Z vidika okoljskih razmer je najbolj kompleksno okolje prizemlje-zrak. Življenje na kopnem je zahtevalo prilagoditve, ki so se izkazale za možne le z dovolj visoko stopnjo organiziranosti rastlin in živali.

4.2.1. Zrak kot dejavnik okolja za kopenske organizme

Nizka gostota zraka določa njegovo majhno dvižno silo in majhno mobilnost zraka. Prebivalci zraka morajo imeti svoj nosilni sistem, ki podpira telo: rastline - z različnimi mehanskimi tkivi, živali - s trdnim ali, veliko redkeje, hidrostatičnim skeletom. Poleg tega so vsi prebivalci zraka tesno povezani s površjem zemlje, ki jim služi za pritrditev in oporo. Življenje v zraku je nemogoče.

Resda so v zraku redno prisotni številni mikroorganizmi in živali, trosi, semena, plodovi in ​​cvetni prah rastlin, ki jih prenašajo zračni tokovi (slika 43), številne živali so sposobne aktivnega letenja, vendar je pri vseh teh vrstah glavna funkcija njihovega življenjskega cikla – razmnoževanje – poteka na površju zemlje. Za večino jih je bivanje v zraku povezano le z usedanjem ali iskanjem plena.

riž. 43. Porazdelitev členonožcev zračnega planktona po višini (po Dajo, 1975)

Nizka gostota zraka povzroča nizek upor pri gibanju. Zato so med evolucijo številne kopenske živali izkoristile ekološke prednosti te lastnosti zračnega okolja in pridobile sposobnost letenja. 75% vrst vseh kopenskih živali je sposobnih aktivnega letenja, predvsem žuželk in ptic, letalci pa so tudi med sesalci in plazilci. Kopenske živali letijo predvsem s pomočjo mišičnih naporov, nekatere pa lahko drsijo tudi z zračnimi tokovi.

Zahvaljujoč mobilnosti zraka ter vertikalnim in horizontalnim gibanjem zračnih mas, ki obstajajo v nižjih plasteh ozračja, je možno pasivno letenje številnih organizmov.

Anemofilija - najstarejši način opraševanja rastlin. Vse golosemenke se oprašujejo z vetrom, med kritosemenkami pa anemofilne rastline predstavljajo približno 10 % vseh vrst.

Anemofilijo opazimo v družinah bukve, breze, oreha, bresta, konoplje, koprive, kazuarine, gosje noge, šaša, žitaric, palm in mnogih drugih. Rastline, oprašene z vetrom, imajo številne prilagoditve, ki izboljšajo aerodinamične lastnosti njihovega cvetnega prahu, ter morfološke in biološke lastnosti, ki zagotavljajo učinkovitost opraševanja.

Življenje mnogih rastlin je popolnoma odvisno od vetra in z njegovo pomočjo se razprši. Takšno dvojno odvisnost opazimo pri smreki, boru, topolu, brezi, brestu, jesenu, bombažni travi, mačjem repu, saksaulu, džuzgunu itd.

Razvile so se številne vrste anemohorija– poravnava z uporabo zračnih tokov. Anemohorija je značilna za spore, semena in plodove rastlin, protozojske ciste, majhne žuželke, pajke itd. Organizmi, ki jih pasivno prenašajo zračni tokovi, se skupaj imenujejo aeroplankton po analogiji s planktonskimi prebivalci vodnega okolja. Posebne prilagoditve za pasivno letenje so zelo majhne velikosti telesa, povečanje njegove površine zaradi izrastkov, močna disekcija, velika relativna površina kril, uporaba mreže itd. (slika 44). Anemohorna semena in plodovi rastlin imajo tudi zelo majhne velikosti (na primer semena orhidej) ali različne krilate in padalu podobne dodatke, ki povečujejo njihovo sposobnost načrtovanja (slika 45).

riž. 44. Prilagoditve za transport z zračnimi tokovi pri žuželkah:

1 – komar Cardiocrepis brevirostris;

2 – žolčnik Porrycordila sp.;

3 – Hymenoptera Anargus fuscus;

4 – Hermes Dreyfusia nordmannianae;

5 – ličinka maškega molja Lymantria dispar

riž. 45. Prilagoditve na prenos vetra v plodovih in semenih rastlin:

1 – lipa Tilia intermedia;

2 – javor Acer monspessulanum;

3 – breza Betula pendula;

4 – bombažna trava Eriophorum;

5 – regrat Taraxacum officinale;

6 – mačji rep Typha scuttbeworhii

Pri razširjanju mikroorganizmov, živali in rastlin imajo glavno vlogo navpični konvekcijski zračni tokovi in ​​šibki vetrovi. Močni vetrovi, nevihte in orkani prav tako pomembno vplivajo na okolje na kopenske organizme.

Nizka gostota zraka povzroča razmeroma nizek pritisk na kopno. Običajno je 760 mmHg. Umetnost. Z naraščanjem nadmorske višine se tlak zmanjšuje. Na višini 5800 m je le polovično normalno. Nizek pritisk lahko omeji razširjenost vrst v gorah. Za večino vretenčarjev je zgornja meja življenja približno 6000 m, kar povzroči zmanjšanje oskrbe s kisikom in dehidracijo živali zaradi povečanja stopnje dihanja. Meje napredovanja v gore so približno enake višje rastline. Nekoliko bolj trdoživi so členonožci (poskočniki, pršice, pajki), ki jih najdemo na ledenikih nad mejo vegetacije.

Na splošno so vsi kopenski organizmi veliko bolj stenobatični kot vodni, saj običajna nihanja tlaka v njihovem okolju znašajo delčke atmosfere in tudi pri pticah, ki se dvigajo v velike višine, ne presegajo 1/3 običajnega.

Plinska sestava zraka. Poleg fizikalnih lastnosti zraka so za obstoj kopenskih organizmov izjemno pomembne njegove kemične lastnosti. Plinska sestava zraka v površinski plasti atmosfere je precej homogena glede na vsebnost glavnih komponent (dušik - 78,1%, kisik - 21,0, argon - 0,9, ogljikov dioksid - 0,035% po prostornini) zaradi visoke difuzivnost plinov in stalno mešanje konvekcijskih in vetrnih tokov. Vendar imajo lahko različne nečistoče plinastih, kapljično-tekočih in trdnih (prašnih) delcev, ki vstopajo v ozračje iz lokalnih virov, pomemben okoljski pomen.

Visoka vsebnost kisika je prispevala k povečanju metabolizma kopenskih organizmov v primerjavi s primarnimi vodnimi. Prav v kopenskem okolju je na podlagi visoke učinkovitosti oksidativnih procesov v telesu nastala živalska homeotermija. Kisik zaradi svoje stalno visoke vsebnosti v zraku ni omejevalni dejavnik življenja v kopenskem okolju. Le ponekod se pod posebnimi pogoji ustvari začasen primanjkljaj, na primer v kopičenju razpadajočih rastlinskih ostankov, zalogah žita, moke itd.

Vsebnost ogljikovega dioksida se lahko na določenih območjih površinske plasti zraka spreminja v dokaj pomembnih mejah. Na primer, v odsotnosti vetra v središču velikih mest se njegova koncentracija poveča desetkrat. Obstajajo redne dnevne spremembe vsebnosti ogljikovega dioksida v površinskih plasteh, povezane z ritmom fotosinteze rastlin. Sezonske so posledica sprememb v intenzivnosti dihanja živih organizmov, predvsem mikroskopsko majhne populacije tal. Povečana nasičenost zraka z ogljikovim dioksidom se pojavi v območjih vulkanske aktivnosti, blizu termalni vrelci in drugi podzemni izhodi tega plina. V visokih koncentracijah je ogljikov dioksid strupen. V naravi so takšne koncentracije redke.

V naravi je glavni vir ogljikovega dioksida tako imenovano dihanje tal. Talni mikroorganizmi in živali dihajo zelo intenzivno. Ogljikov dioksid difundira iz tal v ozračje, še posebej močno med dežjem. Veliko ga je v tleh, ki so zmerno vlažna, dobro ogrevana in bogata z organskimi ostanki. Tla bukovega gozda izpuščajo CO 2 od 15 do 22 kg/ha na uro, negnojena peščena tla pa le 2 kg/ha.

V sodobnih razmerah je človekova dejavnost pri izgorevanju zalog fosilnih goriv postala močan vir dodatnih količin CO 2 , ki vstopajo v ozračje.

Zračni dušik za večino prebivalcev zemeljsko okolje je inerten plin, vendar ga imajo številni prokariontski organizmi (nodulne bakterije, azotobacter, klostridije, modrozelene alge itd.) sposobnost, da ga vežejo in vključijo v biološki krog.

riž. 46. Pobočje z uničeno vegetacijo zaradi emisij žveplovega dioksida iz okoliških industrijskih podjetij

Tudi lokalna onesnaževala, ki vstopajo v zrak, lahko pomembno vplivajo na žive organizme. To še posebej velja za strupene plinaste snovi– metan, žveplov oksid, ogljikov monoksid, dušikov oksid, vodikov sulfid, klorove spojine, kot tudi prašni delci, saje itd., ki zamašijo zrak v industrijskih območjih. Glavni sodobni vir kemičnega in fizikalnega onesnaževanja ozračja je antropogeno: delo različnih industrijska podjetja in transport, erozija tal itd. Žveplov oksid (SO 2) je na primer strupen za rastline že v koncentracijah od petdesettisočinke do milijoninke prostornine zraka. Okoli industrijskih središč, ki s tem plinom onesnažujejo ozračje, odmre skoraj vsa vegetacija (slika 46). Nekatere rastlinske vrste so še posebej občutljive na SO 2 in služijo kot občutljiv indikator njegovega kopičenja v zraku. Na primer, veliko lišajev umre tudi s sledovi žveplovega oksida v okoliški atmosferi. Njihova prisotnost v gozdovih okoli velikih mest kaže na visoko čistost zraka. Pri izbiri vrst za ozelenitev poseljenih območij se upošteva odpornost rastlin na nečistoče v zraku. Na dim so občutljivi na primer navadna smreka in bor, javor, lipa, breza. Najbolj odporni so tuja, kanadski topol, ameriški javor, bezeg in nekateri drugi.

4.2.2. Tla in relief. Vremenske in podnebne značilnosti okolje zemlja-zrak

Edafski dejavniki okolja. Lastnosti tal in relief vplivajo tudi na življenjske razmere kopenskih organizmov, predvsem rastlin. Lastnosti zemeljske površine, ki ekološko vplivajo na njene prebivalce, imenujemo s skupnim imenom edafski dejavniki okolja (iz grškega "edaphos" - temelj, tla).

Narava koreninskega sistema rastlin je odvisna od hidrotermalnega režima, prezračevanja, sestave, sestave in strukture tal. Na primer, koreninski sistemi drevesnih vrst (breza, macesen) na območjih s permafrostom se nahajajo na majhnih globinah in se široko razprostirajo. Kjer ni permafrosta, so koreninski sistemi teh istih rastlin manj razširjeni in prodirajo globlje. Pri mnogih stepskih rastlinah lahko korenine dosežejo vodo iz velike globine, hkrati pa imajo veliko površinskih korenin v humusnem talnem obzorju, od koder rastline absorbirajo elemente mineralne prehrane. Na namočenih, slabo zračnih tleh v mangrovah imajo številne vrste posebne dihalne korenine - pnevmatofore.

Glede na različne lastnosti tal lahko ločimo številne ekološke skupine rastlin.

Torej, glede na reakcijo na kislost tal razlikujejo: 1) acidofilne vrste - rastejo naprej kisla tla s pH manj kot 6,7 (rastline sphagnum barja, bela trava); 2) nevtrofilni – gravitirajo k tlom s pH 6,7–7,0 (večina gojenih rastlin); 3) bazofilni– rastejo pri pH nad 7,0 (mordovnik, gozdna vetrnica); 4) enak - lahko raste na tleh s drugačen pomen pH (šmarnica, ovčja bilnica).

Glede na bruto sestavo tal obstajajo: 1) oligotrofni rastline, ki so zadovoljne z majhno količino elementov pepela (borov); 2) evtrofna, tiste, ki potrebujejo veliko količino elementov pepela (hrast, navadna kosmulja, večletni lesni plevel); 3) mezotrofni, zahtevajo zmerno količino pepelov (smreka).

Nitrofili– rastline, ki imajo raje tla, bogata z dušikom (kopriva).

Rastline slanih tal tvorijo skupino halofiti(soleros, sarsazan, kokpek).

Nekatere rastlinske vrste so omejene na različne substrate: petrofiti rastejo na kamnitih tleh in psamofiti naseljujejo premikajoče se peske.

Teren in narava tal vplivata na specifično gibanje živali. Na primer kopitarji, noji, droplje, ki živijo naprej odprti prostori, potrebujejo trdno podlago za izboljšanje odriva pri hitrem teku. Pri kuščarjih, ki živijo na premikajočem se pesku, so prsti obrobljeni z robom poroženelih lusk, ki povečuje oporno površino (slika 47). Za kopenske prebivalce, ki kopljejo luknje, so gosta tla neugodna. Narava tal v nekaterih primerih vpliva na razširjenost kopenskih živali, ki kopljejo rove, se zarijejo v tla, da se izognejo vročini ali plenilcem, ali odlagajo jajčeca v zemljo itd.

riž. 47. Pahljačasti gekon - prebivalec saharskega peska: A - pahljačasti gekon; B – gekonova noga

Vremenske značilnosti.Življenjske razmere v prizemno-zračnem okolju so zapletene, poleg tega vremenske spremembe.Vreme - to je nenehno spreminjajoče se stanje atmosfere na zemeljski površini do nadmorske višine približno 20 km (meja troposfere). Spremenljivost vremena se kaže v nenehnem spreminjanju kombinacije okoljskih dejavnikov, kot so temperatura in vlaga, oblačnost, padavine, moč in smer vetra itd. Za vremenske spremembe, skupaj z njihovim naravnim menjavanjem v letnem ciklu, je značilna neperiodična nihanja, kar bistveno oteži pogoje obstoja kopenskih organizmov. Vreme vpliva na življenje vodnih prebivalcev v precej manjši meri in le na naseljenost površinskih plasti.

Podnebje območja. Značilen je dolgoročni vremenski režim podnebje območja. Pojem podnebje ne vključuje le povprečnih vrednosti meteoroloških pojavov, temveč tudi njihov letni in dnevni cikel, odstopanja od njega in njihovo pogostost. Podnebje je odvisno od geografskih razmer območja.

Conska raznolikost podnebja je zapletena zaradi delovanja monsunskih vetrov, porazdelitve ciklonov in anticiklonov, vpliva gorskih verig na gibanje zračnih mas, stopnje oddaljenosti od oceana (kontinentalnost) in številnih drugih lokalnih dejavnikov. V gorah je podnebna cona, ki je zelo podobna spremembi con od nizkih zemljepisnih širin do visokih zemljepisnih širin. Vse to ustvarja izjemno pestrost življenjskih pogojev na kopnem.

Za večino kopenskih organizmov, zlasti majhnih, ni toliko pomembno podnebje območja, kot razmere njihovega neposrednega habitata. Zelo pogosto lokalni okoljski elementi (relief, izpostavljenost, vegetacija itd.) spremenijo režim temperature, vlažnosti, svetlobe, gibanja zraka na določenem območju tako, da se bistveno razlikuje od podnebnih razmer območja. Takšne lokalne podnebne spremembe, ki se razvijejo v površinski plasti zraka, imenujemo mikroklimo. Vsako območje ima zelo raznoliko mikroklimo. Določimo lahko mikroklime poljubno majhnih površin. Na primer, v venčkih cvetov se ustvari poseben režim, ki ga uporabljajo tam živeče žuželke. Razlike v temperaturi, zračni vlagi in moči vetra so splošno znane na odprtem prostoru in v gozdovih, v travnatih sestojih in na golih tleh, na pobočjih severne in južne lege itd. Posebna stabilna mikroklima nastane v rovih, gnezdih, duplih. , jamah in drugih zaprtih prostorih.

Padavine. Poleg zagotavljanja vode in ustvarjanja zalog vlage lahko igrajo tudi druge ekološke vloge. Tako močne padavine ali toča včasih mehansko vplivajo na rastline ali živali.

Posebno pestra je ekološka vloga snežne odeje. Dnevna temperaturna nihanja prodrejo v globino snega le do 25 cm, globlje ostane temperatura skoraj nespremenjena. Pri zmrzali -20-30 °C pod plastjo snega 30-40 cm je temperatura le malo pod ničlo. Globoka snežna odeja varuje obnovitvene popke in ščiti zelene dele rastlin pred zmrzovanjem; številne vrste gredo pod sneg, ne da bi odvrgle listje, na primer dlakavca, veronica officinalis, parkelj itd.

riž. 48. Shema telemetrične študije temperaturnega režima jerebov, ki se nahajajo v snežni luknji (po A. V. Andreevu, A. V. Krechmarju, 1976)

Majhne kopenske živali tudi pozimi vodijo aktiven življenjski slog in ustvarjajo cele galerije rovov pod snegom in v njegovi debelini. Za številne vrste, ki se prehranjujejo s snežno vegetacijo, je značilno celo zimsko razmnoževanje, kar opažamo na primer pri lemingih, lesnih in rumenogrli miših, številnih voluharjih, vodnih podganah itd. , ruševec, tundra jerebica - zakopajte se v sneg za noč (slika 48).

Zimska snežna odeja velikim živalim otežuje pridobivanje hrane. Številni parkljarji (severni jeleni, divji prašiči, muškatni govedi) se pozimi prehranjujejo izključno s snežno vegetacijo, globoka snežna odeja, predvsem pa trda skorja na njeni površini, ki nastane ob žledu, jih obsoja na lakoto. Med nomadsko živinorejo v predrevolucionarni Rusiji je v južnih regijah prišlo do velike katastrofe. juta – množična smrt živine zaradi ledenih razmer, ki živalim prikrajšajo hrano. Tudi gibanje po ohlapnem globokem snegu je za živali oteženo. Lisice, na primer, v snežnih zimah imajo raje območja v gozdu pod gostimi smrekami, kjer je plast snega tanjša, in skoraj nikoli ne gredo ven na odprte jase in gozdne robove. Višina snega lahko omeji geografsko porazdelitev vrst. Na primer, pravi jeleni ne prodrejo proti severu v tista območja, kjer je debelina snega pozimi večja od 40–50 cm.

Belina snežne odeje razkriva temne živali. Izbira kamuflaže, ki se ujema z barvo ozadja, je očitno igrala pomembno vlogo pri pojavu sezonskih barvnih sprememb pri ptarmiganu in tundri, gorskem zajcu, hermelinu, podlasici in polarni lisici. Na poveljniških otokih je poleg belih lisic veliko modrih lisic. Po opažanjih zoologov se slednji zadržujejo predvsem ob temnih skalah in progah za deskanje brez ledu, medtem ko imajo beli raje območja s snežno odejo.

Prizemno-zračni habitat

V procesu evolucije se je to okolje razvilo pozneje kot vodno okolje. Ekološki dejavniki prizemno-zračnega okolja se od drugih habitatov razlikujejo po visoki intenzivnosti svetlobe, znatnih nihanjih temperature in zračne vlage, korelaciji vseh dejavnikov z geografsko lego, menjavo letnih časov in časa dneva. Okolje je plinasto, zato so zanj značilni nizka vlažnost, gostota in pritisk ter visoka vsebnost kisika.

Značilnosti abiotskih dejavnikov okolja: svetloba, temperatura, vlaga - glej prejšnje predavanje.

Plinska sestava ozračja je tudi pomemben podnebni dejavnik. Pred približno 3 -3,5 milijardami let je atmosfera vsebovala dušik, amoniak, vodik, metan in vodno paro, v njej pa ni bilo prostega kisika. Sestavo ozračja so v veliki meri določali vulkanski plini.

Trenutno je ozračje sestavljeno predvsem iz dušika, kisika in relativno manjših količin argona in ogljikovega dioksida. Vsi drugi plini, ki so prisotni v ozračju, so le v sledovih. Za bioto je še posebej pomembna relativna vsebnost kisika in ogljikovega dioksida.

Visoka vsebnost kisika je prispevala k povečanju metabolizma kopenskih organizmov v primerjavi s primarnimi vodnimi. Je v zemeljskem okolju, na podlagi visoke učinkovitosti oksidativni procesi v telesu je nastala živalska homeotermija. Kisik zaradi svoje stalno visoke vsebnosti v zraku ni omejevalni dejavnik življenja v kopenskem okolju. Le ponekod se pod posebnimi pogoji ustvari začasen primanjkljaj, na primer v kopičenju razpadajočih rastlinskih ostankov, zalogah žita, moke itd.

Vsebnost ogljikovega dioksida se lahko na določenih območjih površinske plasti zraka spreminja v dokaj pomembnih mejah. Na primer, v odsotnosti vetra v središču velikih mest se njegova koncentracija poveča desetkrat. Obstajajo redne dnevne spremembe vsebnosti ogljikovega dioksida v površinskih plasteh, povezane z ritmom fotosinteze rastlin, in sezonske spremembe, ki jih povzročajo spremembe v stopnji dihanja živih organizmov, predvsem mikroskopske populacije tal. Povečana nasičenost zraka z ogljikovim dioksidom se pojavi na območjih vulkanske dejavnosti, v bližini termalnih vrelcev in drugih podzemnih iztokov tega plina. Nizka vsebnost ogljikovega dioksida zavira proces fotosinteze. V pogojih zaprtih tal je mogoče povečati hitrost fotosinteze s povečanjem koncentracije ogljikovega dioksida; To se uporablja v praksi rastlinjakov in rastlinjakov.

Dušik v zraku je za večino prebivalcev zemeljskega okolja inerten plin, vendar ga imajo številni mikroorganizmi (nodulne bakterije, Azotobacter, klostridije, modrozelene alge itd.) sposobnost, da ga vežejo in vključijo v biološki krog.

Tudi lokalna onesnaževala, ki vstopajo v zrak, lahko pomembno vplivajo na žive organizme. To še posebej velja za strupene plinaste snovi - metan, žveplov oksid (IV), ogljikov monoksid (II), dušikov oksid (IV), vodikov sulfid, klorove spojine, pa tudi prašne delce, saje itd., ki onesnažujejo zrak v industrijskih področja. Glavni sodobni vir kemičnega in fizikalnega onesnaževanja ozračja je antropogeno: delo različnih industrijskih podjetij in prometa, erozija tal itd. Žveplov oksid (SO 2) je na primer strupen za rastline že v koncentracijah od ena petdeset do tisočinka do milijoninka prostornine zraka Nekatere rastlinske vrste so še posebej občutljive na S0 2 in služijo kot občutljiv indikator njegovega kopičenja v zraku (na primer lišaji.

Nizka gostota zraka določa njegovo nizko dvižno silo in nepomembno podporo. Prebivalci zračnega okolja morajo imeti svoj nosilni sistem, ki podpira telo: rastline - z različnimi mehanskimi tkivi, živali - s trdnim ali, veliko redkeje, hidrostatičnim skeletom. Poleg tega so vsi prebivalci zraka tesno povezani s površjem zemlje, ki jim služi za pritrditev in oporo. Življenje v visečem stanju v zraku je nemogoče. Res je, številni mikroorganizmi in živali, spore, semena in cvetni prah rastlin so redno prisotni v zraku in jih prenašajo zračni tokovi (anemohorija), številne živali so sposobne aktivnega letenja, a pri vseh teh vrstah je glavna funkcija njihovega življenjskega cikla - razmnoževanje - se izvaja na površini zemlje. Za večino jih je bivanje v zraku povezano le z usedanjem ali iskanjem plena.

Veter omejujoče vpliva na aktivnost in enakomerno porazdelitev organizmov. Veter se lahko celo spremeni videz rastlin, zlasti v tistih habitatih, na primer v alpskih območjih, kjer imajo drugi dejavniki omejujoč učinek. V odprtih gorskih habitatih veter omejuje rast rastlin in povzroči, da se rastline upogibajo proti vetru. Poleg tega veter poveča evapotranspiracijo v pogojih nizke vlažnosti. Velik pomen imajo nevihte, čeprav je njihov učinek izključno lokalni. Orkani in tudi običajni vetrovi lahko prenašajo živali in rastline na velike razdalje in s tem spremenijo sestavo skupnosti.

Pritisk, očitno ni neposreden omejitveni dejavnik, je pa neposredno povezan z vremenom in podnebjem, ki neposredno omejujeta. Nizka gostota zraka povzroča razmeroma nizek pritisk na kopno. Običajno je 760 mmHg. Z naraščanjem nadmorske višine se tlak zmanjšuje. Na višini 5800 m je le polovično normalno. Nizek pritisk lahko omeji razširjenost vrst v gorah. Za večino vretenčarjev je zgornja meja življenja približno 6000 m, kar povzroči zmanjšanje oskrbe s kisikom in dehidracijo živali zaradi povečanja stopnje dihanja. Meje napredovanja višjih rastlin v gore so približno enake. Nekoliko bolj trdoživi so členonožci (poskočniki, pršice, pajki), ki jih najdemo na ledenikih nad mejo vegetacije.

Na splošno so vsi kopenski organizmi veliko bolj stenobatični kot vodni.

St. Petersburg državna akademija

Veterina.

Katedra za splošno biologijo, ekologijo in histologijo.

Povzetek o ekologiji na temo:

Prizemno-zračno okolje, njegovi dejavniki

in prilagajanje organizmov nanje"

Izpolnila: študentka 1. letnika

Oi skupina Pyatochenko N. L.

Preveril: izredni profesor katedre

Vakhmistrova S. F.

Saint Petersburg

Uvod

Življenjski pogoji (pogoji obstoja) so skupek elementov, potrebnih za organizem, s katerimi je neločljivo povezan in brez katerih ne more obstajati.

Prilagoditve organizma na okolje imenujemo adaptacija. Sposobnost prilagajanja je ena glavnih lastnosti življenja nasploh, ki zagotavlja možnost njegovega obstoja, preživetja in razmnoževanja. Prilagajanje se kaže v različne ravni– od biokemije celic in obnašanja posameznih organizmov do strukture in delovanja skupnosti in ekosistemov. Prilagoditve se pojavljajo in spreminjajo med razvojem vrste.

Posamezne lastnosti ali elemente okolja, ki vplivajo na organizme, imenujemo dejavniki okolja. Okoljski dejavniki so različni. Imajo drugačna narava in posebnosti akcije. Okoljske dejavnike delimo v dve veliki skupini: abiotske in biotske.

Abiotski dejavniki je skupek pogojev v anorganskem okolju, ki neposredno ali posredno vplivajo na žive organizme: temperatura, svetloba, radioaktivno sevanje, tlak, zračna vlaga, solna sestava vode itd.

Biotski dejavniki so vse oblike vpliva živih organizmov drug na drugega. Vsak organizem nenehno doživlja neposreden ali posreden vpliv drugih, vstopa v komunikacijo s predstavniki svoje in drugih vrst.

V nekaterih primerih antropogene dejavnike uvrščamo v ločeno skupino skupaj z biotskimi in abiotskimi dejavniki, s čimer poudarjamo izjemen učinek antropogenega dejavnika.

Antropogeni dejavniki so vse oblike dejavnosti človeške družbe, ki povzročajo spremembe v naravi kot življenjskem prostoru drugih vrst ali neposredno vplivajo na njihovo življenje. Pomen antropogenih vplivov na celoten živi svet Zemlje še naprej strmo narašča.

Spremembe okoljskih dejavnikov skozi čas so lahko:

1) redno-stalna, spreminjajoča se moč vpliva glede na čas dneva, letni čas ali ritem plimovanja v oceanu;

2) nepravilne, brez jasne periodičnosti, na primer spremembe vremenskih razmer v različnih letih, nevihte, plohe, blatni tokovi itd.;

3) usmerjena v določena ali daljša časovna obdobja, na primer hlajenje ali segrevanje podnebja, zaraščanje rezervoarja itd.

Okoljski okoljski dejavniki imajo lahko različne učinke na žive organizme:

1) kot dražilne snovi, ki povzročajo prilagoditvene spremembe v fizioloških in biokemičnih funkcijah;

2) kot omejevalniki, ki onemogočajo obstoj v podatkih

pogoji;

3) kot modifikatorji, ki povzročajo anatomske in morfološke spremembe v organizmih;

4) kot signali, ki kažejo na spremembe drugih dejavnikov.

Kljub široki raznolikosti okoljskih dejavnikov je mogoče prepoznati številne splošne vzorce v naravi njihove interakcije z organizmi in v odzivih živih bitij.

Intenzivnost dejavnika okolja, ki je za življenje organizma najugodnejša, je optimalna, tisti, ki daje najslabši učinek, pa pesimum, tj. pogoji, v katerih je vitalna aktivnost organizma maksimalno zavirana, vendar še vedno lahko obstaja. Tako bo pri gojenju rastlin v različnih temperaturnih pogojih optimalna točka, kjer opazimo največjo rast. V večini primerov je to določeno temperaturno območje več stopinj, zato je tukaj bolje govoriti o optimalnem območju. Celotno temperaturno območje (od minimuma do maksimuma), pri katerem je še možna rast, imenujemo območje stabilnosti (vzdržljivosti) ali tolerance. Točka, ki omejuje njegove (tj. najnižje in najvišje) temperature, primerne za življenje, je meja stabilnosti. Med optimalno cono in mejo stabilnosti, ko se bliža slednji, rastlina doživlja vse večji stres, tj. govorimo o o območjih stresa ali območjih zatiranja v območju odpornosti

Odvisnost delovanja okoljskega dejavnika od njegove intenzivnosti (po V.A. Radkevichu, 1977)

Ko se premikate po lestvici gor in dol, se stres ne povečuje le, ampak na koncu, ko so dosežene meje odpornosti telesa, pride do njegove smrti. Podobne poskuse je mogoče izvesti za preverjanje vpliva drugih dejavnikov. Rezultati bodo grafično ustrezali podobni vrsti krivulje

Prizemno-zračno okolje življenja, njegove značilnosti in oblike prilagajanja nanj.

Življenje na kopnem je zahtevalo prilagoditve, za katere se je izkazalo, da so možne le pri visoko organiziranih živih organizmih. Kopensko-zračno okolje je težje za življenje, zanj je značilna visoka vsebnost kisika, majhna količina vodne pare, nizka gostota itd. S tem so se močno spremenili pogoji dihanja, izmenjave vode in gibanja živih bitij.

Nizka gostota zraka določa njegovo majhno dvižno silo in nepomembno podporo. Organizmi v zraku morajo imeti svoje podporni sistem podpora telesu: rastline - različna mehanska tkiva, živali - trdno ali hidrostatično okostje. Poleg tega so vsi prebivalci zraka tesno povezani s površjem zemlje, ki jim služi za pritrditev in oporo.

Nizka gostota zraka zagotavlja nizek upor pri gibanju. Zato so mnoge kopenske živali pridobile sposobnost letenja. 75% vseh kopenskih živali, predvsem žuželk in ptic, se je prilagodilo aktivnemu letu.

Zahvaljujoč mobilnosti zraka ter navpičnih in vodoravnih tokov zračnih mas, ki obstajajo v nižjih plasteh ozračja, je možno pasivno letenje organizmov. V zvezi s tem so številne vrste razvile anemohorijo - razpršitev s pomočjo zračnih tokov. Anemohorija je značilna za spore, semena in plodove rastlin, protozojske ciste, majhne žuželke, pajke itd. Organizmi, ki jih pasivno prenašajo zračni tokovi, se skupaj imenujejo aeroplankton.

Kopenski organizmi obstajajo v razmerah relativno nizkega tlaka zaradi nizke gostote zraka. Običajno je 760 mmHg. Z naraščanjem nadmorske višine se tlak zmanjšuje. Nizek pritisk lahko omeji razširjenost vrst v gorah. Pri vretenčarjih je zgornja meja življenja okoli 60 mm. Zmanjšanje tlaka povzroči zmanjšanje oskrbe s kisikom in dehidracijo živali zaradi povečanja stopnje dihanja. Višje rastline imajo približno enake meje napredovanja v gorah. Nekoliko bolj vzdržljivi so členonožci, ki jih najdemo na ledenikih nad mejo vegetacije.

Plinska sestava zraka. Za obstoj kopenskih organizmov so poleg fizikalnih lastnosti zraka zelo pomembne njegove kemične lastnosti. Plinska sestava zraka v površinski plasti atmosfere je precej enotna glede na vsebnost glavnih sestavin (dušik - 78,1%, kisik - 21,0%, argon 0,9%, ogljikov dioksid - 0,003% po prostornini).

Visoka vsebnost kisika je prispevala k povečanju presnove pri kopenskih organizmih v primerjavi s primarnimi vodnimi organizmi. Prav v kopenskem okolju je na podlagi visoke učinkovitosti oksidativnih procesov v telesu nastala živalska homeotermija. Kisik zaradi konstantno visoke vsebnosti v zraku ni omejevalni dejavnik za življenje v kopenskem okolju.

Vsebnost ogljikovega dioksida se lahko na določenih območjih površinske plasti zraka spreminja v dokaj pomembnih mejah. Povečana nasičenost zraka s CO? pojavlja se na območjih vulkanske dejavnosti, v bližini termalnih vrelcev in drugih podzemnih iztokov tega plina. V visokih koncentracijah je ogljikov dioksid strupen. V naravi so takšne koncentracije redke. Nizka vsebnost CO2 zavira proces fotosinteze. V pogojih zaprtih tal lahko povečate hitrost fotosinteze s povečanjem koncentracije ogljikovega dioksida. To se uporablja v praksi rastlinjakov in rastlinjakov.

Dušik v zraku je za večino prebivalcev zemeljskega okolja inerten plin, vendar ga imajo določeni mikroorganizmi (vozličaste bakterije, dušikove bakterije, modrozelene alge itd.) sposobnost, da ga vežejo in vključijo v biološki krogotok snovi.

Pomanjkanje vlage je ena bistvenih značilnosti zemeljsko-zračnega okolja življenja. Celoten razvoj kopenskih organizmov je potekal v znamenju prilagajanja na pridobivanje in ohranjanje vlage. Režimi vlažnosti na kopnem so zelo raznoliki - od popolne in stalne nasičenosti zraka z vodno paro na nekaterih območjih tropov do skoraj popolne odsotnosti v suhem zraku puščav. Obstajajo tudi velike dnevne in sezonske variabilnosti vsebnosti vodne pare v ozračju. Oskrba kopenskih organizmov z vodo je odvisna tudi od padavinskega režima, prisotnosti rezervoarjev, zalog vlage v tleh, bližine vodnih virov itd.

To je pri kopenskih organizmih pripeljalo do razvoja prilagoditve na različne režime oskrbe z vodo.

Temperaturni režim. Druga posebnost okolja zrak-zemlja so znatna temperaturna nihanja. V večini kopenskih območij so dnevni in letni temperaturni razponi več deset stopinj. Odpornost na temperaturne spremembe v okolju med kopenskimi prebivalci je zelo različna, odvisno od specifičnega habitata, v katerem poteka njihovo življenje. Na splošno pa so kopenski organizmi v primerjavi z vodnimi veliko bolj evritermni.

Življenjske razmere v prizemno-zračnem okolju dodatno otežujejo obstoj vremenskih sprememb. Vreme - nenehno spreminjajoče se razmere atmosfere na površju, do nadmorske višine približno 20 km (meja troposfere). Spremenljivost vremena se kaže v nenehnem nihanju kombinacije okoljskih dejavnikov, kot so temperatura, zračna vlaga, oblačnost, padavine, moč in smer vetra itd. Dolgoročni vremenski režim je značilen za podnebje območja. Pojem "podnebje" ne vključuje le povprečnih vrednosti meteoroloških pojavov, temveč tudi njihov letni in dnevni cikel, odstopanje od njega in njihovo pogostost. Podnebje je odvisno od geografskih razmer območja. Glavna podnebna dejavnika - temperatura in vlažnost - se merita s količino padavin in nasičenostjo zraka z vodno paro.

Za večino kopenskih organizmov, zlasti majhnih, podnebje območja ni tako pomembno kot pogoji njihovega neposrednega habitata. Zelo pogosto lokalni okoljski elementi (relief, ekspozicija, vegetacija itd.) spremenijo režim temperatur, vlažnosti, svetlobe, gibanja zraka na določenem območju tako, da se bistveno razlikuje od podnebnih razmer območja. Takšne podnebne spremembe, ki se razvijejo v površinski plasti zraka, imenujemo mikroklima. V vsakem območju je mikroklima zelo raznolika. Možno je prepoznati mikroklime zelo majhnih območij.

Tudi svetlobni režim prizemno-zračnega okolja ima nekaj posebnosti. Intenzivnost in količina svetlobe sta tukaj največji in praktično ne omejujeta življenja zelenih rastlin, kot v vodi ali zemlji. Na kopnem je zelo mogoče obstajati fotofilne vrste. Za veliko večino kopenskih živali z dnevno in celo nočno aktivnostjo je vid ena glavnih metod orientacije. Kopenske živali imajo vid pomembno Za iskanje plena imajo številne vrste celo barvni vid. V zvezi s tem žrtve razvijejo prilagoditvene lastnosti, kot so obrambna reakcija, kamuflažna in opozorilna obarvanost, mimikrija itd.

Pri vodnih prebivalcih so takšne prilagoditve veliko manj razvite. Pojav svetlo obarvanih cvetov višjih rastlin je povezan tudi z značilnostmi aparata opraševalcev in navsezadnje s svetlobnim režimom okolja.

Lastnosti terena in tal so tudi življenjski pogoji za kopenske organizme in predvsem rastline. Lastnosti zemeljske površine, ki ekološko vplivajo na njene prebivalce, združujejo »edafski okoljski dejavniki« (iz grščine »edaphos« - »tla«).

V zvezi z različnimi lastnostmi tal, cela vrsta okoljske skupine rastline. Tako jih glede na reakcijo na kislost tal ločimo:

1) acidofilne vrste - rastejo na kislih tleh s pH najmanj 6,7 (rastline sphagnum barja);

2) nevtrofilci rastejo na tleh s pH 6,7–7,0 (večina gojene rastline);

3) basophilaceae rastejo pri pH nad 7,0 (Echinops, lesna vetrnica);

4) brezbrižni lahko rastejo na tleh z različnimi pH vrednostmi (šmarnica).

Rastline se razlikujejo tudi po vlažnosti tal. Določene vrste so omejeni na različne substrate, na primer pettrofiti rastejo na kamnitih tleh, pazmofiti poseljujejo rahli pesek.

Teren in narava tal vplivata na specifično gibanje živali: na primer parkljarji, noji, droplje, ki živijo na odprtih prostorih, trda tla, da povečajo odboj pri teku. Pri kuščarjih, ki živijo v premikajočem se pesku, so prsti obrobljeni z robom poroženelih lusk, ki povečuje oporo. Za kopenske prebivalce, ki kopljejo luknje, je gosta prst neugodna. Narava tal v določenih primerih vpliva na razširjenost kopenskih živali, ki kopljejo luknje ali se zakopljejo v zemljo, ali v zemljo odlagajo jajčeca itd.

O sestavi zraka.

Plinska sestava zraka, ki ga dihamo, je videti takole: 78 % je dušik, 21 % kisik in 1 % drugi plini. Toda v ozračju velikih industrijskih mest je to razmerje pogosto kršeno. Pomemben delež sestavljajo škodljive nečistoče, ki jih povzročajo emisije iz podjetij in vozil. Motorni promet vnaša v ozračje številne nečistoče: ogljikovodike neznane sestave, benzo(a)piren, ogljikov dioksid, žveplove in dušikove spojine, svinec, ogljikov monoksid.

Ozračje je sestavljeno iz mešanice številnih plinov - zraka, v katerem so suspendirane koloidne primesi - prah, kapljice, kristali itd. Sestava atmosferskega zraka se z višino malo spreminja. Vendar pa se od višine približno 100 km poleg molekularnega kisika in dušika pojavi tudi atomski kisik kot posledica disociacije molekul in začne se gravitacijsko ločevanje plinov. Nad 300 km v ozračju prevladuje atomski kisik, nad 1000 km - helij in nato atomski vodik. Tlak in gostota atmosfere padata z višino; približno polovica celotne mase ozračja je skoncentrirana v spodnjih 5 km, 9/10 v spodnjih 20 km in 99,5 % v spodnjih 80 km. Na nadmorski višini okoli 750 km gostota zraka pade na 10-10 g/m3 (medtem ko je na zemeljskem površju okoli 103 g/m3), vendar je tudi tako nizka gostota še vedno dovolj za nastanek aurore. Atmosfera nima ostre zgornje meje; gostoto njegovih sestavnih plinov

Sestava atmosferskega zraka, ki ga diha vsak od nas, vključuje več plinov, od katerih so glavni: dušik (78,09%), kisik (20,95%), vodik (0,01%), ogljikov dioksid (ogljikov dioksid) (0,03%) in inertni plini (0,93%). Poleg tega je v zraku vedno določena količina vodne pare, katere količina se vedno spreminja s spremembami temperature: višja kot je temperatura, večja je vsebnost pare in obratno. Zaradi nihanja količine vodne pare v zraku tudi odstotek plinov v njem ni konstanten. Vsi plini, ki sestavljajo zrak, so brez barve in vonja. Teža zraka se spreminja ne le glede na temperaturo, ampak tudi glede na vsebnost vodne pare v njem. Pri enaki temperaturi je teža suhega zraka večja od teže vlažnega zraka, ker vodna para je veliko lažja od zračne pare.

Tabela prikazuje plinsko sestavo ozračja v volumetričnem masnem razmerju in življenjsko dobo glavnih komponent:

Lastnosti plinov, ki sestavljajo atmosferski zrak pod pritiskom, se spremenijo.

Na primer: kisik pod pritiskom več kot 2 atmosferi ima toksičen učinek na telo.

Dušik pod tlakom nad 5 atmosfer ima narkotičen učinek (zastrupitev z dušikom). Hiter dvig iz globin povzroči dekompresijsko bolezen zaradi hitrega sproščanja dušikovih mehurčkov iz krvi, kot da bi jo penili.

Povečanje ogljikovega dioksida za več kot 3 % v dihalni mešanici povzroči smrt.

Vsaka komponenta, ki sestavlja zrak, s povečanjem tlaka do določenih meja postane strup, ki lahko zastrupi telo.

Študije plinske sestave ozračja. Atmosferska kemija

Za zgodovino hitrega razvoja relativno mlade veje znanosti, imenovane atmosferska kemija, je najbolj primeren izraz "spurt" (met), ki se uporablja v hitrih športih. Začetno pištolo sta verjetno izstrelila dva članka, objavljena v zgodnjih sedemdesetih letih. Pogovarjali so se o možnem uničevanju stratosferskega ozona z dušikovimi oksidi – NO in NO2. Prvi je pripadal bodočemu Nobelovemu nagrajencu, nato pa uslužbencu univerze v Stockholmu P. Crutzenu, ki je menil, da je verjeten vir dušikovih oksidov v stratosferi naravno prisoten dušikov oksid N2O, ki razpada pod vplivom sončne svetlobe. Avtor drugega članka, kemik s kalifornijske univerze Berkeley G. Johnston, je predlagal, da se dušikovi oksidi pojavljajo v stratosferi kot posledica človekove dejavnosti, in sicer med emisijami produktov izgorevanja iz reaktivnih motorjev letal na velikih višinah.

Zgornje hipoteze seveda niso nastale od nikoder. Razmerje vsaj glavnih sestavin v atmosferskem zraku - molekul dušika, kisika, vodne pare itd. - je bilo znano že veliko prej. Že v drugi polovici 19. stol. V Evropi so bile opravljene meritve koncentracij ozona v površinskem zraku. V tridesetih letih 20. stoletja je angleški znanstvenik S. Chapman odkril mehanizem nastajanja ozona v čisto kisikovi atmosferi, kar kaže na niz interakcij kisikovih atomov in molekul ter ozona v odsotnosti kakršnih koli drugih komponent zraka. Vendar pa so v poznih 50. letih prejšnjega stoletja meritve z vremenskimi raketami pokazale, da je v stratosferi veliko manj ozona, kot bi ga moralo biti glede na Chapmanov reakcijski cikel. Čeprav ta mehanizem še danes ostaja temeljnega pomena, je postalo jasno, da obstajajo še nekateri drugi procesi, ki prav tako aktivno sodelujejo pri nastajanju atmosferskega ozona.

Omeniti velja, da je bilo do začetka 70. let prejšnjega stoletja znanje na področju atmosferske kemije pridobljeno predvsem s prizadevanji posameznih znanstvenikov, katerih raziskave niso bile združene z nobenim družbeno pomembnim konceptom in so bile najpogosteje zgolj akademske narave. Johnstonovo delo je nekaj drugega: po njegovih izračunih bi lahko 500 letal, ki letijo 7 ur na dan, zmanjšalo količino stratosferskega ozona za nič manj kot 10%! In če bi bile te ocene poštene, potem je problem takoj postal socialno-ekonomski, saj bi morali v tem primeru vse programe razvoja nadzvočnega transportnega letalstva in z njim povezane infrastrukture precej prilagoditi, morda celo zapreti. Poleg tega se je takrat prvič zares pojavilo vprašanje, da lahko antropogena dejavnost povzroči ne lokalno, ampak globalno kataklizmo. Seveda je v trenutnih razmerah teorija potrebovala zelo trdo in hkrati operativno preverjanje.

Spomnimo se, da je bistvo zgornje hipoteze bilo, da dušikov oksid reagira z ozonom NO + O3 ® ® NO2 + O2, nato pa dušikov dioksid, ki nastane pri tej reakciji, reagira z atomom kisika NO2 + O ® NO + O2 in s tem obnovi prisotnosti NE v ozračju, medtem ko je molekula ozona izgubljena za vedno. V tem primeru se takšen par reakcij, ki sestavlja dušikov katalitični cikel uničenja ozona, ponavlja, dokler se katera koli kemična oz. fizikalni procesi ne bo povzročila odstranitve dušikovih oksidov iz ozračja. Na primer, NO2 se oksidira v dušikova kislina HNO3 je zelo topen v vodi in se zato iz ozračja odstrani z oblaki in padavinami. Katalitski cikel dušika je zelo učinkovit: ena molekula NO med svojim bivanjem v ozračju uspe uničiti več deset tisoč molekul ozona.

Toda, kot veste, težave ne pridejo same. Kmalu so strokovnjaki z ameriških univerz - Michigan (R. Stolarski in R. Cicerone) in Harvard (S. Wofsey in M. McElroy) - ugotovili, da ima ozon morda še bolj neusmiljenega sovražnika - klorove spojine. Klorov katalitski cikel razgradnje ozona (reakcije Cl + O3 ® ClO + O2 in ClO + O ® Cl + O2) je bil po njihovih ocenah nekajkrat učinkovitejši od dušikovega. Edini razlog za previden optimizem je bilo, da je količina naravno prisotnega klora v ozračju razmeroma majhna, kar pomeni, da skupni učinek njegovega vpliva na ozon morda ni premočan. Situacija pa se je dramatično spremenila, ko sta leta 1974 zaposlena na kalifornijski univerzi Irvine S. Rowland in M. Molina ugotovila, da so vir klora v stratosferi klorofluoroogljikove spojine (CFC), ki se pogosto uporabljajo v hladilnih napravah, embalaži aerosolov, itd. Ker so te snovi negorljive, nestrupene in kemično pasivne, jih dvigajoči zračni tokovi počasi prenašajo z zemeljske površine v stratosfero, kjer se njihove molekule uničijo. sončna svetloba, kar povzroči sproščanje prostih atomov klora. Industrijska proizvodnja freonov, ki se je začela v 30. letih prejšnjega stoletja, in njihove emisije v ozračje so vsa naslednja leta, predvsem v 70. in 80. letih, vztrajno naraščale. Tako so teoretiki v zelo kratkem času identificirali dva problema v atmosferski kemiji, ki ju povzroča intenzivno antropogeno onesnaženje.

Da pa bi preverili veljavnost postavljenih hipotez, je bilo treba opraviti veliko nalog.

Prvič, razširiti laboratorijske raziskave, med katerimi bi bilo mogoče določiti ali razjasniti hitrosti fotokemičnih reakcij med različnimi komponentami atmosferskega zraka. Povedati je treba, da so imeli zelo skopi podatki o teh hitrostih, ki so obstajali v tistem času, tudi precejšnjo mero napake (do nekaj sto odstotkov). Poleg tega pogoji, v katerih so bile opravljene meritve, praviloma niso natančno ustrezali realnostim atmosfere, kar je resno poslabšalo napako, saj je bila intenzivnost večine reakcij odvisna od temperature in včasih od tlaka ali gostote atmosfere. zrak.

Drugič, v laboratorijskih pogojih intenzivno proučuje sevalno-optične lastnosti številnih majhnih atmosferskih plinov. Uničijo se molekule znatnega števila sestavin atmosferskega zraka ultravijolično sevanje Sonce (v reakcijah fotolize), med njimi ne le zgoraj omenjeni CFC, ampak tudi molekularni kisik, ozon, dušikovi oksidi in mnogi drugi. Zato so bile ocene parametrov vsake reakcije fotolize tako potrebne in pomembne za pravilno reprodukcijo atmosferskih kemičnih procesov kot hitrosti reakcij med različnimi molekulami.

Tretjič, bilo je treba ustvariti matematične modele, ki bi lahko čim bolj popolno opisali medsebojne kemijske pretvorbe komponent atmosferskega zraka. Kot smo že omenili, je produktivnost uničevanja ozona v katalitskih ciklih odvisna od tega, kako dolgo katalizator (NO, Cl ali kakšen drug) ostane v atmosferi. Jasno je, da bi lahko tak katalizator na splošno reagiral s katero koli od desetin komponent atmosferskega zraka in se pri tem hitro zrušil, potem pa bi bila škoda stratosferskemu ozonu veliko manjša od pričakovane. Po drugi strani, ko se v atmosferi vsako sekundo zgodi veliko kemičnih transformacij, je verjetno, da se lahko identificirajo drugi mehanizmi, ki neposredno ali posredno vplivajo na nastanek in uničenje ozona. Končno lahko takšni modeli identificirajo in ovrednotijo ​​pomen posameznih reakcij ali njihovih skupin pri nastajanju drugih plinov, ki sestavljajo atmosferski zrak, omogočajo pa tudi izračun koncentracij plinov, ki jih ni mogoče izmeriti.

In končno, bilo je treba organizirati široko mrežo za merjenje vsebnosti različnih plinov v zraku, vključno z dušikovimi spojinami, klorom itd., z uporabo v ta namen zemeljskih postaj, izstrelitev vremenskih balonov in vremenskih raket ter poletov letal. Seveda je bila izdelava podatkovne baze najdražja naloga, ki je ni bilo mogoče rešiti v kratek čas. Le meritve pa lahko predstavljajo izhodišče za teoretične raziskave, hkrati pa so tudi merilo resničnosti postavljenih hipotez.

Od začetka 70. let prejšnjega stoletja so vsaj enkrat na tri leta izhajale posebne zbirke, ki so se nenehno dopolnjevale in so vsebovale informacije o vseh pomembnih atmosferskih reakcijah, vključno z reakcijami fotolize. Poleg tega je napaka pri določanju parametrov reakcij med plinskimi komponentami zraka danes praviloma 10-20%.

V drugi polovici tega desetletja se hitro razvijajo modeli, ki opisujejo kemične transformacije v ozračju. Največ jih je nastalo v ZDA, pojavile pa so se v Evropi in ZSSR. Sprva so bili to škatlasti (ničdimenzionalni) modeli, nato pa enodimenzionalni modeli. Prvi je z različnimi stopnjami zanesljivosti reproduciral vsebnost glavnih atmosferskih plinov v dani prostornini - škatli (od tod tudi njihovo ime) - kot rezultat kemičnih interakcij med njimi. Ker je bilo postulirano ohranjanje skupne mase zračne mešanice, odstranitev katerega koli dela iz škatle, na primer zaradi vetra, ni bila upoštevana. Škatlasti modeli so bili primerni za razjasnitev vloge posameznih reakcij ali njihovih skupin v procesih kemične tvorbe in uničenje atmosferskih plinov, za oceno občutljivosti plinske sestave atmosfere na netočnosti pri določanju hitrosti reakcije. Z njihovo pomočjo bi lahko raziskovalci z nastavitvijo atmosferskih parametrov v polju (zlasti temperature in gostote zraka), ki ustrezajo nadmorski višini letalskih letov, v grobem približku ocenili, kako se bodo koncentracije atmosferskih nečistoč spreminjale zaradi izpustov. produktov izgorevanja letalskih motorjev. Hkrati so bili škatlasti modeli neprimerni za preučevanje problematike klorofluoroogljikovodikov (CFC), saj niso mogli opisati procesa njihovega gibanja od zemeljskega površja do stratosfere. Tu so nam prišli prav enodimenzionalni modeli, ki združujejo računovodstvo natančen opis kemijske interakcije v atmosferi in transport nečistoč v navpični smeri. In čeprav je bil vertikalni prenos tukaj določen precej grobo, je bila uporaba enodimenzionalnih modelov opazen korak naprej, saj so omogočili nekako opisovanje realnih pojavov.

Če pogledamo nazaj, lahko rečemo, da velik del našega sodobnega znanja temelji na grobem delu, opravljenem v tistih letih s pomočjo enodimenzionalnih in škatlastih modelov. Omogoča določitev mehanizmov nastajanja plinske sestave ozračja, oceno intenzivnosti kemičnih virov in ponorov posameznih plinov. Pomembna lastnost Ta stopnja razvoja atmosferske kemije je, da so bile rojene nove ideje preizkušene na modelih in široko razpravljane med strokovnjaki. Dobljene rezultate so pogosto primerjali z ocenami drugih znanstvenih skupin, saj so bile terenske meritve očitno nezadostne, njihova natančnost pa zelo nizka. Poleg tega je bilo za potrditev pravilnosti modeliranja določenih kemijskih interakcij potrebno izvesti kompleksne meritve, ko so bile hkrati določene koncentracije vseh sodelujočih reagentov, kar je bilo v tistem času, pa tudi danes, praktično nemogoče. (Do sedaj je bilo v 2-5 dneh izvedenih le nekaj meritev kompleksa plinov iz Shuttla.) Zato so modelne študije šle pred eksperimentalnimi in teorija ni toliko razložila terenskih opazovanj, kolikor je prispevala k njihovo optimalno načrtovanje. Na primer, spojina, kot je klorov nitrat ClONO2, se je najprej pojavila v študijah modeliranja in šele nato je bila odkrita v ozračju. Tudi primerjava razpoložljivih meritev z modelskimi ocenami je bila težavna, saj enodimenzionalni model ni mogel upoštevati horizontalnih gibanj zraka, zato je bilo ozračje predpostavljeno kot horizontalno homogeno, dobljeni rezultati modela pa so ustrezali nekemu povprečnemu globalnemu stanju. Vendar se v resnici sestava zraka nad industrijskimi območji Evrope ali Združenih držav močno razlikuje od njegove sestave nad Avstralijo ali nad Tihim oceanom. Zato so rezultati morebitnega terenskega opazovanja v veliki meri odvisni od lokacije in časa meritev in seveda ne ustrezajo povsem globalni povprečni vrednosti.

Da bi odpravili to vrzel v modeliranju, so v 80. letih prejšnjega stoletja raziskovalci ustvarili dvodimenzionalne modele, v katerih je bil poleg vertikalnega transporta upoštevan tudi zračni transport vzdolž poldnevnika (vzdolž kroga zemljepisne širine je atmosfera še vedno veljala za homogeno). Ustvarjanje takšnih modelov je bilo sprva polno velikih težav.

Prvič,število zunanjih parametrov modela se je močno povečalo: na vsakem vozlišču mreže je bilo treba nastaviti hitrost navpičnega in medlatitudinalnega transporta, temperaturo in gostoto zraka itd. Mnogi parametri (predvsem zgoraj omenjene hitrosti) v poskusih niso bili zanesljivo določeni in so bili zato izbrani iz kvalitativnih razlogov.

Drugič, Stanje računalniške tehnologije v tistem času je močno oviralo polni razvoj dvodimenzionalnih modelov. Za razliko od ekonomičnih enodimenzionalnih in predvsem škatlastih modelov so dvodimenzionalni modeli zahtevali bistveno več pomnilnika in računalniškega časa. Posledično so bili njihovi ustvarjalci prisiljeni bistveno poenostaviti sheme za upoštevanje kemičnih transformacij v ozračju. Kljub temu je kompleks atmosferskih študij, tako modelnih kot obsežnih s pomočjo satelitov, omogočil sestavo razmeroma harmonične, čeprav daleč od popolne slike sestave atmosfere, pa tudi ugotovitev glavnega vzroka in efektna razmerja, ki povzročajo spremembe v vsebnosti posameznih komponent zraka. Predvsem številne študije so pokazale, da leti letal v troposferi ne povzročajo večje škode troposferskemu ozonu, vendar se zdi, da ima njihov dvig v stratosfero negativne učinke na ozonosfero. Mnenje večine strokovnjakov o vlogi freonov je bilo skoraj enotno: hipoteza Rowlanda in Moline je potrjena in te snovi dejansko prispevajo k uničevanju stratosferskega ozona in njegovemu stalnemu povečevanju. industrijske proizvodnje- tempirana bomba, saj do razpada CFC-jev ne pride takoj, temveč po desetinah in stotinah let, zato bodo posledice onesnaženja atmosfere vplivale še zelo dolgo. Poleg tega lahko klorofluoroogljikovodiki, če vztrajajo dlje časa, dosežejo katero koli, tudi najbolj oddaljeno točko v atmosferi, in zato predstavljajo grožnjo v svetovnem merilu. Prišel je čas za dogovorjene politične odločitve.

Leta 1985 je bila na Dunaju s sodelovanjem 44 držav razvita in sprejeta konvencija za zaščito ozonskega plašča, kar je spodbudilo njeno celovito preučevanje. Še vedno pa je ostalo odprto vprašanje, kaj storiti s CFC. Nemogoče je bilo pustiti, da zadeva teče svojo pot po načelu »saj se bo rešila«, a tudi ni mogoče prepovedati proizvodnje teh substanc čez noč brez ogromne škode za gospodarstvo. Zdi se, da obstaja preprosta rešitev: CFC je treba zamenjati z drugimi snovmi, ki lahko opravljajo enake funkcije (na primer v hladilnih enotah) in so hkrati neškodljive ali vsaj manj nevarne za ozon. Toda oživite ga enostavne rešitve pogosto je zelo težko. Ne samo, da je ustvarjanje takšnih snovi in ​​vzpostavitev njihove proizvodnje zahtevalo ogromne kapitalske vložke in čas, potrebni so bili tudi kriteriji za oceno vpliva katere koli izmed njih na ozračje in podnebje.

Teoretiki so spet v središču pozornosti. D. Webbles iz livermorskega nacionalnega laboratorija je predlagal uporabo potenciala za tanjšanje ozona, ki je pokazal, koliko močneje (ali šibkeje) molekula nadomestne snovi vpliva na atmosferski ozon kot molekula CFCl3 (freon-11). Takrat je bilo tudi dobro znano, da je temperatura površinskega sloja zraka bistveno odvisna od koncentracije nekaterih plinskih primesi (imenovali so jih toplogredni plini), predvsem ogljikovega dioksida CO2, vodne pare H2O, ozona itd. njihove morebitne nadomestke. Meritve so pokazale, da se je v času industrijske revolucije povprečna letna globalna temperatura površinske plasti zraka zvišala in še narašča, kar kaže na pomembne in ne vedno zaželene spremembe v zemeljskem podnebju. Da bi to situacijo obvladali, je bil poleg potenciala snovi, ki tanjša ozon, upoštevan tudi njen potencial globalnega segrevanja. Ta indeks je pokazal, koliko močneje ali šibkeje preučevana spojina vpliva na temperaturo zraka kot enaka količina ogljikovega dioksida. Izračuni so pokazali, da imajo CFC in alternativne snovi zelo velik potencial globalnega segrevanja, a ker so bile njihove atmosferske koncentracije precej nižje od koncentracij CO2, H2O ali O3, je njihov skupni prispevek k globalnemu segrevanju ostal zanemarljiv. Zaenkrat...

Tabele izračunanih potencialov tanjšanja ozonskega plašča in potencialov globalnega segrevanja klorofluoroogljikovodikov in njihovih možnih nadomestkov so bile podlaga za mednarodne odločitve o zmanjšanju in posledični prepovedi proizvodnje in uporabe številnih CFC (Montrealski protokol iz leta 1987 in njegove poznejše spremembe). Morda strokovnjaki, zbrani v Montrealu, ne bi bili tako enotni (navsezadnje so členi protokola temeljili na »izmišljotinah« teoretikov, ki niso potrjena z naravnimi poskusi), pa se je za podpis tega dokumenta zavzela druga zainteresirana »oseba«. - samo vzdušje.

Sporočilo o tem, da so britanski znanstveniki konec leta 1985 odkrili "ozonsko luknjo" nad Antarktiko, je postalo, ne brez sodelovanja novinarjev, senzacija leta, odziv svetovne javnosti na to sporočilo pa je najlažje opisati. značilna ena skratka- šok. Eno je, ko grožnja uničenja ozonskega plašča obstaja šele v daljni prihodnosti, drugo pa, ko smo vsi postavljeni pred opravljeno dejstvo. Na to niso bili pripravljeni ne navadni ljudje, ne politiki, ne teoretiki.

Hitro je postalo jasno, da noben od obstoječih modelov ne more reproducirati tako znatnega zmanjšanja ravni ozona. To pomeni, da nekateri pomembni naravni pojavi niso bili upoštevani ali podcenjeni. Kmalu so terenske študije, ki so bile izvedene v okviru programa za preučevanje antarktičnega fenomena, ugotovile, da pomembno vlogo pri nastanku "ozonske luknje", poleg običajnih (plinastih) atmosferskih reakcij, igrajo posebnosti transport atmosferskega zraka v stratosferi Antarktike (njegova skoraj popolna izolacija pozimi od preostale atmosfere), pa tudi takrat malo raziskane heterogene reakcije (reakcije na površini atmosferskih aerosolov - prašni delci, saje, ledene ploskve, vodne kapljice itd.). Le z upoštevanjem zgoraj navedenih dejavnikov je bilo mogoče doseči zadovoljivo ujemanje med rezultati modela in opazovalnimi podatki. In lekcije antarktične "ozonske luknje" so resno vplivale na nadaljnji razvoj atmosferske kemije.

Najprej je bil dan močan zagon podrobni študiji heterogenih procesov, ki potekajo po zakonitostih, ki se razlikujejo od tistih, ki določajo procese v plinski fazi. Drugič, obstajalo je jasno spoznanje, da v kompleksen sistem Takšna, kakršna je atmosfera, je obnašanje njenih elementov odvisno od celega kompleksa notranjih povezav. Z drugimi besedami, vsebnost plinov v ozračju ni odvisna samo od intenzivnosti kemičnih procesov, temveč tudi od temperature zraka, prenosa zračnih mas in značilnosti aerosolnega onesnaženja. razne dele atmosfere itd. Sevalno ogrevanje in ohlajanje, ki tvorita temperaturno polje stratosferskega zraka, pa sta odvisna od koncentracije in prostorske porazdelitve toplogrednih plinov ter posledično od atmosferskih dinamičnih procesov. Nazadnje, neenakomerno sevalno segrevanje različnih območij sveta in delov atmosfere povzroča gibanje atmosferskega zraka in nadzoruje njihovo intenzivnost. Tako je lahko neupoštevanje povratnih informacij v modelih polno velike napake v dobljene rezultate (čeprav, mimogrede ugotavljamo, je pretirano kompliciranje modela brez nujne potrebe tako neprimerno kot streljanje s topovi na znane predstavnike ptic).

Če je bilo razmerje med temperaturo zraka in njegovo plinsko sestavo upoštevano v dvodimenzionalnih modelih že v 80-ih letih prejšnjega stoletja, je uporaba tridimenzionalnih modelov splošne atmosferske cirkulacije za opis porazdelitve atmosferskih nečistoč postala mogoča zahvaljujoč računalniškemu razcvetu. šele v 90. letih. Prvi tovrstni modeli splošnega kroženja so bili uporabljeni za opis prostorske porazdelitve kemično pasivnih snovi - sledilcev. Kasneje so zaradi pomanjkanja RAM-a računalnikov kemijske procese določili samo en parameter - čas zadrževanja nečistoče v atmosferi, in šele relativno nedavno so bloki kemijskih transformacij postali polnopravni deli tridimenzionalnih modelov. Čeprav še vedno obstajajo težave pri podrobnem predstavljanju atmosferskih kemičnih procesov v 3D modelih, se ne zdijo več nepremostljive in najboljši 3D modeli vključujejo na stotine kemičnih reakcij, skupaj z dejanskim podnebnim transportom zraka v globalnem ozračju.

Istočasno široka uporaba sodobni modeli sploh ne dvomi o uporabnosti enostavnejših, o katerih smo razpravljali zgoraj. Znano je, da bolj ko je model kompleksen, težje je ločiti »signal« od »šuma modela«, analizirati dobljene rezultate, prepoznati glavne vzročno-posledične mehanizme in oceniti vpliv nekaterih pojavov na končni rezultat (in zato smiselnost njihovega upoštevanja v modelu) . In tu so enostavnejši modeli idealen poligon, omogočajo pridobivanje preliminarnih ocen, ki se kasneje uporabljajo v tridimenzionalnih modelih, proučevanje novih naravnih pojavov pred njihovo vključitvijo v kompleksnejše itd.

Hiter znanstveni in tehnološki napredek je povzročil še več področij raziskav, tako ali drugače povezanih z atmosfersko kemijo.

Satelitski nadzor ozračja. Ko je bilo vzpostavljeno redno posodabljanje baze podatkov s satelitov, je za večino bistvene sestavine atmosfere, ki pokriva skoraj ves svet, je bilo treba izboljšati metode za njihovo obdelavo. To vključuje filtriranje podatkov (ločevanje napak signala in meritev) in obnovo vertikalni profili koncentracije nečistoč na podlagi njihove skupne vsebnosti v atmosferskem stolpcu in interpolacija podatkov na območjih, kjer neposredne meritve zaradi tehničnih razlogov niso možne. Poleg tega satelitsko spremljanje dopolnjujejo ekspedicije letal, ki so načrtovane za reševanje različnih problemov, na primer v tropskem Tihem oceanu, severnem Atlantiku in celo v poletni stratosferi Arktike.

Pomemben del sodobnih raziskav je asimilacija (asimilacija) teh baz podatkov v modele različne kompleksnosti. V tem primeru so parametri izbrani na podlagi pogoja največje bližine med izmerjenimi in modelnimi vrednostmi vsebnosti nečistoč v točkah (regijah). Na ta način se preverja kakovost modelov ter ekstrapolacija izmerjenih vrednosti izven regij in obdobij meritev.

Ocena koncentracij kratkoživih atmosferskih polutantov. Atmosferski radikali, ki igrajo ključno vlogo v atmosferski kemiji, kot so hidroksil OH, perhidroksil HO2, dušikov oksid NO, atomski kisik v vzbujenem stanju O (1D) itd., imajo največjo kemijsko reaktivnost in zato zelo majhno ( nekaj sekund ali minut) "življenjska doba" v ozračju. Zato je merjenje takšnih radikalov izjemno težko, rekonstrukcija njihove vsebnosti v zraku pa se pogosto izvaja z uporabo modelnih razmerij med kemičnimi viri in ponori teh radikalov. Za dolgo časa intenzivnosti virov in ponorov so bile izračunane iz modelskih podatkov. S pojavom ustreznih meritev je na njihovi podlagi postalo mogoče rekonstruirati koncentracije radikalov, hkrati pa izboljšati modele in razširiti podatke o plinski sestavi atmosfere.

Rekonstrukcija plinske sestave ozračja v predindustrijskem obdobju in prejšnjih obdobjih Zemlje. Zahvaljujoč meritvam v ledenih jedrih na Antarktiki in Grenlandiji, katerih starost se giblje od sto do sto tisoč let, so postale znane koncentracije ogljikovega dioksida, dušikovega oksida, metana, ogljikovega monoksida, pa tudi temperature tistega časa. . Modelna rekonstrukcija stanja atmosfere v tistih obdobjih in njena primerjava s sedanjostjo omogočata sledenje razvoju zemeljske atmosfere in oceno stopnje človekovega vpliva na naravno okolje.

Ocena intenzivnosti virov najpomembnejših komponent zraka. Sistematične meritve vsebnosti plinov v površinskem zraku, kot so metan, ogljikov monoksid in dušikovi oksidi, so postale osnova za reševanje obratnega problema: ocenjevanje količine izpustov plinov iz talnih virov v ozračje na podlagi njihovih znanih koncentracij. . Žal je le popis povzročiteljev vsesplošnega hrupa - CFC-jev - razmeroma preprosta naloga, saj skoraj vse te snovi nimajo naravnih virov in je njihova skupna količina, ki pride v ozračje, omejena z obsegom njihove proizvodnje. Preostali plini imajo različne in primerljive vire energije. Vir metana so na primer vodna območja, močvirja, naftne vrtine, rudniki premoga; to spojino izločajo kolonije termitov in je celo odpadni proizvod goveda. Ogljikov monoksid vstopi v ozračje kot del izpušnih plinov, kot posledica zgorevanja goriva, pa tudi med oksidacijo metana in mnogih drugih organske spojine. Neposredne meritve emisij teh plinov so težavne, vendar so bile razvite tehnike za zagotavljanje ocen globalnih virov onesnaževalnih plinov, ki imajo negotovosti do Zadnja leta močno zmanjšala, čeprav ostaja velika.

Napovedovanje sprememb v sestavi zemeljskega ozračja in podnebja Upoštevajoč trende – trende v vsebnosti atmosferskih plinov, ocene njihovih virov, stopnje rasti zemeljskega prebivalstva, stopnje naraščanja proizvodnje vseh vrst energije itd. – posebne skupine strokovnjakov ustvarjajo in nenehno prilagajajo scenarije za verjetne. onesnaženost ozračja v naslednjih 10, 30, 100 letih. Na njihovi podlagi se z modeli napovejo morebitne spremembe sestave plina, temperature in atmosferskega kroženja. Na ta način je možno vnaprej zaznati neugodne trende v stanju ozračja in jih poskušati odpraviti. Šok na Antarktiki iz leta 1985 se ne sme ponoviti.

Fenomen Učinek tople grede vzdušje

V zadnjih letih je postalo jasno, da analogija med navadnim rastlinjakom in učinkom tople grede ozračja ni povsem pravilna. Konec prejšnjega stoletja je slavni ameriški fizik Wood zamenjal rastlinjak v laboratorijskem modelu. navadno steklo na kremenu in ne da bi ugotovili kakršne koli spremembe v delovanju rastlinjaka, pokazali, da problem ni v zakasnitvi toplotnega sevanja tal s steklom, ki prepušča sončno sevanje, temveč v vlogi stekla pri v tem primeru sestoji le iz "prekinitve" turbulentne izmenjave toplote med površino tal in ozračjem.

Učinek tople grede (tople grede) ozračja je njegova sposobnost prepuščanja sončnega sevanja, vendar zadržuje zemeljsko sevanje, kar spodbuja kopičenje toplote na zemlji. Zemljina atmosfera relativno dobro prepušča kratkovalovno sončno sevanje, ki ga zemeljsko površje skoraj v celoti absorbira. Ogrevanje zaradi absorpcije sončno sevanje, zemeljsko površje postane vir zemeljskega, predvsem dolgovalovnega sevanja, katerega del gre v vesolje.

Vpliv povečanja koncentracije CO2

Znanstveniki in raziskovalci se še naprej prepirajo o sestavi tako imenovanih toplogrednih plinov. Največji interes v zvezi s tem je vpliv naraščajočih koncentracij ogljikovega dioksida (CO2) na učinek tople grede ozračja. Predlaga se, da je znana shema: "povečanje koncentracije ogljikovega dioksida poveča učinek tople grede, kar vodi v segrevanje globalnega podnebja" zelo poenostavljena in zelo daleč od realnosti, saj najpomembnejši "toplogredni plin" ni Sploh CO2, ampak vodna para. Hkrati obstajajo zadržki, da je koncentracija vodne pare v ozračju določena le s parametri klimatski sistem, danes ne zdrži več kritik, saj je antropogeni vpliv na globalni vodni krog prepričljivo dokazan.

Kot znanstvene hipoteze izpostavljamo naslednje posledice prihajajočega učinka tople grede. Prvič, Po najpogostejših ocenah se bo do konca 21. stoletja vsebnost atmosferskega CO2 podvojila, kar bo neizogibno vodilo v dvig povprečne globalne površinske temperature za 3 - 5 o C. Hkrati se pričakuje segrevanje. kar povzroči bolj suha poletja v zmernih širinah severne poloble.

Drugič, Predvideva se, da bo tako povišanje povprečne globalne površinske temperature povzročilo povišanje gladine Svetovnega oceana za 20 - 165 centimetrov zaradi toplotnega raztezanja vode. Kar zadeva antarktično ledeno ploščo, njeno uničenje ni neizogibno, saj taljenje zahteva več visoke temperature. V vsakem primeru bo proces taljenja antarktičnega ledu trajal zelo dolgo.

Tretjič, Atmosferske koncentracije CO2 imajo lahko zelo ugodne učinke na pridelek. Rezultati poskusov nam omogočajo domnevo, da bo v pogojih postopnega povečevanja vsebnosti CO2 v zraku naravna in gojena vegetacija dosegla optimalno stanje; listna površina rastlin se bo povečala, specifična težnost suha snov listov, povečata se povprečna velikost plodov in število semen, pospeši se zorenje zrn, poveča se njihov pridelek.

Četrtič, Na visokih zemljepisnih širinah so naravni gozdovi, zlasti borealni gozdovi, lahko zelo občutljivi na temperaturne spremembe. Segrevanje bi lahko povzročilo močno zmanjšanje površine borealnih gozdov, pa tudi premik njihove meje proti severu; gozdovi tropskih in subtropskih območij bodo verjetno bolj občutljivi na spremembe padavin kot temperature.

Svetlobna energija sonca prodira v ozračje, absorbira jo zemeljska površina in jo segreva. V tem primeru se svetlobna energija spremeni v toploto, ki se sprošča v obliki infrardečega ali toplotnega sevanja. To infrardeče sevanje, ki se odbija od zemeljske površine, absorbira ogljikov dioksid, pri tem pa se segreva in segreva ozračje. To pomeni, da več kot je ogljikovega dioksida v ozračju, močneje vpliva na podnebje na planetu. Enako se dogaja v rastlinjakih, zato ta pojav imenujemo učinek tople grede.

Če bodo tako imenovani toplogredni plini še naprej tekali s sedanjo hitrostjo, bo v naslednjem stoletju povprečna temperatura Zemlje narasla za 4 - 5 o C, kar bi lahko povzročilo globalno segrevanje planeta.

Zaključek

Sprememba odnosa do narave ne pomeni, da bi morali opustiti tehnološki napredek. Prekinitev ne bo rešila težave, ampak lahko le odloži njeno rešitev. Vztrajno in potrpežljivo si je treba prizadevati za zmanjševanje emisij z uvajanjem novih okoljskih tehnologij za varčevanje s surovinami, porabo energije in povečanjem števila zasaditev, izvajanjem izobraževalnih dejavnosti glede ekološkega pogleda prebivalstva.

Na primer, v ZDA se eno od podjetij za proizvodnjo sintetičnega kavčuka nahaja v bližini stanovanjskih območij, kar ne povzroča protestov prebivalcev, saj delujejo okolju prijazno. tehnološke sheme, ki v preteklosti s starimi tehnologijami niso bile čiste.

To pomeni, da potrebujemo strog izbor tehnologij, ki ustrezajo najstrožjim kriterijem, kar nam bodo omogočile sodobne obetavne tehnologije visoka stopnja okolju prijaznost proizvodnje v vseh panogah industrije in prometa ter povečanje števila zelenih površin v industrijskih conah in mestih.

V zadnjih letih je eksperiment prevzel vodilno mesto v razvoju atmosferske kemije, mesto teorije pa je enako kot v klasičnih, uglednih znanostih. Še vedno pa obstajajo področja, kjer teoretične raziskave ostajajo prednostna naloga: na primer, le z modelnimi poskusi je mogoče napovedati spremembe v sestavi ozračja ali oceniti učinkovitost omejevalnih ukrepov, ki se izvajajo v okviru Montrealskega protokola. Izhajajoč iz rešitve pomembnega, a zasebnega problema, danes atmosferska kemija v sodelovanju s sorodnimi vedami pokriva celoten kompleks problemov proučevanja in varstva okolja. Morda lahko rečemo, da so prva leta razvoja atmosferske kemije minila pod geslom: "Ne zamujaj!" Štartnega navala je konec, tek se nadaljuje.

Ko se sprehajate po gozdu ali travniku, skoraj ne pomislite, da ste ... notri okolje zemlja-zrak. A prav to znanstveniki imenujejo hiša za živa bitja, ki jo tvorita površje zemlje in zrak. Ko plavate v reki, jezeru ali morju, se znajdete v vodno okolje- še eno bogato poseljeno naravno domovanje. In ko odraslim pomagate izkopati zemljo na vrtu, vidite zemljo pod svojimi nogami. Tukaj je tudi veliko, veliko različnih prebivalcev. Ja, okoli nas so tri čudovite hiše – tri življenjski prostor, s katerim je neločljivo povezana usoda večine organizmov, ki naseljujejo naš planet.

Življenje v vsakem okolju ima svoje značilnosti. IN okolje zemlja-zrak kisika je dovolj, vlage pa pogosto premalo. Posebno malo ga je v stepah in puščavah. Zato imajo rastline in živali suhih krajev posebne naprave za pridobivanje, shranjevanje in gospodarno rabo vode. Samo spomnite se kaktusa, ki shranjuje vlago v svojem telesu. Zlasti na območjih z mrzlimi zimami prihaja do znatnih temperaturnih sprememb v okolju zemlja-zrak. Na teh območjih se celotno življenje organizmov skozi leto opazno spreminja. Jesensko odpadanje listja, odhod ptic selivk v toplejše kraje, menjava krzna živali v gostejšega in toplejšega – vse to so prilagoditve živih bitij na sezonske spremembe v naravi.

Za živali, ki živijo v katerem koli okolju, je gibanje pomemben problem. V okolju zemlja-zrak se lahko premikate po tleh in po zraku. In živali to izkoriščajo. Noge nekaterih so prilagojene za tek (noj, gepard, zebra), druge - za skakanje (kenguru, jerboa). Od stotih živalskih vrst, ki živijo v tem okolju, jih lahko 75 leti. To je večina žuželk, ptic in nekatere živali (netopirji).

IN vodno okolje nekaj, vode pa je vedno dovolj. Temperatura tukaj se spreminja manj kot temperatura zraka. Toda kisik pogosto ni dovolj. Nekateri organizmi, kot so ribe postrvi, lahko živijo samo v vodi, bogati s kisikom. Drugi (krapi, karasi, linji) lahko prenesejo pomanjkanje kisika. Pozimi, ko je veliko rezervoarjev pokritih z ledom, lahko ribe umrejo - množična smrt jih pred zadušitvijo. Da bi kisik lahko prodrl v vodo, so v ledu izrezane luknje.

V vodnem okolju je manj svetlobe kot v zračno-zemeljskem okolju. V oceanih in morjih na globini pod 200 m - kraljestvo somraka in še nižje - večna tema. Jasno je, da vodne rastline najdemo le tam, kjer je dovolj svetlobe. Samo živali lahko živijo globlje. Hranijo se z mrtvimi ostanki različnih morskih prebivalcev, ki "padajo" iz zgornjih plasti.

Najbolj opazna značilnost mnogih vodnih živali je njihova plavalna prilagoditev. Ribe, delfini in kiti imajo plavuti. Mroži in tjulnji imajo plavuti. Bobri, vidre, vodne ptice in žabe imajo membrane med prsti. Plavalni hrošči imajo plavalne noge, ki izgledajo kot vesla.

Okolje tal- dom številnim bakterijam in praživalim. Tu se nahajajo tudi miceliji gob in korenine rastlin. V zemlji so živele tudi različne živali - črvi, žuželke, živali, prilagojene kopanju, kot so krti. Prebivalci tal najdejo v tem okolju pogoje, ki jih potrebujejo - zrak, vodo, mineralne soli. Res je, tu je manj kisika in več ogljikovega dioksida kot na svežem zraku. In včasih je vode preveč. Toda temperatura je bolj enakomerna kot na površini. Toda svetloba ne prodre globoko v tla. Zato imajo živali, ki ga naseljujejo, običajno zelo majhne oči ali sploh nimajo vidnih organov. Pomagata jim voh in dotik.

Okolje zemlja-zrak

Na teh risbah so se »srečali« predstavniki različnih habitatov. V naravi se niso mogli združiti, saj jih veliko živi daleč drug od drugega, na različnih celinah, v morjih, sladkih vodah ...

Prvak v hitrosti letenja med pticami je hiter. 120 km na uro je njegova običajna hitrost.

Kolibri zamahnejo s krili do 70-krat na sekundo, komarji - do 600-krat na sekundo.

Hitrost letenja različnih žuželk je naslednja: za čipko - 2 km na uro, za hišna muha- 7, l chafer- 11, za čmrlja - 18, za jastreba - 54 km na uro. Veliki kačji pastirji po nekaterih opazovanjih dosežejo hitrosti do 90 km na uro.

Naši netopirji so majhne rasti. Toda njihovi sorodniki, sadni netopirji, živijo v vročih državah. Dosežejo razpon kril 170 cm!

Veliki kenguruji skačejo do 9 in včasih tudi do 12 m (Izmerite to razdaljo na tleh v učilnici in si predstavljajte kengurujev skok. To je preprosto osupljivo!)

Gepard je najhitreje noga med živalmi. Doseže hitrost do 110 km na uro. Noj lahko teče s hitrostjo do 70 km na uro, pri tem pa dela korake po 4-5 m.

Vodno okolje

Ribe in raki dihajo skozi škrge. To so posebni organi, ki črpajo raztopljeni kisik iz vode. Žaba, ko je pod vodo, diha skozi kožo. Toda živali, ki so obvladale vodno okolje, dihajo s pljuči in se dvignejo na površino vode, da vdihnejo. Podobno se obnašajo vodni hrošči. Samo oni, tako kot druge žuželke, nimajo pljuč, ampak posebna dihalne cevi- sapnik.

Okolje tal

Telesna zgradba krta, zokorja in sleparja nakazuje, da so vsi prebivalci talnega okolja. Sprednje noge krta in zokorja so glavno orodje za kopanje. So ploščate, kot lopate, z zelo velikimi kremplji. Toda krtica ima navadne noge, z močnimi sprednjimi zobmi se zagrize v zemljo (da prst ne pride v usta, jo zaprejo ustnice za zobmi!). Telo vseh teh živali je ovalno in kompaktno. S takšnim telesom se je priročno premikati po podzemnih prehodih.

Preizkusite svoje znanje

1. Naštejte habitate, ki ste jih spoznali v razredu.
2. Kakšne so življenjske razmere organizmov v prizemno-zračnem okolju?
3. Opiši življenjske razmere v vodnem okolju.
4. Kakšne so značilnosti tal kot habitata?
5. Navedite primere prilagajanja organizmov na življenje v različnih okoljih.

pomisli!

1. Razloži, kaj je prikazano na sliki. V kakšnem okolju po vašem mnenju živijo živali, katerih deli telesa so prikazani na sliki? Ali lahko poimenujete te živali?
2. Zakaj v oceanu velike globine Ali obstajajo samo živali?

Obstajajo prizemno-zračni, vodni in talni habitati. Vsak organizem je prilagojen na življenje v določenem okolju.

3. predavanje HABITATI IN NJIHOVE ZNAČILNOSTI (2 uri)

1. Vodni habitat

2. Prizemno-zračni habitat

3. Tla kot habitat

4.Organizem kot življenjski prostor

V delu zgodovinski razvojživi organizmi so obvladali štiri habitate. Prva je voda. Življenje je nastalo in se razvijalo v vodi več milijonov let. Drugi - zemlja-zrak - rastline in živali so nastale na kopnem in v ozračju ter se hitro prilagodile novim razmeram. S postopnim preoblikovanjem zgornje plasti zemlje - litosfere, so ustvarili tretji habitat - prst, sami pa so postali četrti habitat.

Vodni habitat - hidrosfera

Ekološke skupine hidrobiontov. Za topla morja in oceane (40.000 vrst živali) v ekvatorju in tropih je značilna največja raznolikost življenja; na severu in jugu je flora in favna morij stokrat osiromašena. Kar zadeva porazdelitev organizmov neposredno v morju, jih je večina skoncentrirana v površinskih plasteh (epipelagiku) in v sublitoralnem območju. Glede na način gibanja in zadrževanja v določenih plasteh morske prebivalce delimo v tri ekološke skupine: nekton, plankton in bentos.

Nekton(nektos - plavajoče) - aktivno premikajoče se velike živali, ki lahko premagajo velike razdalje in močne tokove: ribe, lignji, plavutonožci, kiti. V sladkovodnih telesih nekton vključuje dvoživke in številne žuželke.

Plankton(planktos - tavajoč, lebdeč) - zbirka rastlin (fitoplankton: diatomeje, zelene in modrozelene (samo sladkovodna telesa) alge, rastlinski bičkarji, peridinejci itd.) in majhnih živalskih organizmov (zooplankton: mali raki, večji - pteropodi, mehkužci, meduze, ctenofores, nekateri črvi), ki živijo na različnih globinah, vendar niso sposobni aktivnega gibanja in odpornosti na tokove. Plankton vključuje tudi živalske ličinke, ki tvorijo posebno skupino - neuston. To je pasivno lebdeča »začasna« populacija najvišjega sloja vode, ki jo predstavljajo različne živali (deseteronožci, ranonožci in kopenožci, iglokožci, mnogoščetine, ribe, mehkužci itd.) v fazi ličink. Ličinke, ki odraščajo, se premaknejo v spodnje plasti pelagela. Nad nevstonom je pleiston – to so organizmi, v katerih zgornji del Telo raste nad vodo, spodnje pa v vodi (vodna leča - Lemma, sifonoforji itd.). Plankton ima pomembno vlogo v trofičnih odnosih biosfere, ker je hrana za številne vodne prebivalce, vključno z glavno hrano za usate kite (Myatcoceti).

Bentos(bentos – globina) – pridneni hidrobionti. Predstavljajo ga predvsem pritrjene ali počasi premikajoče se živali (zoobentosi: foramineforji, ribe, spužve, hlodnice, črvi, ramenonožci, ascidije itd.), ki so številnejši v plitvih vodah. V plitvih vodah bentos vključuje tudi rastline (fitobentos: diatomeje, zelene, rjave, rdeče alge, bakterije). V globinah, kjer ni svetlobe, fitobentosa ni. Ob obalah so cvetoče rastline zoster, rupija. S fitobentosom so najbolj bogati kamniti predeli dna.

V jezerih je zoobentos manj bogat in raznolik kot v morju. Tvorijo ga praživali (ciliati, bolhe), pijavke, mehkužci, ličinke žuželk itd. Fitobentos jezer tvorijo prosto plavajoče diatomeje, zelene in modrozelene alge; rjave in rdeče alge so odsotne.

Ukoreninjene obalne rastline v jezerih tvorijo jasno opredeljena območja, katerih vrstna sestava in videz sta skladna z okoljskimi razmerami v mejnem pasu kopno-voda. V vodi ob obali rastejo hidrofiti - rastline, ki so napol potopljene v vodo (puščica, belica, trstičja, rogoza, šaši, tričetine, trstnice). Zamenjajo jih hidatofiti - rastline, potopljene v vodo, vendar s plavajočimi listi (lotos, vodna leča, jajčne kapsule, čilim, takla) in - nadalje - popolnoma potopljene (jeznik, elodea, hara). Med hidatofite spadajo tudi rastline, ki plavajo na površini (račja leja).

Visoka gostota vodnega okolja določa posebno sestavo in naravo sprememb dejavnikov, ki podpirajo življenje. Nekateri so enaki kot na kopnem - toplota, svetloba, drugi so specifični: pritisk vode (narašča z globino za 1 atm na vsakih 10 m), vsebnost kisika, sestava soli, kislost. Zaradi velike gostote okolja se vrednosti toplote in svetlobe z višinskim gradientom spreminjajo veliko hitreje kot na kopnem.

Toplotni način. Za vodno okolje je značilno manjše pridobivanje toplote, saj pomemben del se odbije, prav tako pomemben del pa se porabi za izhlapevanje. Skladno z dinamiko temperatur kopnega izkazujejo tudi temperature vode manjša nihanja dnevnih in sezonskih temperatur. Poleg tega rezervoarji bistveno izenačijo temperaturo v ozračju obalnih območij. V odsotnosti ledene lupine imajo morja v hladni sezoni učinek segrevanja sosednjih kopenskih površin, poleti pa učinek hlajenja in vlaženja.

Razpon temperatur vode v Svetovnem oceanu je 38 ° (od -2 do +36 ° C), v sladkovodnih telesih - 26 ° (od -0,9 do +25 ° C). Z globino temperatura vode močno pada. Do 50 m so dnevna nihanja temperature, do 400 - sezonska, globlje postane konstantna in pade na +1-3 ° C (na Arktiki je blizu 0 ° C). Zaradi temperaturni režim v rezervoarjih je razmeroma stabilen; za njihove prebivalce je značilen stenotermizem. Manjša temperaturna nihanja v eno ali drugo smer spremljajo znatne spremembe v vodnih ekosistemih.

Primeri: "biološka eksplozija" v delti Volge zaradi znižanja gladine Kaspijskega morja - širjenje goščav lotosa (Nelumba kaspium), v južnem Primorju - prekomerno razraščanje bele mušice v mrtvicah (Komarovka, Ilistaya itd.). .) ob brežinah katerih je bilo posekano in požgano lesno rastlinje.

Zaradi različnih stopenj segrevanja zgornjih in spodnjih plasti skozi vse leto, oseke in oseke, tokov in neviht prihaja do stalnega mešanja vodnih plasti. Vloga mešanja vode za vodne prebivalce (vodne organizme) je izjemno pomembna, saj s tem se izenači porazdelitev kisika in hranila znotraj rezervoarjev, ki zagotavljajo presnovne procese med organizmi in okoljem.

Svetlobni način. Intenzivnost svetlobe v vodi je močno oslabljena zaradi njenega odboja od površine in absorpcije v vodi sami. To močno vpliva na razvoj fotosintetskih rastlin. Manj ko je voda prozorna, več svetlobe absorbira. Prozornost vode omejujejo mineralne suspenzije in plankton. Zmanjšuje se s hitrim razvojem majhnih organizmov poleti, v zmernih in severnih širinah pa tudi pozimi, po vzpostavitvi ledene odeje in prekrivanju s snegom na vrhu.

V oceane, kjer je voda zelo prozorna, prodre do globine 140 m 1 % svetlobnega sevanja, v majhna jezera na globini 2 m pa le desetinke odstotka. Žarki iz različnih delov spektra se v vodi različno absorbirajo, najprej se absorbirajo rdeči žarki. Z globino postaja temnejša, barva vode pa postane najprej zelena, nato modra, indigo in na koncu modro-vijolična ter preide v popolno temo. Hidrobionti ustrezno spreminjajo tudi barvo, pri čemer se prilagajajo ne le sestavi svetlobe, temveč tudi njenemu pomanjkanju – kromatska prilagoditev. V svetlih conah v plitvih vodah prevladujejo zelene alge (Chlorophyta), katerih klorofil absorbira rdeče žarke, z globino jih zamenjajo rjave (Phaephyta) in nato rdeče (Rhodophyta). Na velikih globinah fitobentosa ni.

Rastline so se prilagodile na pomanjkanje svetlobe z razvojem velikih kromatoforjev, ki zagotavljajo nizko točko kompenzacije fotosinteze, pa tudi s povečanjem površine asimilacijskih organov (indeks listne površine). Za globokomorske alge so značilni močno razrezani listi, listne plošče so tanke in prosojne. Za napol potopljene in plavajoče rastline je značilna heterofilija - listi nad vodo so enaki kot pri kopenskih rastlinah, imajo trdno rezilo, stomatalni aparat je razvit, v vodi pa so listi zelo tanki, sestavljeni iz ozkih nitasti režnji.

Heterofilija: jajčne kapsule, lokvanji, puščični list, čilim (vodni kostanj).

Živali, tako kot rastline, naravno spreminjajo svojo barvo z globino. V zgornjih plasteh so svetlo obarvani različne barve, v coni somraka (brancin, korale, raki) so pobarvani v barvah z rdečim odtenkom - bolj priročno se je skriti pred sovražniki. Globokomorske vrste nimajo pigmentov.

Značilne lastnosti vodnega okolja, ki se razlikujejo od kopnega, so velika gostota, mobilnost, kislost in sposobnost raztapljanja plinov in soli. Za vse te pogoje so hidrobionti skozi zgodovino razvili ustrezne prilagoditve.

2. Prizemno-zračni habitat

V procesu evolucije se je to okolje razvilo pozneje kot vodno okolje. Njegova posebnost je, da je plinast, zato ga odlikujejo nizka vlažnost, gostota in pritisk ter visoka vsebnost kisika. V teku evolucije so živi organizmi razvili potrebne anatomske, morfološke, fiziološke, vedenjske in druge prilagoditve.

Živali v prizemno-zračnem okolju se gibljejo po tleh ali po zraku (ptice, žuželke), rastline pa se ukoreninijo v tleh. V zvezi s tem so živali razvile pljuča in sapnik, rastline pa stomatalni aparat, tj. organi, s katerimi kopenski prebivalci planeta absorbirajo kisik neposredno iz zraka. Močno so se razvili skeletni organi, ki zagotavljajo avtonomijo gibanja na kopnem in podpirajo telo z vsemi njegovimi organi v pogojih nepomembne gostote okolja, tisočkrat manjše od gostote vode. Ekološki dejavniki prizemno-zračnega okolja se od drugih habitatov razlikujejo po visoki intenzivnosti svetlobe, znatnih nihanjih temperature in zračne vlage, korelaciji vseh dejavnikov z geografsko lego, menjavo letnih časov in časa dneva. Njihovi učinki na organizme so neločljivo povezani z gibanjem zraka in položajem glede na morja in oceane ter se zelo razlikujejo od učinkov v vodnem okolju (tabela 1).

Habitatni pogoji za zračne in vodne organizme

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

Kopenske živali in rastline so razvile lastne, nič manj izvirne prilagoditve na neugodne okoljske dejavnike: kompleksno strukturo telesa in njegovega ovoja, periodičnost in ritem življenjskih ciklov, mehanizme termoregulacije itd. Namenska mobilnost živali v iskanju hrane ima razvite, z vetrom raznašane trose, semena in cvetni prah ter rastline in živali, katerih življenje je v celoti povezano z zrakom. Oblikovana je izjemno tesna funkcionalna, virna in mehanska povezanost s tlemi.

Številne prilagoditve so bile obravnavane zgoraj kot primeri pri karakterizaciji abiotskih okoljskih dejavnikov. Zato se zdaj nima smisla ponavljati, saj se bomo k njim še vrnili pri praktičnem pouku.