L'environnement sol-air est le plus difficile en termes de conditions environnementales. La vie sur terre exigeait de telles adaptations qui n'étaient possibles qu'avec un niveau suffisamment élevé d'organisation des plantes et des animaux.

4.2.1. L'air comme facteur écologique pour les organismes terrestres

La faible densité de l'air détermine sa faible force de levage et sa contestabilité négligeable. Les habitants de l'environnement aérien doivent avoir leur propre système de soutien qui soutient le corps: plantes - une variété de tissus mécaniques, animaux - un squelette solide ou, beaucoup moins souvent, un squelette hydrostatique. De plus, tous les habitants de l'environnement aérien sont étroitement liés à la surface de la terre, qui leur sert d'attache et de soutien. La vie en suspension dans l'air est impossible.

Certes, de nombreux micro-organismes et animaux, spores, graines, fruits et pollen de plantes sont régulièrement présents dans l'air et sont transportés par les courants d'air (Fig. 43), de nombreux animaux sont capables de vol actif, cependant, chez toutes ces espèces, le fonction principale de leur cycle de vie - la reproduction - s'effectue à la surface de la terre. Pour la plupart d'entre eux, être dans les airs n'est associé qu'à la réinstallation ou à la recherche de proies.

Riz. 43. Répartition en altitude des arthropodes planctoniques aériens (d'après Dajot, 1975)

La faible densité de l'air entraîne une faible résistance au mouvement. Par conséquent, de nombreux animaux terrestres au cours de l'évolution ont utilisé les avantages écologiques de cette propriété de l'environnement aérien, acquérant la capacité de voler. 75% des espèces de tous les animaux terrestres sont capables de voler activement, principalement des insectes et des oiseaux, mais on trouve également des volants chez les mammifères et les reptiles. Les animaux terrestres volent principalement à l'aide d'efforts musculaires, mais certains peuvent également planer grâce aux courants d'air.

En raison de la mobilité de l'air, des mouvements verticaux et horizontaux des masses d'air existant dans les basses couches de l'atmosphère, le vol passif d'un certain nombre d'organismes est possible.

Anémophilie est le moyen le plus ancien de polliniser les plantes. Tous les gymnospermes sont pollinisés par le vent, et parmi les angiospermes, les plantes anémophiles représentent environ 10 % de toutes les espèces.

L'anémophilie est observée dans les familles du hêtre, du bouleau, du noyer, de l'orme, du chanvre, de l'ortie, du casuarina, de la brume, du carex, des céréales, des palmiers et bien d'autres. Les plantes pollinisées par le vent ont un certain nombre d'adaptations qui améliorent les propriétés aérodynamiques de leur pollen, ainsi que des caractéristiques morphologiques et biologiques qui assurent l'efficacité de la pollinisation.

La vie de nombreuses plantes dépend entièrement du vent et la réinstallation est effectuée avec son aide. Une telle double dépendance est observée chez l'épicéa, le pin, le peuplier, le bouleau, l'orme, le frêne, la linaigrette, la quenouille, le saxaul, le juzgun, etc.

De nombreuses espèces se sont développées anémochorie- décantation à l'aide de courants d'air. L'anémochorie est caractéristique des spores, des graines et des fruits des plantes, des kystes de protozoaires, des petits insectes, des araignées, etc. Les organismes transportés passivement par les courants d'air sont appelés collectivement aéroplancton par analogie avec les habitants planctoniques du milieu aquatique. Les adaptations spéciales pour le vol passif sont de très petites tailles corporelles, une augmentation de sa surface due à des excroissances, une forte dissection, une grande surface relative des ailes, l'utilisation de toiles d'araignées, etc. (Fig. 44). Les graines d'anémochores et les fruits des plantes ont également soit de très petites tailles (par exemple, les graines d'orchidées), soit divers appendices ptérygoïdes et en forme de parachute qui augmentent leur capacité de planification (Fig. 45).

Riz. 44. Adaptations pour le transport aérien chez les insectes :

1 – le moustique Cardiocrepis brevirostris ;

2 – la cécidomyie Porrycordila sp.;

3 – Hyménoptères Anargus fuscus ;

4 – Hermès Dreyfusia nordmannianae ;

5 - larve de la spongieuse Lymantria dispar

Riz. 45. Adaptations pour le transport éolien dans les fruits et graines de plantes :

1 – tilleul Tilia intermedia;

2 – Érable Acer monspessulanum;

3 – bouleau Betula pendula;

4 – linaigrette Eriophorum;

5 – pissenlit Taraxacum officinale ;

6 – la quenouille Typha scuttbeworhii

Dans la colonisation des micro-organismes, des animaux et des plantes, le rôle principal est joué par les courants d'air à convection verticale et les vents faibles. Les vents violents, les tempêtes et les ouragans ont également des impacts environnementaux importants sur les organismes terrestres.

La faible densité de l'air entraîne une pression relativement faible sur la terre. Normalement, elle est égale à 760 mm Hg. Art. Lorsque l'altitude augmente, la pression diminue. A 5800 m d'altitude, ce n'est qu'à moitié normal. Les basses pressions peuvent limiter la répartition des espèces dans les montagnes. Pour la plupart des vertébrés, la limite supérieure de la vie est d'environ 6000 M. Une diminution de la pression entraîne une diminution de l'apport d'oxygène et une déshydratation des animaux en raison d'une augmentation de la fréquence respiratoire. A peu près les mêmes limites d'avancement en montagne plantes supérieures. Un peu plus robustes sont les arthropodes (collemboles, acariens, araignées) que l'on peut trouver sur les glaciers au-dessus de la limite de la végétation.

En général, tous les organismes terrestres sont beaucoup plus sténobatiques que les organismes aquatiques, car les fluctuations habituelles de pression dans leur environnement sont des fractions de l'atmosphère, et même pour les oiseaux s'élevant à de grandes hauteurs, ne dépassent pas 1/3 de la normale.

Composition gazeuse de l'air. Outre les propriétés physiques de l'environnement atmosphérique, ses caractéristiques chimiques sont extrêmement importantes pour l'existence d'organismes terrestres. La composition gazeuse de l'air dans la couche superficielle de l'atmosphère est assez homogène en termes de teneur en composants principaux (azote - 78,1%, oxygène - 21,0, argon - 0,9, dioxyde de carbone - 0,035% en volume) en raison de la forte capacité de diffusion des gaz et mélange constant des courants de convection et de vent. Cependant, divers mélanges de particules gazeuses, gouttelettes-liquides et solides (poussière) pénétrant dans l'atmosphère à partir de sources locales peuvent avoir une importance écologique significative.

La teneur élevée en oxygène a contribué à une augmentation du métabolisme des organismes terrestres par rapport aux organismes aquatiques primaires. C'est dans l'environnement terrestre, sur la base de la grande efficacité des processus oxydatifs dans l'organisme, que l'homoiothermie animale est apparue. L'oxygène, du fait de sa teneur constamment élevée dans l'air, n'est pas un facteur limitant la vie dans le milieu terrestre. Ce n'est que par endroits, dans des conditions spécifiques, qu'un déficit temporaire se crée, par exemple, dans les accumulations de résidus végétaux en décomposition, les stocks de céréales, de farine, etc.

La teneur en dioxyde de carbone peut varier dans certaines zones de la couche d'air superficielle dans des limites assez importantes. Par exemple, en l'absence de vent au centre des grandes villes, sa concentration est décuplé. Évolution quotidienne régulière de la teneur en dioxyde de carbone des couches superficielles associée au rythme de la photosynthèse des plantes. Les variations saisonnières sont dues à des changements dans l'intensité de la respiration des organismes vivants, principalement la population microscopique des sols. Une saturation accrue de l'air en dioxyde de carbone se produit dans les zones d'activité volcanique, près de Sources thermales et d'autres exutoires souterrains de ce gaz. À fortes concentrations, le dioxyde de carbone est toxique. Dans la nature, de telles concentrations sont rares.

Dans la nature, la principale source de dioxyde de carbone est ce que l'on appelle la respiration du sol. Les micro-organismes du sol et les animaux respirent très intensément. Le dioxyde de carbone se diffuse du sol dans l'atmosphère, particulièrement vigoureusement pendant la pluie. Une grande partie est émise par des sols modérément humides, bien réchauffés, riches en résidus organiques. Par exemple, le sol d'une forêt de hêtres émet du CO 2 de 15 à 22 kg/ha par heure, et un sol sablonneux non fertilisé n'est que de 2 kg/ha.

Dans les conditions modernes, l'activité humaine dans la combustion de combustibles fossiles est devenue une source puissante de quantités supplémentaires de CO 2 pénétrant dans l'atmosphère.

L'azote de l'air pour la plupart des habitants du milieu terrestre est un gaz inerte, mais un certain nombre d'organismes procaryotes (bactéries nodulaires, Azotobacter, clostridies, algues bleues, etc.) ont la capacité de le lier et de l'impliquer dans le cycle biologique.

Riz. 46. Montagne avec végétation détruite en raison des émissions de dioxyde de soufre des industries voisines

Les impuretés locales pénétrant dans l'air peuvent également affecter de manière significative les organismes vivants. Cela est particulièrement vrai pour les substances gazeuses toxiques - méthane, oxyde de soufre, monoxyde de carbone, oxyde d'azote, sulfure d'hydrogène, composés chlorés, ainsi que les particules de poussière, de suie, etc., polluant l'air dans les zones industrielles. La principale source moderne de pollution chimique et physique de l'atmosphère est anthropique : le travail de divers entreprises industrielles et transport, érosion des sols, etc. L'oxyde de soufre (SO 2 ), par exemple, est toxique pour les plantes même à des concentrations allant d'un cinquante millième à un millionième du volume d'air. Autour des centres industriels qui polluent l'atmosphère avec ce gaz, presque toute la végétation meurt (Fig. 46). Certaines espèces végétales sont particulièrement sensibles au SO 2 et servent d'indicateur sensible de son accumulation dans l'air. Par exemple, de nombreux lichens meurent même avec des traces d'oxyde de soufre dans l'atmosphère environnante. Leur présence dans les forêts autour des grandes villes témoigne de la grande pureté de l'air. La résistance des plantes aux impuretés de l'air est prise en compte lors de la sélection des espèces pour les aménagements paysagers. Sensible à la fumée, par exemple, l'épinette et le pin, l'érable, le tilleul, le bouleau. Les plus résistants sont le thuya, le peuplier canadien, l'érable américain, le sureau et quelques autres.

4.2.2. Sol et relief. Caractéristiques météorologiques et climatiques environnement sol-air

Facteurs environnementaux édaphiques. Les propriétés du sol et le terrain affectent également les conditions de vie des organismes terrestres, principalement les plantes. Les propriétés de la surface de la terre qui ont un impact écologique sur ses habitants sont unies par le nom facteurs environnementaux édaphiques (du grec "edafos" - fondation, sol).

La nature du système racinaire des plantes dépend du régime hydrothermal, de l'aération, de la composition, de la composition et de la structure du sol. Par exemple, les systèmes racinaires des espèces d'arbres (bouleau, mélèze) dans les zones de pergélisol sont situés à faible profondeur et étalés en largeur. Là où il n'y a pas de pergélisol, les systèmes racinaires de ces mêmes plantes sont moins étendus et pénètrent plus profondément. Dans de nombreuses plantes de steppe, les racines peuvent puiser de l'eau à de grandes profondeurs, alors qu'en même temps, elles ont de nombreuses racines superficielles dans l'horizon du sol humifère, d'où les plantes absorbent les nutriments minéraux. Sur les sols gorgés d'eau et mal aérés des mangroves, de nombreuses espèces ont des racines respiratoires spéciales - les pneumatophores.

Un certain nombre de groupes écologiques de plantes peuvent être distingués en fonction des différentes propriétés du sol.

Ainsi, selon la réaction à l'acidité du sol, ils distinguent : 1) acidophile les espèces poussent sur sols acides avec un pH inférieur à 6,7 (plantes de tourbières à sphaignes, belous); 2) neutrophile - gravitent vers des sols avec un pH de 6,7 à 7,0 (la plupart des plantes cultivées); 3) basiphile- grandir à un pH supérieur à 7,0 (mordovnik, anémone forestière); quatre) indifférent - peut pousser sur des sols signification différente pH (muguet, fétuque ovine).

Par rapport à la composition brute du sol, il y a : 1) oligotrophe plantes contenant peu d'éléments de frêne (pin sylvestre); 2) eutrophe, ceux qui ont besoin d'un grand nombre d'éléments de frêne (chêne, chèvrefeuille, faucon vivace); 3) mésotrophe, nécessitant une quantité modérée d'éléments de frêne (épicéa).

Nitrophiles- plantes qui préfèrent les sols riches en azote (ortie dioïque).

Les plantes des sols salins forment un groupe halophytes(soleros, sarsazan, kokpek).

Certaines espèces végétales sont confinées à différents substrats : pétrophytes poussent sur des sols rocailleux et psammophytes habitent les sables meubles.

Le terrain et la nature du sol affectent les spécificités du mouvement des animaux. Par exemple, les ongulés, les autruches, les outardes vivant sur espaces ouverts, besoin d'un sol solide pour améliorer la répulsion lors de la course rapide. Chez les lézards qui vivent sur des sables meubles, les doigts sont bordés d'une frange d'écailles cornées, ce qui augmente la surface d'appui (Fig. 47). Pour les habitants terrestres creusant des trous, les sols denses sont défavorables. La nature du sol affecte dans certains cas la répartition des animaux terrestres qui creusent des trous, s'enfouissent dans le sol pour échapper à la chaleur ou aux prédateurs, ou pondent des œufs dans le sol, etc.

Riz. 47. Gecko à doigts en éventail - un habitant des sables du Sahara: A - gecko à doigts en éventail; B - patte de gecko

caractéristiques météorologiques. Les conditions de vie en milieu sol-air sont compliquées, de plus, changements de temps.Temps - il s'agit d'un état de l'atmosphère en constante évolution près de la surface terrestre jusqu'à une hauteur d'environ 20 km (limite de la troposphère). La variabilité météorologique se manifeste par la variation constante de la combinaison de facteurs environnementaux tels que la température et l'humidité de l'air, la nébulosité, les précipitations, la force et la direction du vent, etc. Les changements météorologiques, ainsi que leur alternance régulière dans le cycle annuel, se caractérisent par des fluctuations périodiques, ce qui complique considérablement les conditions d'existence des organismes terrestres. Le temps affecte la vie des habitants aquatiques dans une bien moindre mesure et uniquement sur la population des couches superficielles.

Le climat de la région. Le régime climatique à long terme caractérise le climat de la région. Le concept de climat comprend non seulement les valeurs moyennes des phénomènes météorologiques, mais également leur évolution annuelle et quotidienne, les écarts par rapport à celui-ci et leur fréquence. Le climat est déterminé par les conditions géographiques de la région.

La diversité zonale des climats est compliquée par l'action des vents de mousson, la répartition des cyclones et des anticyclones, l'influence des chaînes de montagnes sur le mouvement des masses d'air, le degré d'éloignement de l'océan (continentalité) et de nombreux autres facteurs locaux. Dans les montagnes, il existe une zonalité climatique, à bien des égards similaire au changement de zones des basses latitudes aux hautes latitudes. Tout cela crée une variété extraordinaire de conditions de vie sur terre.

Pour la plupart des organismes terrestres, en particulier les petits, ce n'est pas tant le climat de la région qui est important, mais les conditions de leur habitat immédiat. Très souvent, les éléments locaux de l'environnement (relief, exposition, végétation, etc.) dans une zone particulière modifient le régime de température, d'humidité, de lumière, de circulation de l'air de telle manière qu'il diffère considérablement des conditions climatiques de la zone. Ces modifications climatiques locales qui prennent forme dans la couche d'air de surface sont appelées microclimat. Dans chaque zone, les microclimats sont très divers. Il est possible de distinguer les microclimats de zones arbitrairement petites. Par exemple, un mode spécial est créé dans les corolles de fleurs, qui sont utilisées par les insectes qui y vivent. Les différences de température, d'humidité de l'air et de force du vent sont bien connues dans les espaces ouverts et dans les forêts, dans les herbages et sur les sols nus, sur les pentes des expositions nord et sud, etc. Un microclimat stable particulier se produit dans les terriers, les nids, les creux , grottes et autres lieux fermés.

Précipitation. En plus de fournir de l'eau et de créer des réserves d'humidité, ils peuvent jouer un autre rôle écologique. Ainsi, de fortes averses de pluie ou de grêle ont parfois un effet mécanique sur les plantes ou les animaux.

Le rôle écologique de l'enneigement est particulièrement diversifié. Les fluctuations de température quotidiennes ne pénètrent dans l'épaisseur de la neige que jusqu'à 25 cm; plus profondément, la température ne change presque pas. Aux gelées de -20-30 ° C, sous une couche de neige de 30-40 cm, la température n'est que légèrement inférieure à zéro. Une épaisse couche de neige protège les bourgeons du renouvellement, protège les parties vertes des plantes du gel; de nombreuses espèces vont sous la neige sans perdre de feuillage, par exemple l'oseille poilue, Veronica officinalis, le sabot, etc.

Riz. 48. Schéma d'étude télémétrique du régime de température d'un tétras noisette situé dans un trou de neige (d'après A. V. Andreev, A. V. Krechmar, 1976)

Les petits animaux terrestres mènent également une vie active en hiver, creusant des galeries entières de passages sous la neige et dans son épaisseur. Pour un certain nombre d'espèces qui se nourrissent de végétation enneigée, même la reproduction hivernale est caractéristique, ce qui est noté, par exemple, chez les lemmings, les souris des bois et à gorge jaune, un certain nombre de campagnols, de rats d'eau, etc. Oiseaux tétras - tétras noisette, tétras lyre, perdrix de la toundra - s'enfouir dans la neige pour la nuit ( Fig. 48).

La couverture de neige hivernale empêche les gros animaux de se nourrir. De nombreux ongulés (rennes, sangliers, bœufs musqués) se nourrissent exclusivement de végétation enneigée en hiver, et une épaisse couche de neige, et surtout une croûte dure à sa surface qui se forme dans la glace, les condamnent à la famine. Au cours de l'élevage de bétail nomade dans la Russie pré-révolutionnaire, une énorme catastrophe dans les régions du sud a été jute - pertes massives de bétail à cause du grésil, privant les animaux de nourriture. Les déplacements sur la neige épaisse et meuble sont également difficiles pour les animaux. Les renards, par exemple, pendant les hivers enneigés, préfèrent les zones de la forêt sous des sapins denses, où la couche de neige est plus fine, et ne sortent presque pas dans les clairières et les bords ouverts. L'épaisseur de la couverture de neige peut limiter la répartition géographique des espèces. Par exemple, les vrais cerfs ne pénètrent pas vers le nord dans les zones où l'épaisseur de la neige en hiver est supérieure à 40–50 cm.

La blancheur du manteau neigeux démasque les animaux sombres. La sélection du camouflage pour correspondre à la couleur de fond a apparemment joué un rôle important dans l'apparition de changements de couleur saisonniers chez la perdrix blanche et de la toundra, le lièvre variable, l'hermine, la belette et le renard arctique. Sur les îles Commander, avec les renards blancs, il y a beaucoup de renards bleus. D'après les observations des zoologistes, ces derniers se tiennent principalement près des rochers sombres et des bandes de surf non gelées, tandis que les blancs préfèrent les zones recouvertes de neige.

Habitat sol-air

Au cours de l'évolution, ce milieu a été maîtrisé plus tard que l'eau. Les facteurs écologiques de l'environnement terrestre-air diffèrent des autres habitats par une intensité lumineuse élevée, des fluctuations importantes de la température et de l'humidité de l'air, la corrélation de tous les facteurs avec la situation géographique, le changement des saisons de l'année et l'heure de la journée. L'environnement est gazeux, il se caractérise donc par une faible humidité, densité et pression, une forte teneur en oxygène.

Caractérisation des facteurs environnementaux abiotiques de lumière, température, humidité - voir le cours précédent.

Composition gazeuse de l'atmosphère est également un facteur climatique important. Il y a environ 3 à 3,5 milliards d'années, l'atmosphère contenait de l'azote, de l'ammoniac, de l'hydrogène, du méthane et de la vapeur d'eau, et il n'y avait pas d'oxygène libre. La composition de l'atmosphère était largement déterminée par les gaz volcaniques.

À l'heure actuelle, l'atmosphère se compose principalement d'azote, d'oxygène et de quantités relativement plus faibles d'argon et de dioxyde de carbone. Tous les autres gaz présents dans l'atmosphère ne sont contenus qu'à l'état de traces. La teneur relative en oxygène et en dioxyde de carbone revêt une importance particulière pour le biote.

La teneur élevée en oxygène a contribué à une augmentation du métabolisme des organismes terrestres par rapport aux organismes aquatiques primaires. C'est dans l'environnement terrestre, sur la base de la grande efficacité des processus oxydatifs dans l'organisme, que l'homoiothermie animale est apparue. L'oxygène, du fait de sa teneur constamment élevée dans l'air, n'est pas un facteur limitant la vie dans le milieu terrestre. Ce n'est que par endroits, dans des conditions spécifiques, qu'un déficit temporaire se crée, par exemple, dans les accumulations de résidus végétaux en décomposition, les stocks de céréales, de farine, etc.

La teneur en dioxyde de carbone peut varier dans certaines zones de la couche d'air superficielle dans des limites assez importantes. Par exemple, en l'absence de vent au centre des grandes villes, sa concentration est décuplé. Les variations diurnes de la teneur en dioxyde de carbone dans les couches superficielles sont régulières, liées au rythme de la photosynthèse des plantes, et saisonnières, dues aux variations de l'intensité de la respiration des organismes vivants, principalement la population microscopique des sols. Une saturation accrue de l'air en dioxyde de carbone se produit dans les zones d'activité volcanique, à proximité des sources thermales et d'autres exutoires souterrains de ce gaz. La faible teneur en dioxyde de carbone inhibe le processus de photosynthèse. Dans des conditions intérieures, le taux de photosynthèse peut être augmenté en augmentant la concentration de dioxyde de carbone; ceci est utilisé dans la pratique des serres et des serres.

L'azote de l'air pour la plupart des habitants du milieu terrestre est un gaz inerte, mais un certain nombre de micro-organismes (bactéries nodulaires, Azotobacter, clostridies, algues bleues, etc.) ont la capacité de le lier et de l'impliquer dans le cycle biologique.

Les impuretés locales pénétrant dans l'air peuvent également affecter de manière significative les organismes vivants. Cela est particulièrement vrai pour les substances gazeuses toxiques - méthane, oxyde de soufre (IV), monoxyde de carbone (II), oxyde d'azote (IV), sulfure d'hydrogène, composés chlorés, ainsi que les particules de poussière, de suie, etc., polluant l'air dans les zones industrielles. La principale source moderne de pollution chimique et physique de l'atmosphère est anthropique: travail de diverses entreprises industrielles et de transport, érosion des sols, etc. L'oxyde de soufre (SO 2), par exemple, est toxique pour les plantes même à des concentrations d'un cinquante- millième à un millionième du volume d'air.. Certaines espèces végétales sont particulièrement sensibles au S0 2 et servent d'indicateur sensible de son accumulation dans l'air (par exemple, les lichens.

Faible densité d'air détermine sa faible force de levage et sa capacité portante insignifiante. Les habitants de l'air doivent avoir leur propre système de soutien qui soutient le corps: plantes - une variété de tissus mécaniques, animaux - un squelette solide ou, beaucoup moins souvent, un squelette hydrostatique. De plus, tous les habitants de l'environnement aérien sont étroitement liés à la surface de la terre, qui leur sert d'attache et de soutien. La vie à l'état suspendu dans l'air est impossible. Certes, de nombreux micro-organismes et animaux, spores, graines et pollen de plantes sont régulièrement présents dans l'air et sont transportés par les courants d'air (anémochorie), de nombreux animaux sont capables de vol actif, mais chez toutes ces espèces la fonction principale de leur cycle de vie - la reproduction - s'effectue à la surface de la terre. Pour la plupart d'entre eux, être dans les airs n'est associé qu'à la réinstallation ou à la recherche de proies.

Vent Il a un effet limitant sur l'activité et même la distribution des organismes. Le vent peut même changer apparence plantes, en particulier dans ces habitats, par exemple dans les zones alpines, où d'autres facteurs ont un effet limitant. Dans les habitats de montagne ouverts, le vent limite la croissance des plantes, les faisant se plier du côté au vent. De plus, le vent augmente l'évapotranspiration dans des conditions de faible humidité. D'une grande importance sont tempêtes, bien que leur action soit purement locale. Les ouragans, ainsi que les vents ordinaires, sont capables de transporter des animaux et des plantes sur de longues distances et de modifier ainsi la composition des communautés.

Pression, apparemment, n'est pas un facteur limitant de l'action directe, mais il est directement lié au temps et au climat, qui ont un effet limitant direct. La faible densité de l'air entraîne une pression relativement faible sur la terre. Normalement, elle est égale à 760 mm Hg, Art. Lorsque l'altitude augmente, la pression diminue. A 5800 m d'altitude, ce n'est qu'à moitié normal. Les basses pressions peuvent limiter la répartition des espèces dans les montagnes. Pour la plupart des vertébrés, la limite supérieure de la vie est d'environ 6000 M. Une diminution de la pression entraîne une diminution de l'apport d'oxygène et une déshydratation des animaux en raison d'une augmentation de la fréquence respiratoire. Approximativement les mêmes sont les limites de l'avancement vers les montagnes des plantes supérieures. Un peu plus robustes sont les arthropodes (collemboles, acariens, araignées) que l'on peut trouver sur les glaciers au-dessus de la limite de la végétation.

En général, tous les organismes terrestres sont beaucoup plus sténobiques que les organismes aquatiques.

Académie d'État de Saint-Pétersbourg

Médecine vétérinaire.

Département de biologie générale, écologie et histologie.

Résumé sur l'écologie sur le sujet:

Environnement sol-air, ses facteurs

et l'adaptation des organismes à celles-ci

Réalisé par : étudiant de 1ère année

Oh groupe Piatochenko N. L.

Vérifié par : Professeur agrégé du Département

Vakhmistrova S. F.

Saint-Pétersbourg

Introduction

Les conditions de vie (conditions d'existence) sont un ensemble d'éléments nécessaires au corps, avec lesquels il est inextricablement lié et sans lesquels il ne peut exister.

Les adaptations d'un organisme à son environnement sont appelées adaptations. La capacité d'adaptation est l'une des principales propriétés de la vie en général, offrant la possibilité de son existence, de sa survie et de sa reproduction. L'adaptation apparaît dans différents niveaux– de la biochimie des cellules et du comportement des organismes individuels à la structure et au fonctionnement des communautés et des écosystèmes. Des adaptations surviennent et changent au cours de l'évolution d'une espèce.

Les propriétés ou éléments distincts de l'environnement qui affectent les organismes sont appelés facteurs environnementaux. Les facteurs environnementaux sont variés. Ils ont une nature et une spécificité d'action différentes. Les facteurs environnementaux sont divisés en deux grands groupes : abiotiques et biotiques.

Facteurs abiotiques- il s'agit d'un ensemble de conditions de l'environnement inorganique qui affectent directement ou indirectement les organismes vivants : température, lumière, rayonnement radioactif, pression, humidité de l'air, composition saline de l'eau, etc.

Les facteurs biotiques sont toutes les formes d'influence des organismes vivants les uns sur les autres. Chaque organisme subit constamment l'influence directe ou indirecte des autres, entrant en communication avec des représentants de sa propre espèce et d'autres espèces.

Dans certains cas, les facteurs anthropiques sont séparés en un groupe indépendant avec les facteurs biotiques et abiotiques, soulignant l'effet extraordinaire du facteur anthropique.

Les facteurs anthropiques sont toutes les formes d'activité de la société humaine qui entraînent une modification de la nature en tant qu'habitat pour d'autres espèces ou affectent directement leur vie. L'importance de l'impact anthropique sur l'ensemble du monde vivant de la Terre continue de croître rapidement.

Les changements des facteurs environnementaux au fil du temps peuvent être :

1) régulière-constante, changeant la force de l'impact en fonction de l'heure de la journée, de la saison de l'année ou du rythme des marées dans l'océan ;

2) irréguliers, sans périodicité claire, par exemple, changements des conditions météorologiques au cours des différentes années, tempêtes, averses, coulées de boue, etc. ;

3) dirigés sur des périodes de temps déterminées ou longues, par exemple, refroidissement ou réchauffement du climat, surcroissance d'un réservoir, etc.

Les facteurs environnementaux peuvent avoir divers effets sur les organismes vivants :

1) en tant qu'irritants, provoquant des modifications adaptatives des fonctions physiologiques et biochimiques ;

2) comme des contraintes, provoquant l'impossibilité d'existence dans les données

les conditions;

3) en tant que modificateurs provoquant des changements anatomiques et morphologiques dans les organismes ;

4) comme des signaux indiquant un changement dans d'autres facteurs.

Malgré la grande variété de facteurs environnementaux, un certain nombre de schémas généraux peuvent être distingués dans la nature de leur interaction avec les organismes et dans les réponses des êtres vivants.

L'intensité du facteur environnemental, le plus favorable à la vie de l'organisme, est l'optimum, et donnant le pire effet est le pessimum, c'est-à-dire conditions dans lesquelles l'activité vitale de l'organisme est inhibée au maximum, mais elle peut encore exister. Ainsi, lors de la culture de plantes dans différentes conditions de température, le point auquel la croissance maximale est observée sera optimal. Dans la plupart des cas, il s'agit d'une certaine plage de température de plusieurs degrés, il est donc préférable de parler ici de la zone optimale. L'ensemble de la plage de température (du minimum au maximum), à laquelle la croissance est encore possible, est appelée plage de stabilité (endurance) ou tolérance. Le point limitant ses températures habitables (c'est-à-dire minimales et maximales) est la limite de stabilité. Entre la zone optimale et la limite de stabilité, à mesure que l'on se rapproche de cette dernière, la plante subit un stress croissant, c'est-à-dire nous parlons sur les zones de stress, ou zones d'oppression, dans la plage de stabilité

Dépendance de l'action du facteur environnemental sur son intensité (selon V.A. Radkevich, 1977)

Au fur et à mesure que l'échelle monte et descend, non seulement le stress augmente, mais finalement, lorsqu'il atteint les limites de la résistance de l'organisme, sa mort survient. Des expériences similaires peuvent être menées pour tester l'influence d'autres facteurs. Les résultats suivront graphiquement un type de courbe similaire.

Environnement sol-air de la vie, ses caractéristiques et ses formes d'adaptation.

La vie sur terre exigeait de telles adaptations qui n'étaient possibles que chez des organismes vivants hautement organisés. L'environnement sol-air est plus difficile à vivre, il se caractérise par une forte teneur en oxygène, une faible quantité de vapeur d'eau, une faible densité, etc. Cela a considérablement modifié les conditions de respiration, d'échange d'eau et de mouvement des êtres vivants.

La faible densité de l'air détermine sa faible force de levage et sa capacité portante insignifiante. Les organismes dans l'air doivent avoir leur propre système de support soutenant le corps : les plantes sont une variété de tissus mécaniques, les animaux sont un squelette solide ou hydrostatique. De plus, tous les habitants de l'environnement aérien sont étroitement liés à la surface de la terre, qui leur sert d'attache et de soutien.

La faible densité de l'air offre une faible résistance au mouvement. Par conséquent, de nombreux animaux terrestres ont acquis la capacité de voler. 75% de toutes les créatures terrestres, principalement des insectes et des oiseaux, se sont adaptées au vol actif.

En raison de la mobilité de l'air, des flux verticaux et horizontaux des masses d'air existant dans les basses couches de l'atmosphère, le vol passif des organismes est possible. À cet égard, de nombreuses espèces ont développé une anémochorie - une réinstallation à l'aide de courants d'air. L'anémochorie est caractéristique des spores, des graines et des fruits des plantes, des kystes de protozoaires, des petits insectes, des araignées, etc. Les organismes transportés passivement par les courants d'air sont collectivement appelés aéroplancton.

Les organismes terrestres existent dans des conditions de pression relativement basse en raison de la faible densité de l'air. Normalement, elle est égale à 760 mm Hg. Lorsque l'altitude augmente, la pression diminue. Les basses pressions peuvent limiter la répartition des espèces dans les montagnes. Pour les vertébrés, la limite supérieure de la vie est d'environ 60 mm. Une diminution de la pression entraîne une diminution de l'apport d'oxygène et une déshydratation des animaux due à une augmentation de la fréquence respiratoire. Environ les mêmes limites d'avancée dans les montagnes ont des plantes plus hautes. Un peu plus robustes sont les arthropodes que l'on trouve sur les glaciers au-dessus de la ligne de végétation.

Composition gazeuse de l'air. Outre les propriétés physiques de l'environnement atmosphérique, ses propriétés chimiques sont très importantes pour l'existence d'organismes terrestres. La composition gazeuse de l'air dans la couche superficielle de l'atmosphère est assez homogène en termes de teneur en composants principaux (azote - 78,1%, oxygène - 21,0%, argon 0,9%, dioxyde de carbone - 0,003% en volume).

La teneur élevée en oxygène a contribué à une augmentation du métabolisme des organismes terrestres par rapport aux organismes aquatiques primaires. C'est dans l'environnement terrestre, sur la base de la grande efficacité des processus oxydatifs dans l'organisme, que l'homéothermie animale est apparue. L'oxygène, en raison de sa teneur constamment élevée dans l'air, n'est pas un facteur limitant pour la vie dans l'environnement terrestre.

La teneur en dioxyde de carbone peut varier dans certaines zones de la couche d'air superficielle dans des limites assez importantes. Augmentation de la saturation de l'air en CO ? se produit dans les zones d'activité volcanique, à proximité des sources thermales et autres exutoires souterrains de ce gaz. À fortes concentrations, le dioxyde de carbone est toxique. Dans la nature, de telles concentrations sont rares. Une faible teneur en CO2 ralentit le processus de photosynthèse. Dans des conditions intérieures, vous pouvez augmenter le taux de photosynthèse en augmentant la concentration de dioxyde de carbone. Ceci est utilisé dans la pratique des serres et des serres.

L'azote de l'air pour la plupart des habitants de l'environnement terrestre est un gaz inerte, mais les micro-organismes individuels (bactéries nodulaires, bactéries azotées, algues bleues, etc.) ont la capacité de le lier et de l'impliquer dans le cycle biologique des substances.

Le manque d'humidité est l'une des caractéristiques essentielles de l'environnement sol-air de la vie. Toute l'évolution des organismes terrestres était placée sous le signe de l'adaptation à l'extraction et à la conservation de l'humidité. Les modes d'humidité environnementale sur terre sont très divers - de la saturation complète et constante de l'air en vapeur d'eau dans certaines régions des tropiques à leur absence presque complète dans l'air sec des déserts. La variabilité quotidienne et saisonnière de la teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère est également importante. L'approvisionnement en eau des organismes terrestres dépend également du mode de précipitation, de la présence de réservoirs, des réserves d'humidité du sol, de la proximité des eaux souterraines, etc.

Cela a conduit au développement d'adaptations chez les organismes terrestres à divers régimes d'approvisionnement en eau.

Régime de température. La prochaine caractéristique distinctive de l'environnement air-sol est les importantes fluctuations de température. Dans la plupart des régions terrestres, les amplitudes de température quotidiennes et annuelles sont de plusieurs dizaines de degrés. La résistance aux changements de température dans l'environnement des habitants terrestres est très différente selon l'habitat particulier dans lequel ils vivent. Cependant, en général, les organismes terrestres sont beaucoup plus eurythermiques que les organismes aquatiques.

Les conditions de vie dans l'environnement sol-air sont compliquées, en outre, par l'existence de changements climatiques. Météo - états de l'atmosphère en constante évolution près de la surface empruntée, jusqu'à une hauteur d'environ 20 km (limite de la troposphère). La variabilité météorologique se manifeste par la variation constante de la combinaison de facteurs environnementaux tels que la température, l'humidité de l'air, la nébulosité, les précipitations, la force et la direction du vent, etc. Le régime météorologique à long terme caractérise le climat de la région. Le concept de "Climat" comprend non seulement les valeurs moyennes des phénomènes météorologiques, mais également leur évolution annuelle et quotidienne, leur écart par rapport à celui-ci et leur fréquence. Le climat est déterminé par les conditions géographiques de la région. Les principaux facteurs climatiques - température et humidité - sont mesurés par la quantité de précipitations et la saturation de l'air en vapeur d'eau.

Pour la plupart des organismes terrestres, en particulier les petits, le climat de la région n'est pas aussi important que les conditions de leur habitat immédiat. Très souvent, les éléments locaux de l'environnement (relief, exposition, végétation, etc.) modifient le régime des températures, de l'humidité, de la lumière, du mouvement de l'air dans une zone particulière de telle sorte qu'il diffère considérablement des conditions climatiques de la zone. Ces modifications du climat, qui prennent forme dans la couche superficielle de l'air, sont appelées le microclimat. Dans chaque zone, le microclimat est très diversifié. Des microclimats de très petites superficies peuvent être distingués.

Le régime lumineux de l'environnement sol-air présente également certaines caractéristiques. L'intensité et la quantité de lumière ici sont les plus grandes et ne limitent pratiquement pas la vie des plantes vertes, comme dans l'eau ou le sol. Sur terre, l'existence d'espèces extrêmement photophiles est possible. Pour la grande majorité des animaux terrestres ayant une activité diurne voire nocturne, la vision est l'un des principaux moyens d'orientation. Les animaux terrestres ont la vision importance pour rechercher des proies, de nombreuses espèces ont même une vision des couleurs. À cet égard, les victimes développent des caractéristiques adaptatives telles qu'une réaction défensive, une coloration de masquage et d'avertissement, un mimétisme, etc.

Dans la vie aquatique, ces adaptations sont beaucoup moins développées. L'émergence de fleurs aux couleurs vives de plantes supérieures est également associée aux particularités de l'appareil des pollinisateurs et, finalement, au régime lumineux de l'environnement.

Le relief du terrain et les propriétés du sol sont aussi les conditions de la vie des organismes terrestres et, en premier lieu, des plantes. Les propriétés de la surface de la terre qui ont un impact écologique sur ses habitants sont réunies par des "facteurs environnementaux édaphiques" (du grec "edafos" - "sol").

En ce qui concerne les différentes propriétés des sols, un certain nombre de groupes environnementaux végétaux. Ainsi, selon la réaction à l'acidité du sol, ils distinguent :

1) espèces acidophiles - poussent sur des sols acides avec un pH d'au moins 6,7 (plantes de tourbières à sphaignes);

2) les neutrophiles ont tendance à se développer sur des sols avec un pH de 6,7 à 7,0 (la plupart plantes cultivées);

3) les basiphiles poussent à un pH supérieur à 7,0 (mordovnik, anémone forestière);

4) les indifférents peuvent pousser sur des sols avec des valeurs de pH différentes (muguet).

Les plantes diffèrent également par rapport à l'humidité du sol. Certains types confinés à différents substrats, par exemple, les pétrophytes poussent sur des sols pierreux, les pasmophytes habitent les sables à écoulement libre.

Le terrain et la nature du sol affectent les spécificités du mouvement des animaux : par exemple, ongulés, autruches, outardes vivant dans des espaces ouverts, sol dur, pour renforcer la répulsion lors de la course. Chez les lézards qui vivent dans les sables meubles, les doigts sont bordés d'écailles cornées qui augmentent le soutien. Pour les habitants terrestres creusant des trous, un sol dense est défavorable. La nature du sol affecte dans certains cas la répartition des animaux terrestres qui creusent des trous ou s'enfouissent dans le sol, ou pondent des œufs dans le sol, etc.

Sur la composition de l'air.

La composition gazeuse de l'air que nous respirons est de 78 % d'azote, 21 % d'oxygène et 1 % d'autres gaz. Mais dans l'atmosphère des grandes villes industrielles, ce ratio est souvent violé. Une proportion importante est constituée d'impuretés nocives causées par les émissions des entreprises et des véhicules. Le transport automobile apporte de nombreuses impuretés dans l'atmosphère : hydrocarbures de composition inconnue, benzo(a)pyrène, dioxyde de carbone, composés soufrés et azotés, plomb, monoxyde de carbone.

L'atmosphère est constituée d'un mélange de plusieurs gaz - l'air, dans lequel sont en suspension des impuretés colloïdales - poussières, gouttelettes, cristaux, etc. La composition de l'air atmosphérique change peu avec l'altitude. Cependant, à partir d'une hauteur d'environ 100 km, avec l'oxygène moléculaire et l'azote, l'oxygène atomique apparaît également à la suite de la dissociation des molécules et la séparation gravitationnelle des gaz commence. Au-dessus de 300 km, l'oxygène atomique prédomine dans l'atmosphère, au-dessus de 1000 km - l'hélium puis l'hydrogène atomique. La pression et la densité de l'atmosphère diminuent avec l'altitude ; environ la moitié de la masse totale de l'atmosphère est concentrée dans les 5 km inférieurs, 9/10 - dans les 20 km inférieurs et 99,5% - dans les 80 km inférieurs. À des altitudes d'environ 750 km, la densité de l'air tombe à 10-10 g/m3 (alors qu'elle est d'environ 103 g/m3 près de la surface de la terre), mais même une densité aussi faible est encore suffisante pour l'apparition d'aurores. L'atmosphère n'a pas de limite supérieure nette; la densité de ses gaz constitutifs

La composition de l'air atmosphérique que chacun de nous respire comprend plusieurs gaz, dont les principaux sont : l'azote (78,09%), l'oxygène (20,95%), l'hydrogène (0,01%), le dioxyde de carbone (dioxyde de carbone) (0,03%) et inerte gaz (0,93%). De plus, il y a toujours une certaine quantité de vapeur d'eau dans l'air, dont la quantité change toujours avec la température : plus la température est élevée, plus la teneur en vapeur est importante et vice versa. En raison des fluctuations de la quantité de vapeur d'eau dans l'air, le pourcentage de gaz qu'il contient est également variable. Tous les gaz dans l'air sont incolores et inodores. Le poids de l'air varie en fonction non seulement de la température, mais aussi de la teneur en vapeur d'eau qu'il contient. A température égale, le poids de l'air sec est supérieur à celui de l'air humide, car la vapeur d'eau est beaucoup plus légère que la vapeur d'air.

Le tableau montre la composition gazeuse de l'atmosphère en rapport massique volumétrique, ainsi que la durée de vie des principaux composants :

Les propriétés des gaz qui composent l'air atmosphérique changent sous la pression.

Par exemple : l'oxygène sous pression de plus de 2 atmosphères a un effet toxique sur le corps.

L'azote sous pression supérieure à 5 atmosphères a un effet narcotique (intoxication azotée). Une élévation rapide de la profondeur provoque un accident de décompression en raison de la libération rapide de bulles d'azote du sang, comme si elles le faisaient mousser.

Une augmentation de dioxyde de carbone de plus de 3 % dans le mélange respiratoire entraîne la mort.

Chaque composant qui fait partie de l'air, avec une augmentation de la pression jusqu'à certaines limites, devient un poison qui peut empoisonner le corps.

Études de la composition gazeuse de l'atmosphère. chimie atmosphérique

Pour l'histoire du développement rapide d'une branche scientifique relativement jeune appelée chimie atmosphérique, le terme «poussée» (lancer) utilisé dans les sports à grande vitesse est le plus approprié. Le coup du pistolet de départ, peut-être, était deux articles publiés au début des années 1970. Ils traitaient de la possible destruction de l'ozone stratosphérique par les oxydes d'azote - NO et NO2. Le premier appartenait au futur lauréat du prix Nobel, puis à un employé de l'Université de Stockholm, P. Krutzen, qui considérait que la source probable d'oxydes d'azote dans la stratosphère se dégradait sous l'action de lumière du soleil protoxyde d'azote N2O d'origine naturelle. L'auteur du deuxième article, un chimiste de l'Université de Californie à Berkeley G. Johnston, a suggéré que les oxydes d'azote apparaissent dans la stratosphère à la suite de l'activité humaine, à savoir des émissions de produits de combustion des moteurs à réaction de haute altitude. avion.

Bien sûr, les hypothèses ci-dessus ne sont pas nées de zéro. Le rapport d'au moins les principaux composants de l'air atmosphérique - molécules d'azote, d'oxygène, de vapeur d'eau, etc. - était connu bien plus tôt. Déjà dans la seconde moitié du XIXème siècle. en Europe, des mesures de la concentration d'ozone dans l'air de surface ont été effectuées. Dans les années 1930, le scientifique anglais S. Chapman a découvert le mécanisme de formation d'ozone dans une atmosphère purement oxygénée, indiquant un ensemble d'interactions d'atomes et de molécules d'oxygène, ainsi que d'ozone en l'absence de tout autre composant de l'air. Cependant, à la fin des années 1950, les mesures météorologiques des fusées ont montré qu'il y avait beaucoup moins d'ozone dans la stratosphère qu'il ne devrait l'être selon le cycle de réaction de Chapman. Bien que ce mécanisme reste fondamental à ce jour, il est devenu clair qu'il existe d'autres processus qui sont également activement impliqués dans la formation de l'ozone atmosphérique.

Il convient de mentionner qu'au début des années 1970, les connaissances dans le domaine de la chimie atmosphérique étaient principalement obtenues grâce aux efforts de scientifiques individuels, dont les recherches n'étaient liées par aucun concept socialement significatif et étaient le plus souvent purement académiques. Une autre chose est le travail de Johnston : selon ses calculs, 500 avions, volant 7 heures par jour, pourraient réduire la quantité d'ozone stratosphérique d'au moins 10 % ! Et si ces évaluations étaient justes, le problème deviendrait immédiatement socio-économique, car dans ce cas, tous les programmes de développement de l'aviation de transport supersonique et des infrastructures connexes devraient subir un ajustement important, voire une fermeture. De plus, alors pour la première fois, la question s'est vraiment posée que l'activité anthropique pourrait provoquer non pas un cataclysme local, mais un cataclysme mondial. Naturellement, dans la situation actuelle, la théorie avait besoin d'une vérification très difficile et en même temps rapide.

Rappelons que l'essence de l'hypothèse ci-dessus était que l'oxyde nitrique réagit avec l'ozone NO + O3 ® ® NO2 + O2, puis le dioxyde d'azote formé dans cette réaction réagit avec l'atome d'oxygène NO2 + O ® NO + O2, rétablissant ainsi la présence NO dans l'atmosphère, tandis que la molécule d'ozone est irrémédiablement perdue. Dans ce cas, une telle paire de réactions, constituant le cycle catalytique de l'azote de destruction de l'ozone, est répétée jusqu'à ce qu'un produit chimique ou processus physiques ne conduira pas à l'élimination des oxydes d'azote de l'atmosphère. Par exemple, le NO2 est oxydé en acide nitrique HNO3, très soluble dans l'eau, et donc éliminé de l'atmosphère par les nuages ​​et les précipitations. Le cycle catalytique de l'azote est très efficace : une molécule de NO parvient à détruire des dizaines de milliers de molécules d'ozone lors de son séjour dans l'atmosphère.

Mais, comme vous le savez, les problèmes ne viennent pas seuls. Bientôt, des spécialistes d'universités américaines - Michigan (R. Stolyarsky et R. Cicerone) et Harvard (S. Wofsi et M. McElroy) - ont découvert que l'ozone pouvait avoir un ennemi encore plus impitoyable - les composés chlorés. Selon leurs estimations, le cycle catalytique du chlore de destruction de l'ozone (réactions Cl + O3 ® ClO + O2 et ClO + O ® Cl + O2) était plusieurs fois plus efficace que celui de l'azote. La seule raison d'un optimisme prudent était que la quantité de chlore naturellement présent dans l'atmosphère est relativement faible, ce qui signifie que l'effet global de son impact sur l'ozone n'est peut-être pas trop fort. Cependant, la situation a radicalement changé lorsque, en 1974, des employés de l'Université de Californie à Irvine, S. Rowland et M. Molina, ont découvert que la source de chlore dans la stratosphère était les composés chlorofluorohydrocarbures (CFC), qui sont largement utilisés dans la réfrigération. unités, aérosols, etc. Étant ininflammables, non toxiques et chimiquement passives, ces substances sont lentement transportées par les courants d'air ascendants de la surface de la terre vers la stratosphère, où leurs molécules sont détruites par la lumière du soleil, entraînant la libération d'atomes de chlore libres. La production industrielle de CFC, qui a débuté dans les années 1930, et leurs émissions dans l'atmosphère ont régulièrement augmenté au cours de toutes les années suivantes, en particulier dans les années 70 et 80. Ainsi, en très peu de temps, les théoriciens ont identifié deux problèmes de chimie atmosphérique causés par une pollution anthropique intense.

Cependant, afin de tester la viabilité des hypothèses proposées, il a été nécessaire d'effectuer de nombreuses tâches.

Premièrement, développer les recherches en laboratoire, au cours desquelles il serait possible de déterminer ou de préciser les taux de réactions photochimiques entre divers composants de l'air atmosphérique. Il faut dire que les très maigres données sur ces vitesses qui existaient à l'époque comportaient également une bonne part d'erreurs (jusqu'à plusieurs centaines de pour cent). De plus, les conditions dans lesquelles les mesures ont été effectuées, en règle générale, ne correspondaient pas beaucoup aux réalités de l'atmosphère, ce qui aggravait sérieusement l'erreur, puisque l'intensité de la plupart des réactions dépendait de la température, et parfois de la pression ou de l'air atmosphérique. densité.

Deuxièmement,étudier intensivement les propriétés radio-optiques d'un certain nombre de petits gaz atmosphériques dans des conditions de laboratoire. Les molécules d'un nombre important de composants de l'air atmosphérique sont détruites rayonnement ultraviolet Soleil (dans les réactions de photolyse), parmi eux se trouvent non seulement les CFC mentionnés ci-dessus, mais aussi l'oxygène moléculaire, l'ozone, les oxydes d'azote et bien d'autres. Par conséquent, les estimations des paramètres de chaque réaction de photolyse étaient tout aussi nécessaires et importantes pour la reproduction correcte des processus chimiques atmosphériques que l'étaient les taux de réactions entre différentes molécules.

Troisièmement, il était nécessaire de créer des modèles mathématiques capables de décrire aussi complètement que possible les transformations chimiques mutuelles des composants de l'air atmosphérique. Comme déjà mentionné, la productivité de la destruction de l'ozone dans les cycles catalytiques est déterminée par la durée pendant laquelle le catalyseur (NO, Cl ou autre) reste dans l'atmosphère. Il est clair qu'un tel catalyseur, d'une manière générale, pourrait réagir avec l'un des dizaines de composants de l'air atmosphérique, se dégradant rapidement au cours du processus, et les dommages à l'ozone stratosphérique seraient alors bien moindres que prévu. D'autre part, lorsque de nombreuses transformations chimiques se produisent dans l'atmosphère à chaque seconde, il est fort probable que d'autres mécanismes seront identifiés qui affectent directement ou indirectement la formation et la destruction de l'ozone. Enfin, de tels modèles sont capables d'identifier et d'évaluer l'importance des réactions individuelles ou de leurs groupes dans la formation d'autres gaz qui composent l'air atmosphérique, ainsi que de calculer les concentrations de gaz inaccessibles aux mesures.

et enfin il était nécessaire d'organiser un vaste réseau pour mesurer la teneur en divers gaz dans l'air, y compris les composés azotés, le chlore, etc., en utilisant des stations au sol, en lançant des ballons météorologiques et des fusées météorologiques, et des vols d'avions à cet effet. Bien sûr, la création d'une base de données était la tâche la plus coûteuse, qui ne peut être résolue en un bref délais. Cependant, seules des mesures pourraient fournir un point de départ pour une recherche théorique, étant en même temps une pierre de touche de la véracité des hypothèses émises.

Depuis le début des années 1970, au moins une fois tous les trois ans, des collections spéciales, constamment mises à jour, contenant des informations sur toutes les réactions atmosphériques significatives, y compris les réactions de photolyse, ont été publiées. De plus, l'erreur dans la détermination des paramètres de réactions entre les composants gazeux de l'air est aujourd'hui, en règle générale, de 10 à 20%.

La seconde moitié de cette décennie a vu le développement rapide de modèles décrivant les transformations chimiques de l'atmosphère. La plupart d'entre eux ont été créés aux États-Unis, mais ils sont également apparus en Europe et en URSS. Au début, il s'agissait de modèles en boîte (zérodimensionnels), puis de modèles unidimensionnels. Les premiers reproduisaient avec plus ou moins de fiabilité le contenu des principaux gaz atmosphériques dans un volume donné - une boîte (d'où leur nom) - grâce aux interactions chimiques entre eux. Étant donné que la conservation de la masse totale du mélange d'air était postulée, l'élimination de l'une quelconque de ses fractions de la boîte, par exemple par le vent, n'a pas été envisagée. Les modèles de boîtes étaient pratiques pour élucider le rôle des réactions individuelles ou de leurs groupes dans les processus. formations chimiques et la destruction des gaz atmosphériques, pour évaluer la sensibilité de la composition gazeuse de l'atmosphère aux imprécisions dans la détermination des vitesses de réaction. Avec leur aide, les chercheurs ont pu, en fixant dans la case des paramètres atmosphériques (notamment la température et la densité de l'air) correspondant à l'altitude des vols d'aviation, estimer grossièrement comment les concentrations d'impuretés atmosphériques vont évoluer du fait des émissions. des produits de combustion des moteurs d'avions. Dans le même temps, les modèles de boîte n'étaient pas adaptés à l'étude du problème des chlorofluorocarbures (CFC), car ils ne pouvaient pas décrire le processus de leur mouvement de la surface de la Terre vers la stratosphère. C'est là que les modèles unidimensionnels sont devenus utiles, qui combinaient la comptabilité Description détaillée les interactions chimiques dans l'atmosphère et le transport des impuretés dans le sens vertical. Et bien que le transfert vertical ait été défini assez grossièrement ici, l'utilisation de modèles unidimensionnels a été un progrès notable, car ils ont permis de décrire en quelque sorte des phénomènes réels.

Avec le recul, nous pouvons dire que nos connaissances modernes reposent en grande partie sur le travail approximatif effectué au cours de ces années à l'aide de modèles unidimensionnels et en boîte. Il a permis de déterminer les mécanismes de formation de la composition gazeuse de l'atmosphère, d'estimer l'intensité des sources chimiques et des puits de gaz individuels. Caractéristique importante Cette étape du développement de la chimie atmosphérique est que les nouvelles idées qui sont nées ont été testées sur des modèles et largement discutées parmi les spécialistes. Les résultats obtenus ont souvent été comparés aux estimations d'autres groupes scientifiques, car les mesures sur le terrain n'étaient manifestement pas suffisantes et leur précision était très faible. De plus, pour confirmer l'exactitude de la modélisation de certaines interactions chimiques, il était nécessaire d'effectuer des mesures complexes, lorsque les concentrations de tous les réactifs participants seraient déterminées simultanément, ce qui à l'époque, et même maintenant, était pratiquement impossible. (Jusqu'à présent, seules quelques mesures du complexe de gaz de la navette ont été effectuées sur 2 à 5 jours.) Par conséquent, les études sur modèle étaient en avance sur les études expérimentales, et la théorie n'expliquait pas tant les observations sur le terrain qu'elle contribuait à leur planification optimale. Par exemple, un composé tel que le nitrate de chlore ClONO2 est apparu pour la première fois dans des études de modèles et n'a ensuite été découvert dans l'atmosphère. Il était même difficile de comparer les mesures disponibles avec les estimations du modèle, car le modèle unidimensionnel ne pouvait pas prendre en compte les mouvements horizontaux de l'air, à cause desquels l'atmosphère était supposée horizontalement homogène, et les résultats du modèle obtenus correspondaient à une moyenne globale. état de celui-ci. Cependant, en réalité, la composition de l'air au-dessus des régions industrielles d'Europe ou des États-Unis est très différente de sa composition au-dessus de l'Australie ou de l'océan Pacifique. Par conséquent, les résultats de toute observation naturelle dépendent largement du lieu et de l'heure des mesures et, bien sûr, ne correspondent pas exactement à la moyenne mondiale.

Pour combler cette lacune de modélisation, dans les années 1980, des chercheurs ont créé des modèles bidimensionnels qui, en plus du transport vertical, tenaient également compte du transport aérien le long du méridien (le long du cercle de latitude, l'atmosphère était encore considérée comme homogène). La création de tels modèles a d'abord été associée à des difficultés importantes.

Premièrement, le nombre de paramètres externes du modèle a fortement augmenté : à chaque nœud du maillage, il a fallu régler les vitesses de transport vertical et interlatitudinal, la température et la densité de l'air, etc. De nombreux paramètres (tout d'abord, les vitesses mentionnées ci-dessus) n'ont pas été déterminés de manière fiable lors d'expériences et ont donc été sélectionnés sur la base de considérations qualitatives.

Deuxièmement, l'état de la technologie informatique de l'époque a considérablement entravé le développement complet des modèles bidimensionnels. Contrairement aux modèles économiques unidimensionnels et surtout bidimensionnels en boîte, ils nécessitaient beaucoup plus de mémoire et de temps de calcul. Et en conséquence, leurs créateurs ont été contraints de simplifier considérablement les schémas de prise en compte des transformations chimiques dans l'atmosphère. Néanmoins, un ensemble d'études atmosphériques, à la fois sur modèle réduit et à grande échelle à l'aide de satellites, a permis de dresser un tableau relativement harmonieux, bien que loin d'être complet, de la composition de l'atmosphère, ainsi que d'établir les causes principales - et - effets des relations qui provoquent des changements dans le contenu des composants individuels de l'air. En particulier, de nombreuses études ont montré que les vols d'avions dans la troposphère ne causent pas de dommages significatifs à l'ozone troposphérique, mais leur ascension dans la stratosphère semble avoir des conséquences négatives pour l'ozonosphère. L'avis de la plupart des experts sur le rôle des CFC est quasi unanime : l'hypothèse de Rowland et Molin est confirmée, et ces substances contribuent bien à la destruction de l'ozone stratosphérique, et à leur croissance régulière. production industrielle- une bombe à retardement, car la désintégration des CFC ne se produit pas immédiatement, mais après des dizaines et des centaines d'années, donc les conséquences de la pollution affecteront l'atmosphère pendant très longtemps. De plus, s'ils sont stockés pendant une longue période, les chlorofluorocarbures peuvent atteindre n'importe quel point le plus éloigné de l'atmosphère et, par conséquent, il s'agit d'une menace à l'échelle mondiale. L'heure est aux décisions politiques coordonnées.

En 1985, avec la participation de 44 pays à Vienne, une convention pour la protection de la couche d'ozone a été élaborée et adoptée, ce qui a stimulé son étude approfondie. Cependant, la question de savoir quoi faire avec les CFC restait ouverte. Il était impossible de laisser les choses suivre leur cours sur le principe du « ça se résoudra », mais il était également impossible d'interdire la production de ces substances du jour au lendemain sans causer d'énormes dommages à l'économie. Il semblerait qu'il existe une solution simple : il faut remplacer les CFC par d'autres substances capables de remplir les mêmes fonctions (par exemple, dans les appareils de réfrigération) et en même temps inoffensives ou du moins moins dangereuses pour l'ozone. Mais donner vie solutions simples est souvent très difficile. Non seulement la création de telles substances et la mise en place de leur production nécessitaient d'énormes investissements et du temps, mais des critères étaient nécessaires pour évaluer l'impact de chacune d'entre elles sur l'atmosphère et le climat.

Les théoriciens sont de retour sur le devant de la scène. D. Webbles du Livermore National Laboratory a suggéré d'utiliser le potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone à cette fin, ce qui a montré à quel point la molécule de la substance de substitution est plus forte (ou plus faible) que la molécule CFCl3 (fréon-11) affecte l'ozone atmosphérique. A cette époque, il était également bien connu que la température de la couche d'air de surface dépend de manière significative de la concentration de certaines impuretés gazeuses (on les appelait gaz à effet de serre), principalement le dioxyde de carbone CO2, la vapeur d'eau H2O, l'ozone, etc. Les CFC et de nombreux d'autres ont également été inclus dans cette catégorie, leurs remplaçants potentiels. Des mesures ont montré qu'au cours de la révolution industrielle, la température globale annuelle moyenne de la couche d'air de surface a augmenté et continue d'augmenter, ce qui indique des changements importants et pas toujours souhaitables dans le climat de la Terre. Afin de maîtriser cette situation, ainsi que le potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone de la substance, ils ont également commencé à considérer son potentiel de réchauffement global. Cet indice indique à quel point le composé étudié affecte la température de l'air plus fort ou plus faible que la même quantité de dioxyde de carbone. Les calculs effectués ont montré que les CFC et les alternatives avaient des potentiels de réchauffement global très élevés, mais parce que leurs concentrations dans l'atmosphère étaient très inférieures aux concentrations de CO2, H2O ou O3, leur contribution totale au réchauffement global restait négligeable. Pour le moment…

Des tableaux de valeurs calculées pour l'appauvrissement de la couche d'ozone et les potentiels de réchauffement global des chlorofluorocarbures et de leurs éventuels substituts ont constitué la base des décisions internationales visant à réduire puis à interdire la production et l'utilisation de nombreux CFC (le Protocole de Montréal de 1987 et ses ajouts ultérieurs). Peut-être que les experts réunis à Montréal n'auraient pas été aussi unanimes (après tout, les articles du Protocole étaient basés sur des "réflexions" de théoriciens non confirmées par des expériences de terrain), mais une autre "personne" intéressée s'est prononcée pour la signature de ce document - l'atmosphère elle-même.

Le message sur la découverte par des scientifiques britanniques à la fin de 1985 du "trou d'ozone" au-dessus de l'Antarctique est devenu, non sans la participation de journalistes, la sensation de l'année, et la réaction de la communauté mondiale à ce message peut être mieux décrite par un mot court- choc. C'est une chose quand la menace de destruction de la couche d'ozone n'existe qu'à long terme, c'en est une autre quand nous sommes tous devant le fait accompli. Ni les citadins, ni les politiciens, ni les spécialistes-théoriciens n'étaient prêts à cela.

Il est rapidement devenu clair qu'aucun des modèles alors existants ne pouvait reproduire une réduction aussi importante de l'ozone. Cela signifie que certains phénomènes naturels importants n'ont pas été pris en compte ou ont été sous-estimés. Bientôt, des études de terrain menées dans le cadre du programme d'étude du phénomène antarctique ont établi qu'un rôle important dans la formation du «trou d'ozone», parallèlement aux réactions atmosphériques ordinaires (en phase gazeuse), est joué par les caractéristiques de l'air atmosphérique transport dans la stratosphère antarctique (son isolement presque complet du reste de l'atmosphère en hiver), ainsi que des réactions hétérogènes peu étudiées à cette époque (réactions à la surface des aérosols atmosphériques - particules de poussière, suie, banquise, gouttes d'eau, etc.). Seule la prise en compte des facteurs ci-dessus a permis d'obtenir un accord satisfaisant entre les résultats du modèle et les données d'observation. Et les leçons enseignées par le «trou d'ozone» de l'Antarctique ont sérieusement affecté le développement ultérieur de la chimie atmosphérique.

Tout d'abord, une forte impulsion a été donnée à l'étude détaillée des processus hétérogènes se déroulant selon des lois différentes de celles qui déterminent les processus en phase gazeuse. Deuxièmement, il y a une prise de conscience claire que système complexe, qui est l'atmosphère, le comportement de ses éléments dépend de tout un complexe de relations internes. En d'autres termes, la teneur en gaz dans l'atmosphère est déterminée non seulement par l'intensité des processus chimiques, mais également par la température de l'air, le transfert de masses d'air, les caractéristiques de la pollution par les aérosols de diverses parties de l'atmosphère, etc. À son tour , le réchauffement et le refroidissement radiatifs, qui forment le champ de température de l'air stratosphérique, dépendent de la concentration et de la répartition spatiale des gaz à effet de serre et, par conséquent, des processus dynamiques atmosphériques. Enfin, le chauffage radiatif non uniforme des différentes ceintures du globe et des parties de l'atmosphère génère des mouvements d'air atmosphérique et contrôle leur intensité. Ainsi, ne pas prendre en compte les retours d'informations dans les modèles peut être lourd de conséquences. grosses erreurs dans les résultats obtenus (même si, notons au passage, la complication excessive du modèle sans nécessité urgente est tout aussi inappropriée que de tirer des canons sur des représentants connus d'oiseaux).

Si la relation entre la température de l'air et sa composition en gaz était prise en compte dans les modèles bidimensionnels dès les années 1980, l'utilisation de modèles tridimensionnels de la circulation générale de l'atmosphère pour décrire la distribution des impuretés atmosphériques n'est devenue possible que dans les années 1990 en raison du boom informatique. Les premiers modèles de circulation générale de ce type ont été utilisés pour décrire la distribution spatiale des substances chimiquement passives - les traceurs. Plus tard, en raison d'une mémoire informatique insuffisante, les processus chimiques n'ont été définis que par un seul paramètre - le temps de séjour d'une impureté dans l'atmosphère, et ce n'est que relativement récemment que des blocs de transformations chimiques sont devenus des éléments à part entière de modèles tridimensionnels. Si les difficultés de représentation détaillée des processus chimiques atmosphériques en 3D demeurent, aujourd'hui elles ne semblent plus insurmontables, et les meilleurs modèles 3D incluent des centaines de réactions chimiques, ainsi que le transport climatique réel de l'air dans l'atmosphère globale.

Dans le même temps, l'utilisation généralisée modèles modernes ne remet pas du tout en cause l'utilité des plus simples discutées ci-dessus. Il est bien connu que plus le modèle est complexe, plus il est difficile de séparer le "signal" du "bruit du modèle", d'analyser les résultats obtenus, d'identifier les principaux mécanismes de cause à effet, d'évaluer l'impact de certains phénomènes sur le résultat final (et donc sur l'opportunité de les prendre en compte dans le modèle) . Et ici, des modèles plus simples servent de banc d'essai idéal, ils vous permettent d'obtenir des estimations préliminaires qui sont ensuite utilisées dans des modèles tridimensionnels, d'étudier de nouveaux phénomènes naturels avant qu'ils ne soient inclus dans des phénomènes plus complexes, etc.

Les progrès scientifiques et technologiques rapides ont donné naissance à plusieurs autres domaines de recherche, liés d'une manière ou d'une autre à la chimie de l'atmosphère.

Surveillance satellitaire de l'atmosphère. Lorsque la reconstitution régulière de la base de données à partir des satellites a été établie, pour la plupart des composants les plus importants de l'atmosphère, couvrant la quasi-totalité du globe, il est devenu nécessaire d'améliorer les méthodes de leur traitement. Ici, à la fois le filtrage des données (séparation du signal et des erreurs de mesure) et la restauration profils verticaux concentrations d'impuretés en fonction de leur contenu total dans la colonne atmosphérique, et interpolation des données dans les zones où les mesures directes sont impossibles pour des raisons techniques. De plus, la surveillance par satellite est complétée par des expéditions aéroportées qui sont prévues pour résoudre divers problèmes, par exemple dans l'océan Pacifique tropical, l'Atlantique Nord et même dans la stratosphère estivale arctique.

Une partie importante de la recherche moderne est l'assimilation (assimilation) de ces bases de données dans des modèles de complexité variable. Dans ce cas, les paramètres sont sélectionnés à partir de la condition de proximité la plus proche des valeurs mesurées et modèles de la teneur en impuretés aux points (régions). Ainsi, la qualité des modèles est vérifiée, ainsi que l'extrapolation des valeurs mesurées au-delà des régions et des périodes de mesures.

Estimation des concentrations d'impuretés atmosphériques à vie courte. Les radicaux atmosphériques, qui jouent un rôle clé dans la chimie atmosphérique, tels que l'hydroxyle OH, le perhydroxyle HO2, le monoxyde d'azote NO, l'oxygène atomique à l'état excité O (1D), etc., ont la réactivité chimique la plus élevée et donc très faible ( plusieurs secondes ou minutes ) « durée de vie » dans l'atmosphère. Par conséquent, la mesure de tels radicaux est extrêmement difficile et la reconstruction de leur contenu dans l'air est souvent effectuée à l'aide de modèles de rapports de sources chimiques et de puits de ces radicaux. Pendant longtemps les intensités des sources et des puits ont été calculées à partir des données du modèle. Avec l'avènement de mesures appropriées, il est devenu possible de reconstituer les concentrations de radicaux sur leur base, tout en améliorant les modèles et en élargissant les informations sur la composition gazeuse de l'atmosphère.

Reconstitution de la composition gazeuse de l'atmosphère à l'époque préindustrielle et aux époques antérieures de la Terre. Grâce à des mesures dans les carottes de glace de l'Antarctique et du Groenland, dont l'âge varie de centaines à des centaines de milliers d'années, les concentrations de dioxyde de carbone, d'oxyde nitreux, de méthane, de monoxyde de carbone, ainsi que la température de ces époques, sont devenues connues. La reconstitution de modèles de l'état de l'atmosphère à ces époques et sa comparaison avec l'état actuel permettent de retracer l'évolution de l'atmosphère terrestre et d'évaluer le degré d'impact de l'homme sur le milieu naturel.

Évaluation de l'intensité des sources des principaux composants de l'air. Des mesures systématiques de la teneur en gaz de l'air de surface, tels que le méthane, le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote, sont devenues la base de la résolution du problème inverse : estimer la quantité d'émissions de gaz provenant de sources souterraines dans l'atmosphère, en fonction de leurs concentrations connues. . Malheureusement, inventorier uniquement les responsables de la tourmente mondiale - les CFC - est une tâche relativement simple, car la quasi-totalité de ces substances n'ont pas de sources naturelles et leur quantité totale rejetée dans l'atmosphère est limitée par leur volume de production. Le reste des gaz ont des sources d'énergie hétérogènes et comparables. Par exemple, la source de méthane est les zones gorgées d'eau, les marécages, les puits de pétrole, les mines de charbon ; ce composé est sécrété par les colonies de termites et est même un déchet du bétail. Le monoxyde de carbone pénètre dans l'atmosphère en tant que partie des gaz d'échappement, à la suite de la combustion de carburant, ainsi que lors de l'oxydation du méthane et de nombreux composés organiques. Il est difficile de mesurer directement les émissions de ces gaz, mais des techniques ont été développées pour estimer les sources mondiales de gaz polluants, dont l'erreur a été considérablement réduite ces dernières années, même si elle reste importante.

Prévision des changements dans la composition de l'atmosphère et du climat de la Terre Considérant les tendances - tendances de la teneur en gaz atmosphériques, estimations de leurs sources, taux de croissance de la population terrestre, taux d'augmentation de la production de tous les types d'énergie, etc. - des groupes spéciaux d'experts créent et ajustent constamment des scénarios pour les probables pollution atmosphérique dans les 10, 30, 100 prochaines années. Sur cette base, à l'aide de modèles, des changements possibles dans la composition du gaz, la température et la circulation atmosphérique sont prédits. Ainsi, il est possible de détecter à l'avance les tendances défavorables de l'état de l'atmosphère et d'essayer de les éliminer. Le choc antarctique de 1985 ne doit pas se répéter.

Le phénomène de l'effet de serre de l'atmosphère

Ces dernières années, il est devenu clair que l'analogie entre une serre ordinaire et l'effet de serre de l'atmosphère n'est pas tout à fait correcte. A la fin du siècle dernier, le célèbre physicien américain Wood, remplaçant la serre dans le modèle de laboratoire verre ordinaire sur quartz et sans révéler de modifications du fonctionnement de la serre, a montré qu'il ne s'agissait pas de retarder le rayonnement thermique du sol par le verre qui transmet le rayonnement solaire, le rôle du verre dans ce cas consiste uniquement à "couper" l'échange de chaleur turbulent entre la surface du sol et l'atmosphère.

L'effet de serre (effet de serre) de l'atmosphère est sa propriété de laisser passer le rayonnement solaire, mais de retarder le rayonnement terrestre, contribuant à l'accumulation de chaleur par la terre. L'atmosphère terrestre transmet relativement bien le rayonnement solaire à ondes courtes, qui est presque entièrement absorbé par la surface terrestre. Chauffé par absorption radiation solaire, la surface de la terre devient une source de rayonnement terrestre, principalement à ondes longues, dont une partie va dans l'espace extra-atmosphérique.

Effet de l'augmentation de la concentration de CO2

Scientifiques - les chercheurs continuent de se disputer sur la composition des gaz dits à effet de serre. Le plus intéressant à cet égard est l'effet des concentrations croissantes de dioxyde de carbone (CO2) sur l'effet de serre de l'atmosphère. Une opinion est exprimée selon laquelle le schéma bien connu: "une augmentation de la concentration de dioxyde de carbone renforce l'effet de serre, ce qui conduit à un réchauffement du climat mondial" est extrêmement simplifié et très éloigné de la réalité, car le plus important "effet de serre gaz » n'est pas du tout du CO2, mais de la vapeur d'eau. Dans le même temps, les réserves selon lesquelles la concentration de vapeur d'eau dans l'atmosphère n'est déterminée que par les paramètres de système climatique, aujourd'hui ne tient plus la route, puisque l'impact anthropique sur le cycle global de l'eau a été prouvé de manière convaincante.

Comme hypothèses scientifiques, nous soulignons les conséquences suivantes de l'effet de serre à venir. Premièrement, Selon les estimations les plus courantes, d'ici la fin du 21e siècle, la teneur en CO2 atmosphérique doublera, ce qui entraînera inévitablement une augmentation de la température moyenne de surface mondiale de 3 à 5 ° C. Dans le même temps, le réchauffement est prévu dans un été plus sec dans les latitudes tempérées de l'hémisphère nord.

Deuxièmement, on suppose qu'une telle augmentation de la température moyenne de surface mondiale entraînera une augmentation du niveau de l'océan mondial de 20 à 165 centimètres en raison de la dilatation thermique de l'eau. Quant à la calotte glaciaire de l'Antarctique, sa destruction n'est pas inévitable, car des températures plus élevées sont nécessaires pour la fonte. Dans tous les cas, le processus de fonte des glaces de l'Antarctique prendra très longtemps.

Troisièmement, Les concentrations atmosphériques de CO2 peuvent avoir un effet très bénéfique sur les rendements des cultures. Les résultats des expériences réalisées nous permettent de supposer que dans des conditions d'augmentation progressive de la teneur en CO2 dans l'air, la végétation naturelle et cultivée atteindra un état optimal ; la surface foliaire des plantes augmentera, gravité spécifique la matière sèche des feuilles, la taille moyenne des fruits et le nombre de graines augmenteront, la maturation des céréales s'accélérera et leur rendement augmentera.

Quatrième, aux latitudes élevées, les forêts naturelles, en particulier les forêts boréales, peuvent être très sensibles aux changements de température. Le réchauffement peut conduire à une forte réduction de la superficie des forêts boréales, ainsi qu'au déplacement de leur bordure vers le nord, les forêts des tropiques et subtropicales seront probablement plus sensibles aux changements de précipitations qu'à la température.

L'énergie lumineuse du soleil pénètre dans l'atmosphère, est absorbée par la surface terrestre et la réchauffe. Dans ce cas, l'énergie lumineuse est convertie en énergie thermique, qui est libérée sous forme de rayonnement infrarouge ou thermique. Ce rayonnement infrarouge réfléchi par la surface de la terre est absorbé par le dioxyde de carbone, tandis qu'il se réchauffe et réchauffe l'atmosphère. Cela signifie que plus il y a de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, plus il capte le climat de la planète. La même chose se produit dans les serres, c'est pourquoi ce phénomène s'appelle l'effet de serre.

Si les soi-disant gaz à effet de serre continuent de circuler au rythme actuel, alors au siècle prochain, la température moyenne de la Terre augmentera de 4 à 5 o C, ce qui pourrait conduire à le réchauffement climatique planètes.

Conclusion

Changer d'attitude envers la nature ne signifie nullement que vous devez abandonner le progrès technologique. L'arrêter ne résoudra pas le problème, mais ne peut que retarder sa solution. Nous devons constamment et patiemment nous efforcer de réduire les émissions grâce à l'introduction de nouvelles technologies environnementales pour économiser les matières premières, la consommation d'énergie et augmenter le nombre de plantations plantées, les activités éducatives de la vision du monde écologique parmi la population.

Ainsi, par exemple, aux États-Unis, l'une des entreprises de production de caoutchouc synthétique est située à côté de zones résidentielles, ce qui ne provoque pas de protestations de la part des résidents, car le respect de l'environnement schémas technologiques, qui dans le passé, avec les anciennes technologies, ne se distinguaient pas par la pureté.

Cela signifie qu'une sélection stricte de technologies répondant aux critères les plus stricts est nécessaire, les technologies modernes prometteuses permettront d'atteindre un haut niveau de respect de l'environnement dans la production dans toutes les industries et les transports, ainsi qu'une augmentation du nombre de plantations espaces verts dans les zones industrielles et les villes.

Ces dernières années, l'expérience a pris la première place dans le développement de la chimie atmosphérique, et la place de la théorie est la même que dans les sciences classiques respectables. Mais il reste des domaines où c'est la recherche théorique qui reste prioritaire : par exemple, seules les expériences sur modèles permettent de prédire l'évolution de la composition de l'atmosphère ou d'évaluer l'efficacité des mesures restrictives mises en place dans le cadre du protocole de Montréal. Partant de la solution d'un problème important mais privé, la chimie atmosphérique, en coopération avec des disciplines connexes, couvre aujourd'hui l'ensemble des problèmes d'étude et de protection de l'environnement. Peut-être pouvons-nous dire que les premières années de la formation de la chimie atmosphérique sont passées sous la devise: "Ne sois pas en retard!" Le sprint de départ est terminé, la course continue.

En vous promenant dans une forêt ou une prairie, vous pensez à peine que vous êtes... dans environnement sol-air. Mais après tout, c'est ainsi que les scientifiques appellent cette maison pour les êtres vivants, qui est formée par la surface de la terre et de l'air. En nageant dans une rivière, un lac ou une mer, vous vous retrouvez dans Environnement aquatique- un autre foyer naturel richement peuplé. Et lorsque vous aidez des adultes à creuser le sol dans le jardin, vous voyez l'environnement du sol sous vos pieds. Ici aussi, il y a beaucoup, beaucoup d'habitants divers. Oui, il y a trois merveilleuses maisons autour de nous - trois habitat, avec lequel le destin de la plupart des organismes vivant sur notre planète est inextricablement lié.

La vie dans chaque environnement a ses propres caractéristiques. À environnement sol-air suffisamment d'oxygène, mais souvent pas assez d'humidité. Il est particulièrement rare dans les steppes et les déserts. Par conséquent, les plantes et les animaux des lieux arides ont dispositifs spéciaux pour l'extraction, le stockage et l'utilisation économique de l'eau. Rappelez-vous au moins un cactus qui stocke l'humidité dans son corps. Dans l'environnement sol-air, il y a des changements de température importants, en particulier dans les régions aux hivers froids. Dans ces zones, toute la vie des organismes change sensiblement au cours de l'année. La chute des feuilles d'automne, le vol des oiseaux migrateurs vers des climats plus chauds, le changement de laine chez les animaux en une laine plus épaisse et plus chaude - tout cela sont des adaptations des êtres vivants aux changements saisonniers de la nature.

Pour les animaux vivant dans n'importe quel environnement, un problème important est le mouvement. Dans l'environnement sol-air, vous pouvez vous déplacer au sol et dans les airs. Et les animaux en profitent. Les pattes de certains sont adaptées à la course (autruche, guépard, zèbre), d'autres au saut (kangourou, jerboa). Sur cent espèces animales vivant dans cet environnement, 75 peuvent voler. Ce sont la plupart des insectes, des oiseaux et certains animaux (chauve-souris).

À Environnement aquatique quelque chose, et il y a toujours assez d'eau. La température y varie moins que la température de l'air. Mais l'oxygène ne suffit souvent pas. Certains organismes, comme la truite, ne peuvent vivre que dans une eau riche en oxygène. D'autres (carpe, carassin, tanche) supportent un manque d'oxygène. En hiver, lorsque de nombreux réservoirs sont bloqués par les glaces, une mort de poissons peut se produire - mort de masse les étouffer. Pour que l'oxygène pénètre dans l'eau, des trous sont creusés dans la glace.

Il y a moins de lumière dans le milieu aquatique que dans le milieu terre-air. Dans les océans et les mers à une profondeur inférieure à 200 m - le royaume du crépuscule, et même plus bas - les ténèbres éternelles. Il est clair que les plantes aquatiques ne se trouvent que là où il y a suffisamment de lumière. Seuls les animaux peuvent vivre plus profondément. Ils se nourrissent des restes morts de diverses espèces marines "tombant" des couches supérieures.

La caractéristique la plus notable de nombreux animaux aquatiques est leur adaptation à la nage. Les poissons, les dauphins et les baleines ont des nageoires. Les morses et les phoques ont des nageoires. Les castors, les loutres, les oiseaux aquatiques, les grenouilles ont des membranes entre les doigts. Les coléoptères nageurs ont des pattes nageuses en forme de pagaie.

environnement du sol- abrite de nombreuses bactéries et protozoaires. Il y a aussi des mycéliums de champignons, des racines de plantes. Le sol était également habité par une variété d'animaux - vers, insectes, animaux adaptés au creusement, comme les taupes. Les habitants du sol trouvent dans cet environnement les conditions qui leur sont nécessaires - air, eau, sels minéraux. Certes, il y a moins d'oxygène et plus de dioxyde de carbone que dans l'air frais. Et parfois il y a trop d'eau. Mais la température est plus uniforme qu'en surface. Mais la lumière ne pénètre pas profondément dans le sol. Par conséquent, les animaux qui l'habitent ont généralement de très petits yeux ou sont complètement dépourvus d'organes de vision. Aidez leur sens de l'odorat et du toucher.

Environnement sol-air

Des représentants de différents habitats « rencontrés » dans ces dessins. Dans la nature, ils ne pouvaient pas se réunir, car beaucoup d'entre eux vivent loin les uns des autres, sur des continents différents, dans les mers, en eau douce...

Le champion de la vitesse de vol parmi les oiseaux est un martinet. 120 km/h est sa vitesse habituelle.

Les colibris battent des ailes jusqu'à 70 fois par seconde, les moustiques jusqu'à 600 fois par seconde.

La vitesse de vol de différents insectes est la suivante: pour la chrysope - 2 km par heure, pour la mouche domestique - 7, pour le coléoptère de mai - 11, pour le bourdon - 18 et pour la sphinx - 54 km par heure. Les grandes libellules, selon certaines observations, atteignent des vitesses allant jusqu'à 90 km par heure.

Nos chauves-souris sont de petite taille. Mais dans les pays chauds vivent leurs parents - les chauves-souris frugivores. Ils atteignent une envergure de 170 cm !

Les grands kangourous sautent jusqu'à 9, et parfois jusqu'à 12 m (Mesurez cette distance au sol dans la salle de classe et imaginez un saut de kangourou. Tout simplement époustouflant !)

Le guépard est l'animal le plus rapide. Il développe une vitesse allant jusqu'à 110 km par heure. Une autruche peut courir à des vitesses allant jusqu'à 70 km par heure, en faisant des pas de 4 à 5 m.

Milieu aquatique

Les poissons et les écrevisses respirent avec des branchies. Ce sont des organes spéciaux qui extraient l'oxygène dissous dans l'eau. La grenouille, étant sous l'eau, respire par la peau. Mais les animaux qui ont maîtrisé le milieu aquatique respirent avec leurs poumons, remontant à la surface de l'eau pour s'inspirer. Les coléoptères aquatiques se comportent de la même manière. Seulement, comme les autres insectes, ils n'ont pas de poumons, mais des tubes respiratoires- trachée.

environnement du sol

La structure du corps de la taupe, du zokor et du rat taupe suggère qu'ils sont tous des habitants de l'environnement du sol. Les pattes avant de la taupe et du zokor sont le principal outil de creusement. Ils sont plats, comme des piques, avec de très grandes griffes. Et le rat taupe a des pattes ordinaires, il mord dans le sol avec de puissantes dents de devant (pour que la terre ne pénètre pas dans la bouche, les lèvres la ferment derrière les dents!). Le corps de tous ces animaux est ovale, compact. Avec un tel corps, il est pratique de se déplacer dans des passages souterrains.

Testez vos connaissances

1. Énumérez les habitats que vous avez rencontrés dans la leçon.
2. Quelles sont les conditions de vie des organismes dans l'environnement sol-air ?
3. Décrire les conditions de vie en milieu aquatique.
4. Quelles sont les caractéristiques du sol en tant qu'habitat?
5. Donner des exemples d'adaptation d'organismes à la vie dans différents environnements.

Pense!

1. Expliquez ce qui est montré dans l'image. Selon vous, dans quels environnements vivent les animaux dont les parties du corps sont représentées sur la photo ? Pouvez-vous nommer ces animaux?
2. Pourquoi seuls les animaux vivent-ils dans l'océan à de grandes profondeurs ?

Il existe des habitats sol-air, eau et sol. Chaque organisme est adapté à la vie dans un environnement particulier.

Cours 3 L'HABITAT ET LEURS CARACTERISTIQUES (2h)

1. Habitat aquatique

2. Habitat sol-air

3. Le sol comme habitat

4. Le corps comme habitat

Au cours du processus de développement historique, les organismes vivants ont maîtrisé quatre habitats. Le premier est l'eau. La vie est née et s'est développée dans l'eau pendant plusieurs millions d'années. La seconde - terre-air - sur terre et dans l'atmosphère, les plantes et les animaux sont apparus et se sont rapidement adaptés aux nouvelles conditions. Transformant progressivement la couche supérieure de la terre - la lithosphère, ils ont créé un troisième habitat - le sol, et sont eux-mêmes devenus le quatrième habitat.

Habitat aquatique - hydrosphère

Groupes écologiques d'hydrobiontes. Les mers et les océans les plus chauds (40 000 espèces d'animaux) se distinguent par la plus grande diversité de la vie dans la région de l'équateur et des tropiques ; au nord et au sud, la flore et la faune des mers sont appauvries des centaines de fois. Quant à la répartition des organismes directement dans la mer, leur masse se concentre dans les couches superficielles (épipélagiques) et dans la zone sublittorale. Selon la méthode de déplacement et de séjour dans certaines couches, la vie marine est divisée en trois groupes écologiques : necton, plancton et benthos.

Necton(nektos - flottant) - déplacer activement de grands animaux capables de surmonter de longues distances et de forts courants: poissons, calmars, pinnipèdes, baleines. Dans les plans d'eau douce, le nekton comprend également des amphibiens et de nombreux insectes.

Plancton(planctos - errant, planant) - un ensemble de plantes (phytoplancton : diatomées, algues vertes et bleu-vert (eau douce uniquement), flagellés végétaux, péridine, etc.) et de petits organismes animaux (zooplancton : petits crustacés, des plus grands - mollusques ptéropodes, méduses, cténophores, certains vers), vivant à différentes profondeurs, mais incapables de mouvement actif et de résistance aux courants. La composition du plancton comprend également des larves animales, formant un groupe spécial - neuston. Il s'agit d'une population "temporaire" flottant passivement de la couche d'eau supérieure, représentée par divers animaux (décapodes, balanes et copépodes, échinodermes, polychètes, poissons, mollusques, etc.) au stade larvaire. Les larves, en grandissant, passent dans les couches inférieures de la pelagela. Au-dessus du neuston se trouve le pleuston - ce sont des organismes dans lesquels la partie supérieure du corps se développe au-dessus de l'eau et la partie inférieure se développe dans l'eau (lentille d'eau - Lemma, siphonophores, etc.). Le plancton joue un rôle important dans les relations trophiques de la biosphère, puisque est la nourriture de nombreuses espèces aquatiques, y compris la principale nourriture des baleines à fanons (Myatcoceti).

Benthos(benthos - profondeur) - hydrobiontes du fond. Représentés principalement par des animaux attachés ou se déplaçant lentement (zoobenthos : foraminephores, poissons, éponges, coelentérés, vers, brachiopodes, ascidies…), plus nombreux en eau peu profonde. Les végétaux (phytobenthos : diatomées, algues vertes, brunes, rouges, bactéries) pénètrent également dans le benthos en eau peu profonde. A une profondeur où il n'y a pas de lumière, le phytobenthos est absent. Le long des côtes, il y a des plantes à fleurs de zona, de roupie. Les zones pierreuses du fond sont les plus riches en phytobenthos.

Dans les lacs, le zoobenthos est moins abondant et diversifié que dans la mer. Il est formé de protozoaires (ciliés, daphnies), de sangsues, de mollusques, de larves d'insectes, etc. Le phytobenthos des lacs est formé de diatomées nageant librement, d'algues vertes et bleu-vertes ; les algues brunes et rouges sont absentes.

Les plantes côtières qui s'enracinent dans les lacs forment des ceintures distinctes, dont la composition et l'apparence des espèces sont compatibles avec les conditions environnementales dans la zone limite terre-eau. Les hydrophytes poussent dans l'eau près du rivage - plantes semi-immergées dans l'eau (pointe de flèche, calla, roseaux, quenouilles, carex, trichètes, roseaux). Ils sont remplacés par des hydatophytes - plantes immergées dans l'eau, mais à feuilles flottantes (lotus, lentilles d'eau, cosses, chilim, takla) et - de plus - complètement immergées (mauvaises herbes, élodée, hara). Les hydatophytes comprennent également les plantes flottant à la surface (lentilles d'eau).

La forte densité du milieu aquatique détermine la composition particulière et la nature du changement des facteurs vitaux. Certains d'entre eux sont les mêmes que sur terre - chaleur, lumière, d'autres sont spécifiques : pression de l'eau (la profondeur augmente de 1 atm tous les 10 m), teneur en oxygène, composition saline, acidité. En raison de la forte densité du milieu, les valeurs de chaleur et de lumière changent beaucoup plus rapidement avec le gradient de hauteur que sur terre.

Régime thermique. Le milieu aquatique se caractérise par un apport de chaleur plus faible, car une partie importante de celle-ci est réfléchie et une partie tout aussi importante est dépensée en évaporation. Conformément à la dynamique des températures terrestres, la température de l'eau a moins de fluctuations dans les températures quotidiennes et saisonnières. De plus, les masses d'eau égalisent considérablement l'évolution des températures dans l'atmosphère des zones côtières. En l'absence de coquille de glace, la mer pendant la saison froide a un effet de réchauffement sur les terres adjacentes, en été, elle a un effet de refroidissement et d'hydratation.

La plage de température de l'eau dans l'océan mondial est de 38° (de -2 à +36°C), en eau douce - 26° (de -0,9 à +25°C). La température de l'eau baisse fortement avec la profondeur. Jusqu'à 50 m, des fluctuations de température quotidiennes sont observées, jusqu'à 400 - saisonnières, plus profondes, elles deviennent constantes, chutant à + 1-3 ° С (dans l'Arctique, elles sont proches de 0 ° С). Le régime de température dans les réservoirs étant relativement stable, leurs habitants sont caractérisés par la sténothermie. De légères fluctuations de température dans un sens ou dans l'autre s'accompagnent de modifications importantes des écosystèmes aquatiques.

Exemples: une «explosion biologique» dans le delta de la Volga due à une baisse du niveau de la mer Caspienne - la croissance de fourrés de lotus (Nelumba kaspium), dans le sud de Primorye - la prolifération de rivières calla oxbow (Komarovka, Ilistaya, etc. ) le long des berges duquel la végétation ligneuse a été abattue et brûlée.

En raison du degré de réchauffement différent des couches supérieures et inférieures au cours de l'année, des flux et reflux, des courants, des tempêtes, il y a un mélange constant des couches d'eau. Le rôle du mélange d'eau pour les habitants aquatiques (hydrobiontes) est exceptionnellement important, car en même temps, la distribution d'oxygène et de nutriments à l'intérieur des réservoirs est nivelée, assurant des processus métaboliques entre les organismes et l'environnement.

Mode lumière. L'intensité de la lumière dans l'eau est fortement atténuée en raison de sa réflexion par la surface et de son absorption par l'eau elle-même. Cela affecte grandement le développement des plantes photosynthétiques. Moins l'eau est transparente, plus la lumière est absorbée. La transparence de l'eau est limitée par les suspensions minérales et le plancton. Il diminue avec le développement rapide de petits organismes en été, et sous les latitudes tempérées et septentrionales, il diminue également en hiver, après l'établissement d'une couverture de glace et sa couverture de neige d'en haut.

Dans les océans, où l'eau est très transparente, 1% du rayonnement lumineux pénètre jusqu'à une profondeur de 140 m, et dans les petits lacs à une profondeur de 2 m, seuls des dixièmes de pour cent pénètrent. Des rayons Différents composants les spectres sont absorbés différemment dans l'eau, les rayons rouges sont absorbés en premier. Avec la profondeur, elle devient plus sombre et la couleur de l'eau devient d'abord verte, puis bleue, bleue et enfin bleu-violet, se transformant en obscurité totale. En conséquence, les hydrobiontes changent également de couleur, s'adaptant non seulement à la composition de la lumière, mais également à son manque d'adaptation chromatique. Dans les zones claires, dans les eaux peu profondes, prédominent les algues vertes (Chlorophyta) dont la chlorophylle absorbe les rayons rouges, avec la profondeur elles sont remplacées par des brunes (Phaephyta) puis rouges (Rhodophyta). Le phytobenthos est absent à de grandes profondeurs.

Les plantes se sont adaptées au manque de lumière en développant de grands chromatophores, fournissant un point de compensation de photosynthèse bas, ainsi qu'en augmentant la surface des organes assimilateurs (indice de surface foliaire). Pour les algues d'eau profonde, les feuilles fortement disséquées sont typiques, les limbes des feuilles sont minces et translucides. Pour les plantes semi-immergées et flottantes, l'hétérophylle est caractéristique - les feuilles au-dessus de l'eau sont les mêmes que celles des plantes terrestres, elles ont une plaque entière, l'appareil stomatique est développé et dans l'eau les feuilles sont très fines, se composent de lobes filiformes étroits.

Hétérophyllie : gélules, nénuphars, pointe de flèche, chilim (châtaigne d'eau).

Les animaux, comme les plantes, changent naturellement de couleur avec la profondeur. Dans les couches supérieures, ils sont de couleurs vives de différentes couleurs, dans la zone crépusculaire (bar, coraux, crustacés) sont peints en couleurs avec une teinte rouge - il est plus pratique de se cacher des ennemis. Les espèces d'eau profonde sont dépourvues de pigments.

Les propriétés caractéristiques du milieu aquatique, différentes de la terre, sont la densité élevée, la mobilité, l'acidité, la capacité à dissoudre les gaz et les sels. Pour toutes ces conditions, les hydrobiontes ont historiquement développé des adaptations appropriées.

2. Habitat sol-air

Au cours de l'évolution, ce milieu a été maîtrisé plus tard que l'eau. Sa particularité réside dans le fait qu'il est gazeux, il se caractérise donc par une faible humidité, densité et pression, une forte teneur en oxygène. Au cours de l'évolution, les organismes vivants ont développé les adaptations anatomiques, morphologiques, physiologiques, comportementales et autres nécessaires.

Les animaux dans l'environnement sol-air se déplacent dans le sol ou dans l'air (oiseaux, insectes) et les plantes prennent racine dans le sol. À cet égard, les animaux ont développé des poumons et des trachées, tandis que les plantes ont développé un appareil stomatique, c'est-à-dire organes par lesquels les habitants terrestres de la planète absorbent l'oxygène directement de l'air. Les organes squelettiques, qui assurent l'autonomie de mouvement sur terre et soutiennent le corps avec tous ses organes dans des conditions de faible densité du milieu, des milliers de fois inférieures à l'eau, ont connu un fort développement. Les facteurs écologiques de l'environnement terrestre-air diffèrent des autres habitats par une intensité lumineuse élevée, des fluctuations importantes de la température et de l'humidité de l'air, la corrélation de tous les facteurs avec la situation géographique, le changement des saisons de l'année et l'heure de la journée. Leur impact sur les organismes est inextricablement lié au mouvement de l'air et à la position par rapport aux mers et océans et est très différent de l'impact sur le milieu aquatique (tableau 1).

Conditions de vie des organismes de l'air et de l'eau

(selon DF Mordukhai-Boltovsky, 1974)

Les animaux terrestres et les plantes ont développé leurs propres adaptations non moins originales aux facteurs environnementaux défavorables: la structure complexe du corps et de ses téguments, la fréquence et le rythme des cycles de vie, les mécanismes de thermorégulation, etc. La mobilité animale intentionnelle s'est développée à la recherche de nourriture , les spores transportées par le vent, les graines et le pollen des plantes, ainsi que des plantes et des animaux, dont la vie est entièrement liée à l'environnement aérien. Une relation fonctionnelle, ressource et mécanique exceptionnellement étroite avec le sol s'est formée.

Bon nombre des adaptations dont nous avons discuté ci-dessus à titre d'exemples dans la caractérisation des facteurs environnementaux abiotiques. Par conséquent, cela n'a aucun sens de répéter maintenant, car nous y reviendrons dans des exercices pratiques