Hva kalles organismene som bor i det terrestriske luftmiljøet? Hvilke dyr lever i luften? Test spørsmål og oppgaver
Bakke-luft miljø- dette er hele overflaten av planeten, som er begrenset av en solid overflate. Dyr, planter, sopp, etc. lever i bakken-luft-miljøet.
generelle egenskaper. I løpet av evolusjonen ble land-luft-miljøet mestret mye senere enn vannmiljøet. Livet på land krevde tilpasninger som ble mulig først med et relativt høyt organiseringsnivå både hos planter og dyr. Et trekk ved livets land-luft-miljø er at organismene som lever her er omgitt av luft og et gassformet miljø preget av lav luftfuktighet, tetthet og trykk, og høyt oksygeninnhold. Typisk beveger dyr i dette miljøet seg på jorda (hardt underlag) og planter slår rot i det.
I bakke-luft-miljøet har driftsmiljøfaktorene en rekke karakteristiske trekk: høyere lysintensitet sammenlignet med andre miljøer, betydelige temperatursvingninger, endringer i fuktighet avhengig av geografisk plassering, årstid og tid på døgnet. Virkningen av de ovennevnte faktorene er uløselig knyttet til bevegelsen av luftmasser - vind. I evolusjonsprosessen har levende organismer i land-luft-miljøet utviklet karakteristiske anatomiske, morfologiske, fysiologiske, atferdsmessige og andre tilpasninger. For eksempel har det dukket opp organer som gir direkte absorpsjon av atmosfærisk oksygen under respirasjon (lungene og luftrøret til dyr, stomata til planter). Skjelettformasjoner (dyreskjelett, mekaniske og støttende vev av planter) har fått sterk utvikling, som støtter kroppen under forhold med lav miljøtetthet. Tilpasninger er utviklet for å beskytte mot ugunstige faktorer, som periodisitet og rytme i livssykluser, integumentets komplekse struktur, termoreguleringsmekanismer osv. Det har dannet seg en nær forbindelse med jorda (dyrelemmer, planterøtter). mobilitet av dyr på jakt etter mat har utviklet seg, og luftstrømmer har dukket opp, frø, frukt og pollen fra planter, flygende dyr.
Lufttetthet- masse gass i jordens atmosfære per volumenhet eller egenvekt av luft under naturlige forhold. Verdien av lufttettheten er en funksjon av høyden på målingene, dens temperatur og fuktighet. Typisk er standardverdien 1,225 kg⁄m3, som tilsvarer tettheten av tørr luft ved 15°C ved havnivå.
Gasssammensetning av luft, som allerede diskutert tidligere, i overflatelaget av atmosfæren er ganske homogen (oksygen - 20,9%, nitrogen - 78,1%, m.g. gasser - 1%, karbondioksid- 0,03 volum%) på grunn av sin høye diffusjonskapasitet og konstante blanding ved konveksjon og vindstrømmer. Samtidig har ulike urenheter av gassformige, dråpe-væske, støv (faste) partikler som kommer inn i atmosfæren fra lokale kilder, ofte betydelig miljømessig betydning.
Oksygen er, på grunn av det konstant høye innholdet i luften, ikke en faktor som begrenser livet i det terrestriske miljøet. Det høye oksygeninnholdet bidro til en økning i stoffskiftet i terrestriske organismer, og animalsk homeothermi oppsto på grunnlag av den høye effektiviteten til oksidative prosesser. Bare på steder, under spesifikke forhold, skapes en midlertidig oksygenmangel, for eksempel i nedbrytende planteavfall, kornreserver, mel, etc.
I visse områder av overflateluftlaget kan karbondioksidinnholdet variere innenfor ganske betydelige grenser. Derfor, i fravær av vind i store industrisentre og byer, kan konsentrasjonen tidobles.
Det er regelmessige daglige endringer i innholdet av karbondioksid i grunnlagene, bestemt av rytmen til plantefotosyntesen.
Sammensatt fra: A.S. Stepanovskikh. op. S. 176.
Store svingninger i temperatur i tid og rom, samt god tilgang på oksygen, førte til at det oppsto organismer med konstant kroppstemperatur (varmblodige). For å opprettholde stabiliteten til det indre miljøet til varmblodige organismer som bor i bakke-luft-miljøet ( terrestriske organismer), kreves økte energikostnader.
Livet i et terrestrisk miljø er bare mulig med et høyt organiseringsnivå av planter og dyr, tilpasset de spesifikke påvirkningene fra de viktigste miljøfaktorene i dette miljøet.
I bakke-luft-miljøet har driftsmiljøfaktorene en rekke karakteristiske trekk: høyere lysintensitet sammenlignet med andre miljøer, betydelige svingninger i temperatur og fuktighet avhengig av geografisk plassering, årstid og tid på døgnet.
La oss vurdere generelle egenskaper bakke-luft-habitat.
Til gassformig habitat preget av lave verdier av fuktighet, tetthet og trykk, høyt oksygeninnhold, som bestemmer egenskapene til respirasjon, vannutveksling, bevegelse og livsstil for organismer. Egenskapene til luftmiljøet påvirker strukturen til kroppene til landdyr og planter, deres fysiologiske og atferdsmessige egenskaper, og styrker eller svekker også effekten av andre miljøfaktorer.
Gasssammensetningen i luften er relativt konstant (oksygen - 21%, nitrogen - 78%, karbondioksid - 0,03%) både gjennom dagen og i ulike perioderårets. Dette skyldes intens blanding av atmosfæriske lag.
Absorpsjon av oksygen av organismer fra eksternt miljø forekommer over hele overflaten av kroppen (i protozoer, ormer) eller spesielle luftveisorganer - luftrør (hos insekter), lunger (hos virveldyr). Organismer som lever under forhold med konstant mangel på oksygen har passende tilpasninger: økt oksygenkapasitet i blodet, hyppigere og dypere luftveisbevegelser, stor lungekapasitet (hos innbyggere i høye fjell, fugler).
En av de viktigste og mest dominerende formene for det primære biogene grunnstoffet karbon i naturen er karbondioksid (karbondioksid). De jordnære lagene i atmosfæren er vanligvis rikere på karbondioksid enn lagene på nivå med trekroner, og dette kompenserer til en viss grad for mangelen på lys for små planter som lever under skogens tak.
Karbondioksid kommer inn i atmosfæren hovedsakelig som et resultat av naturlige prosesser (respirasjon av dyr og planter. Forbrenningsprosesser, vulkanutbrudd, aktivitet av jordmikroorganismer og sopp) og menneskelig økonomisk aktivitet (forbrenning av brennbare stoffer innen varme- og kraftteknikk, i industribedrifter og i transport). Mengden karbondioksid i atmosfæren varierer gjennom dagen og etter sesong. Daglige endringer er assosiert med rytmen til plantefotosyntese, og sesongmessige endringer er assosiert med intensiteten av respirasjon av organismer, hovedsakelig jordmikroorganismer.
Lav lufttetthet forårsaker lav løftekraft, og derfor har terrestriske organismer begrenset størrelse og masse og har et eget støttesystem som støtter kroppen. Hos planter er dette ulike mekaniske vev, og hos dyr er de et solid eller (sjeldnere) hydrostatisk skjelett. Mange arter av landlevende organismer (insekter og fugler) har tilpasset seg flukt. Men for de aller fleste organismer (med unntak av mikroorganismer) er opphold i luften kun forbundet med å bosette seg eller lete etter mat.
Lufttetthet er også forbundet med relativt lavt trykk på land. Bakke-luftmiljøet har lavt atmosfærisk trykk og lav lufttetthet, så de fleste aktivt flygende insekter og fugler okkuperer den nedre sonen - 0...1000 m. Imidlertid kan individuelle innbyggere i luftmiljøet leve permanent i høyder på 4000. .5000 m (ørn , kondorer).
Mobiliteten til luftmasser bidrar til rask blanding av atmosfæren og jevn fordeling av ulike gasser, som oksygen og karbondioksid, langs jordoverflaten. I de nedre lagene av atmosfæren, vertikalt (stigende og synkende) og horisontalt bevegelse av luftmasser av varierende styrke og retning. Takket være denne luftmobiliteten er passiv flukt av en rekke organismer mulig: sporer, pollen, frø og frukt av planter, små insekter, edderkopper, etc.
Lysmodus skapt av total solstråling som når jordens overflate. De morfologiske, fysiologiske og andre egenskapene til terrestriske organismer avhenger av lysforholdene til et bestemt habitat.
Lysforhold nesten overalt i bakke-luft-miljøet er gunstige for organismer. Hovedrollen spilles ikke av selve belysningen, men av den totale verdien solstråling. I den tropiske sonen er den totale strålingen gjennom året konstant, men i tempererte breddegrader lengde dagslys og intensiteten av solstråling avhenger av årstiden. Atmosfærens åpenhet og innfallsvinkelen er også av stor betydning. solstråler. Av den innkommende fotosyntetisk aktive strålingen reflekteres 6-10 % fra overflaten av ulike plantinger (Fig. 9.1). Tallene i figuren angir solinnstrålingens relative verdi i prosent av totalverdien ved plantesamfunnets øvre grense. Under forskjellige værforhold når 40...70 % av solstrålingen som når den øvre grensen til atmosfæren jordens overflate. Trær, busker og avlinger skygger området og skaper et spesielt mikroklima som svekker solstrålingen.
Ris. 9.1. Dempning av solstråling (%):
a - i en sjelden furuskog; b - i maisavlinger
Planter er direkte avhengige av intensiteten til lysregimet: de vokser der klima- og jordforholdene tillater det, tilpasser seg lysforholdene til et gitt habitat. Alle planter, i forhold til belysningsnivået, er delt inn i tre grupper: lyselskende, skyggeelskende og skyggetolerante. Lyselskende og skyggeelskende planter er forskjellige i verdien av det økologiske optimumet for belysning (fig. 9.2).
Lyselskende planter- planter av åpne, konstant opplyste habitater, hvis optimale livsaktivitet observeres under forhold med fullt sollys (steppe- og enggress, tundra- og høylandsplanter, kystplanter, mest dyrkede planter i åpen mark, mange ugress).
Ris. 9.2. Økologiske optimum av holdningen til lys av planter av tre typer: 1-skygge-elskende; 2 - fotofil; 3 - skygge-tolerant
Skyggeelskende planter- planter som bare vokser under forhold med sterk skygge, som ikke vokser under forhold med sterkt lys. I utviklingsprosessen tilpasset denne gruppen planter seg til forholdene som er karakteristiske for de nedre skyggelagte lagene av kompleks plantesamfunn- mørke bar- og løvskoger, tropiske regnskoger, etc. Den skyggeelskende naturen til disse plantene er vanligvis kombinert med et høyt vannbehov.
Skyggetolerante planter De vokser og utvikler seg bedre i fullt lys, men er i stand til å tilpasse seg forhold med ulike nivåer av mørke.
Representanter for dyreverdenen har ikke en direkte avhengighet av lysfaktoren, som observeres i planter. Likevel spiller lys i dyrenes liv en viktig rolle i visuell orientering i rommet.
En kraftig faktor som regulerer livssyklusen til en rekke dyr er lengden på dagslystimer (fotoperioden). Fotoperioderesponsen synkroniserer aktiviteten til organismer med årstidene. For eksempel begynner mange pattedyr å forberede seg på dvalemodus lenge før kaldt vær begynner, og trekkfugler flyr sørover allerede på slutten av sommeren.
Temperatur spiller en mye større rolle i livene til landboere enn i hydrosfæreboernes liv, siden et særtrekk ved land-luft-miljøet er et stort område temperatursvingninger. Temperaturregimet er preget av betydelige svingninger i tid og rom og bestemmer aktiviteten til biokjemiske prosesser. Biokjemiske og morfofysiologiske tilpasninger av planter og dyr er designet for å beskytte organismer mot de negative effektene av temperatursvingninger.
Hver art har sitt eget utvalg av de mest gunstige temperaturverdiene for den, som kalles temperatur det optimale av arten. Forskjellen i områdene for foretrukne temperaturverdier mellom forskjellige arter er veldig stor. Terrestriske organismer lever i et bredere temperaturområde enn innbyggerne i hydrosfæren. Ofte habitater eurytermisk arter strekker seg fra sør til nord over flere klimasoner. For eksempel bor den grå padden i rommet fra Nord-Afrika til Nord-Europa. Eurytermiske dyr inkluderer mange insekter, amfibier og pattedyr - rev, ulv, puma, etc.
Langsiktig sovende ( latent) former for organismer, som sporene til noen bakterier, sporer og plantefrø, er i stand til å motstå betydelig forskjellige temperaturer. Når de er i gunstige forhold og tilstrekkelig ernæringsmiljø, kan disse cellene bli aktive igjen og begynne å formere seg. Suspensjonen av alle vitale prosesser i kroppen kalles suspendert animasjon. Fra en tilstand av suspendert animasjon kan organismer gå tilbake til normal aktivitet hvis strukturen til makromolekylene i cellene deres ikke forstyrres.
Temperaturen påvirker direkte veksten og utviklingen av planter. Siden de er ubevegelige organismer, må planter eksistere ved det temperaturregimet som skapes på de stedene de vokser. I henhold til graden av tilpasning til temperaturforhold, kan alle plantearter deles inn i følgende grupper:
- frostbestandig- planter som vokser i områder med sesongmessig klima, med kalde vintre. Under alvorlig frost fryser de overjordiske delene av trær og busker, men forblir levedyktige, og samler seg i cellene og vevet stoffer som binder vann (ulike sukkerarter, alkoholer, noen aminosyrer);
- ikke frostbestandig- planter som tåler lave temperaturer, men dør så snart det begynner å danne seg is i vevene (noen eviggrønne subtropiske arter);
- ikke kuldebestandig- planter som er alvorlig skadet eller drept ved temperaturer over frysepunktet for vann (tropiske regnskogplanter);
- termofile- planter av tørre habitater med sterk solstråling (solstråling), som tåler en halvtimes oppvarming opp til +60 ° C (planter av stepper, savanner, tørre subtroper);
- pyrofytter- planter som er motstandsdyktige mot brann når temperaturen en kort stund stiger til hundrevis av grader celsius. Dette er planter av savanner, tørre hardløvet skoger. De har en tykk bark, impregnert med brannbestandige stoffer, som pålitelig beskytter det indre vevet. Fruktene og frøene til pyrofytter har tykke, treaktige integumenter som sprekker når de utsettes for brann, noe som hjelper frøene å trenge inn i jorden.
Sammenlignet med planter har dyr en mer variert evne til å regulere (permanent eller midlertidig) sin egen kroppstemperatur. En av de viktige tilpasningene av dyr (pattedyr og fugler) til temperatursvingninger er evnen til å termoregulere kroppen, deres varmblodighet, på grunn av hvilken høyere dyr er relativt uavhengige av temperaturforhold miljø.
I dyreverdenen er det en sammenheng mellom størrelsen og andelen av kroppen til organismer og de klimatiske forholdene i deres habitat. Innenfor en art eller homogen gruppe av nært beslektede arter er dyr med større kroppsstørrelser vanlige i kaldere områder. Jo større dyret er, jo lettere er det for det å holde en konstant temperatur. Således, blant representantene for pingviner, bor den minste pingvinen - Galapagos-pingvinen - i ekvatorialområdene, og den største - keiserpingvinen - i fastlandssonen i Antarktis.
Luftfuktighet blir en viktig begrensende faktor på land, siden fuktighetsmangel er en av de viktigste egenskapene til land-luft-miljøet. Terrestriske organismer står konstant overfor problemet med vanntap og krever periodisk tilførsel. Under utviklingen av landlevende organismer ble det utviklet karakteristiske tilpasninger for å oppnå og bevare fuktighet.
Fuktighetsregimet er preget av nedbør, jord- og luftfuktighet. Fuktighetsmangel er en av de viktigste egenskapene til livets land-luft-miljø. Fra et økologisk synspunkt tjener vann som en begrensende faktor i terrestriske habitater, siden mengden er utsatt for sterke svingninger. Fuktighetsregimer på land er varierte: fra fullstendig og konstant metning av luften med vanndamp (tropisk sone) til nesten fullstendig fravær av fuktighet i den tørre luften i ørkener.
Den viktigste vannkilden for planteorganismer er jord.
I tillegg til å absorbere jordfuktighet med røtter, er planter også i stand til å absorbere vann som faller i form av lett regn, tåke og dampaktig fuktighet i luften.
Planteorganismer mister mesteparten av det absorberte vannet som følge av transpirasjon, dvs. fordampning av vann fra overflaten av planter. Planter beskytter seg mot dehydrering ved enten å lagre vann og forhindre fordampning (kaktus), eller ved å øke andelen underjordiske deler (rotsystemer) i det totale volumet av planteorganismen. I henhold til graden av tilpasning til visse fuktighetsforhold, er alle planter delt inn i grupper:
- hydrofytter- terrestriske-akvatiske planter som vokser og flyter fritt i vannmiljøet (siv langs bredden av reservoarer, myrblomst og andre planter i sumper);
- hygrofytter- landplanter i områder med konstant høy luftfuktighet (innbyggere i tropiske skoger - epifytiske bregner, orkideer, etc.)
- xerofytter- landplanter som har tilpasset seg betydelige sesongmessige svingninger i fuktighetsinnhold i jord og luft (innbyggere i stepper, halvørkener og ørkener - saxaul, kameltorn);
- mesofytter- planter som inntar en mellomposisjon mellom hygrofytter og xerofytter. Mesofytter er vanligst i moderat fuktige soner (bjørk, fjellaske, mye eng- og skogsgress osv.).
Vær- og klimatrekk preget av daglige, sesongmessige og langvarige svingninger i temperatur, luftfuktighet, overskyethet, nedbør, vindstyrke og vindretning mv. som bestemmer mangfoldet av levekår for innbyggerne i det terrestriske miljøet. Klimatiske egenskaper avhenger av de geografiske forholdene i området, men mikroklimaet til organismenes umiddelbare habitat er ofte viktigere.
I bakke-luft-miljøet kompliseres leveforholdene av eksistensen værforandringer. Været er den kontinuerlige skiftende tilstanden til den nedre atmosfæren opp til omtrent 20 km høyde (grensen til troposfæren). Værvariasjoner er en konstant endring i miljøfaktorer som lufttemperatur og luftfuktighet, overskyethet, nedbør, vindstyrke og vindretning, etc.
Det langsiktige værregimet preger klimaet i området. Klimakonseptet inkluderer ikke bare de gjennomsnittlige månedlige og gjennomsnittlige årlige verdiene av meteorologiske parametere (lufttemperatur, fuktighet, total solstråling, etc.), men også mønstrene for deres daglige, månedlige og årlige endringer, så vel som deres Frekvens. De viktigste klimatiske faktorene er temperatur og fuktighet. Det skal bemerkes at vegetasjon har en betydelig innvirkning på nivået av klimatiske faktorer. Dermed er luftfuktigheten alltid høyere under skogens tak, og temperatursvingningene er mindre enn i åpne områder. Lysregimet på disse stedene er også forskjellig.
Jorden fungerer som en solid støtte for organismer, som luft ikke kan gi dem. I tillegg forsyner rotsystemet plantene med vandige løsninger av essensielle mineralforbindelser fra jorda. De kjemiske og fysiske egenskapene til jord er viktige for organismer.
Terreng skaper en rekke levevilkår for landlevende organismer, bestemmer mikroklimaet og begrenser den frie bevegelsen av organismer.
Påvirkning av jord klimatiske forhold på organismer førte til dannelsen av karakteristiske natursoner - biomer. Dette er navnet gitt til de største terrestriske økosystemene som tilsvarer de viktigste klimasonene på jorden. Egenskapene til store biomer bestemmes først og fremst av grupperingen av planteorganismer som er inkludert i dem. Hver av de fysisk-geografiske sonene er preget av visse forhold mellom varme og fuktighet, vann- og lysforhold, type jord, grupper av dyr (fauna) og planter (flora). Den geografiske fordelingen av biomer er av breddegrad og er assosiert med endringer i klimatiske faktorer (temperatur og fuktighet) fra ekvator til polene. Samtidig er det en viss symmetri i fordelingen av ulike biomer i begge halvkuler. Store biomer på jorden: tropisk skog, tropisk savanne, ørken, temperert steppe, temperert løvskog, barskog(taiga), tundra, arktisk ørken.
Jordbomiljø. Blant de fire livsmiljøene vi vurderer, skiller jord seg ut for sin nære forbindelse mellom de levende og ikke-levende komponentene i biosfæren. Jord er ikke bare habitat for organismer, men også et produkt av deres vitale aktivitet. Det kan betraktes at jorda oppsto som et resultat av den kombinerte virkningen av klimatiske faktorer og organismer, spesielt planter, på moderbergarten, det vil si på mineralstoffene i det øvre laget av jordskorpen (sand, leire, steiner). , etc.).
Så, jord er et lag av stoff som ligger på toppen av bergarter, bestående av et kildemateriale - et underliggende mineralsubstrat - og et organisk tilsetningsstoff der organismer og deres metabolske produkter er blandet med små partikler av modifisert kildemateriale. Jordstruktur og porøsitet bestemmer i stor grad tilgjengeligheten av næringsstoffer til planter og jorddyr.
Jord inneholder fire viktige strukturelle komponenter:
Mineralbase (50...60% av den totale jordsammensetningen);
organisk materiale (opptil 10%);
luft (15...25%);
Vann (25...35%).
Jordorganisk materiale som dannes ved nedbrytning av døde organismer eller deres deler (som fallende løv) kalles humus, som danner det øverste fruktbare jordlaget. Den viktigste egenskapen til jord - fruktbarhet - avhenger av tykkelsen på humuslaget.
Hver type jord tilsvarer en bestemt dyreverden og en viss vegetasjon. Kombinasjonen av jordorganismer sikrer kontinuerlig sirkulasjon av stoffer i jorda, inkludert dannelse av humus.
Jordhabitatet har egenskaper som bringer det nærmere vann- og land-luftmiljøene. Som i vannmiljøet er temperatursvingninger i jordsmonn små. Amplitudene til verdiene avtar raskt med økende dybde. Med overflødig fuktighet eller karbondioksid øker sannsynligheten for oksygenmangel. Likheten med jord-luft-habitatet manifesteres gjennom tilstedeværelsen av porer fylt med luft. Spesifikke egenskaper som bare er iboende for jord inkluderer høy tetthet. Organismer og deres metabolske produkter spiller en stor rolle i jorddannelsen. Jord er den mest mettede delen av biosfæren med levende organismer.
I jordmiljøet er de begrensende faktorene vanligvis mangel på varme og mangel eller overskudd av fuktighet. Begrensende faktorer kan også være mangel på oksygen eller et overskudd av karbondioksid. Livet til mange jordorganismer er nært knyttet til størrelsen deres. Noen beveger seg fritt i jorden, mens andre må løsne den for å bevege seg og lete etter mat.
Test spørsmål og oppgaver
1. Hva er det særegne ved bakke-luft-miljøet som et økologisk rom?
2. Hvilke tilpasninger har organismer for liv på land?
3. Nevn miljøfaktorene som er mest betydningsfulle for
terrestriske organismer.
4. Beskriv egenskapene til jordhabitatet.
St. Petersburg statsakademi
Dyremedisin.
Institutt for generell biologi, økologi og histologi.
Sammendrag om økologi om emnet:
Bakke-luft-miljø, dets faktorer
og tilpasning av organismer til dem"
Fullført av: 1. års student
O-gruppen Pyatochenko N. L.
Sjekket av: førsteamanuensis ved instituttet
Vakhmistrova S.F.
Saint Petersburg
Introduksjon
Levevilkår (eksistensbetingelser) er et sett av elementer som er nødvendige for en organisme, som den er uløselig knyttet til og uten hvilke den ikke kan eksistere.
Tilpasninger av en organisme til omgivelsene kalles tilpasning. Evnen til å tilpasse seg er en av hovedegenskapene til livet generelt, og sikrer muligheten for dets eksistens, overlevelse og reproduksjon. Tilpasning manifesterer seg på ulike nivåer – fra cellebiokjemien og oppførselen til individuelle organismer til strukturen og funksjonen til samfunn og økosystemer. Tilpasninger oppstår og endres under utviklingen av en art.
Individuelle egenskaper eller elementer i miljøet som påvirker organismer kalles miljøfaktorer. Miljøfaktorer er varierte. De har forskjellig natur og spesifikke handlinger. Miljøfaktorer er delt inn i to store grupper: abiotiske og biotiske.
Abiotiske faktorer er et sett av forhold i det uorganiske miljøet som påvirker levende organismer direkte eller indirekte: temperatur, lys, radioaktiv stråling, trykk, luftfuktighet, saltsammensetning av vann, etc.
Biotiske faktorer er alle former for påvirkning av levende organismer på hverandre. Hver organisme opplever konstant den direkte eller indirekte påvirkningen fra andre, og kommer i kommunikasjon med representanter for sin egen og andre arter.
I noen tilfeller klassifiseres antropogene faktorer som en egen gruppe sammen med biotiske og abiotiske faktorer, noe som understreker den ekstreme effekten av den menneskeskapte faktoren.
Antropogene faktorer er alle former for aktivitet i det menneskelige samfunn som fører til endringer i naturen som habitat for andre arter eller direkte påvirker deres liv. Betydningen av menneskeskapt påvirkning på hele jordens levende verden fortsetter å vokse raskt.
Endringer i miljøfaktorer over tid kan være:
1) regelmessig-konstant, endrer styrken på støtet på grunn av tiden på dagen, årstiden eller rytmen til tidevannet i havet;
2) uregelmessig, uten en klar periodisitet, for eksempel endringer i værforhold i forskjellige år, stormer, dusjer, gjørmestrømmer, etc.;
3) rettet over bestemte eller lange tidsperioder, for eksempel avkjøling eller oppvarming av klimaet, gjengroing av et reservoar, etc.
Miljømessige miljøfaktorer kan ha ulike effekter på levende organismer:
1) som irriterende stoffer, forårsaker adaptive endringer i fysiologiske og biokjemiske funksjoner;
2) som begrensere som gjør det umulig å eksistere i dataene
forhold;
3) som modifikatorer som forårsaker anatomiske og morfologiske endringer i organismer;
4) som signaler som indikerer endringer i andre faktorer.
Til tross for den store variasjonen av miljøfaktorer, kan en rekke generelle mønstre identifiseres i arten av deres interaksjon med organismer og i responsene til levende vesener.
Intensiteten til miljøfaktoren som er mest gunstig for organismens liv er optimal, og den som gir verst effekt er pessimum, dvs. forhold der den vitale aktiviteten til en organisme er maksimalt hemmet, men den kan fortsatt eksistere. Når du dyrker planter under forskjellige temperaturforhold, vil punktet der maksimal vekst observeres, være det optimale. I de fleste tilfeller er dette et visst temperaturområde på flere grader, så her er det bedre å snakke om den optimale sonen. Hele temperaturområdet (fra minimum til maksimum) hvor vekst fortsatt er mulig kalles stabilitetsområdet (utholdenhet), eller toleranse. Punktet som begrenser den (dvs. minimum og maksimum) temperaturer som er egnet for livet, er stabilitetsgrensen. Mellom den optimale sonen og stabilitetsgrensen, når den nærmer seg sistnevnte, opplever planten økende stress, d.v.s. vi snakker om stresssoner, eller soner for undertrykkelse, innenfor motstandsområdet
Avhengighet av virkningen av en miljøfaktor på dens intensitet (ifølge V.A. Radkevich, 1977)
Når du beveger deg opp og ned på skalaen, øker ikke bare stress, men til slutt, når grensene for kroppens motstand er nådd, inntreffer dens død. Lignende eksperimenter kan utføres for å teste påvirkningen av andre faktorer. Resultatene vil grafisk tilsvare en lignende type kurve
Livets bakke-luft-miljø, dets egenskaper og former for tilpasning til det.
Livet på land krevde tilpasninger som viste seg å være mulig bare i høyt organiserte levende organismer. Det terrestriske luftmiljøet er vanskeligere for livet, det er preget av høyt oksygeninnhold, lav mengde vanndamp, lav tetthet, etc. Dette endret i stor grad forholdene for pust, vannutveksling og bevegelse av levende vesener.
Lav lufttetthet bestemmer dens lave løftekraft og ubetydelige støtte. Organismer i luftmiljøet må ha sitt eget støttesystem som støtter kroppen: planter - ulike mekaniske vev, dyr - et solid eller hydrostatisk skjelett. I tillegg er alle innbyggere i luften nært forbundet med jordens overflate, som tjener dem for feste og støtte.
Lav lufttetthet gir lav motstand mot bevegelse. Derfor fikk mange landdyr evnen til å fly. 75 % av alle landlevende dyr, hovedsakelig insekter og fugler, har tilpasset seg aktiv flukt.
Takket være mobiliteten til luft og de vertikale og horisontale strømmene av luftmasser som eksisterer i de nedre lagene av atmosfæren, er passiv flukt av organismer mulig. I denne forbindelse har mange arter utviklet anemochory - spredning ved hjelp av luftstrømmer. Anemochory er karakteristisk for sporer, frø og frukter av planter, protozoiske cyster, små insekter, edderkopper, etc. Organismer som transporteres passivt av luftstrømmer kalles samlet for flyplankton.
Terrestriske organismer finnes i relativt lavtrykk, på grunn av lav lufttetthet. Normalt er det 760 mmHg. Når høyden øker, synker trykket. Lavtrykk kan begrense utbredelsen av arter i fjellet. For virveldyr er den øvre grensen for liv omtrent 60 mm. En reduksjon i trykk innebærer en reduksjon i oksygentilførsel og dehydrering av dyr på grunn av en økning i respirasjonshastighet. Høyere planter har omtrent de samme grensene for avansement i fjellet. Leddyr, som finnes på isbreer over vegetasjonslinjen, er noe mer hardføre.
Gasssammensetning av luft. I tillegg til de fysiske egenskapene til luften, er dens kjemiske egenskaper svært viktige for eksistensen av landlevende organismer. Gasssammensetningen av luft i overflatelaget av atmosfæren er ganske jevn når det gjelder innholdet av hovedkomponentene (nitrogen - 78,1%, oksygen - 21,0%, argon 0,9%, karbondioksid - 0,003% av volum).
Det høye oksygeninnholdet bidro til en økning i metabolisme hos landlevende organismer sammenlignet med primære vannlevende organismer. Det var i et terrestrisk miljø, på grunnlag av den høye effektiviteten til oksidative prosesser i kroppen, at dyre-homeothermi oppsto. Oksygen, på grunn av det konstant høye innholdet i luften, er ikke en begrensende faktor for liv i det terrestriske miljøet.
Karbondioksidinnholdet kan variere i visse områder av overflatelaget av luft innenfor ganske betydelige grenser. Økt luftmetning med CO? forekommer i områder med vulkansk aktivitet, nær termiske kilder og andre underjordiske utløp av denne gassen. I høye konsentrasjoner er karbondioksid giftig. I naturen er slike konsentrasjoner sjeldne. Lavt CO2-innhold hemmer prosessen med fotosyntese. Under lukkede jordforhold kan du øke fotosyntesehastigheten ved å øke konsentrasjonen av karbondioksid. Dette brukes i praksisen med drivhus- og drivhusdrift.
Luftnitrogen er en inert gass for de fleste innbyggerne i det terrestriske miljøet, men visse mikroorganismer (knutebakterier, nitrogenbakterier, blågrønnalger osv.) har evnen til å binde den og involvere den i stoffenes biologiske syklus.
Fuktighetsmangel er en av de essensielle egenskapene til livets land-luft-miljø. Hele utviklingen av landlevende organismer var under tegn på tilpasning til å skaffe og bevare fuktighet. Fuktighetsregimer på land er svært forskjellige - fra fullstendig og konstant metning av luften med vanndamp i noen områder av tropene til deres nesten fullstendige fravær i den tørre luften i ørkener. Det er også betydelige daglige og sesongmessige variasjoner i innholdet av vanndamp i atmosfæren. Vannforsyningen til landlevende organismer avhenger også av nedbørsregimet, tilstedeværelsen av reservoarer, jordfuktighetsreserver, nærheten til pundvann, etc.
Dette førte til utvikling av tilpasning hos landlevende organismer til ulike vannforsyningsregimer.
Temperaturforhold. Det neste kjennetegnet luft-bakke miljø det er betydelige temperatursvingninger. I de fleste landområder er daglige og årlige temperaturområder titalls grader. Motstanden mot temperaturendringer i miljøet blant landlevende innbyggere er svært forskjellig, avhengig av det spesifikke habitatet der livet deres finner sted. Imidlertid er landlevende organismer mye mer eurytermiske sammenlignet med vannlevende organismer.
Leveforholdene i bakke-luft-miljøet kompliseres ytterligere av eksistensen av værendringer. Vær - kontinuerlig skiftende forhold i atmosfæren ved overflaten, opp til en høyde på omtrent 20 km (grensen til troposfæren). Værvariasjoner viser seg i en konstant variasjon i kombinasjonen av miljøfaktorer som temperatur, luftfuktighet, overskyethet, nedbør, vindstyrke og vindretning, etc. Det langsiktige værregimet preger klimaet i området. Konseptet "Klima" inkluderer ikke bare gjennomsnittsverdiene av meteorologiske fenomener, men også deres årlige og daglige syklus, avvik fra det og deres frekvens. Klimaet bestemmes av de geografiske forholdene i området. De viktigste klimatiske faktorene - temperatur og fuktighet - måles ved mengden nedbør og metning av luft med vanndamp.
For de fleste landlevende organismer, spesielt små, er klimaet i området ikke så viktig som forholdene i deres umiddelbare habitat. Svært ofte endrer lokale miljøelementer (avlastning, eksponering, vegetasjon, etc.) regimet for temperaturer, fuktighet, lys, luftbevegelse i et bestemt område på en slik måte at det skiller seg betydelig fra de klimatiske forholdene i området. Slike klimaendringer som utvikles i overflatelaget av luft kalles mikroklima. I hver sone er mikroklimaet veldig mangfoldig. Mikroklima på svært små områder kan identifiseres.
Lysregimet til bakke-luft-miljøet har også noen særegenheter. Intensiteten og mengden lys her er størst og begrenser praktisk talt ikke levetiden til grønne planter, som i vann eller jord. På land kan det eksistere ekstremt lyselskende arter. For de aller fleste landdyr med aktivitet på dagtid og til og med nattetid er syn en av hovedmetodene for orientering. Hos landdyr er syn viktig for å lete etter byttedyr, mange arter har til og med fargesyn. I denne forbindelse utvikler ofre slike tilpasningsegenskaper som en defensiv reaksjon, kamuflasje- og advarselsfarging, mimikk, etc.
Hos akvatiske innbyggere er slike tilpasninger mye mindre utviklet. Utseendet til fargerike blomster av høyere planter er også assosiert med egenskapene til pollinatorapparatet og til slutt med lysregimet til miljøet.
Terreng- og jordegenskapene er også levevilkårene for landlevende organismer og først og fremst planter. Egenskaper til jordoverflaten som har miljøpåvirkning om innbyggerne, foren deg" edafiske faktorer miljø" (fra gresk "edaphos" - "jord").
Mot ulike egenskaper jord, kan en rekke økologiske grupper av planter skilles ut. Derfor, i henhold til reaksjonen på jordsurhet, skilles de ut:
1) acidofile arter - vokser på sur jord med en pH på minst 6,7 (planter av sphagnummyrer);
2) nøytrofiler har en tendens til å vokse på jord med en pH på 6,7–7,0 (de fleste kulturplanter);
3) basophilaceae vokser ved en pH på mer enn 7,0 (Echinops, skoganemone);
4) likegyldige kan vokse på jord med annen betydning pH (liljekonvall).
Planter er også forskjellige i forhold til jordfuktighet. Visse arter er begrenset til forskjellige substrater, for eksempel vokser petrofytter på steinete jord, pasmofytter befolker løs sand.
Terrenget og jordsmonnets natur påvirker den spesifikke bevegelsen til dyr: for eksempel hovdyr, strutser, bustarder som lever i åpne områder, hardt underlag, for å øke frastøtingen når du løper. Hos øgler som lever i skiftende sand, er tærne kantet med en kant av kåte skjell som øker støtten. For landbaserte innbyggere som graver hull, er tett jord ugunstig. Jordens beskaffenhet påvirker i visse tilfeller fordelingen av landdyr som graver hull eller graver seg ned i jorda, eller legger egg i jorda mv.
Om sammensetningen av luft.
Gasssammensetningen i luften vi puster inn ser slik ut: 78 % er nitrogen, 21 % er oksygen og 1 % er andre gasser. Men i atmosfæren til store industribyer blir dette forholdet ofte krenket. En betydelig andel er skadelige urenheter forårsaket av utslipp fra bedrifter og kjøretøy. Motortransport introduserer mange urenheter i atmosfæren: hydrokarboner av ukjent sammensetning, benzo(a)pyren, karbondioksid, svovel- og nitrogenforbindelser, bly, karbonmonoksid.
Atmosfæren består av en blanding av en rekke gasser - luft, hvori kolloidale urenheter er suspendert - støv, dråper, krystaller osv. Sammensetningen av atmosfærisk luft endres lite med høyden. Men med utgangspunkt i en høyde på omtrent 100 km, sammen med molekylært oksygen og nitrogen, vises også atomært oksygen som et resultat av dissosiasjonen av molekyler, og gravitasjonsseparasjonen av gasser begynner. Over 300 km dominerer atomært oksygen i atmosfæren, over 1000 km - helium og deretter atomært hydrogen. Atmosfærens trykk og tetthet avtar med høyden; omtrent halvparten av atmosfærens totale masse er konsentrert i de nedre 5 km, 9/10 i de nedre 20 km og 99,5 % i de nedre 80 km. I høyder på ca. 750 km synker lufttettheten til 10-10 g/m3 (mens den ved jordoverflaten er ca. 103 g/m3), men selv en så lav tetthet er fortsatt tilstrekkelig for forekomsten av nordlys. Atmosfæren har ikke en skarp øvre grense; tettheten til gassene som består av
Sammensetningen av den atmosfæriske luften som hver av oss puster inn inkluderer flere gasser, hvorav de viktigste er: nitrogen (78,09%), oksygen (20,95%), hydrogen (0,01%), karbondioksid (karbondioksid) (0,03%) og inerte gasser (0,93%). I tillegg er det alltid en viss mengde vanndamp i luften, mengden som alltid endres med endringer i temperaturen: jo høyere temperatur, jo større dampinnhold og omvendt. På grunn av svingninger i mengden vanndamp i luften, er andelen gasser i den heller ikke konstant. Alle gasser som utgjør luft er fargeløse og luktfrie. Vekten av luft endres ikke bare avhengig av temperatur, men også av innholdet av vanndamp i den. Ved samme temperatur er vekten av tørr luft større enn fuktig luft, fordi vanndamp er mye lettere enn luftdamp.
Tabellen viser gasssammensetningen til atmosfæren i volumetrisk masseforhold, samt levetiden til hovedkomponentene:
| Komponent | % volum | % 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 |
Egenskapene til gassene som utgjør atmosfærisk luft under trykk endres.
For eksempel: oksygen under trykk på mer enn 2 atmosfærer har en giftig effekt på kroppen.
Nitrogen under trykk over 5 atmosfærer har en narkotisk effekt (nitrogenforgiftning). En rask stigning fra dypet forårsaker trykkfallssyke på grunn av rask frigjøring av nitrogenbobler fra blodet, som om det skummer.
En økning i karbondioksid på mer enn 3 % i luftveisblandingen forårsaker død.
Hver komponent som utgjør luften, med en økning i trykket til visse grenser, blir en gift som kan forgifte kroppen.
Studier av atmosfærens gasssammensetning. Atmosfærisk kjemi
For historien om den raske utviklingen av en relativt ung gren av vitenskapen kalt atmosfærisk kjemi, er begrepet "spurt" (kast), brukt i høyhastighetssport, mest egnet. Startpistolen ble trolig avfyrt av to artikler publisert på begynnelsen av 1970-tallet. De diskuterte mulig ødeleggelse av stratosfærisk ozon av nitrogenoksider - NO og NO2. Den første tilhørte fremtiden Nobelprisvinner, og deretter til en ansatt ved Stockholms universitet P. Crutzen, som anså den sannsynlige kilden til nitrogenoksider i stratosfæren for å råtne under påvirkning av sollys lystgass N2O naturlig opprinnelse. Forfatteren av den andre artikkelen, kjemiker fra University of California i Berkeley G. Johnston, foreslo at nitrogenoksider oppstår i stratosfæren som et resultat av menneskelig aktivitet, nemlig under utslipp av forbrenningsprodukter fra jetmotorer til fly i stor høyde.
Selvfølgelig oppsto ikke hypotesene ovenfor fra ingensteds. Forholdet mellom i det minste hovedkomponentene i atmosfærisk luft - molekyler av nitrogen, oksygen, vanndamp, etc. - var kjent mye tidligere. Allerede i andre halvdel av 1800-tallet. I Europa ble det foretatt målinger av ozonkonsentrasjoner i overflateluft. På 1930-tallet oppdaget den engelske forskeren S. Chapman mekanismen for ozondannelse i en ren oksygenatmosfære, noe som indikerer et sett av interaksjoner av oksygenatomer og molekyler, så vel som ozon, i fravær av andre luftkomponenter. Men på slutten av 50-tallet viste målinger ved bruk av værraketter at det var mye mindre ozon i stratosfæren enn det burde være ifølge Chapman-reaksjonssyklusen. Selv om denne mekanismen forblir grunnleggende den dag i dag, har det blitt klart at det er noen andre prosesser som også er aktivt involvert i dannelsen av atmosfærisk ozon.
Det er verdt å nevne at på begynnelsen av 70-tallet ble kunnskap innen atmosfærisk kjemi hovedsakelig oppnådd gjennom innsatsen fra individuelle forskere, hvis forskning ikke var forent av noe sosialt betydningsfullt konsept og oftest var av rent akademisk karakter. Johnstons arbeid er en annen sak: ifølge beregningene hans kan 500 fly, som flyr 7 timer om dagen, redusere mengden stratosfærisk ozon med ikke mindre enn 10 %! Og hvis disse vurderingene var rettferdige, ville problemet umiddelbart bli sosioøkonomisk, siden i dette tilfellet alle programmer for utvikling av supersonisk transport luftfart og tilhørende infrastruktur vil måtte gjennomgå betydelige justeringer, og kanskje til og med nedleggelse. I tillegg oppsto det for første gang virkelig spørsmålet om at menneskeskapt aktivitet ikke kunne forårsake en lokal, men en global katastrofe. Naturligvis trengte teorien i dagens situasjon en veldig tøff og samtidig operasjonell verifisering.
La oss huske at essensen av hypotesen ovenfor var at nitrogenoksid reagerer med ozon NO + O3 ® NO2 + O2, deretter reagerer nitrogendioksidet som dannes i denne reaksjonen med oksygenatomet NO2 + O ® NO + O2, og gjenoppretter dermed tilstedeværelse NO i atmosfæren, mens ozonmolekylet er tapt for alltid. I dette tilfellet gjentas et slikt reaksjonspar, som utgjør den nitrogenkatalytiske syklusen for ozonødeleggelse, inntil ethvert kjemisk eller fysiske prosesser vil ikke føre til fjerning av nitrogenoksider fra atmosfæren. For eksempel oksideres NO2 til salpetersyre HNO3, som er svært løselig i vann, og fjernes derfor fra atmosfæren av skyer og nedbør. Den katalytiske nitrogensyklusen er veldig effektiv: ett molekyl NO under oppholdet i atmosfæren klarer å ødelegge titusenvis av ozonmolekyler.
Men problemer kommer som kjent ikke alene. Snart oppdaget eksperter fra amerikanske universiteter - Michigan (R. Stolarski og R. Cicerone) og Harvard (S. Wofsey og M. McElroy) at ozon kan ha en enda mer nådeløs fiende - klorforbindelser. Den klorkatalytiske syklusen av ozonødeleggelse (reaksjonene Cl + O3 ® ClO + O2 og ClO + O ® Cl + O2), ifølge deres estimater, var flere ganger mer effektiv enn nitrogen. Den eneste grunnen til forsiktig optimisme var at mengden naturlig forekommende klor i atmosfæren er relativt liten, noe som betyr at den samlede effekten av dens påvirkning på ozon ikke er for sterk. Situasjonen endret seg imidlertid dramatisk da ansatte ved University of California ved Irvine S. Rowland og M. Molina i 1974 slo fast at kilden til klor i stratosfæren er klorfluorkarbonforbindelser (KFK), mye brukt i kjøleenheter, aerosolemballasje, etc. Siden de er ikke-brennbare, ikke-giftige og kjemisk passive, transporteres disse stoffene sakte av stigende luftstrømmer fra jordoverflaten inn i stratosfæren, hvor molekylene deres blir ødelagt av sollys, noe som resulterer i frigjøring av frie kloratomer. Industriell produksjon av KFK, som startet på 30-tallet, og deres utslipp til atmosfæren har økt jevnt i alle påfølgende år, spesielt på 70- og 80-tallet. I løpet av svært kort tid har teoretikere derfor identifisert to problemer i atmosfærisk kjemi forårsaket av intens menneskeskapt forurensning.
Men for å teste gyldigheten av de fremsatte hypotesene, var det nødvendig å utføre mange oppgaver.
For det første, utvide laboratoriestudier, der det ville være mulig å bestemme eller avklare fotostrømningshastigheter kjemiske reaksjoner mellom ulike komponenter i atmosfærisk luft. Det skal sies at de svært magre dataene om disse hastighetene som fantes på den tiden også hadde en god del feil (opptil flere hundre prosent). I tillegg samsvarte forholdene under hvilke målingene som regel ikke i nærhet med atmosfærens realiteter, noe som alvorlig forverret feilen, siden intensiteten av de fleste reaksjoner var avhengig av temperatur og noen ganger av trykk eller tetthet av atmosfærisk luft.
For det andre, studere intensivt de strålingsoptiske egenskapene til en rekke små atmosfæriske gasser under laboratorieforhold. Molekyler av et betydelig antall komponenter i atmosfærisk luft blir ødelagt av ultrafiolett stråling fra solen (i fotolysereaksjoner), blant dem ikke bare KFK-ene nevnt ovenfor, men også molekylært oksygen, ozon, nitrogenoksider og mange andre. Derfor var estimater av parametrene for hver fotolysereaksjon like nødvendig og viktig for riktig reproduksjon av atmosfæriske kjemiske prosesser som reaksjonshastighetene mellom forskjellige molekyler.
Tredje, det var nødvendig å lage matematiske modeller som var i stand til å beskrive så fullstendig som mulig de gjensidige kjemiske transformasjonene av atmosfæriske luftkomponenter. Som allerede nevnt, er produktiviteten av ozonødeleggelse i katalytiske sykluser bestemt av hvor lenge katalysatoren (NO, Cl eller noe annet) forblir i atmosfæren. Det er klart at en slik katalysator, generelt sett, kan reagere med en hvilken som helst av dusinvis av komponenter i atmosfærisk luft, raskt kollapse i prosessen, og da ville skaden på stratosfærisk ozon være mye mindre enn forventet. På den annen side, når mange kjemiske transformasjoner skjer i atmosfæren hvert sekund, er det sannsynlig at andre mekanismer kan identifiseres som direkte eller indirekte påvirker dannelsen og ødeleggelsen av ozon. Til slutt er slike modeller i stand til å identifisere og evaluere betydningen av individuelle reaksjoner eller deres grupper i dannelsen av andre gasser som utgjør den atmosfæriske luften, og lar en også beregne konsentrasjoner av gasser som ikke kan måles.
Og endelig, det var nødvendig å organisere et bredt nettverk for å måle innholdet av forskjellige gasser i luften, inkludert forbindelser av nitrogen, klor, etc., ved å bruke for dette formål bakkestasjoner, oppskytinger av værballonger og værraketter og flyflyvninger. Å lage en database var selvfølgelig den dyreste oppgaven, som ikke kunne løses i en kort tid. Det er imidlertid kun målinger som kan gi et utgangspunkt for teoretisk forskning, og samtidig være en prøvestein for sannheten i de uttrykte hypotesene.
Siden tidlig på 70-tallet har det blitt publisert spesielle, stadig oppdaterte samlinger minst en gang hvert tredje år, som inneholder informasjon om alle betydelige atmosfæriske reaksjoner, inkludert fotolysereaksjoner. Dessuten er feilen ved å bestemme parametrene for reaksjoner mellom gasskomponenter i luft i dag som regel 10-20%.
Den andre halvdelen av dette tiåret så rask utvikling av modeller som beskriver kjemiske transformasjoner i atmosfæren. Det største antallet av dem ble opprettet i USA, men de dukket opp i Europa og Sovjetunionen. Først var dette boksmodeller (nulldimensjonale), og deretter endimensjonale modeller. Den første reproduserte med varierende grad av pålitelighet innholdet av de viktigste atmosfæriske gassene i et gitt volum - en boks (derav navnet deres) - som et resultat av kjemiske interaksjoner mellom dem. Siden bevaring av den totale massen av luftblandingen ble postulert, ble ikke fjerning av noen del av den fra boksen, for eksempel av vinden, vurdert. Boksmodeller var praktiske for å belyse rollen til individuelle reaksjoner eller deres grupper i prosessene med kjemisk dannelse og ødeleggelse av atmosfæriske gasser, og for å vurdere følsomheten til gasssammensetningen i atmosfæren for unøyaktigheter i å bestemme reaksjonshastigheter. Med deres hjelp kunne forskerne, ved å sette atmosfæriske parametere i boksen (spesielt temperatur og lufttetthet) som tilsvarer høyden på flyflyvninger, og estimere i en grov tilnærming hvordan konsentrasjonene av atmosfæriske urenheter vil endre seg som følge av utslipp. av forbrenningsprodukter fra flymotorer. Samtidig var boksmodeller uegnet for å studere problemet med klorfluorkarboner (KFK), siden de ikke kunne beskrive prosessen med deres bevegelse fra jordoverflaten til stratosfæren. Det var her endimensjonale modeller kom godt med, som kombinerte å ta hensyn til en detaljert beskrivelse av kjemiske interaksjoner i atmosfæren og transport av urenheter i vertikal retning. Og selv om den vertikale overføringen ble spesifisert her ganske grovt, var bruken av endimensjonale modeller et merkbart fremskritt, siden de gjorde det mulig på en eller annen måte å beskrive virkelige fenomener.
Når vi ser tilbake kan vi si at vår moderne kunnskap er i stor grad basert på grovarbeidet som ble gjort i disse årene ved bruk av endimensjonale og boksmodeller. Det gjorde det mulig å bestemme mekanismene for dannelse av gasssammensetningen i atmosfæren, vurdere intensiteten av kjemiske kilder og synker av individuelle gasser. Et viktig trekk ved dette stadiet i utviklingen av atmosfærisk kjemi er at de nye ideene som dukket opp ble testet på modeller og mye diskutert blant spesialister. Resultatene som ble oppnådd ble ofte sammenlignet med estimater fra andre vitenskapelige grupper, siden feltmålinger tydeligvis var utilstrekkelige, og nøyaktigheten var svært lav. I tillegg, for å bekrefte riktigheten av modelleringen av visse kjemiske interaksjoner, var det nødvendig å utføre komplekse målinger, når konsentrasjonene av alle deltakende reagenser ble bestemt samtidig, noe som på den tiden, og til og med nå, var praktisk talt umulig. (Inntil nå er det kun utført noen få målinger av komplekset av gasser fra Skyttelen over 2-5 dager.) Derfor gikk modellstudier i forkant av eksperimentelle, og teorien forklarte ikke så mye feltobservasjonene som bidro til deres optimale planlegging. For eksempel dukket en forbindelse som klornitrat ClONO2 først opp i modelleringsstudier og først da ble oppdaget i atmosfæren. Selv å sammenligne de tilgjengelige målingene med modellestimater var vanskelig, siden den endimensjonale modellen ikke kunne ta hensyn til horisontale luftbevegelser, og derfor ble atmosfæren antatt å være horisontalt homogen, og de oppnådde modellresultatene tilsvarte en eller annen gjennomsnittlig global tilstand. Men i virkeligheten er sammensetningen av luften over industriområdene i Europa eller USA veldig forskjellig fra sammensetningen over Australia eller over Stillehavet. Derfor avhenger resultatene av enhver feltobservasjon i stor grad av plasseringen og tidspunktet for målingene, og samsvarer selvfølgelig ikke nøyaktig med den globale gjennomsnittsverdien.
For å eliminere dette gapet i modellering, skapte forskere på 80-tallet todimensjonale modeller der, sammen med vertikal transport, også lufttransport langs meridianen ble tatt i betraktning (langs breddegradssirkelen ble atmosfæren fortsatt ansett som homogen). Opprettelsen av slike modeller var til å begynne med full av betydelige vanskeligheter.
For det første, Antall eksterne modellparametere økte kraftig: ved hver rutenettnode var det nødvendig å stille inn hastighetene for vertikal og interlatitudinell transport, temperatur og lufttetthet, etc. Mange parametere (primært de ovennevnte hastighetene) ble ikke bestemt pålitelig i eksperimenter og ble derfor valgt av kvalitative årsaker.
For det andre, Datateknologiens tilstand på den tiden hindret den fulle utviklingen av todimensjonale modeller betydelig. I motsetning til økonomiske endimensjonale og spesielt boksede modeller, krevde todimensjonale modeller betydelig mer minne og datamaskintid. Og som et resultat ble skaperne deres tvunget til å forenkle ordningene for å redegjøre for kjemiske transformasjoner i atmosfæren betydelig. Imidlertid komplekset atmosfærisk forskning, både modell og fullskala ved bruk av satellitter, gjorde det mulig å tegne et relativt harmonisk, men langt fra fullstendig, bilde av atmosfærens sammensetning, samt å etablere de viktigste årsak-og-virkning-forhold som forårsaker endringer i atmosfæren. innhold av individuelle luftkomponenter. Spesielt har tallrike studier vist at flyflyvninger i troposfæren ikke forårsaker noen betydelig skade på troposfærisk ozon, men deres oppstigning i stratosfæren ser ut til å ha negative effekter på ozonosfæren. Meningen fra de fleste eksperter om rollen til KFK var nesten enstemmig: hypotesen om Rowland og Molina er bekreftet, og disse stoffene bidrar virkelig til ødeleggelsen av stratosfærisk ozon, og den regelmessige økningen i deres industrielle produksjon er en tidsinnstilt bombe, siden nedbrytning av KFK skjer ikke umiddelbart, men etter titalls og hundrevis av år, så effekten av forurensning vil påvirke atmosfæren i svært lang tid. Dessuten, hvis de vedvarer i lang tid, kan klorfluorkarboner nå et hvilket som helst, selv det mest avsidesliggende punkt i atmosfæren, og derfor er dette en trussel på global skala. Tiden er inne for vedtatte politiske vedtak.
I 1985, med deltakelse av 44 land, ble en konvensjon for beskyttelse av ozonlaget utviklet og vedtatt i Wien, noe som stimulerte dens omfattende studie. Spørsmålet om hva man skal gjøre med CFC-er forble imidlertid fortsatt åpent. Det var umulig å la saken gå sin gang etter prinsippet «det vil løse seg selv», men det er også umulig å forby produksjonen av disse stoffene over natten uten enorm skade på økonomien. Det ser ut til at det er en enkel løsning: det er nødvendig å erstatte KFK med andre stoffer som kan utføre de samme funksjonene (for eksempel i kjøleenheter) og som samtidig er ufarlige eller i det minste mindre farlige for ozon. Men å implementere enkle løsninger er ofte svært vanskelig. Ikke bare krevde etableringen av slike stoffer og etableringen av deres produksjon enorme kapitalinvesteringer og tid, kriterier var nødvendig for å vurdere virkningen av noen av dem på atmosfæren og klimaet.
Teoretikere er tilbake i søkelyset. D. Webbles fra Livermore National Laboratory foreslo å bruke ozonnedbrytningspotensialet til dette formålet, som viste hvor mye sterkere (eller svakere) et molekyl av et erstatningsstoff påvirker atmosfærisk ozon enn et molekyl av CFCl3 (Freon-11). På den tiden var det også velkjent at temperaturen i overflateluftlaget var vesentlig avhengig av konsentrasjonen av visse gassforurensninger (de ble kalt drivhusgasser), først og fremst karbondioksid CO2, vanndamp H2O, ozon osv. KFK og mange deres potensielle substitutter. Målinger har vist at under den industrielle revolusjonen har den gjennomsnittlige årlige globale temperaturen på overflatelaget av luft økt og fortsetter å øke, og dette indikerer betydelige og ikke alltid ønskelige endringer i jordens klima. For å bringe denne situasjonen under kontroll, sammen med det ozonnedbrytende potensialet til et stoff, ble dets globale oppvarmingspotensial også vurdert. Denne indeksen indikerte hvor mye sterkere eller svakere den studerte forbindelsen påvirker lufttemperaturen enn samme mengde karbondioksid. Beregninger viste at KFK og alternative stoffer hadde svært høye globale oppvarmingspotensialer, men fordi deres atmosfæriske konsentrasjoner var mye lavere enn konsentrasjonene av CO2, H2O eller O3, forble deres totale bidrag til global oppvarming ubetydelig. Foreløpig...
Tabeller over beregnede ozonnedbrytningspotensialer og global oppvarmingspotensial for klorfluorkarboner og deres mulige erstatninger dannet grunnlaget for internasjonale beslutninger om å redusere og deretter forby produksjon og bruk av mange KFK (Montreal-protokollen fra 1987 og senere endringer). Kanskje ekspertene samlet i Montreal ikke ville ha vært så enstemmige (tross alt var artiklene i protokollen basert på "fabrikasjoner" av teoretikere som ikke ble bekreftet av naturlige eksperimenter), men en annen interessert "person" talte for å signere dette dokumentet - selve atmosfæren.
Kunngjøringen om at engelske forskere oppdaget et «ozonhull» over Antarktis på slutten av 1985 ble, ikke uten journalisters deltagelse, årets sensasjon, og verdenssamfunnets reaksjon på denne kunngjøringen kan lettest beskrives i ett kort ord. - sjokk. Det er én ting når trusselen om ødeleggelse av ozonlaget bare eksisterer i en fjern fremtid, og en annen når vi alle står overfor et fullført faktum. Verken vanlige folk, heller ikke politikere eller teoretikere var klare for dette.
Det ble raskt klart at ingen av de eksisterende modellene kunne reprodusere en så betydelig reduksjon i ozonnivået. Dette betyr at noen viktige naturfenomener enten ikke ble tatt hensyn til eller undervurdert. Snart viste feltstudier utført innenfor rammen av programmet for å studere fenomenet Antarktis at en viktig rolle i dannelsen av "ozonhullet", sammen med vanlige (gassfase) atmosfæriske reaksjoner, spilles av særegenhetene til transport av atmosfærisk luft i den antarktiske stratosfæren (dens nesten fullstendig isolasjon om vinteren fra resten av atmosfæren), så vel som på den tiden lite studerte heterogene reaksjoner (reaksjoner på overflaten av atmosfæriske aerosoler - støvpartikler, sot, isflak, vanndråper osv.). Kun ved å ta hensyn til ovennevnte faktorer gjorde det mulig å oppnå tilfredsstillende samsvar mellom modellresultater og observasjonsdata. Og leksjonene fra det antarktiske "ozonhullet" har alvorlig påvirket videre utvikling atmosfærisk kjemi.
For det første ble det gitt en skarp impuls til en detaljert studie av heterogene prosesser som skjer i henhold til lover som er forskjellige fra de som bestemmer gassfaseprosesser. For det andre var det en klar forståelse av at i et komplekst system som atmosfæren, er oppførselen til elementene avhengig av et helt kompleks av interne forbindelser. Med andre ord, innholdet av gasser i atmosfæren bestemmes ikke bare av intensiteten av kjemiske prosesser, men også av lufttemperatur, overføring av luftmasser, egenskapene til aerosolforurensning av ulike deler av atmosfæren, osv. I sin tur , strålingsoppvarming og -kjøling, som danner temperaturfeltet til stratosfærisk luft, avhenger av konsentrasjonen og distribusjonen i rommet drivhusgasser, og derfor fra atmosfæriske dynamiske prosesser. Til slutt ujevn strålingsoppvarming forskjellige belter kloden og deler av atmosfæren genererer atmosfæriske luftbevegelser og kontrollerer deres intensitet. Dermed kan unnlatelse av å ta hensyn til tilbakemeldinger i modeller være beheftet med store feil i de oppnådde resultatene (selv om, la oss merke i forbifarten, å overdrevent komplisere modellen uten et presserende behov er like upassende som å skyte kanoner mot kjente representanter for fugler) .
Hvis forholdet mellom lufttemperatur og gasssammensetningen ble tatt i betraktning i todimensjonale modeller tilbake på 80-tallet, ble bruken av tredimensjonale modeller for generell atmosfærisk sirkulasjon for å beskrive fordelingen av atmosfæriske urenheter mulig takket være databoomen først på 90-tallet. De første slike generelle sirkulasjonsmodellene ble brukt til å beskrive den romlige fordelingen av kjemisk passive stoffer - sporstoffer. Senere på grunn av utilstrekkelig tilfeldig tilgang minne I datamaskiner ble kjemiske prosesser spesifisert av bare én parameter - oppholdstiden for urenheten i atmosfæren, og først relativt nylig ble blokker av kjemiske transformasjoner fullverdige deler av tredimensjonale modeller. Selv om det fortsatt er vanskeligheter med å representere atmosfæriske kjemiske prosesser i detalj i 3D-modeller, virker de ikke lenger uoverkommelige, og de beste 3D-modellene inkluderer hundrevis av kjemiske reaksjoner, sammen med den faktiske klimatiske transporten av luft i den globale atmosfæren.
Samtidig setter den utbredte bruken av moderne modeller ikke i det hele tatt spørsmålstegn ved nytten av de enklere diskuterte ovenfor. Det er velkjent at jo mer kompleks modellen er, desto vanskeligere er det å skille "signalet" fra "modellstøyen", analysere de oppnådde resultatene, identifisere de viktigste årsak-og-virkningsmekanismene og vurdere virkningen av visse fenomener på det endelige resultatet (og derfor tilrådelig å ta dem i betraktning i modellen) . Og her tjener enklere modeller som en ideell testplass de gjør det mulig å oppnå foreløpige estimater som senere brukes i tredimensjonale modeller, for å studere nye naturfenomener før de blir inkludert i mer komplekse, osv.
Rask vitenskapelig og teknologisk fremgang har gitt opphav til flere forskningsområder, på en eller annen måte knyttet til atmosfærisk kjemi.
Satellittovervåking av atmosfæren. Da det ble etablert regelmessig påfyll av databasen fra satellitter, for de fleste av de viktigste komponentene i atmosfæren, som dekker nesten hele kloden, var det behov for å forbedre metodene for deres behandling. Dette inkluderer datafiltrering (separasjon av signal- og målefeil), og gjenoppretting av vertikale profiler av urenhetskonsentrasjoner basert på deres totale innhold i den atmosfæriske kolonnen, og datainterpolering i de områdene hvor direkte målinger er umulige av tekniske årsaker. I tillegg er satellittovervåking supplert med flyekspedisjoner som er planlagt for å løse ulike problemer, for eksempel i det tropiske Stillehavet, Nord-Atlanteren og til og med i sommerstratosfæren i Arktis.
En viktig del av moderne forskning er assimilering (assimilering) av disse databasene til modeller med varierende kompleksitet. I dette tilfellet velges parametrene basert på tilstanden for nærmeste nærhet mellom de målte og modellverdiene for urenhetsinnhold på punkter (regioner). På denne måten blir kvaliteten på modellene kontrollert, samt ekstrapolering av målte verdier utover regioner og måleperioder.
Estimering av konsentrasjoner av kortlivede atmosfæriske miljøgifter. Atmosfæriske radikaler, som spiller en nøkkelrolle i atmosfærisk kjemi, som hydroksyl OH, perhydroksyl HO2, nitrogenoksid NO, atomært oksygen i eksitert tilstand O (1D), etc., har den største kjemiske reaktiviteten og derfor svært liten ( flere sekunder eller minutter ) "levetid" i atmosfæren. Derfor er måling av slike radikaler ekstremt vanskelig, og rekonstruksjonen av innholdet i luften utføres ofte ved å bruke modellforhold mellom de kjemiske kildene og synkene til disse radikalene. I lang tid intensiteten til kilder og synker ble beregnet fra modelldata. Med ankomsten av passende målinger ble det mulig å rekonstruere radikale konsentrasjoner basert på dem, samtidig som modeller ble forbedret og informasjon om gasssammensetningen i atmosfæren utvidet.
Rekonstruksjon av gasssammensetningen i atmosfæren i den førindustrielle perioden og tidligere epoker av jorden. Takket være målinger i iskjerner i Antarktis og Grønland, hvis alder varierer fra hundrevis til hundretusenvis av år, har konsentrasjonene av karbondioksid, lystgass, metan, karbonmonoksid, samt temperaturen på den tiden, blitt kjent. . En modellrekonstruksjon av atmosfærens tilstand i disse epoker og sammenligningen med den nåværende gjør det mulig å spore utviklingen av jordens atmosfære og vurdere graden av menneskelig påvirkning på det naturlige miljøet.
Vurdering av intensiteten til kildene til de viktigste luftkomponentene. Systematiske målinger av innholdet av gasser i overflateluften, som metan, karbonmonoksid og nitrogenoksider, ble grunnlaget for å løse det omvendte problemet: å estimere mengden av utslipp av gasser fra bakkekilder til atmosfæren basert på deres kjente konsentrasjoner . Dessverre er bare en oversikt over de skyldige i den universelle oppstyret - KFK - en relativt enkel oppgave, siden nesten alle disse stoffene ikke har naturlige kilder og deres totale mengde som kommer inn i atmosfæren er begrenset av volumet av produksjonen deres. De resterende gassene har forskjellige og sammenlignbare kraftkilder. Kilden til metan er for eksempel vannfylte områder, sumper, oljebrønner, kullgruver; denne forbindelsen skilles ut av termittkolonier og er til og med et avfallsprodukt fra storfe. Karbonmonoksid kommer inn i atmosfæren som en del av eksosgasser, som et resultat av drivstoffforbrenning, så vel som under oksidasjon av metan og mange andre organiske forbindelser. Direkte målinger av utslipp av disse gassene er vanskelige, men det er utviklet teknikker for å gi estimater av globale kilder til forurensende gasser, hvor usikkerheten har blitt betydelig redusert de siste årene, selv om den fortsatt er stor.
Forutsi endringer i sammensetningen av jordens atmosfære og klima Tatt i betraktning trender - trender i innholdet av atmosfæriske gasser, vurderinger av deres kilder, vekstrater for jordens befolkning, økningshastigheten i produksjonen av alle typer energi, etc. - spesielle grupper av eksperter oppretter og justerer kontinuerlig scenarier for sannsynlige atmosfærisk forurensning i de neste 10, 30, 100 årene. Basert på dem er mulige endringer i gasssammensetning, temperatur og atmosfærisk sirkulasjon forutsagt ved hjelp av modeller. På denne måten er det mulig å oppdage ugunstige trender i atmosfærens tilstand på forhånd, og du kan prøve å eliminere dem. Antarktissjokket i 1985 må ikke gjentas.
Fenomenet atmosfærens drivhuseffekt
De siste årene har det blitt klart klart at analogien mellom et vanlig drivhus og atmosfærens drivhuseffekt ikke er helt riktig. På slutten av forrige århundre viste den berømte amerikanske fysikeren Wood, etter å ha erstattet vanlig glass med kvartsglass i en laboratoriemodell av et drivhus og uten å finne noen endringer i drivhusets funksjon, at problemet ikke ligger i forsinkelsen av termisk stråling av jorda av glass som overfører solstråling, glassets rolle i dette I dette tilfellet består det kun i å «kutte av» den turbulente varmevekslingen mellom jordoverflaten og atmosfæren.
Atmosfærens drivhuseffekt (drivhuseffekt) er dens evne til å overføre solstråling, men beholde terrestrisk stråling, noe som fremmer akkumulering av varme fra jorden. Jordas atmosfære overfører kortbølget solstråling relativt godt, som nesten fullstendig absorberes av jordoverflaten. Oppvarming på grunn av absorpsjon av solstråling, blir jordoverflaten en kilde for terrestrisk, hovedsakelig langbølget, stråling, hvorav en del går ut i verdensrommet.
Effekt av økende CO2-konsentrasjon
Forskere og forskere fortsetter å krangle om sammensetningen av såkalte klimagasser. Den største interessen i denne forbindelse er effekten av økende konsentrasjoner av karbondioksid (CO2) på atmosfærens drivhuseffekt. Det antydes at den velkjente ordningen: "en økning i karbondioksidkonsentrasjonen forsterker drivhuseffekten, som fører til oppvarming av det globale klimaet" er ekstremt forenklet og veldig langt fra virkeligheten, siden den viktigste "drivhusgassen" ikke er CO2 i det hele tatt, men vanndamp. Samtidig er det forbehold om at konsentrasjonen av vanndamp i atmosfæren kun bestemmes av parametrene til klimasystem, i dag tåler ikke lenger kritikk, siden den menneskeskapte påvirkningen på den globale vannsyklusen er overbevisende bevist.
Som vitenskapelige hypoteser trekker vi frem følgende konsekvenser av den kommende drivhuseffekten. For det første, I følge de vanligste estimatene vil innholdet av atmosfærisk CO2 fordobles innen slutten av det 21. århundre, noe som uunngåelig vil føre til en økning i den gjennomsnittlige globale overflatetemperaturen med 3 - 5 o C. Samtidig forventes en oppvarming å resultere i tørrere somre på de tempererte breddegrader på den nordlige halvkule.
For det andre, Det antas at en slik økning i den gjennomsnittlige globale overflatetemperaturen vil føre til en økning i nivået på verdenshavet med 20 - 165 centimeter på grunn av den termiske utvidelsen av vann. Når det gjelder isdekket i Antarktis, er ødeleggelsen ikke uunngåelig, siden smelting krever mer høye temperaturer. Uansett vil prosessen med å smelte Antarktis is ta svært lang tid.
Tredje, Atmosfæriske CO2-konsentrasjoner kan ha svært gunstige effekter på avlingene. Resultatene av forsøkene lar oss anta at under forhold med en progressiv økning i CO2-innhold i luften, vil naturlig og dyrket vegetasjon nå en optimal tilstand; Bladoverflaten til planter vil øke, egenvekten til bladenes tørrstoff vil øke, gjennomsnittsstørrelsen på frukt og antall frø vil øke, modningen av korn vil akselerere, og utbyttet vil øke.
For det fjerde På høye breddegrader kan naturskoger, spesielt boreale skoger, være svært følsomme for temperaturendringer. Oppvarming kan føre til en kraftig reduksjon i arealet av boreale skoger, samt til en forskyvning av deres grense mot nord, vil trolig skog i tropene og subtropene være mer følsomme for endringer i nedbør enn temperatur.
Lysenergi fra solen trenger gjennom atmosfæren, absorberes av jordoverflaten og varmer den opp. I dette tilfellet blir lysenergi til varme, som frigjøres i form av infrarød eller termisk stråling. Denne infrarøde strålingen, reflektert fra jordoverflaten, absorberes av karbondioksid, mens den varmer seg selv og varmer opp atmosfæren. Dette betyr at jo mer karbondioksid i atmosfæren, jo sterkere påvirker det klimaet på planeten. Det samme skjer i drivhus, og derfor kalles dette fenomenet drivhuseffekten.
Hvis de såkalte drivhusgassene fortsetter å strømme med nåværende hastighet, vil gjennomsnittstemperaturen på jorden i det neste århundre øke med 4 - 5 o C, noe som kan føre til global oppvarming av planeten.
Konklusjon
Å endre holdningen til naturen betyr ikke at du bør forlate teknologiske fremskritt. Å stoppe det vil ikke løse problemet, men kan bare forsinke løsningen. Det er nødvendig å vedvarende og tålmodig strebe for å redusere utslippene gjennom innføring av nye miljøteknologier for å spare råvarer, energiforbruk og øke antall plantinger, utføre pedagogiske aktiviteter angående befolkningens økologiske verdensbilde.
For eksempel, i USA, ligger et av foretakene for produksjon av syntetisk gummi ved siden av boligområder, og dette forårsaker ikke protest fra innbyggerne, fordi miljøvennlige teknologiske ordninger fungerer, som tidligere, med gammel teknologi, var ikke veldig rent.
Dette betyr at vi trenger et strengt utvalg av teknologier som oppfyller de strengeste kriteriene, og moderne lovende teknologier vil tillate oss å oppnå et høyt nivå av miljøvennlig produksjon i alle sektorer av industri og transport, samt øke antall plantede grønne områder; i industrisoner og byer.
De siste årene har eksperimentet tatt den ledende posisjonen i utviklingen av atmosfærisk kjemi, og teoriens plass er det samme som i klassiske, respektable vitenskaper. Men det er fortsatt områder hvor teoretisk forskning fortsatt er en prioritet: for eksempel er det bare modelleksperimenter som er i stand til å forutsi endringer i atmosfærens sammensetning eller vurdere effektiviteten av restriktive tiltak implementert innenfor rammen av Montreal-protokollen. Med utgangspunkt i løsningen av et viktig, men privat problem, dekker i dag atmosfærisk kjemi, i samarbeid med beslektede disipliner, hele det komplekse spekteret av problemer i studiet og beskyttelsen av miljøet. Kanskje vi kan si at de første årene av utviklingen av atmosfærisk kjemi gikk under mottoet: "Ikke kom for sent!" Startrushet er over, løpeturen fortsetter.
Bakke-luftmiljøet er preget av et stort utvalg av levekår, økologiske nisjer og organismer som bor i dem. Det skal bemerkes at organismer spiller en primær rolle i å forme forholdene til livets land-luft-miljø, og fremfor alt gasssammensetningen i atmosfæren. Nesten alt oksygenet i jordens atmosfære er av biogen opprinnelse.
Hovedtrekkene i bakke-luft-miljøet er den store amplituden av endringer i miljøfaktorer, heterogeniteten til miljøet, virkningen av gravitasjonskrefter og lav lufttetthet. Et kompleks av fysisk-geografiske og klimatiske faktorer som er karakteristiske for en viss naturlig sone, fører til den evolusjonære dannelsen av morfofysiologiske tilpasninger av organismer til livet under disse forholdene, et mangfold av livsformer.
Atmosfærisk luft er preget av lav og variabel luftfuktighet. Denne omstendigheten begrenset (begrenset) i stor grad mulighetene for å mestre bakke-luft-miljøet, og ledet også utviklingen av vann-saltmetabolismen og strukturen til luftveisorganene.
Luftsammensetning. En av de viktigste abiotiske faktorene i det terrestriske (luft) habitatet er sammensetningen av luften, en naturlig blanding av gasser som utviklet seg under jordens utvikling. Sammensetningen av luft i den moderne atmosfæren er i en tilstand av dynamisk likevekt, avhengig av den vitale aktiviteten til levende organismer og geokjemiske fenomener på global skala.
Luft, blottet for fuktighet og suspenderte partikler, har nesten samme sammensetning ved havnivå i alle områder av kloden, så vel som gjennom dagen og på forskjellige perioder av året. Imidlertid, i forskjellige epoker av planetens eksistens, var sammensetningen av luften annerledes. Det antas at innholdet av karbondioksid og oksygen endret seg mest (fig. 3.7). Rollen til oksygen og karbondioksid er vist i detalj i Sect. 2.2.
Nitrogen, tilstede i den atmosfæriske luften i størst mengde, i gassform, er nøytralt for de aller fleste organismer, spesielt dyr. Bare for en rekke mikroorganismer (knutebakterier, azotobacter, blågrønnalger osv.) fungerer luftnitrogen som en vital aktivitetsfaktor. Disse mikroorganismene assimilerer molekylært nitrogen, og etter død og mineralisering forsyner de høyere planter tilgjengelige former for dette kjemiske elementet.
Tilstedeværelsen i luften av andre gassformige stoffer eller aerosoler (faste eller flytende partikler suspendert i luften) i merkbare mengder endrer de vanlige miljøforholdene og påvirker levende organismer.
2.2. Tilpasninger av terrestriske organismer til miljøet
Aeroplankton (anemokori).
Planter: vindpollinering, stengelstruktur, former på bladblader, typer blomsterstander, farge, størrelse.
Dannelse av flaggformer av trær. Rotsystem.
Dyr: pust, kroppsform, integument, atferdsreaksjoner.
Jord som medium
Jord er et resultat av aktiviteten til levende organismer. Organismene som befolket jord-luft-miljøet førte til fremveksten av jord som et unikt habitat. Jorden er komplekst system, inkludert fast fase (mineralpartikler), flytende fase (jordfuktighet) og gassfase. Forholdet mellom disse tre fasene bestemmer egenskapene til jorda som livsmiljø.
Et viktig trekk ved jorda er også tilstedeværelsen av en viss mengde organisk materiale. Det dannes som et resultat av organismers død og er en del av deres ekskrementer (sekreter).
Forholdene til jordhabitatet bestemmer slike egenskaper til jorda som dens lufting (det vil si luftmetning), fuktighet (tilstedeværelse av fuktighet), varmekapasitet og termisk regime (daglige, sesongmessige, årlige temperaturvariasjoner). Det termiske regimet, sammenlignet med bakke-luft-miljøet, er mer konservativt, spesielt på store dyp. Generelt har jorda ganske stabile levekår.
Vertikale forskjeller er også karakteristiske for andre jordegenskaper, for eksempel avhenger lysinntrengning naturlig av dybden.
Mange forfattere noterer seg den mellomliggende posisjonen til livets jordmiljø mellom vann- og land-luftmiljøene. Jord kan huse organismer som har både akvatisk og luftbåren respirasjon. Den vertikale gradienten av lysinntrengning i jord er enda mer uttalt enn i vann. Mikroorganismer finnes i hele jordens tykkelse, og planter (først og fremst rotsystemer) er knyttet til ytre horisonter.
Jordorganismer er preget av spesifikke organer og typer bevegelse (gravende lemmer hos pattedyr; evnen til å endre kroppstykkelse; tilstedeværelsen av spesialiserte hodekapsler hos noen arter); kroppsform (rund, vulkansk, ormeformet); holdbare og fleksible deksler; reduksjon av øyne og forsvinning av pigmenter. Blant jordinnbyggere er saprofagi mye utviklet - å spise likene til andre dyr, råtnende rester, etc.
Jordsammensetning. Jord er et lag av stoffer som ligger på overflaten av jordskorpen. Det er et produkt av fysisk, kjemisk og biologisk transformasjon av bergarter (fig. 3.8) og er et trefaset medium, inkludert faste, flytende og gassformige komponenter i følgende forhold (i%):
mineralbase er vanligvis 50-60% av den totale sammensetningen
organisk materiale........................ opptil 10
vann................................................. ..... 25-35
luft................................................. .15-25
I dette tilfellet anses jord blant andre abiotiske faktorer, selv om det faktisk er den viktigste koblingen som forbinder abiotiske og biotiske faktorer i miljøet.
Mineral uorganisk sammensetning p.o. Berg under påvirkning av kjemiske og fysiske faktorer naturlige omgivelser blir gradvis ødelagt. De resulterende delene varierer i størrelse - fra kampesteiner og steiner til store sandkorn og bittesmå partikler av leire. De mekaniske og kjemiske egenskapene til jord avhenger hovedsakelig av fin jord (partikler mindre enn 2 mm), som vanligvis deles avhengig av størrelse 8 (i mikron) i følgende systemer:
sand........................................ 5 = 60-2000
silt (noen ganger kalt "støv") 5 = 2-60
leire.. ".............................................. 8 mindre enn 2
Jordens struktur bestemmes av det relative innholdet av sand, silt og leire i den og er vanligvis illustrert med et diagram - "jordstrukturtrekanten" (fig. 3.9).
Betydningen av jordstruktur blir tydelig når man sammenligner egenskapene til ren sand og leire. En "ideell" jord anses å være en som inneholder like mengder leire og sand kombinert med partikler av middels størrelse. I dette tilfellet dannes en porøs, kornete struktur. De tilsvarende jordsmonnene kalles loams. De har fordelene til de to ekstreme jordtypene uten sine ulemper. De fleste av mineralkomponentene er representert i jorda av krystallinske strukturer. Sand og silt består hovedsakelig av et inert mineral, kvarts (SiO2), kalt silika.
Leirmineraler finnes for det meste i form av små flate krystaller, ofte sekskantede i form, bestående av lag av aluminiumhydroksid eller alumina (Al 2 O 3) og lag av silikater (forbindelser av silikationer SiO^" med kationer, for eksempel, aluminium Al 3+ eller jern-Fe 3+, Fe 2+).
Generelt antas det at over 50 % mineralsammensetning jord består av silika (SiO 2), 1-25 % - alumina (A1 2 O 3), 1-10 % - jernoksider (Fe 3 O 4), 0,1-5 % - oksider av magnesium, kalium, fosfor, kalsium (MgO, K20, P203, CaO). I jordbruk jord er delt inn i tung (leire) og lett (sand), som gjenspeiler mengden innsats som kreves for å dyrke jorda med landbruksredskaper. En rekke tilleggsegenskaper ved mineralsammensetningen i jorda vil bli presentert i avsnitt. 7.2.4.
Den totale vannmengden som kan holdes tilbake av jorda består av gravitasjonsvann, fysisk bundet, kapillært, kjemisk bundet og dampvann (Figur 3.10).
Tyngdekraftsvann kan fritt sive ned gjennom jorden og nå nivået grunnvann, som fører til utlekking av ulike næringsstoffer.
Fysisk bundet (hygroskopisk) vann adsorbert på jordpartikler i form av en tynn, tett bundet film. Mengden avhenger av innholdet av faste partikler. I leirjord er det mye mer slikt vann (ca. 15 % av jordvekten) enn i sandjord (ca. 0,5 %). Hygroskopisk vann er det minst tilgjengelige for planter. Kapillært vann holdt rundt jordpartikler av overflatespenningskrefter. I nærvær av trange porer eller kanaler kan kapillærvann stige opp fra grunnvannsnivået, og spille en sentral rolle i regelmessig tilførsel av fuktighet til planter. Leire holder på mer kapillært vann enn sand.
Kjemisk bundet vann og dampaktig praktisk talt utilgjengelig for plantens rotsystem.
Sammenlignet med sammensetningen av atmosfærisk luft, på grunn av respirasjonen av organismer med dybde, synker oksygeninnholdet (opptil 10%) og konsentrasjonen av karbondioksid øker (når 19%). I løpet av ett år og et døgn endrer sammensetningen av jordluft seg mye. Likevel fornyes jordluften stadig og etterfylles av atmosfærisk luft.
Vannlogging fører til at luft fortrenges av vann og forholdene blir anaerobe. Siden mikroorganismer og planterøtter fortsetter å frigjøre CO 2, som danner H 2 CO 3 med vann, bremses fornyelsen av humus og humussyrer akkumuleres. Alt dette øker surheten i jorda, som sammen med uttømming av oksygenreserver påvirker jordmikroorganismer negativt. Langvarige anaerobe forhold fører til plantedød.
Gråtonen som er karakteristisk for våtmarksjord er gitt av den reduserte formen av jern (Fe 2+), mens den oksiderte formen (Fe 3+) farger jorda gul, rød og brun.
Jordbiota.
Basert på graden av tilknytning til jorda som habitat, grupperes dyr i økologiske grupper:
Geobionter- innbyggere i jorda, som er delt inn i:
rhizobionts - dyr assosiert med røtter;
saprobionter - innbyggere av råtnende organisk materiale;
coprobionts – virvelløse dyr – innbyggere av gjødsel;
bothrobionts – borrow-innbyggere;
planofiler er dyr som har en tendens til å bevege seg ofte.
Geofile- dyr, en del av utviklingssyklusen foregår nødvendigvis i jorda. (gresshopper, mygg, en rekke biller, hymenoptera)
Geoksener– Dyr som besøker jord for midlertidig ly, ly.
Dyr som lever i jord bruker det på forskjellige måter. Små - protozoer, hjuldyr, gastrociliformes - lever i en vannfilm som omslutter jordpartikler. Dette geohydrobionter. De er små, flate eller langstrakte. De puster oksygen oppløst i vann med mangel på fuktighet, de er preget av torpor, encystment og dannelse av kokonger. De gjenværende innbyggerne puster oksygen fra luften - dette er geoatmobionts.
Jorddyr er delt inn i grupper etter størrelse:
nannofauna - dyr opptil 0,2 mm i størrelse; mikrofauna - dyr 0,1-1,0 mm i størrelse, jordmikroorganismer, bakterier, sopp, protozoer (mikro-reservoarer)
mesofauna - større enn 1,0 mm; ; nematoder, små insektlarver, midd, spretthaler.
Makrofauna - fra 2 til 20 mm insektlarver, tusenbein, enchytraeider, meitemark.
megafauna – virveldyr: spissmus.
Dyr graver seg ned.
De mest typiske innbyggerne i jordsmonnet er: protozoer, nematoder, meitemark, enchytraeider, nakne snegler og andre gastropoder, midd og edderkopper, tusenbein (bipopoder og labiopoder), insekter - voksne og deres larver (ordener spretthaler, to-hale, busthaler dipteraer, coleopterans, Hymenoptera, etc.). Pedobionts har utviklet en rekke tilpasninger til å leve i jorda, både eksternt og internt.
Bevegelse. Geohydrobionter har de samme tilpasningene for bevegelse som akvatiske innbyggere. Geoatmobionter beveger seg langs naturlige brønner og lager passasjer selv. Bevegelsen av små dyr i brønner skiller seg ikke fra bevegelse på overflaten av underlaget. Ulempen med borebrønnlivsstilen er deres høye følsomhet for uttørking av underlaget og avhengighet av jordas fysiske egenskaper. I tett og steinete jord er antallet lavt. Denne bevegelsesmetoden er typisk for små leddyr. Passasjene lages av dyr enten ved å skyve fra hverandre jordpartikler (ormer, dipteranlarver) eller ved å male jorda (typisk for larvene til mange insektarter). Dyr i den andre gruppen har ofte enheter for å skrape jord.
Morfofysiologiske tilpasninger til å leve i jord er: tap av pigment og syn hos innbyggere i dyp jord; fravær av epikutikk eller dens tilstedeværelse i visse områder av kroppen; for mange (meitemark, enchytraeider) et uøkonomisk system for å fjerne metabolske produkter fra kroppen; ulike alternativer for ekstern-intern befruktning hos en rekke innbyggere; for ormer - puste gjennom hele overflaten av kroppen.
Økologiske tilpasninger manifesteres i valg av de best egnede levekårene. Valg av naturtyper gjennomføres gjennom vertikale vandringer langs jordprofilen, skiftende naturtyper.
Generelle egenskaper. I løpet av evolusjonen ble land-luft-miljøet mestret mye senere enn vannmiljøet. Livet på land krevde tilpasninger som ble mulig først med et relativt høyt organiseringsnivå både hos planter og dyr. Et trekk ved livets land-luft-miljø er at organismene som lever her er omgitt av luft og et gassformet miljø preget av lav luftfuktighet, tetthet og trykk, og høyt oksygeninnhold. Typisk beveger dyr i dette miljøet seg på jorda (hardt underlag) og planter slår rot i det.
I bakke-luft-miljøet har driftsmiljøfaktorene en rekke karakteristiske trekk: høyere lysintensitet sammenlignet med andre miljøer, betydelige temperatursvingninger, endringer i luftfuktighet avhengig av geografisk plassering, årstid og tid på døgnet (tabell 5.3).
Tabell 5.3
Habitatforhold for luft- og vannorganismer
(ifølge D.F. Mordukhai-Boltovsky, 1974)
|
Forhold et habitat |
Betydningen av forhold for organismer |
|
|
luftmiljø |
vannmiljø |
|
|
Luftfuktighet |
Veldig viktig (ofte mangelvare) |
Har ikke (alltid i overkant) |
|
Tetthet |
Mindre (unntatt jord) |
Stor i forhold til dens rolle for luftens innbyggere |
|
Press |
Nesten ingen |
Stor (kan nå 1000 atmosfærer) |
|
Temperatur |
Betydelig (varierer innenfor svært vide grenser (fra -80 til +100 °C og mer) |
Mindre enn verdien for luftens innbyggere (varierer mye mindre, vanligvis fra -2 til +40°C) |
|
Oksygen |
Ikke-essensielt (for det meste i overkant) |
Viktig (ofte mangelvare) |
|
Vektet stoffer |
Uviktig; |
ikke brukt til mat (hovedsakelig mineraler) |
|
Viktig (matkilde, spesielt organisk materiale) |
Oppløste stoffer i miljøet |
Viktig (visse mengder kreves) |
Virkningen av de ovennevnte faktorene er uløselig knyttet til bevegelsen av luftmasser - vind. I evolusjonsprosessen har levende organismer i land-luft-miljøet utviklet karakteristiske anatomiske, morfologiske, fysiologiske, atferdsmessige og andre tilpasninger. For eksempel har det dukket opp organer som gir direkte absorpsjon av atmosfærisk oksygen under respirasjon (lungene og luftrøret til dyr, stomata til planter). Skjelettformasjoner (dyreskjelett, mekaniske og støttende vev av planter) har fått sterk utvikling, som støtter kroppen under forhold med lav miljøtetthet. Tilpasninger er utviklet for å beskytte mot ugunstige faktorer, som periodisitet og rytme i livssykluser, integumentets komplekse struktur, termoreguleringsmekanismer osv. Det har dannet seg en nær forbindelse med jorda (dyrelemmer, planterøtter). mobilitet av dyr på jakt etter mat har utviklet seg, og luftstrømmer har dukket opp, frø, frukt og pollen fra planter, flygende dyr.
La oss vurdere funksjonene til innvirkningen av grunnleggende miljøfaktorer på planter og dyr i livets jord-luft-miljø.
Lav lufttetthet bestemmer dens lave løftekraft og ubetydelige kontrovers. Alle innbyggere i luften er nært forbundet med jordoverflaten, som tjener dem for feste og støtte. Luftens tetthet gir ikke høy motstand mot kroppen når den beveger seg langs jordoverflaten, men det gjør det vanskelig å bevege seg vertikalt. For de fleste organismer er opphold i luften bare forbundet med å bosette seg eller lete etter byttedyr.
Luftens lave løftekraft bestemmer den maksimale massen og størrelsen til terrestriske organismer. De største dyrene på jordens overflate er mindre enn gigantene i vannmiljøet. Store pattedyr (størrelsen og massen til en moderne hval) kunne ikke leve på land, da de ville bli knust av sin egen vekt. Kjempemesozoiske dinosaurer førte en semi-akvatisk livsstil. Et annet eksempel: høye, oppreiste redwoodplanter (Sequoja sempervirens), som når 100 m, har kraftig støtteved, mens i thallien til den gigantiske brunalgen Macrocystis, som vokser opp til 50 m, er de mekaniske elementene bare svært svakt isolert i kjernen. del av thallus.
Lav lufttetthet skaper liten motstand mot bevegelse. De økologiske fordelene med denne egenskapen til luftmiljøet ble brukt av mange landdyr under evolusjonen, og fikk evnen til å fly. 75 % av alle arter av landdyr er i stand til å fly aktivt. Dette er for det meste insekter og fugler, men det er også pattedyr og krypdyr. Landdyr flyr hovedsakelig ved hjelp av muskelanstrengelser. Noen dyr kan gli ved hjelp av luftstrømmer.
På grunn av mobiliteten til luft, som eksisterer i de nedre lagene av atmosfæren, vertikal og horisontal bevegelse av luftmasser, er passiv flukt av visse typer organismer mulig, utviklet anemokori - spredning av luftstrømmer. Organismer som transporteres passivt av luftstrømmer kalles samlet flyplankton, analogt med planktoniske innbyggere i vannmiljøet. For passiv flyging langs N.M. Chernova, A.M. Bylova (1988) organismer har spesielle tilpasninger - liten kroppsstørrelse, en økning i området på grunn av utvekster, sterk delemning, en stor relativ overflate av vingene, bruk av et nett, etc.
Anemokore frø og frukter av planter har også svært små størrelser (for eksempel ildgrasfrø) eller forskjellige vingeformede (lønn Acer pseudoplatanum) og fallskjermformede (løvetann Taraxacum officinale) vedheng
Vindbestøvede planter har en rekke tilpasninger som forbedrer de aerodynamiske egenskapene til pollen. Deres florale integument er vanligvis redusert og støvbærerne er ikke beskyttet mot vinden på noen måte.
I spredningen av planter, dyr og mikroorganismer spilles hovedrollen av vertikale konvensjonelle luftstrømmer og svak vind. Stormer og orkaner har også en betydelig miljøpåvirkning på landlevende organismer. Ganske ofte, sterk vind, spesielt blåser i én retning, bøyer tregrener og stammer til lesiden og forårsaker dannelsen av flaggformede kroner.
I områder der det blåser sterk vind, er artssammensetningen til små flygende dyr vanligvis dårlig, siden de ikke er i stand til å motstå kraftige luftstrømmer. En honningbi flyr altså kun når vindstyrken er opptil 7 - 8 m/s, og bladlus flyr kun når vinden er veldig svak, ikke over 2,2 m/s. Dyr på disse stedene utvikler tette integumenter som beskytter kroppen mot avkjøling og tap av fuktighet. På oseaniske øyer med konstant sterk vind dominerer fugler og spesielt insekter, etter å ha mistet evnen til å fly, mangler de vinger, siden de som er i stand til å stige opp i luften blir blåst ut på havet av vinden og dør.
Vinden forårsaker en endring i transpirasjonsintensiteten hos planter og er spesielt uttalt under tørre vinder, som tørker ut luften og kan føre til planters død. Den økologiske hovedrollen til horisontale luftbevegelser (vind) er indirekte og består i å styrke eller svekke påvirkningen på landlevende organismer av så viktige miljøfaktorer som temperatur og fuktighet. Vind øker frigjøringen av fuktighet og varme fra dyr og planter.
Når det er vind er varme lettere å bære og frost vanskeligere, og uttørking og avkjøling av organismer skjer raskere.
Terrestriske organismer eksisterer under forhold med relativt lavt trykk, som er forårsaket av lav lufttetthet. Generelt er terrestriske organismer mer stenobatiske enn vannlevende, fordi normale trykksvingninger i miljøet utgjør brøkdeler av atmosfæren, og for de som reiser seg til store høyder, for eksempel fugler, ikke overstiger 1/3 av normalen.
Gasssammensetning av luft, som allerede diskutert tidligere, i grunnlaget av atmosfæren er det ganske homogent (oksygen - 20,9%, nitrogen - 78,1%, m.g. gasser - 1%, karbondioksid - 0,03% etter volum) på grunn av sin høye diffusjonsevne og konstante blanding ved konveksjon og vindstrømmer. Samtidig har ulike urenheter av gassformige, dråpe-væske, støv (faste) partikler som kommer inn i atmosfæren fra lokale kilder, ofte betydelig miljømessig betydning.
Oksygen er, på grunn av det konstant høye innholdet i luften, ikke en faktor som begrenser livet i det terrestriske miljøet. Det høye oksygeninnholdet bidro til en økning i stoffskiftet i terrestriske organismer, og animalsk homeothermi oppsto på grunnlag av den høye effektiviteten til oksidative prosesser. Bare på steder, under spesifikke forhold, skapes en midlertidig oksygenmangel, for eksempel i nedbrytende planteavfall, kornreserver, mel, etc.
I visse områder av overflateluftlaget kan karbondioksidinnholdet variere innenfor ganske betydelige grenser. Derfor, i fravær av vind i store industrisentre og byer, kan konsentrasjonen tidobles.
Det er regelmessige daglige endringer i innholdet av karbondioksid i grunnlagene, bestemt av plantefotosyntesens rytme (fig. 5.17).
Ris. 5.17. Daglige endringer i den vertikale profilen
CO 2 -konsentrasjoner i skogluft (fra W. Larcher, 1978)
Ved å bruke eksempelet på daglige endringer i den vertikale profilen av CO 2 -konsentrasjonen i skogluft, vises det at i løpet av dagen, på nivå med trekroner, brukes karbondioksid på fotosyntese, og i fravær av vind, en sone dårlig i CO 2 (305 ppm) dannes her, som CO kommer inn i fra atmosfære og jord (jordrespirasjon). Om natten etableres en stabil luftlagdeling med økt konsentrasjon av CO 2 i jordlaget. Sesongmessige svingninger i karbondioksid er assosiert med endringer i respirasjonshastigheten til levende organismer, for det meste jordmikroorganismer.
I høye konsentrasjoner er karbondioksid giftig, men slike konsentrasjoner er sjeldne i naturen. Lavt CO 2 innhold hemmer prosessen med fotosyntese. For å øke hastigheten på fotosyntese i praksisen med drivhus- og drivhusdrift (i lukkede grunnforhold), økes konsentrasjonen av karbondioksid ofte kunstig.
For de fleste innbyggerne i det terrestriske miljøet er luftnitrogen en inert gass, men mikroorganismer som knutebakterier, azotobakterier og clostridier har evnen til å binde den og involvere den i den biologiske syklusen.
Den viktigste moderne kilden til fysisk og kjemisk forurensning av atmosfæren er menneskeskapt: industri- og transportbedrifter, jorderosjon, etc. Således er svoveldioksid giftig for planter i konsentrasjoner fra en femti tusendel til en milliondel av luftvolumet. Lav dør når det er spor av svoveldioksid i miljøet. Derfor brukes planter som er spesielt følsomme for SO 2 ofte som indikatorer på innholdet i luften. Vanlig gran og furu, lønn, lind og bjørk er følsomme for røyk.
Lysmodus. Mengden stråling som når jordoverflaten bestemmes av områdets geografiske breddegrad, lengden på dagen, gjennomsiktigheten av atmosfæren og innfallsvinkelen til solstrålene. Under forskjellige værforhold når 42 - 70 % av solkonstanten jordens overflate. Når solstrålingen passerer gjennom atmosfæren, gjennomgår en rekke endringer, ikke bare i mengde, men også i sammensetning. Kortbølget stråling absorberes av ozonskjoldet og oksygen i luften. Infrarøde stråler absorberes i atmosfæren av vanndamp og karbondioksid. Resten når jordoverflaten i form av direkte eller diffus stråling.
Totalen av direkte og diffus solstråling varierer fra 7 til 7° av den totale strålingen, mens i overskyet dager spredt stråling er 100 %. På høye breddegrader dominerer diffus stråling, mens i tropene dominerer direkte stråling. Spredt stråling inneholder opptil 80% av gul-røde stråler ved middagstid, direkte stråling - fra 30 til 40%. På klare solskinnsdager består 45 % av solstrålingen som når jordens overflate av synlig lys(380 - 720 nm) og 45 % fra infrarød stråling. Bare 10 % kommer fra ultrafiolett stråling. Strålingsregimet er betydelig påvirket av atmosfærisk støv. På grunn av forurensningen kan belysningen i noen byer være 15 % eller mindre av belysningen utenfor byen.
Belysningen på jordens overflate varierer mye. Alt avhenger av solens høyde over horisonten eller innfallsvinkelen til solstrålene, lengden på dagen og værforholdene og atmosfærens gjennomsiktighet (fig. 5.18).
Ris. 5.18. Fordeling av solinnstråling avhengig av
Solens høyde over horisonten (A 1 - høy, A 2 - lav)
Avhengig av årstid og tid på døgnet svinger også lysintensiteten. I visse områder av jorden er lyskvaliteten også ulik, for eksempel forholdet mellom langbølget (rød) og kortbølget (blått og ultrafiolett) stråler. Kortbølgede stråler er kjent for å bli absorbert og spredt av atmosfæren mer enn langbølgede stråler. I fjellområder er det derfor alltid mer kortbølget solstråling.
Trær, busker og plantevekster skygger området og skaper et spesielt mikroklima som svekker stråling (fig. 5.19).
Ris. 5.19. Strålingsdempning:
A - i en sjelden furuskog; B - i maisavlinger Av den innkommende fotosyntetisk aktive strålingen reflekteres 6-12 % (R) fra overflaten av plantingen
Dermed varierer ikke bare intensiteten av stråling i forskjellige habitater, men også dens spektral sammensetning, varighet av belysning av planter, romlig og tidsmessig fordeling av lys med forskjellige intensiteter, etc. Følgelig varierer også tilpasningene av organismer til liv i et terrestrisk miljø under ett eller annet lysregime. Som vi bemerket tidligere, i forhold til lys er det tre hovedgrupper av planter: lyselskende(heliofytter), skygge-elskende(sciofytter) og skyggetolerant. Lyselskende og skyggeelskende planter er forskjellige i posisjonen til deres økologiske optimum.
I lyselskende planter ligger den i området med fullt sollys. Sterk skyggelegging har en deprimerende effekt på dem. Dette er planter av åpne landområder eller godt opplyste steppe- og enggress (øverste sjikt av gressbestanden), steinlav, tidlig vårs urteplanter av løvskog, de fleste kulturplanter av åpen mark og ugress, etc. Skygge- kjærlige planter har et optimum i området med lite lys og tåler ikke sterkt lys. Dette er hovedsakelig de nedre skyggelagte lagene av komplekse plantesamfunn, der skyggelegging er et resultat av "oppfanging" av lys av høyere planter og medbeboere. Dette inkluderer mange innendørs- og drivhusplanter. For det meste kommer disse fra urteaktig dekke eller epifyttflora i tropiske skoger.
Den økologiske kurven for forholdet til lys i skyggetolerante planter er noe asymmetrisk, siden de vokser og utvikler seg bedre i fullt lys, men tilpasser seg godt til lite lys. De er en vanlig og svært fleksibel plantegruppe i terrestriske miljøer.
Planter i det terrestriske luftmiljøet har utviklet tilpasninger til ulike lysforhold: anatomisk-morfologisk, fysiologisk, etc.
Et tydelig eksempel på anatomiske og morfologiske tilpasninger er en endring i ytre utseende under forskjellige lysforhold, for eksempel ulik størrelse på bladblader hos planter relatert i systematisk posisjon, men lever i forskjellig belysning (engklokke - Campanula patula og skog - C . trachelium, åkerfiol - Viola arvensis, vokser i åker, enger, skogkanter og skogfioler - V. mirabilis), fig. 5.20.
Ris. 5.20. Fordeling av bladstørrelser avhengig av forhold
plantehabitater: fra vått til tørt og fra skyggefullt til solrikt
Merk. Det skraverte området tilsvarer forhold som råder i naturen
Under forhold med overskudd og mangel på lys varierer det romlige arrangementet av bladblader i planter betydelig. I heliofyttplanter er bladene orientert for å redusere tilstrømningen av stråling i løpet av de mest "farlige" dagtimer. Bladbladene er plassert vertikalt eller i stor vinkel mot horisontalplanet, så på dagtid mottar bladene stort sett glidende stråler (fig. 5.21).
Dette er spesielt uttalt i mange steppeplanter. En interessant tilpasning til svekkelsen av den mottatte strålingen er i de såkalte "kompass"-plantene (villsalat - Lactuca serriola, etc.). Bladene av villsalat ligger i samme plan, orientert fra nord til sør, og ved middagstid er strålingens ankomst til bladoverflaten minimal.
I skyggetolerante planter er bladene arrangert slik at de mottar maksimal mengde innfallende stråling.
Ris. 5.21. Mottak av direkte (S) og diffus (D) solstråling til planter med horisontale (A), vertikale (B) og forskjellig orienterte (C) blader (ifølge I. A. Shulgin, 1967)
1,2 - blader med forskjellige helningsvinkler; S 1, S 2 - direkte stråling som når dem; Stot - dets totale inntak til planten
Ofte er skyggetolerante planter i stand til beskyttende bevegelser: endre posisjonen til bladbladene når de utsettes for sterkt lys. Områder med gressdekke med foldede oksalisblader sammenfaller relativt nøyaktig med plasseringen av store solflammer. En rekke adaptive funksjoner kan noteres i strukturen til bladet som hovedmottakeren av solstråling. For eksempel, i mange heliofytter, hjelper bladoverflaten med å reflektere sollys (skinnende - i laurbær, dekket med et lett hårete belegg - i kaktus, euphorbia) eller svekke effekten deres (tykk kutikula, tett pubescens). Bladets indre struktur er preget av kraftig utvikling av palisadevev og tilstedeværelsen av et stort antall små og lette kloroplaster (fig. 5.22).
En av de beskyttende reaksjonene til kloroplaster på overflødig lys er deres evne til å endre orientering og bevege seg inne i cellen, noe som tydelig kommer til uttrykk i lette planter.
I sterkt lys inntar kloroplaster en veggposisjon i cellen og blir en "kant" i retning av strålene. Ved lite lys er de spredt diffust i cellen eller samler seg i dens nedre del.
Ris. 5.22. Ulike størrelser på kloroplaster i skyggetolerante planter
(A) og lyselskende (B) planter:
1 - barlind; 2- lerk; 3 - hov; 4 - spring clearweed (Ifølge T.K. Goryshina, E.G. Spring, 1978)
Fysiologiske tilpasninger planter til lysforholdene i bakken-luft-miljøet dekker ulike vitale funksjoner. Det er fastslått at hos lyselskende planter reagerer vekstprosesser mer følsomt på mangel på lys sammenlignet med skyggefulle planter. Som et resultat er det en økt forlengelse av stilkene, noe som hjelper plantene å bryte gjennom til lyset og inn i de øvre lagene av plantesamfunn.
De viktigste fysiologiske tilpasningene til lys ligger i området for fotosyntese. Generelt uttrykkes endringen i fotosyntese avhengig av lysintensiteten ved "fotosynteselyskurven." Følgende parametere er av økologisk betydning (fig. 5.23).
1. Skjæringspunktet for kurven med ordinataksen (fig. 5.23, EN) tilsvarer størrelsen og retningen på gassutvekslingen i planter i fullstendig mørke: fotosyntese er fraværende, respirasjon finner sted (ikke absorpsjon, men frigjøring av CO 2), derfor ligger punkt a under x-aksen.
2. Skjæringspunktet mellom lyskurven og abscisseaksen (fig. 5.23, b) karakteriserer "kompensasjonspunktet", dvs. lysintensiteten ved hvilken fotosyntese (CO 2 absorpsjon) balanserer respirasjonen (CO 2 frigjøring).
3. Intensiteten til fotosyntesen med økende lys øker bare opp til en viss grense, og forblir deretter konstant - lyskurven for fotosyntesen når et "metningsplatå".
Ris. 5.23. Fotosyntese lyskurver:
A - generelt diagram; B - kurver for lyselskende (1) og skyggetolerante (2) planter
I fig. 5.23 er bøyningsområdet konvensjonelt betegnet med en jevn kurve, hvis brudd tilsvarer et punkt V. Projeksjonen av punkt c på x-aksen (punkt d) karakteriserer den "mettede" lysintensiteten, dvs. verdien over hvilken lys ikke lenger øker intensiteten til fotosyntesen. Projeksjon på ordinataksen (punkt d) tilsvarer den høyeste intensiteten av fotosyntese for en gitt art i et gitt bakke-luft-miljø.
4. Et viktig kjennetegn ved lyskurven er helningsvinkelen (a) til abscissen, som reflekterer graden av økning i fotosyntese med økende stråling (i området med relativt lav lysintensitet).
Planter viser sesongmessig dynamikk i deres respons på lys. Således, i den hårete siren (Carex pilosa), tidlig på våren i skogen, har de nyoppståtte bladene et platå med lysmetning av fotosyntese ved 20 - 25 tusen lux med sommerskygge hos disse samme artene, avhengighetens kurver av fotosyntese på lys blir tilsvarende "skygge"-parametrene, t Det vil si at bladene får evnen til å bruke svakt lys mer effektivt, etter å ha overvintret under baldakinen til en bladløs vårskog, igjen viser "lyset"; trekk ved fotosyntesen.
En særegen form for fysiologisk tilpasning under skarp mangel på lys er tapet av plantens evne til å fotosyntetisere og overgangen til heterotrof ernæring med ferdige organiske stoffer. Noen ganger ble en slik overgang irreversibel på grunn av tap av klorofyll av planter, for eksempel orkideer av skyggefulle granskoger (Goodyera repens, Weottia nidus avis), orkideer (Monotropa hypopitys). De lever av dødt organisk materiale hentet fra trær og andre planter. Denne ernæringsmetoden kalles saprofytisk, og planter kalles saprofytter.
For de aller fleste landdyr med dag- og nattaktivitet er syn en av orienteringsmetodene og viktig for å lete etter byttedyr. Mange dyrearter har også fargesyn. I denne forbindelse utviklet dyr, spesielt ofre, adaptive egenskaper. Disse inkluderer beskyttende, kamuflasje- og advarselsfarging, beskyttende likhet, mimikk, etc. Utseendet til fargerike blomster av høyere planter er også assosiert med egenskapene til det visuelle apparatet til pollinatorer og, til syvende og sist, med lysregimet til miljøet.
Vannmodus. Fuktighetsmangel er en av de viktigste egenskapene til livets land-luft-miljø. Utviklingen av landlevende organismer skjedde gjennom tilpasning til å skaffe og bevare fuktighet. Fuktighetsregimene i miljøet på land er varierte - fra fullstendig og konstant metning av luften med vanndamp, der flere tusen millimeter nedbør faller per år (regioner med ekvatorial- og monsun-tropisk klima) til deres nesten fullstendige fravær i det tørre. luft av ørkener. I tropiske ørkener er den gjennomsnittlige årlige nedbøren mindre enn 100 mm per år, og samtidig faller det ikke regn hvert år.
Den årlige nedbørsmengden gjør det ikke alltid mulig å vurdere vanntilførselen til organismer, siden samme mengde kan karakterisere et ørkenklima (i subtropene) og et svært fuktig klima (i Arktis). En viktig rolle spilles av forholdet mellom nedbør og fordampning (total årlig fordampning fra den frie vannoverflaten), som også varierer i forskjellige regioner på kloden. Områder hvor denne verdien overstiger den årlige nedbørsmengden kalles tørt(tørr, tørr). Her opplever for eksempel planter mangel på fuktighet i det meste av vekstsesongen. Områder der planter er forsynt med fuktighet kalles fuktig, eller våt. Overgangssoner blir ofte identifisert - halvtørr(semiarid).
Vegetasjonens avhengighet av gjennomsnittlig årlig nedbør og temperatur er vist i fig. 5.24.
Ris. 5.24. Vegetasjonens avhengighet av gjennomsnittlig årlig
nedbør og temperatur:
1 - tropisk skog; 2 - løvskog; 3 - steppe;
4 - ørken; 5 - barskog; 6 - arktisk og fjelltundra
Vannforsyningen til landlevende organismer avhenger av nedbørsregimet, tilstedeværelsen av reservoarer, jordfuktighetsreserver, nærhet til grunnvann etc. Dette har bidratt til utviklingen av mange tilpasninger hos landlevende organismer til ulike vannforsyningsregimer.
I fig. Figur 5.25 fra venstre til høyre viser overgangen fra lavere alger som lever i vann med celler uten vakuoler til primære poikilohydriske terrestriske alger, dannelsen av vakuoler i vanngrønt og karofytter, overgangen fra thallofytter med vakuoler til homohydriske kormofytter (fordelingen av moser - hydrofytter er fortsatt begrenset til habitater med høy luftfuktighet, i tørre habitater blir moser sekundær poikilohydriske); blant bregner og angiospermer (men ikke blant gymnospermer) er det også sekundære poikilohydriske former. De fleste bladplanter er homohydriske på grunn av tilstedeværelsen av kutikulær beskyttelse mot transpirasjon og sterk vakuolering av cellene deres. Det skal bemerkes at xerofilisitet til dyr og planter kun er karakteristisk for bakken-luft-miljøet.
Ris. 5,25. Tilpasning av plantevannmetabolisme til terrestrisk
livsstil (fra V. Larcher, 1978)
Nedbør (regn, hagl, snø), i tillegg til å gi vann og skape fuktighetsreserver, spiller ofte en annen rolle økologisk rolle. For eksempel ved kraftig regn har ikke jorda tid til å absorbere fuktighet, vannet renner raskt i sterke bekker og fører ofte svakt rotfestede planter, smådyr og fruktbar jord ut i innsjøer og elver. På flommarker kan regn forårsake flom og dermed ha uheldige effekter på plantene og dyrene som lever der. På periodisk oversvømmede steder dannes en unik flomfauna og flora.
Hagl har også en negativ effekt på planter og dyr. Landbruksavlinger på individuelle felt blir noen ganger fullstendig ødelagt av denne naturkatastrofen.
Snødekkets økologiske rolle er mangfoldig. For planter hvis fornyelsesknopper er plassert i jorda eller nær overflaten, og for mange små dyr, spiller snø rollen som et varmeisolerende dekke, og beskytter dem mot lave vintertemperaturer. Når frosten er over -14°C under et snølag på 20 cm, faller ikke jordtemperaturen under 0,2°C. Dyp snødekke beskytter de grønne delene av planter mot frysing, som Veronica officinalis, hovgress osv., som går under snøen uten å kaste bladene. Små landdyr fører en aktiv livsstil om vinteren, og skaper mange gallerier med passasjer under snøen og i dens tykkelse. I nærvær av forsterket mat kan gnagere (skog- og gulstrupemus, en rekke voler, vannrotter osv.) yngle der i snørike vintre. Under streng frost skjuler hasselryper, rapphøns og orrfugl seg under snøen.
Vintersnødekke hindrer ofte store dyr i å skaffe seg mat og bevege seg, spesielt når det dannes en isskorpe på overflaten. Dermed overvinner elg (Alces alces) fritt et snølag på opptil 50 cm dyp, men dette er utilgjengelig for mindre dyr. Ofte under snørike vintre observeres død av rådyr og villsvin.
Store snømengder har også negativ innvirkning på planter. I tillegg til mekaniske skader i form av snøflis eller snøfreser, kan et tykt snølag føre til fukting av planter, og når snøen smelter, spesielt i en lang vår, til bløtlegging av planter.
Fra lave temperaturer Når det oppstår sterk vind i vintre med lite snø, lider planter og dyr. I år med lite snø dør altså muselignende gnagere, føflekker og andre smådyr. På samme tid, på breddegrader der nedbøren faller i form av snø om vinteren, har planter og dyr historisk tilpasset seg livet i snøen eller på overflaten, og utviklet ulike anatomiske, morfologiske, fysiologiske, atferdsmessige og andre egenskaper. For eksempel, hos noen dyr øker støtteoverflaten på bena deres om vinteren ved å overgro dem med grovt hår (fig. 5.26), fjær og kåte skjær.
Andre migrerer eller faller inn i en inaktiv tilstand - søvn, dvalemodus, diapause. En rekke dyr går over til å fôre på visse typer fôr.
Hvitheten i snødekket avslører mørke dyr. Den sesongmessige fargeendringen hos rype- og tundrarapphøne, hermelin (fig. 5.27), fjellhare, vesel og fjellrev er utvilsomt assosiert med valg for kamuflasje for å matche bakgrunnsfargen.
Nedbør, i tillegg til dens direkte innvirkning på organismer, bestemmer en eller annen luftfuktighet, som, som allerede nevnt, spiller en viktig rolle i livet til planter og dyr, da det påvirker intensiteten av vannmetabolismen deres. Fordampning fra overflaten av dyrekroppen og transpirasjon i planter er mer intens, jo mindre luften er mettet med vanndamp.
Absorpsjon av de overjordiske delene av dråpe-væske-fuktighet som faller i form av regn, så vel som dampfuktighet fra luften, i høyere planter finnes i epifytter av tropiske skoger, som absorberer fuktighet over hele overflaten av bladene og luftrøtter. Greinene til noen busker og trær, for eksempel saxauls - Halaxylon persicum, H. aphyllum, kan absorbere dampaktig fuktighet fra luften. Hos høyere sporeplanter og spesielt lavere planter er absorpsjon av fuktighet av overjordiske deler en vanlig metode for vannnæring (moser, lav osv.). Med mangel på fuktighet er moser og lav i stand til å overleve lenge i en tilstand nær lufttørr, og faller inn i suspendert animasjon. Men så snart det regner, absorberer disse plantene raskt fuktighet med alle jorddeler, får mykhet, gjenoppretter turgor og gjenopptar prosessene med fotosyntese og vekst.
I planter i svært fuktige terrestriske habitater er det ofte behov for å fjerne overflødig fuktighet. Som regel skjer dette når jorda er godt oppvarmet og røttene aktivt absorberer vann, og det er ingen transpirasjon (om morgenen eller under tåke, når luftfuktigheten er 100%).
Overflødig fuktighet fjernes ved guttasjon - dette er frigjøring av vann gjennom spesielle utskillelsesceller plassert langs kanten eller på spissen av bladet (fig. 5.28).
Ris. 5,28. Typer guttering i forskjellige planter
(ifølge A.M. Grodzinsky, 1965):
1 - for frokostblandinger, 2 - for jordbær, 3 - for tulipaner, 4 - for milkweeds,
5 - i Bellevalia Sarmatian, 6 - i kløver
Ikke bare hygrofytter, men også mange mesofytter er i stand til guttasjon. For eksempel, i de ukrainske steppene, ble guttering funnet i mer enn halvparten av alle plantearter. Mange enggress fukter så mye at de fukter jordoverflaten. Slik tilpasser dyr og planter seg årstidsfordelingen av nedbør, mengde og natur. Dette bestemmer sammensetningen av planter og dyr, tidspunktet for visse faser i deres utviklingssyklus.
Fuktigheten påvirkes også av kondensering av vanndamp, som ofte oppstår i luftens overflatelag når temperaturen endres. Dugg vises når temperaturen synker om kvelden. Ofte faller dugg i slike mengder at det fukter planter rikelig, renner ned i jorden, øker luftfuktigheten og skaper gunstige forhold for levende organismer, spesielt når det er lite annen nedbør. Planter bidrar til avsetning av dugg. Avkjølende om natten, kondenserer de vanndamp på seg selv. Fuktighetsregimet er betydelig påvirket av tåke, tykke skyer og andre naturfenomener.
Ved kvantitativ karakterisering av plantehabitatet basert på vannfaktoren, brukes indikatorer som gjenspeiler innholdet og fordelingen av fuktighet ikke bare i luften, men også i jorda. Jordvann, eller jordfuktighet, er en av hovedkildene til fuktighet for planter. Vann i jorda er i en fragmentert tilstand, ispedd porer av forskjellige størrelser og former, har et stort grensesnitt med jorda, og inneholder en rekke kationer og anioner. Derfor er jordfuktighet heterogen i fysiske og kjemiske egenskaper. Ikke alt vannet i jorda kan brukes av planter. Basert på dens fysiske tilstand, mobilitet, tilgjengelighet og betydning for planter, er jordvann delt inn i gravitasjon, hygroskopisk og kapillær.
Jorden inneholder også dampaktig fuktighet, som opptar alle vannfrie porer. Dette er nesten alltid (unntatt ørkenjord) mettet vanndamp. Når temperaturen synker under 0°C, blir jordfuktigheten til is (i utgangspunktet gratis vann, og med ytterligere avkjøling - og en del av bundet).
Den totale mengden vann som kan holdes på jord (bestemt ved å tilsette overflødig vann og deretter vente til det slutter å dryppe ut) kalles feltfuktighetskapasitet.
Den totale vannmengden i jorda kan følgelig ikke karakterisere graden av fukttilførsel til planter. For å bestemme det, er det nødvendig å trekke visningskoeffisienten fra den totale vannmengden. Imidlertid er fysisk tilgjengelig jordvann ikke alltid fysiologisk tilgjengelig for planter på grunn av lav jordtemperatur, mangel på oksygen i jordvann og jordluft, jordsurhet og høy konsentrasjon av mineralsalter oppløst i jordvann. Avviket mellom absorpsjon av vann av røttene og frigjøring av bladene fører til at plantene visner. Utviklingen av ikke bare de overjordiske delene, men også rotsystemet til planter avhenger av mengden fysiologisk tilgjengelig vann. Hos planter som vokser på tørr jord er rotsystemet som regel mer forgrenet og kraftigere enn på våt jord (fig. 5.29).
Ris. 5,29. Rotsystem av høsthvete
(ifølge V.G. Khrzhanovsky et al., 1994):
1 - med mye nedbør; 2 - i gjennomsnitt;
3 - på lavt nivå
En av kildene til jordfuktighet er grunnvann. Når nivået deres er lavt, når ikke kapillærvann jorden og påvirker ikke vannregimet. Å fukte jorda på grunn av nedbør alene forårsaker sterke svingninger i fuktigheten, noe som ofte påvirker plantene negativt. For høy grunnvannstand er også skadelig, fordi det fører til vannmasser i jorda, utarming av oksygen og anrikning av mineralsalter. Konstant jordfuktighet, uavhengig av værets luner, sikrer et optimalt grunnvannsnivå.
Temperaturforhold. Et særtrekk ved land-luft-miljøet er det store spekteret av temperatursvingninger. I de fleste landområder er daglige og årlige temperaturområder titalls grader. Endringer i lufttemperatur er spesielt betydelige i ørkener og subpolare kontinentale områder. For eksempel er det sesongmessige temperaturområdet i ørkenene i Sentral-Asia 68-77 °C, og det daglige temperaturområdet er 25-38 °C. I nærheten av Yakutsk er gjennomsnittstemperaturen i januar 43 °C, gjennomsnittlig julitemperatur er +19 °C, og det årlige området er fra -64 til +35 °C. I Trans-Uralene er den årlige variasjonen i lufttemperatur skarp og er kombinert med stor variasjon i temperaturene i vinter- og vårmånedene i ulike år. Den kaldeste måneden er januar, den gjennomsnittlige lufttemperaturen varierer fra -16 til -19°C, noen år faller den til -50°C, den varmeste måneden er juli med temperaturer fra 17,2 til 19,5°C. Maksimal positive temperaturer er 38-41°C.
Temperatursvingninger ved jordoverflaten er enda mer betydelige.
Terrestriske planter okkuperer en sone ved siden av jordoverflaten, det vil si "grensesnittet", der overgangen av innfallende stråler fra ett medium til et annet eller på en annen måte - fra gjennomsiktig til ugjennomsiktig. Et spesielt termisk regime er opprettet på denne overflaten: om dagen er det sterk oppvarming på grunn av absorpsjon av varmestråler, om natten er det sterk avkjøling på grunn av stråling. Herfra opplever grunnlaget med luft de skarpeste daglige temperatursvingningene, som er mest uttalt over bar jord.
Det termiske regimet til plantehabitater er for eksempel karakterisert basert på temperaturmålinger direkte i vegetasjonsdekket. I urteaktige samfunn foretas målinger inne i og på overflaten av gressbestanden, og i skog, hvor det er en viss vertikal temperaturgradient, på en rekke punkter i forskjellige høyder.
Motstanden mot temperaturendringer i miljøet hos landlevende organismer varierer og avhenger av det spesifikke habitatet der livet deres finner sted. Således vokser landbaserte bladplanter for det meste i et bredt temperaturområde, det vil si at de er eurytermiske. Levetiden deres i aktiv tilstand strekker seg som regel fra 5 til 55 °C, mens disse plantene er produktive mellom 5 og 40 °C. Planter i kontinentale regioner, som er preget av en tydelig daglig temperaturvariasjon, utvikler seg best når natten er 10-15 ° C kaldere enn dagen. Dette gjelder de fleste planter i den tempererte sonen - med en temperaturforskjell på 5-10 ° C, og tropiske planter med en enda mindre amplitude - ca 3 ° C (fig. 5.30).
Ris. 5.30. Områder med optimale temperaturer for vekst og
utvikling av forskjellige planter (etter Went, 1957)
Hos poikilotermiske organismer, med økende temperatur (T), avtar utviklingens varighet (t) raskere og raskere. Utviklingshastigheten Vt kan uttrykkes med formelen Vt = 100/t.
For å nå et visst utviklingsstadium (for eksempel hos insekter - fra et egg), dvs. forpupping, det imaginære stadiet, krever alltid en viss temperatur. Produktet av effektiv temperatur (temperatur over nullpunktet for utvikling, dvs. T-To) ved utviklingens varighet (t) gir en artsspesifikk termisk konstant utvikling c=t(T-To). Ved å bruke denne ligningen kan du beregne tidspunktet for utbruddet av et visst utviklingsstadium, for eksempel av et planteskadedyr, hvor bekjempelsen av den er effektiv.
Planter, som poikilotermiske organismer, har ikke sin egen stabile kroppstemperatur. Deres temperatur bestemmes av den termiske balansen, dvs. forholdet mellom energiabsorpsjon og frigjøring. Disse verdiene avhenger av mange egenskaper til både miljøet (størrelsen på strålingsankomsten, temperaturen på luften rundt og dens bevegelse) og plantene selv (fargen og andre optiske egenskaper til planten, størrelsen og plasseringen av bladene osv.). Den primære rollen spilles av den kjølende effekten av transpirasjon, som forhindrer alvorlig overoppheting av planter i varme habitater. Som et resultat av de ovennevnte årsakene avviker temperaturen på planter vanligvis (ofte ganske betydelig) fra omgivelsestemperaturen. Det er tre mulige situasjoner her: anleggstemperaturen er høyere enn omgivelsestemperaturen, lavere enn den, lik eller svært nær den. Overskuddet av plantetemperatur over lufttemperatur forekommer ikke bare i sterkt oppvarmede, men også i kaldere habitater. Dette forenkles av den mørke fargen eller andre optiske egenskaper til planter, som øker absorpsjonen av solstråling, samt anatomiske og morfologiske egenskaper som bidrar til å redusere transpirasjon. Arktiske planter kan varmes opp ganske merkbart (fig. 5.31).
Et annet eksempel er dvergpilen - Salix arctica i Alaska, hvis blader er 2-11 °C varmere enn luften om dagen og til og med om natten under den polare "24-timersdagen" - med 1-3 °C.
For tidlige vårephemeroider, de såkalte "snødråpene", gir oppvarming av bladene muligheten for ganske intens fotosyntese på solrike, men fortsatt kalde vårdager. For kalde habitater eller de som er forbundet med sesongmessige temperatursvingninger, er en økning i plantetemperaturen økologisk svært viktig, siden fysiologiske prosesser derved blir uavhengige, til en viss grad, fra den omkringliggende termiske bakgrunnen.
Ris. 5,31. Temperaturfordeling i en rosettplante i den arktiske tundraen (Novosieversia glacialis) en solrik morgen i juni ved en lufttemperatur på 11,7 ° C (ifølge B. A. Tikhomirov, 1963)
Til høyre er intensiteten av livsprosesser i biosfæren: 1 - det kaldeste luftlaget; 2 - øvre grense for skuddvekst; 3, 4, 5 - sone med størst aktivitet av livsprosesser og maksimal akkumulering av organisk materiale; 6 - permafrostnivå og nedre rotgrense; 7 - område med laveste jordtemperaturer
En reduksjon i temperaturen til planter sammenlignet med den omkringliggende luften observeres oftest i sterkt opplyste og oppvarmede områder av den terrestriske sfæren (ørken, steppe), hvor bladoverflaten til planter er sterkt redusert, og økt transpirasjon bidrar til å fjerne overflødig varme og forhindrer overoppheting. Generelt kan vi si at i varme habitater er temperaturen på de overjordiske delene av planter lavere, og i kalde habitater er den høyere enn lufttemperaturen. Sammenfallen av plantetemperatur med omgivelseslufttemperaturen er mindre vanlig - under forhold som utelukker en sterk tilstrømning av stråling og intens transpirasjon, for eksempel i urteaktige planter under skogens baldakin, og i åpne områder - i overskyet vær eller under regn.
Generelt er landlevende organismer mer eurytermiske enn akvatiske.
I bakke-luft-miljøet kompliseres leveforholdene av eksistensen værforandringer. Været er den kontinuerlig skiftende tilstanden til atmosfæren på jordoverflaten, opp til omtrent en høyde på 20 km (grensen til troposfæren). Værvariabiliteten kommer til uttrykk i den konstante variasjonen av kombinasjonen av miljøfaktorer som temperatur og fuktighet, overskyethet, nedbør, vindstyrke og vindretning osv. (Fig. 5.32).
Ris. 5,32. Atmosfæriske fronter over russisk territorium
Værendringer, sammen med deres regelmessige veksling i den årlige syklusen, er preget av ikke-periodiske svingninger, som betydelig kompliserer forholdene for eksistensen av terrestriske organismer. I fig. Figur 5.33 bruker eksemplet med codling møll-larven Carpocapsa pomonella for å vise dødelighetens avhengighet av temperatur og relativ fuktighet.
Ris. 5,33. Dødelighet av codling møll larver Carpocapsa
pomonella avhengig av temperatur og fuktighet (ifølge R. Dazho, 1975)
Det følger av dette at like dødelighetskurver har en konsentrisk form og at den optimale sonen er begrenset av relativ fuktighet på 55 og 95 % og temperatur på 21 og 28 °C.
Lys, temperatur og luftfuktighet bestemmer vanligvis ikke maksimum, men gjennomsnittlig åpningsgrad av stomata i planter, siden sammenfallet av alle forhold som fremmer åpningen deres sjelden skjer.
Det langsiktige værregimet preger klimaet i området. Klimabegrepet inkluderer ikke bare gjennomsnittsverdiene av meteorologiske fenomener, men også deres årlige og daglige variasjoner, avvik fra dem og deres frekvens. Klimaet bestemmes av de geografiske forholdene i området.
De viktigste klimatiske faktorene er temperatur og fuktighet, målt ved nedbør og vanndampmetning i luften. I land fjernt fra havet skjer det således en gradvis overgang fra et fuktig klima gjennom en semirid mellomsone med sporadiske eller periodiske tørre perioder til et tørt territorium, som er preget av langvarig tørke, salinisering av jord og vann (fig. 5.34) ).
Ris. 5,34. Skjema med endringer i klima, vegetasjon og jordsmonn langs profilen gjennom hovedlandskapene i den europeiske delen av Russland fra nordvest til sørøst til det kaspiske lavlandet (ifølge V.N. Sukachev, 1934)
Merk: der nedbørskurven skjærer den stigende evapotranspirasjonslinjen, ligger grensen mellom fuktig (venstre) og tørre (høyre) klima. Humushorisonten vises i svart, den illuviale horisonten vises i skyggelegging.
Hvert habitat er preget av et visst økologisk klima, dvs. klimaet i grunnlaget av luft, eller økoklima.
Vegetasjon har stor innflytelse på klimatiske faktorer. Under skogtaket er luftfuktigheten derfor alltid høyere, og temperatursvingningene er mindre enn i lysningene. Lysregimet på disse stedene er også annerledes. Ulike planteforeninger danner sitt eget regime av lys, temperatur, fuktighet, d.v.s. fytoklima.
Økoklima- eller fytoklimadata er ikke alltid tilstrekkelige til å karakterisere de klimatiske forholdene i et bestemt habitat fullt ut. Lokale miljøelementer (avlastning, eksponering, vegetasjon, etc.) endrer veldig ofte regimet for lys, temperatur, fuktighet, luftbevegelse i et bestemt område på en slik måte at det kan avvike betydelig fra de klimatiske forholdene i området. Lokale klimaendringer som utvikles i overflatelaget av luft kalles mikroklima. For eksempel er leveforholdene rundt insektlarver som lever under barken på et tre annerledes enn i skogen der treet vokser. Temperaturen på den sørlige siden av stammen kan være 10 - 15°C høyere enn temperaturen på den nordlige siden. Graver, trehuler og huler bebodd av dyr har et stabilt mikroklima. Det er ingen klare forskjeller mellom økoklima og mikroklima. Det antas at økoklima er klimaet i store områder, og mikroklima er klimaet til enkelte små områder. Mikroklima påvirker levende organismer i et bestemt territorium eller lokalitet (fig. 5.35).
Ris. 5,35. Mikroklimaets påvirkning på vegetasjonen i tundraen
(ifølge Yu. I. Chernov, 1979):
på toppen er en godt oppvarmet skråning med sydlig eksponering;
nedenfor - en horisontal del av plakoren (floristisk sammensetning i begge deler er den samme)
Tilstedeværelsen av mange mikroklimaer i ett område sikrer sameksistens av arter med ulike krav til det ytre miljøet.
Geografisk sonalitet og sonalitet. Fordelingen av levende organismer på jorden er nært knyttet til geografiske soner og soner. Beltene har en breddegradsforlengelse, som naturlig nok først og fremst skyldes strålingsgrenser og den atmosfæriske sirkulasjonens natur. På jordklodens overflate skilles det ut 13 geografiske soner, spredt over kontinenter og hav (fig. 5.36).
Ris. 5,36. Forholdet mellom landområder okkupert av forskjellige
fysisk-geografiske soner, i % (ifølge N.F. Reimers, 1990)
Disse er som arktisk, antarktisk, subarktisk, subantarktisk, nord og sør moderat, nord og sør subarktisk, nord og sør tropisk, nord og sør subequatorial Og ekvatorial. Inne i beltene er det geografiske soner, der det, sammen med strålingsforholdene, tas hensyn til fuktigheten på jordoverflaten og forholdet mellom varme og fuktighet som er karakteristisk for en gitt sone. I motsetning til havet, hvor tilførselen av fuktighet er fullstendig, kan forholdet mellom varme og fuktighet på kontinentene ha betydelige forskjeller. Herfra strekker geografiske soner seg til kontinenter og hav, og geografiske soner strekker seg bare til kontinenter. Skille breddegrad Og meridial eller langsgående natursoner. Førstnevnte strekker seg fra vest til øst, sistnevnte - fra nord til sør. I lengderetningen er breddesoner delt inn i undersoner, og i breddegraden - på fylker.
Grunnleggeren av læren om naturlig soneinndeling er V.V. Dokuchaev (1846-1903), som underbygget sonalitet som en universell naturlov. Alle fenomener innenfor biosfæren er underlagt denne loven. Hovedårsakene til sonering er jordens form og dens posisjon i forhold til solen. I tillegg til breddegrad, er fordelingen av varme på jorden påvirket av arten av lettelsen og høyden til området over havet, forholdet mellom land og hav, havstrømmer, etc.
Deretter ble strålingsgrunnlaget for dannelsen av sonalitet av kloden utviklet av A. A. Grigoriev og M. I. Budyko. For å etablere en kvantitativ karakteristikk av forholdet mellom varme og fuktighet for ulike geografiske soner, bestemte de noen koeffisienter. Forholdet mellom varme og fuktighet uttrykkes ved forholdet mellom overflatestrålingsbalansen og den latente fordampningsvarmen og mengden nedbør (strålingstørrhetsindeks). En lov ble opprettet, kalt loven om periodisk geografisk sonering (A. A. Grigorieva - M. I. Budyko), som sier: at med endring av geografiske soner, tilsvarende geografiske(landskap, naturlig) soner og noen av deres generelle egenskaper gjentas med jevne mellomrom.
Hver sone er begrenset til et visst spekter av indikatorverdier: en spesiell natur av geomorfologiske prosesser, en spesiell type klima, vegetasjon, jord og dyreliv. Følgende geografiske soner ble notert på territoriet til det tidligere Sovjetunionen: isete, tundra, skog-tundra, taiga, blandingsskoger. Russisk slette, monsunblandingsskoger i Fjernøsten, skog-stepper, stepper, semi-ørkener, tempererte ørkener, subtropiske ørkener, Middelhavet og fuktige subtroper.
En av de viktige betingelsene for variasjonen til organismer og deres sonefordeling på jorden er variasjonen i den kjemiske sammensetningen av miljøet. I denne forbindelse, undervisningen til A.P. Vinogradov om biogeokjemiske provinser, som bestemmes av sonaliteten til den kjemiske sammensetningen av jordsmonn, samt den klimatiske, fytogeografiske og geokjemiske sonaliteten til biosfæren. Biogeokjemiske provinser er områder på jordens overflate som varierer i innhold (i jordsmonn, vann, etc.) kjemiske forbindelser, som er forbundet med visse biologiske reaksjoner fra den lokale flora og fauna.
Sammen med horisontal sonering i det terrestriske miljøet, høyhus eller vertikal sonalitet.
Vegetasjonen i fjellrike land er rikere enn på de tilstøtende slettene, og er preget av økt utbredelse av endemiske former. Således, ifølge O. E. Agakhanyants (1986), inkluderer floraen i Kaukasus 6 350 arter, hvorav 25 % er endemiske. Floraen i fjellene i Sentral-Asia er estimert til 5500 arter, hvorav 25-30% er endemiske, mens det på de tilstøtende slettene i de sørlige ørkenene er 200 plantearter.
Ved klatring til fjells gjentas samme sonebytte som fra ekvator til polene. Ved foten er det vanligvis ørkener, deretter stepper, løvskog, barskog, tundra og til slutt is. Imidlertid er det fortsatt ingen fullstendig analogi. Når du bestiger fjellene, synker lufttemperaturen (gjennomsnittlig lufttemperaturgradient er 0,6 °C per 100 m), fordampningen avtar, ultrafiolett stråling og belysning øker osv. Alt dette tvinger plantene til å tilpasse seg tørre eller våte forhold. De dominerende plantene her er puteformede livsformer og stauder, som har utviklet tilpasning til sterk ultrafiolett stråling og redusert transpirasjon.
Faunaen i høyfjellsområdene er også unik. Lavt lufttrykk, betydelig solstråling, skarpe svingninger i dag- og natttemperaturer og endringer i luftfuktighet med høyden bidro til utviklingen av spesifikke fysiologiske tilpasninger i kroppen til fjelldyr. For eksempel, hos dyr øker det relative volumet av hjertet, innholdet av hemoglobin i blodet øker, noe som tillater mer intensiv absorpsjon av oksygen fra luften. Steinete jord kompliserer eller nesten eliminerer graveaktiviteten til dyr. Mange smådyr (smågnagere, pikaer, øgler osv.) finner tilflukt i fjellsprekker og grotter. Blant fuglene som er typiske for fjellområder er fjellkalkuner (snøhaner), fjellfinker, lerker og store fugler - skjeggkre, gribber og kondorer. I fjellene av store pattedyr bebodd av værer, geiter (inkludert snøgeiter), gemser, yaks, etc. Rovdyr er representert av slike arter som ulv, rev, bjørn, gaupe, snøleopard (irbis), etc.
| Tidligere |
Lignende artikler
De beste amulettene mot det onde øyet og skade Amuletten mot det onde øyet med hender for barn
Hvordan lese Salteret riktig
Deilige retter med pølser
Et glimt av Bella. Romantisk kronikk. Et glimt av genialitet. Messerer om Akhmadulina Boris Messerer glimt av Bella romantiske kronikk
Jeg drømte at jeg seilte på en båt på elven
Hvordan tilberede biff entrecote i en stekepanne
Om selskapet Fremmedspråkkurs ved Moscow State University
Hvilken by og hvorfor ble den viktigste i det gamle Mesopotamia?
Hvorfor Bukhsoft Online er bedre enn et vanlig regnskapsprogram!
Hvilket år er et skuddår og hvordan beregnes det