Na planéte Zem existuje niekoľko hlavných životných prostredí:
voda
zem-vzduch
pôdy
žijúci organizmus.
Vodné životné prostredie.
Organizmy žijúce vo vode majú prispôsobenia určené fyzikálnymi vlastnosťami vody (hustota, tepelná vodivosť, schopnosť rozpúšťať soli).
Vďaka vztlakovej sile vody je mnoho malých obyvateľov vodného prostredia zavesených a nie sú schopní odolávať prúdom. Zbierka takýchto malých vodných obyvateľov sa nazýva planktón. Planktón zahŕňa mikroskopické riasy, malé kôrovce, rybie vajíčka a larvy, medúzy a mnoho ďalších druhov.
Planktón
Planktonické organizmy sú unášané prúdmi a nedokážu im odolať. Prítomnosť planktónu vo vode umožňuje filtračný typ výživy, t.j. cedenie pomocou rôznych zariadení, malých organizmov a čiastočiek potravy suspendovaných vo vode. Vyvíja sa u plávajúcich aj u prisadnutých živočíchov pri dne, ako sú krinoidy, mušle, ustrice a iné. Sedavý život by bol pre vodných obyvateľov nemožný, keby neexistoval planktón, a to je zase možné len v prostredí s dostatočnou hustotou.
Hustota vody sťažuje aktívny pohyb v nej, preto rýchlo plávajúce živočíchy, ako sú ryby, delfíny, chobotnice, musia mať silné svaly a aerodynamický tvar tela.
Žralok Mako
V dôsledku vysokej hustoty vody sa tlak výrazne zvyšuje s hĺbkou. Hlbokomorskí obyvatelia sú schopní odolať tlaku, ktorý je tisíckrát vyšší ako na pevnine.
Svetlo preniká vodou len do malej hĺbky, takže organizmy rastlín môžu existovať len v horných horizontoch vodného stĺpca. Aj v najčistejších moriach je fotosyntéza možná len do hĺbok 100 – 200 m. Vo väčších hĺbkach nie sú žiadne rastliny a hlbokomorské živočíchy žijú v úplnej tme.
Teplotný režim v nádržiach je miernejší ako na súši. Vďaka vysokej tepelnej kapacite vody sa v nej vyrovnávajú teplotné výkyvy a vodní obyvatelia nečelia potrebe prispôsobovať sa silným mrazom či štyridsaťstupňovým horúčavám. Len v horúcich prameňoch sa môže teplota vody priblížiť k bodu varu.
Jednou z ťažkostí v živote vodných obyvateľov je obmedzené množstvo kyslíka. Jeho rozpustnosť nie je príliš vysoká a navyše veľmi klesá, keď je voda znečistená alebo zahrievaná. Preto v nádržiach niekedy dochádza k hladovaniu - hromadnej smrti obyvateľov v dôsledku nedostatku kyslíka, ku ktorému dochádza z rôznych dôvodov.
Ryby zabíjajú
Pre vodné organizmy je veľmi dôležité aj zloženie solí prostredia. Morské druhy nemôžu žiť v sladkých vodách a sladkovodné druhy nemôžu žiť v moriach kvôli narušeniu funkcie buniek.
Prízemné a vzdušné prostredie života.
Toto prostredie má inú sadu funkcií. Vo všeobecnosti je zložitejšia a rozmanitejšia ako vodná. Má veľa kyslíka, veľa svetla, prudšie zmeny teplôt v čase a priestore, výrazne slabšie tlakové straty, často sa vyskytuje nedostatok vlahy. Hoci mnohé druhy môžu lietať a malý hmyz, pavúky, mikroorganizmy, semená a spóry rastlín sú prenášané vzdušnými prúdmi, kŕmenie a rozmnožovanie organizmov prebieha na povrchu zeme alebo rastlín. V takom prostredí s nízkou hustotou, akým je vzduch, potrebujú organizmy podporu. Suchozemské rastliny majú preto vyvinuté mechanické pletivá a suchozemské živočíchy majú výraznejšiu vnútornú alebo vonkajšiu kostru ako vodné živočíchy. Nízka hustota vzduchu uľahčuje pohyb v ňom. Asi dve tretiny obyvateľov súše zvládli aktívny a pasívny let. Väčšinu z nich tvorí hmyz a vtáky.
Čierny šarkan
Caligo motýľ
Vzduch je zlý vodič tepla. To uľahčuje uchovávanie tepla generovaného vo vnútri organizmov a udržiavanie konštantnej teploty u teplokrvných živočíchov. Samotný rozvoj teplokrvnosti sa stal možným v suchozemskom prostredí. Predkovia moderných vodných cicavcov – veľryby, delfíny, mrože, tulene – kedysi žili na súši.
Obyvatelia pôdy majú širokú škálu prispôsobení súvisiacich s poskytovaním vody, najmä v suchých podmienkach. V rastlinách je to silný koreňový systém, vodotesná vrstva na povrchu listov a stoniek a schopnosť regulovať odparovanie vody cez prieduchy. U zvierat sú to tiež odlišné štrukturálne znaky tela a kožného tkaniva, no okrem toho vhodné správanie prispieva aj k udržaniu vodnej rovnováhy. Môžu napríklad migrovať do napájadiel alebo sa aktívne vyhýbať obzvlášť suchým podmienkam. Niektoré zvieratá dokážu prežiť celý život na suchom krmive, ako sú jerboas alebo známy šatový mol. V tomto prípade voda potrebná pre telo vzniká v dôsledku oxidácie zložiek potravy.
Tŕňový koreň ťavy
V živote suchozemských organizmov zohráva dôležitú úlohu aj mnoho ďalších faktorov prostredia, ako je zloženie vzduchu, vetry a topografia zemského povrchu. Dôležité je najmä počasie a klíma. Obyvatelia prostredia zem-vzduch sa musia prispôsobiť klíme časti Zeme, kde žijú a znášať premenlivosť poveternostných podmienok.
Pôda ako životné prostredie.
Pôda je tenká vrstva zemského povrchu, spracovaná činnosťou živých bytostí. Pevné častice sú v pôde preniknuté pórmi a dutinami, vyplnené čiastočne vodou a čiastočne vzduchom, takže pôdu môžu osídľovať aj drobné vodné organizmy. Objem malých dutín v pôde je jej veľmi dôležitou charakteristikou. Vo voľných pôdach to môže byť až 70% av hustých pôdach - asi 20%. V týchto póroch a dutinách alebo na povrchu pevných častíc žije obrovské množstvo mikroskopických tvorov: baktérie, huby, prvoky, škrkavky, článkonožce. Väčšie živočíchy si chodby v pôde robia samy.
Obyvatelia pôdy
Celá pôda je preniknutá koreňmi rastlín. Hĺbka pôdy je určená hĺbkou prenikania koreňov a aktivitou hrabavých zvierat. Nie je to viac ako 1,5-2 m.
Vzduch v pôdnych dutinách je vždy nasýtený vodnou parou, jeho zloženie je obohatené o oxid uhličitý a ochudobnené o kyslík. Životné podmienky v pôde tak pripomínajú vodné prostredie. Na druhej strane sa pomer vody a vzduchu v pôdach neustále mení v závislosti od poveternostných podmienok. Teplotné výkyvy sú na povrchu veľmi ostré, ale rýchlo sa vyrovnávajú s hĺbkou.
Hlavnou črtou pôdneho prostredia je neustály prísun organickej hmoty, najmä vďaka odumieraniu koreňov rastlín a opadávaniu listov. Je cenným zdrojom energie pre baktérie, huby a mnohé živočíchy, preto je pôda najbohatším prostredím na život. Jej skrytý svet je veľmi bohatý a rôznorodý.
Živé organizmy ako živé prostredie.
Široká pásomnica
Petrohradská štátna akadémia
Veterinárna medicína.
Katedra všeobecnej biológie, ekológie a histológie.
Abstrakt o ekológii na tému:
Prostredie zem-vzduch, jeho faktory
a prispôsobenie organizmov im“
Vyplnil: študent 1. ročníka
Oi skupina Pjatochenko N. L.
Kontroloval: docent katedry
Vakhmistrova S.F.
Saint Petersburg
Úvod
Životné podmienky (podmienky existencie) sú súborom prvkov nevyhnutných pre organizmus, s ktorými je nerozlučne spätý a bez ktorých nemôže existovať.
Adaptácie organizmu na prostredie sa nazývajú adaptácia. Schopnosť prispôsobiť sa je jednou z hlavných vlastností života vo všeobecnosti, zabezpečujúca možnosť jeho existencie, prežitia a rozmnožovania. Adaptácia sa prejavuje na rôznych úrovniach – od biochémie buniek a správania jednotlivých organizmov až po štruktúru a fungovanie spoločenstiev a ekosystémov. Adaptácie vznikajú a menia sa počas evolúcie druhu.
Jednotlivé vlastnosti alebo prvky prostredia, ktoré ovplyvňujú organizmy, sa nazývajú faktory prostredia. Faktory prostredia sú rôzne. Majú rôznu povahu a špecifické činy. Faktory prostredia sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: abiotické a biotické.
Abiotické faktory je súbor podmienok v anorganickom prostredí, ktoré priamo alebo nepriamo ovplyvňujú živé organizmy: teplota, svetlo, rádioaktívne žiarenie, tlak, vlhkosť vzduchu, soľné zloženie vody a pod.
Biotické faktory sú všetky formy vzájomného vplyvu živých organizmov. Každý organizmus neustále zažíva priamy alebo nepriamy vplyv iných, vstupuje do komunikácie so zástupcami svojho vlastného a iného druhu.
V niektorých prípadoch sú antropogénne faktory klasifikované ako samostatná skupina spolu s biotickými a abiotickými faktormi, pričom sa zdôrazňuje extrémny účinok antropogénneho faktora.
Antropogénne faktory sú všetky formy činnosti ľudskej spoločnosti, ktoré vedú k zmenám v prírode ako biotopu iných druhov alebo priamo ovplyvňujú ich život. Význam antropogénneho vplyvu na celý živý svet Zeme stále rýchlo rastie.
Zmeny environmentálnych faktorov v priebehu času môžu byť:
1) pravidelne-konštantná, meniaca sa sila nárazu v dôsledku dennej doby, ročného obdobia alebo rytmu prílivu a odlivu v oceáne;
2) nepravidelné, bez jasnej periodicity, napríklad zmeny poveternostných podmienok v rôznych rokoch, búrky, prehánky, bahno atď.;
3) nasmerované na určité alebo dlhé časové obdobia, napríklad ochladzovanie alebo otepľovanie klímy, zarastanie nádrže atď.
Faktory životného prostredia môžu mať na živé organizmy rôzne účinky:
1) ako dráždivé látky, ktoré spôsobujú adaptívne zmeny vo fyziologických a biochemických funkciách;
2) ako obmedzovače, ktoré znemožňujú existenciu v dátach
podmienky;
3) ako modifikátory, ktoré spôsobujú anatomické a morfologické zmeny v organizmoch;
4) ako signály naznačujúce zmeny iných faktorov.
Napriek širokej škále environmentálnych faktorov možno identifikovať množstvo všeobecných vzorcov v povahe ich interakcie s organizmami a v reakciách živých bytostí.
Intenzita environmentálneho faktora, ktorá je pre život organizmu najpriaznivejšia, je optimálna a najhoršie pôsobí pesimum, t.j. podmienky, za ktorých je vitálna aktivita organizmu maximálne inhibovaná, ale stále môže existovať. Pri pestovaní rastlín v rôznych teplotných podmienkach bude teda bod, v ktorom sa pozoruje maximálny rast, optimálny. Vo väčšine prípadov ide o určitý teplotný rozsah niekoľkých stupňov, takže tu je lepšie hovoriť o optimálnej zóne. Celý teplotný rozsah (od minima po maximum), pri ktorom je ešte možný rast, sa nazýva rozsah stability (vytrvalosti) alebo tolerancie. Bod, ktorý ho obmedzuje (t. j. minimálne a maximálne) teploty vhodné pre život, je hranica stability. Medzi zónou optima a hranicou stability, keď sa k nej blíži, rastlina zažíva rastúci stres, t.j. hovoríme o stresových zónach, alebo zónach útlaku, v rámci rozsahu odporu
Závislosť pôsobenia environmentálneho faktora na jeho intenzite (podľa V.A. Radkevicha, 1977)
Ako sa pohybujete nahor a nadol po stupnici, stres sa nielen zvyšuje, ale v konečnom dôsledku, keď sa dosiahnu hranice odolnosti tela, nastáva jeho smrť. Podobné experimenty možno vykonať na testovanie vplyvu iných faktorov. Výsledky budú graficky zodpovedať podobnému typu krivky
Prízemno-vzdušné prostredie života, jeho vlastnosti a formy prispôsobenia sa mu.
Život na zemi si vyžadoval úpravy, ktoré sa ukázali ako možné len vo vysoko organizovaných živých organizmoch. Prostredie zemského vzduchu je pre život náročnejšie, vyznačuje sa vysokým obsahom kyslíka, malým množstvom vodnej pary, nízkou hustotou atď. To výrazne zmenilo podmienky dýchania, výmeny vody a pohybu živých bytostí.
Nízka hustota vzduchu určuje jeho nízku zdvíhaciu silu a nevýznamnú podporu. Organizmy vzdušného prostredia musia mať svoj vlastný nosný systém, ktorý podporuje telo: rastliny - rôzne mechanické tkanivá, živočíchy - pevná alebo hydrostatická kostra. Okrem toho sú všetci obyvatelia vzduchu úzko spojení s povrchom zeme, ktorý im slúži na pripevnenie a oporu.
Nízka hustota vzduchu poskytuje nízky odpor voči pohybu. Preto mnohé suchozemské zvieratá získali schopnosť lietať. 75% všetkých suchozemských zvierat, najmä hmyzu a vtákov, sa prispôsobilo aktívnemu letu.
Vďaka pohyblivosti vzduchu a vertikálnym a horizontálnym prúdom vzdušných hmôt existujúcich v nižších vrstvách atmosféry je možný pasívny let organizmov. V tomto ohľade sa u mnohých druhov vyvinula anemochory - rozptýlenie pomocou prúdov vzduchu. Anemochória je charakteristická pre spóry, semená a plody rastlín, cysty prvokov, drobný hmyz, pavúky atď. Organizmy pasívne transportované vzdušnými prúdmi sa súhrnne nazývajú aeroplanktón.
Suchozemské organizmy existujú v podmienkach relatívne nízkeho tlaku v dôsledku nízkej hustoty vzduchu. Normálne je to 760 mmHg. So stúpajúcou nadmorskou výškou klesá tlak. Nízky tlak môže obmedziť rozšírenie druhov v horách. Pre stavovce je horná hranica života asi 60 mm. Zníženie tlaku má za následok zníženie dodávky kyslíka a dehydratáciu zvierat v dôsledku zvýšenej rýchlosti dýchania. Vyššie rastliny majú v horách približne rovnaké hranice postupu. O niečo odolnejšie sú článkonožce, ktoré nájdeme na ľadovcoch nad vegetačnou líniou.
Plynné zloženie vzduchu. Okrem fyzikálnych vlastností vzduchu sú pre existenciu suchozemských organizmov veľmi dôležité aj jeho chemické vlastnosti. Plynné zloženie vzduchu v povrchovej vrstve atmosféry je pomerne rovnomerné, pokiaľ ide o obsah hlavných zložiek (dusík - 78,1%, kyslík - 21,0%, argón 0,9%, oxid uhličitý - 0,003% objemu).
Vysoký obsah kyslíka prispel k zvýšeniu metabolizmu suchozemských organizmov v porovnaní s primárnymi vodnými organizmami. Práve v suchozemskom prostredí, na základe vysokej účinnosti oxidačných procesov v organizme, vznikla zvieracia homeotermia. Kyslík pre svoj neustále vysoký obsah vo vzduchu nie je limitujúcim faktorom pre život v suchozemskom prostredí.
Obsah oxidu uhličitého sa môže v určitých oblastiach povrchovej vrstvy vzduchu meniť v pomerne významných medziach. Zvýšená saturácia vzduchu CO? sa vyskytuje v oblastiach sopečnej činnosti, v blízkosti termálnych prameňov a iných podzemných vývodov tohto plynu. Vo vysokých koncentráciách je oxid uhličitý toxický. V prírode sú takéto koncentrácie zriedkavé. Nízky obsah CO2 brzdí proces fotosyntézy. V uzavretých pôdnych podmienkach môžete zvýšiť rýchlosť fotosyntézy zvýšením koncentrácie oxidu uhličitého. Toto sa používa v praxi skleníka a skleníkového hospodárstva.
Vzdušný dusík je pre väčšinu obyvateľov suchozemského prostredia inertný plyn, no niektoré mikroorganizmy (uzlinové baktérie, dusíkaté baktérie, modrozelené riasy a pod.) ho majú schopnosť viazať a zapájať do biologického kolobehu látok.
Nedostatok vlhkosti je jednou zo základných čŕt životného prostredia zem-vzduch. Celý vývoj suchozemských organizmov sa niesol v znamení prispôsobovania sa získavaniu a uchovávaniu vlahy. Vlhkostné režimy na súši sú veľmi rôznorodé – od úplného a neustáleho nasýtenia vzduchu vodnými parami v niektorých oblastiach trópov až po ich takmer úplnú absenciu v suchom vzduchu púští. Významná je aj denná a sezónna variabilita obsahu vodnej pary v atmosfére. Vodná zásoba suchozemských organizmov závisí aj od zrážkového režimu, prítomnosti nádrží, zásob pôdnej vlahy, blízkosti librových vôd a pod.
To viedlo k rozvoju adaptácie na rôzne režimy zásobovania vodou u suchozemských organizmov.
Teplotné podmienky. Ďalšou charakteristickou črtou prostredia vzduch-zem je výrazné kolísanie teploty. Vo väčšine oblastí sú denné a ročné teplotné rozsahy desiatky stupňov. Odolnosť suchozemských obyvateľov voči teplotným zmenám v prostredí je veľmi rozdielna v závislosti od konkrétneho biotopu, v ktorom sa ich život odohráva. Vo všeobecnosti sú však suchozemské organizmy v porovnaní s vodnými organizmami oveľa eurytermnejšie.
Životné podmienky v prostredí zem-vzduch ešte viac komplikuje existencia zmien počasia. Počasie - neustále sa meniace podmienky atmosféry na povrchu, do výšky približne 20 km (hranica troposféry). Premenlivosť počasia sa prejavuje neustálym kolísaním kombinácie faktorov prostredia, ako je teplota, vlhkosť vzduchu, oblačnosť, zrážky, sila a smer vetra atď. Klímu oblasti charakterizuje dlhodobý režim počasia. Pojem „klíma“ zahŕňa nielen priemerné hodnoty meteorologických javov, ale aj ich ročný a denný cyklus, odchýlky od neho a ich frekvenciu. Podnebie je určené geografickými podmienkami oblasti. Hlavné klimatické faktory – teplota a vlhkosť – sa merajú množstvom zrážok a nasýtenosťou vzduchu vodnou parou.
Pre väčšinu suchozemských organizmov, najmä malých, nie je taká dôležitá klíma oblasti ako podmienky ich bezprostredného biotopu. Miestne prvky prostredia (reliéf, expozícia, vegetácia a pod.) veľmi často menia režim teplôt, vlhkosti, svetla, pohybu vzduchu v určitej oblasti tak, že sa výrazne odlišuje od klimatických podmienok oblasti. Takéto zmeny klímy, ktoré vznikajú v povrchovej vrstve vzduchu, sa nazývajú mikroklíma. V každej zóne je mikroklíma veľmi rôznorodá. Je možné identifikovať mikroklímu veľmi malých oblastí.
Svetelný režim prostredia zem-vzduch má aj niektoré zvláštnosti. Intenzita a množstvo svetla sú tu najväčšie a prakticky neobmedzujú život zelených rastlín ako vo vode alebo v pôde. Na súši môžu existovať extrémne svetlomilné druhy. Pre veľkú väčšinu suchozemských živočíchov s dennou a dokonca aj nočnou aktivitou je videnie jednou z hlavných metód orientácie. U suchozemských zvierat je zrak dôležitý pri hľadaní koristi, mnohé druhy majú dokonca farebné videnie. V tomto ohľade sa u obetí rozvíjajú také adaptívne črty, ako je obranná reakcia, maskovanie a varovné sfarbenie, mimika atď.
U vodných obyvateľov sú takéto úpravy oveľa menej rozvinuté. Výskyt pestrofarebných kvetov vyšších rastlín súvisí aj s charakteristikou opeľovacieho aparátu a v konečnom dôsledku aj so svetelným režimom prostredia.
Terénne a pôdne vlastnosti sú tiež životnými podmienkami pre suchozemské organizmy a predovšetkým rastliny. Vlastnosti zemského povrchu, ktoré majú ekologický vplyv na jej obyvateľov, spájajú „edafické environmentálne faktory“ (z gréckeho „edaphos“ - „pôda“).
Vo vzťahu k rôznym vlastnostiam pôdy možno rozlíšiť množstvo ekologických skupín rastlín. Podľa reakcie na kyslosť pôdy sa teda rozlišujú:
1) acidofilné druhy - rastú na kyslých pôdach s pH najmenej 6,7 (rastliny rašelinníkov);
2) neutrofily majú tendenciu rásť na pôdach s pH 6,7–7,0 (väčšina pestovaných rastlín);
3) bazofilovité rastú pri pH vyššom ako 7,0 (Echinops, sasanka lesná);
4) ľahostajné môžu rásť na pôdach s rôznymi hodnotami pH (konvalinka).
Rastliny sa líšia aj vo vzťahu k pôdnej vlhkosti. Niektoré druhy sú obmedzené na rôzne substráty, napríklad petrofyty rastú na skalnatých pôdach, pasmofyty osídľujú sypký piesok.
Terén a povaha pôdy ovplyvňujú špecifický pohyb zvierat: napríklad kopytníkov, pštrosov, dropov žijúcich na otvorených priestranstvách, tvrdej pôde, aby sa zvýšil odpor pri behu. U jašteríc, ktoré žijú v pohyblivých pieskoch, sú prsty lemované okrajmi nadržaných šupín, ktoré zvyšujú oporu. Pre suchozemských obyvateľov, ktorí kopú diery, je hustá pôda nepriaznivá. Povaha pôdy v určitých prípadoch ovplyvňuje rozšírenie suchozemských živočíchov, ktoré si vyhrabávajú jamy alebo sa do pôdy zahrabávajú, prípadne kladú do pôdy vajíčka atď.
O zložení vzduchu.
Zloženie plynu vo vzduchu, ktorý dýchame, vyzerá takto: 78 % tvorí dusík, 21 % kyslík a 1 % iné plyny. Ale v atmosfére veľkých priemyselných miest sa tento pomer často porušuje. Významnú časť tvoria škodlivé nečistoty spôsobené emisiami z podnikov a vozidiel. Automobilová doprava prináša do ovzdušia množstvo nečistôt: uhľovodíky neznámeho zloženia, benzo(a)pyrén, oxid uhličitý, zlúčeniny síry a dusíka, olovo, oxid uhoľnatý.
Atmosféru tvorí zmes množstva plynov - vzduch, v ktorej sú suspendované koloidné nečistoty - prach, kvapôčky, kryštály a pod. Zloženie atmosférického vzduchu sa s nadmorskou výškou mení len málo. Od nadmorskej výšky asi 100 km sa však spolu s molekulárnym kyslíkom a dusíkom objavuje v dôsledku disociácie molekúl aj atómový kyslík a začína sa gravitačná separácia plynov. Nad 300 km prevláda v atmosfére atómový kyslík, nad 1000 km - hélium a potom atómový vodík. Tlak a hustota atmosféry klesá s výškou; asi polovica celkovej hmoty atmosféry je sústredená v dolných 5 km, 9/10 v dolných 20 km a 99,5 % v dolných 80 km. Vo výškach okolo 750 km klesá hustota vzduchu na 10-10 g/m3 (zatiaľ čo pri zemskom povrchu je to okolo 103 g/m3), ale aj taká nízka hustota je stále dostatočná na výskyt polárnej žiary. Atmosféra nemá ostrú hornú hranicu; hustota jej základných plynov
Zloženie atmosférického vzduchu, ktorý každý z nás dýcha, zahŕňa niekoľko plynov, z ktorých hlavné sú: dusík (78,09 %), kyslík (20,95 %), vodík (0,01 %), oxid uhličitý (oxid uhličitý) (0,03 %) a inertné plyny (0,93 %). Okrem toho je vo vzduchu vždy určité množstvo vodnej pary, ktorej množstvo sa vždy mení so zmenami teploty: čím vyššia teplota, tým väčší obsah pary a naopak. V dôsledku kolísania množstva vodnej pary vo vzduchu nie je ani percento plynov v ňom konštantné. Všetky plyny, ktoré tvoria vzduch, sú bez farby a bez zápachu. Hmotnosť vzduchu sa mení nielen v závislosti od teploty, ale aj od obsahu vodnej pary v ňom. Pri rovnakej teplote je hmotnosť suchého vzduchu väčšia ako váha vlhkého vzduchu, pretože vodná para je oveľa ľahšia ako vzduchová para.
Tabuľka ukazuje zloženie plynu v atmosfére v objemovom hmotnostnom pomere, ako aj životnosť hlavných zložiek:
| Komponent | % objemu | % hmotnosti |
| N2 | 78,09 | 75,50 |
| O2 | 20,95 | 23,15 |
| Ar | 0,933 | 1,292 |
| CO2 | 0,03 | 0,046 |
| Nie | 1,8 10-3 | 1,4 10-3 |
| On | 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 |
Vlastnosti plynov, ktoré tvoria atmosférický vzduch pod tlakom, sa menia.
Napríklad: kyslík pod tlakom viac ako 2 atmosféry má toxický účinok na telo.
Dusík pod tlakom nad 5 atmosfér pôsobí narkoticky (intoxikácia dusíkom). Rýchly vzostup z hĺbky spôsobuje dekompresnú chorobu v dôsledku rýchleho uvoľňovania bubliniek dusíka z krvi, akoby ju spenili.
Nárast oxidu uhličitého o viac ako 3 % v dýchacej zmesi spôsobuje smrť.
Každá zložka, ktorá tvorí vzduch, sa so zvýšením tlaku na určité hranice stáva jedom, ktorý môže otráviť telo.
Štúdie zloženia plynov v atmosfére. Atmosférická chémia
Pre históriu rýchleho rozvoja relatívne mladého vedného odboru nazývaného atmosferická chémia je najvhodnejší termín „spurt“ (hod), používaný vo vysokorýchlostných športoch. Zo štartovacej pištole pravdepodobne vystrelili dva články publikované začiatkom 70. rokov. Diskutovali o možnom ničení stratosférického ozónu oxidmi dusíka – NO a NO2. Prvá patrila budúcemu nositeľovi Nobelovej ceny a potom zamestnancovi Štokholmskej univerzity P. Crutzenovi, ktorý za pravdepodobný zdroj oxidov dusíka v stratosfére považoval prirodzene sa vyskytujúci oxid dusný N2O, ktorý sa vplyvom slnečného žiarenia rozkladá. Autor druhého článku, chemik z Kalifornskej univerzity v Berkeley G. Johnston, naznačil, že oxidy dusíka vznikajú v stratosfére v dôsledku ľudskej činnosti, konkrétne pri emisiách splodín horenia z prúdových motorov výškových lietadiel.
Samozrejme, vyššie uvedené hypotézy nevznikli z ničoho nič. Pomer aspoň hlavných zložiek v atmosférickom vzduchu – molekúl dusíka, kyslíka, vodnej pary atď. – bol známy oveľa skôr. Už v druhej polovici 19. stor. V Európe sa robili merania koncentrácií ozónu v povrchovom ovzduší. V 30. rokoch 20. storočia anglický vedec S. Chapman objavil mechanizmus tvorby ozónu v čisto kyslíkovej atmosfére, čo naznačuje súbor interakcií atómov a molekúl kyslíka, ako aj ozónu, v neprítomnosti akýchkoľvek iných zložiek vzduchu. Koncom 50. rokov však merania pomocou meteorologických rakiet ukázali, že v stratosfére je oveľa menej ozónu, ako by podľa Chapmanovho reakčného cyklu malo byť. Hoci tento mechanizmus zostáva dodnes základom, ukázalo sa, že existujú aj ďalšie procesy, ktoré sa tiež aktívne podieľajú na tvorbe atmosférického ozónu.
Za zmienku stojí, že začiatkom 70. rokov sa poznatky v oblasti chémie atmosféry získavali najmä úsilím jednotlivých vedcov, ktorých výskum nespájal žiadny spoločensky významný pojem a mal najčastejšie čisto akademický charakter. Johnstonova práca je iná vec: podľa jeho výpočtov by 500 lietadiel lietajúcich 7 hodín denne mohlo znížiť množstvo stratosférického ozónu o nie menej ako 10 %! A ak by tieto hodnotenia boli spravodlivé, problém sa okamžite stal sociálno-ekonomickým, keďže v tomto prípade by všetky programy rozvoja nadzvukového dopravného letectva a súvisiacej infraštruktúry museli prejsť výraznými úpravami a možno aj uzavretím. Okrem toho po prvýkrát skutočne vyvstala otázka, že antropogénna činnosť môže spôsobiť nie lokálnu, ale globálnu kataklizmu. Prirodzene, v súčasnej situácii teória potrebovala veľmi tvrdé a zároveň operatívne overenie.
Pripomeňme, že podstatou vyššie uvedenej hypotézy bolo, že oxid dusnatý reaguje s ozónom NO + O3 ® ® NO2 + O2, následne oxid dusičitý pri tejto reakcii reaguje s atómom kyslíka NO2 + O ® NO + O2, čím sa obnoví prítomnosť NO v atmosfére, zatiaľ čo molekula ozónu je navždy stratená. V tomto prípade sa takáto dvojica reakcií, ktorá tvorí dusíkový katalytický cyklus deštrukcie ozónu, opakuje dovtedy, kým akékoľvek chemické alebo fyzikálne procesy nevedú k odstráneniu oxidov dusíka z atmosféry. Napríklad NO2 sa oxiduje na kyselinu dusičnú HNO3, ktorá je vysoko rozpustná vo vode, a preto sa z atmosféry odstraňuje mrakmi a zrážkami. Katalytický cyklus dusíka je veľmi účinný: jedna molekula NO počas svojho pobytu v atmosfére dokáže zničiť desaťtisíce molekúl ozónu.
Ale ako viete, problémy neprichádzajú samé. Čoskoro odborníci z amerických univerzít – Michigan (R. Stolarski a R. Cicerone) a Harvard (S. Wofsey a M. McElroy) – zistili, že ozón môže mať ešte nemilosrdnejšieho nepriateľa – zlúčeniny chlóru. Chlórový katalytický cyklus deštrukcie ozónu (reakcie Cl + O3 ® ClO + O2 a ClO + O ® Cl + O2) bol podľa ich odhadov niekoľkonásobne účinnejší ako dusíkový. Jediným dôvodom na opatrný optimizmus bolo, že množstvo prirodzene sa vyskytujúceho chlóru v atmosfére je relatívne malé, čo znamená, že celkový vplyv jeho vplyvu na ozón nemusí byť príliš silný. Situácia sa však dramaticky zmenila, keď v roku 1974 zamestnanci Kalifornskej univerzity v Irvine S. Rowland a M. Molina zistili, že zdrojom chlóru v stratosfére sú zlúčeniny chlórfluórovaných uhľovodíkov (CFC), široko používané v chladiacich jednotkách, aerosólových obaloch, atď. Keďže sú tieto látky nehorľavé, netoxické a chemicky pasívne, stúpajúcimi prúdmi vzduchu sa pomaly transportujú zo zemského povrchu do stratosféry, kde sú ich molekuly zničené slnečným žiarením, čo vedie k uvoľneniu voľných atómov chlóru. Priemyselná výroba freónov, ktorá sa začala v 30. rokoch, a ich emisie do ovzdušia vo všetkých nasledujúcich rokoch, najmä v 70. a 80. rokoch, neustále rástli. Vo veľmi krátkom čase tak teoretici identifikovali dva problémy v chémii atmosféry spôsobené intenzívnym antropogénnym znečistením.
Na overenie platnosti predložených hypotéz však bolo potrebné vykonať veľa úloh.
po prvé, rozšíriť laboratórny výskum, počas ktorého by bolo možné určiť alebo objasniť rýchlosti fotochemických reakcií medzi rôznymi zložkami atmosférického vzduchu. Treba povedať, že veľmi mizerné údaje o týchto rýchlostiach, ktoré vtedy existovali, mali aj poriadnu chybovosť (až niekoľko sto percent). Okrem toho podmienky, za ktorých sa merania uskutočňovali, spravidla veľmi nezodpovedali realite atmosféry, čo vážne zhoršilo chybu, pretože intenzita väčšiny reakcií závisela od teploty a niekedy od tlaku alebo hustoty atmosféry. vzduchu.
po druhé, intenzívne študovať radiačno-optické vlastnosti množstva malých atmosférických plynov v laboratórnych podmienkach. Ultrafialovým žiarením zo Slnka (pri fotolýznych reakciách) sa ničia molekuly značného počtu zložiek atmosférického vzduchu, medzi nimi nielen vyššie uvedené freóny, ale aj molekulárny kyslík, ozón, oxidy dusíka a mnohé ďalšie. Preto boli odhady parametrov každej fotolýznej reakcie rovnako potrebné a dôležité pre správnu reprodukciu chemických procesov v atmosfére ako rýchlosti reakcií medzi rôznymi molekulami.
po tretie, bolo potrebné vytvoriť matematické modely schopné čo najúplnejšie popísať vzájomné chemické premeny zložiek atmosférického vzduchu. Ako už bolo spomenuté, produktivita deštrukcie ozónu v katalytických cykloch je určená tým, ako dlho zostane katalyzátor (NO, Cl alebo nejaký iný) v atmosfére. Je jasné, že takýto katalyzátor by vo všeobecnosti mohol reagovať s akoukoľvek z desiatok zložiek atmosférického vzduchu, pričom by v tomto procese rýchlo skolaboval, a potom by poškodenie stratosférického ozónu bolo oveľa menšie, ako sa očakávalo. Na druhej strane, keď každú sekundu prebieha v atmosfére veľa chemických premien, je pravdepodobné, že možno identifikovať ďalšie mechanizmy, ktoré priamo alebo nepriamo ovplyvňujú tvorbu a ničenie ozónu. Napokon takéto modely dokážu identifikovať a vyhodnotiť význam jednotlivých reakcií alebo ich skupín pri tvorbe iných plynov, ktoré tvoria atmosférický vzduch, a tiež umožňujú vypočítať koncentrácie plynov, ktoré nie je možné merať.
A nakoniec, bolo potrebné zorganizovať širokú sieť na meranie obsahu rôznych plynov vo vzduchu, vrátane zlúčenín dusíka, chlóru atď., s využitím na tento účel pozemných staníc, štartov meteorologických balónov a meteorologických rakiet a letov lietadiel. Samozrejme, vytvorenie databázy bola najdrahšia úloha, ktorú nebolo možné vyriešiť v krátkom čase. Východiskovým bodom pre teoretický výskum však mohli byť iba merania, ktoré sú zároveň skúšobným kameňom pravdivosti vyslovených hypotéz.
Od začiatku 70. rokov vychádzajú minimálne raz za tri roky špeciálne, neustále aktualizované zbierky, ktoré obsahujú informácie o všetkých významných atmosférických reakciách, vrátane reakcií fotolýzy. Okrem toho chyba pri určovaní parametrov reakcií medzi plynnými zložkami vzduchu je dnes spravidla 10-20%.
V druhej polovici tohto desaťročia došlo k prudkému rozvoju modelov popisujúcich chemické premeny v atmosfére. Najviac ich vzniklo v USA, no objavili sa v Európe a ZSSR. Najprv to boli krabicové (nulové) modely a potom jednorozmerné modely. Prvý reprodukoval s rôznym stupňom spoľahlivosti obsah hlavných atmosférických plynov v danom objeme - krabici (odtiaľ ich názov) - ako výsledok chemických interakcií medzi nimi. Keďže sa predpokladalo zachovanie celkovej hmotnosti vzduchovej zmesi, neuvažovalo sa o odstránení akejkoľvek jej časti zo schránky, napríklad vetrom. Krabicové modely boli vhodné na objasnenie úlohy jednotlivých reakcií alebo ich skupín v procesoch chemickej tvorby a deštrukcie atmosférických plynov a na posúdenie citlivosti plynového zloženia atmosféry na nepresnosti pri určovaní reakčných rýchlostí. S ich pomocou by výskumníci mohli nastavením atmosférických parametrov v boxe (najmä teploty a hustoty vzduchu) zodpovedajúcich nadmorskej výške leteckých letov a približnou aproximáciou odhadnúť, ako by sa zmenili koncentrácie atmosférických nečistôt v dôsledku emisií. splodín spaľovania leteckých motorov. Krabicové modely boli zároveň nevhodné na štúdium problému chlórfluórovaných uhľovodíkov (CFC), keďže nedokázali opísať proces ich pohybu zo zemského povrchu do stratosféry. Tu prišli vhod jednorozmerné modely, ktoré kombinovali zohľadnenie detailného popisu chemických interakcií v atmosfére a transportu nečistôt vo vertikálnom smere. A hoci tu bol vertikálny prenos špecifikovaný dosť nahrubo, použitie jednorozmerných modelov bolo citeľným krokom vpred, keďže umožnili nejakým spôsobom opísať skutočné javy.
Keď sa pozrieme späť, môžeme povedať, že veľa z našich moderných vedomostí je založené na hrubej práci vykonanej v tých rokoch pomocou jednorozmerných a krabicových modelov. Umožnil určiť mechanizmy vzniku plynového zloženia atmosféry, posúdiť intenzitu chemických zdrojov a záchytov jednotlivých plynov. Dôležitou črtou tohto štádia vývoja atmosférickej chémie je, že nové nápady, ktoré sa objavili, boli testované na modeloch a široko diskutované medzi odborníkmi. Získané výsledky sa často porovnávali s odhadmi iných vedeckých skupín, pretože merania v teréne boli zjavne nedostatočné a ich presnosť bola veľmi nízka. Na potvrdenie správnosti modelovania určitých chemických interakcií bolo navyše potrebné vykonať komplexné merania, pri ktorých sa súčasne určovali koncentrácie všetkých zúčastnených činidiel, čo v tom čase a ani teraz bolo prakticky nemožné. (Doteraz bolo vykonaných len niekoľko meraní komplexu plynov z raketoplánu počas 2-5 dní.) Modelové štúdie preto predbehli experimentálne a teória ani tak nevysvetľovala pozorovania v teréne, ako skôr prispela k ich optimálne plánovanie. Napríklad zlúčenina ako dusičnan chlóru ClONO2 sa prvýkrát objavila v modelových štúdiách a až potom bola objavená v atmosfére. Aj porovnávanie dostupných meraní s modelovými odhadmi bolo náročné, keďže jednorozmerný model nedokázal zohľadňovať horizontálne pohyby vzduchu, preto sa predpokladalo, že atmosféra je horizontálne homogénna a získané modelové výsledky zodpovedali nejakému priemernému globálnemu stavu. V skutočnosti je však zloženie ovzdušia nad priemyselnými regiónmi Európy alebo Spojených štátov veľmi odlišné od jeho zloženia nad Austráliou alebo nad Tichým oceánom. Preto výsledky akéhokoľvek pozorovania v teréne do značnej miery závisia od miesta a času meraní a, samozrejme, nezodpovedajú presne globálnej priemernej hodnote.
Na odstránenie tejto medzery v modelovaní výskumníci v 80. rokoch vytvorili dvojrozmerné modely, v ktorých sa popri vertikálnom transporte bral do úvahy aj letecký transport pozdĺž poludníka (pozdĺž kruhu zemepisnej šírky bola atmosféra stále považovaná za homogénnu). Vytvorenie takýchto modelov bolo spočiatku spojené so značnými ťažkosťami.
po prvé, počet parametrov externého modelu sa prudko zvýšil: v každom uzle siete bolo potrebné nastaviť rýchlosti vertikálneho a medzilatitudinálneho transportu, teplotu a hustotu vzduchu atď. Mnohé parametre (predovšetkým vyššie uvedené rýchlosti) neboli v experimentoch spoľahlivo stanovené, a preto boli vybrané z kvalitatívnych dôvodov.
po druhé, Vtedajší stav výpočtovej techniky výrazne brzdil plný rozvoj dvojrozmerných modelov. Oproti ekonomickým jednorozmerným a najmä krabicovým modelom si dvojrozmerné modely vyžadovali podstatne viac pamäte a počítačového času. A v dôsledku toho boli ich tvorcovia nútení výrazne zjednodušiť schémy účtovania chemických premien v atmosfére. Napriek tomu komplex atmosférických štúdií, modelových aj úplných s využitím satelitov, umožnil nakresliť relatívne harmonický, aj keď zďaleka nie úplný obraz o zložení atmosféry, ako aj určiť hlavnú príčinu-a- efektové vzťahy, ktoré spôsobujú zmeny obsahu jednotlivých zložiek vzduchu. Najmä početné štúdie ukázali, že lety lietadiel v troposfére nespôsobujú žiadne významné poškodenie troposférického ozónu, ale zdá sa, že ich výstup do stratosféry má negatívny vplyv na ozonosféru. Názor väčšiny odborníkov na úlohu freónov bol takmer jednomyseľný: hypotéza Rowlanda a Moliny je potvrdená a tieto látky skutočne prispievajú k ničeniu stratosférického ozónu a pravidelné zvyšovanie ich priemyselnej produkcie je časovanou bombou, pretože K rozpadu freónov nedochádza okamžite, ale až po desiatkach a stovkách rokov, takže účinky znečistenia ovplyvnia atmosféru na veľmi dlhú dobu. Navyše, ak pretrvávajú dlhší čas, chlórfluórované uhľovodíky môžu dosiahnuť ktorýkoľvek, dokonca aj najvzdialenejší bod v atmosfére, a preto ide o hrozbu v celosvetovom meradle. Nastal čas na dohodnuté politické rozhodnutia.
V roku 1985 bol za účasti 44 krajín vo Viedni vypracovaný a prijatý dohovor o ochrane ozónovej vrstvy, ktorý podnietil jeho komplexné štúdium. Otázka, čo robiť s freónmi, však stále zostávala otvorená. Nebolo možné nechať veci voľný priebeh podľa princípu „vyrieši sa to samo“, ale je tiež nemožné zakázať výrobu týchto látok cez noc bez obrovských škôd na ekonomike. Zdá sa, že existuje jednoduché riešenie: je potrebné nahradiť freóny inými látkami, ktoré môžu plniť rovnaké funkcie (napríklad v chladiacich jednotkách) a zároveň sú neškodné alebo aspoň menej nebezpečné pre ozón. Ale implementácia jednoduchých riešení je často veľmi náročná. Nielenže si vytvorenie takýchto látok a založenie ich výroby vyžadovalo obrovské kapitálové investície a čas, ale aj kritériá na posúdenie vplyvu ktorejkoľvek z nich na ovzdušie a klímu.
Teoretici sú opäť v centre pozornosti. D. Webbles z Livermore National Laboratory navrhol na tento účel využiť potenciál poškodzovania ozónovej vrstvy, ktorý ukázal, o koľko silnejšie (alebo slabšie) molekula náhradnej látky ovplyvňuje atmosférický ozón ako molekula CFCl3 (Freón-11). V tom čase bolo tiež dobre známe, že teplota povrchovej vzduchovej vrstvy výrazne závisí od koncentrácie určitých plynných nečistôt (nazývali sa skleníkové plyny), predovšetkým oxidu uhličitého CO2, vodnej pary H2O, ozónu atď. ich potenciálnych náhrad. Merania ukázali, že počas priemyselnej revolúcie sa priemerná ročná globálna teplota povrchovej vrstvy ovzdušia zvyšovala a stále zvyšuje, čo naznačuje výrazné a nie vždy žiaduce zmeny v klíme Zeme. Aby sa táto situácia dostala pod kontrolu, spolu s potenciálom látky poškodzovať ozónovú vrstvu sa zvažoval aj jej potenciál globálneho otepľovania. Tento index udával, o koľko silnejšie alebo slabšie ovplyvňuje študovaná zlúčenina teplotu vzduchu ako rovnaké množstvo oxidu uhličitého. Výpočty ukázali, že freóny a alternatívne látky majú veľmi vysoký potenciál globálneho otepľovania, ale keďže ich atmosférické koncentrácie boli oveľa nižšie ako koncentrácie CO2, H2O alebo O3, ich celkový príspevok ku globálnemu otepľovaniu zostal zanedbateľný. Zatiaľ...
Tabuľky vypočítaných potenciálov poškodzovania ozónovej vrstvy a potenciálov globálneho otepľovania chlórfluórovaných uhľovodíkov a ich možných náhrad tvorili základ pre medzinárodné rozhodnutia o znížení a následnom zákaze výroby a používania mnohých CFC (Montrealský protokol z roku 1987 a jeho neskoršie dodatky). Možno by experti zhromaždení v Montreale neboli takí jednomyseľní (napokon, články Protokolu boli založené na „výrobkoch“ teoretikov nepotvrdených prírodnými experimentmi), ale za podpísanie tohto dokumentu sa vyslovila ďalšia zainteresovaná „osoba“. - samotná atmosféra.
Oznámenie, že anglickí vedci objavili koncom roka 1985 nad Antarktídou „ozónovú dieru“, sa nie bez účasti novinárov stalo senzáciou roka a reakcia svetovej komunity na toto oznámenie sa dá najjednoduchšie opísať jedným krátkym slovom. - šok. Jedna vec je, keď hrozba zničenia ozónovej vrstvy existuje až v ďalekej budúcnosti, a druhá, keď všetci čelíme hotovej veci. Na to neboli pripravení ani obyčajní ľudia, ani politici, ani teoretici.
Rýchlo sa ukázalo, že žiadny z existujúcich modelov nedokáže reprodukovať také výrazné zníženie hladín ozónu. To znamená, že niektoré dôležité prírodné javy buď nezohľadnili, alebo podcenili. Čoskoro terénne štúdie uskutočnené v rámci programu na štúdium antarktického fenoménu ukázali, že dôležitú úlohu pri vytváraní „ozónovej diery“ spolu s bežnými (plynovými) atmosférickými reakciami zohrávajú zvláštnosti transport atmosférického vzduchu v antarktickej stratosfére (jeho takmer úplná izolácia v zime od zvyšku atmosféry), ako aj v tom čase málo prebádané heterogénne reakcie (reakcie na povrchu atmosférických aerosólov - prachové častice, sadze, ľadové kryhy, kvapôčky vody atď.). Iba zohľadnenie vyššie uvedených faktorov umožnilo dosiahnuť uspokojivú zhodu medzi modelovými výsledkami a pozorovanými údajmi. A lekcie z antarktickej „ozónovej diery“ vážne ovplyvnili ďalší vývoj atmosférickej chémie.
Po prvé, bol daný ostrý impulz k podrobnému štúdiu heterogénnych procesov prebiehajúcich podľa zákonov odlišných od zákonov, ktoré určujú procesy v plynnej fáze. Po druhé, bolo jasné, že v takom zložitom systéme, akým je atmosféra, správanie jej prvkov závisí od celého komplexu vnútorných prepojení. Inými slovami, obsah plynov v atmosfére je určený nielen intenzitou chemických procesov, ale aj teplotou vzduchu, prenosom vzdušných hmôt, charakteristikami aerosólového znečistenia rôznych častí atmosféry atď. Radiačný ohrev a chladenie, ktoré tvoria teplotné pole stratosférického vzduchu, závisia od koncentrácie a distribúcie skleníkových plynov v priestore a následne od atmosférických dynamických procesov. Nakoniec, nerovnomerné vyhrievanie rôznych zón zemegule a častí atmosféry nerovnomerným žiarením generuje pohyby vzduchu v atmosfére a riadi ich intenzitu. Preto nezohľadnenie spätnej väzby v modeloch môže byť spojené s veľkými chybami v získaných výsledkoch (hoci, len mimochodom, príliš komplikovať model bez naliehavej potreby je rovnako nevhodné ako strieľať z kanónov na známych predstaviteľov vtákov) .
Ak sa vzťah medzi teplotou vzduchu a zložením jeho plynu zohľadnil v dvojrozmerných modeloch už v 80-tych rokoch, potom sa vďaka rozmachu počítačov stalo možné použiť trojrozmerné modely všeobecnej atmosférickej cirkulácie na opis distribúcie atmosférických nečistôt. len v 90-tych rokoch. Prvé takéto modely všeobecnej cirkulácie boli použité na opis priestorovej distribúcie chemicky pasívnych látok – indikátorov. Neskôr pre nedostatočnú RAM počítačov boli chemické procesy špecifikované iba jedným parametrom - dobou zotrvania nečistoty v atmosfére a len relatívne nedávno sa bloky chemických premien stali plnohodnotnou súčasťou trojrozmerných modelov. Hoci stále existujú ťažkosti s podrobným znázornením atmosférických chemických procesov v 3D modeloch, už sa nezdajú neprekonateľné a najlepšie 3D modely zahŕňajú stovky chemických reakcií spolu so skutočným klimatickým transportom vzduchu v globálnej atmosfére.
Rozšírené používanie moderných modelov zároveň vôbec nespochybňuje užitočnosť tých jednoduchších, o ktorých sme hovorili vyššie. Je dobre známe, že čím je model zložitejší, tým ťažšie je oddeliť „signál“ od „šumu modelu“, analyzovať získané výsledky, identifikovať hlavné mechanizmy príčin a následkov a posúdiť vplyv určitých javy na konečnom výsledku (a teda vhodnosť ich zohľadnenia v modeli) . A tu jednoduchšie modely slúžia ako ideálne testovacie miesto, umožňujú získať predbežné odhady, ktoré sa neskôr použijú v trojrozmerných modeloch, študovať nové prírodné javy pred ich zaradením do zložitejších atď.
Rýchly vedecký a technologický pokrok dal podnet na vznik niekoľkých ďalších oblastí výskumu, tak či onak súvisiacich s atmosférickou chémiou.
Satelitné monitorovanie atmosféry. Keď sa zaviedlo pravidelné dopĺňanie databázy zo satelitov, pre väčšinu najdôležitejších zložiek atmosféry, pokrývajúcich takmer celú zemeguľu, vznikla potreba zlepšiť metódy ich spracovania. To zahŕňa filtrovanie dát (oddelenie signálu a chýb merania), obnovu vertikálnych profilov koncentrácií nečistôt na základe ich celkového obsahu v atmosférickom stĺpci a interpoláciu dát v tých oblastiach, kde priame merania nie sú z technických dôvodov možné. Satelitný monitoring navyše dopĺňajú letecké expedície, ktoré sú plánované na riešenie rôznych problémov napríklad v tropickom Tichom oceáne, severnom Atlantiku a dokonca aj v letnej stratosfére Arktídy.
Dôležitou súčasťou moderného výskumu je asimilácia (asimilácia) týchto databáz do modelov rôznej zložitosti. V tomto prípade sa parametre vyberajú na základe podmienky najbližšej blízkosti medzi nameranými a modelovými hodnotami obsahu nečistôt v bodoch (regiónoch). Týmto spôsobom sa kontroluje kvalita modelov, ako aj extrapolácia nameraných hodnôt mimo oblastí a období meraní.
Odhad koncentrácií krátkodobých látok znečisťujúcich atmosféru. Najväčšiu chemickú reaktivitu, a teda veľmi malú ( niekoľko sekúnd alebo minút) „životnosť“ v atmosfére. Preto je meranie takýchto radikálov mimoriadne náročné a rekonštrukcia ich obsahu vo vzduchu sa často vykonáva pomocou modelových vzťahov medzi chemickými zdrojmi a záchytmi týchto radikálov. Po dlhú dobu sa intenzity zdrojov a záchytov počítali pomocou modelových údajov. S príchodom vhodných meraní bolo možné na ich základe rekonštruovať koncentrácie radikálov a zároveň zlepšovať modely a rozširovať informácie o zložení plynov v atmosfére.
Rekonštrukcia plynového zloženia atmosféry v predindustriálnom období a skorších obdobiach Zeme. Vďaka meraniam v ľadových jadrách Antarktídy a Grónska, ktorých vek sa pohybuje od stoviek až po stovky tisíc rokov, sú známe koncentrácie oxidu uhličitého, oxidu dusného, metánu, oxidu uhoľnatého, ako aj vtedajšia teplota. . Modelová rekonštrukcia stavu atmosféry v týchto obdobiach a jej porovnanie so súčasnosťou umožňuje sledovať vývoj zemskej atmosféry a posúdiť mieru vplyvu človeka na prírodné prostredie.
Posúdenie intenzity zdrojov najdôležitejších zložiek ovzdušia. Systematické merania obsahu plynov v prízemnom ovzduší, ako je metán, oxid uhoľnatý a oxidy dusíka, sa stali základom riešenia inverzného problému: odhad množstva emisií plynov z pozemných zdrojov do atmosféry na základe ich známych koncentrácií . Žiaľ, len súpis vinníkov univerzálneho rozruchu – freóny – je pomerne jednoduchá úloha, keďže takmer všetky tieto látky nemajú prirodzené zdroje a ich celkové množstvo vstupujúce do atmosféry je limitované objemom ich produkcie. Zvyšné plyny majú odlišné a porovnateľné zdroje energie. Zdrojom metánu sú napríklad podmáčané oblasti, močiare, ropné vrty, uhoľné bane; túto zlúčeninu vylučujú kolónie termitov a je dokonca odpadovým produktom dobytka. Oxid uhoľnatý sa dostáva do atmosféry ako súčasť výfukových plynov, v dôsledku spaľovania paliva, ako aj pri oxidácii metánu a mnohých organických zlúčenín. Priame merania emisií týchto plynov sú zložité, ale boli vyvinuté techniky na poskytnutie odhadov globálnych zdrojov znečisťujúcich plynov, ktorých neistota sa v posledných rokoch výrazne znížila, hoci zostáva stále veľká.
Predpovedanie zmien v zložení atmosféry a klímy Zeme Vzhľadom na trendy - trendy v obsahu atmosférických plynov, hodnotenia ich zdrojov, miery rastu populácie Zeme, miery rastu produkcie všetkých druhov energie atď. - špeciálne skupiny odborníkov vytvárajú a neustále upravujú scenáre pre pravdepodobné znečistenia ovzdušia v nasledujúcich 10, 30, 100 rokoch. Na ich základe sa pomocou modelov predpovedajú možné zmeny v zložení plynu, teplote a atmosférickej cirkulácii. Takto je možné vopred odhaliť nepriaznivé trendy stavu atmosféry a pokúsiť sa ich eliminovať. Antarktický šok z roku 1985 sa nesmie opakovať.
Fenomén skleníkového efektu atmosféry
V posledných rokoch sa jasne ukázalo, že analógia medzi obyčajným skleníkom a skleníkovým efektom atmosféry nie je úplne správna. Koncom minulého storočia slávny americký fyzik Wood, ktorý v laboratórnom modeli skleníka nahradil obyčajné sklo kremenným sklom a bez toho, aby zistil zmeny vo fungovaní skleníka, ukázal, že problém nie je v oneskorení tepelné vyžarovanie pôdy sklom, ktoré prepúšťa slnečné žiarenie, úloha skla v tomto V tomto prípade spočíva len v „odrezaní“ turbulentnej výmeny tepla medzi povrchom pôdy a atmosférou.
Skleníkový (skleníkový) efekt atmosféry je jej schopnosť prepúšťať slnečné žiarenie, ale zadržiavať pozemské žiarenie, čím podporuje akumuláciu tepla Zemou. Zemská atmosféra pomerne dobre prepúšťa krátkovlnné slnečné žiarenie, ktoré je takmer úplne absorbované zemským povrchom. Zahrievaním v dôsledku pohlcovania slnečného žiarenia sa zemský povrch stáva zdrojom pozemského, hlavne dlhovlnného žiarenia, ktorého časť smeruje do vesmíru.
Vplyv zvyšovania koncentrácie CO2
Vedci a výskumníci naďalej polemizujú o zložení takzvaných skleníkových plynov. Najväčší záujem je v tomto smere o vplyv zvyšujúcich sa koncentrácií oxidu uhličitého (CO2) na skleníkový efekt atmosféry. Navrhuje sa, aby známa schéma: „zvýšenie koncentrácie oxidu uhličitého zosilňuje skleníkový efekt, čo vedie k otepľovaniu globálnej klímy“ je extrémne zjednodušená a veľmi vzdialená realite, pretože najdôležitejší „skleníkový plyn“ nie je CO2 vôbec, ale vodná para. Zároveň už neobstojí výhrada, že koncentráciu vodnej pary v atmosfére určujú len parametre samotného klimatického systému, keďže antropogénny vplyv na globálny vodný cyklus je presvedčivo preukázaný.
Ako vedecké hypotézy poukazujeme na nasledujúce dôsledky nastávajúceho skleníkového efektu. po prvé, Podľa najbežnejších odhadov sa do konca 21. storočia obsah atmosférického CO2 zdvojnásobí, čo nevyhnutne povedie k zvýšeniu priemernej globálnej povrchovej teploty o 3 - 5 o C. Zároveň sa očakáva otepľovanie výsledkom budú suchšie letá v miernych zemepisných šírkach severnej pologule.
po druhé, Predpokladá sa, že takéto zvýšenie priemernej globálnej povrchovej teploty povedie v dôsledku tepelnej rozťažnosti vody k zvýšeniu hladiny Svetového oceánu o 20 - 165 centimetrov. Čo sa týka antarktického ľadovca, jeho zničenie nie je nevyhnutné, keďže topenie si vyžaduje vyššie teploty. V každom prípade proces topenia antarktického ľadu bude trvať veľmi dlho.
po tretie, Atmosférické koncentrácie CO2 môžu mať veľmi priaznivé účinky na výnosy plodín. Výsledky experimentov naznačujú, že v podmienkach postupného zvyšovania obsahu CO2 v ovzduší dosiahne prirodzená a kultúrna vegetácia optimálny stav; Zväčší sa listová plocha rastlín, zvýši sa špecifická hmotnosť sušiny listov, zvýši sa priemerná veľkosť plodov a počet semien, zrýchli sa dozrievanie zŕn, zvýši sa ich úroda.
po štvrté, Vo vysokých zemepisných šírkach môžu byť prirodzené lesy, najmä boreálne lesy, veľmi citlivé na zmeny teploty. Otepľovanie by mohlo viesť k prudkému zmenšeniu rozlohy boreálnych lesov, ako aj k posunu ich hranice na sever, lesy trópov a subtrópov budú pravdepodobne citlivejšie na zmeny zrážok ako na teplotu.
Svetelná energia zo slnka preniká do atmosféry, je absorbovaná zemským povrchom a ohrieva ju. V tomto prípade sa svetelná energia mení na teplo, ktoré sa uvoľňuje vo forme infračerveného alebo tepelného žiarenia. Toto infračervené žiarenie, odrazené od zemského povrchu, je absorbované oxidom uhličitým, pričom sa ohrieva a ohrieva atmosféru. To znamená, že čím viac oxidu uhličitého v atmosfére, tým silnejšie ovplyvňuje klímu na planéte. To isté sa deje v skleníkoch, a preto sa tento jav nazýva skleníkový efekt.
Ak budú takzvané skleníkové plyny naďalej prúdiť súčasným tempom, tak v nasledujúcom storočí sa priemerná teplota Zeme zvýši o 4 - 5 o C, čo môže viesť ku globálnemu otepľovaniu planéty.
Záver
Zmena postoja k prírode neznamená, že by ste mali opustiť technologický pokrok. Jeho zastavenie problém nevyrieši, ale môže jeho riešenie len oddialiť. Je potrebné vytrvalo a trpezlivo sa usilovať o znižovanie emisií zavádzaním nových environmentálnych technológií šetrenia surovinami, spotrebou energie a zvyšovaním počtu výsadieb, uskutočňovaním vzdelávacích aktivít ohľadom ekologického videnia sveta obyvateľstva.
Napríklad v USA sa jeden z podnikov na výrobu syntetického kaučuku nachádza vedľa obytných oblastí, čo nespôsobuje protest obyvateľov, pretože fungujú ekologické technologické schémy, ktoré v minulosti so starými technológiami neboli veľmi čisté.
To znamená, že potrebujeme prísny výber technológií, ktoré spĺňajú najprísnejšie kritériá, moderné perspektívne technológie nám umožnia dosiahnuť vysokú úroveň ekologickej výroby vo všetkých odvetviach priemyslu a dopravy, ako aj zvýšiť počet vysadených zelených plôch. v priemyselných zónach a mestách.
Experiment zaujal v posledných rokoch vedúce postavenie vo vývoji chémie atmosféry a miesto teórie je rovnaké ako v klasických, úctyhodných vedách. Stále však existujú oblasti, v ktorých teoretický výskum zostáva prioritou: napríklad iba modelové experimenty sú schopné predpovedať zmeny v zložení atmosféry alebo posúdiť účinnosť reštriktívnych opatrení realizovaných v rámci Montrealského protokolu. Vychádzajúc z riešenia dôležitého, no súkromného problému, dnes atmosferická chémia v spolupráci s príbuznými odbormi pokrýva celý komplex problémov v oblasti štúdia a ochrany životného prostredia. Možno môžeme povedať, že prvé roky vývoja atmosférickej chémie prebehli pod heslom: „Nemeškajte!“ Štartovný zhon sa skončil, beh pokračuje.
Vlastnosti biotopu zem-vzduch. V prostredí zem-vzduch je dostatok svetla a vzduchu. Ale vlhkosť a teplota vzduchu sa veľmi líšia. V bažinatých oblastiach je nadmerné množstvo vlhkosti, v stepiach je jej oveľa menej. Citeľné sú aj denné a sezónne teplotné výkyvy.
Adaptácia organizmov na život v podmienkach rôznych teplôt a vlhkosti. S teplotou a vlhkosťou vzduchu súvisí veľké množstvo adaptácií organizmov v prostredí zem-vzduch. Stepné zvieratá (škorpióny, tarantule a karakurtské pavúky, gophery, hraboše) sa skrývajú pred horúčavou v norách. Zvýšené odparovanie vody z listov chráni rastlinu pred horúcimi lúčmi slnka. U zvierat je takouto úpravou vylučovanie potu.
S nástupom chladného počasia vtáky odlietajú do teplejších oblastí, aby sa na jar vrátili na miesto, kde sa narodili a kde budú rodiť. Charakteristickým znakom prostredia zem-vzduch v južných oblastiach Ukrajiny alebo Krymu je nedostatočné množstvo vlhkosti.
Pozrite si Obr. 151 s rastlinami, ktoré sa prispôsobili podobným podmienkam.
Adaptácia organizmov na pohyb v prostredí zem-vzduch. Pre mnohé živočíchy prostredia zem-vzduch je dôležitý pohyb na zemskom povrchu alebo vo vzduchu. Na tento účel si vyvinuli určité prispôsobenia a ich končatiny majú odlišnú štruktúru. Niektoré sa prispôsobili behu (vlk, kôň), iné skákaniu (klokan, jerboa, kobylka) a iné letu (vtáky, netopiere, hmyz) (obr. 152). Hady a zmije nemajú končatiny. Pohybujú sa ohýbaním tela.
Podstatne menej organizmov sa prispôsobilo životu vysoko v horách, keďže je tu málo pôdy, vlahy a vzduchu pre rastliny a zvieratá sa ťažko pohybujú. Ale niektoré zvieratá, napríklad muflónie horské kozy (obr. 154), sa pri aspoň malých nerovnostiach dokážu pohybovať takmer vertikálne hore a dole. Preto môžu žiť vysoko v horách. Materiál zo stránky
Prispôsobenie organizmov rôznym svetelným podmienkam. Jedným z prispôsobení rastlín rôznemu osvetleniu je smerovanie listov k svetlu. V tieni sú listy usporiadané horizontálne: týmto spôsobom dostávajú viac svetelných lúčov. Svetlomilné snežienky a ryast sa rozvíjajú a kvitnú skoro na jar. V tomto období majú dostatok svetla, keďže listy sa na stromoch v lese ešte neobjavili.
Adaptácia živočíchov na špecifikovaný faktor biotopu zem-vzduch je stavba a veľkosť očí. Väčšina zvierat v tomto prostredí má dobre vyvinuté orgány zraku. Napríklad jastrab z výšky svojho letu vidí myš bežať po poli.
Počas mnohých storočí vývoja sa organizmy prostredia zem-vzduch prispôsobili vplyvu jeho faktorov.
Nenašli ste, čo ste hľadali? Použite vyhľadávanie
Na tejto stránke sú materiály k nasledujúcim témam:
- referát na tému biotop živého organizmu, 6. ročník
- prispôsobivosť sovy snežnej na prostredie
- termíny na tému ovzdušia
- správa o biotopoch zem-vzduch
- prispôsobenie dravých vtákov ich prostrediu
NOVÝ VZHĽAD Adaptácie organizmov na život v prostredí zem-vzduchŽivé organizmy v prostredie zem-vzduch obklopený vzduchom. Vzduch má nízku hustotu a v dôsledku toho nízku zdvíhaciu silu, nevýznamnú podporu a nízky odpor voči pohybu organizmov. Suchozemské organizmy žijú v podmienkach relatívne nízkeho a stáleho atmosférického tlaku, a to aj vďaka nízkej hustote vzduchu.
Vzduch má nízku tepelnú kapacitu, takže sa rýchlo zohreje a rovnako rýchlo ochladí. Rýchlosť tohto procesu je nepriamo úmerná množstvu vodnej pary v ňom obsiahnutej.
Ľahké vzduchové hmoty majú väčšiu mobilitu, horizontálne aj vertikálne. To pomáha udržiavať konštantné zloženie plynu vo vzduchu. Obsah kyslíka vo vzduchu je oveľa vyšší ako vo vode, takže kyslík na zemi nie je limitujúcim faktorom.
Svetlo v suchozemských biotopoch vďaka vysokej priehľadnosti atmosféry nepôsobí na rozdiel od vodného prostredia ako limitujúci faktor.
Prostredie zem-vzduch má rôzne vlhkostné režimy: od úplného a neustáleho nasýtenia vzduchu vodnými parami v niektorých oblastiach trópov až po ich takmer úplnú absenciu v suchom vzduchu púští. Veľká variabilita vlhkosti vzduchu je aj počas dňa a ročných období.
Vlhkosť na zemi pôsobí ako limitujúci faktor.
Kvôli prítomnosti gravitácie a nedostatku vztlakovej sily majú suchozemskí obyvatelia dobre vyvinuté podporné systémy, ktoré podporujú ich telá. V rastlinách sú to rôzne mechanické tkanivá, zvlášť silne vyvinuté na stromoch. Zvieratá si počas evolučného procesu vyvinuli vonkajšiu (článkonožce) aj vnútornú (strunatcovitú) kostru. Niektoré skupiny živočíchov majú hydroskelet (škrkavky a annelids). Problémy medzi pozemskými organizmami s udržiavaním ich tiel vo vesmíre a prekonávaním gravitačných síl obmedzili ich maximálnu hmotnosť a veľkosť. Najväčšie suchozemské zvieratá majú nižšiu veľkosť a hmotnosť ako obri vodného prostredia (hmotnosť slona dosahuje 5 ton a modrá veľryba - 150 ton).
Nízky odpor vzduchu prispel k progresívnemu vývoju pohybových systémov suchozemských zvierat. Cicavce tak nadobudli najvyššiu rýchlosť pohybu na súši a vtáky ovládali vzdušné prostredie a rozvíjali schopnosť lietať.
Vysokú pohyblivosť vzduchu vo vertikálnom a horizontálnom smere využívajú niektoré suchozemské organizmy v rôznom štádiu svojho vývoja na šírenie pomocou prúdenia vzduchu (mladé pavúky, hmyz, spóry, semená, plody rastlín, protistové cysty). Analogicky s vodnými planktonickými organizmami si hmyz vyvinul podobné adaptácie ako adaptácie na pasívne stúpanie vo vzduchu – malé telesné veľkosti, rôzne výrastky, ktoré zväčšujú relatívny povrch tela alebo niektorých jeho častí. Semená a plody rozptýlené vetrom majú rôzne krídlovité a paragautovité prívesky, ktoré zvyšujú ich schopnosť kĺzania.
Adaptácie suchozemských organizmov na zachovanie vlhkosti sú tiež rôznorodé. U hmyzu je telo spoľahlivo chránené pred vysychaním viacvrstvovou chitinizovanou kutikulou, ktorej vonkajšia vrstva obsahuje tuky a látky podobné vosku. Podobné zariadenia na úsporu vody sú vyvinuté aj u plazov. Schopnosť vnútorného oplodnenia vyvinutá u suchozemských živočíchov ich urobila nezávislými od prítomnosti vodného prostredia.
Pôda je komplexný systém pozostávajúci z pevných častíc obklopených vzduchom a vodou.
V závislosti od typu - ílovitý, piesčitý, hlinito-piesočnatý atď - pôda je viac-menej presiaknutá dutinami vyplnenými zmesou plynov a vodných roztokov. V pôde sa v porovnaní s prízemnou vrstvou vzduchu vyrovnávajú teplotné výkyvy a v hĺbke 1 m sú nepostrehnuteľné aj sezónne zmeny teplôt.
Najvyšší pôdny horizont obsahuje viac alebo menej humus, od ktorých závisí produktivita rastlín. Stredná vrstva umiestnená pod ňou obsahuje vymyté z vrchnej vrstvy a transformované látky. Je znázornená spodná vrstva materské plemeno.
Voda v pôde je prítomná v dutinách, malých priestoroch. Zloženie pôdneho vzduchu sa s hĺbkou prudko mení: znižuje sa obsah kyslíka a zvyšuje sa obsah oxidu uhličitého. Pri zaplavení pôdy vodou alebo intenzívnom rozklade organických zvyškov vznikajú zóny bez kyslíka. Podmienky existencie v pôde sú teda v rôznych horizontoch rôzne.
V priebehu evolúcie sa toto prostredie vyvinulo neskôr ako vodné prostredie. Jeho zvláštnosťou je, že je plynný, preto sa vyznačuje nízkou vlhkosťou, hustotou a tlakom a vysokým obsahom kyslíka.
V priebehu evolúcie si živé organizmy vyvinuli potrebné anatomické, morfologické, fyziologické, behaviorálne a iné úpravy.
Živočíchy v prostredí zem-vzduch sa pohybujú po pôde alebo vzduchom (vtáky, hmyz), v pôde sa zakoreňujú rastliny. Z tohto hľadiska sa u zvierat vyvinuli pľúca a priedušnica a u rastlín sa vyvinul stomatálny aparát, t.j.
orgány, ktorými suchozemskí obyvatelia planéty absorbujú kyslík priamo zo vzduchu. Kostrové orgány sa silne vyvinuli, zaisťujú autonómiu pohybu na súši a podporujú telo všetkými jeho orgánmi v podmienkach zanedbateľnej hustoty prostredia, tisíckrát menšej ako voda.
Ekologické faktory v prostredí zem-vzduch sa od ostatných biotopov líšia vysokou intenzitou svetla, výraznými výkyvmi teploty a vlhkosti vzduchu, koreláciou všetkých faktorov s geografickou polohou, striedaním ročných období a dennej doby.
Ich účinky na organizmy sú neoddeliteľne spojené s pohybom vzduchu a polohou vo vzťahu k moriam a oceánom a sú veľmi odlišné od účinkov vo vodnom prostredí (tabuľka
Tabuľka 5
Biotopové podmienky pre ovzdušie a vodné organizmy
(podľa D.F. Mordukhai-Boltovského, 1974)
| vzdušné prostredie | vodné prostredie |
| Vlhkosť | Veľmi dôležité (často nedostatok) | nemá (vždy v prebytku) |
| Hustota | Menšie (okrem pôdy) | Veľký v porovnaní s jeho úlohou pre obyvateľov vzduchu |
| Tlak | Takmer žiadne | Veľký (môže dosiahnuť 1000 atmosfér) |
| Teplota | Významné (líši sa vo veľmi širokých medziach - od -80 do +1 ОО°С a viac) | Menej ako hodnota pre obyvateľov ovzdušia (líši sa oveľa menej, zvyčajne od -2 do +40 °C) |
| Kyslík | Nepodstatné (väčšinou v prebytku) | Nevyhnutné (často v nedostatku) |
| Nerozpustené látky | Nedôležité; nepoužíva sa na potraviny (hlavne minerály) | Dôležité (zdroj potravy, najmä organické látky) |
| Rozpustené látky v životnom prostredí | Do určitej miery (relevantné iba v pôdnych roztokoch) | Dôležité (vyžadujú sa určité množstvá) |
Suchozemské zvieratá a rastliny si vyvinuli svoje vlastné, nemenej originálne adaptácie na nepriaznivé faktory prostredia: zložitú stavbu tela a jeho kožu, periodicitu a rytmus životných cyklov, termoregulačné mechanizmy atď.
Rozvinula sa cieľavedomá mobilita zvierat pri hľadaní potravy, objavili sa vetrom prenášané spóry, semená a peľ, ako aj rastliny a zvieratá, ktorých život bol úplne spojený s ovzduším. Vytvoril sa mimoriadne úzky funkčný, zdrojový a mechanický vzťah s pôdou.
Mnohé z úprav boli diskutované vyššie ako príklady pri charakterizácii abiotických environmentálnych faktorov.
Preto sa teraz nemá zmysel opakovať, keďže sa k nim vrátime na praktických hodinách.
Pôda ako biotop
Zem je jediná planéta, ktorá má pôdu (edasféru, pedosféru) - špeciálnu vrchnú vrstvu zeme.
Táto škrupina vznikla v historicky predvídateľnom čase - je to rovnaký vek ako suchozemský život na planéte. Prvýkrát na otázku o pôvode pôdy odpovedal M.V. Lomonosov („Na vrstvách Zeme“): „...pôda vznikla rozkladom živočíšnych a rastlinných tiel...v priebehu času...“.
A ty veľký ruský vedec. vy. Dokučajev (1899: 16) ako prvý nazval pôdu nezávislým prírodným telesom a dokázal, že pôda je „... rovnaké nezávislé prírodné historické teleso ako každá rastlina, akýkoľvek živočích, akýkoľvek minerál... je výsledkom, funkciou celkovej, vzájomnej aktivity podnebia daného územia, jeho rastlinných a živočíšnych organizmov, topografie a veku krajiny..., napokon podložia, t.j.
pozemné zdrojové horniny. ... Všetky tieto pôdotvorné látky sú v podstate úplne ekvivalentné množstvá a podieľajú sa rovnakou mierou na tvorbe normálnej pôdy...“
A moderný známy pôdoznalec N.A.
Kaczynski („Pôda, jej vlastnosti a život“, 1975) uvádza nasledujúcu definíciu pôdy: „Pôdu treba chápať ako všetky povrchové vrstvy hornín, spracované a zmenené spoločným vplyvom klímy (svetlo, teplo, vzduch, voda). rastlinné a živočíšne organizmy“.
Hlavnými stavebnými prvkami pôdy sú: minerálna báza, organická hmota, vzduch a voda.
Minerálny základ (kostra)(50-60% všetkej pôdy) je anorganická látka, ktorá vzniká v dôsledku podložia horskej (materskej, pôdotvornej) horniny v dôsledku jej zvetrávania.
Veľkosti kostrových častíc sa pohybujú od balvanov a kameňov po drobné zrnká piesku a častice bahna. Fyzikálno-chemické vlastnosti pôd sú determinované najmä zložením pôdotvorných hornín.
Priepustnosť a pórovitosť pôdy, ktoré zabezpečujú cirkuláciu vody aj vzduchu, závisia od pomeru ílu a piesku v pôde a veľkosti úlomkov.
V miernom podnebí je ideálne, ak je pôda zložená z rovnakého množstva hliny a piesku, t.j. predstavuje hlina.
V tomto prípade pôdam nehrozí ani podmáčanie, ani vysychanie. Oba sú rovnako deštruktívne pre rastliny aj zvieratá.
organickej hmoty– až 10 % pôdy, je tvorená odumretou biomasou (rastlinná hmota - opad listov, konárov a koreňov, odumreté kmene, trávne trávy, organizmy uhynutých zvierat), rozdrvená a spracovaná na pôdny humus mikroorganizmami a niektorými skupinami zvierat a rastlín.
Jednoduchšie prvky vznikajúce v dôsledku rozkladu organickej hmoty sú opäť absorbované rastlinami a zapájajú sa do biologického cyklu.
Vzduch(15-25%) v pôde je obsiahnutý v dutinách - póroch, medzi organickými a minerálnymi časticami. Pri nedostatku (ťažké hlinité pôdy) alebo zapĺňaní pórov vodou (pri záplavách, rozmrazovaní permafrostu) sa zhoršuje prevzdušňovanie pôdy a vznikajú anaeróbne podmienky.
V takýchto podmienkach sú inhibované fyziologické procesy organizmov, ktoré spotrebúvajú kyslík - aeróby - a rozklad organickej hmoty je pomalý. Postupne sa hromadia a vytvárajú rašelinu. Veľké zásoby rašeliny sú typické pre močiare, bažinaté lesy a spoločenstvá tundry. Akumulácia rašeliny je obzvlášť výrazná v severných oblastiach, kde sú chlad a podmáčanie pôdy vzájomne závislé a navzájom sa dopĺňajú.
Voda(25-30%) v pôde zastupujú 4 typy: gravitačný, hygroskopický (viazaný), kapilárny a parný.
Gravitačné- pohyblivá voda, zaberajúca široké priestory medzi časticami pôdy, presakuje vlastnou váhou až k hladine podzemnej vody.
Ľahko absorbovateľné rastlinami.
Hygroskopické alebo príbuzné– adsorbuje sa okolo koloidných častíc (íl, kremeň) pôdy a vďaka vodíkovým väzbám sa zadržiava vo forme tenkého filmu. Uvoľňuje sa z nich pri vysokých teplotách (102-105°C). Pre rastliny je neprístupný a nevyparuje sa. V hlinitých pôdach je až 15% takejto vody, v piesočnatých - 5%.
Kapilárne– držané okolo častíc pôdy povrchovým napätím.
Úzkymi pórmi a kanálikmi - kapilárami stúpa z hladiny podzemnej vody alebo sa rozchádza z dutín s gravitačnou vodou. Lepšie ho zadržiavajú hlinité pôdy a ľahko sa vyparuje.
Rastliny ho ľahko absorbujú.
Parný– zaberá všetky póry bez vody. Najskôr sa vyparí.
Dochádza k neustálej výmene povrchovej pôdy a podzemnej vody, ako spojnice vo všeobecnom kolobehu vody v prírode, pričom sa mení rýchlosť a smer v závislosti od ročného obdobia a poveternostných podmienok.
Súvisiace informácie:
Hľadať na stránke:
Zloženie plynu v atmosfére je tiež dôležitým klimatickým faktorom.
Približne pred 3 - 3,5 miliardami rokov atmosféra obsahovala dusík, čpavok, vodík, metán a vodnú paru a nebol v nej voľný kyslík. Zloženie atmosféry do značnej miery určovali sopečné plyny.
Práve v suchozemskom prostredí, na základe vysokej účinnosti oxidačných procesov v organizme, vznikla zvieracia homeotermia. Kyslík pre svoj neustále vysoký obsah vo vzduchu nie je faktorom obmedzujúcim život v suchozemskom prostredí. Len miestami, za špecifických podmienok, vzniká prechodný nedostatok, napríklad v akumuláciách rozkladajúcich sa rastlinných zvyškov, zásobách obilia, múky a pod.
Napríklad pri absencii vetra v centre veľkých miest sa jeho koncentrácia niekoľkonásobne zvyšuje. Dochádza k pravidelným denným zmenám obsahu oxidu uhličitého v prízemných vrstvách, ktoré súvisia s rytmom fotosyntézy rastlín, a k sezónnym zmenám, ktoré sú spôsobené zmenami rýchlosti dýchania živých organizmov, najmä mikroskopického osídlenia pôd. K zvýšenému nasýteniu vzduchu oxidom uhličitým dochádza v oblastiach sopečnej činnosti, v blízkosti termálnych prameňov a iných podzemných vývodov tohto plynu.
Nízka hustota vzduchu určuje jeho nízku zdvíhaciu silu a nevýznamnú podporu.
Obyvatelia vzdušného prostredia musia mať svoj vlastný podporný systém, ktorý podporuje telo: rastliny - s rôznymi mechanickými tkanivami, zvieratá - s pevnou alebo oveľa menej často hydrostatickou kostrou.
Vietor
búrky
Tlak
Nízka hustota vzduchu spôsobuje relatívne nízky tlak na pevninu. Normálne je to 760 mmHg. So stúpajúcou nadmorskou výškou klesá tlak. Vo výške 5800 m je to len polovica normálu. Nízky tlak môže obmedziť rozšírenie druhov v horách. Pre väčšinu stavovcov je horná hranica života asi 6000 m. Zníženie tlaku má za následok zníženie prísunu kyslíka a dehydratáciu zvierat v dôsledku zvýšenia rýchlosti dýchania.
Hranice postupu vyšších rastlín do hôr sú približne rovnaké. O niečo odolnejšie sú článkonožce (jarochvosty, roztoče, pavúky), ktoré nájdeme na ľadovcoch nad vegetačnou líniou.
Vo všeobecnosti sú všetky suchozemské organizmy oveľa stenobatickejšie ako vodné.
Biotop zem-vzduch
V priebehu evolúcie sa toto prostredie vyvinulo neskôr ako vodné prostredie. Ekologické faktory v prostredí zem-vzduch sa od ostatných biotopov líšia vysokou intenzitou svetla, výraznými výkyvmi teploty a vlhkosti vzduchu, koreláciou všetkých faktorov s geografickou polohou, striedaním ročných období a dennej doby.
Prostredie je plynné, preto sa vyznačuje nízkou vlhkosťou, hustotou a tlakom a vysokým obsahom kyslíka.
Charakteristika abiotických faktorov prostredia: svetlo, teplota, vlhkosť - viď predchádzajúca prednáška.
Zloženie plynu v atmosfére je tiež dôležitým klimatickým faktorom. Približne pred 3 - 3,5 miliardami rokov atmosféra obsahovala dusík, čpavok, vodík, metán a vodnú paru a nebol v nej voľný kyslík. Zloženie atmosféry do značnej miery určovali sopečné plyny.
V súčasnosti sa atmosféra skladá hlavne z dusíka, kyslíka a relatívne menšieho množstva argónu a oxidu uhličitého.
Všetky ostatné plyny prítomné v atmosfére sú obsiahnuté len v stopových množstvách. Pre biotu je obzvlášť dôležitý relatívny obsah kyslíka a oxidu uhličitého.
Práve v suchozemskom prostredí, na základe vysokej účinnosti oxidačných procesov v organizme, vznikla zvieracia homeotermia. Kyslík pre svoj neustále vysoký obsah vo vzduchu nie je faktorom obmedzujúcim život v suchozemskom prostredí.
Len miestami, za špecifických podmienok, vzniká prechodný nedostatok, napríklad v akumuláciách rozkladajúcich sa rastlinných zvyškov, zásobách obilia, múky a pod.
Obsah oxidu uhličitého sa môže v určitých oblastiach povrchovej vrstvy vzduchu meniť v pomerne významných medziach. Napríklad pri absencii vetra v centre veľkých miest sa jeho koncentrácia niekoľkonásobne zvyšuje. Dochádza k pravidelným denným zmenám obsahu oxidu uhličitého v prízemných vrstvách, ktoré súvisia s rytmom fotosyntézy rastlín, a k sezónnym zmenám, ktoré sú spôsobené zmenami rýchlosti dýchania živých organizmov, najmä mikroskopického osídlenia pôd.
K zvýšenému nasýteniu vzduchu oxidom uhličitým dochádza v oblastiach sopečnej činnosti, v blízkosti termálnych prameňov a iných podzemných vývodov tohto plynu. Nízky obsah oxidu uhličitého brzdí proces fotosyntézy.
V podmienkach uzavretého terénu je možné zvýšiť rýchlosť fotosyntézy zvýšením koncentrácie oxidu uhličitého; toto sa používa v praxi skleníkového a skleníkového poľnohospodárstva.
Vzdušný dusík je pre väčšinu obyvateľov suchozemského prostredia inertný plyn, ale množstvo mikroorganizmov (uzlinové baktérie, Azotobacter, klostrídie, modrozelené riasy a pod.) má schopnosť ho viazať a zapojiť do biologického cyklu.
Miestne škodliviny vstupujúce do ovzdušia môžu výrazne ovplyvniť aj živé organizmy.
Týka sa to najmä toxických plynných látok - metán, oxid síry (IV), oxid uhoľnatý (II), oxid dusíka (IV), sírovodík, zlúčeniny chlóru, ako aj častice prachu, sadzí atď., ktoré znečisťujú ovzdušie priemyselné oblasti. Hlavným moderným zdrojom chemického a fyzikálneho znečistenia atmosféry je antropogénny: práca rôznych priemyselných podnikov a dopravy, erózia pôdy atď.
n) Oxid sírový (SO2) je pre rastliny toxický už v koncentráciách od jednej päťdesiattisíciny do jednej milióntiny objemu vzduchu Niektoré druhy rastlín sú obzvlášť citlivé na S02 a slúžia ako citlivý indikátor jeho akumulácie v vzduch (napríklad lišajníky.
Nízka hustota vzduchu určuje jeho nízku zdvíhaciu silu a nevýznamnú podporu. Obyvatelia vzdušného prostredia musia mať svoj vlastný podporný systém, ktorý podporuje telo: rastliny - s rôznymi mechanickými tkanivami, zvieratá - s pevnou alebo oveľa menej často hydrostatickou kostrou.
Okrem toho sú všetci obyvatelia vzduchu úzko spojení s povrchom zeme, ktorý im slúži na pripevnenie a oporu. Život v pozastavenom stave vo vzduchu je nemožný. Je pravda, že veľa mikroorganizmov a živočíchov, spór, semien a peľu rastlín je pravidelne prítomných vo vzduchu a sú prenášané vzdušnými prúdmi (anemochory), mnohé živočíchy sú schopné aktívneho letu, ale u všetkých týchto druhov je hlavnou funkciou ich životný cyklus je reprodukcia - vykonávaná na povrchu zeme.
Pre väčšinu z nich je pobyt vo vzduchu spojený len s usadzovaním alebo hľadaním koristi.
Vietor má obmedzujúci vplyv na aktivitu a rovnomerné rozloženie organizmov. Vietor môže dokonca zmeniť vzhľad rastlín, najmä na tých biotopoch, napríklad vo vysokohorských oblastiach, kde iné faktory pôsobia obmedzujúco. Na otvorených horských stanovištiach vietor obmedzuje rast rastlín a spôsobuje ohýbanie rastlín na náveternej strane.
Okrem toho vietor zvyšuje evapotranspiráciu v podmienkach nízkej vlhkosti. Majú veľký význam búrky, hoci ich účinok je čisto lokálny. Hurikány, a dokonca aj obyčajné vetry, môžu prenášať zvieratá a rastliny na veľké vzdialenosti, a tým meniť zloženie spoločenstiev.
Tlak, zrejme nie je priamym limitujúcim faktorom, ale priamo súvisí s počasím a klímou, ktoré majú priamy limitujúci vplyv.
Nízka hustota vzduchu spôsobuje relatívne nízky tlak na pevninu. Normálne je to 760 mmHg. So stúpajúcou nadmorskou výškou klesá tlak. Vo výške 5800 m je to len polovica normálu.
Nízky tlak môže obmedziť rozšírenie druhov v horách.
Pre väčšinu stavovcov je horná hranica života asi 6000 m. Zníženie tlaku má za následok zníženie prísunu kyslíka a dehydratáciu zvierat v dôsledku zvýšenia rýchlosti dýchania. Hranice postupu vyšších rastlín do hôr sú približne rovnaké. O niečo odolnejšie sú článkonožce (jarochvosty, roztoče, pavúky), ktoré nájdeme na ľadovcoch nad vegetačnou líniou.
Počas evolúcie bol terestrický-vzdušný biotop skúmaný oveľa neskôr ako vodný. Jeho charakteristickým znakom je, že je plynný, takže v zložení dominuje výrazný obsah kyslíka, ako aj nízky tlak, vlhkosť a hustota.
Počas dlhého obdobia takéhoto evolučného procesu, flóra a fauna vznikla potreba formovať určité správanie a fyziológiu, anatomické a iné prispôsobenia, boli schopné prispôsobiť sa zmenám v okolitom svete.
Charakteristický
Prostredie sa vyznačuje:
- Neustále zmeny teploty a úrovne vlhkosti vo vzduchu;
- Plynulosť denného času a ročných období;
- Vysoká intenzita svetla;
- Závislosť faktorov územnej polohy.
Zvláštnosti
Zvláštnosťou prostredia je, že rastliny sú schopné zakoreniť sa v zemi a zvieratá sa môžu pohybovať v rozľahlosti vzduchu a pôdy. Všetky rastliny majú stomatálny aparát, pomocou ktorého môžu suchozemské organizmy sveta odoberať kyslík priamo zo vzduchu. Nízka vlhkosť vzduchu a prevládajúca prítomnosť kyslíka v ňom viedli k objaveniu sa dýchacích orgánov u zvierat - priedušnice a pľúc. Dobre vyvinutá kostrová štruktúra umožňuje nezávislý pohyb na zemi a slúži ako pevná opora pre telo a orgány, vzhľadom na nízku hustotu prostredia.
Zvieratá
V prostredí zem-vzduch žije hlavná časť živočíšnych druhov: vtáky, zvieratá, plazy a hmyz.
Adaptácia a kondícia (príklady)
Živé organizmy vyvinuli určité prispôsobenia negatívnym faktorom okolitého sveta: prispôsobenie sa zmenám teploty a klímy, špeciálna stavba tela, termoregulácia, ako aj zmena a dynamika životných cyklov. Napríklad niektoré rastliny menia svoje výhonky a koreňový systém, aby si udržali svoj normálny stav počas období chladu a sucha. Koreňová zelenina – cvikla a mrkva, listy kvetov – cibuľky aloe, tulipánov a póru si zachovávajú živiny a vlhkosť.
Na udržanie nezmenenej telesnej teploty v lete aj v zime si zvieratá vyvinuli špeciálny systém výmeny tepla a termoregulácie s vonkajším svetom. Rastliny vyvinuli peľ a semená prenášané vetrom na rozmnožovanie. Takéto rastliny majú jedinečné schopnosti zlepšiť vlastnosti peľu, čo vedie k efektívnemu opeľovaniu. Zvieratá získali cieľavedomú mobilitu na získanie potravy. Vytvorilo sa absolútne mechanické, funkčné a zdrojové spojenie so zemou.
- Limitujúcim faktorom pre obyvateľov životného prostredia je nedostatok vodných zdrojov.
- Živé organizmy môžu zmeniť tvar tela kvôli nízkej hustote vzduchu. Pre zvieratá je dôležitá napríklad tvorba kostrových častí, vtáky vyžadujú hladký tvar krídel a stavbu tela.
- Rastliny potrebujú flexibilné spojivové tkanivá, ako aj prítomnosť charakteristického tvaru koruny a kvetov.
- Vtáky a cicavce vďačia za získanie teplokrvnej funkcie prítomnosti vlastností vzduchu - tepelnej vodivosti, tepelnej kapacity.
závery
Biotop zem-vzduch je neobvyklý z hľadiska faktorov prostredia. Prítomnosť zvierat a rastlín v ňom je možná vďaka vzhľadu a tvorbe mnohých úprav. Všetci obyvatelia sú neoddeliteľní od povrchu zeme na upevnenie a stabilnú podporu. V tomto ohľade je pôda neoddeliteľná od vodného a suchozemského prostredia, ktoré hrá veľkú úlohu vo vývoji živočíšneho a rastlinného sveta.
Pre mnohých jedincov to bol most, cez ktorý sa organizmy z vodných zdrojov presúvali do pozemských životných podmienok a tým si podmanili pevninu. Rozloženie flóry a fauny po celej planéte závisí od zloženia pôdy a terénu v závislosti od spôsobu života.
V poslednom čase sa vplyvom ľudskej činnosti mení prostredie zem-vzduch. Ľudia umelo pretvárajú prírodnú krajinu, počet a veľkosť nádrží. V takejto situácii sa mnohé organizmy nedokážu rýchlo prispôsobiť novým životným podmienkam. Na to je potrebné pamätať a zastaviť negatívne zasahovanie ľudí do prízemného a vzdušného biotopu živočíchov a rastlín!
