Okoliš zemlja-zrak najteži je u pogledu uvjeta okoliša. Život na kopnu zahtijevao je takve prilagodbe, koje su bile moguće samo uz dovoljno visoku razinu organizacije biljaka i životinja.

4.2.1. Zrak kao čimbenik okoliša za kopnene organizme

Niska gustoća zraka određuje njegovu nisku visinu i beznačajne kontroverze. Stanovnici zračnog okruženja moraju imati vlastiti sustav potpore koji podupire tijelo: biljke - razna mehanička tkiva, životinje - čvrsti ili, mnogo rjeđe, hidrostatski kostur. Uz to, svi stanovnici zračnog okruženja usko su povezani s površinom zemlje, koja im služi za vezivanje i potporu. Suspendirani život u zraku je nemoguć.

Istina, mnogi mikroorganizmi i životinje, spore, sjeme, plodovi i pelud biljaka redovito su prisutni u zraku i prenose ih zračne struje (slika 43), mnoge životinje sposobne su za aktivan let, ali u svim tim vrstama glavna funkcija njihovog životnog ciklusa - razmnožavanje - provodi se na površini zemlje. Za većinu njih boravak u zraku povezan je samo s naseljavanjem ili traženjem plijena.

Lik: 43. Raspodjela artropoda iz zračnog planktona po visini (prema Dajo, 1975)

Niska gustoća zraka rezultira malim otporom na kretanje. Stoga su mnoge kopnene životinje tijekom evolucije koristile ekološke blagodati ovog svojstva zraka, stječući sposobnost letenja. 75% vrsta svih kopnenih životinja, uglavnom insekata i ptica, sposobno je za aktivni let, ali letači se nalaze i među sisavcima i gmazovima. Kopnene životinje lete uglavnom uz pomoć mišićnih napora, ali neke mogu kliziti pomoću zračnih struja.

Zbog pokretljivosti zraka, vertikalnih i vodoravnih kretanja zračnih masa koje postoje u donjim slojevima atmosfere, moguć je pasivni let brojnih organizama.

Anemofilija - najstarija metoda oprašivanja biljaka. Sve golosjemenjače oprašuje vjetar, a među kritosjemenjačama anemofilne biljke čine oko 10% svih vrsta.

Anemofilija je uočena u obiteljima bukve, breze, oraha, brijesta, konoplje, koprive, kasuarine, sumaglice, šaša, žitarica, palmi i mnogih drugih. Biljke oprašene vjetrom imaju brojne prilagodbe koje poboljšavaju aerodinamička svojstva peludi, kao i morfološke i biološke značajke koje osiguravaju učinkovitost oprašivanja.

Život mnogih biljaka u potpunosti ovisi o vjetru, a naseljavanje se provodi uz njegovu pomoć. Takva dvostruka ovisnost uočava se u smrekama, borovima, topolama, brezama, brijestovima, jasenima, pamučnoj travi, repovima, saksolima, juzgunima itd.

Razvile su se mnoge vrste anemohorija- preseljenje pomoću zračnih struja. Anemochoria je karakteristična za spore, sjeme i plodove biljaka, ciste praživotinja, male insekte, pauke itd. Organizmi pasivno nošeni zračnim strujama zajednički se nazivaju zračni plankton po analogiji s planktonskim stanovnicima vodenog okoliša. Posebne prilagodbe za pasivni let vrlo su male veličine tijela, povećanje njegove površine uslijed izrastanja, jake disekcije, velike relativne površine krila, upotrebe paučine itd. (Slika 44). Anemohoralno sjeme i plodovi biljaka također imaju ili vrlo male veličine (na primjer, sjeme orhideje), ili razne pterygoidne i padobranske dodatke koji povećavaju njihovu sposobnost klizanja (slika 45).

Lik: 44. Prilagodbe zračnog prijevoza insekata:

1 - komarac Cardiocrepis brevirostris;

2 - žučnjak Porrycordila sp.;

3 - Hymenoptera Anargus fuscus;

4 - Hermes Dreyfusia nordmannianae;

5 - Ličinka ciganskog moljca Lymantria dispar

Lik: 45. Prilagodbe za prijevoz vjetra u plodovima i sjemenkama biljaka:

1 - lipa Tilia intermedia;

2 - Acer monspessulanum javor;

3 - breza Betula pendula;

4 - pamučna trava Eriophorum;

5 - maslačak Taraxacum officinale;

6 - mačji rep Typha scuttbeworhii

U širenju mikroorganizama, životinja i biljaka, glavnu ulogu imaju vertikalne konvekcijske zračne struje i slabi vjetrovi. Jaki vjetrovi, oluje i uragani također imaju značajan utjecaj na okoliš na kopnene organizme.

Niska gustoća zraka rezultira relativno niskim pritiskom na kopno. Uobičajeno je jednako 760 mm Hg. Umjetnost. S porastom nadmorske visine, tlak opada. Na 5800 m to je samo polovica normale. Niski pritisak može ograničiti rasprostranjenost vrsta u planinama. Za većinu kralježnjaka gornja granica života je oko 6000 m. Smanjenje tlaka podrazumijeva smanjenje opskrbe kisikom i dehidraciju životinja zbog povećanja brzine disanja. Otprilike iste su granice napredovanja viših biljaka u planine. Člankonošci (proljetni repovi, krpelji, pauci), koji se mogu naći na ledenjacima iznad granice vegetacije, nešto su otporniji.

Općenito su svi kopneni organizmi mnogo stenobatskiji od vodenih organizama, budući da uobičajena kolebanja tlaka u njihovom okolišu čine dio atmosfere, pa čak i za ptice koje se uzdižu do velike visine ne prelaze 1/3 norme.

Plinski sastav zraka.Uz fizička svojstva zraka, njegove kemijske značajke izuzetno su važne za postojanje kopnenih organizama. Sastav plina zraka u površinskom sloju atmosfere prilično je homogen s obzirom na sadržaj glavnih komponenata (dušik - 78,1%, kisik - 21,0, argon - 0,9, ugljični dioksid - 0,035 vol.%) velika difuzijska sposobnost plinova i konstantno miješanje konvekcije i protoka vjetra. Međutim, razne nečistoće plinovitih, kapljica-tekućina i krutih čestica (prašine) koje u atmosferu ulaze iz lokalnih izvora mogu biti od značajnog okolišnog značaja.

Visok sadržaj kisika promovirao je povećanje metabolizma u kopnenim organizmima u usporedbi s primarnim vodenim organizmima. Upravo je u kopnenom okruženju, na temelju visoke učinkovitosti oksidativnih procesa u tijelu, nastala homeotermija životinja. Kisik, zbog svog stalno visokog sadržaja u zraku, nije čimbenik koji ograničava život u kopnenom okruženju. Samo mjestimice, u određenim uvjetima, privremeno nedostaje, na primjer, u nakupinama propadajućih biljnih ostataka, zaliha žita, brašna itd.

Sadržaj ugljičnog dioksida može varirati u određenim područjima površinskog sloja zraka u prilično značajnim granicama. Primjerice, u nedostatku vjetra u središtu velikih gradova, njegova koncentracija povećava se deseterostruko. Dnevne promjene u sadržaju ugljičnog dioksida u površinskim slojevima povezane s ritmom fotosinteze biljaka su prirodne. Sezonski su uzrokovani promjenama u intenzitetu disanja živih organizama, uglavnom mikroskopske populacije tla. Povećana zasićenost zraka ugljičnim dioksidom javlja se u zonama vulkanske aktivnosti, u blizini termalnih izvora i drugih podzemnih izlaza ovog plina. U visokim koncentracijama ugljični dioksid je otrovan. U prirodi su takve koncentracije rijetke.

U prirodi je glavni izvor ugljičnog dioksida takozvano disanje tla. Mikroorganizmi u tlu i životinje dišu vrlo intenzivno. Ugljični dioksid difundira iz tla u atmosferu, posebno kada pada kiša. Puno ga oslobađaju umjereno vlažna tla, dobro zagrijana, bogata organskim ostacima. Primjerice, tlo bukove šume emitira CO 2 od 15 do 22 kg / ha na sat, a neoplođeno pjeskovito tlo samo 2 kg / ha.

U modernim uvjetima ljudske aktivnosti na sagorijevanju rezervi fosilnih goriva postale su snažni izvor dodatnih količina CO 2 u atmosferu.

Zračni dušik za većinu stanovnika kopnene okoline inertan je plin, ali niz prokariontskih organizama (kvržaste bakterije, azotobakteri, klostridije, plavozelene alge itd.) Imaju sposobnost vezanja i uključivanja u biološki ciklus.

Lik: 46. Planinska padina s uništenom vegetacijom uslijed emisija sumpornog dioksida iz obližnjih industrijskih poduzeća

Lokalne nečistoće ispuštene u zrak također mogu značajno utjecati na žive organizme. To se posebno odnosi na otrovne plinovite tvari - metan, sumporni oksid, ugljični monoksid, dušikov oksid, sumporovodik, spojeve klora, kao i čestice prašine, čađe itd., Koje začepljuju zrak u industrijskim područjima. Glavni moderni kemijski i fizički izvor onečišćenja atmosfere je antropogeni: rad raznih industrijskih poduzeća i transporta, erozija tla itd. Sumporni oksid (SO 2), na primjer, otrovan je za biljke čak i u koncentracijama od pedesettisućitih do jedne milionite količine zraka. Oko industrijskih središta koja tim plinom onečišćuju atmosferu propada gotovo sva vegetacija (slika 46). Neke biljne vrste posebno su osjetljive na SO 2 i služe kao osjetljivi pokazatelj njegovog nakupljanja u zraku. Na primjer, mnogi lišajevi umiru čak i s tragovima sumpornog oksida u okolnoj atmosferi. Njihova prisutnost u šumama oko velikih gradova svjedoči o visokoj čistoći zraka. Otpornost biljaka na nečistoće u zraku uzima se u obzir pri odabiru vrsta za uređenje okoliša u naseljima. Osjetljivi na dim, na primjer, smreka i bor, javor, lipa, breza. Najotporniji su tuja, kanadska topola, američki javor, bazga i neke druge.

4.2.2. Tlo i reljef. Vremenske i klimatske značajke okoliša prizemlje i zrak

Edafski čimbenici okoliša.Svojstva tla i terena također utječu na uvjete života kopnenih organizama, prvenstveno biljaka. Svojstva zemljine površine koja imaju utjecaj na okoliš na njezine stanovnike ujedinjena su imenom edafski čimbenici okoliša (od grčkog "edaphos" - baza, tlo).

Priroda biljnog korijenskog sustava ovisi o hidrotermalnom režimu, prozračivanju, građi, sastavu i strukturi tla. Na primjer, korijenski sustav vrsta drveća (breza, ariš) u područjima s permafrostom nalazi se na maloj dubini i širi se u širinu. Tamo gdje nema permafrosta, korijenski sustavi istih biljaka manje su rašireni i prodiru dublje. U mnogim stepskim biljkama korijenje može dobiti vodu s velike dubine, istodobno imaju i mnogo površinskih korijena u humusnom horizontu tla, odakle biljke apsorbiraju elemente mineralne prehrane. Na preplavljenom, slabo prozračenom tlu u mangrovima, mnoge vrste imaju posebne respiratorne korijene - pneumatofore.

Brojne ekološke skupine biljaka mogu se razlikovati u odnosu na različita svojstva tla.

Dakle, prema reakciji na kiselost tla razlikuju se: 1) acidofilnivrste - rastu na kiselim tlima s pH vrijednošću manjom od 6,7 (biljke sfagnum močvara, bjelice); 2) neutrofilni -gravitiraju prema tlima s pH od 6,7–7,0 (većina kultiviranih biljaka); 3) bazifilni- rastu pri pH većem od 7,0 (mordovnik, šumska anemona); četiri) ravnodušan -može rasti na tlima s različitim pH vrijednostima (đurđevak, ovčji vijuk).

U odnosu na bruto sastav tla postoje: 1) oligotrofnibiljke koje se zadovoljavaju malom količinom pepela (bijeli bor); 2) eutrofni,onima kojima je potreban velik broj elemenata jasena (hrast, obična tekućina, višegodišnji uzgajivač šuma); 3) mezotrofni,koja zahtijeva umjerenu količinu elemenata jasena (obična smreka).

Nitrofili- biljke koje preferiraju tla bogata dušikom (kopriva).

Slano tlo biljke čine skupinu halofiti(solleros, sarsazan, kokpek).

Neke biljne vrste ograničene su na različite podloge: petrofitirastu na stjenovitim tlima i psamofitinaseliti rastresiti pijesak.

Teren i priroda tla utječu na specifično kretanje životinja. Primjerice, kopitarima, nojevima i dropljama koji žive na otvorenim prostorima treba čvrsto tlo kako bi pojačali odbojnost pri brzom trčanju. U guštera koji žive na rastresitom pijesku, prsti su obrubljeni rubom rožnatih ljusaka, što povećava površinu nosača (slika 47). Za kopnene stanovnike koji kopaju rupe, gusta tla su nepovoljna. Priroda tla u nekim slučajevima utječe na raspodjelu kopnenih životinja, ukopavanje, ukopavanje u zemlju kako bi se spasili od vrućine ili grabežljivaca ili odlaganja jaja u tlo itd.

Lik: 47. Lepršavi gekon - stanovnik pijeska Sahare: A - gekonski lepršavi; B - noga gekona

Značajke vremena.Životni uvjeti u okolišu prizemlje i zrak su složeni, osim toga, vremenske promjene.Vrijeme - ovo je stalno mijenjanje stanja atmosfere u blizini zemljine površine do nadmorske visine od oko 20 km (granica troposfere). Varijabilnost vremena očituje se u stalnim varijacijama kombinacije takvih čimbenika okoliša kao što su temperatura i vlažnost zraka, oblačnost, oborine, jačina i smjer vjetra, itd. Kopneni organizmi. Vrijeme utječe na život vodenih stanovnika u mnogo manjoj mjeri i samo na populaciju površinskih slojeva.

Klima područja.Karakterizira dugoročni vremenski režim klima tog područja. Pojam klime uključuje ne samo prosječne vrijednosti meteoroloških pojava, već i njihove godišnje i dnevne varijacije, odstupanja od njih i njihovu učestalost. Klima je određena zemljopisnim uvjetima područja.

Zonsku raznolikost klime komplicira učinak monsunskih vjetrova, raspodjela ciklona i anticiklona, \u200b\u200butjecaj planinskih lanaca na kretanje zračnih masa, stupanj udaljenosti od oceana (kontinentalnost) i mnogi drugi lokalni čimbenici. U planinama postoji klimatska zona, u mnogočemu slična promjeni zona od niskih do visokih geografskih širina. Sve to stvara izvanrednu raznolikost životnih uvjeta na kopnu.

Za većinu kopnenih organizama, posebno malih, nije toliko bitna klima u regiji koliko su uvjeti njihovog neposrednog staništa. Vrlo često lokalni elementi okoliša (reljef, izloženost, vegetacija itd.) Mijenjaju režim temperature, vlage, svjetlosti, kretanja zraka na određenom području na takav način da se on značajno razlikuje od klimatskih uvjeta područja. Takve lokalne promjene klime koje se razvijaju u površinskom sloju zraka nazivaju se mikroklima. Mikroklima je vrlo raznolika u svakoj zoni. Mogu se razlikovati mikroklime proizvoljno malih površina. Na primjer, u vjencu cvijeća stvara se poseban režim koji koriste insekti koji tamo žive. Široko su poznate razlike u temperaturi, vlažnosti zraka i jačini vjetra na otvorenom prostoru i u šumi, na travi i iznad golih područja tla, na padinama sjevernih i južnih izloženosti itd. Posebna stabilna mikroklima javlja se u jazbinama, gnijezdima , šupljine, špilje i dr. zatvorena mjesta.

Taloženje.Osim opskrbe vodom i skladištenja vlage, oni mogu igrati još jednu ekološku ulogu. Tako jake jake kiše ili tuča ponekad imaju mehanički učinak na biljke ili životinje.

Ekološka uloga snježnog pokrivača posebno je raznolika. Dnevna kolebanja temperature prodiru u debljinu snijega samo do 25 cm, dublje se temperatura gotovo ne mijenja. Uz mrazove od -20-30 ° C pod slojem snijega od 30-40 cm, temperatura je tek malo ispod nule. Duboki snježni pokrivač štiti pupove obnove, štiti zelene dijelove biljaka od smrzavanja; mnoge vrste odlaze pod snijeg bez odbacivanja lišća, na primjer dlakava kora, veronica officinalis, pukotina itd.

Lik: 48. Shema telemetrijske studije temperaturnog režima lješnjaka, smještenog u snježnoj rupi (prema A.V. Andreev, A.V. Krechmar, 1976)

Male kopnene životinje također zimi vode aktivan životni stil, postavljajući čitave galerije prolaza pod snijeg i u njegovoj debljini. Za brojne vrste koje se hrane snježnom vegetacijom karakteristična je čak i zimska reprodukcija, što je zabilježeno, na primjer, kod leminga, drvenih i žutokrlih miševa, brojnih voluharica, vodenih štakora itd. Ptice tetrijeb - lješnjak, tetrijeb, jarebice tundre - zakopajte se u snijeg za noć (slika 48).

Zimski snježni pokrivač sprečava velike životinje da dobiju hranu. Mnogi kopitarji (sobovi, divlje svinje, mošusni volovi) zimi se hrane isključivo snježnom vegetacijom, a duboki snježni pokrivač, a posebno tvrda kora na njegovoj površini koja se pojavljuje u ledu, osuđuju ih na nedostatak hrane. Tijekom nomadskog uzgoja stoke u predrevolucionarnoj Rusiji bila je velika katastrofa u južnim regijama juta - masovna smrt stoke kao rezultat leda, uskraćujući životinje hrane. Kretanje po labavom dubokom snijegu također je teško za životinje. Na primjer, lisice u snježnim zimama preferiraju područja u šumi pod gustom smrekom, gdje je sloj snijega tanji i gotovo nikad ne odlaze na otvorene proplanke i rubove. Dubina snježnog pokrivača može ograničiti geografsku rasprostranjenost vrsta. Na primjer, pravi jeleni ne prodiru prema sjeveru do onih područja gdje je zimi debljina snijega veća od 40-50 cm.

Bjelina snježnog pokrivača otkriva tamne životinje. U pojavi sezonskih promjena boje kod bijelih i tundrestih jarebica, bijele zečeve, hermelina, lasice, arktičke lisice, očito je važnu ulogu igrao odabir za maskiranje pozadinske boje. Na Zapovjedničkim otocima, zajedno s bijelima, ima mnogo plavih lisica. Prema zapažanjima zoologa, potonji se uglavnom zadržavaju u blizini tamnih stijena i nesmrzajuće trake za surfanje, dok bijelci preferiraju područja sa snježnim pokrivačem.

Stanište u prizemnom zraku

Tijekom evolucije ovo je okruženje svladavano kasnije od vodenog. Čimbenici okoliša u okolišu prizemlje i zrak razlikuju se od ostalih staništa po velikom intenzitetu svjetlosti, značajnim kolebanjima temperature i vlažnosti zraka, korelaciji svih čimbenika s zemljopisnim položajem, promjeni godišnjeg doba i doba dana. Podloga je plinovita, pa je karakterizirana niskom vlagom, gustoćom i tlakom te visokim udjelom kisika.

Karakteristike abiotskih čimbenika okoliša svjetlosti, temperature, vlage - vidi prethodno predavanje.

Plinski sastav atmosfere je također važan klimatski čimbenik. Prije otprilike 3-3,5 milijardi godina atmosfera je sadržavala dušik, amonijak, vodik, metan i vodenu paru, a u njoj nije bilo slobodnog kisika. Sastav atmosfere u velikoj su mjeri određivali vulkanski plinovi.

Trenutno atmosferu uglavnom čine dušik, kisik i relativno manje argona i ugljičnog dioksida. Svi ostali plinovi u atmosferi sadržani su samo u tragovima. Relativni sadržaj kisika i ugljičnog dioksida od posebne je važnosti za biotu.

Visok sadržaj kisika promovirao je povećanje metabolizma u kopnenim organizmima u usporedbi s primarnim vodenim organizmima. Upravo je u kopnenom okruženju, na temelju visoke učinkovitosti oksidativnih procesa u tijelu, nastala homeotermija životinja. Kisik, zbog svog stalno visokog sadržaja u zraku, nije čimbenik koji ograničava život u kopnenom okruženju. Samo mjestimice u određenim uvjetima privremeno nedostaje, na primjer, u nakupinama propadajućih biljnih ostataka, zalihama žita, brašna itd.

Sadržaj ugljičnog dioksida može varirati u određenim područjima površinskog sloja zraka u prilično značajnim granicama. Primjerice, u nedostatku vjetra u središtu velikih gradova, njegova koncentracija povećava se deseterostruko. Dnevne promjene u sadržaju ugljičnog dioksida u površinskim slojevima, povezane s ritmom fotosinteze biljaka, i sezonske, uzrokovane promjenama brzine disanja živih organizama, uglavnom mikroskopske populacije tla, prirodne su. Povećana zasićenost zraka ugljičnim dioksidom javlja se u zonama vulkanske aktivnosti, u blizini termalnih izvora i drugih podzemnih izlaza ovog plina. Nizak sadržaj ugljičnog dioksida inhibira proces fotosinteze. U staklenicima se brzina fotosinteze može povećati povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida; ovo se koristi u praksi uzgajanja staklenika i staklenika.

Za većinu stanovnika kopnenog okoliša dušik u zraku je inertni plin, ali niz mikroorganizama (kvržaste bakterije, azotobakteri, klostridije, plavozelene alge itd.) Imaju sposobnost vezanja i uključivanja u biološki ciklus.

Lokalne nečistoće ispuštene u zrak također mogu značajno utjecati na žive organizme. To se posebno odnosi na otrovne plinovite tvari - metan, sumporni oksid (IV), ugljični monoksid (II), dušikov oksid (IV), sumporovodik, spojeve klora, kao i čestice prašine, čađe itd., Koje začepljuju zrak u industriji područja. Glavni suvremeni izvor kemijskog i fizičkog zagađenja atmosfere je antropogeni: rad raznih industrijskih poduzeća i transporta, erozija tla itd. Sumporni oksid (SO 2), na primjer, otrovan je za biljke čak i u koncentracijama od pedeset tisućitih do jedne milionite količine zraka .. Neke biljne vrste posebno su osjetljive na SO 2 i služe kao osjetljivi pokazatelj njegovog nakupljanja u zraku (na primjer lišajevi.

Niska gustoća zraka određuje njegovo nisko podizanje i nisku potporu. Stanovnici zračnog okruženja moraju imati vlastiti sustav potpore koji podupire tijelo: biljke - razna mehanička tkiva, životinje - čvrsti ili, mnogo rjeđe, hidrostatski kostur. Osim toga, svi stanovnici zračnog okruženja usko su povezani s površinom zemlje, koja im služi za vezivanje i potporu. Život u suspenziji, u zraku, je nemoguć. Istina, mnogi mikroorganizmi i životinje, spore, sjeme i pelud biljaka redovito su prisutni u zraku i prenose ih zračne struje (anemochoria), mnoge su životinje sposobne za aktivan let, ali u svim tim vrstama glavna je funkcija njihovog životnog ciklusa - razmnožavanje - provodi se na površini zemlje. Za većinu njih boravak u zraku povezan je samo s naseljavanjem ili traženjem plijena.

Vjetar ima ograničavajući učinak na aktivnost, pa čak i na širenje organizama. Vjetar čak može promijeniti izgled biljaka, posebno u onim staništima, na primjer u alpskim zonama, gdje drugi čimbenici imaju ograničavajući učinak. Na otvorenim planinskim staništima vjetar ograničava rast biljaka, što dovodi do zakrivljenosti biljaka s vjetrovite strane. Uz to, vjetar pojačava evapotranspiraciju u uvjetima niske vlage. Su od velike važnosti oluje, iako je njihovo djelovanje isključivo lokalno. Uragani i obični vjetrovi sposobni su za prijevoz životinja i biljaka na velike udaljenosti i na taj način mijenjaju sastav zajednica.

Pritisak, očito nije izravni ograničavajući čimbenik, ali ima izravni utjecaj na vrijeme i klimu koji imaju izravan ograničavajući učinak. Niska gustoća zraka rezultira relativno niskim pritiskom na kopno. Obično je jednako 760 mm Hg., Čl. S porastom nadmorske visine, tlak opada. Na 5800 m to je samo polovica normale. Niski pritisak može ograničiti rasprostranjenost vrsta u planinama. Za većinu kralježnjaka gornja granica života iznosi oko 6000 m. Smanjenje tlaka podrazumijeva smanjenje opskrbe kisikom i dehidraciju životinja zbog povećanja brzine disanja. Otprilike iste su granice napredovanja viših biljaka u planine. Člankonošci (proljetni repovi, krpelji, pauci), koji se mogu naći na ledenjacima iznad granice vegetacije, nešto su otporniji.

Općenito, svi su kopneni organizmi puno više stenobatični od vodenih.

Sankt Peterburška državna akademija

Veterinarska medicina.

Zavod za opću biologiju, ekologiju i histologiju.

Sažetak o ekologiji na temu:

Zemaljsko-zračni okoliš, njegovi čimbenici

i prilagodba organizama na njih "

Izvršio: student 1. godine

Oy grupa Pyatochenko N.L.

Provjerio: Izvanredni profesor zavoda

Vakhmistrova S.F.

St. Petersburg

Uvod

Uvjeti života (uvjeti postojanja) su skup elemenata neophodnih organizmu, s kojima je neraskidivo povezan i bez kojih ne može postojati.

Prilagođavanje organizma okolini naziva se prilagodba. Sposobnost prilagodbe jedno je od glavnih svojstava života uopće, pružajući mogućnost njegovog postojanja, preživljavanja i razmnožavanja. Prilagodba se očituje na različitim razinama - od biokemije stanica i ponašanja pojedinih organizama do strukture i funkcioniranja zajednica i ekosustava. Prilagodbe nastaju i mijenjaju se tijekom evolucije vrste.

Pojedina svojstva ili elementi okoline koji utječu na organizme nazivaju se čimbenicima okoliša. Čimbenici okoliša su različiti. Oni imaju drugačiju prirodu i specifičnost djelovanja. Čimbenici okoliša podijeljeni su u dvije velike skupine: abiotske i biotske.

Abiotski čimbenici Je li kompleks anorganskih uvjeta okoline koji izravno ili neizravno utječu na žive organizme: temperatura, svjetlost, radioaktivno zračenje, tlak, vlažnost zraka, sastav soli itd.

Biotički čimbenici su svi oblici utjecaja živih organizama jedni na druge. Svaki organizam neprestano doživljava izravni ili neizravni utjecaj drugih, stupajući u komunikaciju s predstavnicima svoje i drugih vrsta.

U nekim se slučajevima antropogeni čimbenici razdvajaju u neovisnu skupinu zajedno s biotičkim i abiotskim čimbenicima, naglašavajući izvanredan učinak antropogenog čimbenika.

Antropogeni čimbenici su svi oblici djelovanja ljudskog društva koji dovode do promjena u prirodi kao staništu drugih vrsta ili izravno utječu na njihov život. Važnost antropogenog utjecaja na čitav živi svijet Zemlje i dalje brzo raste.

Promjene čimbenika okoliša tijekom vremena mogu biti:

1) redovito-konstantno, mijenja jačinu udara u vezi s dobom dana, godišnjim dobom ili ritmom plime i oseke u oceanu;

2) neredovite, bez jasne periodičnosti, na primjer, promjene vremenskih uvjeta u različitim godinama, oluje, pljuskovi, blatnjavi itd .;

3) usmjereni kroz određena ili dulja vremenska razdoblja, na primjer, hlađenje ili zagrijavanje klime, zarastanje rezervoara itd.

Čimbenici okoliša u okolišu mogu imati različite učinke na žive organizme:

1) kao podražaji, koji uzrokuju prilagodljive promjene u fiziološkim i biokemijskim funkcijama;

2) kao ograničenja koja onemogućuju postojanje u podacima

uvjeti;

3) kao modifikatori koji uzrokuju anatomske i morfološke promjene u organizmima;

4) kao signali koji ukazuju na promjenu ostalih čimbenika.

Unatoč širokoj raznolikosti čimbenika okoliša, može se razlikovati niz općih obrazaca u prirodi njihove interakcije s organizmima i u odgovorima živih bića.

Intenzitet ekološkog čimbenika, koji je najpovoljniji za vitalnu aktivnost organizma, optimalan je, a onaj koji daje najgori učinak je pesimum, t.j. uvjeti pod kojima je vitalna aktivnost organizma inhibirana što je više moguće, ali i dalje može postojati. Dakle, kada se biljke uzgajaju u različitim temperaturnim režimima, točka u kojoj se opaža maksimalni rast bit će optimalna. U većini slučajeva to je određeni raspon temperature od nekoliko stupnjeva, pa je ovdje bolje govoriti o optimalnoj zoni. Čitav raspon temperatura (od minimalnog do maksimalnog) pri kojem je rast još uvijek moguć naziva se raspon stabilnosti (izdržljivosti) ili tolerancije. Točka koja ga ograničava (tj. Minimalna i maksimalna) korisnih temperatura je granica stabilnosti. Između optimalne zone i granice otpora, kako se približava potonjoj, biljka doživljava sve veći stres, t.j. govorimo o zonama stresa ili zonama ugnjetavanja u rasponu elastičnosti

Ovisnost djelovanja ekološkog čimbenika o njegovom intenzitetu (prema V.A.Radkevich, 1977)

Kako se krećete gore-dolje na ljestvici, ne samo da raste stres, već u konačnici, dosezanjem granica stabilnosti organizma dolazi do njegove smrti. Slični eksperimenti mogu se provesti za ispitivanje utjecaja drugih čimbenika. Rezultati će grafički odgovarati krivulji ove vrste.

Životno okruženje podzemni zrak, njegove karakteristike i oblici prilagodbe na njega.

Život na kopnu zahtijevao je takve prilagodbe koje su bile moguće samo u visoko organiziranim živim organizmima. Okoliš prizemlje-zrak teži je za život, karakterizira ga visok sadržaj kisika, mala količina vodene pare, mala gustoća itd. To je uvelike promijenilo uvjete disanja, razmjene vode i kretanja živih bića.

Niska gustoća zraka rezultira malim podizanjem i malom potporom. Zračni organizmi moraju imati vlastiti sustav potpore koji podupire tijelo: biljke - razna mehanička tkiva, životinje - čvrsti ili hidrostatski kostur. Uz to, svi stanovnici zračnog okruženja usko su povezani s površinom zemlje, koja im služi za vezivanje i potporu.

Niska gustoća zraka pruža nizak otpor kretanju. Stoga su mnoge kopnene životinje stekle sposobnost letenja. 75% svih kopnenih, uglavnom insekata i ptica, prilagodilo se aktivnom letu.

Zbog pokretljivosti zraka, vertikalnih i vodoravnih protoka zračnih masa koji postoje u donjim slojevima atmosfere, moguć je pasivni let organizama. S tim u vezi, mnoge su vrste razvile anemokoriju - širenje pomoću zračnih struja. Anemochoria je karakteristična za spore, sjeme i plodove biljaka, ciste praživotinja, male insekte, pauke itd. Organizmi koje pasivno prenose zračne struje zajednički su poznati kao zračni plankton.

Kopneni organizmi postoje u uvjetima relativno niskog tlaka zbog male gustoće zraka. Uobičajeno je jednako 760 mm Hg. S porastom nadmorske visine tlak opada. Niski pritisak može ograničiti raspon vrsta u planinama. Za kralježnjake je gornja granica života oko 60 mm. Smanjenje tlaka podrazumijeva smanjenje opskrbe kisikom i dehidrataciju životinja zbog povećanja brzine disanja. Više biljke imaju približno iste granice napredovanja u planinama. Člankonošci, koji se mogu naći na ledenjacima, iznad granice vegetacije, nešto su otporniji.

Plinski sastav zraka. Uz fizička svojstva zraka, njegova su kemijska svojstva vrlo važna za postojanje kopnenih organizama. Sastav plina zraka u površinskom sloju atmosfere prilično je homogen s obzirom na sadržaj glavnih komponenata (dušik - 78,1%, kisik - 21,0%, argon 0,9%, ugljični dioksid - 0,003 vol.%).

Visok sadržaj kisika promovirao je povećanje metabolizma kopnenih organizama u usporedbi s primarnim vodenim organizmima. Upravo je u kopnenom okruženju, na temelju visoke učinkovitosti oksidativnih procesa u tijelu, nastala homeotermija životinja. Kisik zbog svog konstantno visokog sadržaja u zraku nije ograničavajući čimbenik u životu u kopnenom okruženju.

Sadržaj ugljičnog dioksida može varirati u određenim područjima površinskog sloja zraka u prilično značajnim granicama. Povećano zasićenje zraka CO? javlja se u zonama vulkanske aktivnosti, u blizini termalnih izvora i drugih podzemnih izlaza ovog plina. U visokim koncentracijama ugljični dioksid je otrovan. U prirodi su takve koncentracije rijetke. Nizak sadržaj CO2 inhibira proces fotosinteze. U staklenicima se brzina fotosinteze može povećati povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida. To se koristi u praksi uzgajanja staklenika i staklenika.

Dušik u zraku za većinu stanovnika kopnenog okoliša inertan je plin, ali pojedini mikroorganizmi (kvržaste bakterije, dušikove bakterije, plavozelene alge itd.) Imaju sposobnost vezanja i uključivanja u biološku cirkulaciju tvari.

Nedostatak vlage jedno je od bitnih obilježja životnog okruženja prizemlje i zrak. Čitava evolucija kopnenih organizama prošla je pod znakom prilagodbe na ekstrakciju i očuvanje vlage. Načini vlage na kopnu vrlo su raznoliki - od potpunog i stalnog zasićenja zraka vodenom parom u nekim područjima tropskih krajeva do njihovog gotovo potpunog izbivanja na suhom zraku pustinja. Značajna je i dnevna i sezonska varijabilnost sadržaja vodene pare u atmosferi. Opskrba kopnenih organizama vodom također ovisi o režimu oborina, prisutnosti vodnih tijela, zalihama vlage u tlu, blizini vode od funti itd.

To je dovelo do razvoja prilagodbe kopnenih organizama na različite načine opskrbe vodom.

Uvjeti temperature. Sljedeća značajka okoliša zrak-zemlja su značajne temperaturne oscilacije. U većini kopnenih područja dnevni i godišnji rasponi temperatura su deseci stupnjeva. Otpornost na promjene temperature u okolišu kopnenih stanovnika vrlo je različita, ovisno o specifičnom staništu u kojem žive. Međutim, općenito su kopneni organizmi puno više eurtermalni od vodenih organizama.

Životni uvjeti u okolišu prizemlje i zrak komplicirani su, osim toga, postojanjem vremenskih promjena. Vrijeme - kontinuirano mijenjanje uvjeta atmosfere u blizini posuđene površine, do visine od oko 20 km (granica troposfere). Varijabilnost vremena očituje se u stalnim varijacijama kombinacije takvih čimbenika okoliša kao što su temperatura, vlažnost zraka, oblačnost, oborine, jačina i smjer vjetra itd. Dugoročni vremenski režim karakterizira lokalnu klimu. Pojam "Klima" uključuje ne samo prosječne vrijednosti meteoroloških pojava, već i njihove godišnje i dnevne varijacije, odstupanja od njih i njihovu učestalost. Klima je određena zemljopisnim uvjetima područja. Glavni klimatski čimbenici - temperatura i vlažnost zraka - mjere se količinom oborina i zasićenošću zraka vodenom parom.

Za većinu kopnenih organizama, posebno malih, klima u regiji nije toliko važna koliko su uvjeti njihovog neposrednog naseljavanja. Vrlo često lokalni elementi okoliša (reljef, izloženost, vegetacija itd.) Mijenjaju režim temperatura, vlage, svjetlosti, kretanja zraka na određenom području tako da se on značajno razlikuje od klimatskih uvjeta područja. Takve klimatske promjene koje se razvijaju u površinskom sloju zraka nazivaju se mikroklima. Mikroklima u svakoj zoni vrlo je raznolika. Mogu se razlikovati mikroklime vrlo malih područja.

Svjetlosni režim okoliša zemlja-zrak također ima neke osobitosti. Intenzitet i količina svjetlosti ovdje su najveći i praktički ne ograničavaju život zelenih biljaka, kao u vodi ili tlu. Na kopnu su moguće izuzetno svjetloljubive vrste. Za veliku većinu kopnenih životinja s dnevnim, pa i noćnim aktivnostima, vid je jedna od glavnih metoda orijentacije. Kod kopnenih životinja vid je bitan za potragu za plijenom; mnoge vrste imaju čak i vid u boji. U tom smislu, žrtve razvijaju takve prilagodljive značajke kao obrambena reakcija, maskiranje i upozoravajuće bojenje, mimikrija itd.

Takve su prilagodbe znatno slabije razvijene među vodenim stanovnicima. Pojava jarko obojenih cvjetova viših biljaka također je povezana sa osobitostima aparata za oprašivanje i, u konačnici, sa svjetlosnim režimom okoliša.

Reljef područja i svojstva tla također su uvjeti života kopnenih organizama i, prije svega, biljaka. Svojstva zemljine površine, koja imaju ekološki utjecaj na njezine stanovnike, ujedinjuju „edafski čimbenici okoliša“ (od grčkog „edaphos“ - „tlo“).

U odnosu na različita svojstva tla, mogu se razlikovati brojne ekološke skupine biljaka. Dakle, prema reakciji na kiselost tla razlikuju se:

1) acidofilne vrste - rastu na kiselim tlima s pH od najmanje 6,7 (biljke sphagnum močvara);

2) neutrofilne vrste teže rasti na tlima s pH od 6,7–7,0 (većina kultiviranih biljaka);

3) bazifilične biljke rastu pri pH većem od 7,0 (mordovnik, šumska vjetrovina);

4) ravnodušni mogu rasti na tlima s različitim pH vrijednostima (đurđevak).

Biljke se razlikuju i u odnosu na vlažnost tla. Određene su vrste ograničene na različite podloge, na primjer, petrofiti rastu na kamenim tlima, pasmofiti nastanjuju rastresit pijesak.

Reljef terena i priroda tla utječu na specifičnost kretanja životinja: na primjer, kopitarci, nojevi, droplje koje žive na otvorenim prostorima, tvrdo tlo, kako bi pojačale odbojnost tijekom trčanja. U guštera koji žive u pijesku koji teče slobodno, prsti su obrubljeni rubom rožnatih ljuskica koje povećavaju potporu. Za kopnene stanovnike koji kopaju rupe, gusto tlo je nepovoljno. Priroda tla u određenim slučajevima utječe na raspodjelu kopnenih životinja, ukopavanje ili ukopavanje u zemlju ili polaganje jaja u tlo itd.

O sastavu zraka.

Sastav plina zraka koji udišemo izgleda ovako: 78% je dušik, 21% kisik i 1% ostali plinovi. Ali u ozračju velikih industrijskih gradova taj se omjer često krši. Značajan udio čine štetne nečistoće uzrokovane emisijama iz poduzeća i vozila. Motorni transport u atmosferu donosi mnoge nečistoće: ugljikovodike nepoznatog sastava, benzo (a) pirin, ugljični dioksid, sumporni i dušični spojevi, olovo, ugljični monoksid.

Atmosfera se sastoji od mješavine brojnih plinova - zraka, u kojem su suspendirane koloidne nečistoće - prašina, kapljice, kristali itd. Sastav atmosferskog zraka malo se mijenja s visinom. Međutim, počevši od nadmorske visine od oko 100 km, zajedno s molekularnim kisikom i dušikom, atomski kisik pojavljuje se kao rezultat disocijacije molekula i započinje gravitacijsko odvajanje plinova. Iznad 300 km u atmosferi prevladava atomski kisik, iznad 1000 km - helij, a zatim atomski vodik. Pritisak i gustoća atmosfere smanjuju se s visinom; oko polovine cjelokupne mase atmosfere koncentrirano je u donjih 5 km, 9/10 - u donjih 20 km i 99,5% - u donjih 80 km. Na nadmorskim visinama od oko 750 km, gustoća zraka pada na 10-10 g / m3 (dok je na površini zemlje oko 103 g / m3), ali i tako mala gustoća još uvijek je dovoljna za pojavu polarnih svjetlosti. Atmosfera nema oštru gornju granicu; gustoća sastavnih plinova

Atmosferski zrak koji svatko od nas udiše sadrži nekoliko plinova od kojih su glavni: dušik (78,09%), kisik (20,95%), vodik (0,01%) ugljični dioksid (ugljični dioksid) (0,03%) i inertni plinovi ( 0,93%). Uz to, u zraku uvijek postoji određena količina vodene pare čija se količina uvijek mijenja s promjenom temperature: što je temperatura veća, sadržaj pare je veći i obrnuto. Zbog kolebanja količine vodene pare u zraku, postotak plinova u njemu također nije stalan. Svi plinovi koji čine zrak su bez boje i mirisa. Težina zraka mijenja se ovisno ne samo o temperaturi, već i o sadržaju vodene pare u njemu. Pri istoj temperaturi, težina suhog zraka veća je od vlažne. vodena para je puno lakša od zračne pare.

Tablica prikazuje plinski sastav atmosfere u volumetrijskom omjeru mase, kao i vijek trajanja glavnih komponenata:

Svojstva plinova koji čine atmosferski zrak pod tlakom mijenjaju se.

Na primjer: kisik pod pritiskom većim od 2 atmosfere ima toksični učinak na tijelo.

Dušik pod tlakom preko 5 atmosfera djeluje opojno (intoksikacija dušikom). Brzi porast iz dubine uzrokuje dekompresijsku bolest zbog brzog ispuštanja mjehurića dušika iz krvi, kao da je pjeni.

Povećanje ugljičnog dioksida za više od 3% u respiratornoj smjesi uzrokuje smrt.

Svaka komponenta koja je dio zraka, s porastom tlaka do određenih granica, postaje otrov koji može otrovati tijelo.

Studije plinskog sastava atmosfere. Atmosferska kemija

Za povijest brzog razvoja relativno mlade grane znanosti koja se naziva atmosferska kemija, najprikladniji je izraz "skok" (bacanje), koji se koristi u brzim sportovima. Pucanj iz početnog pištolja možda je poslužio kao dva članka objavljena početkom 1970-ih. Razgovarali su o mogućem uništavanju stratosferskog ozona dušikovim oksidima - NO i NO2. Prva je pripadala budućem nobelovcu, a zatim zaposleniku Sveučilišta u Stockholmu P. Krutzenu, koji je smatrao vjerojatnim izvorom dušikovih oksida u stratosferi, dušikovim oksidom N2O, koji propada pod utjecajem sunčeve svjetlosti, prirodnog podrijetla. Autor drugog članka, kemičar sa Kalifornijskog sveučilišta u Berkeleyju, G. Johnston, predložio je da se dušikovi oksidi pojavljuju u stratosferi kao rezultat ljudske aktivnosti, naime kada se proizvodi izgaranja mlaznih motora zrakoplova na velikim nadmorskim visinama su pušteni.

Naravno, spomenute hipoteze nisu nastale ispočetka. Omjer barem glavnih komponenata u atmosferskom zraku - dušika, kisika, vodene pare itd. - bio je poznat mnogo ranije. Već u drugoj polovici XIX. u Europi su izvršena mjerenja koncentracije ozona u površinskom zraku. 1930. godine engleski je znanstvenik S. Chapman otkrio mehanizam stvaranja ozona u čisto kisikovoj atmosferi, ukazujući na skup interakcija između atoma i molekula kisika, kao i ozona u odsutnosti bilo kojih drugih sastojaka zraka. Međutim, kasnih 1950-ih, mjerenja meteorološkim raketama pokazala su da je ozona u stratosferi mnogo manje nego što bi trebao biti prema Chapmanovom reakcijskom ciklusu. Iako ovaj mehanizam ostaje temeljan do danas, postalo je jasno da postoje i neki drugi procesi koji su također aktivno uključeni u stvaranje atmosferskog ozona.

Vrijedno je spomenuti da su se znanja iz područja atmosferske kemije početkom 70-ih uglavnom stjecala naporima pojedinih znanstvenika, čija istraživanja nisu objedinjavala nikakva društveno značajna koncepcija i bila su najčešće isključivo akademske naravi. Johnstonovo djelo je druga stvar: prema njegovim izračunima, 500 zrakoplova, leteći 7 sati dnevno, moglo bi smanjiti količinu stratosferskog ozona ni za manje od 10%! A da su ove procjene istinite, tada bi problem odmah postao socijalno-ekonomski, jer su u ovom slučaju svi programi za razvoj nadzvučnog zrakoplovstva u prometu i srodne infrastrukture morali biti podvrgnuti značajnim prilagodbama, a možda čak i bliski. Uz to, tada se prvi put doista postavilo pitanje da antropogena aktivnost može prouzročiti ne lokalnu, već globalnu kataklizmu. Naravno, u trenutnoj situaciji teorija je trebala vrlo tešku i istodobno brzu provjeru.

Prisjetimo se da je suština gornje hipoteze bila da dušikov oksid reagira s ozonom NO + O3 ® NO2 + O2, zatim dušikov dioksid koji nastaje u ovoj reakciji reagira s atomom kisika NO2 + O ® NO + O2, čime se obnavlja prisutnost NO u atmosferi, dok se molekula ozona nepovratno gubi. U ovom slučaju, takav par reakcija, koji čini dušični katalitički ciklus uništavanja ozona, ponavlja se sve dok bilo koji kemijski ili fizički postupak ne dovede do uklanjanja dušikovih oksida iz atmosfere. Tako se, na primjer, NO2 oksidira u dušičnu kiselinu HNO3, koja je lako topljiva u vodi, pa se oblacima i oborinama uklanja iz atmosfere. Katalitički ciklus dušika vrlo je učinkovit: jedna molekula NO, tijekom svog boravka u atmosferi, uspijeva uništiti desetke tisuća molekula ozona.

Ali, kao što znate, nevolja ne dolazi sama. Uskoro su stručnjaci sa sveučilišta u SAD-u - Michigan (R. Stolyarski i R. Cicero) i Harvarda (S. Wofsey i M. McElroy) - otkrili da ozon može imati još nemilosrdnijeg neprijatelja - spojeve klora. Katalitički ciklus klora uništavanja ozona (reakcije Cl + O3 ® ClO + O2 i ClO + O ® Cl + O2), prema njihovim procjenama, bio je nekoliko puta učinkovitiji od dušikovog ciklusa. Suzdržani optimizam izazvala je samo činjenica da je količina klora prirodnog podrijetla u atmosferi relativno mala, što znači da ukupan učinak njegovog učinka na ozon možda nije prejak. Međutim, situacija se dramatično promijenila kada su 1974. godine zaposlenici kalifornijskog sveučilišta Irvine S. Rowland i M. Molina ustanovili da su spojevi klorofluoroogljikovodika (CFC), koji se masovno koriste u rashladnim postrojenjima, aerosolnim pakiranjima, itd. izvor klora u stratosferi. Nezapaljive, netoksične i kemijski pasivne, te se tvari polako prenose uzlaznim zračnim strujama sa zemljine površine u stratosferu, gdje njihove molekule uništava sunčeva svjetlost, što rezultira oslobađanjem slobodnih atoma klora. Industrijska proizvodnja CFC-a koja je započela 30-ih i njihove emisije u atmosferu neprestano su se povećavale u svim narednim godinama, posebno u 70-ima i 80-ima. Stoga su u vrlo kratkom vremenskom razdoblju teoretičari identificirali dva problema atmosferske kemije, uzrokovana intenzivnim antropogenim onečišćenjem.

Međutim, da bi se provjerila dosljednost postavljenih hipoteza, bilo je potrebno izvršiti mnoge zadatke.

Isprva, proširiti laboratorijska istraživanja tijekom kojih bi bilo moguće utvrditi ili razjasniti brzine fotokemijskih reakcija između različitih komponenata atmosferskog zraka. Mora se reći da su vrlo oskudni podaci o tim brzinama koji su postojali u to vrijeme imali i popriličnu pogrešku (do nekoliko stotina posto). Uz to, uvjeti u kojima su vršena mjerenja u pravilu nisu puno odgovarali stvarnosti atmosfere, što je ozbiljno pogoršavalo pogrešku, budući da je intenzitet većine reakcija ovisio o temperaturi, a ponekad i o tlaku ili gustoći atmosferski zrak.

Drugo,intenzivno proučavati zračno-optička svojstva niza malih plinova u atmosferi u laboratorijskim uvjetima. Molekule značajnog broja sastojaka atmosferskog zraka uništavaju se ultraljubičastim zračenjem Sunca (u reakcijama fotolize), među njima ne samo gore spomenuti CFC, već i molekularni kisik, ozon, dušikovi oksidi i mnogi drugi. Stoga su procjene parametara svake reakcije fotolize bile jednako potrebne i važne za ispravno reproduciranje atmosferskih kemijskih procesa, kao i brzine reakcija između različitih molekula.

Treće, bilo je potrebno stvoriti matematičke modele sposobne za što potpunije opisivanje međusobnih kemijskih transformacija komponenata atmosferskog zraka. Kao što je već spomenuto, produktivnost uništavanja ozona u katalitičkim ciklusima određuje se koliko dugo katalizator (NO, Cl ili neki drugi) ostaje u atmosferi. Jasno je da bi takav katalizator, općenito govoreći, mogao reagirati s bilo kojim od desetaka komponenata atmosferskog zraka, istovremeno se brzo raspadajući, a tada bi šteta na stratosferskom ozonu bila mnogo manja od očekivane. S druge strane, kada se svake sekunde u atmosferi dogode mnoge kemijske transformacije, sasvim je moguće da se identificiraju drugi mehanizmi koji izravno ili neizravno utječu na stvaranje i uništavanje ozona. Napokon, takvi modeli mogu izolirati i procijeniti značaj pojedinih reakcija ili njihovih skupina u stvaranju drugih plinova koji čine atmosferski zrak, a također omogućuju izračunavanje koncentracija plina koje su nedostupne mjerenjima.

Konačno, bilo je potrebno organizirati široku mrežu za mjerenje sadržaja različitih plinova u zraku, uključujući spojeve dušika, klora i drugih, koristeći u tu svrhu zemaljske stanice, lansiranje meteoroloških balona i meteoroloških raketa te letove zrakoplova. Daleko je stvaranje baze podataka bio najskuplji zadatak koji se nije mogao riješiti u kratkom vremenu. Međutim, samo su mjerenja mogla pružiti polaznu osnovu za teorijska istraživanja, a istovremeno su i kamen temeljac istinitosti izraženih hipoteza.

Od početka 70-ih, najmanje jednom u tri godine, objavljuju se posebne, stalno ažurirane zbirke koje sadrže informacije o svim značajnim atmosferskim reakcijama, uključujući reakcije fotolize. Štoviše, pogreška u određivanju parametara reakcija između plinskih komponenata zraka danas je, u pravilu, 10-20%.

U drugoj polovici ovog desetljeća naglo se razvijaju modeli koji opisuju kemijske transformacije u atmosferi. Najveći broj njih stvoren je u SAD-u, ali pojavili su se u Europi i SSSR-u. Isprva su to bili modeli u kutiji (nuldimenzionalni), a zatim jednodimenzionalni modeli. Prvi su reproducirali s različitim stupnjevima pouzdanosti sadržaj glavnih atmosferskih plinova u određenom volumenu - kutiji (otuda i njihovo ime) - kao rezultat kemijske interakcije između njih. Budući da se pretpostavljalo očuvanje ukupne mase zračne smjese, nije se uzimalo u obzir uklanjanje bilo kojeg njezinog dijela iz kutije, na primjer vjetrom. Kutijasti modeli bili su prikladni za rasvjetljavanje uloge pojedinih reakcija ili njihovih skupina u procesima kemijskog stvaranja i uništavanja atmosferskih plinova, za procjenu osjetljivosti sastava atmosferskog plina na netočnosti u određivanju brzina reakcije. Uz njihovu pomoć, istraživači bi mogli postavljanjem atmosferskih parametara u kutiju (posebno temperature i gustoće zraka) koji odgovaraju visini zrakoplovnih letova, procijeniti, u gruboj aproksimaciji, kako će se koncentracije atmosferskih nečistoća mijenjati kao rezultat emisija proizvoda izgaranja iz zrakoplovnih motora. Istodobno, modeli kutija nisu bili prikladni za proučavanje problema klorofluoroogljikovodika (CFC), budući da nisu mogli opisati proces njihovog kretanja od zemljine površine do stratosfere. Tu su nam dobro došli jednodimenzionalni modeli koji su kombinirali uzimajući u obzir detaljan opis kemijskih interakcija u atmosferi i transporta nečistoća u okomitom smjeru. I premda je i ovdje naveden vertikalni prijenos, prilično grubo, upotreba jednodimenzionalnih modela bio je primjetan korak naprijed, jer su omogućili nekako opisivanje stvarnih pojava.

Gledajući unatrag, možemo reći da se naše suvremeno znanje u velikoj mjeri temelji na grubom radu izvedenom tih godina pomoću jednodimenzionalnih i boksovanih modela. Omogućilo je utvrđivanje mehanizama nastanka plinskog sastava atmosfere, procjenu intenziteta kemijskih izvora i ponora pojedinih plinova. Važna značajka ove faze u razvoju atmosferske kemije je da su se nove ideje testirale na modelima i o njima se široko raspravljalo među stručnjacima. Dobiveni rezultati često su se uspoređivali s procjenama drugih znanstvenih skupina, budući da su terenska mjerenja bila očito nedovoljna i njihova je točnost bila vrlo niska. Uz to, da bi se potvrdila ispravnost modeliranja određenih kemijskih interakcija, bilo je potrebno provesti složena mjerenja, kada bi se istovremeno određivale koncentracije svih reagensa koji sudjeluju, što je u to vrijeme, pa i sada, bilo praktički nemoguće. (Do sada se provodilo samo nekoliko mjerenja kompleksa plinova iz shuttlea tijekom 2-5 dana.) Stoga su modelne studije bile ispred eksperimentalnih, a teorija nije toliko objasnila terenska opažanja koliko pridonijeli njihovom optimalnom planiranju. Na primjer, spoj kao što je klorov nitrat ClONO2 prvi se put pojavio u modelnim studijama, a tek je onda otkriven u atmosferi. Bilo je teško čak usporediti dostupna mjerenja s procjenama modela, jer jednodimenzionalni model nije mogao uzeti u obzir horizontalna gibanja zraka, zbog čega se pretpostavljalo da je atmosfera vodoravno homogena, a dobiveni rezultati modela odgovarali su izvjesna prosječna globalna država. Međutim, u stvarnosti se sastav zraka nad industrijskim regijama Europe ili Sjedinjenih Država vrlo razlikuje od svog sastava nad Australijom ili nad Tihim oceanom. Stoga rezultati bilo kojeg promatranja na terenu uvelike ovise o mjestu i vremenu mjerenja i, naravno, ne odgovaraju točno globalnoj prosječnoj vrijednosti.

Da bi popunili tu prazninu u modeliranju, 1980-ih su istraživači stvorili dvodimenzionalne modele, u kojima se, uz vertikalni transport, uzimao u obzir i zračni transport duž meridijana (duž kruga geografske širine, atmosfera se i dalje smatrala homogenom) . Isprva je stvaranje takvih modela bilo ispunjeno značajnim poteškoćama.

Isprva, Broj parametara vanjskog modela naglo se povećao: na svakoj točki mreže bilo je potrebno postaviti brzine vertikalnog i interlatitudinalnog transporta, temperature i gustoće zraka itd. Mnogi parametri (prije svega, spomenute brzine) nisu bili pouzdano utvrđeni u pokusima, pa su stoga odabrani iz kvalitativnih razmatranja.

Drugo,tadašnje stanje računalne tehnologije izrazito je ometalo puni razvoj dvodimenzionalnih modela. Za razliku od ekonomičnih jednodimenzionalnih i još dvodimenzionalnijih modela u kutiji, zahtijevali su znatno više memorije i računalskog vremena. Kao rezultat toga, njihovi su tvorci bili prisiljeni znatno pojednostaviti sheme za računanje kemijskih transformacija u atmosferi. Ipak, kompleks atmosferskih studija, kako modelnih, tako i terenskih studija pomoću satelita, omogućio je stvaranje relativno skladne, iako daleko od cjelovite slike sastava atmosfere, kao i utvrđivanje glavnih uzročnih veza koje uzrokuju promjene u sadržaj pojedinih komponenata zraka. Brojne studije posebno su pokazale da letovi aviona u troposferi ne uzrokuju značajnu štetu troposferskom ozonu, ali čini se da njihov uspon u stratosferu ima negativne posljedice na ozonosferu. Mišljenje većine stručnjaka o ulozi CFC-a bilo je gotovo jednoglasno: potvrđuje se hipoteza Rowlanda i Moline, a te tvari doista pridonose uništavanju stratosferskog ozona, a redoviti rast njihove industrijske proizvodnje tempirana je bomba, budući da raspad CFC-a ne događa se odmah, već nakon desetaka i stotina godina, stoga će učinci onečišćenja utjecati na atmosferu vrlo dugo. Štoviše, dugotrajni upori, klorofluoroogljikovodici mogu doći do bilo koje najudaljenije točke atmosfere, pa je to globalna prijetnja. Došlo je vrijeme za dogovorene političke odluke.

1985. godine u Beču je, uz sudjelovanje 44 zemlje, razvijena i usvojena konvencija o zaštiti ozonskog omotača, koja je potaknula njezinu sveobuhvatnu studiju. Međutim, pitanje što učiniti s CFC-ima i dalje je bilo otvoreno. Bilo je nemoguće pokrenuti stvari samo od sebe po načelu "riješit će se samo od sebe", ali nemoguće je zabraniti proizvodnju tih tvari preko noći bez velike štete za gospodarstvo. Čini se da postoji jednostavno rješenje: nužno je zamijeniti CFC drugim tvarima sposobnim za obavljanje istih funkcija (na primjer u rashladnim jedinicama), a istodobno bezopasnim ili barem manje opasnim za ozon. No, implementacija jednostavnih rješenja često je vrlo teška. Ne samo da su stvaranje takvih tvari i uspostava njihove proizvodnje zahtijevali velika ulaganja i vrijeme, bili su potrebni kriteriji za procjenu utjecaja bilo koje od njih na atmosferu i klimu.

Teoretičari su ponovno bili u središtu pozornosti. D. Webbles iz Nacionalnog laboratorija Livermore predložio je da se u tu svrhu koristi potencijal oštećenja ozonskog omotača, koji je pokazao koliko supstitucijska molekula jača (ili slabija) od molekule CFCl3 (Freon-11), utječe na atmosferski ozon. U to je vrijeme bilo također dobro poznato da temperatura površinskog sloja zraka značajno ovisi o koncentraciji nekih nečistoća plina (zvali su se stakleničkim plinovima), prvenstveno ugljičnog dioksida CO2, vodene pare H2O, ozona itd. Uključeni su CFC u ovoj kategoriji i mnogi njihovi potencijalni nadomjesci. Mjerenja su pokazala da je tijekom industrijske revolucije prosječna godišnja globalna temperatura površinskog sloja zraka rasla i nastavlja rasti, a to ukazuje na značajne i ne uvijek poželjne promjene u Zemljinoj klimi. Kako bi se ova situacija stavila pod kontrolu, zajedno s potencijalom supstance koja oštećuje ozonski omotač, razmotren je i njezin potencijal globalnog zagrijavanja. Ovaj indeks je pokazao koliko jači ili slabiji ispitivani spoj utječe na temperaturu zraka od iste količine ugljičnog dioksida. Izračuni su pokazali da CFC i alternativne tvari imaju vrlo visoke potencijale globalnog zagrijavanja, ali s obzirom na činjenicu da su njihove koncentracije u atmosferi bile mnogo niže od koncentracija CO2, H2O ili O3, njihov ukupni doprinos globalnom zatopljenju i dalje je zanemariv. Za sada ...

Tablice izračunatih potencijala za uništavanje ozonskog omotača i potencijala za globalno zagrijavanje klorofluoroogljikovodika i njihovih mogućih zamjena činili su osnovu za međunarodne odluke o smanjenju i naknadnoj zabrani proizvodnje i upotrebe mnogih CFC-a (Montrealski protokol 1987. i kasniji dodaci uz njega). Možda stručnjaci okupljeni u Montrealu ne bi bili toliko jednoglasni (na kraju su se članci Protokola temeljili na "izumima" teoretičara koji nisu potvrđeni terenskim pokusima), ali druga zainteresirana "osoba" - sama atmosfera - govorila je u prilog potpisujući ovaj dokument.

Najava otkrića britanskih znanstvenika krajem 1985. godine "ozonske rupe" nad Antarktikom postala je, ne bez sudjelovanja novinara, senzacija godine, a reakcija svjetske zajednice na ovu poruku najlakše se opisuje s jednom kratkom riječju - šok. Jedno je kad prijetnja uništenjem ozonskog omotača postoji samo u dalekoj budućnosti, a drugo je kad se svi suočimo s izvršenom činjenicom. Ni obični ljudi, ni političari, ni teoretski stručnjaci nisu bili spremni za to.

Brzo je postalo jasno da niti jedan od tada postojećih modela ne može reproducirati tako značajno smanjenje sadržaja ozona. To znači da neki važni prirodni fenomeni ili nisu uzeti u obzir ili su podcijenjeni. Uskoro su terenska ispitivanja provedena u okviru programa proučavanja fenomena Antarktika ustanovila da, uz uobičajene (plinske faze) atmosferske reakcije, značajke prijenosa zraka u atmosferi stratosfere Antarktika (njegova gotovo potpuna izolacija od ostatka atmosfera zimi) igraju važnu ulogu u nastanku "ozonske rupe", kao i u to vrijeme malo proučavane heterogene reakcije (reakcije na površini atmosferskih aerosola - čestice prašine, čađe, ledene kapice, kapljice vode itd.) ). Samo uzimajući u obzir gore navedene čimbenike omogućilo se postizanje zadovoljavajućeg slaganja između rezultata modela i podataka promatranja. A lekcije koje je izvodila antarktička "ozonska rupa" imale su ozbiljan utjecaj na daljnji razvoj atmosferske kemije.

Prvo je oštar zamah dobio detaljno proučavanje heterogenih procesa koji se odvijaju prema zakonima koji se razlikuju od zakona koji određuju procese u plinskoj fazi. Drugo, došlo je do jasne spoznaje da u složenom sustavu, a to je atmosfera, ponašanje njegovih elemenata ovisi o čitavom kompleksu unutarnjih veza. Drugim riječima, sadržaj plinova u atmosferi ne određuje se samo intenzitetom kemijskih procesa, već i temperaturom zraka, prijenosom zračnih masa, osobitostima aerosolnog onečišćenja različitih dijelova atmosfere itd. Zauzvrat, radijacijsko zagrijavanje i hlađenje, koje čine temperaturno polje stratosferskog zraka, ovisi o koncentraciji i raspodjeli stakleničkih plinova u prostoru, a time i o atmosferskim dinamičkim procesima. Konačno, nehomogeno zagrijavanje zračenjem različitih pojaseva svijeta i dijelova atmosfere generira kretanje atmosferskog zraka i kontrolira njihov intenzitet. Stoga, ako se ne uzmu u obzir bilo kakve povratne informacije u modelima, može doći do velikih pogrešaka u dobivenim rezultatima (premda je, napominjemo u prolazu, pretjerano kompliciranje modela bez hitne potrebe jednako nesvrsishodno poput gađanja topova na poznate predstavnike ptica).

Ako je odnos između temperature zraka i njegovog sastava plina uzet u obzir u dvodimenzionalnim modelima još 80-ih, tada je uporaba trodimenzionalnih modela opće cirkulacije atmosfere za opis raspodjele atmosferskih nečistoća postala moguća zbog računalni bum tek u 90-ima. Prvi takvi modeli opće cirkulacije korišteni su za opisivanje prostorne raspodjele kemijski pasivnih tvari - tragača. Kasnije, zbog nedovoljne memorije slučajnog pristupa računala, kemijski procesi su određeni samo jednim parametrom - vremenom zadržavanja primjese u atmosferi, a tek relativno nedavno blokovi kemijskih transformacija postali su punopravni dijelovi trodimenzionalnih modela . Iako poteškoće još uvijek postoje u detaljima atmosferske kemije u 3D modelima, danas se više ne čine nepremostivima, a najbolji 3D modeli uključuju stotine kemijskih reakcija, zajedno sa stvarnim klimatskim zračnim prijevozom u globalnoj atmosferi.

Istodobno, široka uporaba suvremenih modela uopće ne dovodi u pitanje korisnost jednostavnijih, koji su gore spomenuti. Dobro je poznato da što je model složeniji, to je teže razdvojiti „signal“ od „šuma modela“, analizirati dobivene rezultate, istaknuti glavne uzročne mehanizme, procijeniti utjecaj na konačni rezultat određenih pojava (a time i svrsishodnost njihovog uzimanja u obzir u modelu) ... I ovdje jednostavniji modeli služe kao idealno poligon, omogućuju vam dobivanje preliminarnih procjena, koje se kasnije koriste u trodimenzionalnim modelima, za proučavanje novih prirodnih pojava prije nego što se uključe u složenije, itd.

Brzi znanstveni i tehnološki napredak iznjedrio je još nekoliko područja istraživanja, na ovaj ili onaj način povezanih s atmosferskom kemijom.

Satelitsko praćenje atmosfere. Kada je uspostavljeno redovito popunjavanje baze podataka sa satelita, za većinu najvažnijih komponenata atmosfere, pokrivajući gotovo čitav svijet, postalo je potrebno poboljšati metode njihove obrade. To uključuje filtriranje podataka (razdvajanje signala i pogreške u mjerenju) i obnavljanje vertikalnih profila koncentracija nečistoća od ukupnog sadržaja u atmosferskom stupcu i interpolaciju podataka u onim područjima u kojima su izravna mjerenja nemoguća iz tehničkih razloga. Uz to, satelitsko praćenje nadopunjuju se ekspedicijama zrakoplova, kojima se planira riješiti razne probleme, na primjer, u tropskom Tihom oceanu, sjevernom Atlantiku, pa čak i u ljetnoj stratosferi Arktika.

Važan dio suvremenih istraživanja je asimilacija (asimilacija) ovih baza podataka u modelima različite složenosti. U ovom se slučaju parametri biraju iz uvjeta najbliže blizine izmjerenih i modelnih vrijednosti sadržaja nečistoća u točkama (regijama). Tako se provjerava kvaliteta modela, kao i ekstrapolacija izmjerenih vrijednosti izvan područja i razdoblja mjerenja.

Procjena koncentracija kratkotrajnih atmosferskih nečistoća. Atmosferski radikali koji igraju ključnu ulogu u atmosferskoj kemiji, poput hidroksil OH, perhidroksil HO2, dušikov oksid NO, atomski kisik u pobuđenom stanju O (1D) itd., Imaju najveću kemijsku reaktivnost i, prema tome, vrlo malu ( nekoliko sekundi ili minuta) "Životni vijek" u atmosferi. Stoga je mjerenje takvih radikala izuzetno teško, a rekonstrukcija njihovog sadržaja u zraku često se provodi prema modelima omjera kemijskih izvora i ponora tih radikala. Dugo su se intenziteti izvora i ponora izračunavali pomoću podataka modela. Pojavom odgovarajućih mjerenja postalo je moguće rekonstruirati koncentraciju radikala na njihovoj osnovi, istodobno poboljšavajući modele i proširujući informacije o plinskom sastavu atmosfere.

Rekonstrukcija plinovitog sastava atmosfere u predindustrijskom razdoblju i ranijim epohama Zemlje.Zahvaljujući mjerenjima u ledenim jezgrama Antarktika i Grenlanda, čija se starost kreće od stotina do stotina tisuća godina, postale su poznate koncentracije ugljičnog dioksida, dušikovog oksida, metana, ugljičnog monoksida, kao i temperatura tog doba. Model rekonstrukcije stanja atmosfere u tim epohama i njegova usporedba s današnjom omogućuju praćenje razvoja zemljine atmosfere i procjenu stupnja utjecaja čovjeka na prirodni okoliš.

Procjena intenziteta izvora najvažnijih komponenata zraka. Sustavna mjerenja sadržaja plinova, poput metana, ugljičnog monoksida i dušikovih oksida u površinskom zraku, postala su osnova za rješavanje obrnutog problema: procjena količine emisija u atmosferu plinova iz prizemnih izvora, prema njihove poznate koncentracije. Nažalost, samo je popis počinitelja sveopćeg meteža - CFC-a - relativno jednostavan zadatak, jer gotovo sve te tvari nemaju prirodne izvore, a njihova ukupna količina ispuštena u atmosferu ograničena je količinom njihove proizvodnje. Ostali plinovi imaju izvore različite i usporedive snage. Na primjer, izvor metana su preplavljena područja, močvare, naftne bušotine, rudnici ugljena; ovaj spoj izlučuju kolonije termita, pa je čak proizvod vitalne aktivnosti goveda. Ugljični monoksid u atmosferu ulazi u ispušnim plinovima, kao rezultat izgaranja goriva, kao i oksidacije metana i mnogih organskih spojeva. Teško je provesti izravna mjerenja emisija tih plinova, ali razvijene su metode koje omogućuju procjenu globalnih izvora zagađujućih plinova, čija se pogreška posljednjih godina značajno smanjila, iako je i dalje velika.

Predviđanje promjena u sastavu atmosfere i klime na ZemljiUzimajući u obzir trendove - trendove u sadržaju atmosferskih plinova, procjene njihovih izvora, stopu rasta stanovništva Zemlje, stopu povećanja proizvodnje svih vrsta energije itd. - posebne skupine stručnjaka kreiraju i neprestano prilagođavaju scenarije vjerojatnog zagađenja atmosfere u sljedećih 10, 30, 100 godina. Na temelju njih modeli predviđaju moguće promjene u sastavu plina, temperaturi i atmosferskoj cirkulaciji. Stoga je moguće unaprijed otkriti nepovoljne tendencije u stanju atmosfere i možete ih pokušati ukloniti. Antarktički šok iz 1985. ne bi se trebao ponoviti.

Fenomen stakleničkog efekta atmosfere

Posljednjih godina postalo je jasno da analogija između običnog staklenika i efekta staklenika u atmosferi nije u potpunosti točna. Krajem prošlog stoljeća poznati američki fizičar Wood, zamijenivši obično laboratorijsko staklo kvarcnim staklom u laboratorijskom modelu staklenika i ne otkrivajući nikakve promjene u funkcioniranju staklenika, pokazao je da se ne radi o odgađanju toplinske zračenje tla staklom koje propušta sunčevo zračenje, uloga stakla u ovom slučaju sastoji se samo u "presijecanju" turbulentne izmjene topline između površine tla i atmosfere.

Učinak staklenika (staklenika) u atmosferi njegovo je svojstvo da prenosi sunčevo zračenje, ali da zadržava zemaljsko zračenje, pridonoseći nakupljanju topline u zemlji. Zemljina atmosfera prenosi relativno dobro kratkovalno sunčevo zračenje, koje gotovo u potpunosti apsorbira zemljina površina. Zagrijavajući se zbog apsorpcije sunčevog zračenja, Zemljina površina postaje izvor zemaljskog, uglavnom dugovalnog zračenja, čiji dio odlazi u svemir.

Utjecaj povećanja koncentracije CO2

Znanstvenici - istraživači i dalje se prepiru oko sastava takozvanih stakleničkih plinova. S tim u vezi, najveći interes izaziva utjecaj sve veće koncentracije ugljičnog dioksida (CO2) na efekt staklenika u atmosferi. Izražava se mišljenje da je dobro poznata shema: „povećanje koncentracije ugljičnog dioksida povećava efekt staklenika, što dovodi do zagrijavanja globalne klime“, krajnje pojednostavljena i vrlo daleko od stvarnosti, jer je najvažnija „ staklenički plin ”uopće nije CO2, već vodena para. Istodobno, rezerva da koncentraciju vodene pare u atmosferi određuju samo parametri samog klimatskog sustava danas ne podnosi kritiku, budući da je antropogeni utjecaj na globalni vodeni ciklus uvjerljivo dokazan.

Kao znanstvene hipoteze ističemo sljedeće posljedice nadolazećeg efekta staklenika. Isprva, Prema najčešćim procjenama, do kraja 21. stoljeća atmosferski sadržaj CO2 udvostručit će se, što će neizbježno dovesti do povećanja prosječne globalne površinske temperature za 3 - 5 o C. Istodobno se očekuje zagrijavanje sušnijim ljetima u umjerenim geografskim širinama sjeverne hemisfere.

Drugo, pretpostavlja se da će takav porast prosječne globalne površinske temperature dovesti do povećanja razine Svjetskog oceana za 20 - 165 centimetara zbog toplinskog širenja vode. S obzirom na antarktički ledeni pokrov, njegovo uništavanje nije neizbježno, jer su za topljenje potrebne veće temperature. U svakom slučaju, proces otapanja antarktičkog leda trajat će jako dugo.

Treće, koncentracija atmosferskog CO2 može vrlo povoljno utjecati na prinose usjeva. Rezultati provedenih pokusa omogućuju nam pretpostaviti da će u uvjetima progresivnog povećanja sadržaja CO2 u zraku prirodna i uzgajana vegetacija doseći optimalno stanje; povećavat će se lisna površina biljaka, povećati će se specifična težina suhe tvari lišća, povećati će se prosječna veličina plodova i broj sjemenki, ubrzati sazrijevanje žitarica i povećati njihov prinos.

Četvrti, na visokim geografskim širinama, prirodne šume, posebno borealne, mogu biti vrlo osjetljive na promjene temperature. Zagrijavanje može dovesti do naglog smanjenja površine borealnih šuma, kao i do pomicanja njihove granice prema sjeveru, šume tropskog i subtropskog područja vjerojatno će biti osjetljivije na promjene u oborinama, a ne na temperaturi.

Sunčeva svjetlosna energija prodire u atmosferu, upija je površina zemlje i zagrijava je. U tom se slučaju svjetlosna energija pretvara u toplinsku energiju koja se oslobađa u obliku infracrvenog ili toplinskog zračenja. To infracrveno zračenje, odbijeno od površine zemlje, apsorbira ugljični dioksid, dok se zagrijava i zagrijava atmosfera. To znači da što više ugljičnog dioksida u atmosferi to više zahvata klimu na planetu. Ista se stvar događa u staklenicima, zbog čega se ovaj fenomen naziva efekt staklenika.

Ako će takozvani staklenički plinovi teći trenutnom brzinom, tada će u sljedećem stoljeću prosječna temperatura Zemlje porasti za 4 - 5 o C, što može dovesti do globalnog zagrijavanja planeta.

Zaključak

Promjena stava prema prirodi uopće ne znači da biste trebali napustiti tehnički napredak. Zaustavljanje neće riješiti problem, već samo može odgoditi njegovo rješenje. Potrebno je ustrajno i strpljivo nastojati smanjiti emisije uvođenjem novih ekoloških tehnologija za uštedu sirovina, potrošnju energije i povećanje broja zasađenih plantaža, provođenjem edukativnih aktivnosti o ekološkom pogledu među stanovništvom.

Primjerice, u Sjedinjenim Državama, jedna od tvornica sintetičke gume nalazi se uz stambena područja, a to ne izaziva prosvjed stanovnika, jer funkcioniraju ekološki prihvatljive tehnološke sheme, koje u prošlosti, sa starim tehnologijama, nisu bile čiste.

To znači da je potreban strog odabir tehnologija koje udovoljavaju najstrožim kriterijima, moderne perspektivne tehnologije omogućit će postizanje visoke razine ekološke prihvatljivosti proizvodnje u svim djelatnostima i prometu, kao i povećanje broja zasađenih zelene površine u industrijskim zonama i gradovima.

Posljednjih godina eksperiment je zauzeo vodeću poziciju u razvoju atmosferske kemije, a mjesto teorije je isto kao i u klasičnim, uglednim znanostima. Ali još uvijek postoje područja u kojima teorijsko istraživanje ostaje prioritet: na primjer, samo su eksperimenti na modelu sposobni predvidjeti promjene u sastavu atmosfere ili procijeniti učinkovitost restriktivnih mjera provedenih prema Montrealskom protokolu. Počevši od rješenja iako važnog, ali posebnog problema, danas kemija atmosfere, u suradnji sa srodnim disciplinama, pokriva cijeli složeni kompleks problema proučavanja i zaštite okoliša. Možda možemo reći da su prve godine formiranja atmosferske kemije prošle pod geslom: "Ne kasni!" Početni skok je gotov i trčanje se nastavlja.

Šetajući šumom ili livadom, teško da mislite da ste ... u okoliš zemlja-zrak... Ali to je točno ono što znanstvenici nazivaju onom kućom za živa bića, koju tvori površina zemlje i zrak. Kupanje u rijeci, jezeru ili moru, u kojem se nalazite vodeni okoliš - još jedna bogato naseljena prirodna kuća. A kad pomognete odraslima da iskopaju zemlju u vrtu, vidite tlo pod nogama. Također ima mnogo, puno raznolikih stanovnika. Da, oko nas su tri prekrasne kuće - tri stanište, s kojim je neraskidivo povezana sudbina većine organizama koji nastanjuju naš planet.

Život u svakom okruženju ima svoje osobine. U okoliš zemlja-zrak kisika ima dovoljno, ali često nema dovoljno vlage. Osobito je oskudna u stepama i pustinjama. Stoga biljke i životinje na sušnim mjestima imaju posebne uređaje za dobivanje, skladištenje i ekonomičnu upotrebu vode. Sjetite se kaktusa koji u tijelu pohranjuje vlagu. U okruženju prizemlje-zrak postoje značajne promjene temperature, posebno u područjima s hladnim zimama. Na tim se područjima čitav život organizama osjetno mijenja tijekom godine. Jesensko opadanje lišća, odlazak ptica selica u tople krajeve, promjena vune kod životinja u gušću i topliju - sve su to prilagodbe živih bića sezonskim promjenama u prirodi.

Za životinje koje žive u bilo kojem okruženju kretanje je važno pitanje. U okruženju zemlja-zrak možete se kretati po zemlji i zraku. I životinje to iskorištavaju. Noge su jednih prilagođene trčanju (noj, gepard, zebra), drugima za skakanje (klokan, jerboa). Od svake stotine vrsta životinja koje žive u ovom okruženju, 75 može letjeti. To je većina insekata, ptica i nekih životinja (šišmiša).

U vodeni okoliš nešto, a vode uvijek ima dovoljno. Ovdje se temperatura mijenja manje od temperature zraka. Ali kisik često nije dovoljan. Neki organizmi, poput pastrve, mogu živjeti samo u vodi bogatoj kisikom. Ostali (šaran, karaš, linjak) podnose nedostatak kisika. Zimi, kada su mnogi rezervoari smrznuti u ledu, riba može biti ubijena - njihova masovna smrt od gušenja. Da bi kisik prodirao u vodu, u ledu su izrezane rupe.

U vodenom okolišu ima manje svjetlosti nego u okruženju prizemlje i zrak. U oceanima i morima na dubini ispod 200 m - kraljevstvo sutona, pa čak i niže - vječna tama. Jasno je da se vodene biljke nalaze samo tamo gdje ima dovoljno svjetlosti. Samo životinje mogu živjeti dublje. Hrane se "padanjem" s gornjih slojeva mrtvih ostataka raznih morskih života.

Najuočljivija značajka mnogih vodenih životinja su njihovi bazeni. Ribe, dupini i kitovi imaju peraje. Morževi i tuljani imaju peraje. Dabrovi, vidre, vodene ptice, žabe imaju membrane između prstiju. Plivačke bube imaju plivačke noge slične veslima.

Okoliš tla - dom mnogim bakterijama i praživotinjama. Ovdje se nalaze i miceliji gljiva i korijena biljaka. U tlu su živjele i razne životinje - crvi, insekti, životinje prilagođene kopanju, na primjer krtice. Stanovnici tla u ovom okruženju pronalaze potrebne uvjete - zrak, vodu, mineralne soli. Istina, ima manje kisika i više ugljičnog dioksida nego na svježem zraku. A ponekad ima previše vode. Ali temperatura je ujednačenija nego na površini. Ali svjetlost ne prodire u dubinu tla. Stoga životinje koje ga nastanjuju obično imaju vrlo male oči ili su potpuno lišene vidnih organa. Njihov osjet njuha i dodira pomažu.

Okoliš prizemni zrak

Predstavnici različitih staništa "susreli" su se na tim brojkama. U prirodi se nisu mogli okupiti, jer mnogi od njih žive daleko jedni od drugih, na različitim kontinentima, u morima, u slatkoj vodi ...

Prvak u brzini leta među pticama je brzac. 120 km na sat je njegova uobičajena brzina.

Kolibri mašu krilima i do 70 puta u sekundi, komarci - do 600 puta u sekundi.

Brzina leta za različite insekte je sljedeća: za čipku - 2 km na sat, za kućnu muhu - 7, za svibanjsku bubu - 11, za bumbara - 18 i za sokovog moljca - 54 km na sat. Veliki vretenci, prema nekim opažanjima, postižu brzinu i do 90 km na sat.

Naši su šišmiši malog rasta. Ali u vrućim zemljama njihova rodbina živi - šišmiši. Dosežu raspon krila od 170 cm!

Veliki klokani skaču do 9, a ponekad i do 12 m. (Izmjerite ovu udaljenost na podu u učionici i zamislite klokana kako skače. Jednostavno oduzima dah!)

Gepard je najbrži od svih životinja. Razvija brzinu do 110 km na sat. Noj može trčati brzinom do 70 km na sat, poduzimajući korake od 4-5 m.

Vodeni okoliš

Ribe i rakovi dišu škrge. To su posebni organi koji iz vode izvlače kisik otopljen u vodi. Dok je pod vodom, žaba diše kroz kožu. No životinje koje su ovladale vodenim okolišem dišu plućima, dižući se na površinu vode za udisanje. Na sličan se način ponašaju i vodeni kornjaši. Samo oni, poput ostalih insekata, nemaju pluća, već posebne dišne \u200b\u200bcijevi - dušnik.

Okoliš tla

Struktura tijela krtice, zokora i pacova sugerira da su svi oni stanovnici okoliša tla. Prednje noge madeža i zokor glavni su alat za kopanje. Ravne su poput lopata s vrlo velikim kandžama. A krtač krtica ima obične noge, ugriza tlo moćnim prednjim zubima (kako zemlja ne bi pala u usta, usne je prekriju iza zuba!). Tijelo svih ovih životinja je ovalno i zbijeno. S takvim se tijelom prikladno kretati po podzemnim prolazima.

Testirajte svoje znanje

1. Navedite staništa koja ste upoznali u lekciji.
2. Kakvi su životni uvjeti organizama u okolišu prizemlje i zrak?
3. Opišite životne uvjete u vodenom okolišu.
4. Koje su karakteristike tla kao staništa?
5. Navedite primjere prilagodljivosti organizama na život u različitim okruženjima.

Razmišljati!

1. Objasnite što je prikazano na slici. Što mislite u kojem okruženju žive životinje čiji su dijelovi tijela prikazani na slici? Možete li imenovati ove životinje?
2. Zašto u oceanu na velikim dubinama žive samo životinje?

Razlikovati staništa zrak-zemlja, voda i tlo. Svaki je organizam prilagođen životu u određenoj okolini.

Predavanje 3 OKOLIŠ I NJIHOVE KARAKTERISTIKE (2h)

1 vodeno stanište

2. Stanište prizemnog zraka

3.Tlo kao stanište

4.Tijelo kao stanište

U procesu povijesnog razvoja živi organizmi su savladali četiri staništa. Prva je voda. Život u vodi nastao je i razvijao se milijunima godina. Drugi - zrak zemlja - na kopnu i u atmosferi nastao je i brzo se prilagodio novim uvjetima, biljkama i životinjama. Postupno transformirajući gornji sloj kopna - litosferu, stvorili su treće stanište - tlo, a sami su postali četvrto stanište.

Vodena staništa - hidrosfera

Ekološke skupine vodenih organizama. Najveću raznolikost života razlikuju topla mora i oceani (40 000 vrsta životinja) u ekvatoru i tropskim krajevima, a sjeverno i južno flora i fauna mora iscrpljuju se stotinama puta. Što se tiče raspodjele organizama izravno u moru, njihova glavnina koncentrirana je u površinskim slojevima (epipelagijskim) i u sublitoralnoj zoni. Ovisno o načinu kretanja i boravka u određenim slojevima, morski život podijeljen je u tri ekološke skupine: nekton, plankton i bentos.

Nekton(nektos - plivanje) - aktivno se kreću velike životinje sposobne za prevladavanje velike udaljenosti i jakih struja: ribe, lignje, pernonoge, kitovi. U slatkim vodama vodozemci i mnogi insekti pripadaju nektonu.

Plankton (planktos - lutanje, letenje) - skup biljaka (fitoplanktoni: dijatomeji, zelene i plavozelene (samo slatkovodna tijela) alge, biljni bičevi, peridineje itd.) i malih životinjskih organizama (zooplanktoni: mali rakovi, veći - pterigoidi mekušci, meduze, žele od češlja, neki crvi), koji žive na različitim dubinama, ali nisu sposobni za aktivno kretanje i otpor strujama. Plankton također uključuje ličinke životinja, čineći posebnu skupinu - neuston. Riječ je o pasivno plutajućoj "privremenoj" populaciji gornjeg sloja vode, koju predstavljaju razne životinje (deseteronožci, jarkovi i copepodi, iglokožci, mnogočetinari, ribe, mekušci itd.) U fazi ličinki. Kako ličinke sazrijevaju, prelaze u niže slojeve pelagela. Iznad neustona nalazi se pleiston - to su organizmi u kojima gornji dio tijela raste iznad vode, a donji raste u vodi (duckweed - Lemma, sifonofori itd.). Plankton igra važnu ulogu u trofičkim vezama biosfere, jer je hrana za mnoge vodene životinje, uključujući osnovnu hranu za baleane kitove (Myatcoceti).

Bentos (bentos - dubina) - hidrobionti dna. Uglavnom je predstavljena prikačenim ili sporo pokretnim životinjama (zoobentos: foraminofori, ribe, spužve, koelenterati, crvi, brahiopodi, ascidiji itd.), Brojniji u plitkoj vodi. U plitkoj vodi biljke ulaze i u bentos (fitobentos: dijatomeji, zelene, smeđe, crvene alge, bakterije). Na dubini gdje nema svjetlosti, fitobentos nema. Cvjetnice zoster, rupije nalaze se u blizini obale. Područja kamenih dna najbogatija su fitobentosom.

U jezerima je zoobentos manje bogat i raznolik nego u moru. Tvore ga praživotinje (cilijani, dafnije), pijavice, mekušci, ličinke insekata itd. Fitobentos jezera čine slobodno plutajući dijatomeji, zelene i plavozelene alge; smeđe i crvene alge su odsutne.

Ukorjenjivanje obalnih biljaka u jezerima tvore različite pojaseve, čiji su sastav i izgled sukladni uvjetima okoline u graničnom pojasu kopna i vode. U vodi u blizini obale rastu hidrofiti - biljke polupotopljene u vodi (vrh strijele, kala, trska, mačka, šaš, triceta, trska). Zamjenjuju ih hidatofiti - biljke uronjene u vodu, ali s plutajućim lišćem (lotus, duckweed, kapsule jaja, chilim, takla) i - nadalje - potpuno potopljeni (rdesta, elodea, hara). Hidatofiti također uključuju biljke koje plutaju na površini (duckweed).

Velika gustoća vodenog okoliša određuje poseban sastav i prirodu promjena u čimbenicima koji podržavaju život. Neki od njih su isti kao na kopnu - toplina, svjetlost, drugi su specifični: tlak vode (s dubinom se povećava za 1 atm. Na svakih 10 m), sadržaj kisika, sastav soli, kiselost. Zbog velike gustoće medija, vrijednosti topline i svjetlosti s gradijentom visine mijenjaju se mnogo brže nego na kopnu.

Toplinski režim. Vodeni okoliš karakterizira manji unos topline, jer znatan se dio odražava, a jednako značajan dio troši na isparavanje. U skladu s dinamikom zemaljskih temperatura, temperatura vode pokazuje manje kolebanja dnevnih i sezonskih temperatura. Štoviše, vodena tijela znatno izjednačavaju tijek temperatura u atmosferi obalnih regija. U nedostatku ledene školjke, mora u hladnoj sezoni imaju zagrijavajući učinak na susjedna kopnena područja, ljeti - hlađenje i vlaženje.

Raspon vrijednosti temperature vode u Svjetskom oceanu je 38 ° (od -2 do + 36 ° C), u slatkim vodenim tijelima - 26 ° (od -0,9 do + 25 ° C). S dubinom temperatura vode naglo pada. Do 50 m postoje dnevna kolebanja temperature, do 400 - sezonska, dublja postaje konstantna, pada na + 1-3 ° C (na Arktiku je blizu 0 ° C). Budući da je temperaturni režim u vodenim tijelima relativno stabilan, stenoterm je karakterističan za njihove stanovnike. Manja kolebanja temperature u jednom ili drugom smjeru popraćena su značajnim promjenama u vodenim ekosustavima.

Primjeri: "biološka eksplozija" u delti Volge uslijed smanjenja razine Kaspijskog mora - rast gustiša lotosa (Nelumba kaspium), u južnom Primorju - zarastanje lukova rijeka (Komarovka, Ilistaya itd.) duž obala kojih je posječena i spaljena drvenasta vegetacija.

Zbog različitog stupnja zagrijavanja gornjih i donjih slojeva tijekom godine, oseka i strujanja, strujanja, oluja, dolazi do stalnog miješanja vodenih slojeva. Uloga miješanja vode za vodeni život (vodeni organizmi) izuzetno je velika, jer istodobno se izravnava raspodjela kisika i hranjivih sastojaka unutar vodnih tijela, pružajući metaboličke procese između organizama i okoliša.

Svjetlosni način.Intenzitet svjetlosti u vodi uvelike je oslabljen zbog njegovog odbijanja na površini i apsorpcije same vode. To uvelike utječe na razvoj fotosintetskih biljaka. Što je voda manje prozirna, to se više svjetlosti apsorbira. Prozirnost vode ograničena je mineralnim suspenzijama, planktonom. Smanjuje se brzim razvojem malih organizama ljeti, a u umjerenim i sjevernim geografskim širinama - čak i zimi, nakon uspostavljanja ledenog pokrivača i pokrivanja odozgo snijegom.

U oceanima, gdje je voda vrlo prozirna, 1% svjetlosnog zračenja prodire do dubine od 140 m, a samo desetine posto prodire u mala jezera na dubini od 2 m. Zrake različitih dijelova spektra apsorbiraju se nejednako u vodi, prvo se apsorbiraju crvene zrake. S dubinom postaje sve tamniji i tamniji, a boja vode isprva postaje zelena, zatim plava, plava i na kraju plavo-ljubičasta, pretvarajući se u potpunu tamu. Sukladno tome, hidrobionti također mijenjaju boju, prilagođavajući se ne samo sastavu svjetlosti, već i njegovom nedostatku - kromatskoj prilagodbi. U laganim zonama u plitkim vodama prevladavaju zelene alge (Chlorophyta) čiji klorofil upija crvene zrake, s dubinom ih zamjenjuju smeđe (Phaephyta), a zatim crvene (Rhodophyta). Na velikim dubinama fitobentos nema.

Biljke su se prilagodile nedostatku svjetlosti razvijajući velike kromatofore, koji pružaju nisku točku kompenzacije za fotosintezu, kao i povećanje površine asimilirajućih organa (indeks površine lista). Za dubokomorske alge tipični su jako disecirani listovi, lisne ploče tanke, prozirne. Za polupotopljene i plutajuće biljke karakteristična je heterofilija - lišće iznad vode je isto kao kod kopnenih biljaka, ima cijelu ploču, razvijen je stomatalni aparat, a u vodi su listovi vrlo tanki, sastoje se od uskih nitasti režnjevi.

Heterofilija: kapsule od jaja, lopoči, vrh strijele, chilim (vodeni orah).

Životinje, poput biljaka, prirodno mijenjaju boju s dubinom. U gornjim slojevima su jarko obojene u različitim bojama, u zoni sumraka (brancini, koralji, rakovi) obojane su bojama s crvenom bojom - prikladnije je sakriti se od neprijatelja. Duboko morske vrste lišene su pigmenata.

Karakteristična svojstva vodenog okoliša, različita od kopna, su velika gustoća, pokretljivost, kiselost, sposobnost otapanja plinova i soli. Za sve ove uvjete vodeni su organizmi u povijesti razvili odgovarajuće prilagodbe-prilagodbe.

2. Stanište prizemnog zraka

Tijekom evolucije ovo je okruženje svladavano kasnije od vodenog. Njegova je osobitost u činjenici da je plinovit, pa ga karakteriziraju niska vlažnost, gustoća i tlak te visok sadržaj kisika. Tijekom evolucije živi organizmi razvili su potrebne anatomske, morfološke, fiziološke, bihevioralne i druge prilagodbe.

Životinje u okruženju prizemlje-zrak kreću se tlom ili zrakom (ptice, insekti), a biljke se ukorjenjuju u tlu. S tim u vezi, pluća i dušnik pojavili su se u životinja, a stomatalni aparati u biljaka, t.j. organi pomoću kojih kopneni stanovnici planeta asimiliraju kisik izravno iz zraka. Kosturni su organi dobili snažan razvoj, osiguravajući autonomiju kretanja po kopnu i podržavajući tijelo svim svojim organima u uvjetima neznatne gustoće okoliša, koja je tisućama puta niža od one u vodi. Čimbenici okoliša u okolišu prizemlje-zrak razlikuju se od ostalih staništa po velikom intenzitetu svjetlosti, značajnim oscilacijama temperature i vlažnosti zraka, korelaciji svih čimbenika s zemljopisnim položajem, promjeni godišnjeg doba i doba dana. Njihov utjecaj na organizme neraskidivo je povezan s kretanjem zraka i položajem u odnosu na mora i oceane i vrlo se razlikuje od utjecaja u vodenom okolišu (tablica 1.).

Životni uvjeti za organizme u zračnom i vodenom okolišu

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

Kopnene životinje i biljke razvile su vlastite, ne manje originalne prilagodbe na nepovoljne čimbenike okoliša: složenu strukturu tijela i njegove kože, učestalost i ritam životnih ciklusa, mehanizme termoregulacije itd. Pelud biljaka, kao i biljaka i životinje, čiji je život u cijelosti povezan sa zračnim okolišem. Stvoren je izuzetno blizak funkcionalni, resursni i mehanički odnos s tlom.

Mnoge gore navedene prilagodbe razmatrali smo kao primjere u karakterizaciji abiotskih čimbenika okoliša. Stoga sada nema smisla ponavljati pa ćemo im se vraćati u praktičnoj nastavi.