Hvad kaldes de organismer, der lever i det terrestriske luftmiljø? Hvilke dyr lever i luften? Test spørgsmål og opgaver

Jord-luft miljø- dette er hele planetens overflade, som er begrænset af en fast overflade. Dyr, planter, svampe osv. lever i jord-luft-miljøet.

generelle karakteristika. I løbet af evolutionen blev land-luft-miljøet mestret meget senere end vandmiljøet. Livet på land krævede tilpasninger, der kun blev mulige med et relativt højt organiseringsniveau hos både planter og dyr. Et træk ved livets land-luft-miljø er, at de organismer, der lever her, er omgivet af luft og et gasformigt miljø præget af lav luftfugtighed, tæthed og tryk og højt iltindhold. Typisk bevæger dyr i dette miljø sig på jorden (hårdt substrat), og planter slår rod i den.

I jord-luft-miljøet har driftsmiljøfaktorerne en række karakteristiske træk: højere lysintensitet sammenlignet med andre miljøer, betydelige temperaturudsving, ændringer i luftfugtighed afhængigt af geografisk placering, årstid og tidspunkt på dagen. Indvirkningen af ​​ovenstående faktorer er uløseligt forbundet med bevægelsen af ​​luftmasser - vind. I evolutionsprocessen har levende organismer i land-luftmiljøet udviklet karakteristiske anatomiske, morfologiske, fysiologiske, adfærdsmæssige og andre tilpasninger. For eksempel er der dukket organer op, der giver direkte absorption af atmosfærisk ilt under respiration (lunger og luftrør hos dyr, stomata af planter). Skeletformationer (dyreskelet, mekaniske og støttende væv fra planter) har modtaget en stærk udvikling, som understøtter kroppen under forhold med lav miljøtæthed. Der er udviklet tilpasninger for at beskytte mod ugunstige faktorer, såsom periodicitet og rytme af livscyklusser, integumentets komplekse struktur, termoreguleringsmekanismer osv. Der er dannet en tæt forbindelse med jorden (dyrelemmer, planterødder). mobilitet af dyr på jagt efter mad har udviklet sig, og luftstrømme er dukket op, frø, frugter og pollen fra planter, flyvende dyr.

Luftdensitet- masse af gas i jordens atmosfære pr volumenhed eller specifik vægt af luft under naturlige forhold. Værdien af ​​lufttæthed er en funktion af højden af ​​de udførte målinger, dens temperatur og fugtighed. Typisk er standardværdien 1,225 kg⁄m3, hvilket svarer til densiteten af ​​tør luft ved 15°C ved havoverfladen.

Gassammensætning af luft, som allerede diskuteret tidligere, i overfladelaget af atmosfæren er ret homogen (ilt - 20,9%, nitrogen - 78,1%, m.g. gasser - 1%, carbondioxid- 0,03% efter volumen) på grund af dets høje diffusionsevne og konstante blanding ved konvektion og vindstrømme. Samtidig har forskellige urenheder af gasformige, dråbe-væske, støv (faste) partikler, der kommer ind i atmosfæren fra lokale kilder, ofte væsentlig miljømæssig betydning.

Ilt er på grund af dets konstant høje indhold i luften ikke en faktor, der begrænser livet i det terrestriske miljø. Det høje iltindhold bidrog til en stigning i stofskiftet i terrestriske organismer, og animalsk homeothermi opstod på baggrund af den høje effektivitet af oxidative processer. Kun steder, under særlige forhold, skabes et midlertidigt iltmangel, for eksempel ved nedbrydning af planterester, kornreserver, mel mv.

I visse områder af overfladeluftlaget kan kuldioxidindholdet variere inden for ret betydelige grænser. I mangel af vind i store industricentre og byer kan dens koncentration således ti ganges.

Der er regelmæssige daglige ændringer i indholdet af kuldioxid i jordlagene, bestemt af plantefotosyntesens rytme.

Sammensat af: A.S. Stepanovskikh. op. S. 176.

Store temperaturudsving i tid og rum samt en god tilførsel af ilt førte til fremkomsten af ​​organismer med konstant kropstemperatur (varmblodet). At opretholde stabiliteten af ​​det indre miljø af varmblodede organismer, der bor i jord-luft-miljøet ( terrestriske organismer), er øgede energiomkostninger påkrævet.

Livet i et terrestrisk miljø er kun muligt med et højt niveau af organisering af planter og dyr, tilpasset de specifikke påvirkninger af de vigtigste miljøfaktorer i dette miljø.

I jord-luft-miljøet har driftsmiljøfaktorerne en række karakteristiske træk: højere lysintensitet sammenlignet med andre miljøer, betydelige udsving i temperatur og luftfugtighed afhængigt af den geografiske placering, årstid og tidspunkt på dagen.

Lad os overveje generelle karakteristika jord-luft-habitat.

Til gasformigt levested kendetegnet ved lave værdier af fugtighed, tæthed og tryk, højt iltindhold, som bestemmer egenskaberne ved åndedræt, vandudveksling, bevægelse og livsstil for organismer. Luftmiljøets egenskaber påvirker strukturen af ​​jorddyrs og planters kroppe, deres fysiologiske og adfærdsmæssige egenskaber og styrker eller svækker også virkningen af ​​andre miljøfaktorer.

Luftens gassammensætning er relativt konstant (ilt - 21%, nitrogen - 78%, kuldioxid - 0,03%) både hele dagen og i forskellige perioderårets. Dette skyldes intens blanding af atmosfæriske lag.

Absorption af ilt af organismer fra ydre miljø forekommer over hele kroppens overflade (i protozoer, orme) eller særlige åndedrætsorganer - luftrør (i insekter), lunger (hos hvirveldyr). Organismer, der lever under forhold med konstant mangel på ilt, har passende tilpasninger: øget iltkapacitet i blodet, hyppigere og dybere respiratoriske bevægelser, stor lungekapacitet (hos indbyggere i høje bjerge, fugle).

En af de vigtigste og mest fremherskende former for det primære biogene grundstof kulstof i naturen er kuldioxid (kuldioxid). Lagene af atmosfæren nær jorden er normalt rigere på kuldioxid end dens lag på niveau med trækroner, og dette kompenserer til en vis grad for manglen på lys for små planter, der lever under skovkronerne.

Kuldioxid kommer hovedsageligt ind i atmosfæren som følge af naturlige processer (dyrs og planters respiration. Forbrændingsprocesser, vulkanudbrud, aktiviteten af ​​jordmikroorganismer og svampe) og menneskelig økonomisk aktivitet (forbrænding af brændbare stoffer inden for varme- og kraftteknik, i industrivirksomheder og inden for transport). Mængden af ​​kuldioxid i atmosfæren varierer i løbet af dagen og efter sæson. Daglige ændringer er forbundet med rytmen af ​​plantefotosyntese, og sæsonbestemte ændringer er forbundet med intensiteten af ​​respiration af organismer, hovedsageligt jordmikroorganismer.

Lav lufttæthed forårsager lav løftekraft, og derfor har terrestriske organismer begrænset størrelse og masse og har deres eget støttesystem, der understøtter kroppen. I planter er disse forskellige mekaniske væv, og hos dyr er de et fast eller (mindre ofte) hydrostatisk skelet. Mange arter af terrestriske organismer (insekter og fugle) har tilpasset sig flyvningen. For langt de fleste organismer (med undtagelse af mikroorganismer) er ophold i luften dog kun forbundet med at slå sig ned eller at søge efter føde.

Lufttæthed er også forbundet med relativt lavt tryk på land. Jord-luftmiljøet har lavt atmosfærisk tryk og lav lufttæthed, så de fleste aktivt flyvende insekter og fugle indtager den nedre zone - 0...1000 m. Individuelle indbyggere i luftmiljøet kan dog permanent leve i højder på 4000. .5000 m (ørne, kondorer).

Luftmassernes mobilitet bidrager til hurtig blanding af atmosfæren og ensartet fordeling af forskellige gasser, såsom ilt og kuldioxid, langs Jordens overflade. I de nederste lag af atmosfæren, lodret (stigende og faldende) og vandret bevægelse af luftmasser af forskellig styrke og retning. Takket være denne luftmobilitet er passiv flyvning af en række organismer mulig: sporer, pollen, frø og frugter af planter, små insekter, edderkopper osv.

Lys tilstand skabt af total solstråling, der når jordens overflade. De morfologiske, fysiologiske og andre egenskaber ved terrestriske organismer afhænger af lysforholdene i et bestemt habitat.

Lysforhold næsten overalt i jord-luft-miljøet er gunstige for organismer. Hovedrollen spilles ikke af selve belysningen, men af ​​den samlede værdi solstråling. I den tropiske zone er den samlede stråling hele året konstant, men i tempererede breddegrader længde dagslys timer og intensiteten af ​​solstråling afhænger af årstiden. Atmosfærens gennemsigtighed og indfaldsvinklen er også af stor betydning. solstråler. Af den indkommende fotosyntetisk aktive stråling reflekteres 6-10 % fra overfladen af ​​forskellige beplantninger (fig. 9.1). Tallene i figuren angiver solstrålingens relative værdi i procent af den samlede værdi ved plantesamfundets øvre grænse. Under forskellige vejrforhold når 40...70 % af solstrålingen, der når atmosfærens øvre grænse, Jordens overflade. Træer, buske og afgrøder skygger for området og skaber et særligt mikroklima, der svækker solstrålingen.

Ris. 9.1. Dæmpning af solstråling (%):

a - i en sjælden fyrreskov; b - i majsafgrøder

Planter er direkte afhængige af lysregimets intensitet: de vokser, hvor klima- og jordforhold tillader det, tilpasser sig lysforholdene i et givet habitat. Alle planter er i forhold til belysningsniveauet opdelt i tre grupper: lyselskende, skyggeelskende og skyggetolerante. Lyselskende og skyggeelskende planter adskiller sig i værdien af ​​det økologiske optimum for belysning (fig. 9.2).

Lyselskende planter- planter af åbne, konstant oplyste levesteder, hvis optimale livsaktivitet observeres under forhold med fuldt sollys (steppe- og enggræsser, tundra- og højlandsplanter, kystplanter, de fleste dyrkede planter på åben jord, mange ukrudtsplanter).

Ris. 9.2. Økologiske optimum af holdningen til lys af planter af tre typer: 1-skygge-elskende; 2 - fotofil; 3 - skygge-tolerant

Skygge-elskende planter- planter, der kun vokser under forhold med stærk skygge, som ikke vokser under forhold med stærkt lys. I evolutionsprocessen tilpassede denne gruppe planter sig til de betingelser, der er karakteristiske for de lavere skraverede lag af kompleks plantesamfund- mørke nåle- og løvskove, tropiske regnskove mv. Disse planters skygge-elskende natur kombineres normalt med et højt vandbehov.

Skygge-tolerante planter De vokser og udvikler sig bedre i fuldt lys, men er i stand til at tilpasse sig forhold med forskellige niveauer af mørke.

Repræsentanter for dyreverdenen har ikke en direkte afhængighed af lysfaktoren, som observeres i planter. Ikke desto mindre spiller lys en stor rolle i dyrenes liv i visuel orientering i rummet.

En stærk faktor, der regulerer en række dyrs livscyklus, er længden af ​​dagslystimer (fotoperioden). Fotoperioderesponsen synkroniserer organismers aktivitet med årstiderne. For eksempel begynder mange pattedyr at forberede sig på dvale længe før koldt vejr begynder, og trækfugle flyver sydpå allerede sidst på sommeren.

Temperatur spiller en meget større rolle i landboernes liv end i hydrosfæreboernes liv, da et kendetegn ved land-luft-miljøet er et stort område temperaturudsving. Temperaturregimet er karakteriseret ved betydelige udsving i tid og rum og bestemmer aktiviteten af ​​biokemiske processer. Biokemiske og morfofysiologiske tilpasninger af planter og dyr er designet til at beskytte organismer mod de negative virkninger af temperatursvingninger.

Hver art har sit eget udvalg af de mest gunstige temperaturværdier for det, som kaldes temperatur artens optimale. Forskellen i intervallerne for foretrukne temperaturværdier mellem forskellige arter er meget stor. Terrestriske organismer lever i et bredere temperaturområde end indbyggerne i hydrosfæren. Ofte levesteder eurytermisk arter strækker sig fra syd til nord på tværs af flere klimazoner. For eksempel bebor den grå tudse i rummet fra Nordafrika til Nordeuropa. Eurytermiske dyr omfatter mange insekter, padder og pattedyr - ræv, ulv, puma osv.

Langsigtet sovende ( latent) former for organismer, såsom sporer fra nogle bakterier, sporer og plantefrø, er i stand til at modstå væsentligt forskellige temperaturer. Når først de er i gunstige forhold og tilstrækkeligt ernæringsmiljø, kan disse celler blive aktive igen og begynde at formere sig. Suspensionen af ​​alle vitale processer i kroppen kaldes suspenderet animation. Fra en tilstand af suspenderet animation kan organismer vende tilbage til normal aktivitet, hvis strukturen af ​​makromolekyler i deres celler ikke forstyrres.

Temperatur påvirker direkte vækst og udvikling af planter. Da planter er immobile organismer, skal de eksistere ved det temperaturregime, der skabes på de steder, hvor de vokser. I henhold til graden af ​​tilpasning til temperaturforhold kan alle plantearter opdeles i følgende grupper:

- frostbestandig- planter, der vokser i områder med sæsonbetinget klima med kolde vintre. Under hård frost fryser de overjordiske dele af træer og buske, men forbliver levedygtige og ophober sig i deres celler og væv stoffer, der binder vand (forskellige sukkerarter, alkoholer, nogle aminosyrer);

- ikke-frostbestandig- planter, der tåler lave temperaturer, men dør, så snart der begynder at danne sig is i vævene (nogle stedsegrønne subtropiske arter);

- ikke-kuldebestandig- planter, der er alvorligt beskadiget eller dræbt ved temperaturer over vandets frysepunkt (tropiske regnskovsplanter);

- termofile- planter af tørre levesteder med stærk solstråling (solstråling), som tolererer en halv times opvarmning op til +60 ° C (planter af stepper, savanner, tørre subtroper);

- pyrofytter- planter, der er modstandsdygtige over for brande, når temperaturen kortvarigt stiger til hundredvis af grader celsius. Disse er planter af savanner, tørre hårdtbladede skove. De har en tyk bark, imprægneret med brandhæmmende stoffer, som pålideligt beskytter de indre væv. Pyrofyternes frugter og frø har tykke, træagtige integumenter, der revner, når de udsættes for ild, hvilket hjælper frøene med at trænge ind i jorden.

Sammenlignet med planter har dyr en mere varieret evne til at regulere (permanent eller midlertidigt) deres egen kropstemperatur. En af de vigtige tilpasninger af dyr (pattedyr og fugle) til temperaturudsving er evnen til at termoregulere kroppen, deres varmblodede, på grund af hvilken højere dyr er relativt uafhængige af temperaturforhold miljø.

I dyreverdenen er der en sammenhæng mellem størrelsen og andelen af ​​organismers krop og de klimatiske forhold i deres levesteder. Inden for en art eller homogen gruppe af nært beslægtede arter er dyr med større kropsstørrelser almindelige i koldere områder. Jo større dyret er, jo lettere er det for det at holde en konstant temperatur. Blandt pingvinernes repræsentanter lever den mindste pingvin - Galapagos-pingvinen - i ækvatorialområderne, og den største - kejserpingvinen - i Antarktis fastlandszone.

Fugtighed bliver en vigtig begrænsende faktor på landjorden, da fugtmangel er et af de væsentligste træk ved land-luft-miljøet. Terrestriske organismer står konstant over for problemet med vandtab og kræver periodisk forsyning. I processen med evolution af terrestriske organismer blev der udviklet karakteristiske tilpasninger til at opnå og bevare fugt.

Fugtighedsregimet er karakteriseret ved nedbør, jord- og luftfugtighed. Fugtmangel er et af de vigtigste træk ved livets land-luft-miljø. Fra et økologisk synspunkt tjener vand som en begrænsende faktor i terrestriske habitater, da dets mængde er udsat for kraftige udsving. Fugtighedsregimer på land er varierede: fra fuldstændig og konstant mætning af luften med vanddamp (tropisk zone) til det næsten fuldstændige fravær af fugt i den tørre luft i ørkener.

Den vigtigste vandkilde for planteorganismer er jord.

Udover at absorbere jordfugtighed med rødder, er planter også i stand til at absorbere vand, der falder i form af let regn, tåge og dampagtig fugt i luften.

Planteorganismer mister det meste af det absorberede vand som følge af transpiration, dvs. fordampning af vand fra planters overflade. Planter beskytter sig mod dehydrering ved enten at lagre vand og forhindre fordampning (kaktusser), eller ved at øge andelen af ​​underjordiske dele (rodsystemer) i planteorganismens samlede volumen. I henhold til graden af ​​tilpasning til visse luftfugtighedsforhold er alle planter opdelt i grupper:

- hydrofytter- land-vandplanter, der vokser og flyder frit i vandmiljøet (rør langs bredden af ​​reservoirer, marsk morgenfrue og andre planter i sumpe);

- hygrofytter- landplanter i områder med konstant høj luftfugtighed (beboere i tropiske skove - epifytiske bregner, orkideer osv.)

- xerofytter- terrestriske planter, der har tilpasset sig betydelige sæsonbestemte udsving i fugtindholdet i jorden og luften (indbyggere i stepper, halvørkener og ørkener - saxaul, kameltorn);

- mesofytter- planter, der indtager en mellemstilling mellem hygrofytter og xerofytter. Mesofytter er mest almindelige i moderat fugtige zoner (birk, røn, mange eng- og skovgræsser osv.).

Vejr- og klimatræk kendetegnet ved daglige, sæsonbestemte og langsigtede udsving i temperatur, luftfugtighed, overskyethed, nedbør, vindstyrke og retning mv. som bestemmer mangfoldigheden af ​​levevilkår for indbyggerne i det terrestriske miljø. Klimatiske egenskaber afhænger af de geografiske forhold i området, men mikroklimaet i organismernes umiddelbare levested er ofte vigtigere.

I jord-luft-miljøet kompliceres levevilkårene af eksistensen vejrændringer. Vejret er den konstant skiftende tilstand af den nedre atmosfære op til cirka 20 km højde (grænsen af ​​troposfæren). Vejrvariabilitet er en konstant ændring i miljøfaktorer som lufttemperatur og luftfugtighed, overskyethed, nedbør, vindstyrke og retning osv.

Det langsigtede vejrregime kendetegner områdets klima. Begrebet klima inkluderer ikke kun de gennemsnitlige månedlige og gennemsnitlige årlige værdier af meteorologiske parametre (lufttemperatur, fugtighed, total solstråling osv.), men også mønstrene for deres daglige, månedlige og årlige ændringer, såvel som deres frekvens. De vigtigste klimatiske faktorer er temperatur og fugtighed. Det skal bemærkes, at vegetation har en betydelig indvirkning på niveauet af klimatiske faktorer. Under skovkronen er luftfugtigheden således altid højere, og temperaturudsvingene er mindre end i åbne områder. Lysregimet på disse steder er også forskelligt.

Jorden tjener som en fast støtte for organismer, som luft ikke kan forsyne dem med. Derudover forsyner rodsystemet planter med vandige opløsninger af essentielle mineralforbindelser fra jorden. Jordens kemiske og fysiske egenskaber er vigtige for organismer.

Terræn skaber en række livsbetingelser for terrestriske organismer, bestemmer mikroklimaet og begrænser den frie bevægelighed for organismer.

Jordens indflydelse klimatiske forhold på organismer førte til dannelsen af ​​karakteristiske naturzoner - biomer. Dette er navnet på de største terrestriske økosystemer svarende til jordens vigtigste klimazoner. Karakteristikaene for store biomer bestemmes primært af grupperingen af ​​planteorganismer, der er inkluderet i dem. Hver af de fysisk-geografiske zoner er karakteriseret ved bestemte forhold mellem varme og fugt, vand- og lysforhold, jordbundstype, grupper af dyr (fauna) og planter (flora). Den geografiske fordeling af biomer er af breddegrad og er forbundet med ændringer i klimatiske faktorer (temperatur og fugtighed) fra ækvator til polerne. Samtidig observeres en vis symmetri i fordelingen af ​​forskellige biomer i begge halvkugler. Jordens vigtigste biomer: tropisk skov, tropisk savanne, ørken, tempereret steppe, tempereret løvskov, nåleskov(taiga), tundra, arktisk ørken.

Jordens levemiljø. Blandt de fire levende miljøer, vi overvejer, skiller jorden sig ud for sin tætte forbindelse mellem de levende og ikke-levende komponenter i biosfæren. Jord er ikke kun levested for organismer, men også et produkt af deres vitale aktivitet. Det kan anses for, at jorden er opstået som et resultat af den kombinerede virkning af klimatiske faktorer og organismer, især planter, på moderbjergarten, det vil sige på mineralerne i det øverste lag af jordskorpen (sand, ler, sten) , etc.).

Så jord er et lag af stof, der ligger oven på klipper, bestående af et kildemateriale - et underliggende mineralsubstrat - og et organisk tilsætningsstof, hvor organismer og deres stofskifteprodukter er blandet med små partikler af modificeret kildemateriale. Jordens struktur og porøsitet bestemmer i høj grad tilgængeligheden af ​​næringsstoffer til planter og jorddyr.

Jord indeholder fire vigtige strukturelle komponenter:

Mineralbase (50...60% af den samlede jordsammensætning);

Organisk stof (op til 10%);

luft (15...25%);

Vand (25...35%).

Jordens organiske stof, der dannes ved nedbrydning af døde organismer eller deres dele (såsom nedfaldne blade) kaldes humus, som danner det øverste frugtbare jordlag. Jordens vigtigste egenskab - frugtbarhed - afhænger af humuslagets tykkelse.

Hver jordtype svarer til en bestemt dyreverden og en bestemt vegetation. Kombinationen af ​​jordorganismer sikrer den kontinuerlige cirkulation af stoffer i jorden, herunder dannelsen af ​​humus.

Jordhabitatet har egenskaber, der bringer det tættere på vand- og land-luftmiljøet. Som i vandmiljøet er temperaturudsvingene i jordbunden små. Amplituderne af dens værdier falder hurtigt med stigende dybde. Med overskydende fugt eller kuldioxid øges sandsynligheden for iltmangel. Ligheden med jord-luft-habitatet manifesteres gennem tilstedeværelsen af ​​porer fyldt med luft. Specifikke egenskaber, der kun er iboende for jord, omfatter høj densitet. Organismer og deres stofskifteprodukter spiller en stor rolle i jorddannelsen. Jord er den mest mættede del af biosfæren med levende organismer.

I jordmiljøet er de begrænsende faktorer som regel mangel på varme og mangel eller overskud af fugt. Begrænsende faktorer kan også være mangel på ilt eller et overskud af kuldioxid. Mange jordorganismers liv er tæt forbundet med deres størrelse. Nogle bevæger sig frit i jorden, mens andre skal løsne den for at bevæge sig og søge føde.

Test spørgsmål og opgaver

1. Hvad er det særlige ved jord-luftmiljøet som et økologisk rum?

2. Hvilke tilpasninger har organismer til liv på land?

3. Nævn de miljøfaktorer, der har størst betydning for

terrestriske organismer.

4. Beskriv kendetegnene ved jordhabitatet.

St. Petersborgs statsakademi

Veterinærmedicin.

Institut for Almen Biologi, Økologi og Histologi.

Abstrakt om økologi om emnet:

Jord-luft miljø, dets faktorer

og tilpasning af organismer til dem"

Udført af: 1. års studerende

Oi-gruppen Pyatochenko N. L.

Tjekket af: lektor på instituttet

Vakhmistrova S.F.

Sankt Petersborg

Introduktion

Levevilkår (eksistensbetingelser) er et sæt af elementer, der er nødvendige for en organisme, som den er uløseligt forbundet med, og uden hvilke den ikke kan eksistere.

Tilpasninger af en organisme til sit miljø kaldes tilpasning. Evnen til at tilpasse sig er en af ​​livets hovedegenskaber generelt, hvilket sikrer muligheden for dets eksistens, overlevelse og reproduktion. Tilpasning manifesterer sig på forskellige niveauer - fra cellernes biokemi og individuelle organismers adfærd til strukturen og funktionen af ​​samfund og økosystemer. Tilpasninger opstår og ændrer sig under udviklingen af ​​en art.

Individuelle egenskaber eller elementer i miljøet, der påvirker organismer, kaldes miljøfaktorer. Miljøfaktorer er forskellige. De har forskellige karakterer og specifikke handlinger. Miljøfaktorer er opdelt i to store grupper: abiotiske og biotiske.

Abiotiske faktorer er et sæt forhold i det uorganiske miljø, der påvirker levende organismer direkte eller indirekte: temperatur, lys, radioaktiv stråling, tryk, luftfugtighed, saltsammensætning af vand mv.

Biotiske faktorer er alle former for påvirkning af levende organismer på hinanden. Hver organisme oplever konstant andres direkte eller indirekte indflydelse og indgår i kommunikation med repræsentanter for sin egen og andre arter.

I nogle tilfælde klassificeres antropogene faktorer som en separat gruppe sammen med biotiske og abiotiske faktorer, hvilket understreger den ekstreme effekt af den menneskeskabte faktor.

Menneskeskabte faktorer er alle former for aktivitet i det menneskelige samfund, der fører til ændringer i naturen som levested for andre arter eller direkte påvirker deres liv. Betydningen af ​​menneskeskabt påvirkning på hele jordens levende verden fortsætter med at vokse hurtigt.

Ændringer i miljøfaktorer over tid kan være:

1) regelmæssigt-konstant, ændring af anslagets styrke på grund af tidspunktet på dagen, årstiden eller rytmen af ​​tidevandet i havet;

2) uregelmæssig, uden en klar periodicitet, for eksempel ændringer i vejrforhold i forskellige år, storme, byger, mudderstrømme osv.;

3) rettet over bestemte eller lange tidsrum, for eksempel afkøling eller opvarmning af klimaet, tilgroning af et reservoir mv.

Miljømæssige miljøfaktorer kan have forskellige virkninger på levende organismer:

1) som irriterende stoffer, der forårsager adaptive ændringer i fysiologiske og biokemiske funktioner;

2) som begrænsere, der gør det umuligt at eksistere i dataene

betingelser;

3) som modifikatorer, der forårsager anatomiske og morfologiske ændringer i organismer;

4) som signaler, der indikerer ændringer i andre faktorer.

På trods af de mange forskellige miljøfaktorer kan en række generelle mønstre identificeres i arten af ​​deres interaktion med organismer og i reaktionerne fra levende væsener.

Intensiteten af ​​den miljøfaktor, der er mest gunstig for organismens liv, er optimal, og den, der giver den værste effekt, er pessimum, dvs. forhold, hvorunder en organismes vitale aktivitet er maksimalt hæmmet, men den stadig kan eksistere. Når man dyrker planter under forskellige temperaturforhold, vil det punkt, hvor maksimal vækst observeres, således være det optimale. I de fleste tilfælde er dette et vist temperaturområde på flere grader, så her er det bedre at tale om den optimale zone. Hele temperaturområdet (fra minimum til maksimum), hvor vækst stadig er mulig, kaldes stabilitetsområdet (udholdenhed) eller tolerance. Punktet, der begrænser den (dvs. minimum og maksimum) temperaturer, der er egnede for livet, er stabilitetsgrænsen. Mellem den optimale zone og stabilitetsgrænsen, når den nærmer sig sidstnævnte, oplever planten stigende stress, dvs. vi taler om stresszoner eller undertrykkelseszoner inden for modstandsområdet

Afhængighed af virkningen af ​​en miljøfaktor på dens intensitet (ifølge V.A. Radkevich, 1977)

Når du bevæger dig op og ned på skalaen, øges ikke kun stress, men i sidste ende, når grænserne for kroppens modstand er nået, indtræffer dens død. Lignende eksperimenter kan udføres for at teste indflydelsen af ​​andre faktorer. Resultaterne vil grafisk svare til en lignende type kurve

Livets jord-luft-miljø, dets karakteristika og former for tilpasning til det.

Livet på land krævede tilpasninger, som viste sig kun at være mulige i højt organiserede levende organismer. Det jordbaserede luftmiljø er vanskeligere for livet, det er karakteriseret ved et højt iltindhold, lav mængde vanddamp, lav massefylde osv. Dette ændrede i høj grad betingelserne for vejrtrækning, vandudveksling og bevægelse af levende væsener.

Lav lufttæthed bestemmer dens lave løftekraft og ubetydelige støtte. Organismer i luftmiljøet skal have deres eget støttesystem, der understøtter kroppen: planter - forskellige mekaniske væv, dyr - et solidt eller hydrostatisk skelet. Derudover er alle luftens indbyggere tæt forbundet med jordens overflade, som tjener dem til fastgørelse og støtte.

Lav lufttæthed giver lav modstand mod bevægelse. Derfor fik mange landdyr evnen til at flyve. 75 % af alle landdyr, hovedsageligt insekter og fugle, har tilpasset sig aktiv flyvning.

Takket være luftens mobilitet og de lodrette og horisontale strømme af luftmasser, der findes i de lavere lag af atmosfæren, er passiv flyvning af organismer mulig. I denne henseende har mange arter udviklet anemochory - spredning ved hjælp af luftstrømme. Anemochory er karakteristisk for sporer, frø og frugter af planter, protozoiske cyster, små insekter, edderkopper osv. Organismer, der passivt transporteres af luftstrømme, kaldes samlet for flyplankton.

Terrestriske organismer findes i relativt lavt tryk, på grund af lav lufttæthed. Normalt er det 760 mmHg. Når højden stiger, falder trykket. Lavtryk kan begrænse arternes udbredelse i bjergene. For hvirveldyr er den øvre grænse for livet omkring 60 mm. Et fald i tryk medfører et fald i ilttilførslen og dehydrering af dyr på grund af en stigning i respirationshastigheden. Højere planter har omtrent de samme grænser for avancement i bjergene. Leddyr, som kan findes på gletsjere over vegetationslinjen, er noget mere hårdføre.

Gassammensætning af luft. Ud over luftens fysiske egenskaber er dens kemiske egenskaber meget vigtige for eksistensen af ​​terrestriske organismer. Gassammensætningen af ​​luft i atmosfærens overfladelag er ret ensartet med hensyn til indholdet af hovedkomponenterne (nitrogen - 78,1%, oxygen - 21,0%, argon 0,9%, kuldioxid - 0,003% efter volumen).

Det høje iltindhold bidrog til en stigning i stofskiftet hos terrestriske organismer sammenlignet med primære akvatiske organismer. Det var i et terrestrisk miljø, på grundlag af den høje effektivitet af oxidative processer i kroppen, at dyre-homeothermi opstod. Ilt er på grund af dets konstant høje indhold i luften ikke en begrænsende faktor for liv i det terrestriske miljø.

Kuldioxidindholdet kan variere i visse områder af luftens overfladelag inden for ganske betydelige grænser. Øget luftmætning med CO? forekommer i områder med vulkansk aktivitet, nær termiske kilder og andre underjordiske udløb af denne gas. I høje koncentrationer er kuldioxid giftigt. I naturen er sådanne koncentrationer sjældne. Lavt CO2-indhold hæmmer fotosynteseprocessen. I lukkede jordforhold kan du øge fotosyntesehastigheden ved at øge koncentrationen af ​​kuldioxid. Dette bruges i praksis med drivhus- og drivhusbrug.

Luftkvælstof er en inert gas for de fleste indbyggere i det terrestriske miljø, men visse mikroorganismer (knudebakterier, kvælstofbakterier, blågrønalger osv.) har evnen til at binde den og inddrage den i stoffernes biologiske kredsløb.

Fugtmangel er et af de væsentlige træk ved livets land-luft-miljø. Hele udviklingen af ​​terrestriske organismer var under tegn på tilpasning til at opnå og bevare fugt. Fugtighedsregimer på land er meget forskellige - fra fuldstændig og konstant mætning af luften med vanddamp i nogle områder af troperne til deres næsten fuldstændige fravær i den tørre luft i ørkener. Der er også betydelige daglige og sæsonbestemte variationer i indholdet af vanddamp i atmosfæren. Vandforsyningen af ​​terrestriske organismer afhænger også af nedbørsregimet, tilstedeværelsen af ​​reservoirer, jordfugtighedsreserver, nærheden af ​​pundvande osv.

Dette førte til udviklingen af ​​tilpasning til forskellige vandforsyningsregimer i terrestriske organismer.

Temperatur regime. Det næste kendetegn luft-jord miljø der er betydelige temperaturudsving. I de fleste landområder er daglige og årlige temperaturintervaller titusinder af grader. Modstanden over for temperaturændringer i miljøet blandt landboende er meget forskellig, afhængigt af det specifikke levested, hvor deres liv finder sted. Generelt er terrestriske organismer dog meget mere eurytermiske sammenlignet med vandlevende organismer.

Leveforholdene i jord-luft-miljøet kompliceres yderligere af eksistensen af ​​vejrændringer. Vejret – konstant skiftende forhold i atmosfæren ved overfladen, op til en højde på cirka 20 km (grænsen af ​​troposfæren). Vejrvariabiliteten kommer til udtryk i en konstant variation i kombinationen af ​​miljøfaktorer som temperatur, luftfugtighed, overskyethed, nedbør, vindstyrke og retning mv. Det langsigtede vejrregime karakteriserer klimaet i området. Begrebet "Klima" inkluderer ikke kun de gennemsnitlige værdier af meteorologiske fænomener, men også deres årlige og daglige cyklus, afvigelse fra den og deres hyppighed. Klimaet er bestemt af de geografiske forhold i området. De vigtigste klimatiske faktorer - temperatur og fugtighed - måles ved mængden af ​​nedbør og mætning af luft med vanddamp.

For de fleste terrestriske organismer, især små, er klimaet i området ikke så vigtigt som forholdene i deres umiddelbare levested. Meget ofte ændrer lokale miljøelementer (relief, eksponering, vegetation osv.) regimet for temperaturer, fugtighed, lys, luftbevægelse i et bestemt område på en sådan måde, at det adskiller sig væsentligt fra de klimatiske forhold i området. Sådanne klimaændringer, der udvikler sig i luftens overfladelag, kaldes mikroklima. I hver zone er mikroklimaet meget forskelligt. Mikroklimaer i meget små områder kan identificeres.

Lysregimet i jord-luftmiljøet har også nogle ejendommeligheder. Intensiteten og mængden af ​​lys her er størst og begrænser praktisk talt ikke grønne planters levetid, som i vand eller jord. På landjorden kan der eksistere ekstremt lyselskende arter. For langt de fleste landdyr med dag- og endda nataktivitet er syn en af ​​de vigtigste metoder til orientering. Hos landdyr er synet vigtigt for at søge efter bytte mange arter har endda farvesyn. I denne henseende udvikler ofre sådanne adaptive funktioner som en defensiv reaktion, camouflage og advarselsfarvning, mimik osv.

I akvatiske indbyggere er sådanne tilpasninger meget mindre udviklede. Udseendet af farvestrålende blomster af højere planter er også forbundet med bestøvningsapparatets egenskaber og i sidste ende med miljøets lysregime.

Terræn- og jordbundsegenskaberne er også levevilkårene for terrestriske organismer og først og fremmest planter. Egenskaber af jordens overflade, der har miljømæssig påvirkning om dens indbyggere, foren dig" edafiske faktorer miljø" (fra græsk "edaphos" - "jord").

Hen imod forskellige egenskaber jord, kan der skelnes mellem en række økologiske grupper af planter. I henhold til reaktionen på jordens surhedsgrad skelnes de således:

1) acidofile arter - vokser på sur jord med en pH på mindst 6,7 (planter af sphagnummoser);

2) neutrofiler har tendens til at vokse på jord med en pH-værdi på 6,7-7,0 (de fleste dyrkede planter);

3) basophilae vokser ved en pH på mere end 7,0 (Echinops, skovanemone);

4) ligeglade kan vokse på jord med forskellig betydning pH (liljekonval).

Planter adskiller sig også i forhold til jordens fugtighed. Visse arter er begrænset til forskellige substrater, for eksempel vokser petrofytter på stenet jord, pasmofytter befolker løst sand.

Terrænet og jordens beskaffenhed har indflydelse på dyrs specifikke bevægelser: for eksempel hovdyr, strudse, bustards, der lever i åbne rum, hårdt underlag, for at øge frastødningen under løb. Hos firben, der lever i skiftende sand, er tæerne frynset med en kant af liderlige skæl, der øger støtten. For jordbaserede indbyggere, der graver huller, er tæt jord ugunstig. Jordbundens beskaffenhed påvirker i visse tilfælde fordelingen af ​​landdyr, der graver huller eller graver sig ned i jorden, eller lægger æg i jorden mv.

Om luftens sammensætning.

Gassammensætningen af ​​den luft, vi indånder, ser således ud: 78 % er nitrogen, 21 % er ilt og 1 % er andre gasser. Men i atmosfæren i store industribyer bliver dette forhold ofte overtrådt. En betydelig andel er skadelige urenheder forårsaget af emissioner fra virksomheder og køretøjer. Motortransport indfører mange urenheder i atmosfæren: kulbrinter af ukendt sammensætning, benzo(a)pyren, kuldioxid, svovl- og nitrogenforbindelser, bly, kulilte.

Atmosfæren består af en blanding af en række gasser - luft, hvori kolloide urenheder er suspenderet - støv, dråber, krystaller osv. Atmosfærisk lufts sammensætning ændrer sig lidt med højden. Men startende fra en højde på omkring 100 km, sammen med molekylær oxygen og nitrogen, opstår atomær oxygen også som et resultat af dissociation af molekyler, og gravitationsadskillelsen af ​​gasser begynder. Over 300 km dominerer atomart ilt i atmosfæren, over 1000 km - helium og derefter atomart brint. Atmosfærens tryk og tæthed falder med højden; omkring halvdelen af ​​atmosfærens samlede masse er koncentreret i de nederste 5 km, 9/10 i de nederste 20 km og 99,5% i de nederste 80 km. I højder på omkring 750 km falder lufttætheden til 10-10 g/m3 (mens den ved jordoverfladen er omkring 103 g/m3), men selv en så lav densitet er stadig tilstrækkelig til forekomsten af ​​nordlys. Atmosfæren har ikke en skarp øvre grænse; densiteten af ​​dets gasser

Sammensætningen af ​​den atmosfæriske luft, som hver af os indånder, omfatter flere gasser, hvoraf de vigtigste er: nitrogen (78,09%), oxygen (20,95%), brint (0,01%), kuldioxid (kuldioxid) (0,03%) og inerte gasser (0,93%). Derudover er der altid en vis mængde vanddamp i luften, hvis mængde altid ændrer sig med ændringer i temperaturen: Jo højere temperatur, jo større dampindhold og omvendt. På grund af udsving i mængden af ​​vanddamp i luften er procentdelen af ​​gasser i den heller ikke konstant. Alle gasser, der udgør luft, er farveløse og lugtløse. Luftens vægt ændres ikke kun afhængigt af temperaturen, men også af indholdet af vanddamp i den. Ved samme temperatur er vægten af ​​tør luft større end fugtig luft, fordi vanddamp er meget lettere end luftdamp.

Tabellen viser atmosfærens gassammensætning i volumetrisk masseforhold samt levetiden af ​​hovedkomponenterne:

Komponent	% volumen	% masse
N2	78,09	75,50
O2	20,95	23,15
Ar	0,933	1,292
CO2	0,03	0,046
Ne	1,8 10-3	1,4 10-3
Han	4,6 10-4	6,4 10-5
CH4	1,52 10-4	8,4 10-5
Kr	1,14 10-4	3 10-4
H2	5 10-5	8 10-5
N2O	5 10-5	8 10-5
Xe	8,6 10-6	4 10-5
O3	3 10-7 - 3 10-6	5 10-7 - 5 10-6
Rn	6 10-18	4,5 10-17

Egenskaberne af de gasser, der udgør atmosfærisk luft under tryk, ændrer sig.

For eksempel: ilt under tryk på mere end 2 atmosfærer har en giftig effekt på kroppen.

Nitrogen under tryk over 5 atmosfærer har en narkotisk effekt (nitrogenforgiftning). En hurtig stigning fra dybet forårsager trykfaldssyge på grund af den hurtige frigivelse af nitrogenbobler fra blodet, som om det skummer det.

En stigning i kuldioxid på mere end 3 % i luftvejsblandingen forårsager døden.

Hver komponent, der udgør luften, med en stigning i trykket til visse grænser, bliver en gift, der kan forgifte kroppen.

Undersøgelser af atmosfærens gassammensætning. Atmosfærisk kemi

For historien om den hurtige udvikling af en relativt ung gren af ​​videnskaben kaldet atmosfærisk kemi, er det mest passende udtryk "spurt" (kast), brugt i højhastighedssport. Måske blev startpistolen affyret af to artikler publiceret i begyndelsen af ​​1970'erne. De diskuterede den mulige ødelæggelse af stratosfærisk ozon af nitrogenoxider - NO og NO2. Den første tilhørte fremtiden nobelpristager, og derefter til en ansat ved Stockholms Universitet P. Crutzen, som anså den sandsynlige kilde til nitrogenoxider i stratosfæren for at være forrådnende under påvirkning af sollys lattergas N2O naturlig oprindelse. Forfatteren til den anden artikel, kemiker fra University of California i Berkeley G. Johnston, foreslog, at nitrogenoxider opstår i stratosfæren som et resultat af menneskelig aktivitet, nemlig under emissioner af forbrændingsprodukter fra jetmotorer fra fly i høj højde.

Selvfølgelig opstod ovenstående hypoteser ikke ud af ingenting. Forholdet mellem i det mindste hovedkomponenterne i atmosfærisk luft - molekyler af nitrogen, oxygen, vanddamp osv. - var kendt meget tidligere. Allerede i anden halvdel af 1800-tallet. I Europa blev der foretaget målinger af ozonkoncentrationer i overfladeluft. I 1930'erne opdagede den engelske videnskabsmand S. Chapman mekanismen for ozondannelse i en ren iltatmosfære, hvilket indikerer et sæt af vekselvirkninger af iltatomer og molekyler, såvel som ozon, i fravær af andre luftkomponenter. Men i slutningen af ​​50'erne viste målinger ved hjælp af vejrraketter, at der var meget mindre ozon i stratosfæren, end der burde være ifølge Chapman-reaktionscyklussen. Selvom denne mekanisme forbliver fundamental den dag i dag, er det blevet klart, at der er nogle andre processer, der også er aktivt involveret i dannelsen af ​​atmosfærisk ozon.

Det er værd at nævne, at i begyndelsen af ​​70'erne blev viden inden for atmosfærisk kemi hovedsagelig opnået gennem indsatsen fra individuelle videnskabsmænd, hvis forskning ikke var forenet af noget socialt betydningsfuldt koncept og oftest var af rent akademisk karakter. Johnstons arbejde er en anden sag: ifølge hans beregninger kunne 500 fly, der flyver 7 timer om dagen, reducere mængden af ​​stratosfærisk ozon med ikke mindre end 10 %! Og hvis disse vurderinger var retfærdige, så ville problemet straks blive socioøkonomisk, da i dette tilfælde alle programmer til udvikling af supersoniske transport luftfart og tilhørende infrastruktur skulle undergå betydelige justeringer og måske endda lukning. Hertil kommer, at for første gang virkelig rejste spørgsmålet, at menneskeskabt aktivitet ikke kunne forårsage en lokal, men en global katastrofe. I den nuværende situation havde teorien naturligvis brug for en meget hård og samtidig operationel verifikation.

Lad os huske, at essensen af ​​ovenstående hypotese var, at nitrogenoxid reagerer med ozon NO + O3 ® ® NO2 + O2, hvorefter nitrogendioxiden, der dannes i denne reaktion, reagerer med oxygenatomet NO2 + O ® NO + O2, og derved genopretter tilstedeværelse NO i atmosfæren, mens ozonmolekylet er tabt for altid. I dette tilfælde gentages et sådant par reaktioner, der udgør den nitrogenkatalytiske cyklus af ozonnedbrydning, indtil ethvert kemisk eller fysiske processer vil ikke føre til fjernelse af nitrogenoxider fra atmosfæren. Eksempelvis oxideres NO2 til salpetersyre HNO3, som er meget opløseligt i vand, og derfor fjernes fra atmosfæren af ​​skyer og nedbør. Den katalytiske kvælstofcyklus er meget effektiv: Et molekyle NO under sit ophold i atmosfæren formår at ødelægge titusindvis af ozonmolekyler.

Men problemer kommer som bekendt ikke alene. Snart opdagede eksperter fra amerikanske universiteter - Michigan (R. Stolarski og R. Cicerone) og Harvard (S. Wofsey og M. McElroy) - at ozon kan have en endnu mere nådesløs fjende - klorforbindelser. Den katalytiske cyklus af ozonnedbrydning af klor (reaktionerne Cl + O3 ® ClO + O2 og ClO + O ® Cl + O2) var ifølge deres skøn flere gange mere effektiv end nitrogen. Den eneste grund til forsigtig optimisme var, at mængden af ​​naturligt forekommende klor i atmosfæren er relativt lille, hvilket betyder, at den samlede effekt af dets påvirkning af ozonen måske ikke er for stærk. Situationen ændrede sig dog dramatisk, da ansatte ved University of California i Irvine S. Rowland og M. Molina i 1974 konstaterede, at kilden til klor i stratosfæren er chlorfluorcarbonforbindelser (CFC'er), der er meget brugt i køleenheder, aerosolemballage, etc. Da disse stoffer er ikke-brændbare, ikke-giftige og kemisk passive, transporteres disse stoffer langsomt af stigende luftstrømme fra jordens overflade ind i stratosfæren, hvor deres molekyler ødelægges af sollys, hvilket resulterer i frigivelse af frie kloratomer. Industriel produktion af CFC'er, som begyndte i 30'erne, og deres emissioner til atmosfæren er steget støt i alle de efterfølgende år, især i 70'erne og 80'erne. Således har teoretikere inden for en meget kort periode identificeret to problemer i atmosfærisk kemi forårsaget af intens menneskeskabt forurening.

Men for at teste validiteten af ​​de fremsatte hypoteser var det nødvendigt at udføre mange opgaver.

For det første, udvide laboratorieundersøgelser, hvor det ville være muligt at bestemme eller afklare fotoflowhastigheden kemiske reaktioner mellem forskellige komponenter i atmosfærisk luft. Det skal siges, at de meget sparsomme data om disse hastigheder, der fandtes på det tidspunkt, også havde en del fejl (op til flere hundrede procent). Derudover svarede betingelserne for målingerne som regel ikke tæt til atmosfærens realiteter, hvilket alvorligt forværrede fejlen, da intensiteten af ​​de fleste reaktioner afhang af temperatur og nogle gange af tryk eller tæthed af atmosfærisk luft.

For det andet intensivt studere de strålingsoptiske egenskaber af en række små atmosfæriske gasser under laboratorieforhold. Molekyler af et betydeligt antal komponenter i atmosfærisk luft ødelægges af ultraviolet stråling fra Solen (i fotolysereaktioner), blandt dem ikke kun de ovennævnte CFC'er, men også molekylær oxygen, ozon, nitrogenoxider og mange andre. Derfor var estimater af parametrene for hver fotolysereaktion lige så nødvendige og vigtige for den korrekte reproduktion af atmosfæriske kemiske processer som reaktionshastighederne mellem forskellige molekyler.

Tredje, det var nødvendigt at skabe matematiske modeller, der så fuldstændigt som muligt kunne beskrive de gensidige kemiske transformationer af atmosfæriske luftkomponenter. Som allerede nævnt er produktiviteten af ​​ozonnedbrydning i katalytiske cyklusser bestemt af, hvor længe katalysatoren (NO, Cl eller en anden) forbliver i atmosfæren. Det er klart, at en sådan katalysator generelt set kunne reagere med en hvilken som helst af de snesevis af komponenter i atmosfærisk luft, hurtigt kollapse i processen, og så ville skaden på stratosfærisk ozon være meget mindre end forventet. På den anden side, når der sker mange kemiske transformationer i atmosfæren hvert sekund, vil det sandsynligvis identificere andre mekanismer, der direkte eller indirekte påvirker dannelsen og ødelæggelsen af ​​ozon. Endelig er sådanne modeller i stand til at identificere og vurdere betydningen af ​​individuelle reaktioner eller deres grupper i dannelsen af ​​andre gasser, der udgør den atmosfæriske luft, og giver også mulighed for at beregne koncentrationerne af gasser, der ikke kan måles.

Og endelig, det var nødvendigt at organisere et bredt netværk til måling af indholdet af forskellige gasser i luften, herunder forbindelser af nitrogen, klor osv., ved at bruge til dette formål jordstationer, opsendelser af vejrballoner og vejrraketter og flyflyvninger. At oprette en database var selvfølgelig den dyreste opgave, som ikke kunne løses i kort tid. Det var dog kun målinger, der kunne give et udgangspunkt for teoretisk forskning, idet de samtidig var en prøvesten for sandheden af ​​de udtrykte hypoteser.

Siden begyndelsen af ​​70'erne er der mindst én gang hvert tredje år udgivet særlige, konstant opdaterede samlinger, som indeholder information om alle væsentlige atmosfæriske reaktioner, herunder fotolysereaktioner. Desuden er fejlen ved bestemmelse af parametrene for reaktioner mellem gaskomponenter i luft i dag som regel 10-20%.

Den anden halvdel af dette årti oplevede en hurtig udvikling af modeller, der beskriver kemiske transformationer i atmosfæren. Det største antal af dem blev oprettet i USA, men de dukkede op i Europa og USSR. Først var disse boksmodeller (nuldimensionelle) og derefter endimensionelle modeller. Den første gengav med varierende grad af pålidelighed indholdet af de vigtigste atmosfæriske gasser i et givet volumen - en boks (deraf deres navn) - som et resultat af kemiske interaktioner mellem dem. Da bevarelsen af ​​den samlede masse af luftblandingen blev postuleret, blev fjernelse af enhver del af den fra kassen, for eksempel af vinden, ikke overvejet. Boksmodeller var bekvemme til at belyse rollen af ​​individuelle reaktioner eller deres grupper i processerne med kemisk dannelse og ødelæggelse af atmosfæriske gasser og til at vurdere følsomheden af ​​atmosfærens gassammensætning over for unøjagtigheder ved bestemmelse af reaktionshastigheder. Med deres hjælp kunne forskerne ved at sætte atmosfæriske parametre i kassen (især temperatur og lufttæthed) svarende til flyveflyvningers højde og i en grov tilnærmelse estimere, hvordan koncentrationerne af atmosfæriske urenheder ville ændre sig som følge af emissioner af forbrændingsprodukter fra flymotorer. Samtidig var boksmodeller uegnede til at studere problemet med chlorfluorcarboner (CFC'er), da de ikke kunne beskrive processen med deres bevægelse fra jordens overflade til stratosfæren. Det var her endimensionelle modeller kom til nytte, som kombinerede under hensyntagen til en detaljeret beskrivelse af kemiske vekselvirkninger i atmosfæren og transport af urenheder i lodret retning. Og selvom den lodrette overførsel her blev specificeret ret groft, var brugen af ​​endimensionelle modeller et mærkbart fremskridt, da de gjorde det muligt på en eller anden måde at beskrive virkelige fænomener.

Når vi ser tilbage, kan vi sige, at vores moderne viden er i høj grad baseret på det grove arbejde, der blev udført i disse år ved hjælp af endimensionelle og kassemodeller. Det gjorde det muligt at bestemme mekanismerne for dannelsen af ​​atmosfærens gassammensætning, vurdere intensiteten af ​​kemiske kilder og dræn af individuelle gasser. Et vigtigt træk ved denne fase i udviklingen af ​​atmosfærisk kemi er, at de nye ideer, der opstod, blev testet på modeller og bredt diskuteret blandt specialister. De opnåede resultater blev ofte sammenlignet med estimater fra andre videnskabelige grupper, da feltmålinger var klart utilstrækkelige, og deres nøjagtighed var meget lav. For at bekræfte rigtigheden af ​​modelleringen af ​​visse kemiske interaktioner var det desuden nødvendigt at udføre komplekse målinger, når koncentrationerne af alle deltagende reagenser blev bestemt samtidigt, hvilket på det tidspunkt, og selv nu, var praktisk talt umuligt. (Indtil nu er der kun udført få målinger af komplekset af gasser fra Shuttle over 2-5 dage.) Derfor gik modelstudier forud for eksperimentelle, og teorien forklarede ikke så meget feltobservationerne som bidrog til deres optimale planlægning. For eksempel dukkede en forbindelse som klornitrat ClONO2 først op i modelleringsundersøgelser og først derefter blev opdaget i atmosfæren. Selv at sammenligne de tilgængelige målinger med modelestimater var vanskelig, da den endimensionelle model ikke kunne tage højde for horisontale luftbevægelser, hvorfor atmosfæren blev antaget at være horisontalt homogen, og de opnåede modelresultater svarede til en eller anden gennemsnitlig global tilstand. Men i virkeligheden er sammensætningen af ​​luften over industriregionerne i Europa eller USA meget forskellig fra dens sammensætning over Australien eller over Stillehavet. Derfor afhænger resultaterne af enhver feltobservation i høj grad af placeringen og tidspunktet for målingerne og svarer naturligvis ikke nøjagtigt til den globale gennemsnitsværdi.

For at eliminere dette hul i modelleringen skabte forskerne i 80'erne todimensionelle modeller, hvor der sammen med vertikal transport også blev taget højde for lufttransport langs meridianen (langs breddekredsen blev atmosfæren stadig betragtet som homogen). Oprettelsen af ​​sådanne modeller var i begyndelsen fyldt med betydelige vanskeligheder.

For det første, antallet af eksterne modelparametre steg kraftigt: ved hver gitterknude var det nødvendigt at indstille hastighederne for vertikal og interlatitudinal transport, temperatur og lufttæthed osv. Mange parametre (primært de ovennævnte hastigheder) blev ikke bestemt pålideligt i eksperimenter og blev derfor valgt af kvalitative årsager.

For det andet Computerteknologiens tilstand på det tidspunkt hæmmede betydeligt den fulde udvikling af todimensionelle modeller. I modsætning til økonomiske endimensionelle og især indrammede modeller krævede todimensionelle modeller betydeligt mere hukommelse og computertid. Og som et resultat blev deres skabere tvunget til betydeligt at forenkle ordningerne for at tage højde for kemiske transformationer i atmosfæren. Imidlertid komplekset atmosfærisk forskning, både model og fuldskala ved hjælp af satellitter, gjorde det muligt at tegne et relativt harmonisk, men langt fra fuldstændigt, billede af atmosfærens sammensætning, samt at etablere de vigtigste årsag-og-virkning sammenhænge, ​​der forårsager ændringer i indhold af individuelle luftkomponenter. Især har talrige undersøgelser vist, at flyflyvninger i troposfæren ikke forårsager nogen væsentlig skade på troposfærisk ozon, men deres opstigning i stratosfæren ser ud til at have negative effekter på ozonosfæren. De fleste eksperters mening om CFC'ers rolle var næsten enstemmig: hypotesen om Rowland og Molina er bekræftet, og disse stoffer bidrager virkelig til ødelæggelsen af ​​stratosfærisk ozon, og den regelmæssige stigning i deres industrielle produktion er en tidsindstillet bombe, da henfald af CFC'er sker ikke umiddelbart, men efter ti og hundreder af år, så virkningerne af forurening vil påvirke atmosfæren i meget lang tid. Desuden, hvis de varer ved i lang tid, kan chlorfluorcarboner nå ethvert, selv det fjerneste punkt i atmosfæren, og derfor er dette en trussel på global skala. Tiden er inde til aftalte politiske beslutninger.

I 1985, med deltagelse af 44 lande, blev en konvention til beskyttelse af ozonlaget udviklet og vedtaget i Wien, hvilket stimulerede dens omfattende undersøgelse. Spørgsmålet om, hvad man skal gøre med CFC'er, forblev dog stadig åbent. Det var umuligt at lade sagen gå sin gang efter princippet "det løser sig selv", men det er også umuligt at forbyde produktionen af ​​disse stoffer fra den ene dag til den anden uden enorme skader på økonomien. Det ser ud til, at der er en simpel løsning: det er nødvendigt at erstatte CFC'er med andre stoffer, der kan udføre de samme funktioner (for eksempel i køleenheder) og samtidig er uskadelige eller i det mindste mindre farlige for ozon. Men det er ofte meget svært at implementere simple løsninger. Ikke alene krævede skabelsen af ​​sådanne stoffer og etableringen af ​​deres produktion enorme kapitalinvesteringer og tid, kriterier var nødvendige for at vurdere virkningen af ​​nogen af ​​dem på atmosfæren og klimaet.

Teoretikere er tilbage i søgelyset. D. Webbles fra Livermore National Laboratory foreslog at bruge ozonnedbrydningspotentialet til dette formål, hvilket viste, hvor meget stærkere (eller svagere) et molekyle af et erstatningsstof påvirker atmosfærisk ozon end et molekyle af CFCl3 (Freon-11). På det tidspunkt var det også velkendt, at temperaturen i luftens overfladelag i væsentlig grad afhænger af koncentrationen af ​​visse gasurenheder (de blev kaldt drivhusgasser), primært kuldioxid CO2, vanddamp H2O, ozon osv. CFC'er og mange deres potentielle erstatninger. Målinger har vist, at under den industrielle revolution er den gennemsnitlige årlige globale temperatur på overfladelaget af luft steget og fortsætter med at stige, og det indikerer væsentlige og ikke altid ønskelige ændringer i Jordens klima. For at bringe denne situation under kontrol, sammen med et stofs ozonnedbrydende potentiale, blev dets globale opvarmningspotentiale også overvejet. Dette indeks viste, hvor meget stærkere eller svagere den undersøgte forbindelse påvirker lufttemperaturen end den samme mængde kuldioxid. Beregningerne viste, at CFC'er og alternative stoffer havde meget høje globale opvarmningspotentialer, men fordi deres koncentrationer i atmosfæren var meget lavere end koncentrationerne af CO2, H2O eller O3, forblev deres samlede bidrag til den globale opvarmning ubetydeligt. Indtil videre...

Tabeller over beregnede ozonnedbrydningspotentialer og globale opvarmningspotentialer for chlorfluorcarboner og deres mulige erstatninger dannede grundlaget for internationale beslutninger om at reducere og efterfølgende forbyde produktion og anvendelse af mange CFC'er (Montreal-protokollen fra 1987 og dens senere ændringer). Måske ville eksperterne samlet i Montreal ikke have været så enstemmige (trods alt var protokollens artikler baseret på "fremstillinger" af teoretikere, der ikke blev bekræftet af naturlige eksperimenter), men en anden interesseret "person" talte for at underskrive dette dokument - selve atmosfæren.

Meddelelsen om, at engelske videnskabsmænd opdagede et "ozonhul" over Antarktis i slutningen af ​​1985, blev, ikke uden journalisters deltagelse, årets sensation, og verdenssamfundets reaktion på denne udmelding kan lettest beskrives i ét kort ord. - chok. Én ting er, når truslen om ødelæggelse af ozonlaget kun eksisterer i en fjern fremtid, men noget andet, når vi alle står over for et fait accompli. Det var hverken almindelige mennesker, politikere eller teoretikere klar til.

Det blev hurtigt klart, at ingen af ​​de eksisterende modeller kunne genskabe en så betydelig reduktion af ozonniveauet. Det betyder, at nogle vigtige naturfænomener enten ikke blev taget i betragtning eller undervurderet. Snart fastslog feltstudier, der blev udført inden for rammerne af programmet for at studere det antarktiske fænomen, at en vigtig rolle i dannelsen af ​​"ozonhullet" sammen med almindelige (gasfase) atmosfæriske reaktioner spilles af de særlige kendetegn ved transport af atmosfærisk luft i den antarktiske stratosfære (den næsten fuldstændige isolation om vinteren fra resten af ​​atmosfæren), såvel som på det tidspunkt kun lidt undersøgte heterogene reaktioner (reaktioner på overfladen af ​​atmosfæriske aerosoler - støvpartikler, sod, isflager, vanddråber osv.). Kun under hensyntagen til ovenstående faktorer gjorde det muligt at opnå tilfredsstillende overensstemmelse mellem modelresultater og observationsdata. Og lektionerne fra det antarktiske "ozonhul" har alvorligt påvirket videre udvikling atmosfærisk kemi.

For det første blev der givet et skarpt skub til en detaljeret undersøgelse af heterogene processer, der forekommer i henhold til love, der er forskellige fra dem, der bestemmer gasfaseprocesser. For det andet var der en klar forståelse af, at i et komplekst system som atmosfæren afhænger dets elementers adfærd af et helt kompleks af interne forbindelser. Med andre ord bestemmes indholdet af gasser i atmosfæren ikke kun af intensiteten af ​​kemiske processer, men også af lufttemperaturen, overførslen af ​​luftmasser, egenskaberne ved aerosolforurening af forskellige dele af atmosfæren osv. Til gengæld , strålingsopvarmning og -køling, som danner temperaturfeltet for stratosfærisk luft, afhænger af koncentrationen og fordelingen i rummet drivhusgasser, og derfor fra atmosfæriske dynamiske processer. Endelig uensartet strålingsopvarmning forskellige bælter globus og dele af atmosfæren genererer atmosfæriske luftbevægelser og styrer deres intensitet. Således kan manglende hensyntagen til feedback i modeller være fyldt med store fejl i de opnåede resultater (selvom, lad os i forbifarten bemærke, at overdrevent komplicering af modellen uden et presserende behov er lige så upassende som at affyre kanoner mod kendte repræsentanter for fugle) .

Hvis forholdet mellem lufttemperatur og dens gassammensætning blev taget i betragtning i todimensionelle modeller tilbage i 80'erne, blev brugen af ​​tredimensionelle modeller af generel atmosfærisk cirkulation til at beskrive fordelingen af ​​atmosfæriske urenheder mulig takket være computerboomet først i 90'erne. De første sådanne generelle cirkulationsmodeller blev brugt til at beskrive den rumlige fordeling af kemisk passive stoffer - sporstoffer. Senere på grund af utilstrækkelig Random Access Memory I computere blev kemiske processer kun specificeret af én parameter - urenhedens opholdstid i atmosfæren, og først for relativt nylig blev blokke af kemiske transformationer til fuldgyldige dele af tredimensionelle modeller. Selvom der stadig er vanskeligheder med at repræsentere atmosfæriske kemiske processer i detaljer i 3D-modeller, virker de ikke længere uoverstigelige, og de bedste 3D-modeller omfatter hundredvis af kemiske reaktioner sammen med den faktiske klimatiske transport af luft i den globale atmosfære.

Samtidig sætter den udbredte brug af moderne modeller slet ikke spørgsmålstegn ved nytten af ​​de simplere diskuteret ovenfor. Det er velkendt, at jo mere kompleks modellen er, jo sværere er det at adskille "signalet" fra "modelstøjen", analysere de opnåede resultater, identificere de vigtigste årsags- og virkningsmekanismer og vurdere virkningen af ​​visse fænomener på det endelige resultat (og derfor tilrådeligheden af ​​at tage dem i betragtning i modellen) . Og her tjener simplere modeller som en ideel prøveplads, de gør det muligt at opnå foreløbige estimater, der senere bliver brugt i tredimensionelle modeller, til at studere nye naturfænomener, før de indgår i mere komplekse, osv.

Hurtige videnskabelige og teknologiske fremskridt har givet anledning til flere flere forskningsområder, på den ene eller anden måde relateret til atmosfærisk kemi.

Satellitovervågning af atmosfæren. Da der blev etableret regelmæssig genopfyldning af databasen fra satellitter, for de fleste af de vigtigste komponenter i atmosfæren, der dækkede næsten hele kloden, var der behov for at forbedre metoderne til deres behandling. Dette omfatter datafiltrering (adskillelse af signal- og målefejl) og retablering af vertikale profiler af urenhedskoncentrationer baseret på deres samlede indhold i den atmosfæriske søjle og datainterpolation i de områder, hvor direkte målinger er umulige af tekniske årsager. Derudover suppleres satellitovervågning af flyekspeditioner, der er planlagt til at løse forskellige problemer, for eksempel i det tropiske Stillehav, Nordatlanten og endda i sommerstratosfæren i Arktis.

En vigtig del af moderne forskning er assimileringen (assimileringen) af disse databaser til modeller af varierende kompleksitet. I dette tilfælde vælges parametrene baseret på betingelsen om den nærmeste nærhed mellem de målte og modelværdier af urenhedsindhold på punkter (regioner). På denne måde kontrolleres kvaliteten af ​​modellerne, samt ekstrapoleringen af ​​målte værdier ud over regionerne og måleperioderne.

Estimering af koncentrationer af kortlivede atmosfæriske forurenende stoffer. Atmosfæriske radikaler, som spiller en nøglerolle i atmosfærisk kemi, såsom hydroxyl OH, perhydroxyl HO2, nitrogenoxid NO, atomær oxygen i den exciterede tilstand O (1D) osv., har den største kemiske reaktivitet og derfor meget lille ( flere sekunder eller minutter ) "levetid" i atmosfæren. Derfor er måling af sådanne radikaler ekstremt vanskelig, og rekonstruktionen af ​​deres indhold i luften udføres ofte ved hjælp af modelforhold mellem de kemiske kilder og dræn af disse radikaler. I lang tid intensiteten af ​​kilder og dræn blev beregnet ud fra modeldata. Med fremkomsten af ​​passende målinger blev det muligt at rekonstruere radikale koncentrationer baseret på dem, samtidig med at modellerne blev forbedret og informationen om atmosfærens gassammensætning blev udvidet.

Rekonstruktion af atmosfærens gassammensætning i den førindustrielle periode og tidligere epoker af Jorden. Takket være målinger i Antarktis og Grønlands iskerner, hvis alder spænder fra hundreder til hundredtusinder af år, er koncentrationerne af kuldioxid, lattergas, metan, kulilte, såvel som dengang temperaturen, blevet kendt . En modelrekonstruktion af atmosfærens tilstand i disse epoker og dens sammenligning med den nuværende gør det muligt at spore udviklingen af ​​jordens atmosfære og vurdere graden af ​​menneskelig påvirkning af det naturlige miljø.

Vurdering af intensiteten af ​​kilder til de vigtigste luftkomponenter. Systematiske målinger af indholdet af gasser i overfladeluften, såsom metan, kulilte og nitrogenoxider, blev grundlaget for at løse det omvendte problem: estimering af mængden af ​​emissioner af gasser fra jordkilder til atmosfæren baseret på deres kendte koncentrationer . Desværre er kun en opgørelse over de skyldige i den universelle uro - CFC'er - en relativt simpel opgave, da næsten alle disse stoffer ikke har naturlige kilder, og deres samlede mængde, der kommer ind i atmosfæren, er begrænset af mængden af ​​deres produktion. De resterende gasser har forskellige og sammenlignelige strømkilder. Kilden til metan er f.eks. vandlidende områder, sumpe, oliebrønde, kulminer; denne forbindelse udskilles af termitkolonier og er endda et affaldsprodukt fra kvæg. Kulilte kommer ind i atmosfæren som en del af udstødningsgasser, som et resultat af brændstofforbrænding, såvel som under oxidation af metan og mange andre organiske forbindelser. Direkte målinger af emissioner af disse gasser er vanskelige, men der er udviklet teknikker til at give skøn over globale kilder til forurenende gasser, hvis usikkerhed er blevet væsentligt reduceret i de senere år, selvom den stadig er stor.

Forudsigelse af ændringer i sammensætningen af ​​jordens atmosfære og klima I betragtning af tendenser - tendenser i indholdet af atmosfæriske gasser, vurderinger af deres kilder, vækstrater for jordens befolkning, stigningstakten i produktionen af ​​alle typer energi osv. - skaber særlige grupper af eksperter og justerer løbende scenarier for sandsynlige atmosfærisk forurening i de næste 10, 30, 100 år. Baseret på dem forudsiges mulige ændringer i gassammensætning, temperatur og atmosfærisk cirkulation ved hjælp af modeller. På denne måde er det muligt at opdage ugunstige tendenser i atmosfærens tilstand på forhånd, og du kan prøve at eliminere dem. Det antarktiske chok i 1985 må ikke gentages.

Fænomenet atmosfærens drivhuseffekt

I de senere år er det blevet tydeligt, at analogien mellem et almindeligt drivhus og atmosfærens drivhuseffekt ikke er helt korrekt. I slutningen af ​​forrige århundrede viste den berømte amerikanske fysiker Wood, efter at have erstattet almindeligt glas med kvartsglas i en laboratoriemodel af et drivhus og uden at finde nogen ændringer i drivhusets funktion, at problemet ikke ligger i forsinkelsen af termisk stråling af jorden af ​​glas, der transmitterer solstråling, men glassets rolle i dette I dette tilfælde består det kun i at "afskære" den turbulente varmeudveksling mellem jordoverfladen og atmosfæren.

Atmosfærens drivhuseffekt (drivhuseffekt) er dens evne til at transmittere solstråling, men bevare terrestrisk stråling, hvilket fremmer ophobningen af ​​varme fra jorden. Jordens atmosfære transmitterer relativt godt kortbølget solstråling, som næsten fuldstændigt absorberes af jordens overflade. Opvarmning på grund af absorption af solstråling bliver jordens overflade en kilde til jordisk, hovedsageligt langbølget stråling, hvoraf en del går ud i det ydre rum.

Effekt af stigende CO2-koncentration

Forskere og forskere fortsætter med at skændes om sammensætningen af ​​såkaldte drivhusgasser. Den største interesse i denne forbindelse er effekten af ​​stigende koncentrationer af kuldioxid (CO2) på atmosfærens drivhuseffekt. Det foreslås, at den velkendte ordning: "en stigning i kuldioxidkoncentrationen øger drivhuseffekten, hvilket fører til opvarmning af det globale klima" er ekstremt forenklet og meget langt fra virkeligheden, da den vigtigste "drivhusgas" ikke er CO2 overhovedet, men vanddamp. Samtidig er der forbehold for, at koncentrationen af ​​vanddamp i atmosfæren kun bestemmes af parametrene for klimasystem, modstår i dag ikke længere kritik, da den menneskeskabte påvirkning af det globale vandkredsløb er blevet overbevisende bevist.

Som videnskabelige hypoteser peger vi på følgende konsekvenser af den kommende drivhuseffekt. For det første, Ifølge de mest almindelige skøn vil indholdet af atmosfærisk CO2 ved udgangen af ​​det 21. århundrede fordobles, hvilket uundgåeligt vil føre til en stigning i den gennemsnitlige globale overfladetemperatur med 3 - 5 o C. Samtidig forventes en opvarmning at resultere i tørrere somre på de tempererede breddegrader på den nordlige halvkugle.

For det andet Det antages, at en sådan stigning i den gennemsnitlige globale overfladetemperatur vil føre til en stigning i verdenshavets niveau med 20 - 165 centimeter på grund af vandets termiske udvidelse. Hvad angår den antarktiske iskappe, er dens ødelæggelse ikke uundgåelig, da smeltning kræver mere høje temperaturer. Under alle omstændigheder vil processen med at smelte Antarktis is tage meget lang tid.

Tredje, Atmosfæriske CO2-koncentrationer kan have meget gavnlige effekter på afgrødeudbyttet. Resultaterne af forsøgene giver os mulighed for at antage, at under forhold med en progressiv stigning i CO2-indholdet i luften, vil naturlig og dyrket vegetation nå en optimal tilstand; Planternes bladoverflade vil stige, vægtfylden af ​​bladenes tørstof vil stige, den gennemsnitlige størrelse af frugter og antallet af frø vil stige, modningen af ​​korn vil accelerere, og deres udbytte vil stige.

For det fjerde På høje breddegrader kan naturlige skove, især boreale skove, være meget følsomme over for temperaturændringer. Opvarmning kan føre til en kraftig reduktion i arealet af boreale skove, såvel som til en forskydning af deres grænse mod nord, vil skovene i troperne og subtroperne sandsynligvis være mere følsomme over for ændringer i nedbør frem for temperatur.

Lysenergi fra solen trænger ind i atmosfæren, absorberes af jordens overflade og opvarmer den. I dette tilfælde bliver lysenergi til varme, som frigives i form af infrarød eller termisk stråling. Denne infrarøde stråling, der reflekteres fra jordens overflade, absorberes af kuldioxid, mens den opvarmer sig selv og opvarmer atmosfæren. Det betyder, at jo mere kuldioxid i atmosfæren, jo stærkere påvirker det klimaet på kloden. Det samme sker i drivhuse, hvorfor dette fænomen kaldes drivhuseffekten.

Hvis de såkaldte drivhusgasser fortsætter med at strømme med den nuværende hastighed, vil jordens gennemsnitlige temperatur i det næste århundrede stige med 4 - 5 o C, hvilket kan føre til global opvarmning af planeten.

Konklusion

At ændre din holdning til naturen betyder ikke, at du skal opgive den teknologiske udvikling. At stoppe det løser ikke problemet, men kan kun forsinke løsningen. Det er nødvendigt vedholdende og tålmodigt at stræbe efter at reducere emissionerne gennem indførelse af nye miljøteknologier til besparelse af råvarer, energiforbrug og forøgelse af antallet af beplantninger og udførelse af uddannelsesaktiviteter vedrørende befolkningens økologiske verdensbillede.

For eksempel i USA er en af ​​virksomhederne til produktion af syntetisk gummi placeret ved siden af ​​boligområder, og det vækker ikke protest fra beboerne, fordi der arbejder miljøvenlige teknologiske ordninger, som tidligere med gamle teknologier, var ikke meget ren.

Det betyder, at vi har brug for et strengt udvalg af teknologier, der opfylder de strengeste kriterier, moderne lovende teknologier vil give os mulighed for at opnå et højt niveau af miljøvenlig produktion i alle sektorer af industri og transport, samt øge antallet af plantede grønne områder; i industrizoner og byer.

I de senere år har eksperimentet indtaget den førende position i udviklingen af ​​atmosfærisk kemi, og teoriens plads er den samme som i klassiske, respektable videnskaber. Men der er stadig områder, hvor teoretisk forskning fortsat er en prioritet: for eksempel er det kun modeleksperimenter, der er i stand til at forudsige ændringer i atmosfærens sammensætning eller vurdere effektiviteten af ​​restriktive foranstaltninger, der er implementeret under Montreal-protokollen. Med udgangspunkt i løsningen af ​​et vigtigt, men privat problem, dækker atmosfærisk kemi i dag, i samarbejde med beslægtede discipliner, hele den komplekse række af problemer inden for undersøgelse og beskyttelse af miljøet. Måske kan vi sige, at de første år af udviklingen af ​​atmosfærisk kemi gik under mottoet: "Kom ikke for sent!" Startsuset er forbi, løbeturen fortsætter.

II. Fordel egenskaberne efter celleorganellerne (placer bogstaverne svarende til organellens karakteristika overfor organellens navn). (26 point)

II. UDDANNELSES- OG METODOLOGISKE ANBEFALINGER TIL FULDSTUDERENDE AF ALLE IKKE-FILOSOFISKE SPECIALITETER 1 side

Jord-luft-miljøet er karakteriseret ved et stort udvalg af levevilkår, økologiske nicher og organismer, der bor i dem. Det skal bemærkes, at organismer spiller en primær rolle i at forme betingelserne for livets land-luft-miljø og frem for alt atmosfærens gassammensætning. Næsten al ilten i jordens atmosfære er af biogen oprindelse.

Hovedtrækkene i jord-luft-miljøet er den store amplitude af ændringer i miljøfaktorer, miljøets heterogenitet, virkningen af ​​gravitationskræfter og lav lufttæthed. Et kompleks af fysisk-geografiske og klimatiske faktorer, der er karakteristiske for en bestemt naturlig zone, fører til den evolutionære dannelse af morfofysiologiske tilpasninger af organismer til livet under disse forhold og mangfoldigheden af ​​livsformer.

Atmosfærisk luft er kendetegnet ved lav og variabel luftfugtighed. Denne omstændighed begrænsede (begrænsede) stort set mulighederne for at mestre land-luft-miljøet og styrede også udviklingen af ​​vand-saltmetabolisme og strukturen af ​​åndedrætsorganerne.

Luftsammensætning. En af de vigtigste abiotiske faktorer i det terrestriske (luft)habitat er sammensætningen af ​​luften, en naturlig blanding af gasser, der udviklede sig under Jordens udvikling. Sammensætningen af ​​luft i den moderne atmosfære er i en tilstand af dynamisk ligevægt, afhængigt af den vitale aktivitet af levende organismer og geokemiske fænomener på global skala.

Luft, blottet for fugt og suspenderede partikler, har næsten den samme sammensætning ved havoverfladen i alle områder af kloden, såvel som hele dagen og på forskellige perioder af året. Men i forskellige epoker af planetens eksistens var sammensætningen af ​​luften anderledes. Det menes, at indholdet af kuldioxid og ilt ændrede sig mest (fig. 3.7). Rollen af ​​ilt og kuldioxid er vist i detaljer i Sect. 2.2.

Kvælstof, der er til stede i den atmosfæriske luft i den største mængde, i gasform, er neutralt for langt de fleste organismer, især dyr. Kun for en række mikroorganismer (knudebakterier, azotobacter, blågrønalger osv.) fungerer luftkvælstof som en vital aktivitetsfaktor. Disse mikroorganismer assimilerer molekylært nitrogen og forsyner efter afdøde og mineralisering højere planter med tilgængelige former for dette kemiske element.

Tilstedeværelsen i luften af ​​andre gasformige stoffer eller aerosoler (faste eller flydende partikler suspenderet i luften) i enhver mærkbar mængde ændrer de sædvanlige miljøforhold og påvirker levende organismer.

2.2. Tilpasninger af terrestriske organismer til miljøet

Aeroplankton (anemochory).

Planter: vindbestøvning, stængelstruktur, former på blade, typer af blomsterstande, farve, størrelse.

Dannelse af flagformer af træer. Rodsystem.

Dyr: vejrtrækning, kropsform, integument, adfærdsreaktioner.

Jord som medium

Jord er resultatet af levende organismers aktivitet. De organismer, der befolkede jord-luftmiljøet, førte til fremkomsten af ​​jord som et unikt levested. Jorden er komplekst system, herunder den faste fase (mineralpartikler), den flydende fase (jordfugtighed) og den gasformige fase. Forholdet mellem disse tre faser bestemmer jordens egenskaber som livsmiljø.

Et vigtigt træk ved jorden er også tilstedeværelsen af ​​en vis mængde organisk materiale. Det dannes som følge af organismers død og er en del af deres ekskreter (sekreter).

Betingelserne for jordhabitatet bestemmer sådanne egenskaber af jorden som dens beluftning (det vil sige mætning med luft), fugtighed (tilstedeværelse af fugt), varmekapacitet og termisk regime (daglige, sæsonbestemte, årlige temperaturvariationer). Det termiske regime, sammenlignet med jord-luft-miljøet, er mere konservativt, især på store dybder. Generelt har jorden ret stabile levevilkår.

Lodrette forskelle er også karakteristiske for andre jordegenskaber, for eksempel afhænger lysindtrængning naturligvis af dybden.

Mange forfattere bemærker den mellemliggende position af jordmiljøet af liv mellem vand- og land-luftmiljøet. Jord kan rumme organismer, der har både vand- og luftbåren respiration. Den lodrette gradient af lysindtrængning i jord er endnu mere udtalt end i vand. Mikroorganismer findes i hele jordens tykkelse, og planter (primært rodsystemer) er forbundet med ydre horisonter.

Jordorganismer er karakteriseret ved specifikke organer og bevægelsestyper (gravende lemmer hos pattedyr; evnen til at ændre kropstykkelse; tilstedeværelsen af ​​specialiserede hovedkapsler hos nogle arter); kropsform (rund, vulkansk, ormeformet); holdbare og fleksible betræk; reduktion af øjne og forsvinden af ​​pigmenter. Blandt jordbeboere er saprofagi bredt udviklet - spisning af lig af andre dyr, rådnende rester osv.

Jordsammensætning. Jord er et lag af stoffer, der ligger på overfladen af ​​jordskorpen. Det er et produkt af den fysiske, kemiske og biologiske omdannelse af bjergarter (fig. 3.8) og er et trefaset medium, der inkluderer faste, flydende og gasformige komponenter i følgende forhold (i%):

mineralbase er normalt 50-60% af den samlede sammensætning

organisk stof........................... op til 10

vand................................................. ..... 25-35

luft................................................. .15-25

I dette tilfælde betragtes jord som blandt andre abiotiske faktorer, selvom det faktisk er det vigtigste led, der forbinder abiotiske og biotiske faktorer i miljøet.

Mineralsk uorganisk sammensætning p.o. Rock under påvirkning af kemiske og fysiske faktorer naturligt miljø bliver gradvist ødelagt. De resulterende dele varierer i størrelse - fra kampesten og sten til store sandkorn og små partikler af ler. Jordens mekaniske og kemiske egenskaber afhænger hovedsageligt af fin jord (partikler mindre end 2 mm), som normalt opdeles afhængigt af størrelse 8 (i mikron) i følgende systemer:

sand........................................ 5 = 60-2000

silt (undertiden kaldet "støv") 5 = 2-60

ler.. ".............................................. 8 mindre end 2

Jordens struktur bestemmes af det relative indhold af sand, silt og ler i den og er normalt illustreret med et diagram - "jordstrukturtrekanten" (fig. 3.9).

Betydningen af ​​jordstruktur bliver tydelig, når man sammenligner egenskaberne af rent sand og ler. En "ideel" jord anses for at være en, der indeholder lige store mængder ler og sand kombineret med partikler af mellemstørrelse. I dette tilfælde dannes en porøs, kornet struktur. De tilsvarende jorder kaldes muldjorder. De har fordelene ved de to ekstreme jordtyper uden deres ulemper. De fleste af mineralkomponenterne er repræsenteret i jorden af ​​krystallinske strukturer. Sand og silt består primært af et inert mineral, kvarts (SiO2), kaldet silica.

Lermineraler findes for det meste i form af bittesmå flade krystaller, ofte hexagonale i form, bestående af lag af aluminiumhydroxid eller aluminiumoxid (Al 2 O 3) og lag af silikater (forbindelser af silikationer SiO^" med kationer, f.eks. aluminium Al 3+ eller jern Fe 3+, Fe 2+). Krystallernes specifikke overflade er meget stor og udgør 5-800 m 2 pr. 1 g ler, hvilket hjælper med at holde på vand og næringsstoffer i jorden.

Generelt menes det, at over 50 pct. mineralsammensætning jord består af silica (SiO 2), 1-25% - aluminiumoxid (A1 2 O 3), 1-10% - jernoxider (Fe 3 O 4), 0,1-5% - oxider af magnesium, kalium, fosfor, calcium (MgO, K20, P203, CaO). I landbrug jord er opdelt i tung (ler) og let (sand), hvilket afspejler den mængde indsats, der kræves for at dyrke jorden med landbrugsredskaber. En række yderligere karakteristika ved jordens mineralsammensætning vil blive præsenteret i afsnittet. 7.2.4.

Den samlede mængde vand, der kan tilbageholdes af jorden, udgøres af gravitationsvand, fysisk bundet, kapillært, kemisk bundet og dampvand (Figur 3.10).

Tyngdekraftsvand kan frit sive ned gennem jorden og nå niveauet grundvand, hvilket fører til udvaskning af forskellige næringsstoffer.

Fysisk bundet (hygroskopisk) vand adsorberet på jordpartikler i form af en tynd, tæt bundet film. Dens mængde afhænger af indholdet af faste partikler. I lerjord er der meget mere sådant vand (ca. 15 % af jordens vægt) end i sandjord (ca. 0,5 %). Hygroskopisk vand er det mindst tilgængelige for planter. Kapillært vand holdes omkring jordpartikler af overfladespændingskræfter. I nærvær af smalle porer eller kanaler kan kapillærvand stige op fra grundvandsspejlet, hvilket spiller en central rolle i den regelmæssige tilførsel af fugt til planter. Ler bevarer mere kapillarvand end sand.

Kemisk bundet vand og dampede praktisk talt utilgængelige for plantens rodsystem.

Sammenlignet med sammensætningen af ​​atmosfærisk luft falder iltindholdet (op til 10%) på grund af respiration af organismer med dybde (op til 10%), og koncentrationen af ​​kuldioxid stiger (når 19%). I løbet af et år og et døgn ændrer jordluftens sammensætning sig meget. Ikke desto mindre bliver jordluften konstant fornyet og genopfyldt af atmosfærisk luft.

Vandfyldning får luft til at blive fortrængt af vand, og forholdene bliver anaerobe. Da mikroorganismer og planterødder fortsætter med at frigive CO 2, som danner H 2 CO 3 med vand, bremses fornyelsen af ​​humus, og humussyrer ophobes. Alt dette øger jordens surhedsgrad, hvilket sammen med udtømningen af ​​iltreserver påvirker jordens mikroorganismer negativt. Langvarige anaerobe forhold fører til plantedød.

Den grå farvetone, der er karakteristisk for vådbundsjord, er givet af den reducerede form af jern (Fe 2+), mens den oxiderede form (Fe 3+) farver jorden gul, rød og brun.

Jordens biota.

Baseret på graden af ​​sammenhæng med jorden som levested, grupperes dyrene i økologiske grupper:

Geobionter- indbyggere i jorden, som er opdelt i:

rhizobionts - dyr forbundet med rødder;

saprobionter - indbyggere af rådnende organisk materiale;

coprobionts – hvirvelløse dyr – indbyggere af gødning;

bothrobionts – grave indbyggere;

Planofiler er dyr, der bevæger sig ofte.

Geofiler- dyr, en del af udviklingscyklussen foregår nødvendigvis i jorden. (græshopper, myg, en række biller, hymenoptera)

Geoxenes– Dyr, der besøger jord for midlertidigt husly, husly.

Dyr, der lever i jord, bruger det på forskellige måder. Små - protozoer, hjuldyr, gastrociliformes - lever i en film af vand, der omslutter jordpartikler. Det her geohydrobionter. De er små, fladtrykte eller aflange. De indånder ilt opløst i vand med mangel på fugt, de er karakteriseret ved torpor, encystment og dannelse af kokoner. De resterende indbyggere indånder ilt fra luften - dette er geoatmobionts.

Jorddyr inddeles i grupper efter størrelse:

nannofauna - dyr op til 0,2 mm i størrelse; mikrofauna - dyr 0,1-1,0 mm i størrelse, jordmikroorganismer, bakterier, svampe, protozoer (mikroreservoirer)

mesofauna - større end 1,0 mm; ; nematoder, små insektlarver, mider, springhaler.

Makrofauna – fra 2 til 20 mm insektlarver, tusindben, enchytraeider, regnorme.

megafauna – hvirveldyr: spidsmus.

Dyr graver sig ned.

De mest typiske indbyggere i jorden er: protozoer, nematoder, regnorme, enchytraeider, nøgne snegle og andre snegle, mider og edderkopper, tusindben (bipopoder og skamlæber), insekter - voksne og deres larver (ordener springhaler, to-halede, børstehaler dipteraer, coleopterans, Hymenoptera osv.). Pedobionter har udviklet forskellige tilpasninger til at leve i jorden, både eksternt og internt.

Bevægelse. Geohydrobionter har de samme tilpasninger til bevægelse som akvatiske indbyggere. Geoatmobionter bevæger sig langs naturlige brønde og laver selv passager. Bevægelsen af ​​små dyr i brønde adskiller sig ikke fra bevægelse på overfladen af ​​substratet. Ulempen ved borebrønds livsstil er deres høje følsomhed over for udtørring af underlaget og afhængighed af jordens fysiske egenskaber. I tæt og stenet jord er deres antal lavt. Denne bevægelsesmetode er typisk for små leddyr. Gangene laves af dyr enten ved at skubbe jordpartikler fra hinanden (orme, dipteran-larver) eller ved at male jorden (typisk for larverne hos mange insektarter). Dyr i den anden gruppe har ofte anordninger til at rive jord ud.

Morfofysiologiske tilpasninger til at leve i jord er: tab af pigment og syn hos indbyggere i dyb jord; fravær af epikutikel eller dets tilstedeværelse i visse områder af kroppen; for mange (regnorme, enchytraeider) et uøkonomisk system til at fjerne stofskifteprodukter fra kroppen; forskellige muligheder for ekstern-indre befrugtning hos en række indbyggere; for orme - vejrtrækning gennem hele kroppens overflade.

Økologiske tilpasninger manifesteres i udvælgelsen af ​​de bedst egnede levevilkår. Valget af levesteder udføres gennem lodrette vandringer langs jordprofilen, skiftende levesteder.

Generelle egenskaber. I løbet af evolutionen blev land-luft-miljøet mestret meget senere end vandmiljøet. Livet på land krævede tilpasninger, der kun blev mulige med et relativt højt organiseringsniveau hos både planter og dyr. Et træk ved livets land-luft-miljø er, at de organismer, der lever her, er omgivet af luft og et gasformigt miljø præget af lav luftfugtighed, tæthed og tryk og højt iltindhold. Typisk bevæger dyr i dette miljø sig på jorden (hårdt substrat), og planter slår rod i den.

I jord-luft-miljøet har driftsmiljøfaktorerne en række karakteristiske træk: højere lysintensitet sammenlignet med andre miljøer, betydelige temperaturudsving, ændringer i luftfugtighed afhængig af den geografiske placering, årstid og tidspunkt på dagen (tabel 5.3).

Tabel 5.3

Habitatforhold for luft- og vandorganismer

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

Betingelser et levested	Betydningen af ​​betingelser for organismer
	luftmiljø	vandmiljø
Fugtighed	Meget vigtigt (ofte en mangelvare)	Har ikke (altid i overskud)
Massefylde	Mindre (undtagen jord)	Stor i forhold til dens rolle for luftens indbyggere
Tryk	Næsten ingen	Stor (kan nå 1000 atmosfærer)
Temperatur	Signifikant (varierer inden for meget vide grænser (fra -80 til +100 °C og mere)	Mindre end værdien for luftens indbyggere (varierer meget mindre, normalt fra -2 til +40°C)
Ilt	Ikke-essentiel (for det meste i overskud)	Væsentlig (ofte mangelfuld)
Vægtet stoffer	Uvæsentlig;	ikke brugt til mad (hovedsageligt mineraler)
Vigtigt (fødevarekilde, især organisk materiale)	Opløste stoffer i miljøet	Vigtigt (visse mængder påkrævet)

Indvirkningen af ​​ovenstående faktorer er uløseligt forbundet med bevægelsen af ​​luftmasser - vind. I evolutionsprocessen har levende organismer i land-luftmiljøet udviklet karakteristiske anatomiske, morfologiske, fysiologiske, adfærdsmæssige og andre tilpasninger. For eksempel er der dukket organer op, der giver direkte absorption af atmosfærisk ilt under respiration (lunger og luftrør hos dyr, stomata af planter). Skeletformationer (dyreskelet, mekaniske og støttende væv fra planter) har modtaget en stærk udvikling, som understøtter kroppen under forhold med lav miljøtæthed. Der er udviklet tilpasninger for at beskytte mod ugunstige faktorer, såsom periodicitet og rytme af livscyklusser, integumentets komplekse struktur, termoreguleringsmekanismer osv. Der er dannet en tæt forbindelse med jorden (dyrelemmer, planterødder). mobilitet af dyr på jagt efter mad har udviklet sig, og luftstrømme er dukket op, frø, frugter og pollen fra planter, flyvende dyr.

Lad os overveje funktionerne i indvirkningen af ​​grundlæggende miljøfaktorer på planter og dyr i jord-luft-miljøet i livet.

Lav lufttæthed bestemmer dens lave løftekraft og ubetydelige kontrovers. Alle luftens indbyggere er tæt forbundet med jordens overflade, som tjener dem til fastgørelse og støtte. Luftmiljøets tæthed giver ikke høj modstand til kroppen, når den bevæger sig langs jordens overflade, men det gør det vanskeligt at bevæge sig lodret. For de fleste organismer er ophold i luften kun forbundet med at slå sig ned eller søge efter bytte.

Luftens lave løftekraft bestemmer den maksimale masse og størrelse af terrestriske organismer. De største dyr på jordens overflade er mindre end giganterne i vandmiljøet. Store pattedyr (på størrelse og masse af en moderne hval) kunne ikke leve på land, da de ville blive knust af deres egen vægt. Kæmpe mesozoiske dinosaurer førte en semi-akvatisk livsstil. Et andet eksempel: høje, oprejste redwood-planter (Sequoja sempervirens), der når 100 m, har kraftigt støttende træ, mens de mekaniske elementer i thallerne hos den gigantiske brunalge Macrocystis, der vokser op til 50 m, kun er meget svagt isolerede i kernen del af thallus.

Lav lufttæthed skaber ringe modstand mod bevægelse. De økologiske fordele ved denne egenskab ved luftmiljøet blev brugt af mange landdyr under evolutionen og fik evnen til at flyve. 75 % af alle arter af landdyr er i stand til at flyve aktivt. Det er for det meste insekter og fugle, men der er også pattedyr og krybdyr. Landdyr flyver hovedsageligt ved hjælp af muskelanstrengelser. Nogle dyr kan glide ved hjælp af luftstrømme.

På grund af luftens mobilitet, som findes i de nedre lag af atmosfæren, lodret og vandret bevægelse af luftmasser, er passiv flyvning af visse typer organismer mulig, udviklet anemokori - spredning af luftstrømme. Organismer, der passivt transporteres af luftstrømme, kaldes samlet flyplankton, analogt med planktoniske indbyggere i vandmiljøet. Til passiv flyvning ad N.M. Chernova, A.M. Bylova (1988) organismer har specielle tilpasninger - lille kropsstørrelse, en stigning i dens areal på grund af udvækster, stærk opdeling, en stor relativ overflade af vingerne, brug af spindelvæv osv.

Anemokore frø og frugter af planter har også meget små størrelser (f.eks. ildgræsfrø) eller forskellige vingeformede (ahorn Acer pseudoplatanum) og faldskærmsformede (mælkebøtte Taraxacum officinale) vedhæng

Vindbestøvede planter har en række tilpasninger, der forbedrer pollens aerodynamiske egenskaber. Deres blomsterintegument er normalt reduceret, og støvknapperne er ikke beskyttet mod vinden på nogen måde.

I spredningen af ​​planter, dyr og mikroorganismer spilles hovedrollen af ​​vertikale konventionelle luftstrømme og svage vinde. Storme og orkaner har også en betydelig miljøpåvirkning på terrestriske organismer. Ganske ofte bøjer stærk vind, især i én retning, trægrene og stammer til læsiden og forårsager dannelsen af ​​flagformede kroner.

I områder, hvor der konstant blæser kraftige vinde, er artssammensætningen af ​​små flyvende dyr normalt dårlig, da de ikke er i stand til at modstå kraftige luftstrømme. En honningbi flyver således kun, når vindstyrken er op til 7 - 8 m/s, og bladlus flyver kun, når vinden er meget svag, ikke over 2,2 m/s. Dyr i disse områder udvikler tætte integumenter, der beskytter kroppen mod afkøling og tab af fugt. På oceaniske øer med konstant stærk vind dominerer fugle og især insekter, efter at de har mistet evnen til at flyve, mangler de vinger, da de, der er i stand til at stige op i luften, blæses ud til havet af vinden og dør.

Vinden forårsager en ændring i intensiteten af ​​transpiration hos planter og er især udtalt under tørre vinde, som udtørrer luften og kan føre til planters død. Den vigtigste økologiske rolle for horisontale luftbevægelser (vinde) er indirekte og består i at forstærke eller svække påvirkningen på terrestriske organismer af så vigtige miljøfaktorer som temperatur og fugtighed. Vind øger frigivelsen af ​​fugt og varme fra dyr og planter.

Når der blæser, er varme lettere at bære og frost er sværere, og organismer bliver hurtigere udtørrede og afkølede.

Terrestriske organismer eksisterer under forhold med relativt lavt tryk, som er forårsaget af lav lufttæthed. Generelt er terrestriske organismer mere stenobatiske end akvatiske, fordi normale tryksvingninger i deres miljø udgør fraktioner af atmosfæren, og for dem, der rejser sig til høje højder, for eksempel fugle, ikke overstiger 1/3 af det normale.

Gassammensætning af luft, som allerede diskuteret tidligere, i atmosfærens jordlag er det ret homogent (ilt - 20,9%, nitrogen - 78,1%, m.g. gasser - 1%, kuldioxid - 0,03% efter volumen) på grund af dets høje diffusionsevne og konstante blanding ved konvektion og vindstrømme. Samtidig har forskellige urenheder af gasformige, dråbe-væske, støv (faste) partikler, der kommer ind i atmosfæren fra lokale kilder, ofte væsentlig miljømæssig betydning.

Ilt er på grund af dets konstant høje indhold i luften ikke en faktor, der begrænser livet i det terrestriske miljø. Det høje iltindhold bidrog til en stigning i stofskiftet i terrestriske organismer, og animalsk homeothermi opstod på baggrund af den høje effektivitet af oxidative processer. Kun steder, under særlige forhold, skabes et midlertidigt iltmangel, for eksempel ved nedbrydning af planterester, kornreserver, mel mv.

I visse områder af overfladeluftlaget kan kuldioxidindholdet variere inden for ret betydelige grænser. I mangel af vind i store industricentre og byer kan dens koncentration således ti ganges.

Der sker regelmæssige daglige ændringer i indholdet af kuldioxid i jordlagene, bestemt af plantefotosyntesens rytme (fig. 5.17).

Ris. 5.17. Daglige ændringer i den vertikale profil

CO 2 -koncentrationer i skovluft (fra W. Larcher, 1978)

Ved at bruge eksemplet med daglige ændringer i den vertikale profil af CO 2 -koncentrationen i skovluften, er det vist, at i løbet af dagen, på niveau med trækroner, bruges kuldioxid på fotosyntese, og i fravær af vind er en zone fattig. i CO 2 dannes her (305 ppm), hvori CO kommer fra atmosfæren og jorden (jordrespiration). Om natten etableres en stabil luftlagdeling med øget koncentration af CO 2 i jordlaget. Sæsonbestemte udsving i kuldioxid er forbundet med ændringer i respirationshastigheden for levende organismer, for det meste jordmikroorganismer.

I høje koncentrationer er kuldioxid giftigt, men sådanne koncentrationer er sjældne i naturen. Lavt CO 2 indhold hæmmer fotosynteseprocessen. For at øge hastigheden af ​​fotosyntese i praksis af drivhuse og drivhuse (under lukkede jordforhold), øges koncentrationen af ​​kuldioxid ofte kunstigt.

For de fleste indbyggere i det terrestriske miljø er luftkvælstof en inert gas, men mikroorganismer som knudebakterier, azotobakterier og clostridier har evnen til at binde det og inddrage det i det biologiske kredsløb.

Den vigtigste moderne kilde til fysisk og kemisk forurening af atmosfæren er menneskeskabt: industri- og transportvirksomheder, jorderosion osv. Svovldioxid er således giftigt for planter i koncentrationer fra en halvtreds tusindedel til en milliontedel af luftvolumenet. Lav dør, når der er spor af svovldioxid i miljøet. Derfor bruges planter, der er særligt følsomme over for SO 2, ofte som indikatorer for dets indhold i luften. Almindelig gran og fyr, ahorn, lind og birk er følsomme over for røg.

Lys tilstand. Mængden af ​​stråling, der når jordens overflade, bestemmes af områdets geografiske breddegrad, døgnets længde, atmosfærens gennemsigtighed og solstrålernes indfaldsvinkel. Under forskellige vejrforhold når 42 - 70 % af solkonstanten Jordens overflade. Ved at passere gennem atmosfæren undergår solstråling en række ændringer, ikke kun i mængde, men også i sammensætning. Kortbølget stråling absorberes af ozonskjoldet og ilt i luften. Infrarøde stråler absorberes i atmosfæren af ​​vanddamp og kuldioxid. Resten når jordens overflade i form af direkte eller diffus stråling.

Helheden af ​​direkte og diffus solstråling varierer fra 7 til 7° af den samlede stråling, hvorimod i overskyede dage spredt stråling er 100%. På høje breddegrader dominerer diffus stråling, mens direkte stråling i troperne dominerer. Spredt stråling indeholder op til 80% af gul-røde stråler ved middagstid, direkte stråling - fra 30 til 40%. På klare solrige dage består 45 % af solstrålingen, der når jordens overflade af synligt lys(380 - 720 nm) og 45 % fra infrarød stråling. Kun 10% kommer fra ultraviolet stråling. Strålingsregimet er væsentligt påvirket af atmosfærisk støv. På grund af dens forurening kan belysningen i nogle byer være 15 % eller mindre af belysningen uden for byen.

Belysningen på jordens overflade varierer meget. Det hele afhænger af Solens højde over horisonten eller indfaldsvinklen for solens stråler, døgnets længde og vejrforhold og atmosfærens gennemsigtighed (fig. 5.18).

Ris. 5.18. Fordeling af solstråling afhængig af

Solens højde over horisonten (A 1 - høj, A 2 - lav)

Afhængig af årstiden og tidspunktet på dagen svinger lysintensiteten også. I visse områder af Jorden er lyskvaliteten også ulige, for eksempel forholdet mellem langbølgede (røde) og kortbølgede (blå og ultraviolette) stråler. Kortbølgede stråler er kendt for at blive absorberet og spredt af atmosfæren mere end langbølgede stråler. I bjergområder er der derfor altid mere kortbølget solstråling.

Træer, buske og planteafgrøder skygger for området og skaber et særligt mikroklima, der svækker stråling (fig. 5.19).

Ris. 5.19. Strålingsdæmpning:

A - i en sjælden fyrreskov; B - i majsafgrøder Af den indkommende fotosyntetisk aktive stråling reflekteres 6-12 % (R) fra plantningens overflade

Således varierer ikke kun strålingsintensiteten i forskellige levesteder, men også dens spektral sammensætning, varighed af belysning af planter, rumlig og tidsmæssig fordeling af lys af forskellige intensiteter osv. Følgelig varieres tilpasningerne af organismer til livet i et terrestrisk miljø under et eller andet lysregime også. Som vi bemærkede tidligere, er der i forhold til lys tre hovedgrupper af planter: lyselskende(heliofytter), skygge-elskende(sciofytter) og skygge-tolerant. Lys-elskende og skygge-elskende planter adskiller sig i positionen af ​​deres økologiske optimum.

I lyselskende planter er den placeret i området med fuldt sollys. Stærk skygge har en deprimerende effekt på dem. Det er planter af åbent land eller veloplyste steppe- og enggræsser (øverste lag af græsbevoksningen), stenlaver, tidlige forårsurteplanter af løvskove, de fleste dyrkede planter af åben jord og ukrudt osv. Skyggeelskende planter har et optimum i området med svagt lys og kan ikke tolerere stærkt lys. Disse er hovedsageligt de lavere skraverede lag af komplekse plantesamfund, hvor skygge er resultatet af "opfangning" af lys af højere planter og medbeboere. Dette omfatter mange indendørs og drivhusplanter. For det meste kommer disse fra den urteagtige dæk- eller epifytflora i tropiske skove.

Den økologiske kurve for forholdet til lys i skyggetolerante planter er noget asymmetrisk, da de vokser og udvikler sig bedre i fuldt lys, men tilpasser sig godt til svagt lys. De er en almindelig og meget fleksibel gruppe af planter i terrestriske miljøer.

Planter i jord-luftmiljøet har udviklet tilpasninger til forskellige lysforhold: anatomisk-morfologiske, fysiologiske osv.

Et tydeligt eksempel på anatomiske og morfologiske tilpasninger er en ændring i udseende under forskellige lysforhold, for eksempel den ulige størrelse af blade i planter, der er relateret i systematisk position, men lever i forskellig belysning (engklokke - Campanula patula og skov - C. trachelium, markviol - Viola arvensis, vokser på marker, enge, skovbryn og skovvioler - V. mirabilis), fig. 5,20.

Ris. 5,20. Fordeling af bladstørrelser afhængig af forhold

plantehabitater: fra vådt til tørt og fra skygge til solrigt

Bemærk. Det skraverede område svarer til forholdene i naturen

Under forhold med overskud og mangel på lys varierer det rumlige arrangement af bladblade i planter betydeligt. I heliofytplanter er bladene orienteret for at reducere tilstrømningen af ​​stråling i de mest "farlige" dagtimer. Bladbladene er placeret lodret eller i en stor vinkel i forhold til vandret plan, så om dagen modtager bladene for det meste glidende stråler (fig. 5.21).

Dette er især udtalt i mange steppeplanter. En interessant tilpasning til svækkelsen af ​​den modtagne stråling er i de såkaldte "kompas" planter (vild salat - Lactuca serriola osv.). Bladene af vild salat er placeret i samme plan, orienteret fra nord til syd, og ved middagstid er ankomsten af ​​stråling til bladoverfladen minimal.

I skyggetolerante planter er bladene arrangeret, så de modtager den maksimale mængde indfaldende stråling.

Ris. 5.21. Modtagelse af direkte (S) og diffus (D) solstråling til planter med vandrette (A), lodrette (B) og forskelligt orienterede (C) blade (ifølge I. A. Shulgin, 1967)

1,2 - blade med forskellige hældningsvinkler; S 1, S 2 - direkte stråling, der når dem; Stot - dets samlede indtag til planten

Ofte er skyggetolerante planter i stand til beskyttende bevægelser: ændring af bladblades position, når de udsættes for stærkt lys. Områder med græsdække med foldede oxalisblade falder relativt præcist sammen med placeringen af ​​store soludbrud. En række adaptive funktioner kan noteres i bladets struktur som hovedmodtageren af ​​solstråling. For eksempel hjælper bladoverfladen i mange heliofytter med at reflektere sollys (skinnende - i laurbær, dækket med en let behåret belægning - i kaktus, euphorbia) eller svække deres virkning (tyk kutikula, tæt pubescens). Bladets indre struktur er karakteriseret ved den kraftige udvikling af palisadevæv og tilstedeværelsen af ​​et stort antal små og lette kloroplaster (fig. 5.22).

En af kloroplasternes beskyttende reaktioner på overskydende lys er deres evne til at ændre orientering og bevæge sig inde i cellen, hvilket tydeligt kommer til udtryk i lette planter.

I stærkt lys indtager kloroplaster en vægposition i cellen og bliver en "kant" i retning af strålerne. I svagt lys fordeles de diffust i cellen eller akkumuleres i dens nedre del.

Ris. 5.22. Forskellige størrelser af kloroplaster i skyggetolerante planter

(A) og lyselskende (B) planter:

1 - taks; 2- lærk; 3 - hov; 4 - spring clearweed (Ifølge T.K. Goryshina, E.G. Spring, 1978)

Fysiologiske tilpasninger planter til lysforholdene i jord-luft-miljøet dækker forskellige vitale funktioner. Det er blevet fastslået, at hos lyselskende planter reagerer vækstprocesser mere følsomt på mangel på lys sammenlignet med skyggefulde planter. Som et resultat er der en øget forlængelse af stængler, som hjælper planterne med at bryde igennem til lyset og ind i de øverste lag af plantesamfund.

De vigtigste fysiologiske tilpasninger til lys ligger inden for fotosynteseområdet. Generelt udtrykkes ændringen i fotosyntese afhængigt af lysintensiteten ved "fotosyntese lyskurven." Dens følgende parametre er af økologisk betydning (fig. 5.23).

1. Kurvens skæringspunkt med ordinataksen (fig. 5.23, EN) svarer til størrelsen og retningen af ​​gasudvekslingen i planter i fuldstændig mørke: fotosyntese er fraværende, respiration finder sted (ikke absorption, men frigivelse af CO 2), derfor ligger punkt a under x-aksen.

2. Lyskurvens skæringspunkt med abscisseaksen (fig. 5.23, b) karakteriserer "kompensationspunktet", det vil sige lysintensiteten, ved hvilken fotosyntesen (CO 2 absorption) balancerer respirationen (CO 2 frigivelse).

3. Intensiteten af ​​fotosyntesen med stigende lys stiger kun op til en vis grænse og forbliver derefter konstant - fotosyntesens lyskurve når et "mætningsplateau".

Ris. 5,23. Fotosyntese lyskurver:

A - generelt diagram; B - kurver til lyselskende (1) og skyggetolerante (2) planter

I fig. 5.23 er bøjningsområdet konventionelt betegnet med en glat kurve, hvis brud svarer til et punkt V. Projektionen af ​​punkt c på x-aksen (punkt d) karakteriserer den "mættede" lysintensitet, det vil sige en værdi, over hvilken lys ikke længere øger fotosyntesens intensitet. Projektion på ordinataksen (punkt d) svarer til den højeste intensitet af fotosyntese for en given art i et givet jord-luft-miljø.

4. Et vigtigt kendetegn ved lyskurven er hældningsvinklen (a) til abscissen, som afspejler graden af ​​stigning i fotosyntese med stigende stråling (i området med relativt lav lysintensitet).

Planter udviser sæsonbestemt dynamik i deres reaktion på lys. Således, i den behårede sedge (Carex pilosa), i det tidlige forår i skoven, har nyligt fremkomne blade et plateau af lysmætning af fotosyntese ved 20 - 25 tusind lux med sommerskygge i disse samme arter, kurverne af afhængigheden af fotosyntese på lys bliver svarende til "skygge"-parametrene, t Det vil sige, at bladene får evnen til at bruge svagt lys mere effektivt, efter at have overvintret under baldakinen af ​​en bladløs forårsskov, igen viser de "lyse" funktioner; af fotosyntesen.

En ejendommelig form for fysiologisk tilpasning under en skarp mangel på lys er tabet af plantens evne til at fotosyntetisere og overgangen til heterotrof ernæring med færdige organiske stoffer. Nogle gange blev en sådan overgang irreversibel på grund af tabet af klorofyl fra planter, for eksempel orkideer i skyggefulde granskove (Goodyera repens, Weottia nidus avis), orkideer (Monotropa hypopitys). De lever af dødt organisk materiale fra træer og andre planter. Denne ernæringsmetode kaldes saprofytisk, og planter kaldes saprofytter.

For langt de fleste landdyr med dag- og nataktivitet er syn en af ​​orienteringsmetoderne og er vigtig for at søge efter bytte. Mange dyrearter har også farvesyn. I denne henseende udviklede dyr, især ofre, adaptive egenskaber. Disse omfatter beskyttende, camouflage og advarselsfarvning, beskyttende lighed, mimik osv. Udseendet af farvestrålende blomster af højere planter er også forbundet med egenskaberne ved bestøvernes visuelle apparat og i sidste ende med miljøets lysregime.

Vandtilstand. Fugtmangel er et af de vigtigste træk ved livets land-luft-miljø. Udviklingen af ​​terrestriske organismer fandt sted gennem tilpasning til at opnå og bevare fugt. Fugtighedsregimerne i miljøet på land er varierede - fra fuldstændig og konstant mætning af luften med vanddamp, hvor der falder flere tusinde millimeter nedbør om året (regioner med ækvatoriale og monsun-tropiske klimaer) til deres næsten fuldstændige fravær i det tørre. luft af ørkener. I tropiske ørkener er den gennemsnitlige årlige nedbør således mindre end 100 mm om året, og samtidig falder der ikke regn hvert år.

Den årlige nedbørsmængde gør det ikke altid muligt at vurdere organismers vandforsyning, da den samme mængde kan karakterisere et ørkenklima (i subtroperne) og et meget fugtigt klima (i Arktis). En vigtig rolle spilles af forholdet mellem nedbør og fordampning (samlet årlig fordampning fra den frie vandoverflade), som også varierer i forskellige regioner på kloden. Områder, hvor denne værdi overstiger den årlige nedbørsmængde kaldes tørt(tør, tør). Her mangler planter fx fugt i det meste af vækstsæsonen. Områder, hvor planter er forsynet med fugt, kaldes fugtig, eller våde. Overgangszoner identificeres ofte - halvtørre(semiarid).

Vegetationens afhængighed af gennemsnitlig årlig nedbør og temperatur er vist i fig. 5,24.

Ris. 5,24. Vegetationens afhængighed af den gennemsnitlige årlige

nedbør og temperatur:

1 - tropisk skov; 2 - løvskov; 3 - steppe;

4 - ørken; 5 - nåleskov; 6 - arktisk og bjergtundra

Vandforsyningen af ​​terrestriske organismer afhænger af nedbørsregimet, tilstedeværelsen af ​​reservoirer, jordfugtighedsreserver, grundvandets nærhed osv. Dette har bidraget til udviklingen af ​​mange tilpasninger til forskellige vandforsyningsregimer i terrestriske organismer.

I fig. Figur 5.25 fra venstre mod højre viser overgangen fra lavere alger, der lever i vand med celler uden vakuoler til primære poikilohydriske terrestriske alger, dannelsen af ​​vakuoler i akvatisk green og charophytes, overgangen fra thallofytter med vakuoler til homoyohydriske cormophytes (fordelingen af ​​moser - hydrofytter er stadig begrænset til levesteder med høj luftfugtighed, i tørre levesteder bliver mosser sekundære poikilohydriske); blandt bregner og angiospermer (men ikke blandt gymnospermer) er der også sekundære poikilohydriske former. De fleste bladplanter er homohydriske på grund af tilstedeværelsen af ​​kutikulær beskyttelse mod transpiration og stærk vakuolation af deres celler. Det skal bemærkes, at xerofili hos dyr og planter kun er karakteristisk for jord-luftmiljøet.

Ris. 5,25. Tilpasning af plantevandsmetabolisme til terrestrisk

livsstil (fra V. Larcher, 1978)

Nedbør (regn, hagl, sne) spiller ud over at give vand og skabe fugtreserver ofte en anden rolle økologisk rolle. For eksempel når jorden ved kraftig regn ikke at optage fugt, vandet flyder hurtigt i stærke vandløb og fører ofte svagt rodfæstede planter, smådyr og frugtbar jord ud i søer og floder. I flodsletter kan nedbør forårsage oversvømmelser og dermed have negative virkninger for de planter og dyr, der lever der. På periodisk oversvømmede steder dannes enestående flodslette fauna og flora.

Hagl har også en negativ effekt på planter og dyr. Landbrugsafgrøder på individuelle marker bliver nogle gange fuldstændig ødelagt af denne naturkatastrofe.

Snedækkets økologiske rolle er forskelligartet. For planter, hvis fornyelsesknopper er placeret i jorden eller nær dens overflade, og for mange små dyr, spiller sne rollen som et varmeisolerende dække, der beskytter dem mod lave vintertemperaturer. Når frosten er over -14°C under et 20 cm lag sne, falder jordtemperaturen ikke under 0,2°C. Dybt snedække beskytter de grønne dele af planter mod frysning, såsom Veronica officinalis, hovgræs osv., der går under sneen uden at smide deres blade. Små landdyr fører en aktiv livsstil om vinteren og skaber talrige gallerier af passager under sneen og i dens tykkelse. I nærværelse af beriget føde kan gnavere (træ- og gulstrubede mus, en række musmus, vandrotter osv.) yngle der i snedækkede vintre. Under hård frost gemmer hasselryper, agerhøns og orrfugle sig under sneen.

Vinter snedække forhindrer ofte store dyr i at få føde og bevæge sig, især når der dannes en isskorpe på overfladen. Således overvinder elge (Alces alces) frit et lag sne på op til 50 cm dybt, men dette er utilgængeligt for mindre dyr. Ofte under snedækkede vintre observeres døden af ​​rådyr og vildsvin.

Store mængder sne har også en negativ indvirkning på planter. Udover mekaniske skader i form af snespåner eller sneslynge kan et tykt lag sne føre til affugtning af planter, og når sneen smelter, især i et langt forår, til iblødsætning af planter.

Fra lave temperaturer Når kraftig vind opstår i vintre med lidt sne, lider planter og dyr. I år, hvor der er lidt sne, dør muselignende gnavere, muldvarpe og andre smådyr således. På samme tid, på breddegrader, hvor nedbøren falder i form af sne om vinteren, har planter og dyr historisk tilpasset sig livet i sneen eller på dens overflade og udviklet forskellige anatomiske, morfologiske, fysiologiske, adfærdsmæssige og andre egenskaber. For eksempel øges den støttende overflade af deres ben hos nogle dyr om vinteren ved at overgroe dem med groft hår (fig. 5.26), fjer og liderlige sutter.

Andre migrerer eller falder i en inaktiv tilstand - søvn, dvale, diapause. En del dyr går over til at fodre med bestemte fodertyper.

Snedækkets hvidhed afslører mørke dyr. Den sæsonbestemte farveændring hos rype- og tundraagerhøne, hermelin (fig. 5.27), bjerghare, væsel og polarræv er utvivlsomt forbundet med udvælgelse til camouflage for at matche baggrundsfarven.

Nedbør bestemmer, ud over dens direkte indvirkning på organismer, en eller anden luftfugtighed, som, som allerede nævnt, spiller en vigtig rolle i planters og dyrs liv, da det påvirker intensiteten af ​​deres vandmetabolisme. Fordampning fra overfladen af ​​dyrekroppen og transpiration i planter er mere intens, jo mindre luften er mættet med vanddamp.

Absorption af de overjordiske dele af dråbe-væske-fugt, der falder i form af regn, samt dampfugt fra luften, i højere planter findes i epifytter i tropiske skove, som absorberer fugt over hele bladenes overflade og luftrødder. Grenene på nogle buske og træer, for eksempel saxaul - Halaxylon persicum, H. aphyllum, kan absorbere dampagtig fugt fra luften. Hos højere sporeplanter og især lavere planter er optagelsen af ​​fugt af overjordiske dele en almindelig metode til vandnæring (moser, lav osv.). Med mangel på fugt er mosser og laver i stand til at overleve i lang tid i en tilstand tæt på lufttør og falder i suspenderet animation. Men så snart det regner, absorberer disse planter hurtigt fugt med alle jorddele, opnår blødhed, genopretter turgor og genoptager processerne med fotosyntese og vækst.

I planter i meget fugtige terrestriske habitater er der ofte behov for at fjerne overskydende fugt. Som regel sker dette, når jorden er godt opvarmet, og rødderne aktivt absorberer vand, og der er ingen transpiration (om morgenen eller under tåge, når luftfugtigheden er 100%).

Overskydende fugt fjernes ved guttation - dette er frigivelse af vand gennem specielle udskillelsesceller placeret langs kanten eller i spidsen af ​​bladet (fig. 5.28).

Ris. 5,28. Typer af guttation i forskellige planter

(ifølge A.M. Grodzinsky, 1965):

1 - for korn, 2 - for jordbær, 3 - for tulipaner, 4 - til mælkeplanter,

5 - i Bellevalia Sarmatian, 6 - i kløver

Ikke kun hygrofytter, men også mange mesofytter er i stand til guttation. For eksempel i de ukrainske stepper blev guttation fundet i mere end halvdelen af ​​alle plantearter. Mange enggræsser fugter så meget, at de fugter jordoverfladen. Sådan tilpasser dyr og planter sig til årstidens fordeling af nedbør, dens mængde og natur. Dette bestemmer sammensætningen af ​​planter og dyr, tidspunktet for visse faser i deres udviklingscyklus.

Luftfugtigheden påvirkes også af kondensering af vanddamp, som ofte opstår i jordlaget af luft, når temperaturen ændres. Dug vises, når temperaturen falder om aftenen. Ofte falder dug i sådanne mængder, at det væder planter rigeligt, flyder ned i jorden, øger luftfugtigheden og skaber gunstige forhold for levende organismer, især når der er lidt anden nedbør. Planter bidrager til afsætning af dug. Afkøling om natten kondenserer de vanddamp på sig selv. Fugtighedsregimet er væsentligt påvirket af tåger, tykke skyer og andre naturfænomener.

Ved kvantitativ karakterisering af plantehabitatet ud fra vandfaktoren anvendes indikatorer, der afspejler indholdet og fordelingen af ​​fugt ikke kun i luften, men også i jorden. Jordvand, eller jordfugtighed, er en af ​​de vigtigste kilder til fugt for planter. Vand i jorden er i en fragmenteret tilstand, spækket med porer af forskellige størrelser og former, har en stor grænseflade med jorden og indeholder en række kationer og anioner. Derfor er jordfugtighed heterogen i fysiske og kemiske egenskaber. Ikke alt vandet i jorden kan bruges af planter. Baseret på dets fysiske tilstand, mobilitet, tilgængelighed og betydning for planter opdeles jordvand i gravitationel, hygroskopisk og kapillær.

Jorden indeholder også dampagtig fugt, som optager alle vandfrie porer. Dette er næsten altid (undtagen ørkenjord) mættet vanddamp. Når temperaturen falder til under 0°C, bliver jordfugtighed til is (i første omgang gratis vand, og med yderligere afkøling - og en del af bundet).

Den samlede mængde vand, der kan holdes af jorden (bestemt ved at tilsætte overskydende vand og derefter vente, indtil det holder op med at dryppe ud) kaldes feltfugtkapacitet.

Den samlede mængde vand i jorden kan derfor ikke karakterisere graden af ​​fugttilførsel til planter. For at bestemme det er det nødvendigt at trække visnekoefficienten fra den samlede mængde vand. Fysisk tilgængeligt jordvand er dog ikke altid fysiologisk tilgængeligt for planter på grund af lav jordtemperatur, mangel på ilt i jordvandet og jordluften, jordens surhedsgrad og høj koncentration af mineralsalte opløst i jordvandet. Uoverensstemmelsen mellem røddernes absorption af vand og dets frigivelse af bladene fører til visnen af ​​planter. Udviklingen af ​​ikke kun de overjordiske dele, men også planternes rodsystem afhænger af mængden af ​​fysiologisk tilgængeligt vand. Hos planter, der vokser på tør jord, er rodsystemet som regel mere forgrenet og kraftigere end på våd jord (fig. 5.29).

Ris. 5,29. Rodsystem af vinterhvede

(ifølge V.G. Khrzhanovsky et al., 1994):

1 - med meget nedbør; 2 - i gennemsnit;

3 - ved lav

En af kilderne til jordfugt er grundvand. Når deres niveau er lavt, når kapillærvandet ikke jorden og påvirker ikke dets vandregime. Fugtning af jorden på grund af nedbør alene forårsager stærke udsving i dens fugtighed, hvilket ofte påvirker planter negativt. En for høj grundvandsstand er også skadelig, fordi den fører til vandfyldning af jorden, iltsvind og berigelse af mineralsalte. Konstant jordfugtighed, uanset vejrets luner, sikrer en optimal grundvandsstand.

Temperatur regime. Et karakteristisk træk ved land-luft-miljøet er det store udvalg af temperaturudsving. I de fleste landområder er daglige og årlige temperaturintervaller titusinder af grader. Ændringer i lufttemperaturen er især betydelige i ørkener og subpolære kontinentale områder. For eksempel er sæsonens temperaturområde i Centralasiens ørkener 68-77°C, og det daglige temperaturområde er 25-38°C. I nærheden af ​​Yakutsk er den gennemsnitlige januartemperatur 43°C, den gennemsnitlige julitemperatur er +19°C, og det årlige interval er fra -64 til +35°C. I Trans-Uralerne er den årlige variation i lufttemperaturen skarp og kombineres med stor variation i temperaturerne i vinter- og forårsmånederne i forskellige år. Den koldeste måned er januar, den gennemsnitlige lufttemperatur varierer fra -16 til -19°C, nogle år falder den til -50°C, den varmeste måned er juli med temperaturer fra 17,2 til 19,5°C. De maksimale positive temperaturer er 38-41°C.

Temperatursvingninger ved jordoverfladen er endnu mere markante.

Terrestriske planter indtager en zone, der støder op til jordoverfladen, dvs. til "grænsefladen", på hvilken overgangen af ​​indfaldende stråler fra et medium til et andet eller på en anden måde - fra gennemsigtig til uigennemsigtig. Et særligt termisk regime er skabt på denne overflade: om dagen er der stærk opvarmning på grund af absorptionen af ​​varmestråler, om natten er der stærk afkøling på grund af stråling. Herfra oplever jordlaget af luft de skarpeste daglige temperaturudsving, som er mest udtalte over bar jord.

Det termiske regime af plantehabitater er for eksempel karakteriseret ud fra temperaturmålinger direkte i vegetationsdækket. I urtesamfund foretages målinger inde i og på overfladen af ​​græsbevoksningen og i skove, hvor der er en vis lodret temperaturgradient, på en række punkter i forskellige højder.

Modstandsdygtighed over for temperaturændringer i miljøet i terrestriske organismer varierer og afhænger af det specifikke habitat, hvor deres liv finder sted. Således vokser terrestriske bladplanter for det meste i et bredt temperaturområde, det vil sige, at de er eurytermiske. Deres levetid i aktiv tilstand strækker sig som regel fra 5 til 55°C, mens disse planter er produktive mellem 5 og 40°C. Planter i kontinentale regioner, som er karakteriseret ved en klar daglig temperaturvariation, udvikler sig bedst, når natten er 10-15 ° C koldere end dagen. Dette gælder for de fleste planter i den tempererede zone - med en temperaturforskel på 5-10 ° C, og tropiske planter med en endnu mindre amplitude - omkring 3 ° C (Fig. 5.30).

Ris. 5.30. Områder med optimale temperaturer for vækst og

udvikling af forskellige planter (efter Went, 1957)

I poikiloterme organismer, med stigende temperatur (T), falder varigheden af ​​udviklingen (t) hurtigere og hurtigere. Udviklingshastigheden Vt kan udtrykkes ved formlen Vt = 100/t.

For at nå et bestemt udviklingsstadium (for eksempel hos insekter - fra et æg), dvs. forpupning, det imaginære stadie, kræver altid en vis temperatur. Produktet af effektiv temperatur (temperatur over udviklingens nulpunkt, dvs. T-To) ved udviklingens varighed (t) giver en artsspecifik termisk konstant udvikling c=t(T-To). Ved hjælp af denne ligning kan du beregne tidspunktet for begyndelsen af ​​et bestemt udviklingsstadium, for eksempel af et planteskadedyr, hvor dets bekæmpelse er effektiv.

Planter, som poikilotermiske organismer, har ikke deres egen stabile kropstemperatur. Deres temperatur bestemmes af den termiske balance, dvs. forholdet mellem energiabsorption og frigivelse. Disse værdier afhænger af mange egenskaber ved både miljøet (størrelsen af ​​strålingens ankomst, temperaturen af ​​den omgivende luft og dens bevægelse) og planterne selv (farven og andre optiske egenskaber af planten, størrelsen og placeringen af blade osv.). Den primære rolle spilles af den kølende effekt af transpiration, som forhindrer alvorlig overophedning af planter i varme levesteder. Som et resultat af ovenstående årsager afviger planternes temperatur normalt (ofte ret betydeligt) fra den omgivende temperatur. Der er tre mulige situationer her: Anlæggets temperatur er højere end den omgivende temperatur, lavere end den, lig med eller meget tæt på den. Overskuddet af plantetemperatur i forhold til lufttemperatur forekommer ikke kun i stærkt opvarmede, men også i koldere levesteder. Dette lettes af planters mørke farve eller andre optiske egenskaber, som øger absorptionen af ​​solstråling, samt anatomiske og morfologiske egenskaber, der hjælper med at reducere transpiration. Arktiske planter kan varme op ganske mærkbart (fig. 5.31).

Et andet eksempel er dværgpilen - Salix arctica i Alaska, hvis blade er 2-11 °C varmere end luften om dagen og endda om natten i den polare "24-timers dag" - med 1-3 °C.

For tidlige forårsephemeroids, de såkaldte "snedråber", giver opvarmning af bladene mulighed for ret intens fotosyntese på solrige, men stadig kolde forårsdage. For kolde habitater eller dem, der er forbundet med sæsonbestemte temperaturudsving, er en stigning i plantetemperaturen økologisk meget vigtig, da fysiologiske processer derved bliver uafhængige i et vist omfang af den omgivende termiske baggrund.

Ris. 5,31. Temperaturfordeling i en rosetplante af den arktiske tundra (Novosieversia glacialis) en solrig morgen i juni ved en lufttemperatur på 11,7 °C (ifølge B. A. Tikhomirov, 1963)

Til højre er intensiteten af ​​livsprocesser i biosfæren: 1 - det koldeste luftlag; 2 - øvre grænse for skudvækst; 3, 4, 5 - zone med størst aktivitet af livsprocesser og maksimal akkumulering af organisk stof; 6 - permafrostniveau og nedre rodgrænse; 7 - område med laveste jordtemperaturer

Et fald i planternes temperatur sammenlignet med den omgivende luft observeres oftest i stærkt oplyste og opvarmede områder af den terrestriske sfære (ørken, steppe), hvor bladoverfladen på planter er stærkt reduceret, og øget transpiration hjælper med at fjerne overskydende varme og forhindrer overophedning. Generelt kan vi sige, at i varme habitater er temperaturen på de overjordiske dele af planter lavere, og i kolde habitater er den højere end lufttemperaturen. Sammenfaldet af plantetemperaturen med den omgivende lufttemperatur er mindre almindeligt - under forhold, der udelukker en stærk indstrømning af stråling og intens transpiration, for eksempel i urteagtige planter under skovkronen og i åbne områder - i overskyet vejr eller under regn.

Generelt er terrestriske organismer mere eurytermiske end akvatiske.

I jord-luft-miljøet kompliceres levevilkårene af eksistensen vejrændringer. Vejret er den konstant skiftende tilstand af atmosfæren på jordens overflade, op til cirka 20 km højde (grænsen af ​​troposfæren). Vejrvariabiliteten kommer til udtryk i en konstant variation i kombinationen af ​​miljøfaktorer som temperatur og luftfugtighed, overskyethed, nedbør, vindstyrke og retning osv. (Fig. 5.32).

Ris. 5,32. Atmosfæriske fronter over Ruslands territorium

Vejrændringer, sammen med deres regelmæssige vekslen i den årlige cyklus, er karakteriseret ved ikke-periodiske udsving, som betydeligt komplicerer betingelserne for eksistensen af ​​terrestriske organismer. I fig. Figur 5.33 bruger eksemplet med kodlingmøllarven Carpocapsa pomonella til at vise dødelighedens afhængighed af temperatur og relativ fugtighed.

Ris. 5,33. Dødelighed af codling møl larver Carpocapsa

pomonella afhængig af temperatur og fugtighed (ifølge R. Dazho, 1975)

Det følger heraf, at ens dødelighedskurver har en koncentrisk form, og at den optimale zone er begrænset af en relativ luftfugtighed på 55 og 95 % og en temperatur på 21 og 28 °C.

Lys, temperatur og luftfugtighed bestemmer normalt ikke maksimum, men den gennemsnitlige åbningsgrad af stomata i planter, da sammenfaldet af alle forhold, der fremmer deres åbning, sjældent sker.

Det langsigtede vejrregime kendetegner områdets klima. Begrebet klima inkluderer ikke kun de gennemsnitlige værdier af meteorologiske fænomener, men også deres årlige og daglige variationer, afvigelser fra dem og deres hyppighed. Klimaet er bestemt af de geografiske forhold i området.

De vigtigste klimatiske faktorer er temperatur og fugtighed, målt ved nedbør og vanddampmætning i luften. I lande fjernt fra havet sker der således en gradvis overgang fra et fugtigt klima gennem en semirid mellemzone med lejlighedsvise eller periodiske tørre perioder til et tørt territorium, som er karakteriseret ved langvarig tørke, tilsaltning af jord og vand (fig. 5.34) ).

Ris. 5,34. Plan af ændringer i klima, vegetation og jordbund langs profilen gennem hovedlandskaberne i den europæiske del af Rusland fra nordvest til sydøst til det kaspiske lavland (ifølge V.N. Sukachev, 1934)

Bemærk: Hvor nedbørskurven skærer den stigende evapotranspirationslinje, er grænsen mellem fugtigt (venstre) og tørre (højre) klima placeret. Humushorisonten er vist i sort, den illuviale horisont er vist i skygge.

Hvert habitat er karakteriseret ved et bestemt økologisk klima, dvs. klimaet i jordlaget af luft, eller økoklima.

Vegetation har stor indflydelse på klimatiske faktorer. Under skovkronen er luftfugtigheden således altid højere, og temperaturudsvingene er mindre end i lysningerne. Lysregimet på disse steder er også anderledes. Forskellige planteforeninger danner deres eget regime af lys, temperatur, luftfugtighed, dvs. fytoklima.

Økoklima- eller fytoklimadata er ikke altid tilstrækkelige til fuldt ud at karakterisere de klimatiske forhold i et bestemt habitat. Lokale miljøelementer (relief, eksponering, vegetation osv.) ændrer meget ofte regimet for lys, temperatur, fugtighed, luftbevægelse i et bestemt område på en sådan måde, at det kan afvige væsentligt fra de klimatiske forhold i området. Lokale klimaændringer, der udvikler sig i luftens overfladelag kaldes mikroklima. For eksempel er levevilkårene omkring insektlarver, der lever under barken på et træ, anderledes end i skoven, hvor træet vokser. Temperaturen på den sydlige side af stammen kan være 10 - 15°C højere end temperaturen på dens nordlige side. Grave, træhuler og huler beboet af dyr har et stabilt mikroklima. Der er ingen klare forskelle mellem økoklima og mikroklima. Det menes, at økoklima er klimaet i store områder, og mikroklima er klimaet i de enkelte små områder. Mikroklima påvirker levende organismer i et bestemt territorium eller lokalitet (fig. 5.35).

Ris. 5,35. Mikroklimaets indflydelse på vegetationen i tundraen

(ifølge Yu. I. Chernov, 1979):

på toppen er en godt opvarmet skråning af sydlig eksponering;

nedenfor - en vandret sektion af plakoren (den floristiske sammensætning i begge sektioner er den samme)

Tilstedeværelsen af ​​mange mikroklimaer i et område sikrer sameksistens af arter med forskellige krav til det ydre miljø.

Geografisk zonalitet og zonalitet. Fordelingen af ​​levende organismer på Jorden er tæt forbundet med geografiske zoner og zoner. Bælterne har en bredderetning, hvilket naturligvis primært skyldes strålingsgrænser og den atmosfæriske cirkulation. Der er 13 geografiske zoner på klodens overflade, spredt ud over kontinenter og oceaner (fig. 5.36).

Ris. 5,36. Forholdet mellem landarealer besat af forskellige

fysisk-geografiske zoner, i % (ifølge N.F. Reimers, 1990)

Disse er ligesom arktisk, antarktisk, subarktisk, subantarktisk, nord og syd moderat, nord og syd subarktisk, nord og syd tropisk, nord og syd subækvatorial Og ækvatorial. Inde i bælterne er der geografiske zoner, hvor der sammen med strålingsforholdene tages hensyn til jordoverfladens fugt og forholdet mellem varme og fugt, der er karakteristisk for en given zone. I modsætning til havet, hvor tilførslen af ​​fugt er fuldstændig, kan forholdet mellem varme og fugt på kontinenterne have betydelige forskelle. Herfra strækker geografiske zoner sig til kontinenter og oceaner, og geografiske zoner strækker sig kun til kontinenter. Skelne breddegrad Og meridial eller langsgående naturzoner. Førstnævnte strækker sig fra vest til øst, sidstnævnte - fra nord til syd. I længderetningen er breddezoner opdelt i underzoner, og i breddegraden - på provinser.

Grundlæggeren af ​​læren om naturlig zoneinddeling er V.V. Dokuchaev (1846-1903), der underbyggede zonalitet som en universel naturlov. Alle fænomener inden for biosfæren er underlagt denne lov. De vigtigste årsager til zonering er jordens form og dens position i forhold til solen. Ud over breddegrad påvirkes varmefordelingen på Jorden af ​​arten af ​​relieffet og områdets højde over havets overflade, forholdet mellem land og hav, havstrømme mv.

Efterfølgende blev strålingsgrundlaget for dannelsen af ​​klodens zonalitet udviklet af A. A. Grigoriev og M. I. Budyko. For at etablere en kvantitativ karakteristik af forholdet mellem varme og fugt for forskellige geografiske zoner, bestemte de nogle koefficienter. Forholdet mellem varme og fugt udtrykkes ved forholdet mellem overfladestrålingsbalancen og den latente fordampningsvarme og mængden af ​​nedbør (strålingstørhedsindeks). Der blev etableret en lov, kaldet loven om periodisk geografisk zoneinddeling (A. A. Grigorieva - M. I. Budyko), som siger: at med ændringen af ​​geografiske zoner, lignende geografiske(landskab, naturlig) zoner og nogle af deres generelle egenskaber gentages med jævne mellemrum.

Hver zone er begrænset til et vist udvalg af indikatorværdier: en særlig karakter af geomorfologiske processer, en særlig type klima, vegetation, jord og dyreliv. Følgende geografiske zoner blev noteret på det tidligere USSRs område: iset, tundra, skov-tundra, taiga, blandede skove. Russisk slette, monsun blandede skove i Fjernøsten, skov-stepper, stepper, semi-ørkener, tempererede ørkener, subtropiske ørkener, Middelhavet og fugtige subtroper.

En af de vigtige betingelser for variabiliteten af ​​organismer og deres zonefordeling på jorden er variationen i den kemiske sammensætning af miljøet. I denne henseende er undervisningen af ​​A.P. Vinogradov om biogeokemiske provinser, som er bestemt af zonaliteten af ​​jordbundens kemiske sammensætning samt biosfærens klimatiske, plantegeografiske og geokemiske zonalitet. Biogeokemiske provinser er områder på jordens overflade, der er forskellige i indhold (i jord, vand osv.) kemiske forbindelser, som er forbundet med visse biologiske reaktioner fra den lokale flora og fauna.

Sammen med horisontal zoneinddeling i det terrestriske miljø, højhus eller lodret zonalitet.

Vegetationen i bjergrige lande er rigere end på de tilstødende sletter og er karakteriseret ved en øget udbredelse af endemiske former. Ifølge O. E. Agakhanyants (1986) omfatter floraen i Kaukasus således 6.350 arter, hvoraf 25% er endemiske. Floraen i bjergene i Centralasien anslås til 5.500 arter, hvoraf 25-30% er endemiske, mens der på de tilstødende sletter i de sydlige ørkener er 200 plantearter.

Når man klatrer op i bjergene, gentages den samme ændring af zoner som fra ækvator til polerne. Ved foden er der normalt ørkener, derefter stepper, løvskove, nåleskove, tundra og endelig is. Der er dog stadig ingen fuldstændig analogi. Når du bestiger bjergene, falder lufttemperaturen (gennemsnitlig lufttemperaturgradient er 0,6 °C pr. 100 m), fordampningen falder, ultraviolet stråling og belysning øges osv. Alt dette tvinger planterne til at tilpasse sig tørre eller våde forhold. De dominerende planter her er pudeformede livsformer og stauder, som har udviklet tilpasning til stærk ultraviolet stråling og nedsat transpiration.

Faunaen i de høje bjergområder er også unik. Lavt lufttryk, betydelig solstråling, skarpe udsving i dag- og nattemperaturer og ændringer i luftfugtighed med højden bidrog til udviklingen af ​​specifikke fysiologiske tilpasninger i kroppen af ​​bjergdyr. For eksempel hos dyr øges hjertets relative volumen, indholdet af hæmoglobin i blodet øges, hvilket tillader mere intensiv absorption af ilt fra luften. Stenet jord komplicerer eller næsten eliminerer dyrs graveaktivitet. Mange smådyr (små gnavere, pikaer, firben osv.) finder tilflugt i klippespalter og huler. Blandt de fugle, der er typiske for bjergområder, er bjergkalkuner (snehaner), bjergfinker, lærker og store fugle - skæggegribbe, gribbe og kondorer. I bjergene af store pattedyr beboet af væddere, geder (inklusive snegeder), gemse, yaks osv. Rovdyr er repræsenteret af sådanne arter som ulve, ræve, bjørne, loser, sneleoparder (irbis) osv.

Tidligere