Okolje zemlja-zrak je najtežje z vidika okoljskih razmer. Življenje na kopnem je zahtevalo take prilagoditve, ki so bile možne le z dovolj visoko stopnjo organiziranosti rastlin in živali.

4.2.1. Zrak kot okoljski dejavnik kopenskih organizmov

Nizka gostota zraka določa njeno nizko dviganje in nepomembne polemike. Prebivalci zračnega okolja morajo imeti lasten podporni sistem, ki podpira telo: rastline - različna mehanska tkiva, živali - trdno ali, veliko manj pogosto, hidrostatično okostje. Poleg tega so vsi prebivalci zračnega okolja tesno povezani s površino zemlje, ki jim služi za pritrditev in oporo. Zaustavljeno življenje na zraku je nemogoče.

Res je, da je veliko mikroorganizmov in živali, spore, semen, plodov in cvetnega prahu rastlin redno prisotnih v zraku in jih prenašajo zračni tokovi (slika 43), številne živali so sposobne aktivnega letenja, vendar pri vseh teh vrstah glavna funkcija njihovega življenjskega cikla - razmnoževanje - poteka na površini zemlje. Za večino njih je bivanje v zraku povezano le z naselitvijo ali iskanjem plena.

Sl. 43. Porazdelitev členonožcev v zračnem planktonu po višini (po Dajo, 1975)

Nizka gostota zraka ima za posledico nizko odpornost proti gibanju. Zato so številne kopenske živali v času evolucije uporabile ekološke koristi te lastnosti zraka, s čimer so pridobile sposobnost letenja. 75% vrst vseh kopenskih živali, predvsem žuželk in ptic, je sposobnih aktivnega letenja, vendar so letaki tudi med sesalci in plazilci. Kopenske živali letijo predvsem s pomočjo mišičnih naporov, nekatere pa lahko drsijo z uporabo zračnih tokov.

Zaradi gibljivosti zraka, navpičnih in vodoravnih gibov zračnih mas, ki obstajajo v spodnjih plasteh atmosfere, je mogoč pasiven polet številnih organizmov.

Anemofilija - najstarejša metoda opraševanja rastlin. Vse gimnosperme oprašuje veter, med angiospermi pa anemofilne rastline predstavljajo približno 10% vseh vrst.

Anemofilija opazimo v družinah bukve, breze, oreha, brstenja, konoplje, koprive, kazuarina, laste, sedla, žita, palme in mnogih drugih. Rastline, ki jih oprašujejo veter, imajo številne prilagoditve, ki izboljšujejo aerodinamične lastnosti cvetnega prahu, pa tudi morfološke in biološke značilnosti, ki zagotavljajo učinkovitost opraševanja.

Življenje številnih rastlin je popolnoma odvisno od vetra, preselitev pa poteka z njegovo pomočjo. Takšno dvojno odvisnost opazimo pri smrekah, borovcih, topolih, brezah, bremenih, jasenu, bombažni travi, mačjih pasah, saksavlih, juzgunah itd.

Razvile so se številne vrste anemohorija- ponovna naselitev z uporabo zračnih tokov. Anemohorija je značilna za spore, semena in plodove rastlin, ciste protozojev, drobnih žuželk, pajkov itd. Organizmi, ki pasivno prenašajo zračne tokove, so skupno prejeli ime zračni plankton po analogiji s planktonskimi prebivalci vodnega okolja. Posebne prilagoditve za pasivni let so zelo majhne velikosti telesa, povečanje njegove površine zaradi izrastkov, močna sekcija, velika relativna površina kril, uporaba pajčevine itd. (Sl. 44). Anemohoralna semena in plodovi rastlin imajo tudi zelo majhne velikosti (na primer orhidejska semena) ali raznovrstne pterygoidne in padalom podobne priloge, ki povečujejo sposobnost načrtovanja (slika 45).

Sl. 44. Prilagoditve zračnega prometa:

1 - komarnik Cardiocrepis brevirostris;

2 - žolčni most Porrycordila sp .;

3 - Hymenoptera Anargus fuscus;

4 - Hermes Dreyfusia nordmannianae;

5 - ličinka ciganskega molja Lymantria dispar

Sl. 45. Prilagoditve za prevoz vetra v plodovih in semenih rastlin:

1 - lipa Tilia intermedia;

2 - javor Acer monspessulanum;

3 - breza Betula pendula;

4 - bombažna trava Eriophorum;

5 - Dandelion Taraxacum officinale;

6 - mačka Typha scuttbeworhii

Pri razkroju mikroorganizmov, živali in rastlin glavno vlogo igrajo navpični konvekcijski zračni tokovi in \u200b\u200bšibki vetrovi. Močni vetrovi, nevihte in orkani imajo tudi pomemben vpliv na okolje na kopenske organizme.

Nizka gostota zraka povzroči razmeroma nizek pritisk na kopnem. Običajno je enak 760 mm Hg. Umetnost. Z večanjem nadmorske višine se tlak zmanjšuje. Na 5800 m je le polovica normale. Nizek tlak lahko omeji širjenje vrst v gorah. Za večino vretenčarjev je zgornja meja življenja približno 6000 m. Zmanjšanje tlaka povzroči zmanjšanje oskrbe s kisikom in dehidracijo živali zaradi povečanja hitrosti dihanja. Približno enake so meje napredovanja višjih rastlin v gore. Členonožci (Springtails, klopi, pajki), ki jih najdemo na ledenikih, nad vegetacijsko mejo, so nekoliko bolj trdožive.

Na splošno so vsi kopenski organizmi veliko bolj stenobatični kot vodni, saj običajna nihanja tlaka v njihovem okolju sestavljajo delček atmosfere in tudi za ptice, ki se dvigajo na velike višine, ne presegajo 1/3 normalne vrednosti.

Sestava plina iz zraka.Poleg fizikalnih lastnosti zraka so njegove kemijske lastnosti izjemno pomembne za obstoj kopenskih organizmov. Sestava plina v površinskem sloju ozračja je zaradi vsebnosti glavnih komponent (dušik - 78,1%, kisik - 21,0, argon - 0,9, ogljikov dioksid - 0,035 vol.%) Zaradi visoke difuzijske zmogljivosti plinov in nenehnega mešanja plina precej homogena. konvekcija in vetrovi. Vendar pa so lahko različne nečistoče plinastih, tekočih kapljic in trdnih (prašnih) delcev, ki vstopajo v ozračje iz lokalnih virov, pomemben okoljski pomen.

Visoka vsebnost kisika je spodbudila povečanje presnove kopenskih organizmov v primerjavi s primarnimi vodnimi organizmi. V zemeljskem okolju je na podlagi visoke učinkovitosti oksidativnih procesov v telesu nastala homeotermija živali. Kisik zaradi nenehno visoke vsebnosti v zraku ni dejavnik, ki omejuje življenje v kopenskem okolju. Le v krajih, v specifičnih razmerah, začasno primanjkuje, na primer pri kopičenju propadajočih rastlinskih ostankov, zalogah žita, moke itd.

Vsebnost ogljikovega dioksida se lahko v določenih območjih površinskega zračnega sloja spreminja v precej pomembnih mejah. Na primer, če v središču velikih mest ni vetra, se njegova koncentracija poveča za desetkrat. Dnevne spremembe vsebnosti ogljikovega dioksida v površinskih plasteh, povezane z ritmom rastlinske fotosinteze, so naravne. Sezonske povzročajo spremembe v intenzivnosti dihanja živih organizmov, predvsem mikroskopske populacije tal. Povečana nasičenost zraka z ogljikovim dioksidom se pojavlja na območjih vulkanske aktivnosti, v bližini termalnih vrelcev in drugih podzemnih izpustov tega plina. Ogljikov dioksid je v visokih koncentracijah 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 se iz tal v ozračje razprši, zlasti kadar dežuje. Veliko ga oddajajo tla, ki so zmerno vlažna, dobro segreta in bogata z organskimi ostanki. Na primer, tla bukovega gozda oddajajo CO 2 od 15 do 22 kg / ha na uro, neplodna peščena tla pa le 2 kg / ha.

V sodobnih razmerah so človeške dejavnosti za zgorevanje zalog fosilnih goriv postale močan vir dodatnega CO 2, ki vstopa v ozračje.

Za večino prebivalcev kopenskega okolja je dušik v zraku inerten plin, vendar ga številni prokariontski organizmi (nodulske bakterije, azotobakter, klostridije, modrozelene alge itd.) Lahko vežejo in vključijo v biološki obtok.

Sl. 46. Gorsko pobočje z uničenim rastlinjem zaradi emisij žveplovega dioksida iz bližnjih industrijskih podjetij

Lokalne nečistoče, ki se sproščajo v zrak, lahko pomembno vplivajo tudi na žive organizme. To še posebej velja za strupene plinaste snovi - metan, žveplov oksid, ogljikov monoksid, dušikov oksid, vodikov sulfid, klorove spojine, pa tudi delce prahu, saje itd., Ki zamašijo zrak na industrijskih območjih. Glavni sodobni vir kemičnega in fizikalnega onesnaževanja ozračja je antropogen: delo različnih industrijskih podjetij in prometa, erozija tal itd. Na primer žveplov oksid (SO 2) je za rastline strupen celo v koncentracijah od petdeset tisoč do ene milijonske količine zraka. Skoraj vsa vegetacija propada okoli industrijskih središč, ki onesnažujejo ozračje s tem plinom (slika 46). Nekatere rastlinske vrste so še posebej občutljive na SO 2 in služijo kot občutljiv pokazatelj njegovega kopičenja v zraku. Na primer, veliko lišajev umre celo s sledovi žveplovega oksida v okoliški atmosferi. Njihova prisotnost v gozdovih okoli velikih mest priča o visoki čistosti zraka. Odpornost rastlin na nečistoče v zraku se upošteva pri izbiri vrst za urejanje naselij. Na dim je občutljiv, na primer smreka in bor, javor, lipa, breza. Najbolj odporni so thuja, kanadski topol, ameriški javor, starina in nekateri drugi.

4.2.2. Tla in olajšanje. Vremenske in klimatske značilnosti okolja tal in zraka

Edafski okoljski dejavniki.Lastnosti tal in terena vplivajo tudi na življenjske pogoje kopenskih organizmov, predvsem rastlin. Lastnosti zemeljskega površja, ki vplivajo na okolje na njegove prebivalce, so združene z imenom edafični okoljski dejavniki (iz grščine. "Edaphos" - osnova, tla).

Narava rastlinskega koreninskega sistema je odvisna od hidrotermalnega režima, prezračevanja, sestave, sestave in strukture tal. Na primer, koreninski sistemi drevesnih vrst (breza, macesen) na območjih z večno zmrzaljo se nahajajo na majhni globini in se širijo v širino. Kjer ni večne zmrzali, so koreninski sistemi istih rastlin manj razširjeni in prodirajo globlje. V mnogih stenskih rastlinah lahko korenine dobijo vodo iz velikih globin, hkrati pa imajo veliko površinskih korenin v humusnem obzorju zemlje, od koder rastline absorbirajo elemente mineralne prehrane. Na zamrznjenih, slabo prezračenih tleh v mangrovih 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 jih ločimo: 1) acidofilnevrste - rastejo na kislih tleh s pH manjšim od 6,7 (rastline sphagnum bog, belci); 2) nevtrofilne -gravitirajo proti tlom s pH 6,7–7,0 (večina gojenih rastlin); 3) bazifilni- zrastejo pri pH več kot 7,0 (mordovnik, gozdna anemona); 4) enak -lahko raste na tleh z različnimi pH vrednostmi (šmarnica, ovčja pasa).

Glede na bruto sestavo tal obstaja: 1) oligotrofnirastline, ki so zadovoljne z majhno količino elementov pepela (škotski bor); 2) evtrofni,tisti, ki potrebujejo veliko število pepelnih elementov (hrast, navaden tekač, gojitelj trajnic); 3) mezotrofni,ki zahteva zmerno količino pepelastih elementov (navadna smreka).

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

Slane talne rastline sestavljajo skupino halofiti(salleros, sarsazan, kokpek).

Nekatere rastlinske vrste so omejene na različne podlage: petrofitirastejo na kamnitih tleh in psammofitinaseljujejo ohlapne peske.

Teren in narava tal vplivata na specifično gibanje živali. Na primer, kopitarji, noji in brki, ki živijo na odprtih prostorih, potrebujejo trdna tla, da izboljšajo odbojnost, kadar hitro tečejo. Pri kuščarjih, ki živijo na ohlapnih peskih, so prsti obrobljeni z obrobjem pohotnih lusk, kar povečuje površino opore (slika 47). Za kopenske prebivalce, ki kopajo luknje, so gosta tla neugodna. V nekaterih primerih narava tal vpliva na razporeditev kopenskih živali, se zakopava, vdre v zemljo, da uide pred vročino ali plenilci, ali pa odloži jajca v tla itd.

Sl. 47. Napeti gekon - prebivalec peščenih Sahare: A - pahljačkov gekon; B - noga gekona

Vremenske značilnosti.Življenjske razmere v okolju zemlja-zrak so zapletene, poleg tega vremenske spremembe.Vreme - To je nenehno spreminjajoče se stanje ozračja v bližini zemeljske površine do nadmorske višine približno 20 km (meja troposfere). Spremenljivost vremena se kaže v nenehnem spreminjanju kombinacije takih okoljskih dejavnikov, kot so temperatura in vlaga, oblačnost, padavine, jakost vetra in smer itd. Za vremenske spremembe, poleg njihovega rednega izmeničenja v letnem ciklu, so značilna neperiodična nihanja, ki znatno otežujejo pogoje obstoja kopenski organizmi. Vreme vpliva na življenje vodnih prebivalcev v veliko manjši meri in samo na populacijo površinskih plasti.

Podnebje območja.Dolgoročen vremenski režim je značilen podnebje območja. Koncept podnebja ne vključuje samo povprečnih vrednosti meteoroloških pojavov, temveč tudi njihovo letno in dnevno spreminjanje, odstopanja od njega in njihovo pogostost. Podnebje je določeno z geografskimi razmerami na območju.

Območno raznolikost podnebja zapleta vpliv monsunskih vetrov, razporeditev ciklonov in anticiklonov, vpliv gorskega pasu na gibanje zračnih mas, stopnja oddaljenosti od oceana (celina) in številni drugi lokalni dejavniki. V gorah je podnebna cona, ki je v marsičem podobna spreminjanju con iz nizkih v visoke zemljepisne širine. Vse to ustvarja izjemno raznolike življenjske pogoje na kopnem.

Za večino kopenskih organizmov, zlasti majhnih, ni toliko podnebje na območju pomembno, kot so pogoji njihovega neposrednega prebivališča. Zelo pogosto lokalni elementi okolja (relief, izpostavljenost, rastlinstvo itd.) Spremenijo režim temperature, vlažnosti, svetlobe, gibanja zraka na določenem območju, tako da se bistveno razlikujejo od podnebnih razmer na območju. Takšne lokalne podnebne spremembe, ki se razvijejo v površinskem sloju zraka, imenujemo mikroklima. Mikroklime so v vsaki coni zelo raznolike. Razlikujemo lahko mikroklime poljubno majhnih območij. Na primer, v vencu rož se ustvari poseben režim, ki ga uporabljajo žuželke, ki tam živijo. Razlike v temperaturi, vlažnosti zraka in sili vetra v odprtem prostoru in v gozdu, v travi in \u200b\u200bnad golo površino tal, na pobočjih severne in južne izpostavljenosti itd. zaprta mesta.

Padavine.Poleg oskrbe z vodo in shranjevanja vlage lahko igrajo še eno ekološko vlogo. Tako imajo močne hudourniške deževje ali toča včasih mehanski vpliv na rastline ali živali.

Ekološka vloga snežne odeje je še posebej raznolika. Dnevna nihanja temperature prodrejo v debelino snega le do 25 cm, globlje se temperatura komaj spreminja. Z zmrzali od -20-30 ° C pod plastjo snega 30-40 cm je temperatura le malo pod ničlo. Globoka snežna odeja varuje brsti obnove, ščiti zelene dele rastlin pred zmrzovanjem; številne vrste gredo pod sneg, ne da bi odstranile svoje listje, na primer dlakavi olupki, veronica officinalis, razkolnica itd.

Sl. 48. Shema telemetrične študije temperaturnega režima lešnikov, ki se nahajajo v snežni luknji (po A.V. Andreev, A.V. Krechmar, 1976)

Majhne kopenske živali pozimi vodijo aktiven življenjski slog, pod snegom in v njegovi debelini postavljajo cele galerije prehodov. Za številne vrste, ki se prehranjujejo s snežno vegetacijo, je značilno celo zimsko razmnoževanje, kar je opaziti na primer pri lemmingu, miših z lesom in rumeno grlom, številnih voluharjih, vodnih podganah itd. sl. 48).

Zimska snežna odeja preprečuje, da bi velike živali dobile hrano. Številni kopitarji (severni jeleni, divji prašiči, mošusni volovi) se pozimi hranijo izključno s snežno vegetacijo, globoka snežna odeja in predvsem trda skorja na njeni površini, ki se pojavi v ledu, pa jih obsojajo na pomanjkanje hrane. Med nomadskim govedorejem v predrevolucionarni Rusiji je bila v južnih regijah velika katastrofa juta - množična smrt živali zaradi ledu, ki živali odvzamejo hrano. Gibanje po ohlapnem globokem snegu je težko tudi za živali. Lisice, na primer, v snežnih zimah imajo raje območja v gozdu pod gosto smreko, kjer je plast snega tanjša, in skoraj nikoli ne gredo na odprte travnike in robove. Globina snežne odeje lahko omeji geografsko razširjenost vrst. Pravi jeleni na primer ne prodrejo proti severu do tistih območij, kjer je debelina snega pozimi več kot 40-50 cm.

Belina snežne odeje razkriva temne živali. Pri pojavljanju sezonskih barvnih sprememb belih in tundra jereb, belega zajca, ermina, lasice, arktične lisice je izbira za prikrivanje barve ozadja očitno igrala pomembno vlogo. Na Commander otokih je poleg belcev veliko modrih lisic. Po opažanjih zoologov se slednji zadržujejo večinoma v bližini temnih kamnin in brezsmrzalnega pasu za surf, belci pa imajo raje območja s snežno odejo.

Habitat na tleh

V času evolucije smo to okolje obvladali pozneje kot vodno. Okoljski dejavniki v okolju zemlja-zrak se od ostalih habitatov razlikujejo po visoki svetlobni intenzivnosti, občutnih nihanjih temperature in vlažnosti, povezanosti vseh dejavnikov z geografsko lego, spremembo letnih časov in časa v dnevu. Medij je plinast, zato ga odlikujejo nizka vlažnost, gostota in tlak ter visoka vsebnost kisika.

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

Plinska sestava ozračja je tudi pomemben klimatski dejavnik. Pred približno 3-3,5 milijarde let je ozračje vsebovalo dušik, amonijak, vodik, metan in vodno paro, v njem pa ni bilo prostega kisika. Sestavo ozračja so v veliki meri določali vulkanski plini.

Trenutno je ozračje sestavljeno predvsem iz dušika, kisika ter relativno manj argona in ogljikovega dioksida. Vsi drugi plini v atmosferi so vsebovani le v sledeh. Relativna vsebnost kisika in ogljikovega dioksida je še posebej pomembna za bioto.

Visoka vsebnost kisika je spodbudila povečanje presnove v kopenskih organizmih v primerjavi s primarnimi vodnimi organizmi. V zemeljskem okolju je na podlagi visoke učinkovitosti oksidativnih procesov v telesu nastala homeotermija živali. Kisik zaradi nenehno visoke vsebnosti v zraku ni dejavnik, ki omejuje življenje v kopenskem okolju. Le v krajih, v specifičnih razmerah, začasno primanjkuje, na primer pri kopičenju propadajočih rastlinskih ostankov, zalogah žita, moke itd.

Vsebnost ogljikovega dioksida se lahko v določenih območjih površinskega zračnega sloja spreminja v precej pomembnih mejah. Na primer, če v središču velikih mest ni vetra, se njegova koncentracija poveča za desetkrat. Dnevne spremembe vsebnosti ogljikovega dioksida v površinskih plasteh, povezane z ritmom fotosinteze rastlin, in sezonske, ki jih povzročajo spremembe v intenzivnosti dihanja živih organizmov, predvsem mikroskopske populacije tal, so naravne. Povečana nasičenost zraka z ogljikovim dioksidom se pojavlja na območjih vulkanske aktivnosti, v bližini termalnih vrelcev in drugih podzemnih izpustov tega plina. Nizka vsebnost ogljikovega dioksida zavira proces fotosinteze. V rastlinjakih lahko stopnjo fotosinteze povečamo s povečanjem koncentracije ogljikovega dioksida; to se uporablja v praksi rastlinjakov in rastlinjakov.

Za večino prebivalcev kopenskega okolja je dušik v zraku inerten plin, vendar ga lahko vežejo številni mikroorganizmi (nodulske bakterije, azotobakter, klostridije, modrozelene alge itd.) In jih vključijo v biološki cikel.

Lokalne nečistoče, ki se sproščajo v zrak, lahko pomembno vplivajo tudi 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 delce prahu, saje itd., Ki zamašijo zrak v industrijskih območja. Glavni sodobni vir kemičnega in fizikalnega onesnaževanja ozračja je antropogen: delo različnih industrijskih podjetij in prometa, erozija tal itd. Na primer žveplov oksid (SO 2) je strupen za rastline tudi v koncentracijah od ene petdeset tisoč do ene milijonske količine zraka. Nekatere rastlinske vrste so še posebej občutljive na SO 2 in služijo kot občutljiv pokazatelj njegovega kopičenja v zraku (na primer lišaji.

Nizka gostota zraka določa njegovo nizko dviganje in nizko podporo. Prebivalci zraka morajo imeti lasten podporni sistem, ki podpira telo: rastline - različna mehanska tkiva, živali - trdno ali, še manj pogosto, hidrostatsko okostje. Poleg tega so vsi prebivalci zračnega okolja tesno povezani s površino zemlje, ki jim služi za pritrditev in oporo. Življenje v vzmetenju, v zraku je nemogoče. Res je, da je veliko mikroorganizmov in živali, spore, semen in cvetnega prahu rastlin redno prisotnih v zraku in jih prenašajo zračni tokovi (anemohorija), številne živali so sposobne aktivnega letenja, vendar pri vseh teh vrstah glavna funkcija njihovega življenjskega cikla - razmnoževanje - poteka na površju zemlje. Za večino njih je bivanje v zraku povezano le z naselitvijo ali iskanjem plena.

Veter ima omejujoč vpliv na aktivnost in celo na širjenje organizmov. Veter lahko celo spremeni videz rastlin, zlasti v tistih habitatih, na primer v alpskih conah, kjer imajo drugi dejavniki omejevalni učinek. V odprtih gorskih habitatih veter omejuje rast rastlin, kar vodi do ukrivljenosti rastlin z vetrovne strani. Poleg tega veter povečuje evapotranspiracijo v pogojih z nizko vlago. Velikega pomena nevihte, čeprav je njihovo delovanje izključno lokalno. Orkani in navadni vetrovi so sposobni prevažati živali in rastline na dolge razdalje in s tem spremeniti sestavo skupnosti.

Pritiskmenda ni neposreden omejujoč dejavnik, ima pa neposreden vpliv na vreme in podnebje, ki imata neposreden omejevalni učinek. Nizka gostota zraka povzroči razmeroma nizek pritisk na kopnem. Običajno je enak 760 mm RT., Art. Z večanjem nadmorske višine se tlak zmanjšuje. Na 5800 m je le polovica normale. Nizek tlak lahko omeji razširjenost vrst v gorah. Za večino vretenčarjev je zgornja meja življenja približno 6000 m. Zmanjšanje tlaka povzroči zmanjšanje oskrbe s kisikom in dehidracijo živali zaradi povečanja hitrosti dihanja. Približno enake so meje napredovanja višjih rastlin v gore. Členonožci (Springtails, klopi, pajki), ki jih najdemo na ledenikih, nad vegetacijsko mejo, so nekoliko bolj trdožive.

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

Državna akademija v Sankt Peterburgu

Veterina.

Oddelek za splošno biologijo, ekologijo in histologijo.

Ekološki povzetek na temo:

Kopensko-zračno okolje, njegovi dejavniki

in prilagajanje organizmov nanje "

Izpolnjeno: študent 1. letnika

Oy skupina Pyatochenko N.L.

Preveril: izredni profesor na oddelku

Vakhmistrova S.F.

St. Petersburg

Uvod

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

Prilagajanje organizma okolju se imenuje prilagajanje. Sposobnost prilagajanja je ena glavnih lastnosti življenja na splošno, saj zagotavlja možnost njenega obstoja, preživetja in razmnoževanja. Prilagoditev se kaže na različnih ravneh - od biokemije celic in obnašanja posameznih organizmov do strukture in delovanja skupnosti in ekosistemov. Prilagoditve nastajajo in se spreminjajo med evolucijo vrste.

Posamezne lastnosti ali elementi okolja, ki vplivajo na organizme, se imenujejo okoljski dejavniki. Okoljski dejavniki so raznoliki. Imajo drugačno naravo in posebnosti delovanja. Okoljski dejavniki so razdeljeni v dve veliki skupini: abiotski in biotski.

Abiotični dejavniki - to je kompleks pogojev anorganskega okolja, 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 antropogeni dejavniki izstopajo kot neodvisna skupina skupaj z biotskimi in abiotskimi dejavniki, ki poudarjajo skrajni učinek antropogenega dejavnika.

Antropogeni dejavniki so vse oblike dejavnosti človeške družbe, ki vodijo do spremembe narave kot habitata drugih vrst ali neposredno vplivajo na njihovo življenje. Pomen antropogenega vpliva na celoten živi svet Zemlje še naprej hitro raste.

Spremembe okoljskih dejavnikov sčasoma so lahko:

1) redno-konstantno, spreminja moč udarca v povezavi s časom dneva, letnim časom ali ritmom plimovanja v oceanu;

2) nepravilne, brez jasne pogostosti, na primer spremembe vremenskih razmer v različnih letih, neurja, nalivi, blatne vode itd .;

3) usmerjene v določenih ali daljših časovnih obdobjih, na primer hlajenje ali segrevanje podnebja, zaraščanje rezervoarja itd.

Okoljski dejavniki lahko imajo različne vplive na žive organizme:

1) kot dražljaji, ki povzročajo prilagodljive spremembe fizioloških in biokemijskih funkcij;

2) kot omejevalniki, ki onemogočajo obstoj podatkov

pogoji;

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

4) kot signale, ki kažejo na spremembo drugih dejavnikov.

Kljub široki raznolikosti okoljskih dejavnikov je mogoče razlikovati številne splošne vzorce v naravi njihovega medsebojnega delovanja z organizmi in v odzivih živih bitij.

Intenzivnost ekološkega dejavnika, najugodnejša za vitalno aktivnost organizma, je optimalna, tista, ki daje najslabši učinek, pa je pesimimum, tj. razmere, v katerih je vitalna aktivnost organizma maksimalno zavirana, vendar še vedno lahko obstaja. Torej, ko rastemo rastline v različnih temperaturnih režimih, bo točka, na kateri opazimo največjo rast, optimalna. V večini primerov gre za določeno temperaturno območje več stopinj, zato je tukaj bolje govoriti o optimalnem območju. Celotno temperaturno območje (od minimalne do največje), pri katerem je rast še mogoča, se imenuje območje stabilnosti (vzdržljivost) ali toleranca. Točka, ki omejuje (tj. Najnižje in najvišje) uporabne temperature, je meja stabilnosti. Med optimalno cono in mejo tolerance, ko se približuje slednji, rastlina doživlja vse večji stres, tj. govorimo o stresnih conah ali območjih zatiranja znotraj območja stabilnosti

Odvisnost delovanja ekološkega dejavnika od njegove intenzivnosti (po V.A.Radkevich, 1977)

Ko se premikate po lestvici navzgor in navzdol, se ne povečuje samo stres, ampak na koncu, ko dosežete meje stabilnosti organizma, nastopi njegova smrt. Podobne poskuse je mogoče izvesti za preverjanje vpliva drugih dejavnikov. Rezultati bodo grafično ustrezali krivulji te vrste

Podzemno okolje življenja, njegove značilnosti in oblike prilagajanja nanj.

Življenje na kopnem je zahtevalo take prilagoditve, ki so bile možne le pri visoko organiziranih živih organizmih. Okolje med zemeljskim zrakom je težje za življenje, odlikuje ga velika vsebnost kisika, majhna količina vodne pare, nizka gostota itd. To je močno spremenilo pogoje dihanja, izmenjave vode in gibanja živih bitij.

Nizka gostota zraka ima za posledico nizko dviganje in nizko podporo. Zračni organizmi morajo imeti lasten podporni sistem, ki podpira telo: rastline - različna mehanska tkiva, živali - trdno ali hidrostatično okostje. Poleg tega so vsi prebivalci zračnega okolja tesno povezani s površino zemlje, ki služi kot njihova pritrditev in opora.

Nizka gostota zraka zagotavlja nizko odpornost proti gibanju. Zato so številne kopenske živali pridobile sposobnost letenja. 75% vseh kopenskih, predvsem žuželk in ptic, se je prilagodilo aktivnemu letu.

Zaradi gibljivosti zraka so možni navpični in vodoravni pretoki zračnih mas v spodnji atmosferi za pasivni let organizmov. V zvezi s tem je veliko vrst razvilo anemohorijo - razprševanje s pomočjo zračnih tokov. Anemohorija je značilna za spore, semena in plodove rastlin, protozojske ciste, majhne žuželke, pajke itd. Organizmi, ki jih pasivni prenašajo zračni tokovi, se skupaj imenujejo aeroplankton.

Kopenski organizmi obstajajo v razmerah relativno nizkega tlaka zaradi nizke gostote zraka. Običajno je enak 760 mm Hg. Z večanjem nadmorske višine se tlak zmanjšuje. Nizek tlak lahko omeji razširjenost vrst v gorah. Pri vretenčarjih je zgornja meja življenja približno 60 mm. Znižanje tlaka povzroči zmanjšanje preskrbe s kisikom in dehidracijo živali s povečanjem hitrosti dihanja. Približno enake meje napredovanja v gorah so višje rastline. Členonožci, ki jih najdemo na ledenikih, nad vegetacijsko mejo, so nekoliko bolj trdožive.

Sestava plina v zraku. Poleg fizikalnih lastnosti zraka so njegove kemijske lastnosti zelo pomembne za obstoj kopenskih organizmov. Sestava plina v površinskem sloju ozračja je glede na vsebnost glavnih sestavnih delov (dušik - 78,1%, kisik - 21,0%, argon 0,9%, ogljikov dioksid - 0,003 vol.%) Precej homogena.

Visoka vsebnost kisika je spodbudila povečanje presnove kopenskih organizmov v primerjavi s primarnimi vodnimi organizmi. V zemeljskem okolju je na podlagi visoke učinkovitosti oksidativnih procesov v telesu nastala živalska homeotermija. Zaradi svoje konstantno visoke vsebnosti v zraku kisik ni omejujoč dejavnik življenja v kopenskem okolju.

Vsebnost ogljikovega dioksida se lahko v določenih območjih površinskega zračnega sloja spreminja v precej pomembnih mejah. Povečana nasičenost zraka z? se pojavlja v conah vulkanske aktivnosti, v bližini termalnih vrelcev in drugih podzemnih izhodov tega plina. Ogljikov dioksid je v visokih koncentracijah strupen. V naravi so takšne koncentracije redke. Nizka vsebnost CO2 zavira proces fotosinteze. V zaprtem okolju lahko povečate stopnjo fotosinteze s povečanjem koncentracije ogljikovega dioksida. To se uporablja v praksi rastlinjakov in rastlinjakov.

Zračni dušik je za večino prebivalcev kopenskega okolja inerten plin, vendar ga posamezni mikroorganizmi (nodulske bakterije, dušikove bakterije, modro-zelene alge itd.) Lahko vežejo in vključijo v biološki kroženje snovi.

Pomanjkanje vlage je ena od bistvenih značilnosti življenjskega okolja tal in zraka. Celoten razvoj kopenskih organizmov je potekal pod znakom prilagoditve pridobivanju in ohranjanju vlage. Načini vlažnosti na kopnem so zelo raznoliki - od popolnega in stalnega nasičenja zraka z vodno paro na nekaterih območjih tropov do skoraj popolne odsotnosti na suhem zraku puščav. Pomembna je tudi dnevna in sezonska variabilnost vsebnosti vodne pare v ozračju. Oskrba z vodo iz kopenskih organizmov je odvisna tudi od režima padavin, prisotnosti vodnih teles, rezerv vlage v tleh, bližine funtskih vod itd.

To je privedlo do razvoja prilagajanja kopenskih organizmov na različne načine oskrbe z vodo.

Temperaturno stanje. Naslednja značilnost okolja zrak-zemlja so znatna nihanja temperature. V večini kopenskih območij so dnevna in letna temperaturna območja več deset stopinj. Odpornost na temperaturne spremembe v okolju pri kopenskih prebivalcih je zelo različna, odvisno od specifičnega habitata, v katerem živijo. Vendar pa so na splošno kopenski organizmi v primerjavi z vodnimi organizmi bistveno bolj evtertermični.

Življenjske razmere v zračnem okolju so zapletene tudi zaradi vremenskih sprememb. Vreme - nenehno spreminjajoče se razmere ozračja v bližini izposojene površine do višine približno 20 km (meja troposfere). Spremenljivost vremena se kaže v nenehnem spreminjanju kombinacije takih okoljskih dejavnikov, kot so temperatura, vlaga zraka, oblačnost, padavine, moč vetra in smer itd. Dolgotrajne vremenske razmere so značilne za podnebje območja. Koncept podnebja ne vključuje le povprečnih vrednosti meteoroloških pojavov, temveč tudi njihov letni in dnevni potek, odstopanje od njega in njihovo pogostost. Podnebje je določeno z geografskimi razmerami na območju. Glavni klimatski dejavniki - temperatura in vlažnost - se merijo s količino padavin in nasičenostjo zraka z vodno paro.

Za večino kopenskih organizmov, zlasti majhnih, podnebje območja ni tako pomembno kot pogoji njihovega neposrednega prebivanja. Zelo pogosto lokalni elementi okolja (relief, izpostavljenost, rastlinstvo itd.) Spremenijo režim temperature, vlažnosti, svetlobe, gibanja zraka na določenem območju, tako da se bistveno razlikujejo od podnebnih razmer na območju. Takšne spremembe podnebja, ki se razvijejo v površinskem sloju zraka, imenujemo mikroklima. V vsaki coni je mikroklima zelo raznolika. Razlikujemo lahko mikroklime zelo majhnih območij.

Svetlobni način okolja zrak-zemlja ima tudi nekatere značilnosti. Intenzivnost in količina svetlobe sta tu največja in praktično ne omejujeta življenja zelenih rastlin, kot v vodi ali zemlji. Na kopnem so možne izredno svetlo ljubeče vrste. Za veliko večino kopenskih živali z dnevno in celo nočno aktivnostjo je vid eden glavnih načinov orientacije. Pri kopenskih živalih je vid potreben za iskanje plena, veliko vrst ima celo barvni vid. V zvezi s tem imajo žrtve take prilagodljive lastnosti, kot so zaščitna reakcija, maskiranje in opozorilno barvanje, mimikrija itd.

Takšne prilagoditve so med vodnimi prebivalci veliko manj razvite. Pojav svetlo obarvanih cvetov višjih rastlin je povezan tudi s posebnostmi opraševalnega aparata in navsezadnje s svetlobnim režimom okolja.

Olajšanje območja in lastnosti tal so tudi življenjske razmere kopenskih organizmov in predvsem rastlin. Lastnosti zemeljskega površja, ki vplivajo na okolje na njegove prebivalce, združujejo "edafski okoljski dejavniki" (iz grškega "edaphos" - "tla").

Glede na različne lastnosti tal lahko ločimo številne ekološke skupine rastlin. Torej, glede na reakcijo na kislost tal jih ločimo:

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

2) nevtrofilne vrste ponavadi rastejo na tleh s pH 6,7–7,0 (večina gojenih rastlin);

3) rastline bazilike rastejo pri pH več kot 7,0 (mordovnik, gozdna vetrnica);

4) ravnodušen lahko raste na tleh z različnimi pH vrednostmi (šmarnica).

Rastline se razlikujejo glede na vlažnost tal. Nekatere vrste so omejene na različne podlage, na primer petrofiti rastejo na kamnitih tleh, pasmofiti naseljujejo ohlapne peske.

Olajšanje terena in narava tal vplivata na posebnosti gibanja živali: na primer kopitarji, noji, gobče, ki živijo na prostem, trdih tleh, da izboljšajo odbojnost med tekom. Pri kuščarjih, ki živijo v ohlapnem pesku, so prsti obrobljeni z obrobjem pohotnih lusk, ki povečajo oporo. Za kopenske prebivalce, ki kopajo luknje, je gosta tla neugodna. Narava tal v določenih primerih vpliva na porazdelitev kopenskih živali, zakopavanje ali zakopavanje v tla ali polaganje jajc v tla itd.

O sestavi zraka.

Sestava plina v zraku, ki ga dihamo, izgleda tako: 78% je dušik, 21% kisik in 1% drugih plinov. Toda v ozračju velikih industrijskih mest se to razmerje pogosto krši. Pomemben delež predstavljajo škodljive nečistoče, ki jih povzročajo emisije iz podjetij in vozil. Motorni transport v ozračje prinese veliko nečistoč: ogljikovodiki neznane sestave, benz (a) pirene, ogljikov dioksid, žveplo in dušikove spojine, svinec, ogljikov monoksid.

Vzdušje je sestavljeno iz mešanice številnih plinov - zraka, v katerih se suspendirajo koloidne nečistoče - prah, kapljice, kristali itd. Sestava atmosferskega zraka se z višino malo spreminja. Toda z višine približno 100 km, skupaj z molekularnim kisikom in dušikom, se atomski kisik pojavi kot posledica disociacije molekul in začne se gravitacijsko ločevanje plinov. Nad 300 km v atmosferi prevladuje atomski kisik, nad 1000 km - helij in nato atomski vodik. Tlak in gostota atmosfere se z višino zmanjšujeta; 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 približno 750 km gostota zraka pade na 10-10 g / m3 (medtem ko je na zemeljski površini približno 103 g / m3), vendar celo tako nizka gostota še vedno zadostuje za pojav avre. Vzdušje nima ostre zgornje meje; gostota sestavnih plinov

Sestava atmosferskega zraka, ki ga vdihne vsak izmed 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 določeno število vodne pare, katere število se vedno spreminja s temperaturo: višja je temperatura, višja je vsebnost hlapov in obratno. Zaradi nihanj količine vodne pare v zraku tudi odstotek plinov v njem ni stalen. Vsi plini v zraku so brezbarvni in brez vonja. Teža zraka se spreminja, ne le glede na temperaturo, ampak tudi od vsebnosti vodne pare v njej. Pri isti temperaturi je teža suhega zraka več kot mokra, ker vodna para je veliko lažja od zračne pare.

Tabela prikazuje plinsko sestavo atmosfere v prostorninskem razmerju mase in življenjsko dobo glavnih sestavnih delov:

Lastnosti plinov, ki sestavljajo atmosferski zrak pod spremembami tlaka.

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

Dušik pod pritiskom 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 ga penjeli.

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

Vsaka komponenta, ki je del zraka, s povečanjem tlaka do določenih meja postane strup, ki lahko zastrupi telo.

Študije plinske sestave ozračja. Atmosferska kemija

Za zgodovino hitrega razvoja sorazmerno mlade veje znanosti, imenovane atmosferska kemija, je najbolj primeren izraz "metanje" (metanje), ki se uporablja v hitrem športu. Morda je strel iz začetnega pištola služil kot dva članka, objavljena v začetku sedemdesetih let prejšnjega stoletja. Govorili so o možnem uničenju stratosferskega ozona z dušikovimi oksidi - NO in NO2. Prvi je pripadal bodočemu nobelovcu, nato pa uslužbencu Stockholmske univerze P. Krutzen, ki je menil, da je verjeten vir dušikovih oksidov v stratosferi, dušikov oksid N2O, ki razpade pod vplivom sončne svetlobe, naravnega izvora. Avtor drugega članka, kemik z kalifornijske univerze v Berkeleyju G. Johnston, je predlagal, da se dušikovi oksidi pojavijo v stratosferi kot posledica človeške dejavnosti, in sicer, ko emisije produktov zgorevanja reaktivnih motorjev z visokoletečih letal.

Seveda omenjene hipoteze niso nastale iz nič. Razmerje vsaj glavnih komponent v atmosferskem zraku - dušika, kisika, vodne pare in drugih molekul - je bilo znano veliko prej. Že v drugi polovici XIX. v Evropi so bile izvedene meritve koncentracije ozona v površinskem zraku. Angleški znanstvenik S. Chapman je v tridesetih letih prejšnjega stoletja odkril mehanizem nastanka ozona v čisto kisikovi atmosferi, pri čemer je nakazal niz interakcij kisikovih atomov in molekul, pa tudi ozona v odsotnosti drugih sestavin zraka. Vendar pa so v poznih petdesetih letih prejšnjega stoletja meritve z meteorološkimi raketami pokazale, da je ozona v stratosferi veliko manj, kot bi moralo biti po Chapmanovem reakcijskem ciklu. Čeprav ta mehanizem ostaja temeljni do danes, je postalo jasno, da obstajajo še nekateri drugi procesi, ki aktivno sodelujejo pri nastajanju atmosferskega ozona.

Omeniti velja, da so znanje na področju atmosferske kemije do začetka 70. let prejšnjega stoletja pridobivali predvsem po zaslugi prizadevanj posameznih znanstvenikov, katerih študij ni združil noben družbeno pomemben koncept in so imeli največkrat povsem akademski značaj. Johnstonovo delo je drugačna stvar: po njegovih izračunih bi lahko 500 letal, ki letijo 7 ur na dan, zmanjšalo količino stratosferskega ozona za najmanj 10%! In če bi bile te ocene poštene, bi težava takoj postala družbeno-ekonomska, saj bi morali biti v tem primeru vsi programi razvoja nadzvočnih transportnih zrakoplovov in z njimi povezane infrastrukture podvrženi precejšnjim prilagoditvam in morda celo zaprtju. Še več, takrat se je prvič pojavilo vprašanje, da antropogena dejavnost lahko povzroči ne lokalno, ampak globalno kataklizmo. Seveda je v trenutnih razmerah teorija potrebovala zelo naporno in hkrati hitro preverjanje.

Spomnimo, da je bistvo zgornje hipoteze v tem, da dušikov oksid reagira z ozonom NO + O3 ® NO2 + O2, nato dušikov dioksid, ki nastane v tej reakciji, reagira z atomom kisika NO2 + O ® NO + O2 in s tem obnovi prisotnost NO v atmosferi, molekula ozona pa se nepovratno izgubi. Poleg tega se tak par reakcij, ki obsega dušikov katalitični cikel uničenja ozona, ponavlja, dokler kakršni koli kemični ali fizikalni procesi ne privedejo do odstranitve dušikovih oksidov iz atmosfere. Tako se na primer NO2 oksidira do dušikove kisline HNO3, ki je v vodi zelo topna, zato jo iz oblakov in padavin odstrani iz atmosfere. Dušikov katalitični cikel je zelo učinkovit: ena molekula NO med bivanjem v atmosferi uspe uničiti več deset tisoč molekul ozona.

Toda, kot veste, težave ne pridejo same. Kmalu sta strokovnjaka z ameriških univerz - Michigan (R. Stoliarski in R. Tsitserone) in Harvard (S. Wofsey in M. McElroy) - odkrila, da ima ozon lahko še bolj neusmiljenega sovražnika - klorove spojine. Klorin katalitični cikel uničenja ozona (reakciji Cl + O3 ® ClO + O2 in ClO + O ® Cl + O2) je bil po njihovih ocenah nekajkrat učinkovitejši od dušikovega cikla. Zadržan optimizem je povzročalo le dejstvo, da je količina klora naravnega izvora v ozračju razmeroma majhna, kar pomeni, da skupni učinek njegovega vpliva na ozon morda ni premočan. Vendar se je situacija močno spremenila, ko so leta 1974 zaposleni na kalifornijski univerzi v Irvineu S. Rowland in M. Molina ugotovili, da so vir klora v stratosferi klorofluoroogljikove spojine (CFC), ki se pogosto uporabljajo v hladilnih enotah, aerosolnih posodah itd. Te vnetljive, netoksične in kemično pasivne te snovi počasi prenašajo z naraščajočimi zračnimi tokovi s zemeljskega površja v stratosfero, kjer njihove molekule uničujejo sončna svetloba, kar povzroči sproščanje prostih atomov klora. Industrijska proizvodnja CFC-jev, ki se je začela v 30-ih letih, in njihove emisije v ozračje so se stalno povečevala v vseh naslednjih letih, zlasti v 70. in 80. letih. Tako so teoretiki v zelo kratkem času prepoznali dva problema atmosferske kemije, ki sta jih povzročila intenzivna antropogena onesnaženja.

Za preverjanje skladnosti predloženih hipotez je bilo treba opraviti številne naloge.

Prvič, razširiti laboratorijske raziskave, med katerimi bi bilo mogoče določiti ali izboljšati hitrost fotokemičnih reakcij med različnimi komponentami atmosferskega zraka. Povedati je treba, da so imeli zelo majhni podatki o teh hitrostih, ki so takrat obstajali, tudi veliko (do nekaj sto odstotkov) napake. Poleg tega pogoji, pod katerimi so bile izvedene meritve, praviloma niso ustrezale realnosti atmosfere, kar je napako resno poslabšalo, saj je bila intenzivnost večine reakcij odvisna od temperature, včasih pa tudi od tlaka ali gostote atmosferskega zraka.

Drugič,intenzivno preučujemo sevalne in optične lastnosti številnih majhnih plinov v atmosferi v laboratorijskih pogojih. Molekule večjega števila sestavin atmosferskega zraka uničujejo ultravijolično sevanje iz Sonca (v reakcijah fotolize), med njimi ne le zgoraj omenjeni CFC, temveč tudi molekularni kisik, ozon, dušikovi oksidi in mnogi drugi. Zato so bile ocene parametrov vsake reakcije fotolize prav tako potrebne in pomembne za pravilno reprodukcijo atmosferskih kemijskih procesov, kot tudi hitrost reakcij med različnimi molekulami.

Tretjič, izdelati je bilo treba matematične modele, ki bi lahko karseda natančneje opisali medsebojne kemijske preobrazbe komponent atmosferskega zraka. Kot smo že omenili, produktivnost uničenja ozona v katalitičnih ciklih določa, koliko časa katalizator (NO, Cl ali kakšen drug) ostane v atmosferi. Jasno je, da bi tak katalizator na splošno lahko reagiral s katero koli od desetin komponent atmosferskega zraka, ki bi se hkrati hitro razpadel, potem pa bi bila škoda stratosferskega ozona veliko manjša od pričakovane. Po drugi strani, ko se v atmosferi vsako sekundo zgodi veliko kemičnih preobrazb, je povsem mogoče, da se ugotovijo drugi mehanizmi, ki neposredno ali posredno vplivajo na tvorbo in uničenje ozona. Končno lahko takšni modeli izolirajo in ocenijo pomen posameznih reakcij ali njihovih skupin v tvorbi drugih plinov, ki sestavljajo atmosferski zrak, in omogočajo tudi izračun koncentracij plina, ki jim meritve niso dostopne.

Končno treba je organizirati široko mrežo za merjenje vsebnosti različnih plinov v zraku, vključno z dušikom, klorom in drugimi spojinami, pri čemer so v ta namen uporabili zemeljske postaje, izstrelili vremenske balone in vremenske balone ter lete zrakoplovov. Seveda je bila izdelava baze podatkov najdražja naloga, ki je ni bilo mogoče rešiti v kratkem času. Vendar pa bi lahko samo meritve postale izhodišče za teoretične raziskave in bi bile hkrati temelj resnice izraženih hipotez.

Od zgodnjih 70-ih let vsaj enkrat na tri leta izhajajo posebne, stalno posodobljene zbirke, ki vsebujejo informacije o vseh pomembnih atmosferskih reakcijah, vključno s reakcijami fotolize. Še več, napaka pri določanju parametrov reakcij med plinskimi komponentami zraka je danes običajno 10-20%.

V drugi polovici tega desetletja se je hitro razvil model, ki opisuje kemijske preobrazbe v atmosferi. Največ jih je nastalo v ZDA, pojavili pa so se v Evropi in ZSSR. Sprva so bili to škatlasti (ničdimenzionalni) modeli, nato pa enodimenzionalni modeli. Prvi so z različno stopnjo zanesljivosti reproducirali vsebnost glavnih atmosferskih plinov v dani prostornini - škatla (od tod tudi njihovo ime) - kot posledica kemičnih interakcij med njimi. Ker je bilo ohranjeno skupno maso zmesi zraka, se odstranjevanje katerega koli dela iz škatle, na primer z vetrom, ni upoštevalo. Modeli škatel so bili primerni za razjasnitev vloge posameznih reakcij ali njihovih skupin v procesih kemičnih tvorb in uničenja atmosferskih plinov, za oceno občutljivosti sestave atmosferskega plina na netočnosti pri določanju hitrosti reakcije. Z njihovo pomočjo so raziskovalci lahko z nastavitvijo atmosferskih parametrov v polju (zlasti temperature in gostote zraka), ki ustrezajo višini letenja letalstva, v grobem ocenili, kako bi se koncentracije atmosferskih nečistoč spremenile kot posledica emisij produktov zgorevanja iz letalskih motorjev. Hkrati so bili modeli škatle neprimerni za preučevanje problema klorofluoroogljikovodikov (CFC), saj niso mogli opisati procesa njihovega premika od zemeljskega površja do stratosfere. Tu so prišli v poštev enodimenzionalni modeli, ki so združili ob upoštevanju podrobnega opisa kemijskih interakcij v atmosferi in prevoza nečistoč v navpični smeri. In čeprav je bil vertikalni prenos določen tudi tukaj, precej grobo, je bila uporaba enodimenzionalnih modelov opazen korak naprej, saj so omogočili nekako opisovanje resničnih pojavov.

Če pogledamo nazaj, lahko rečemo, da naše sodobno znanje v veliki meri temelji na grobem delu, opravljenem v tistih letih z uporabo enodimenzionalnih in škatlastih modelov. Omogočila je določitev mehanizmov tvorbe plinske sestave ozračja, ocenjevanje intenzivnosti kemičnih virov in ponorov posameznih plinov. Pomembna značilnost te faze v razvoju atmosferske kemije je, da so se nove ideje preizkušale na modelih in o njih veliko razpravljali strokovnjaki. Dobljene rezultate so pogosto primerjali z ocenami drugih znanstvenih skupin, saj očitne meritve očitno niso bile dovolj, njihova natančnost pa je bila zelo nizka. Poleg tega je bilo treba za potrditev pravilnosti modeliranja nekaterih kemijskih interakcij opraviti kompleksne meritve, ko bi bile hkrati določene koncentracije vseh sodelujočih reagentov, kar je bilo takrat, pa tudi zdaj, praktično nemogoče. (Do zdaj je bilo v 2-5 dneh opravljenih le nekaj meritev kompleksa plinov iz Shuttleja.) Zato so bile modelne študije pred eksperimentalnimi in teorija ni toliko pojasnila terenskih opazovanj, kot so prispevale k njihovemu optimalnemu načrtovanju. Na primer, spojina, kot je klor nitrat ClONO2, se je najprej pojavila v študijah modelov in šele nato odkrita v atmosferi. Težko je bilo primerjati razpoložljive meritve z ocenami modela, saj enodimenzionalni model ni mogel upoštevati vodoravnega gibanja zraka, zato je bilo vzdušje domnevno vodoravno enotno, dobljeni rezultati modela pa so ustrezali določenemu globalnemu povprečnemu stanju. Vendar se v resnici sestava zraka nad industrijskimi regijami Evrope ali ZDA zelo razlikuje od njegove sestave nad Avstralijo ali nad Tihim oceanom. Zato so rezultati kakršnega koli opazovanja na terenu v veliki meri odvisni od kraja in časa meritev in seveda ne ustrezajo popolnoma globalni povprečni vrednosti.

Da bi premostili to vrzel v modeliranju, so v osemdesetih letih prejšnjega stoletja raziskovalci ustvarili dvodimenzionalne modele, ki so skupaj z vertikalnim transportom upoštevali zračni promet po meridianu (vzdolž kroga zemljepisne širine je ozračje še vedno veljalo za homogeno). Ustvarjanje takšnih modelov je bilo najprej povezano s pomembnimi težavami.

Prvič, Število zunanjih parametrov modela se je močno povečalo: na vsaki točki omrežja je bilo treba nastaviti hitrosti navpičnega in medlastudinskega prevoza, temperaturo in gostoto zraka itd. Številni parametri (najprej prej omenjene hitrosti) v poskusih niso bili zanesljivo določeni, zato so bili izbrani iz kvalitativnih vidikov.

Drugič,stanje računalniške tehnologije je takrat močno oviralo polni razvoj dvodimenzionalnih modelov. V nasprotju z varčnimi enodimenzionalnimi in še bolj dodelanimi dvodimenzionalnimi modeli so zahtevali bistveno več pomnilnika in računalniškega časa. Kot rezultat tega so bili njihovi ustvarjalci prisiljeni bistveno poenostaviti sheme za obračun kemičnih transformacij v ozračju. Kljub temu je kompleks atmosferskih raziskav, tako modelnih kot celostnih, s pomočjo satelitov omogočil narisati sorazmerno skladno, čeprav še zdaleč ne popolno sliko sestave ozračja, pa tudi vzpostaviti glavna vzročno-posledična razmerja, ki povzročajo spremembe vsebnosti posameznih komponent zraka. Številne raziskave so zlasti pokazale, da letali letala v troposferi ne povzročajo večje škode troposferskemu ozonu, vendar se zdi, da njihov vzpon v stratosfero negativno vpliva na ozonosfero. Mnenje večine strokovnjakov o vlogi CFC-jev je bilo skoraj enotno: potrjena je hipoteza Rowlanda in Moline in te snovi resnično prispevajo k uničenju stratosferskega ozona, redna rast njihove industrijske proizvodnje pa je časovna bomba, saj razpadanje CFC-jev ne pride takoj, ampak po desetih in sto letih zato bodo vplivi onesnaževanja zelo dolgo vplivali na ozračje. Poleg tega lahko klorofluoroogljikovodiki dosežejo katero koli, najbolj oddaljeno točko v atmosferi, zato je to globalna grožnja. Prišel je čas za dogovorjene politične odločitve.

Leta 1985 je na Dunaju sodelovala 44 držav na Konvenciji o zaščiti ozonske plasti, ki je spodbudila njegovo celovito preučevanje. Toda vprašanje, kaj storiti s CFC-ji, je bilo še vedno odprto. Nemogoče je bilo stvari začeti po lastni volji po načelu "razreši se sam", vendar je nemogoče čez noč prepovedati proizvodnjo teh snovi brez velike škode za gospodarstvo. Zdi se, da obstaja preprosta rešitev: treba je nadomestiti CFC z drugimi snovmi, ki lahko opravljajo enake funkcije (na primer v hladilnih enotah) in so hkrati neškodljive ali vsaj manj nevarne za ozon. Toda izvajanje preprostih rešitev je pogosto zelo težko. Za samo ustvarjanje takšnih snovi in \u200b\u200bza njihovo proizvodnjo so bile potrebne ogromne naložbe in čas, potrebna so bila tudi merila za oceno vpliva katere koli od njih na ozračje in podnebje.

Teoretiki so bili spet v središču pozornosti. D. Webbles iz nacionalnega laboratorija Livermore je predlagal, da bi v ta namen uporabili ozonsko-škodljivi potencial, ki je pokazal, koliko je nadomestna molekula močnejša (ali šibkejša) od molekule CFCl3 (Freon-11), ki vpliva na atmosferski ozon. Takrat je bilo tudi dobro znano, da je temperatura površinskega zračnega sloja v veliki meri odvisna od koncentracije nekaterih plinskih nečistoč (imenovane so toplogredne), predvsem ogljikovega dioksida CO2, vodne pare H2O, ozona itd. V to kategorijo so bili vključeni tudi CFC, in mnogi njihovi potencialni nadomestki. Meritve so pokazale, da je med industrijsko revolucijo povprečna letna svetovna temperatura površinskega sloja zraka rasla in še naprej narašča, kar kaže na znatne in ne vedno zaželene spremembe v podnebju Zemlje. Da bi to stanje obvladali, skupaj z ozonirajočim potencialom snovi je bil upoštevan tudi njegov potencial za globalno segrevanje. Ta indeks kaže, koliko močnejša ali šibkejša preučena spojina vpliva na temperaturo zraka kot enaka količina ogljikovega dioksida. Izračuni so pokazali, da imajo CFC in alternativne snovi zelo velike potenciale globalnega segrevanja, a zaradi dejstva, da so bile njihove koncentracije v ozračju precej nižje od koncentracij CO2, H2O ali O3, je njihov skupni prispevek k globalnemu segrevanju ostal zanemarljiv. Zaenkrat ...

Tabele izračunanih potencialov, ki tanjšajo ozonski plašč in globalno segrevanje, za klorofluoroogljikovodike in njihove možne nadomestke tvorijo osnovo za mednarodne odločitve o zmanjšanju in poznejši prepovedi proizvodnje in uporabe številnih CFC-jev (Montreal Protokol 1987 in poznejši dodatki k njej). Morda strokovnjaki, zbrani v Montrealu, ne bi bili tako enotni (na koncu so bili članki Protokola utemeljeni na "izumih" teoretikov, ki niso bili potrjeni s terenskimi poskusi), vendar je druga zainteresirana "oseba" - sama atmosfera - govorila v prid podpisu tega dokumenta.

Napoved odkritja britanskih znanstvenikov konec leta 1985 o "ozonski luknji" nad Antarktiko je postala, ne brez sodelovanja novinarjev, senzacija leta, odziv svetovne skupnosti na to sporočilo pa je najlažje opisati z eno kratko besedo - šok. Ena stvar je, ko grožnja uničenja ozonske plasti obstaja le v daljni prihodnosti, vendar je druga stvar, ko smo vsi soočeni s fait comppli. Niti navadni ljudje, niti politiki, niti teoretični strokovnjaki niso bili pripravljeni na to.

Hitro je postalo jasno, da noben od takrat obstoječih modelov ne more povzročiti tako občutnega zmanjšanja vsebnosti ozona. To pomeni, da nekaterih pomembnih naravnih pojavov bodisi niso bili upoštevani ali podcenjeni. Kmalu so s terenskimi študijami, opravljenimi v okviru študijskega programa antarktičnega pojava, ugotovili, da poleg običajnih reakcij (plinske faze) atmosferskih reakcij v antarktični stratosferi (njena skoraj popolna izolacija od preostale atmosfere pozimi) igra pomembno vlogo pri oblikovanju "ozonske luknje", in tudi takrat slabo raziskane heterogene reakcije (reakcije na površini atmosferskih aerosolov - prašni delci, saje, led, kapljice vode itd.). Le ob upoštevanju zgornjih dejavnikov je bilo mogoče doseči zadovoljivo soglasje med rezultati modela in podatki opazovanja. In lekcije, ki jih je naučila antarktična "ozonska luknja", so resno vplivale na nadaljnji razvoj atmosferske kemije.

Najprej je bil oster zagon podrobna študija heterogenih procesov, ki potekajo po zakonih, ki se razlikujejo od zakonov, ki določajo plinske faze. Drugič, jasno je bilo razumevanje, da je v kompleksnem sistemu, ki je ozračje, vedenje njegovih elementov odvisno od celega kompleksa notranjih povezav. Z drugimi besedami, vsebnost plinov v atmosferi ne določa le intenzivnost kemičnih procesov, temveč tudi temperatura zraka, prenos zračnih mas, posebnosti onesnaževanja z aerosoli različnih delov ozračja itd. Segrevanje in hlajenje, ki tvorita temperaturno polje stratosferskega zraka, pa sta odvisna od koncentracije in porazdelitev toplogrednih plinov v prostoru in s tem iz atmosferskih dinamičnih procesov. Nazadnje, nehomogeno sevanje ogrevanja različnih območij sveta in delov atmosfere ustvarja gibanje atmosferskega zraka in nadzoruje njihovo intenzivnost. Tako je lahko zanemarjanje kakršnih koli povratnih informacij v modelih prepleteno z velikimi napakami pri pridobljenih rezultatih (čeprav je, mimogrede, pretirano zapletenost modela brez nujne potrebe prav tako neprimerna kot streljanje topov na znane predstavnike ptic).

Če smo razmerje med temperaturo zraka in njegovo sestavo plina upoštevali v dvodimenzionalnih modelih že v 80. letih, je bila uporaba tridimenzionalnih modelov splošne atmosferske cirkulacije za opis porazdelitve atmosferskih nečistoč mogoča zaradi računalniškega razcveta šele v 90. letih. Prvi takšni modeli splošnega kroženja so bili uporabljeni za opis prostorske porazdelitve kemično pasivnih snovi - sledilcev. Pozneje so bili zaradi nezadostne RAM v računalnikih kemijski procesi določeni le z enim parametrom - časom bivanja nečistoče v atmosferi in šele pred kratkim so bloki kemičnih preobrazb postali polnopravni deli tridimenzionalnih modelov. Čeprav težave pri podrobni predstavitvi atmosferskih kemijskih procesov v tridimenzionalnih modelih še vedno ostajajo, se danes ne zdijo več nepremagljive, najboljši tridimenzionalni modeli pa vključujejo na stotine kemičnih reakcij, skupaj z resničnim klimatskim transportom zraka v globalni atmosferi.

Obenem pa široka uporaba sodobnih modelov sploh ne postavlja pod vprašaj uporabnosti preprostejših, ki smo jih omenili zgoraj. Znano je, da bolj kot je kompleksni model, težje je ločiti „signal“ od „hrupa modela“, analizirati dobljene rezultate, izločiti glavne vzročne mehanizme, oceniti vpliv na končni rezultat določenih pojavov (in s tem tudi smiselnost njihovega upoštevanja v modelu) ... In tukaj preprostejši modeli služijo kot idealno testno polje, omogočajo vam, da dobite predhodne ocene, kasneje uporabljene v tridimenzionalnih modelih, za preučevanje novih naravnih pojavov, preden jih vključite v bolj zapletene itd.

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

Satelitsko spremljanje ozračja. Ko je bila vzpostavljena redna dopolnitev zbirke podatkov s satelitov, je bilo za večino najpomembnejših sestavnih delov ozračja, ki pokrivajo skoraj celoten svet, treba izboljšati metode njihove obdelave. To vključuje filtriranje podatkov (ločevanje napak signala in meritev) ter obnavljanje navpičnih profilov koncentracije nečistoč iz njihove skupne vsebine v atmosferskem stolpcu in interpolacijo podatkov na območjih, kjer neposredne meritve iz tehničnih razlogov niso mogoče. Poleg tega satelitsko spremljanje dopolnjujejo letalske odprave, ki naj bi rešile različne težave, 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 modelih različnih zahtevnosti. V tem primeru se parametri izberejo iz pogoja, ki je najbližje izmerjeni in vzorčni vrednosti vsebnosti nečistoč v točkah (regijah). Tako se preveri kakovost modelov ter ekstrapolacija izmerjenih vrednosti zunaj območij in obdobij meritev.

Ocena koncentracij kratkotrajnih atmosferskih nečistoč. 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 najvišjo kemijsko reaktivnost in zato zelo malo (nekaj sekund ali minut) ) "Življenjska doba" v ozračju. Zato je merjenje takšnih radikalov izjemno težko, rekonstrukcija njihove vsebnosti v zraku pa se pogosto izvaja v skladu z vzorčnimi razmerji kemičnih virov in ponorov teh radikalov. Dolgo časa smo intenzivnost virov in ponorov izračunavali s pomočjo podatkov modela. S pojavom ustreznih meritev je bilo mogoče rekonstruirati koncentracijo radikalov na njihovi podlagi, hkrati pa izboljšati modele in razširiti informacije o sestavi plina v atmosferi.

Obnova plinske sestave ozračja v predindustrijskem obdobju in prejšnjih epohah Zemlje.Zahvaljujoč meritvam v antarktičnih in grenlandskih ledenih jedrih, katerih starost sega od sto do sto tisoč let, so postale znane koncentracije ogljikovega dioksida, dušikovega oksida, metana, ogljikovega monoksida in temperature teh časov. Vzorčna rekonstrukcija stanja ozračja v teh epohah in njegova primerjava s sedanjostjo nam omogočata, da sledimo razvoju zemeljske atmosfere in ocenimo stopnjo vpliva človeka na naravno okolje.

Ocena intenzivnosti virov najpomembnejših sestavnih delov zraka. Sistematične meritve vsebnosti plinov v površinskem zraku, kot so metan, ogljikov monoksid, dušikovi oksidi, so postale osnova za reševanje obratnega problema: določitev velikosti atmosferskih emisij plinov, ki imajo zemeljske vire, po njihovih znanih koncentracijah. Na žalost je le popis storilcev splošne mešanice - CFC-jev relativno enostavna naloga, saj skoraj vse te snovi nimajo naravnih virov, njihova skupna količina, sproščena v ozračje, pa je omejena z njihovo količino proizvodnje. Preostali plini imajo različne vire in primerljive moči. Na primer, vir metana so prepojena območja, močvirja, naftne vrtine, premogovniki; ta spojina izloča terminske kolonije in je celo živalski proizvod goveda. Ogljikov monoksid se sprošča v ozračje v izpušnih plinih, kar je posledica zgorevanja goriva, pa tudi pri oksidaciji metana in številnih organskih spojin. Težko je opraviti neposredne meritve emisij teh plinov, vendar so bile razvite metode, ki omogočajo oceno svetovnih virov onesnaževalnih plinov, katerih napaka se je v zadnjih letih znatno zmanjšala, čeprav ostaja velika.

Napovedovanje sprememb v sestavi ozračja in podnebja ZemljeGlede na trende - trende vsebnosti atmosferskih plinov, ocene njihovih virov, stopnje rasti prebivalstva Zemlje, stopnje povečanja proizvodnje vseh vrst energije itd. - posebne skupine strokovnjakov ustvarjajo in nenehno popravljajo scenarije verjetnega onesnaženja v naslednjih 10, 30, 100 letih. Na podlagi njih modeli napovedujejo možne spremembe v sestavi plina, temperaturi in kroženju atmosfere. Tako je mogoče vnaprej odkriti neželene trende v stanju ozračja in jih lahko poskusite odpraviti. Antarktični šok iz leta 1985 se ne bi smel ponoviti.

Fenomen toplogrednega učinka ozračja

V zadnjih letih je postalo jasno, da analogija med navadnim rastlinjakom in toplogrednim učinkom ozračja ni povsem pravilna. Konec prejšnjega stoletja je slavni ameriški fizik Wood, ki je v laboratorijskem modelu rastlinjaka nadomestil navadno steklo s kremenčevim steklom in ni našel sprememb v delovanju rastlinjaka, pokazal, da ne gre za zamudo toplotnega sevanja tal s steklom, ki prenaša sončno sevanje, vlogo stekla v tem primer je samo v "odseku" burne izmenjave toplote med površino tal in atmosfero.

Toplotni učinek (rastlinjak) ozračja je njegova lastnost, da oddaja sončno sevanje, vendar zadržuje zemeljsko sevanje in prispeva k kopičenju toplote po zemlji. Zemeljska atmosfera prenaša sorazmerno dobro sončno sevanje kratkega vala, ki ga skoraj popolnoma absorbira zemeljsko površje. Ogrevana z absorpcijo sončnega sevanja postane zemeljska površina vir zemeljskega, v glavnem dolgo valovnega sevanja, katerega del sega v vesolje.

Učinek povečanja koncentracije CO2

Znanstveniki - raziskovalci se še naprej prerekajo glede sestave tako imenovanih toplogrednih plinov. Pri tem je največ zanimanja vpliv povečanja koncentracije ogljikovega dioksida (CO2) na toplogredni učinek ozračja. Menijo, da je dobro znana shema: "povečanje koncentracije ogljikovega dioksida povečuje učinek tople grede, kar vodi v segrevanje globalnega podnebja", zelo poenostavljena in zelo daleč od resničnosti, saj najpomembnejši toplogredni plin ni CO2, temveč vodna para. Hkrati pa zadržki, da koncentracijo vodne pare v atmosferi določajo le parametri samega podnebnega sistema, danes ne stojijo za kritiko, saj je bil antropogeni vpliv na svetovni vodni cikel prepričljivo dokazan.

Kot znanstvene hipoteze navajamo naslednje posledice prihajajočega toplogrednega učinka. Prvič, Po najpogostejših ocenah se bo do konca 21. stoletja vsebnost CO2 v atmosferi podvojila, kar bo neizogibno povzročilo zvišanje povprečne globalne temperature na površini za 3 - 5 o C. Hkrati se pričakuje segrevanje v bolj suhih poletnih zmernih širinah severne poloble.

Drugič, domneva se, da bo takšno povečanje povprečne svetovne temperature na površini povzročilo zvišanje ravni Svetovnega oceana za 20 - 165 centimetrov zaradi toplotne širitve vode. Kar zadeva ledeni del Antarktike, njegovo uničenje ni neizogibno, saj je za taljenje potrebne višje temperature. Vsekakor bo postopek taljenja antarktičnega ledu trajal zelo dolgo.

Tretjič, koncentracija CO2 v atmosferi lahko zelo ugodno vpliva na pridelke pridelkov. Rezultati izvedenih poskusov nam omogočajo domnevo, da bo v pogojih postopnega povečevanja vsebnosti CO2 v zraku naravna in gojena vegetacija dosegla optimalno stanje; povečala se bo listna površina rastlin, povečala se bo specifična teža suhe snovi listov, povečala se bo povprečna velikost plodov in število semen, zorelo bo zorenje žit in povečala se bo njihova produktivnost.

Četrtič, Na velikih zemljepisnih širinah so lahko naravni gozdovi, zlasti boreli, zelo občutljivi na temperaturne spremembe. Segrevanje lahko privede do močnega zmanjšanja območja borealnih gozdov, pa tudi do premika njihove meje proti severu, gozdovi tropov in subtropov bodo verjetno bolj občutljivi na spremembe padavin in ne na temperaturo.

Svetlobna energija sonca prodira skozi atmosfero, absorbira površino zemlje in jo segreva. V tem primeru se svetlobna energija pretvori v toplotno energijo, ki se sprosti v obliki infrardečega ali toplotnega sevanja. To infrardeče sevanje, ki se odraža s površine zemlje, absorbira ogljikov dioksid, hkrati pa segreva in segreva atmosfero. To pomeni, da več ko je ogljikovega dioksida v ozračju, bolj zajame podnebje na planetu. Enako se dogaja v rastlinjakih, zato ta pojav imenujemo učinek tople grede.

Če tako imenovani toplogredni plini še naprej tečejo s sedanjo hitrostjo, se bo v naslednjem stoletju povprečna temperatura Zemlje dvignila za 4 - 5 ° C, kar bi lahko privedlo do globalnega segrevanja planeta.

Zaključek

Sprememba odnosa do narave sploh ne pomeni, da bi morali opustiti tehnični napredek. Njegova ustavitev ne bo rešila težave, ampak lahko samo odloži njeno rešitev. Vztrajno in potrpežljivo si je treba prizadevati za zmanjšanje emisij z uvedbo novih okoljskih tehnologij za varčevanje surovin, porabo energije in povečanje števila zasajenih zasaditev za izobraževalne dogodke ekološkega svetovnega nazora.

Na primer, v Združenih državah Amerike je ena od tovarn sintetične gume nameščena v bližini stanovanjskih območij in to ne povzroča protestov prebivalcev, ker delujejo okolju prijazne tehnološke sheme, ki v preteklosti s starimi tehnologijami niso bile čiste.

To pomeni, da je potreben strog izbor tehnologij, ki izpolnjujejo najstrožje kriterije, sodobne obetavne tehnologije pa bodo omogočile doseganje visoke ravni prijaznosti do okolja v vseh panogah in prometu, pa tudi povečanje števila zasajenih zelenih površin v industrijskih conah in mestih.

V zadnjih letih je vodilni položaj v razvoju atmosferske kemije zasedel eksperiment, mesto teorije pa je enako kot v klasičnih, uglednih znanostih. Vendar še vedno obstajajo področja, kjer teoretične raziskave ostajajo prednostna naloga: na primer samo poskusni modeli lahko napovedujejo spremembe v sestavi ozračja ali ocenijo učinkovitost omejevalnih ukrepov, ki se izvajajo v okviru Montrealskega protokola. Začenši z rešitvijo pomembnega, a posebnega problema, danes atmosferska kemija v sodelovanju s sorodnimi vedami zajema celoten kompleksen sklop problemov preučevanja in varovanja okolja. Morda lahko rečemo, da so prva leta nastajanja atmosferske kemije potekala pod geslom: "Ne zamujajte!" Začetnega trna je konec in tek se nadaljuje.

Če se sprehodite po gozdu ali travniku, verjetno ne mislite, da ste ... noter v zraku... A prav to znanstveniki imenujejo hiša za živa bitja, ki jo tvorita površina zemlje in zrak. Če plavate v reki, jezeru ali morju, se znajdete noter vodno okolje - Še en bogato naseljen naravni dom. In ko pomagaš odraslim, da kopljejo zemljo na vrtu, zagledaš okolje tal pod nogami. Obstaja tudi veliko, veliko raznolikih prebivalcev. Ja, okoli nas so tri čudovite hiše - tri habitat, s katero je usoda večine organizmov, ki naseljujejo naš planet, neločljivo povezana.

Življenje v vsakem okolju ima svoje značilnosti. IN v zraku kisika je dovolj, pogosto pa ni dovolj vlage. V stepah in puščavah je še posebej malo. Zato imajo rastline in živali v sušnih krajih posebne naprave za pridobivanje, skladiščenje in varčno rabo vode. Zapomnite si vsaj kaktus, ki hrani vlago v telesu. V zraku, zlasti na območjih z mrzlimi zimami, se v zraku dogajajo pomembne temperaturne spremembe. Na teh območjih se celo življenje organizmov opazno spreminja skozi vse leto. Jesenski padec listov, odhod selitvenih ptic v tople kraje, menjava volne pri živalih na debelejšo in toplejšo - vse to so prilagoditve živih bitij sezonskim spremembam v naravi.

Za živali, ki živijo v katerem koli okolju, je gibanje pomembno vprašanje. V okolju zemlja-zrak se lahko premikate po tleh in v zraku. In živali to izkoristijo. Noge nekaterih so prilagojene za tek (noj, gepar, zebra), druge - za skok (kenguru, jerboa). Od vsakih sto vrst živali, ki živijo v tem okolju, jih lahko leti 75. To je večina žuželk, ptic in nekaj živali (netopirji).

IN vodno okolje nekaj, in vedno je dovolj vode. Temperatura se tukaj spreminja manj kot temperatura zraka. Toda kisik pogosto ni dovolj. Nekateri organizmi, na primer postrvi, lahko živijo le v vodi, bogati s kisikom. Drugi (krapi, krapi, krače) vzdržijo pomanjkanje kisika. Pozimi, ko je veliko rezervoarjev zamrznjeno v ledu, se lahko ubijejo ribe - njihova množična smrt zaradi zadušitve. Da kisik prodre v vodo, se v ledu režejo luknje.

V vodnem okolju je manj svetlobe kot v tleh in zraku. V oceanih in morjih na globini pod 200 m - kraljestvu somraka in celo spodaj - večni temi. Jasno je, da vodne rastline najdemo le tam, kjer je dovolj svetlobe. Samo živali lahko živijo globlje. Hranijo se s "padajočimi" iz zgornjih plasti mrtvih ostankov različnih morskih življenj.

Najbolj opazna lastnost mnogih vodnih živali je plavalna oprema. Ribe, delfini in kiti imajo plavuti. Morčki in tjulnji imajo plavutje. Bobri, vidre, vodne ptice, žabe imajo membrane med prsti. Plavalni hrošči imajo plavalne noge, podobne veslom.

Okolje tal - dom mnogih bakterij in protozojev. Tukaj se nahajajo tudi miceliji gliv in korenin rastlin. V tleh so živele tudi različne živali - črvi, žuželke, živali, prilagojene kopanju, na primer moli. Prebivalci tal v tem okolju najdejo potrebne pogoje - zrak, vodo, mineralne soli. Res je, manj kisika in več ogljikovega dioksida kot na svežem zraku. In včasih je preveč vode. Toda temperatura je bolj enakomerna kot na površini. Toda svetloba ne prodre v globine zemlje. Zato imajo živali, ki jih naseljujejo, običajno zelo majhne oči ali so popolnoma brez organov vida. Njihov vonj in dotik pomagata.

Zemeljski zrak

Na teh številkah so se "srečali" predstavniki različnih habitatov. V naravi se niso mogli zbrati, saj mnogi živijo daleč drug od drugega, na različnih celinah, morjih, sladki vodi ...

Prvak v hitrosti leta med pticami - hitro. 120 km na uro je njegova običajna hitrost.

Kobri imajo krila do 70 krat na sekundo, komarji - do 600 krat na sekundo.

Hitrost leta za različne žuželke je naslednja: za čipkanje - 2 km na uro, za hišno muho - 7, za majski hrošč - 11, za čmrlja - 18, za jastreba - molj - 54 km na uro. Veliki kačji pastirji po nekaterih opažanjih razvijejo hitrost do 90 km na uro.

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

Veliki kenguruji skočijo do 9, včasih pa tudi do 12 m. (Izmerite to razdaljo na tleh v učilnici in si predstavljajte, da kenguruji skačejo. Prav dih je!)

Gepar je od vseh živali najhitrejši. Razvija hitrost do 110 km na uro. Noj lahko teče s hitrostjo do 70 km na uro, pri čemer dela korake 4-5 m.

Vodno okolje

Ribe in raki dihajo s škrge. To so posebni organi, ki iz vode izločajo kisik, raztopljen v vodi. Žaba, medtem ko je pod vodo, diha skozi kožo. Toda živali, ki so obvladale vodno okolje, lahno dihajo, se po navdihu dvigajo na površino vode. Vodni hrošči se obnašajo podobno. Samo oni, kot druge žuželke, nimajo pljuč, temveč posebne dihalne cevi - sapnik.

Okolje tal

Struktura telesa krtice, zokorja in krtice podgane kaže, da so vsi prebivalci talnega okolja. Sprednje noge krtice in zotor sta glavni orodji za kopanje. So ravne, kot lopate, z zelo velikimi kremplji. In krtni podgana ima navadne noge, z močnimi sprednjimi zobmi ugrize v tla (da zemlja ne pride v usta, ustnice jo pokrijejo za zobmi!). Telo vseh teh živali je ovalno, kompaktno. S takšnim telesom se je priročno premikati po podzemnih prehodih.

Preizkusite svoje znanje

1. Navedite habitate, ki ste jih spoznali pri pouku.
2. Kakšne so življenjske razmere organizmov v okolju zemeljskega zraka?
3. Opišite življenjske pogoje v vodnem okolju.
4. Katere so značilnosti tal kot habitata?
5. Navedite primere prilagodljivosti organizmov na življenje v različnih okoljih.

Pomislite!

1. Pojasnite, kaj je prikazano na sliki. V kakšnih okoljih menite, da živijo živali, katerih deli telesa so prikazani na sliki? Lahko poimenujete te živali?
2. Zakaj v morju na velikih globinah živijo samo živali?

Obstajajo kopenski zračni, vodni in talni habitati. Vsak organizem je prilagojen življenju v določenem okolju.

Predavanje 3 Habitati in njihove značilnosti (2 h)

1 vodni habitat

2. habitat zemeljskega zraka

3. Tla kot habitat

4.Telo kot habitat

V procesu zgodovinskega razvoja so živi organizmi obvladali štiri habitate. Prva je voda. Življenje v vodi nastaja in se razvija že več milijonov let. Drugi - zemlja-zrak - na kopnem in v ozračju je nastal in se hitro prilagajal novim pogojem rastlin in živali. Postopoma so preoblikovali zgornjo plast zemlje - litosfero, ustvarili tretji habitat - tla, sami pa so postali četrti habitat.

Vodni habitat - hidrosfera

Ekološke skupine hidrobiontov. Največjo raznolikost življenja odlikujejo topla morja in oceani (40.000 vrst živali) v ekvatorju in tropi, na severu in jugu se flora in favna morij izčrpata stokrat. Kar zadeva porazdelitev organizmov neposredno v morje, je njihov del zgoščen v površinskih plasteh (epipelagialno) in v sublittoralnem območju. Morski prebivalci so glede na način gibanja in bivanja v določenih plasteh razdeljeni v tri ekološke skupine: nekton, plankton in benthos.

Nekton(nektos - plavajoči) - aktivno premikajoče se velike živali, ki lahko potujejo na velike razdalje in močne tokove: ribe, lignje, trnaste kite, kiti. V sladkih vodah dvoživke in številne žuželke spadajo v nekton.

Plankton (planktos - potepanje, vzhajanje) - niz rastlin (fitoplankton: diatomi, zelene in modrozelene (samo sladkovodne) alge, rastlinske flagelate, peridineje itd.) in malih živalskih organizmov (zooplankton: mali raki, od večjih - pterygoidi mehkužci, meduze, ktenoforji, nekateri črvi), ki živijo na različnih globinah, vendar niso sposobni aktivnega gibanja in vzdržavanja tokov. V plankton spadajo tudi ličinke živali, ki tvorijo posebno skupino - neuston. To je pasivno lebdeča »začasna« populacija zgornje plasti vode, ki jo v fazi ličinke predstavljajo različne živali (dekapodi, barnaki in kopitarji, raki, iglokožci, poliheti, ribe, mehkužci itd.). Ličinke, odraščajoče, prehajajo v spodnje plasti pelagela. Nad neustonom je pleiston - to so organizmi, pri katerih zgornji del telesa raste nad vodo, spodnji pa raste v vodi (rake - lema, sifonofori itd.). Plankton ima pomembno vlogo pri trofičnih vezih biosfere, ker je hrana za številne vodne organizme, vključno z osnovno hrano za kite kitov (Myatcoceti).

Benthos (benthos - globina) - spodnji hidrobionti. Predstavljajo ga večinoma pritrjene ali počasi gibajoče se živali (zoobenthos: foraminophores, ribe, spužve, kolenterati, črvi, brahiopodi, ascidii itd.), Številčnejše v plitvi vodi. V plitki vodi rastline vstopajo tudi v bentos (fitobentos: diatomi, zelene, rjave, rdeče alge, bakterije). V globini, kjer ni svetlobe, je fitobentos odsoten. Cvetoče rastline zoster in rupijo najdemo ob obali. Območja kamnitega dna so najbogatejša v fitobentosu.

V jezerih je zoobenthos manj bogat in raznolik kot v morju. Tvorijo ga protozoje (ciliati, dafnije), pijavke, mehkužci, ličinke žuželk itd. Fitobentos jezer nastaja s prosto plavajočimi diatomi, zelenimi in modro-zelenimi algami; rjave in rdeče alge so odsotne.

Ukoreninjene obalne rastline v jezerih tvorijo izrazite pasove, katerih vrstna sestava in videz sta skladna z okoljskimi razmerami na mejnem območju kopno-voda. V vodi blizu obale rastejo hidrofiti - rastline, ki so v vodi potopljene (puščica, kalus, trstik, mačja drevesnica, sedla, triceta in trst). Nadomeščajo jih hidatofiti - rastline, potopljene v vodo, vendar s plavajočimi listi (lotus, duška, jajčne kapsule, chilim, takla) in - nadalje - popolnoma potopljeni (rdesta, elodea, hara). Rastline, ki plavajo na površini (rake), prav tako spadajo med hidatofite.

Visoka gostota vodnega okolja določa posebno sestavo in naravo sprememb življenjsko pomembnih dejavnikov. Nekateri od njih so enaki kot na kopnem - toplota, svetloba, drugi specifični: vodni tlak (z globino naraste za 1 atm. Na vsakih 10 m), vsebnost kisika, sestava soli, kislost. Zaradi visoke gostote medija se vrednosti toplote in svetlobe z naklonom višine spreminjajo veliko hitreje kot na kopnem.

Termični način. Za vodno okolje je značilen manjši vnos toplote, ker njen pomemben del se odraža, prav tako pomemben del se porabi za izhlapevanje. Skladno z dinamiko kopenskih temperatur ima temperatura vode manjša nihanja dnevnih in sezonskih temperatur. Poleg tega vodna telesa v bistvu izenačijo potek temperatur v atmosferi obalnih območij. Če ledene lupine morja v hladni sezoni nimajo izolacijskega učinka na sosednjo kopno, poleti se ohladijo in navlažijo.

Razpon temperature vode v svetovnem oceanu je 38 ° (od -2 do + 36 ° C), v sladki vodi - 26 ° (od -0,9 do + 25 ° C). Z globino temperatura vode močno pade. Do 50 m opazimo dnevna nihanja temperature, do 400 - sezonska, globlje postane konstantna in pade na + 1-3 ° C (na Arktiki je blizu 0 ° C). Ker je temperaturni režim v vodnih telesih razmeroma stabilen, je za njihove prebivalce značilen steinterm. Manjša nihanja temperature v eno ali drugo smer spremljajo pomembne spremembe vodnih ekosistemov.

Primeri: "biološka eksplozija" v delti Volge zaradi zmanjšanja gladine Kaspijskega morja - rast lotosovih grmov (Nelumba kaspium), v južnem Primorju - zaraščanje volov reke (Komarovka, Ilistaya itd.) Ob bregovih katerih je bilo poseljeno in požgano gozdnato vegetacijo.

Zaradi različnih stopenj segrevanja zgornjih in spodnjih slojev med letom, plimovanja, tokov, neviht nenehno se mešajo vodne plasti. Vloga mešanja vode za vodno življenje (vodni organizmi) je izjemno velika, saj hkrati se izravnava porazdelitev kisika in hranil v vodnih telesih, kar zagotavlja presnovne procese med organizmi in okoljem.

Svetlobni način.Intenzivnost svetlobe v vodi je močno oslabljena zaradi odboja površine in absorpcije s strani same vode. To močno vpliva na razvoj fotosintetskih rastlin. Manj prozorna je voda, več svetlobe se absorbira. Prozornost vode omejujejo mineralne suspenzije, plankton. Zmanjšuje se s hitrim razvojem majhnih organizmov poleti, na zmernih in severnih širinah - tudi pozimi, potem ko je ledena odeja postavljena in je od zgoraj pokrita s snegom.

V oceanih, kjer je voda zelo prozorna, 1% svetlobnega sevanja prodre do globine 140 m, v majhnih jezerih na globini 2 m pa jih prodre le desetina odstotka. Žari različnih delov spektra se neenakomerno absorbirajo v vodi, rdeči žarki se absorbirajo najprej. Z globino postane vse temnejša in temnejša, barva vode pa postane najprej zelena, nato modra, modra in na koncu - modro-vijolična, ki se spremeni v popolno temo. Skladno s tem tudi hidrobionti spreminjajo barvo in se prilagajajo ne le sestavi svetlobe, ampak tudi njenemu pomanjkanju - kromatični prilagoditvi. V svetlobnih conah, v plitvih vodah, prevladujejo zelene alge (Chlorophyta), katerih klorofil absorbira rdeče žarke, z globino pa jih nadomestijo rjavi (Phaephyta) in nato rdeči (Rhodophyta). V velikih globinah je fitobentos odsoten.

Rastline so se prilagodile pomanjkanju svetlobe z razvojem velikih kromatofor, ki zagotavljajo nizko kompenzacijsko točko za fotosintezo, pa tudi povečanje površine asimilacijskih organov (indeks listne površine). Za globokomorske alge so značilni močno razrezani listi, listne plošče so tanke, prosojne. Za polpotopljene in plavajoče rastline je značilna heterofilija - listi nad vodo so enaki kot pri kopenskih rastlinah, imajo cel krožnik, razvit je stomatalni aparat, v vodi pa so listi zelo tanki, sestavljeni iz ozkih nitastih režnjev.

Heterofilija: jajčne kapsule, vodne lilije, puščica, čili (vodni kostanj).

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

Značilne lastnosti vodnega okolja, razen kopnega, so visoka gostota, gibljivost, kislost, sposobnost raztapljanja plinov in soli. Za vse te pogoje so vodni organizmi zgodovinsko razvili ustrezne prilagoditve-prilagoditve.

2. habitat zemeljskega zraka

V času evolucije smo to okolje obvladali pozneje kot vodno. Njegova posebnost je v tem, da je plinast, zato ga odlikujejo nizka vlažnost, gostota in tlak, visoka vsebnost kisika. Tekom evolucije so živi organizmi razvili potrebne anatomske, morfološke, fiziološke, vedenjske in druge prilagoditve.

Živali v okolju zemlja-zrak se premikajo po tleh ali skozi zrak (ptice, žuželke), rastline pa se ukoreninijo v tleh. V zvezi s tem so se pri živalih pojavila pljuča in sapnik, pri rastlinah pa se je pojavil stomatalni aparat, tj. organe, s katerimi kopenski prebivalci planeta absorbirajo kisik neposredno iz zraka. Skeletni organi, ki zagotavljajo avtonomijo gibanja po kopnem in podpirajo telesa z vsemi njenimi organi v razmerah nizke gostote okolja, tisočkrat manj kot vode, so se močno razvile. Okoljski dejavniki v okolju zemlja-zrak se od ostalih habitatov razlikujejo po visoki svetlobni intenzivnosti, občutnih nihanjih temperature in vlažnosti zraka, povezanosti vseh dejavnikov z geografsko lego, spreminjanjem letnega časa in časa dneva. Njihovi učinki na organizme so neločljivo povezani z gibanjem zraka in položajem glede na morja in oceane in se zelo razlikujejo od učinkov v vodnem okolju (tabela 1).

Življenjski pogoji zraka in vodnih organizmov

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

Kopenske živali in rastline so razvile svoje, nič manj izvirne prilagoditve neugodnim dejavnikom okolja: zapleteno strukturo telesa in njegovih površin, pogostost in ritem življenjskih ciklov, mehanizme termoregulacije itd. cvetni prah rastlin, pa tudi rastlin in živali, katerih življenje je popolnoma povezano z zračnim okoljem. Oblikoval se je izredno tesen funkcijski, vira in mehanski odnos s tlemi.

Številne zgornje prilagoditve smo obravnavali kot primere za karakterizacijo abiotskih okoljskih dejavnikov. Zato zdaj ni smisla ponavljati, ker se jim bomo vrnili v praktičnem pouku.