر گرفته شد، استفاده از مدل‌های سه‌بعدی گردش عمومی جو برای توصیف توزیع ناخالصی‌های اتمسفر به لطف رونق رایانه ممکن شد. فقط در دهه 90 اولین چنین مدل های گردش عمومی برای توصیف توزیع فضایی مواد شیمیایی غیرفعال - ردیاب ها استفاده شد. بعداً به دلیل رم ناکافی رایانه‌ها، فرآیندهای شیمیایی تنها با یک پارامتر مشخص شد - زمان ماندن یک ناخالصی در جو، و فقط اخیراً بلوک‌های تبدیل شیمیایی به قطعات کامل مدل‌های سه‌بعدی تبدیل شدند. اگرچه هنوز مشکلاتی در ارائه جزئیات فرآیندهای شیمیایی جو در مدل‌های سه‌بعدی وجود دارد، اما دیگر غیرقابل حل به نظر نمی‌رسند و بهترین مدل‌های سه‌بعدی شامل صدها واکنش شیمیایی، همراه با انتقال اقلیمی واقعی هوا در جو جهانی است.

در همان زمان، استفاده گسترده مدل های مدرنبه هیچ وجه سودمندی ساده ترهایی که در بالا مورد بحث قرار گرفت را زیر سوال نمی برد. به خوبی شناخته شده است که هرچه مدل پیچیده تر باشد، جدا کردن "سیگنال" از "نویز مدل"، تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده، شناسایی مکانیسم های علت و معلولی اصلی و ارزیابی تاثیر برخی موارد دشوارتر است. پدیده های روی نتیجه نهایی (و بنابراین توصیه به در نظر گرفتن آنها در مدل). و در اینجا، مدل‌های ساده‌تر به‌عنوان یک زمینه آزمایشی ایده‌آل عمل می‌کنند، آنها این امکان را به دست می‌آورند که تخمین‌های اولیه را که بعداً در مدل‌های سه‌بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرند، برای مطالعه پدیده‌های طبیعی جدید قبل از گنجاندن آنها در موارد پیچیده‌تر و غیره.

پیشرفت سریع علمی و تکنولوژیکی باعث ایجاد چندین حوزه تحقیقاتی دیگر شده است، که به هر نحوی به شیمی اتمسفر مرتبط است.

نظارت ماهواره ای جو.هنگامی که تکمیل منظم پایگاه داده از ماهواره ها ایجاد شد، برای اکثر مهم ترین اجزای جو، که تقریباً کل کره زمین را پوشش می دهند، نیاز به بهبود روش های پردازش آنها وجود داشت. این شامل فیلتر کردن داده ها (جداسازی خطاهای سیگنال و اندازه گیری) و بازیابی است پروفیل های عمودیغلظت ناخالصی ها بر اساس محتویات کل آنها در ستون اتمسفر و درون یابی داده ها در مناطقی که اندازه گیری مستقیم به دلایل فنی غیرممکن است. علاوه بر این، مانیتورینگ ماهواره ای با سفرهای هوایی تکمیل می شود که برای حل مشکلات مختلف برنامه ریزی شده است، به عنوان مثال، در اقیانوس آرام گرمسیری، اقیانوس اطلس شمالی و حتی در استراتوسفر تابستانی قطب شمال.

بخش مهمی از تحقیقات مدرن، جذب (همسان سازی) این پایگاه های داده در مدل هایی با پیچیدگی های مختلف است. در این حالت، پارامترها بر اساس شرایط نزدیک‌ترین مجاورت بین مقادیر اندازه‌گیری شده و مدل محتوای ناخالصی در نقاط (مناطق) انتخاب می‌شوند. به این ترتیب، کیفیت مدل‌ها و همچنین برون‌یابی مقادیر اندازه‌گیری شده در فراتر از مناطق و دوره‌های اندازه‌گیری بررسی می‌شود.

تخمین غلظت آلاینده های جوی با عمر کوتاه. رادیکال های اتمسفر که نقش کلیدی در شیمی اتمسفر ایفا می کنند، مانند هیدروکسیل OH، پرهیدروکسیل HO2، اکسید نیتریک NO، اکسیژن اتمی در حالت برانگیخته O (1D) و غیره، بیشترین واکنش شیمیایی و بنابراین بسیار کوچک را دارند. چند ثانیه یا دقیقه) "طول عمر" در جو. بنابراین، اندازه‌گیری چنین رادیکال‌هایی بسیار دشوار است و بازسازی محتوای آنها در هوا اغلب با استفاده از روابط مدل بین منابع شیمیایی و غرق‌های این رادیکال‌ها انجام می‌شود. برای مدت طولانیشدت منابع و سینک ها از داده های مدل محاسبه شد. با ظهور اندازه‌گیری‌های مناسب، بازسازی غلظت‌های رادیکال بر اساس آن‌ها و در عین حال بهبود مدل‌ها و گسترش اطلاعات در مورد ترکیب گاز جو ممکن شد.

بازسازی ترکیب گاز اتمسفر در دوره ماقبل صنعتی و دوران پیشین زمین.به لطف اندازه گیری ها در هسته های یخی قطب جنوب و گرینلند، که سن آنها از صدها تا صدها هزار سال متغیر است، غلظت دی اکسید کربن، اکسید نیتروژن، متان، مونوکسید کربن و همچنین دمای آن زمان ها مشخص شده است. . بازسازی مدلی از وضعیت جو در آن دوران و مقایسه آن با شرایط کنونی امکان ردیابی تکامل جو زمین و ارزیابی میزان تأثیر انسان بر محیط طبیعی را فراهم می کند.

ارزیابی شدت منابع مهم ترین اجزای هوا.اندازه گیری سیستماتیک محتوای گازهای موجود در هوای سطحی، مانند متان، مونوکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن، مبنایی برای حل مشکل معکوس شد: تخمین میزان انتشار گازها از منابع زمینی به جو بر اساس غلظت های شناخته شده آنها. . متأسفانه، تنها فهرستی از مقصران آشوب جهانی - CFCها - کار نسبتاً ساده ای است، زیرا تقریباً همه این مواد منابع طبیعی ندارند و مقدار کل آنها که وارد اتمسفر می شود با حجم تولید آنها محدود می شود. گازهای باقیمانده دارای منابع انرژی متفاوت و قابل مقایسه هستند. به عنوان مثال، منبع متان مناطق پرآب، باتلاق ها، چاه های نفت، معادن زغال سنگ است. این ترکیب توسط کلنی های موریانه ترشح می شود و حتی از مواد زائد گاو نیز می باشد. مونوکسید کربن به عنوان بخشی از گازهای خروجی، در نتیجه احتراق سوخت، و همچنین در طی اکسیداسیون متان و بسیاری دیگر وارد جو می شود. ترکیبات آلی. اندازه‌گیری مستقیم انتشار این گازها دشوار است، اما تکنیک‌هایی برای ارائه تخمین‌هایی از منابع جهانی گازهای آلاینده توسعه یافته‌اند که عدم قطعیت آن در سال‌های اخیر به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافته است، اگرچه همچنان زیاد است.

پیش بینی تغییرات در ترکیب جو و آب و هوای زمینبا در نظر گرفتن روندها - روند در محتوای گازهای جوی، ارزیابی منابع آنها، نرخ رشد جمعیت زمین، میزان افزایش تولید انواع انرژی و غیره - گروه های ویژه ای از کارشناسان سناریوهایی را برای احتمالی ایجاد و به طور مداوم تنظیم می کنند. آلودگی اتمسفر در 10، 30، 100 سال آینده بر اساس آنها، تغییرات احتمالی در ترکیب گاز، دما و گردش اتمسفر با استفاده از مدل‌ها پیش‌بینی می‌شود. به این ترتیب می توان روندهای نامطلوب در وضعیت جو را از قبل تشخیص داد و می توان برای از بین بردن آنها تلاش کرد. شوک 1985 قطب جنوب نباید تکرار شود.

پدیده اثر گلخانه ای جو

در سال های اخیر، به وضوح مشخص شده است که قیاس بین یک گلخانه معمولی و اثر گلخانه ای جو کاملاً صحیح نیست. در پایان قرن گذشته، فیزیکدان مشهور آمریکایی وود، جایگزین گلخانه در یک مدل آزمایشگاهی شد. شیشه معمولیبر روی کوارتز و بدون یافتن هیچ تغییری در عملکرد گلخانه نشان داد که مشکل در تأخیر تابش حرارتی خاک توسط شیشه انتقال دهنده تابش خورشید نیست، نقش شیشه در در این موردتنها شامل "قطع" تبادل حرارت متلاطم بین سطح خاک و جو است.

اثر گلخانه ای (گلخانه ای) جو توانایی آن در انتقال تابش خورشیدی است، اما تابش زمینی را حفظ می کند و باعث تجمع گرما توسط زمین می شود. جو زمین تابش خورشیدی موج کوتاه را نسبتاً خوب منتقل می کند که تقریباً به طور کامل توسط سطح زمین جذب می شود. گرمایش به دلیل جذب تابش خورشیدیسطح زمین به منبع تابش زمینی عمدتاً موج بلند تبدیل می شود که بخشی از آن به فضای بیرونی می رود.

اثر افزایش غلظت CO2

دانشمندان و محققان به بحث در مورد ترکیب گازهای گلخانه ای به اصطلاح ادامه می دهند. بیشترین علاقه در این زمینه تأثیر افزایش غلظت دی اکسید کربن (CO2) بر اثر گلخانه ای جو است. پیشنهاد می شود که طرح معروف: "افزایش غلظت دی اکسید کربن باعث افزایش اثر گلخانه ای می شود که منجر به گرم شدن آب و هوای جهانی می شود" بسیار ساده و بسیار دور از واقعیت است، زیرا مهمترین "گاز گلخانه ای" نیست. CO2 اصلا، اما بخار آب. در عین حال، ملاحظاتی وجود دارد که غلظت بخار آب در جو فقط با پارامترهای سیستم آب و هوا، امروزه دیگر در برابر انتقاد نمی ایستد، زیرا تأثیر انسان زایی بر چرخه آب جهانی به طور قانع کننده ای ثابت شده است.

به عنوان فرضیه های علمی، ما به پیامدهای زیر از اثر گلخانه ای آینده اشاره می کنیم. اولا،بر اساس رایج ترین تخمین ها، تا پایان قرن بیست و یکم محتوای CO2 جو دو برابر می شود که به طور اجتناب ناپذیری منجر به افزایش میانگین دمای سطح زمین به میزان 3 تا 5 درجه سانتی گراد خواهد شد. در عین حال، انتظار می رود گرم شدن هوا منجر به تابستان های خشک تر در عرض های جغرافیایی معتدل نیمکره شمالی می شود.

ثانیاًفرض بر این است که چنین افزایشی در میانگین دمای سطح جهانی به دلیل انبساط حرارتی آب منجر به افزایش سطح اقیانوس جهانی به میزان 20 تا 165 سانتی متر خواهد شد. در مورد ورقه یخی قطب جنوب، تخریب آن اجتناب ناپذیر نیست، زیرا ذوب شدن به دمای بالاتری نیاز دارد. در هر صورت، فرآیند ذوب یخ های قطب جنوب زمان بسیار طولانی خواهد برد.

سوم،غلظت CO2 اتمسفر می تواند اثرات بسیار مفیدی بر عملکرد محصول داشته باشد. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که در شرایط افزایش تدریجی محتوای CO2 در هوا، پوشش گیاهی طبیعی و کشت شده به حالت مطلوب خواهد رسید. سطح برگ گیاهان افزایش می یابد، وزن مخصوصماده خشک برگ ها، متوسط ​​اندازه میوه ها و تعداد دانه ها افزایش می یابد، رسیدن دانه ها تسریع می شود و عملکرد آنها افزایش می یابد.

چهارم،در عرض های جغرافیایی بالا، جنگل های طبیعی، به ویژه جنگل های شمالی، می توانند به تغییرات دما بسیار حساس باشند. گرمایش می تواند منجر به کاهش شدید مساحت جنگل های شمالی شود و همچنین به تغییر مرز آنها به سمت شمال منجر شود و احتمالاً جنگل های مناطق استوایی و نیمه گرمسیری نسبت به تغییرات بارندگی حساس تر خواهند بود تا دما.

انرژی نور خورشید به جو نفوذ می کند، توسط سطح زمین جذب می شود و آن را گرم می کند. در این حالت انرژی نور به گرما تبدیل می شود که به صورت تابش مادون قرمز یا حرارتی آزاد می شود. این تشعشعات مادون قرمز که از سطح زمین منعکس می شود، توسط دی اکسید کربن جذب می شود، در حالی که خود را گرم می کند و جو را گرم می کند. این بدان معناست که هر چه دی اکسید کربن موجود در جو بیشتر باشد، بر اقلیم سیاره تأثیر بیشتری می گذارد. در گلخانه ها هم همین اتفاق می افتد و به همین دلیل به این پدیده اثر گلخانه ای می گویند.

اگر جریان به اصطلاح گازهای گلخانه ای با سرعت فعلی ادامه یابد، در قرن آینده میانگین دمای زمین 4 تا 5 درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت که می تواند منجر به گرم شدن کره زمینسیارات

نتیجه

تغییر نگرش خود نسبت به طبیعت به این معنی نیست که باید پیشرفت تکنولوژی را کنار بگذارید. توقف آن مشکل را حل نمی کند، بلکه تنها می تواند حل آن را به تاخیر بیندازد. تلاش مداوم و صبورانه برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای از طریق معرفی فناوری های جدید زیست محیطی برای صرفه جویی در مواد اولیه، مصرف انرژی و افزایش تعداد کاشت ها، انجام فعالیت های آموزشی با توجه به جهان بینی اکولوژیکی جمعیت ضروری است.

به عنوان مثال، در ایالات متحده آمریکا، یکی از شرکت های تولید لاستیک مصنوعی در کنار مناطق مسکونی قرار دارد و این باعث اعتراض ساکنان نمی شود، زیرا آنها دوستدار محیط زیست هستند. طرح های فناورانه، که در گذشته با فناوری های قدیمی تمیز نبودند.

این بدان معناست که ما به انتخاب دقیقی از فناوری‌ها نیاز داریم که دقیق‌ترین معیارها را برآورده کنند. در شهرها و نواحی صنعتی

در سال‌های اخیر، آزمایش در توسعه شیمی اتمسفر جایگاه اول را به خود اختصاص داده است و جایگاه نظریه مانند علوم کلاسیک و قابل احترام است. اما هنوز مناطقی وجود دارد که تحقیقات نظری در اولویت باقی مانده است: برای مثال، فقط آزمایش‌های مدل قادر به پیش‌بینی تغییرات در ترکیب جو یا ارزیابی اثربخشی اقدامات محدودکننده اجرا شده در چارچوب پروتکل مونترال هستند. با شروع از حل یک مسئله مهم، اما خصوصی، امروزه شیمی اتمسفر، با همکاری رشته های مرتبط، طیف پیچیده ای از مسائل در مطالعه و حفاظت از محیط زیست را پوشش می دهد. شاید بتوان گفت که اولین سالهای توسعه شیمی اتمسفر با این شعار گذشت: "دیر نکن!" عجله شروع به پایان رسیده است، دویدن ادامه دارد.

با قدم زدن در یک جنگل یا علفزار، به سختی فکر می کنید که در آن هستید محیط زمین-هوا. اما این دقیقا همان چیزی است که دانشمندان آن را خانه موجودات زنده می نامند که از سطح زمین و هوا تشکیل شده است. با شنا در رودخانه، دریاچه یا دریا، خود را در آن می یابید محیط آبی- یکی دیگر از خانه های طبیعی پرجمعیت. و هنگامی که به بزرگسالان کمک می کنید خاک باغ را حفر کنند، محیط خاک را زیر پای خود می بینید. همچنین ساکنان بسیار بسیار متنوعی در اینجا وجود دارد. بله، سه خانه شگفت انگیز در اطراف ما وجود دارد - سه زیستگاه، که سرنوشت اکثر موجودات ساکن سیاره ما به طور جدایی ناپذیری با آن مرتبط است.

زندگی در هر محیطی ویژگی های خاص خود را دارد. که در محیط زمین-هوااکسیژن کافی وجود دارد، اما اغلب رطوبت کافی وجود ندارد. به خصوص در استپ ها و بیابان ها مقدار کمی از آن وجود دارد. از این رو گیاهان و جانوران مکان های خشک دارای دستگاه های خاصبرای تهیه، ذخیره و استفاده اقتصادی آب. فقط یک کاکتوس را به یاد بیاورید که رطوبت را در بدن خود ذخیره می کند. تغییرات دمایی قابل توجهی در محیط زمین-هوا به خصوص در مناطقی با زمستان های سرد وجود دارد. در این مناطق، کل زندگی موجودات در طول سال به طرز محسوسی تغییر می کند. سقوط برگ های پاییزی، عزیمت پرندگان مهاجر به مناطق گرمتر، تغییر خز حیوانات به مناطق ضخیم تر و گرمتر - همه اینها سازگاری موجودات زنده با تغییرات فصلی در طبیعت است.

برای حیواناتی که در هر محیطی زندگی می کنند، حرکت یک مشکل مهم است. در محیط زمین-هوا می توانید روی زمین و هوا حرکت کنید. و حیوانات از این موضوع استفاده می کنند. پاهای برخی برای دویدن (شتر مرغ، یوزپلنگ، گورخر)، برخی دیگر - برای پریدن (کانگورو، جربوآ) سازگار است. از هر صد گونه جانوری که در این محیط زندگی می کنند، 75 گونه می توانند پرواز کنند. اینها بیشتر حشرات، پرندگان و برخی حیوانات (خفاش) هستند.

که در محیط آبیچیزی، و همیشه آب کافی وجود دارد. دما در اینجا کمتر از دمای هوا متفاوت است. اما اکسیژن اغلب کافی نیست. برخی از موجودات، مانند ماهی قزل آلا، تنها در آب غنی از اکسیژن می توانند زندگی کنند. سایرین (کپور، کپور صلیبی، کپور) می توانند کمبود اکسیژن را تحمل کنند. در زمستان، زمانی که بسیاری از مخازن با یخ پوشیده شده است، ماهی ممکن است بمیرد - مرگ دسته جمعیآنها از خفگی برای اینکه اکسیژن در آب نفوذ کند، سوراخ هایی در یخ ایجاد می شود.

در محیط های آبی نور کمتری نسبت به محیط های زمینی وجود دارد. در اقیانوس ها و دریاها در عمق زیر 200 متر - پادشاهی گرگ و میش و حتی پایین تر - تاریکی ابدی. واضح است که گیاهان آبزی فقط در جایی یافت می شوند که نور کافی وجود داشته باشد. فقط حیوانات می توانند عمیق تر زندگی کنند. آنها از بقایای مرده ساکنان مختلف دریایی که از لایه های بالایی "سقوط" می کنند تغذیه می کنند.

قابل توجه ترین ویژگی بسیاری از آبزیان سازگاری شنای آنهاست. ماهی ها، دلفین ها و نهنگ ها باله دارند. والروس ها و فوک ها دارای باله هستند. بیش از حد، سمورها، پرندگان آبزی و قورباغه ها دارای غشایی بین انگشتان پا هستند. سوسک های شنا دارای پاهای شنا هستند که شبیه پارو هستند.

محیط خاک- خانه بسیاری از باکتری ها و تک یاخته ها. میسلیوم قارچ و ریشه گیاه نیز در اینجا قرار دارد. در خاک همچنین حیوانات مختلفی زندگی می کردند - کرم ها، حشرات، حیوانات سازگار با حفاری، مانند خال. ساکنان خاک در این محیط شرایط مورد نیاز خود را پیدا می کنند - هوا، آب، نمک های معدنی. درست است، در اینجا اکسیژن کمتر و دی اکسید کربن بیشتری نسبت به هوای تازه وجود دارد. و گاهی آب زیاد است. اما دما یکنواخت تر از سطح است. اما نور به عمق خاک نفوذ نمی کند. بنابراین، حیواناتی که در آن زندگی می کنند معمولاً چشمان بسیار کوچکی دارند یا اصلاً اندام بینایی ندارند. حس بویایی و لامسه آنها کمک می کند.

محیط زمین-هوا

نمایندگان زیستگاه های مختلف در این نقاشی ها "با هم ملاقات کردند". در طبیعت، آنها نتوانستند دور هم جمع شوند، زیرا بسیاری از آنها دور از یکدیگر، در قاره های مختلف، در دریاها، در آب شیرین زندگی می کنند ...

قهرمان سرعت پرواز در میان پرندگان، سریع است. 120 کیلومتر در ساعت سرعت معمول اوست.

مرغ مگس خوار تا 70 بار در ثانیه بال می زنند و پشه ها تا 600 بار در ثانیه.

سرعت پرواز حشرات مختلف به شرح زیر است: برای توری - 2 کیلومتر در ساعت، برای مگس خانگی - 7، برای خروس - 11، برای بامبل - 18، و برای پروانه شاهین - 54 کیلومتر در ساعت. سنجاقک های بزرگ طبق برخی مشاهدات به سرعت 90 کیلومتر در ساعت می رسند.

خفاش های ما جثه کوچکی دارند. اما بستگان آنها، خفاش های میوه، در کشورهای گرم زندگی می کنند. طول بال آنها به 170 سانتی متر می رسد!

کانگوروهای بزرگ تا ارتفاع 9 و گاهی تا 12 متر پرش می کنند (این فاصله را روی زمین در کلاس اندازه گیری کنید و یک پرش کانگورویی را تصور کنید. به سادگی نفس گیر است!)

یوزپلنگ سریع ترین پا در بین حیوانات است. سرعت آن به 110 کیلومتر در ساعت می رسد. شترمرغ می تواند با سرعت 70 کیلومتر در ساعت بدود و گام های 4 تا 5 متری بردارد.

محیط آبی

ماهی و خرچنگ از طریق آبشش تنفس می کنند. این اندام های خاصی هستند که اکسیژن محلول را از آب استخراج می کنند. قورباغه در حالی که زیر آب است از طریق پوست خود نفس می کشد. اما حیواناتی که بر محیط آبی تسلط پیدا کرده اند با ریه های خود نفس می کشند و برای دم به سطح آب می آیند. سوسک های آبزی نیز رفتار مشابهی دارند. فقط آنها، مانند سایر حشرات، ریه ندارند، اما خاص هستند لوله های تنفسی- نای

محیط خاک

ساختار بدن مول، زوکور و موش صحرایی نشان می دهد که همه آنها ساکن محیط خاک هستند. پاهای جلویی خال و زوکور ابزار اصلی حفاری هستند. آنها مانند بیل صاف و با پنجه های بسیار بزرگ هستند. اما موش خال دار پاهای معمولی دارد که با دندان های جلویی قدرتمند خود به خاک گاز می زند (برای جلوگیری از ورود خاک به دهان، لب ها آن را پشت دندان می بندند!). بدن همه این حیوانات بیضی شکل و فشرده است. با چنین بدنه ای حرکت از طریق معابر زیرزمینی راحت است.

دانشتان را امتحان کنید

1. زیستگاه هایی را که در کلاس با آنها آشنا شده اید فهرست کنید.
2. شرایط زندگی موجودات در محیط زمین-هوا چگونه است؟
3. شرایط زندگی در محیط آبی را شرح دهد.
4. خاک به عنوان زیستگاه چه ویژگی هایی دارد؟
5. مثال هایی از سازگاری موجودات زنده با زندگی در محیط های مختلف بیاورید.

فکر!

1. آنچه در تصویر نشان داده شده است را توضیح دهید. به نظر شما حیواناتی که اعضای بدنشان در تصویر نشان داده شده است در چه محیط هایی زندگی می کنند؟ میشه اسم این حیوانات رو بگی؟
2. چرا فقط حیوانات در اعماق زیاد در اقیانوس زندگی می کنند؟

زیستگاه های زمینی، آبی و خاکی وجود دارد. هر موجودی برای زندگی در یک محیط خاص سازگار است.

سخنرانی 3 زیستگاه و خصوصیات آنها (2 ساعت)

1. زیستگاه آبزیان

2. زیستگاه هوای زمینی

3. خاک به عنوان زیستگاه

4. ارگانیسم به عنوان زیستگاه

در روند توسعه تاریخی، موجودات زنده بر چهار زیستگاه مسلط شده اند. اولین مورد آب است. زندگی برای میلیون‌ها سال در آب شکل گرفته و توسعه یافته است. دوم - هوای زمین - گیاهان و حیوانات در خشکی و جو به وجود آمدند و به سرعت با شرایط جدید سازگار شدند. با تغییر تدریجی لایه بالایی زمین - لیتوسفر، آنها زیستگاه سوم - خاک را ایجاد کردند و خودشان به زیستگاه چهارم تبدیل شدند.

زیستگاه آبی - هیدروسفر

گروه های اکولوژیکی هیدروبیونت هادریاها و اقیانوس‌های گرم (40000 گونه از حیوانات) در استوا و مناطق استوایی با بیشترین تنوع حیات در شمال و جنوب مشخص می‌شوند، گیاهان و جانوران دریاها صدها برابر کاهش یافته‌اند. در مورد توزیع موجودات به طور مستقیم در دریا، بخش عمده ای از آنها در لایه های سطحی (اپی پلاژیک) و در ناحیه زیر ساحلی متمرکز شده اند. بسته به روش حرکت و ماندن در لایه های خاص، ساکنان دریایی به سه گروه اکولوژیکی تقسیم می شوند: نکتون، پلانکتون و بنتوس.

نکتون(nektos - شناور) - حیوانات بزرگی که به طور فعال در حال حرکت هستند که می توانند بر مسافت های طولانی و جریان های قوی غلبه کنند: ماهی، ماهی مرکب، سنجاق ها، نهنگ ها. در آب شیرین، نکتون شامل دوزیستان و بسیاری از حشرات است.

پلانکتون(پلانکتوها - سرگردان، سر به فلک کشیده) - مجموعه ای از گیاهان (فیتوپلانکتون ها: دیاتوم ها، سبز و آبی-سبز (فقط آب های شیرین) جلبک ها، تاژک های گیاهی، پریدین ها و غیره) و موجودات جانوری کوچک (زئوپلانکتون ها: سخت پوستان کوچک، از بزرگترها - نرم تنان پتروپود، چتر دریایی، تنوفورها، برخی کرمها) ​​که در اعماق مختلف زندگی می کنند، اما قادر به حرکت فعال و مقاومت در برابر جریان نیستند. پلانکتون همچنین شامل لاروهای حیوانی است که یک گروه خاص - نوستون را تشکیل می دهد. این یک جمعیت "موقت" شناور غیرفعال از بالاترین لایه آب است که توسط حیوانات مختلف (دهپایان، بارناکل‌ها و غلاف‌ها، خارپوستان، چندشاته‌ها، ماهی‌ها، نرم تنان و غیره) در مرحله لاروی نشان داده می‌شود. لاروها، در حال رشد، به لایه های زیرین پلاژل حرکت می کنند. در بالای نوستون یک پلیستون وجود دارد - اینها موجوداتی هستند که در آنها قسمت بالایی بدن بالای آب رشد می کند و قسمت پایین آن در آب رشد می کند (علف اردک - لما ، سیفونوفورها و غیره). پلانکتون نقش مهمی در روابط تغذیه ای زیست کره ایفا می کند، زیرا غذای بسیاری از ساکنان آبزی است، از جمله غذای اصلی نهنگ های بالین (Myatcoceti).

بنتوس(بنتوس - عمق) - هیدروبیونت های پایین. عمدتاً توسط حیوانات متصل یا به آرامی در حال حرکت (zoobenthos: foraminephores، ماهی، اسفنج‌ها، coelenterates، کرم‌ها، براکیوپودها، ascidians و غیره) که در آب‌های کم عمق بیشتر هستند، نشان داده می‌شود. در آب های کم عمق، بنتوس شامل گیاهان نیز می شود (فیتوبنتوس: دیاتوم ها، سبز، قهوه ای، جلبک قرمز، باکتری). در اعماق که نور وجود ندارد، فیتوبنتوس وجود ندارد. در امتداد سواحل گیاهان گلدار زوستر، روپیه وجود دارد. نواحی صخره‌ای پایین، غنی‌ترین فیتوبنتوزها هستند.

در دریاچه ها، zoobenthos کمتر از دریا فراوان و متنوع است. بوسیله تک یاخته ها (سیلیات، دافنی)، زالو، نرم تنان، لارو حشرات و غیره تشکیل می شود. جلبک های قهوه ای و قرمز وجود ندارند.

ریشه گرفتن گیاهان ساحلی در دریاچه ها کمربندهای مشخصی را تشکیل می دهد که ترکیب گونه ها و ظاهر آنها با شرایط محیطی در منطقه مرزی زمین-آب مطابقت دارد. هیدروفیت ها در آب نزدیک ساحل رشد می کنند - گیاهان نیمه غوطه ور در آب (سر پیکان، سفید، نی، کتیل، گیوه، سه تایی، نی). آنها با هیداتوفیت ها - گیاهان غوطه ور در آب، اما با برگ های شناور (نیلوفر آبی، علف اردک، کپسول های تخم مرغ، چیلیم، تاکلا) و - بیشتر - کاملاً غوطه ور شده (پند، الودیا، هارا) جایگزین می شوند. هیداتوفیت ها همچنین شامل گیاهان شناور در سطح (علف اردک) می شوند.

تراکم بالای محیط آبی، ترکیب خاص و ماهیت تغییرات در عوامل حمایت کننده از حیات را تعیین می کند. برخی از آنها مانند زمین هستند - گرما، نور، برخی دیگر خاص هستند: فشار آب (با عمق 1 اتمسفر برای هر 10 متر افزایش می یابد)، محتوای اکسیژن، ترکیب نمک، اسیدیته. با توجه به تراکم زیاد محیط، مقادیر گرما و نور با شیب ارتفاع خیلی سریعتر از روی زمین تغییر می کند.

حالت حرارتی. محیط آبی با افزایش حرارت کمتر مشخص می شود، زیرا بخش قابل توجهی از آن منعکس می شود و بخش قابل توجهی نیز صرف تبخیر می شود. مطابق با پویایی دمای زمین، دمای آب نوسانات کمتری را در دمای روزانه و فصلی نشان می دهد. علاوه بر این، مخازن به طور قابل توجهی درجه حرارت را در جو مناطق ساحلی برابر می کنند. در غیاب پوسته یخی، دریاها در فصل سرد بر مناطق مجاور خشکی و در تابستان اثر خنک کنندگی و مرطوب کنندگی دارند.

محدوده دمای آب در اقیانوس جهانی 38 درجه (از -2 تا +36 درجه سانتیگراد) و در آبهای شیرین - 26 درجه (از -0.9 تا +25 درجه سانتیگراد) است. با عمق، دمای آب به شدت کاهش می یابد. تا 50 متر نوسانات دمای روزانه وجود دارد، تا 400 - فصلی، عمیق تر ثابت می شود و به +1-3 درجه سانتیگراد کاهش می یابد (در قطب شمال نزدیک به 0 درجه سانتیگراد است). از آنجایی که رژیم دما در مخازن نسبتاً پایدار است، ساکنان آنها با تنگی گرما مشخص می شوند. نوسانات جزئی دما در یک جهت یا جهت دیگر با تغییرات قابل توجهی در اکوسیستم های آبی همراه است.

به عنوان مثال: یک "انفجار بیولوژیکی" در دلتای ولگا به دلیل کاهش سطح دریای خزر - تکثیر بیشه های نیلوفر آبی (Nelumba kaspium)، در جنوب پریموریه - رشد بیش از حد مگس سفید در رودخانه های oxbow (Komarovka، Ilistaya و غیره). .) که در کناره های آن پوشش گیاهی چوبی قطع و سوزانده شد.

به دلیل درجات مختلف گرمایش لایه های بالایی و پایینی در طول سال، جزر و مد، جریان ها و طوفان ها، اختلاط مداوم لایه های آب رخ می دهد. نقش اختلاط آب برای ساکنان آبزی (جانداران آبزی) بسیار مهم است، زیرا در عین حال، توزیع اکسیژن و مواد مغذی در مخازن برابر می شود و فرآیندهای متابولیک بین ارگانیسم ها و محیط را تضمین می کند.

حالت نور.شدت نور در آب به دلیل انعکاس آن توسط سطح و جذب توسط خود آب بسیار ضعیف می شود. این امر به شدت بر رشد گیاهان فتوسنتزی تأثیر می گذارد. هرچه شفافیت آب کمتر باشد، نور بیشتری جذب می شود. شفافیت آب توسط سوسپانسیون های معدنی و پلانکتون ها محدود می شود. با رشد سریع موجودات کوچک در تابستان، و در عرض های جغرافیایی معتدل و شمالی حتی در زمستان، پس از ایجاد پوشش یخی و پوشاندن آن با برف در بالا، کاهش می یابد.

در اقیانوس ها که آب بسیار شفاف است، 1% تابش نور تا عمق 140 متری نفوذ می کند و در دریاچه های کوچک در عمق 2 متری تنها یک دهم درصد نفوذ می کند. اشعه ها بخش های مختلفطیف های مختلف در آب جذب می شوند. با عمق تیره تر می شود و رنگ آب ابتدا سبز، سپس آبی، نیلی و در نهایت آبی-بنفش می شود و به تاریکی کامل تبدیل می شود. هیدروبیونت ها نیز بر این اساس رنگ را تغییر می دهند و نه تنها با ترکیب نور، بلکه با کمبود آن - سازگاری رنگی سازگار می شوند. در مناطق روشن، در آب های کم عمق، جلبک های سبز (Chlorophyta) غالب هستند که کلروفیل آنها پرتوهای قرمز را جذب می کند، با عمق قهوه ای (Phaephyta) و سپس قرمز (Rhodophyta) جایگزین می شود. در اعماق زیاد، فیتوبنتوس وجود ندارد.

گیاهان با ایجاد کروماتوفورهای بزرگ که نقطه جبران پایینی را برای فتوسنتز ایجاد می کنند و همچنین با افزایش سطح اندام های جذب کننده (شاخص سطح برگ) با کمبود نور سازگار شده اند. برای جلبک های اعماق دریا، برگ های به شدت جدا شده معمولی هستند، تیغه های برگ نازک و شفاف هستند. گیاهان نیمه غوطه ور و شناور با هتروفیلی مشخص می شوند - برگ های بالای آب مانند گیاهان خشکی هستند، دارای تیغه ای جامد هستند، دستگاه روزنه توسعه یافته است و در آب برگ ها بسیار نازک هستند که از باریکی تشکیل شده است. لوب های نخ مانند

هتروفیلی:کپسول تخم مرغ، نیلوفر آبی، برگ پیکان، چیلیم ( شاه بلوط آبی).

حیوانات نیز مانند گیاهان به طور طبیعی رنگ خود را با عمق تغییر می دهند. در لایه های بالایی آنها به رنگ های مختلف رنگی روشن هستند ، در منطقه گرگ و میش (باس دریایی ، مرجان ها ، سخت پوستان) با رنگ قرمز رنگ آمیزی می شوند - پنهان شدن از دشمنان راحت تر است. گونه های اعماق دریا فاقد رنگدانه هستند.

خصوصیات بارز محیط آبی، متفاوت از خشکی، چگالی بالا، تحرک، اسیدیته و قابلیت انحلال گازها و نمکها است. برای همه این شرایط، هیدروبیونت ها از لحاظ تاریخی سازگاری های مناسبی را ایجاد کرده اند.

2. زیستگاه هوای زمینی

در سیر تکامل، این محیط دیرتر از محیط آبی توسعه یافت. ویژگی آن گازی بودن آن است، بنابراین با رطوبت، چگالی و فشار کم و محتوای اکسیژن بالا مشخص می شود. در سیر تکامل، موجودات زنده سازگاری های آناتومیکی، مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی، رفتاری و غیره لازم را ایجاد کرده اند.

حیوانات در محیط زمین-هوا روی خاک یا از طریق هوا حرکت می کنند (پرندگان، حشرات) و گیاهان در خاک ریشه می گیرند. در این راستا، حیوانات ریه و نای را توسعه دادند و گیاهان دستگاه روزنه ای، یعنی. اندام هایی که ساکنان خشکی سیاره با آنها اکسیژن را مستقیماً از هوا جذب می کنند. اندام های اسکلتی به شدت توسعه یافته اند و از استقلال حرکت در خشکی اطمینان می دهند و بدن را با تمام اندام هایش در شرایط چگالی محیطی ناچیز، هزاران بار کمتر از آب، پشتیبانی می کنند. عوامل اکولوژیکی در محیط زمین-هوا در شدت نور زیاد، نوسانات قابل توجه دما و رطوبت هوا، همبستگی همه عوامل با موقعیت جغرافیایی، تغییر فصول و زمان روز با سایر زیستگاه ها متفاوت است. اثرات آنها بر موجودات به طور جدایی ناپذیری با حرکت هوا و موقعیت نسبت به دریاها و اقیانوس ها مرتبط است و با تأثیرات موجود در محیط آبی بسیار متفاوت است (جدول 1).

شرایط زیستگاه موجودات هوا و آب

(به گفته D.F. Mordukhai-Boltovsky، 1974)

حیوانات و گیاهان زمینی سازگاری های خود را با عوامل محیطی نامطلوب توسعه داده اند: ساختار پیچیده بدن و پوشش آن، تناوب و ریتم چرخه های زندگی، مکانیسم های تنظیم حرارت و غیره. تحرک هدفمند حیوانات در جستجوی غذا. هاگ‌ها، دانه‌ها و گرده‌ها و همچنین گیاهان و حیواناتی که زندگی آنها کاملاً با هوا مرتبط است، ایجاد شده است. یک رابطه عملکردی، منابع و مکانیکی بسیار نزدیک با خاک شکل گرفته است.

بسیاری از سازگاری ها در بالا به عنوان نمونه هایی در توصیف عوامل محیطی غیر زنده مورد بحث قرار گرفتند. بنابراین، اکنون دیگر تکرار نمی شود، زیرا در کلاس های عملی به آنها باز خواهیم گشت.