Maa-õhu elupaikade ökoloogilised rühmad. Maa-õhk keskkond kui elukeskkond

Peterburi Riiklik Akadeemia

Veterinaarmeditsiin.

Üldbioloogia, ökoloogia ja histoloogia osakond.

Ökoloogia kokkuvõte sellel teemal:

Maa-õhu keskkond, selle tegurid

ja organismide kohanemine nendega"

Lõpetanud: 1. kursuse üliõpilane

Oi rühmitus Pyatochenko N.L.

Kontrollinud: osakonna dotsent

Vakhmistrova S. F.

Peterburi

Sissejuhatus

Elutingimused (eksistentsitingimused) on organismile vajalike elementide kogum, millega ta on lahutamatult seotud ja ilma milleta ei saa eksisteerida.

Organismi kohanemist oma keskkonnaga nimetatakse kohanemiseks. Kohanemisvõime on üldiselt elu üks peamisi omadusi, mis tagab selle olemasolu, ellujäämise ja taastootmise võimaluse. Kohanemine avaldub erinevatel tasanditel – alates rakkude biokeemiast ja üksikute organismide käitumisest kuni koosluste ja ökosüsteemide ehituse ja toimimiseni. Kohanemised tekivad ja muutuvad liigi evolutsiooni käigus.

Üksikuid omadusi või keskkonnaelemente, mis mõjutavad organisme, nimetatakse keskkonnateguriteks. Keskkonnategurid on erinevad. Neil on erinev olemus ja spetsiifilised tegevused. Keskkonnategurid jagunevad kahte suurde rühma: abiootilised ja biootilised.

Abiootilised tegurid on tingimuste kogum anorgaanilises keskkonnas, mis mõjutavad elusorganisme otseselt või kaudselt: temperatuur, valgus, radioaktiivne kiirgus, rõhk, õhuniiskus, vee soolane koostis jne.

Biootilised tegurid on elusorganismide kõikvõimalikud mõjud üksteisele. Iga organism kogeb pidevalt teiste otsest või kaudset mõju, astudes suhtlemisse oma ja teiste liikide esindajatega.

Mõnel juhul liigitatakse inimtekkelised tegurid koos biootiliste ja abiootiliste teguritega eraldi rühmaks, rõhutades inimtekkelise teguri äärmuslikku mõju.

Antropogeensed tegurid on kõik inimühiskonna tegevuse vormid, mis põhjustavad muutusi looduses kui teiste liikide elupaigas või mõjutavad otseselt nende elu. Inimtekkelise mõju tähtsus kogu Maa elusilmale kasvab jätkuvalt kiiresti.

Keskkonnategurite muutused aja jooksul võivad olla järgmised:

1) korrapäraselt konstantne, muutes löögi tugevust kellaajast, aastaajast või ookeani loodete rütmist tulenevalt;

2) ebakorrapärased, ilma selge perioodilisuseta, näiteks ilmastikuolude muutused erinevatel aastatel, tormid, hoovihmad, mudavoolud jms;

3) suunatud teatud või pikema aja jooksul, näiteks kliima jahenemisele või soojenemisele, veehoidla kinnikasvamisele vms.

Keskkonnategurid võivad elusorganismidele avaldada erinevat mõju:

1) ärritajatena, põhjustades adaptiivseid muutusi füsioloogilistes ja biokeemilistes funktsioonides;

2) piirajatena, mis muudavad andmetes eksisteerimise võimatuks

tingimused;

3) organismides anatoomilisi ja morfoloogilisi muutusi põhjustavate modifikaatoritena;

4) signaalidena, mis viitavad muude tegurite muutumisele.

Hoolimata paljudest erinevatest keskkonnateguritest võib nende koostoimes organismidega ja elusolendite reaktsioonides tuvastada mitmeid üldisi mustreid.

Organismi elutegevuseks kõige soodsama keskkonnateguri intensiivsus on optimaalne ja kõige halvemini mõjuv on pessimum, s.o. tingimused, mille korral organismi elutegevus on maksimaalselt pärsitud, kuid see võib siiski eksisteerida. Seega on taimede kasvatamisel erinevates temperatuuritingimustes optimaalne punkt, kus täheldatakse maksimaalset kasvu. Enamikul juhtudel on see teatud temperatuurivahemik, mis on mitu kraadi, nii et siin on parem rääkida optimaalsest tsoonist. Kogu temperatuurivahemikku (minimaalsest maksimumini), mille juures kasv on veel võimalik, nimetatakse stabiilsuse (vastupidavuse) või tolerantsi vahemikuks. Punkt, mis piirab seda (st minimaalset ja maksimaalset) eluks sobivat temperatuuri, on stabiilsuspiir. Optimaalse tsooni ja stabiilsuspiiri vahel, viimasele lähenedes, kogeb taim kasvavat stressi, s.t. me räägime stressitsoonidest või rõhumise tsoonidest vastupanu piires

Keskkonnateguri toime sõltuvus selle intensiivsusest (V.A. Radkevitši järgi, 1977)

Kui liigute skaalal üles ja alla, siis stress mitte ainult ei suurene, vaid lõpuks, kui keha vastupanuvõime on saavutatud, saabub ka tema surm. Sarnaseid katseid saab läbi viia ka teiste tegurite mõju kontrollimiseks. Tulemused vastavad graafiliselt sarnast tüüpi kõverale

Maa-õhk elukeskkond, selle omadused ja sellega kohanemise vormid.

Elu maal nõudis kohandusi, mis osutusid võimalikuks ainult kõrgelt organiseeritud elusorganismides. Maa-õhukeskkond on eluks raskem, seda iseloomustab kõrge hapnikusisaldus, väike veeaurusisaldus, madal tihedus jne. See muutis oluliselt elusolendi hingamise, veevahetuse ja liikumise tingimusi.

Madal õhutihedus määrab selle väikese tõstejõu ja ebaolulise toe. Õhukeskkonna organismidel peab olema oma keha toetav tugisüsteem: taimed - mitmesugused mehaanilised koed, loomad - tahke või hüdrostaatiline skelett. Lisaks on kõik õhuelanikud tihedalt seotud maapinnaga, mis teenib neid kinnitamiseks ja toetamiseks.

Madal õhutihedus tagab väikese takistuse liikumisele. Seetõttu omandasid paljud maismaaloomad lennuvõime. 75% kõigist maismaaloomadest, peamiselt putukad ja linnud, on kohanenud aktiivse lennuga.

Tänu õhu liikuvusele ning atmosfääri madalamates kihtides eksisteerivatele õhumasside vertikaalsetele ja horisontaalsetele vooludele on võimalik organismide passiivne lend. Sellega seoses on paljudel liikidel arenenud anemokooria – õhuvoolude abil hajumine. Anemokoor on iseloomulik eostele, taimede seemnetele ja viljadele, algloomade tsüstidele, väikestele putukatele, ämblikele jne. Õhuvoolude poolt passiivselt transporditavaid organisme nimetatakse ühiselt aeroplanktoniks.

Maismaaorganismid eksisteerivad madala õhutiheduse tõttu suhteliselt madala rõhu tingimustes. Tavaliselt on see 760 mmHg. Kõrguse kasvades rõhk väheneb. Madal rõhk võib piirata liikide levikut mägedes. Selgroogsete puhul on eluea ülempiir umbes 60 mm. Rõhu langus toob kaasa hapnikuvarustuse vähenemise ja loomade dehüdratsiooni hingamissageduse suurenemise tõttu. Kõrgematel taimedel on mägedes edenemise piirangud ligikaudu samad. Mõnevõrra vastupidavamad on lülijalgsed, keda võib kohata liustikel taimestiku piirist kõrgemal.

Õhu gaasi koostis. Lisaks õhu füüsikalistele omadustele on maismaaorganismide eksisteerimiseks väga olulised selle keemilised omadused. Õhu gaasiline koostis atmosfääri pinnakihis on põhikomponentide sisalduse poolest üsna ühtlane (lämmastik - 78,1%, hapnik - 21,0%, argoon 0,9%, süsinikdioksiid - 0,003 mahuprotsenti).

Kõrge hapnikusisaldus aitas kaasa ainevahetuse kiirenemisele maismaaorganismides võrreldes primaarsete veeorganismidega. Just maapealses keskkonnas, organismis toimuvate oksüdatiivsete protsesside kõrge efektiivsuse alusel, tekkis loomade homöotermia. Hapnik ei ole oma pideva kõrge õhusisalduse tõttu maapealses keskkonnas elu piirav tegur.

Süsinikdioksiidi sisaldus võib õhu pinnakihi teatud piirkondades varieeruda üsna olulistes piirides. Kas õhuküllastus CO-ga? esineb vulkaanilise aktiivsusega piirkondades, termiliste allikate ja selle gaasi muude maa-aluste väljalaskeavade läheduses. Kõrgetes kontsentratsioonides on süsinikdioksiid mürgine. Looduses on sellised kontsentratsioonid haruldased. Madal CO2 sisaldus pärsib fotosünteesi protsessi. Suletud pinnase tingimustes saate suurendada fotosünteesi kiirust, suurendades süsinikdioksiidi kontsentratsiooni. Seda kasutatakse kasvuhoone- ja kasvuhoonekasvatuses.

Õhulämmastik on enamiku maismaakeskkonna elanike jaoks inertgaas, kuid teatud mikroorganismidel (mügarbakterid, lämmastikubakterid, sinivetikad jt) on võime seda siduda ja kaasata ainete bioloogilisse ringlusse.

Niiskusepuudus on maa-õhu elukeskkonna üks olulisi tunnuseid. Kogu maismaaorganismide areng oli niiskuse hankimise ja säilitamisega kohanemise märgi all. Niiskusrežiimid maal on väga mitmekesised - alates õhu täielikust ja pidevast küllastumisest veeauruga mõnes troopika piirkonnas kuni nende peaaegu täieliku puudumiseni kõrbete kuivas õhus. Samuti on atmosfääris veeauru sisalduses märkimisväärne päevane ja hooajaline kõikumine. Maismaaorganismide veevarustus oleneb ka sademete režiimist, veehoidlate olemasolust, mulla niiskusvarudest, paunavete lähedusest jne.

See tõi kaasa maismaaorganismide erinevate veevarustusrežiimidega kohanemise arengu.

Temperatuuri režiim. Teine õhk-maa keskkonna eripära on olulised temperatuurikõikumised. Enamikul maismaaaladel on ööpäevased ja aastased temperatuurivahemikud kümned kraadid. Maapealsete elanike vastupidavus temperatuurimuutustele on väga erinev, olenevalt konkreetsest elupaigast, kus nende elu toimub. Kuid üldiselt on maismaaorganismid võrreldes veeorganismidega palju eurütermilisemad.

Elutingimusi maa-õhu keskkonnas raskendavad veelgi ilmamuutused. Ilm - pidevalt muutuvad atmosfääri tingimused pinnal, kuni umbes 20 km kõrguseni (troposfääri piir). Ilmastiku muutlikkus väljendub pidevas kõikumises keskkonnategurite kombinatsioonis, nagu temperatuur, õhuniiskus, pilvisus, sademed, tuule tugevus ja suund jne. Piirkonna kliimat iseloomustab pikaajaline ilmarežiim. "Kliima" mõiste hõlmab mitte ainult meteoroloogiliste nähtuste keskmisi väärtusi, vaid ka nende aasta- ja päevatsüklit, kõrvalekaldeid sellest ja nende sagedust. Kliima määravad piirkonna geograafilised tingimused. Peamisi klimaatilisi tegureid – temperatuuri ja niiskust – mõõdetakse sademete hulga ja õhu küllastumise veeauruga.

Enamiku maismaaorganismide, eriti väikeste organismide jaoks ei ole piirkonna kliima nii oluline kui nende vahetus elupaiga tingimused. Väga sageli muudavad kohalikud keskkonnaelemendid (reljeef, paljastus, taimestik jne) teatud piirkonna temperatuuride, niiskuse, valguse, õhu liikumise režiimi selliselt, et see erineb oluliselt piirkonna kliimatingimustest. Selliseid kliimamuutusi, mis tekivad õhu pinnakihis, nimetatakse mikrokliimaks. Igas tsoonis on mikrokliima väga mitmekesine. On võimalik tuvastada väga väikeste alade mikrokliima.

Maa-õhkkeskkonna valgusrežiimil on ka omapära. Valguse intensiivsus ja hulk on siin suurimad ja praktiliselt ei piira roheliste taimede eluiga, nagu vees või pinnases. Maal võib esineda väga valguslembeseid liike. Enamiku päevase ja isegi öise tegevusega maismaaloomade jaoks on nägemine üks peamisi orienteerumismeetodeid. Maismaaloomadel on saagi otsimisel oluline nägemine, paljudel liikidel on isegi värvinägemine. Sellega seoses arendavad ohvrid selliseid kohanemisomadusi nagu kaitsereaktsioon, kamuflaaž ja hoiatusvärvus, miimika jne.

Veeelanikel on sellised kohandused palju vähem arenenud. Kõrgemate taimede erksavärviliste õite ilmumist seostatakse ka tolmeldajaaparaadi omadustega ja lõpuks ka keskkonna valgusrežiimiga.

Maastiku- ja mullaomadused on ühtlasi elutingimusteks maismaaorganismidele ja ennekõike taimedele. Maapinna omadusi, millel on selle elanikele ökoloogiline mõju, ühendavad "edafilised keskkonnategurid" (kreeka keelest "edaphos" - "muld").

Erinevate mullaomaduste osas võib eristada mitmeid ökoloogilisi taimerühmi. Seega, vastavalt reaktsioonile mulla happesusele, eristatakse neid:

1) atsidofiilsed liigid - kasvavad happelistel muldadel, mille pH on vähemalt 6,7 (sfagnum raba taimed);

2) neutrofiilid kipuvad kasvama muldadel, mille pH on 6,7–7,0 (enamik kultuurtaimi);

3) basophilaceae kasvab pH väärtusel üle 7,0 (Echinops, metsanemone);

4) ükskõiksed võivad kasvada erineva pH-väärtusega muldadel (maikelluke).

Taimed erinevad ka mulla niiskuse poolest. Teatud liigid piirduvad erinevate substraatidega, näiteks petrofüüdid kasvavad kivistel muldadel, pasmofüüdid asustavad lahtist liiva.

Maastik ja pinnase iseloom mõjutavad loomade spetsiifilist liikumist: näiteks kabiloomad, jaanalinnud, lagendikel elavad tsüstid, kõva pinnas, et suurendada tõrjumist jooksmisel. Nihkes liivas elavate sisalike varbad on ääristatud sarvjas soomuste ääristega, mis suurendavad toetust. Auke kaevavatele maismaaelanikele on tihe pinnas ebasoodne. Pinnase iseloom mõjutab teatud juhtudel nende maismaaloomade levikut, kes kaevavad pinnasesse auke või kaevuvad või munevad mulda jne.

Õhu koostisest.

Meie sissehingatava õhu gaasiline koostis näeb välja järgmine: 78% on lämmastik, 21% hapnik ja 1% muud gaasid. Kuid suurte tööstuslinnade atmosfääris rikutakse seda suhet sageli. Märkimisväärse osa moodustavad ettevõtete ja sõidukite heitgaasidest põhjustatud kahjulikud lisandid. Autotransport toob atmosfääri palju lisandeid: teadmata koostisega süsivesinikke, benso(a)püreeni, süsihappegaasi, väävli- ja lämmastikuühendeid, pliid, süsinikmonooksiidi.

Atmosfäär koosneb mitmete gaaside segust – õhust, milles on suspendeeritud kolloidsed lisandid – tolm, tilgad, kristallid jne. Atmosfääriõhu koostis muutub kõrgusega vähe. Kuid alates umbes 100 km kõrguselt ilmub molekulide dissotsiatsiooni tulemusena koos molekulaarse hapniku ja lämmastikuga ka aatomi hapnik ning algab gaaside gravitatsiooniline eraldumine. Üle 300 km on atmosfääris ülekaalus aatomhapnik, üle 1000 km - heelium ja seejärel aatomi vesinik. Atmosfääri rõhk ja tihedus vähenevad kõrgusega; umbes pool atmosfääri kogumassist on koondunud alumisse 5 km, 9/10 alumisse 20 km ja 99,5% alumisse 80 km. Umbes 750 km kõrgusel langeb õhutihedus 10-10 g/m3-ni (maapinnal on see umbes 103 g/m3), kuid ka nii madalast tihedusest piisab aurora tekkeks. Atmosfääril ei ole teravat ülemist piiri; selle koostisosade gaaside tihedus

Atmosfääriõhu koostis, mida igaüks meist hingab, sisaldab mitmeid gaase, millest peamised on: lämmastik (78,09%), hapnik (20,95%), vesinik (0,01%), süsinikdioksiid (süsinikdioksiid) (0,03%) ja inertgaasid (0,93%). Lisaks on õhus alati teatud kogus veeauru, mille kogus muutub alati koos temperatuurimuutustega: mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on aurusisaldus ja vastupidi. Õhus leiduva veeauru hulga kõikumise tõttu ei ole ka gaaside protsent selles konstantne. Kõik õhus olevad gaasid on värvitud ja lõhnatud. Õhu kaal ei muutu mitte ainult temperatuurist, vaid ka veeauru sisaldusest selles. Samal temperatuuril on kuiva õhu mass suurem kui niiskel, sest veeaur on palju kergem kui õhuaur.

Tabelis on näidatud atmosfääri gaasi koostis mahulise massi suhtena, samuti põhikomponentide eluiga:

Komponent	% mahust	massiprotsent
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
Ta	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

Rõhu all oleva atmosfääriõhu moodustavate gaaside omadused muutuvad.

Näiteks: rohkem kui 2 atmosfääri rõhu all olev hapnik avaldab kehale mürgist mõju.

Lämmastik rõhu all üle 5 atmosfääri on narkootilise toimega (lämmastikumürgitus). Kiire tõus sügavusest põhjustab dekompressioonihaigust, mis on tingitud lämmastikumullide kiirest vabanemisest verest, justkui vahutades.

Süsinikdioksiidi sisalduse suurenemine üle 3% hingamisteede segus põhjustab surma.

Iga komponent, mis moodustab õhu, muutub rõhu tõusuga teatud piirini mürgiks, mis võib keha mürgitada.

Atmosfääri gaasikoostise uuringud. Atmosfääri keemia

Suhteliselt noore teadusharu, mida nimetatakse atmosfäärikeemiaks, kiire arengu ajaloo jaoks sobib kõige paremini kiirspordis kasutatav termin “spurt” (vise). Stardipüstolist lasid ilmselt välja kaks 1970. aastate alguses ilmunud artiklit. Nad arutasid stratosfääri osooni võimalikku hävitamist lämmastikoksiidide – NO ja NO2 – toimel. Esimene kuulus tulevasele Nobeli preemia laureaadile ja seejärel Stockholmi ülikooli töötajale P. Crutzenile, kes pidas stratosfääris tõenäoliseks lämmastikoksiidide allikaks looduslikult esinevat dilämmastikoksiid N2O, mis laguneb päikesevalguse mõjul. Teise artikli autor, keemik California ülikoolist Berkeley G. Johnstoni juures, tegi ettepaneku, et lämmastikoksiidid tekivad stratosfääri inimtegevuse tagajärjel, nimelt kõrglennukite reaktiivmootorite põlemisproduktide emissioonil.

Loomulikult ei tekkinud ülaltoodud hüpoteesid tühja koha pealt. Vähemalt atmosfääriõhu põhikomponentide – lämmastiku, hapniku, veeauru jne molekulide – suhe oli teada palju varem. Juba 19. sajandi teisel poolel. Euroopas tehti pinnaõhu osoonikontsentratsiooni mõõtmisi. Inglise teadlane S. Chapman avastas 1930. aastatel osooni moodustumise mehhanismi puhtalt hapnikuga atmosfääris, mis näitab hapnikuaatomite ja -molekulide, aga ka osooni vastastikmõjude kogumit muude õhukomponentide puudumisel. Kuid 50ndate lõpus näitasid ilmarakettidega tehtud mõõtmised, et stratosfääris oli palju vähem osooni, kui Chapmani reaktsioonitsükli järgi peaks olema. Kuigi see mehhanism on tänapäevani põhiline, on selgeks saanud, et on ka teisi protsesse, mis on samuti aktiivselt seotud atmosfääriosooni moodustumisega.

Väärib märkimist, et 70. aastate alguseks saadi atmosfäärikeemia alased teadmised peamiselt üksikute teadlaste jõupingutustega, kelle uurimistööd ei ühendanud ükski ühiskondlikult oluline kontseptsioon ja olid enamasti puhtalt akadeemilist laadi. Johnstoni töö on hoopis teine ​​asi: tema arvutuste kohaselt võivad 500 lennukit, mis lendavad 7 tundi päevas, vähendada stratosfääri osooni hulka mitte vähem kui 10%! Ja kui need hinnangud olid õiglased, muutus probleem kohe sotsiaal-majanduslikuks, kuna sel juhul tuleks kõiki ülehelikiirusega transpordilennunduse ja sellega seotud infrastruktuuri arendamise programme oluliselt kohandada ja võib-olla isegi sulgeda. Lisaks tekkis esimest korda tõesti küsimus, et inimtekkeline tegevus võib põhjustada mitte lokaalse, vaid globaalse kataklüsmi. Loomulikult vajas teooria praeguses olukorras väga karmi ja samas ka operatiivset kontrolli.

Tuletagem meelde, et ülaltoodud hüpoteesi olemus seisnes selles, et lämmastikoksiid reageerib osooniga NO + O3 ® ® NO2 + O2, seejärel reageerib selles reaktsioonis tekkiv lämmastikdioksiid hapnikuaatomiga NO2 + O ® NO + O2, taastades sellega NO olemasolu atmosfääris, samas kui osooni molekul kaob igaveseks. Sel juhul korratakse sellist reaktsioonipaari, mis moodustab osooni hävitamise lämmastiku katalüütilise tsükli, kuni mis tahes keemilised või füüsikalised protsessid viivad lämmastikoksiidide eemaldamiseni atmosfäärist. Näiteks NO2 oksüdeerub lämmastikhappeks HNO3, mis on vees hästi lahustuv ja seetõttu eemaldatakse see atmosfäärist pilvede ja sademetega. Lämmastiku katalüütiline tsükkel on väga tõhus: üks NO molekul suudab oma atmosfääris viibimise ajal hävitada kümneid tuhandeid osoonimolekule.

Kuid nagu teate, ei tule probleemid üksi. Peagi avastasid USA ülikoolide – Michigani (R. Stolarski ja R. Cicerone) ja Harvardi (S. Wofsey ja M. McElroy) eksperdid, et osoonil võib olla veelgi halastamatum vaenlane – klooriühendid. Osooni hävitamise kloori katalüütiline tsükkel (reaktsioonid Cl + O3 ® ClO + O2 ja ClO + O ® Cl + O2) oli nende hinnangul mitu korda tõhusam kui lämmastiku oma. Ainus põhjus ettevaatlikuks optimismiks oli see, et looduslikult esineva kloori kogus atmosfääris on suhteliselt väike, mis tähendab, et selle mõju osoonile ei pruugi olla liiga tugev. Olukord muutus aga dramaatiliselt, kui 1974. aastal tegid California ülikooli töötajad Irvine'is S. Rowland ja M. Molina kindlaks, et stratosfääri kloori allikaks on klorofluorosüsivesinike ühendid (CFC), mida kasutatakse laialdaselt külmutusseadmetes, aerosoolpakendites, jne. Kuna need ained on mittesüttivad, mittetoksilised ja keemiliselt passiivsed, kanduvad need ained maapinnalt tõusvate õhuvoolude toimel aeglaselt stratosfääri, kus päikesevalgus hävitab nende molekulid, mille tulemusena eralduvad vabad klooriaatomid. 30ndatel alanud freoonide tööstuslik tootmine ja nende eraldumine atmosfääri on kõigil järgnevatel aastatel pidevalt kasvanud, eriti 70ndatel ja 80ndatel. Seega on teoreetikud väga lühikese aja jooksul tuvastanud kaks atmosfääri keemia probleemi, mis on põhjustatud intensiivsest inimtegevusest tingitud saastatusest.

Kuid püstitatud hüpoteeside paikapidavuse kontrollimiseks oli vaja täita palju ülesandeid.

Esiteks, laiendada laboriuuringuid, mille käigus oleks võimalik määrata või selgitada atmosfääriõhu erinevate komponentide vaheliste fotokeemiliste reaktsioonide kiirusi. Peab ütlema, et tollal eksisteerinud väga nappides andmetes nende kiiruste kohta oli ka parajalt viga (kuni mitusada protsenti). Lisaks ei vastanud mõõtmiste tegemise tingimused reeglina täpselt atmosfääri tegelikkusele, mis suurendas viga tõsiselt, kuna enamiku reaktsioonide intensiivsus sõltus temperatuurist ja mõnikord ka atmosfäärirõhust või tihedusest. õhku.

Teiseks uurida laboritingimustes intensiivselt mitmete väikeste atmosfäärigaaside kiirgus-optilisi omadusi. Päikese ultraviolettkiirgus (fotolüüsireaktsioonides) hävitab märkimisväärse hulga atmosfääriõhu komponentide molekule, nende hulgas mitte ainult ülalnimetatud freoonid, vaid ka molekulaarne hapnik, osoon, lämmastikoksiidid ja paljud teised. Seetõttu olid iga fotolüüsireaktsiooni parameetrite hinnangud sama vajalikud ja olulised atmosfääri keemiliste protsesside korrektseks reprodutseerimiseks kui erinevate molekulide vaheliste reaktsioonide kiirused.

Kolmandaks oli vaja luua matemaatilised mudelid, mis suudaksid võimalikult täielikult kirjeldada atmosfääriõhu komponentide omavahelisi keemilisi muundumisi. Nagu juba mainitud, määrab osooni hävitamise produktiivsuse katalüütilistes tsüklites see, kui kaua katalüsaator (NO, Cl või mõni muu) atmosfääris püsib. On selge, et üldiselt võib selline katalüsaator reageerida mõne kümnekonna atmosfääriõhu komponendiga, lagunedes selle käigus kiiresti ja siis oleks stratosfääriosooni kahjustus oodatust palju väiksem. Teisest küljest, kui atmosfääris toimub igal sekundil palju keemilisi muundumisi, tuvastatakse tõenäoliselt ka teisi mehhanisme, mis otseselt või kaudselt mõjutavad osooni teket ja hävimist. Lõpuks suudavad sellised mudelid tuvastada ja hinnata üksikute reaktsioonide või nende rühmade olulisust teiste atmosfääriõhu moodustavate gaaside moodustumisel ning samuti võimaldavad arvutada gaaside kontsentratsioone, mida ei saa mõõta.

Ja lõpuks, oli vaja korraldada lai võrk erinevate õhugaaside, sealhulgas lämmastiku-, kloori- jt ühendite sisalduse mõõtmiseks, kasutades selleks maapealseid jaamu, ilmaõhupallide ja ilmarakettide starte ning lennukilende. Loomulikult oli andmebaasi loomine kõige kallim ülesanne, mida lühikese ajaga lahendada ei õnnestunud. Kuid ainult mõõtmised võiksid anda lähtepunkti teoreetilisele uurimistööle, olles samal ajal proovikiviks püstitatud hüpoteeside tõele.

Alates 70ndate algusest on vähemalt kord kolme aasta jooksul ilmunud spetsiaalseid pidevalt uuenevaid kogumikke, mis sisaldavad teavet kõigi oluliste atmosfäärireaktsioonide, sealhulgas fotolüüsireaktsioonide kohta. Pealegi on viga õhu gaasikomponentide reaktsioonide parameetrite määramisel tänapäeval reeglina 10-20%.

Selle kümnendi teisel poolel arenesid kiiresti mudelid, mis kirjeldavad keemilisi muundumisi atmosfääris. Suurim arv neist loodi USA-s, kuid need ilmusid Euroopas ja NSV Liidus. Alguses olid need kasti (nullmõõtmelised) mudelid ja seejärel ühemõõtmelised mudelid. Esimesed reprodutseerisid erineva usaldusväärsusega peamiste atmosfäärigaaside sisaldust antud mahus - kastis (sellest ka nende nimi) - nendevahelise keemilise koostoime tulemusena. Kuna postuleeriti õhusegu kogumassi säilimist, siis selle ühegi osa eemaldamist kastist näiteks tuule toimel ei arvestatud. Kastmudelid olid mugavad üksikute reaktsioonide või nende rühmade rolli selgitamiseks atmosfäärigaaside keemilise tekke ja hävimise protsessides ning atmosfääri gaasikoostise tundlikkuse hindamiseks reaktsioonikiiruste määramise ebatäpsustele. Nende abiga saaksid teadlased, määrates kasti õhuparameetrid (eelkõige temperatuuri ja õhutiheduse), mis vastavad lennulendude kõrgusele, ning hinnata ligikaudselt, kuidas atmosfääri lisandite kontsentratsioonid emissioonide mõjul muutuksid. õhusõidukite mootorite põlemisproduktid. Samal ajal ei sobinud kastmudelid klorofluorosüsivesinike (CFC) probleemi uurimiseks, kuna nad ei suutnud kirjeldada nende liikumise protsessi maapinnalt stratosfääri. Siin tulid appi ühedimensioonilised mudelid, mis kombineerisid atmosfääri keemiliste vastastikmõjude üksikasjalikku kirjeldust ja lisandite transporti vertikaalsuunas. Ja kuigi vertikaalne ülekanne määrati siin üsna umbkaudselt, oli ühemõõtmeliste mudelite kasutamine märgatav samm edasi, kuna need võimaldasid reaalseid nähtusi kuidagi kirjeldada.

Tagantjärele mõeldes võib öelda, et suur osa meie tänapäevastest teadmistest põhineb neil aastatel ühemõõtmeliste ja kastmudelite abil tehtud jämedast tööst. See võimaldas määrata atmosfääri gaasikoostise kujunemise mehhanisme, hinnata üksikute gaaside keemiliste allikate ja neeldumiste intensiivsust. Selle atmosfäärikeemia arenguetapi oluliseks tunnuseks on see, et tekkinud uusi ideid testiti mudelitel ja arutati laialdaselt spetsialistide seas. Saadud tulemusi võrreldi sageli teiste teadusrühmade hinnangutega, kuna välimõõtmised olid selgelt ebapiisavad ja nende täpsus väga madal. Lisaks oli teatud keemiliste interaktsioonide modelleerimise õigsuse kinnitamiseks vaja läbi viia keerukad mõõtmised, kui üheaegselt määrati kõigi osalevate reaktiivide kontsentratsioonid, mis sel ajal ja ka praegu oli praktiliselt võimatu. (Seni on 2–5 päeva jooksul tehtud vaid üksikuid süstiku gaaside kompleksi mõõtmisi.) Seetõttu läksid mudeliuuringud eksperimentaalsetest ettepoole ning teooria mitte niivõrd ei selgitanud välivaatlusi, kuivõrd aitas kaasa nende optimaalne planeerimine. Näiteks selline ühend nagu kloornitraat ClONO2 ilmus esmakordselt modelleerimisuuringutes ja alles seejärel avastati atmosfäärist. Isegi olemasolevate mõõtmiste võrdlemine mudeli hinnangutega oli keeruline, kuna ühemõõtmeline mudel ei saanud arvesse võtta horisontaalseid õhu liikumisi, mistõttu eeldati, et atmosfäär on horisontaalselt homogeenne ning saadud mudeli tulemused vastasid mingile keskmisele globaalsele seisundile. Kuid tegelikkuses on õhu koostis Euroopa või USA tööstuspiirkondade kohal väga erinev selle koostisest Austraalia või Vaikse ookeani kohal. Seetõttu sõltuvad igasuguse välivaatluse tulemused suuresti mõõtmiste asukohast ja ajast ning loomulikult ei vasta need täpselt globaalsele keskmisele väärtusele.

Selle lünga kaotamiseks modelleerimisel lõid teadlased 80ndatel kahemõõtmelisi mudeleid, milles koos vertikaalse transpordiga võeti arvesse ka õhutransporti piki meridiaani (piki laiuskraadi peeti atmosfääri endiselt homogeenseks). Selliste mudelite loomine oli alguses suurte raskustega.

Esiteks, järsult suurenes mudeli väliste parameetrite arv: igas võrgusõlmes oli vaja määrata vertikaalse ja laiustevahelise transpordi kiirused, temperatuur ja õhutihedus jne. Paljud parameetrid (peamiselt ülalmainitud kiirused) ei olnud katsetes usaldusväärselt määratud ja seetõttu valiti need kvalitatiivsetel kaalutlustel.

Teiseks Arvutitehnoloogia tolleaegne seis takistas oluliselt kahemõõtmeliste mudelite täielikku väljatöötamist. Vastupidiselt säästlikele ühemõõtmelistele ja eriti karbiga mudelitele nõudsid kahemõõtmelised mudelid oluliselt rohkem mälu ja arvutiaega. Selle tulemusena olid nende loojad sunnitud oluliselt lihtsustama atmosfääris toimuvate keemiliste muutuste arvestamise skeeme. Sellegipoolest võimaldas satelliitide abil nii mudel- kui ka täismahus atmosfääriuuringute kompleks teha atmosfääri koostisest suhteliselt harmoonilise, kuigi kaugeltki mitte täieliku pildi, samuti teha kindlaks selle peamise põhjuse ja. mõjusuhted, mis põhjustavad muutusi üksikute õhukomponentide sisalduses. Eelkõige on arvukad uuringud näidanud, et lennukite lennud troposfääris ei põhjusta olulist kahju troposfääri osoonile, kuid nende tõus stratosfääri näib avaldavat osonosfäärile negatiivset mõju. Enamiku ekspertide arvamus freoonide rolli kohta oli peaaegu üksmeelne: Rowlandi ja Molina hüpotees leiab kinnitust ning need ained aitavad tõepoolest kaasa stratosfääri osooni hävitamisele ning nende tööstusliku tootmise regulaarne kasv on viitsütikuga pomm, kuna CFC-de lagunemine ei toimu kohe, vaid kümnete ja sadade aastate pärast, nii et saaste mõju mõjutab atmosfääri väga pikka aega. Veelgi enam, kui need püsivad pikka aega, võivad klorofluorosüsivesinikud jõuda mis tahes, isegi kõige kaugemasse punkti atmosfääris ja seetõttu on see oht globaalsel skaalal. On kätte jõudnud aeg kokkulepitud poliitilisteks otsusteks.

1985. aastal töötati 44 riigi osalusel välja ja võeti Viinis vastu osoonikihi kaitse konventsioon, mis ajendas selle põhjalikku uurimist. Küsimus, mida freoonidega peale hakata, jäi aga endiselt lahtiseks. Võimatu oli lasta asjal kulgeda põhimõttel “see laheneb iseenesest”, kuid võimatu on ka nende ainete tootmist üleöö keelata, ilma et see majandust tohutult kahjustaks. Näib, et on lihtne lahendus: freoonid on vaja asendada teiste ainetega, mis võivad täita samu funktsioone (näiteks külmutusseadmetes) ja on samal ajal osoonile kahjutud või vähemalt vähem ohtlikud. Kuid lihtsate lahenduste rakendamine on sageli väga keeruline. Vähe sellest, et selliste ainete loomine ja tootmise käivitamine nõudis tohutuid kapitaliinvesteeringuid ja aega, oli vaja kriteeriume, et hinnata nende mõju atmosfäärile ja kliimale.

Teoreetikud on taas tähelepanu keskpunktis. D. Webbles Livermore'i riiklikust laborist tegi ettepaneku kasutada selleks osoonikihi kahanemise potentsiaali, mis näitas, kui palju tugevam (või nõrgem) asendusaine molekul mõjutab atmosfääri osooni kui CFCl3 (Freoon-11) molekul. Sel ajal oli ka hästi teada, et pinnase õhukihi temperatuur sõltus oluliselt teatud gaasilisandite (neid nimetati kasvuhoonegaasideks), eelkõige süsinikdioksiidi CO2, veeauru H2O, osooni jne kontsentratsioonist. CFC-d ja paljud nende potentsiaalsed asendajad. Mõõtmised on näidanud, et tööstusrevolutsiooni ajal on õhu pinnakihi aastane keskmine temperatuur tõusnud ja tõuseb jätkuvalt ning see viitab olulistele ja mitte alati soovitavatele muutustele Maa kliimas. Selle olukorra kontrolli alla saamiseks koos aine osoonikihti kahandava potentsiaaliga võeti arvesse ka selle globaalset soojenemist põhjustavat potentsiaali. See indeks näitas, kui palju tugevamalt või nõrgemalt mõjutab uuritud ühend õhutemperatuuri kui sama kogus süsihappegaasi. Arvutused näitasid, et CFC-del ja alternatiivsetel ainetel oli väga kõrge globaalset soojenemist põhjustav potentsiaal, kuid kuna nende kontsentratsioonid atmosfääris olid palju madalamad kui CO2, H2O või O3 kontsentratsioonid, jäi nende kogupanus globaalsesse soojenemisse tühiseks. Praeguseks...

Klorofluorosüsivesinike ja nende võimalike asendajate osoonikihi kahanemise ja globaalse soojenemise potentsiaalide arvutuslikud tabelid olid aluseks rahvusvahelistele otsustele vähendada ja seejärel keelata paljude CFC-de tootmine ja kasutamine (Montreali protokoll 1987 ja selle hilisemad muudatused). Võib-olla poleks Montreali kogunenud eksperdid olnud nii üksmeelsed (protokolli artiklid põhinesid ju teoreetikute "väljamõeldistel", mida ei kinnitanud looduslikud katsed), kuid selle dokumendi allkirjastamise poolt kõneles teine ​​huvitatud "inimene". - atmosfäär ise.

Teade, et inglise teadlased avastasid 1985. aasta lõpus Antarktika kohal osooniaugu, sai ilma ajakirjanike osaluseta aasta sensatsiooniks ja maailma üldsuse reaktsiooni sellele teatele saab kõige hõlpsamini kirjeldada ühe lühikese sõnaga. - šokk. Üks asi on see, kui osoonikihi hävimise oht eksisteerib alles kauges tulevikus, ja teine ​​asi, kui me kõik seisame silmitsi fait accompliga. Ei tavalised inimesed, poliitikud ega teoreetikud polnud selleks valmis.

Kiiresti sai selgeks, et ükski olemasolevatest mudelitest ei suuda reprodutseerida nii olulist osoonitaseme langust. See tähendab, et mõnda olulist loodusnähtust kas ei võetud arvesse või neid alahinnati. Peagi tuvastati Antarktika nähtuse uurimisprogrammi raames läbi viidud väliuuringud, et osooniaugu tekkes mängivad olulist rolli koos tavaliste (gaasifaasiliste) atmosfäärireaktsioonidega ka osooniaugu iseärasused. atmosfääriõhu transport Antarktika stratosfääris (selle peaaegu täielik isoleerimine talvel ülejäänud atmosfäärist), samuti sel ajal vähe uuritud heterogeensed reaktsioonid (reaktsioonid atmosfääri aerosoolide pinnal - tolmuosakesed, tahm, jäätükid, veepiisad jne). Ainult ülalnimetatud tegurite arvessevõtmine võimaldas saavutada mudeli tulemuste ja vaatlusandmete vahel rahuldava kooskõla. Ja Antarktika "osooniaugu" õppetunnid mõjutasid tõsiselt atmosfääri keemia edasist arengut.

Esiteks anti terav tõuge heterogeensete protsesside üksikasjalikule uurimisele, mis toimuvad vastavalt seadustele, mis erinevad gaasifaasilisi protsesse määravatest seadustest. Teiseks oli selge arusaam, et sellises keerulises süsteemis nagu atmosfäär sõltub selle elementide käitumine tervest sisemiste seoste kompleksist. Teisisõnu, gaaside sisaldust atmosfääris ei määra mitte ainult keemiliste protsesside intensiivsus, vaid ka õhutemperatuur, õhumasside edasikandumine, atmosfääri erinevate osade aerosoolsaaste omadused jne. , kiirgusküte ja -jahutus, mis moodustavad stratosfääriõhu temperatuurivälja, sõltuvad kasvuhoonegaaside kontsentratsioonist ja jaotumisest ruumis ning järelikult ka atmosfääri dünaamilistest protsessidest. Lõpuks tekitab maakera erinevate tsoonide ja atmosfääri osade ebaühtlane kiirguskuumutamine atmosfääri õhu liikumisi ja kontrollib nende intensiivsust. Seega võib mudelite tagasiside arvestamata jätmine olla tulvil saadud tulemustes suuri vigu (kuigi, pangem tähele, mudeli liigne komplitseerimine ilma tungiva vajaduseta on sama kohatu kui kahuritest tulistamine lindude tuntud esindajate pihta) .

Kui õhutemperatuuri ja selle gaasi koostise vahelist seost võeti kahemõõtmelistes mudelites arvesse juba 80ndatel, siis atmosfääri lisandite jaotuse kirjeldamiseks sai võimalikuks tänu arvutibuumile atmosfääri üldise tsirkulatsiooni kolmemõõtmeliste mudelite kasutamine. alles 90ndatel. Esimesed sellised üldised tsirkulatsioonimudelid olid kasutusel keemiliselt passiivsete ainete – märgistusainete – ruumilise jaotuse kirjeldamiseks. Hiljem, arvutite ebapiisava RAM-i tõttu, täpsustati keemilisi protsesse ainult ühe parameetriga - lisandi viibimisaeg atmosfääris, ja alles suhteliselt hiljuti said keemiliste transformatsioonide plokid kolmemõõtmeliste mudelite täieõiguslikeks osadeks. Kuigi atmosfääri keemiliste protsesside detailse kujutamisega 3D-mudelites on endiselt raskusi, ei tundu need enam ületamatud ning parimad 3D-mudelid sisaldavad sadu keemilisi reaktsioone koos õhu tegeliku klimaatilise transpordiga globaalses atmosfääris.

Samas ei sea tänapäevaste mudelite laialdane kasutamine sugugi kahtluse alla eespool käsitletud lihtsamate kasulikkust. On hästi teada, et mida keerulisem on mudel, seda keerulisem on eraldada "signaali" "mudeli mürast", analüüsida saadud tulemusi, tuvastada peamised põhjus-tagajärg mehhanismid ja hinnata teatud mõju. nähtused lõpptulemusele (ja seetõttu on soovitatav neid mudelis arvesse võtta) . Ja siin on ideaalseks testimispaigaks lihtsamad mudelid, mis võimaldavad saada esialgseid hinnanguid, mida hiljem kasutatakse kolmemõõtmelistes mudelites, uurida uusi loodusnähtusi enne nende lisamist keerukamatesse jne.

Kiire teaduse ja tehnika areng on tekitanud veel mitmeid uurimisvaldkondi, mis on ühel või teisel viisil seotud atmosfäärikeemiaga.

Atmosfääri satelliitseire. Kui loodi andmebaasi regulaarne täiendamine satelliitidelt, tekkis enamiku kõige olulisemate atmosfääri komponentide jaoks, mis hõlmas peaaegu kogu maakera, vajadus täiustada nende töötlemise meetodeid. See hõlmab andmete filtreerimist (signaali ja mõõtmisvigade eraldamist) ning lisandite kontsentratsioonide vertikaalprofiilide taastamist nende üldsisalduse põhjal atmosfäärisambas ning andmete interpoleerimist nendes piirkondades, kus otsemõõtmised pole tehnilistel põhjustel võimatu. Lisaks täiendavad satelliitseiret lennukiekspeditsioonid, millega plaanitakse lahendada erinevaid probleeme näiteks troopilises Vaikses ookeanis, Atlandi ookeani põhjaosas ja isegi Arktika suvises stratosfääris.

Kaasaegse uurimistöö oluline osa on nende andmebaaside assimileerimine (assimileerimine) erineva keerukusega mudeliteks. Sel juhul valitakse parameetrid punktide (piirkondade) lisandite sisalduse mõõdetud ja mudeli väärtuste lähima läheduse tingimuse alusel. Sel viisil kontrollitakse mudelite kvaliteeti, samuti mõõdetud väärtuste ekstrapoleerimist väljaspool mõõtmispiirkondi ja -perioode.

Lühiajaliste atmosfäärisaasteainete kontsentratsioonide hindamine. Atmosfääriradikaalid, mis mängivad atmosfääri keemias võtmerolli, nagu hüdroksüül-OH, perhüdroksüül-HO2, lämmastikoksiid NO, aatomi hapnik ergastatud olekus O (1D) jne, on suurima keemilise reaktsioonivõimega ja seetõttu väga väikesed ( mitu sekundit või minutit) "eluaeg" atmosfääris. Seetõttu on selliste radikaalide mõõtmine äärmiselt keeruline ning nende sisalduse taastamine õhus toimub sageli nende radikaalide keemiliste allikate ja neeldumiste vahelisi mudelsuhteid kasutades. Pikka aega arvutati allikate ja neeldumiste intensiivsust mudelandmete abil. Vastavate mõõtmiste tulekuga sai võimalikuks nende põhjal rekonstrueerida radikaalide kontsentratsioone, täiustades samal ajal mudeleid ja laiendades teavet atmosfääri gaasi koostise kohta.

Atmosfääri gaasilise koostise rekonstrueerimine eelindustriaalsel perioodil ja Maa varasematel ajastutel. Tänu mõõtmistele Antarktika ja Gröönimaa jääsüdamikes, mille vanus ulatub sadadest kuni sadade tuhandeteni, on saanud teatavaks nii süsihappegaasi, dilämmastikoksiidi, metaani, süsinikmonooksiidi kontsentratsioonid kui ka nende aegade temperatuur. . Nende ajastute atmosfääri seisundi mudelrekonstrueerimine ja selle võrdlemine praegusega võimaldab jälgida Maa atmosfääri arengut ja hinnata inimese mõju looduskeskkonnale.

Olulisemate õhukomponentide allikate intensiivsuse hindamine. Maapinna õhus leiduvate gaaside, nagu metaani, süsinikmonooksiidi ja lämmastikoksiidide sisalduse süstemaatilised mõõtmised said aluseks pöördprobleemi lahendamisel: maapealsetest allikatest atmosfääri paisatavate gaaside hulga hindamine nende teadaolevate kontsentratsioonide põhjal. . Kahjuks on vaid üleüldise möllu süüdlaste – freoonide – inventuur suhteliselt lihtne ülesanne, kuna peaaegu kõigil neil ainetel ei ole looduslikke allikaid ja nende koguhulka atmosfääri satub piirab nende tootmismaht. Ülejäänud gaasidel on erinevad ja võrreldavad jõuallikad. Näiteks on metaani allikaks vettinud alad, sood, naftapuurauad, söekaevandused; seda ühendit eritavad termiidikolooniad ja see on isegi veiste jääkprodukt. Süsinikmonooksiid satub atmosfääri heitgaaside osana, kütuse põlemise tulemusena, samuti metaani ja paljude orgaaniliste ühendite oksüdatsiooni käigus. Nende gaaside heitkoguste otsene mõõtmine on keeruline, kuid välja on töötatud tehnikad, mis annavad hinnanguid ülemaailmsete saastegaaside allikate kohta, mille määramatus on viimastel aastatel märkimisväärselt vähenenud, kuigi see on endiselt suur.

Maa atmosfääri koostise ja kliima muutuste prognoosimine Arvestades suundumusi - õhugaaside sisalduse suundumusi, hinnanguid nende allikatele, Maa rahvastiku kasvumäärasid, igat liiki energia tootmise kasvutempot jne - koostavad spetsiaalsed ekspertide rühmad ja kohandavad neid pidevalt tõenäoliste stsenaariumide jaoks. õhusaaste järgmise 10, 30, 100 aasta jooksul. Nende põhjal prognoositakse mudelite abil võimalikke muutusi gaasi koostises, temperatuuris ja atmosfääri tsirkulatsioonis. Nii on võimalik õhuseisundi ebasoodsaid trende eelnevalt tuvastada ja proovida neid kõrvaldada. 1985. aasta Antarktika šokk ei tohi korduda.

Atmosfääri kasvuhooneefekti nähtus

Viimastel aastatel on selgeks saanud, et analoogia tavalise kasvuhoone ja atmosfääri kasvuhooneefekti vahel pole päris õige. Eelmise sajandi lõpus näitas kuulus Ameerika füüsik Wood, asendades kasvuhoone laborimudelis tavalise klaasi kvartsklaasiga ja leidmata kasvuhoone toimimises mingeid muutusi, et probleem ei seisne mitte hilinemises. pinnase soojuskiirgus päikesekiirgust edasi kandva klaasi poolt, klaasi roll selles Sel juhul seisneb see vaid mullapinna ja atmosfääri vahelise turbulentse soojusvahetuse “ära lõikamises”.

Atmosfääri kasvuhoone (kasvuhoone) efekt seisneb selle võimes edastada päikesekiirgust, kuid säilitada maapealset kiirgust, soodustades soojuse akumuleerumist maa poolt. Maa atmosfäär laseb suhteliselt hästi läbi lühilainelist päikesekiirgust, mille maapind peaaegu täielikult neelab. Päikesekiirguse neeldumise tõttu kuumenedes muutub maapind maapealse, peamiselt pikalainelise kiirguse allikaks, millest osa läheb avakosmosesse.

CO2 kontsentratsiooni suurenemise mõju

Teadlased ja teadlased vaidlevad jätkuvalt niinimetatud kasvuhoonegaaside koostise üle. Suurimat huvi selles osas pakub süsihappegaasi (CO2) kontsentratsiooni suurenemise mõju atmosfääri kasvuhooneefektile. Väidetavalt on tuntud skeem: "süsinikdioksiidi kontsentratsiooni tõus suurendab kasvuhooneefekti, mis toob kaasa globaalse kliima soojenemise" on äärmiselt lihtsustatud ja tegelikkusest väga kaugel, kuna kõige olulisem "kasvuhoonegaas" ei ole CO2 üldse, aga veeaur. Samas ei kannata enam kriitikat reservatsioon, et veeauru kontsentratsiooni atmosfääris määravad vaid kliimasüsteemi enda parameetrid, kuna inimtekkeline mõju globaalsele veeringele on veenvalt tõestatud.

Teaduslike hüpoteesidena toome välja järgmised eesseisva kasvuhooneefekti tagajärjed. Esiteks, Levinumate hinnangute kohaselt kahekordistub 21. sajandi lõpuks atmosfääri CO2 sisaldus, mis toob vältimatult kaasa maakera keskmise pinnatemperatuuri tõusu 3 - 5 o C. Samal ajal on oodata soojenemist tulemuseks on kuivemad suved põhjapoolkera parasvöötme laiuskraadidel.

Teiseks Eeldatakse, et maakera keskmise pinnatemperatuuri selline tõus toob kaasa maailma ookeani taseme tõusu 20–165 sentimeetri võrra vee soojuspaisumise tõttu. Mis puutub Antarktika jääkilbi, siis selle hävimine ei ole vältimatu, kuna sulamine nõuab kõrgemat temperatuuri. Igal juhul võtab Antarktika jää sulamise protsess väga kaua aega.

Kolmandaks Atmosfääri CO2 kontsentratsioonil võib olla väga kasulik mõju põllukultuuride saagikusele. Katsete tulemused lubavad eeldada, et CO2 sisalduse järkjärgulise suurenemise tingimustes õhus saavutab looduslik ja kultuurtaimestik optimaalse seisundi; Suureneb taimede lehepind, suureneb lehtede kuivaine erikaal, suureneb viljade keskmine suurus ja seemnete arv, kiireneb terade valmimine, suureneb nende saagikus.

Neljandaks, Kõrgetel laiuskraadidel võivad looduslikud metsad, eriti boreaalsed metsad, olla temperatuurimuutuste suhtes väga tundlikud. Soojenemine võib kaasa tuua boreaalsete metsade pindala järsu vähenemise ja nende piiride nihkumise põhja poole; troopika ja subtroopika metsad on tõenäoliselt tundlikumad pigem sademete kui temperatuuri muutuste suhtes.

Päikesest tulev valgusenergia tungib atmosfääri, neeldub maapinnast ja soojendab seda. Sel juhul muutub valgusenergia soojuseks, mis vabaneb infrapuna- või soojuskiirguse kujul. See maa pinnalt peegelduv infrapunakiirgus neeldub süsinikdioksiidis, samal ajal kui see soojendab ennast ja soojendab atmosfääri. See tähendab, et mida rohkem süsinikdioksiidi atmosfääris on, seda tugevamalt mõjutab see planeedi kliimat. Sama juhtub kasvuhoonetes, mistõttu seda nähtust nimetatakse kasvuhooneefektiks.

Kui nn kasvuhoonegaasid jätkavad voolamist praeguses tempos, siis järgmisel sajandil tõuseb Maa keskmine temperatuur 4 - 5 o C, mis võib kaasa tuua planeedi globaalse soojenemise.

Järeldus

Oma suhtumise muutmine loodusesse ei tähenda, et peaksite tehnoloogilisest progressist loobuma. Selle peatamine ei lahenda probleemi, vaid võib selle lahendamist ainult edasi lükata. Püsivalt ja kannatlikult tuleb püüda heitkoguste vähendamise poole uute keskkonnatehnoloogiate kasutuselevõtu abil tooraine säästmiseks, energiatarbimiseks ja istutuste arvu suurendamiseks, viia läbi haridustegevusi elanikkonna ökoloogilise maailmavaate kohta.

Näiteks USA-s asub üks sünteetilise kautšuki tootmise ettevõte elamurajoonide kõrval ja see ei tekita elanike protesti, sest toimivad keskkonnasõbralikud tehnoloogilised skeemid, mis vanasti vanade tehnoloogiatega ei olnud väga puhtad.

See tähendab, et vajame ranget tehnoloogiate valikut, mis vastavad kõige rangematele kriteeriumidele; kaasaegsed paljulubavad tehnoloogiad võimaldavad meil saavutada keskkonnasõbraliku tootmise kõrge taseme kõigis tööstus- ja transpordisektorites ning suurendada haljasalade arvu. tööstuspiirkondades ja linnades.

Viimastel aastatel on eksperiment võtnud juhtiva positsiooni atmosfäärikeemia arendamisel ja teooria koht on sama, mis klassikalistes, lugupeetud teadustes. Kuid endiselt on valdkondi, kus teoreetilised uuringud jäävad prioriteediks: näiteks ainult mudelkatsetega on võimalik ennustada muutusi atmosfääri koostises või hinnata Montreali protokolli raames rakendatavate piiravate meetmete tõhusust. Alustades olulise, kuid privaatse probleemi lahendamisest, hõlmab atmosfäärikeemia täna koostöös seotud erialadega kogu keerulist probleemide ringi keskkonna uurimisel ja kaitsmisel. Võib-olla võib öelda, et atmosfäärikeemia arengu esimesed aastad möödusid moto all: "Ära jää hiljaks!" Stardihoog on läbi, jooks jätkub.

II. Jaotage tunnused rakuorganellide järgi (panage organelli tunnustele vastavad tähed organelli nimetuse vastas). (26 punkti)

II. HARIDUS- JA METOODILISED SOOVITUSED KÕIKIDE MITTEFILOOSOOFILISTE ERIALADE TÄISkoormusega õppijatele 1 lk

Iga elupaik on kompleksne süsteem, mida eristab unikaalne abiootiliste ja biootiliste tegurite kogum, mis sisuliselt kujundavad seda keskkonda. Evolutsiooniliselt tekkis maa-õhu keskkond hiljem kui veekeskkond, mida seostatakse atmosfääriõhu koostise keemiliste muutustega. Enamik tuumaga organisme elab maismaakeskkonnas, mis on seotud väga erinevate looduslike vööndite, füüsiliste, inimtekkeliste, geograafiliste ja muude määravate teguritega.

Maa-õhkkeskkonna omadused

See keskkond koosneb pinnasest ( sügavus kuni 2 km) ja madalam atmosfäär ( kuni 10 km). Keskkonda iseloomustab suur hulk erinevaid eluvorme. Selgrootute hulgas võib märkida: ülekaalus on putukad, mõned ussi- ja molluskiliigid, muidugi selgroogsed. Kõrge hapnikusisaldus õhus tõi kaasa evolutsioonilise muutuse hingamissüsteemis ja intensiivsema ainevahetuse.

Atmosfääris on ebapiisav ja sageli muutlik õhuniiskus, mis sageli piirab elusorganismide levikut. Kõrge temperatuuri ja madala õhuniiskusega piirkondades tekivad eukarüootidel erinevad idioadaptatsioonid, mille eesmärk on säilitada vee elutähtsat taset (taimelehtede muutumine okasteks, rasva kogunemine kaameli küürudesse).

Maismaaloomadele on see nähtus iseloomulik fotoperiodism, seega on enamik loomi aktiivsed ainult päeval või ainult öösel. Samuti iseloomustab maapealset keskkonda temperatuuri, niiskuse ja valguse intensiivsuse kõikumiste märkimisväärne amplituud. Nende tegurite muutused on seotud geograafilise asukoha, aastaaegade muutumise ja kellaajaga. Atmosfääri madala tiheduse ja rõhu tõttu on lihas- ja luukude tugevasti arenenud ja muutunud keerukamaks.

Selgroogsetel tekkisid keerulised jäsemed, mis on kohandatud keha toetamiseks ja madala atmosfääritiheduse tingimustes liikuma tahketel aluspindadel. Taimedel on progresseeruv juurestik, mis võimaldab neil mullas kanda kinnitada ja aineid märkimisväärsele kõrgusele transportida. Maataimedel on välja arenenud ka mehaanilised, basaalkuded, floeem ja ksüleem. Enamikul taimedel on kohandused, mis kaitsevad neid liigse transpiratsiooni eest.

Pinnas

Kuigi muld klassifitseeritakse maa-õhu elupaigaks, erineb see oma füüsikaliste omaduste poolest atmosfäärist vägagi:

• Kõrge tihedus ja rõhk.
• Ebapiisav hapnik.
• Temperatuurikõikumiste madal amplituud.
• Madal valguse intensiivsus.

Sellega seoses on maa-alustel elanikel oma kohandused, mis eristuvad maismaaloomadest.

Vee-elupaik

Keskkond, mis hõlmab kogu hüdrosfääri, nii soola- kui mageveekogusid. Seda keskkonda iseloomustab elu väiksem mitmekesisus ja oma eritingimused. Seda asustavad väikesed selgrootud, kes moodustavad planktoni, kõhre- ja luukalad, molluskiussid ja mõned imetajate liigid.

Hapniku kontsentratsioon varieerub oluliselt sõltuvalt sügavusest. Kohtades, kus atmosfäär ja hüdrosfäär kohtuvad, on hapnikku ja valgust palju rohkem kui sügavuses. Kõrgrõhkkond, mis suurel sügavusel on 1000 korda kõrgem atmosfäärirõhust, määrab enamiku veealuste elanike kehakuju. Temperatuurimuutuste amplituud on väike, kuna vee soojusülekanne on palju väiksem kui maapinnal.

Erinevused vee- ja maismaa-õhukeskkonna vahel

Nagu juba mainitud, määrab erinevate elupaikade peamised eristavad tunnused abiootilised tegurid. Maa-õhu keskkonda iseloomustab suur bioloogiline mitmekesisus, kõrge hapnikusisaldus, muutlik temperatuur ja õhuniiskus, mis on peamised piiravad tegurid loomade ja taimede asustamist. Bioloogilised rütmid sõltuvad päevavalguse pikkusest, aastaajast ja looduslikust kliimavööndist. Veekeskkonnas paikneb suurem osa toitainetest orgaanilistest ainetest veesambas või selle pinnal, vaid väike osa asub põhjas, maa-õhu keskkonnas asuvad kõik orgaanilised ained veepinnal.

Maaelanikke eristab sensoorsete süsteemide ja närvisüsteemi kui terviku parem areng, oluliselt on muutunud ka lihasluukonna, vereringe- ja hingamissüsteem. Nahad on väga erinevad, kuna need on funktsionaalselt erinevad. Vee all on levinud alumised taimed (vetikad), millel enamasti puuduvad pärisorganid, kinnitusorganitena toimivad näiteks risoidid. Veeasukate levikut seostatakse sageli soojade veealuste hoovustega. Koos nende elupaikade erinevustega on loomi, kes on kohanenud elama mõlemas. Nende loomade hulka kuuluvad kahepaiksed.

Planeedil Maa on mitu peamist elukeskkonda:

vesi

maa-õhk

mulda

elusorganism.

Veeline elukeskkond.

Vees elavatel organismidel on kohandused, mille määravad vee füüsikalised omadused (tihedus, soojusjuhtivus, soolade lahustamise võime).

Vee üleslükkejõu tõttu on paljud veekeskkonna väikesed elanikud hõljuvad ega suuda hoovustele vastu seista. Selliste väikeste vee-asukate kogumit nimetatakse planktoniks. Planktoni hulka kuuluvad mikroskoopilised vetikad, väikesed koorikloomad, kalamari ja -vastsed, meduusid ja paljud teised liigid.

Plankton

Planktoni organisme kannavad hoovused ja nad ei suuda neile vastu seista. Planktoni olemasolu vees teeb võimalikuks filtreerimise tüüpi toitumise, st erinevate seadmete, väikeste organismide ja vees hõljuvate toiduosakeste kurnamise. See on välja töötatud nii ujuvatel kui ka istuvatel põhjaloomadel, nagu krinoidid, rannakarbid, austrid jt. Kui planktonit poleks, oleks veeelanikel istuv elu võimatu ja see on omakorda võimalik vaid piisava tihedusega keskkonnas.

Vee tihedus muudab selles aktiivse liikumise keeruliseks, seetõttu peavad kiiresti ujuvad loomad, nagu kalad, delfiinid, kalmaarid, olema tugevate lihaste ja voolujoonelise kehakujuga.

Mako hai

Vee suure tiheduse tõttu suureneb rõhk sügavusega oluliselt. Süvamere elanikud suudavad taluda survet, mis on tuhandeid kordi suurem kui maapinnal.

Valgus tungib vette ainult madalale sügavusele, mistõttu taimeorganismid saavad eksisteerida ainult veesamba ülemistes horisontides. Ka kõige puhtamates meredes on fotosüntees võimalik vaid 100-200 m sügavusel.Suuremal sügavusel taimi pole ja süvaveeloomad elavad täielikus pimeduses.

Temperatuurirežiim veehoidlates on leebem kui maismaal. Tänu vee suurele soojusmahtuvusele on temperatuurikõikumised selles tasandatud ning veeelanikel ei teki vajadust kohaneda tugevate külmade või neljakümnekraadise kuumusega. Ainult kuumaveeallikates võib vee temperatuur läheneda keemistemperatuurile.

Üks raskusi veeelanike elus on hapniku piiratud hulk. Selle lahustuvus ei ole väga kõrge ja pealegi väheneb see oluliselt, kui vesi on saastunud või kuumutatud. Seetõttu on reservuaarides mõnikord nälg - elanike massiline surm hapnikupuuduse tõttu, mis esineb erinevatel põhjustel.

Kalad tapavad

Veeorganismide jaoks on väga oluline ka keskkonna soolane koostis. Mereliigid ei saa elada magevees ja magevee liigid ei saa elada meredes rakkude talitlushäirete tõttu.

Maa-õhk elukeskkond.

Sellel keskkonnal on erinevad funktsioonid. See on üldiselt keerulisem ja mitmekesisem kui vees. Selles on palju hapnikku, palju valgust, teravamad temperatuurimuutused ajas ja ruumis, oluliselt nõrgemad rõhulangud, sageli tekib niiskuse defitsiit. Kuigi paljud liigid võivad lennata ning väikesed putukad, ämblikud, mikroorganismid, seemned ja taimede eosed kanduvad õhuvoolude kaudu, toimub organismide toitumine ja paljunemine maapinna või taimede pinnal. Sellises madala tihedusega keskkonnas nagu õhk vajavad organismid tuge. Seetõttu on maismaataimedel välja arenenud mehaanilised koed ja maismaaloomadel on veeloomadest tugevam sise- või välisskelett. Õhu madal tihedus muudab selles liikumise lihtsamaks. Ligikaudu kaks kolmandikku maismaa elanikest on omandanud aktiivse ja passiivse lennu. Enamik neist on putukad ja linnud.

Must tuulelohe

Caligo liblikas

Õhk on halb soojusjuht. See muudab organismide sees tekkiva soojuse säästmise ja soojaverelistel loomadel püsiva temperatuuri hoidmise lihtsamaks. Soojaverelisuse areng sai võimalikuks maapealses keskkonnas. Kaasaegsete veeimetajate - vaalad, delfiinid, morsad, hülged - esivanemad elasid kunagi maismaal.

Maaelanikel on enda veega varustamisega seotud mitmesuguseid kohandusi, eriti kuivades tingimustes. Taimedel on see võimas juurestik, veekindel kiht lehtede ja varte pinnal ning võime reguleerida vee aurustumist stoomide kaudu. Loomade puhul on need ka erinevad keha ja naha ehituslikud iseärasused, kuid lisaks aitab sobiv käitumine kaasa ka veetasakaalu säilitamisele. Nad võivad näiteks rännata kastmisaukudesse või vältida aktiivselt eriti kuivavaid tingimusi. Mõned loomad võivad elada terve elu kuivtoidul, näiteks jerboad või tuntud riidekoi. Sel juhul tekib organismile vajalik vesi toidukomponentide oksüdeerumise tõttu.

Kaameli okasjuur

Maapealsete organismide elus mängivad olulist rolli ka paljud teised keskkonnategurid, nagu õhu koostis, tuuled ja maapinna topograafia. Eriti olulised on ilm ja kliima. Maa-õhkkeskkonna elanikud peavad olema kohanenud selle Maa osa kliimaga, kus nad elavad, ja taluma ilmastikutingimuste muutlikkust.

Muld kui elukeskkond.

Muld on õhuke maapinna kiht, mida töödeldakse elusolendite tegevusega. Tahked osakesed imbuvad pinnasesse pooride ja õõnsustega, täidetakse osaliselt vee ja osaliselt õhuga, mistõttu võivad pinnasesse asustada ka väikesed veeorganismid. Väikeste õõnsuste maht pinnases on selle väga oluline omadus. Lahtises pinnases võib see olla kuni 70% ja tihedas pinnases - umbes 20%. Nendes poorides ja õõnsustes või tahkete osakeste pinnal elab tohutult erinevaid mikroskoopilisi olendeid: bakterid, seened, algloomad, ümarussid, lülijalgsed. Suuremad loomad teevad pinnasesse käike ise.

Mullaelanikud

Taimejuured läbivad kogu pinnase. Mulla sügavuse määrab juurte tungimise sügavus ja urguvate loomade aktiivsus. See ei ületa 1,5-2 m.

Mullaõõnsuste õhk on alati veeauruga küllastunud, selle koostis on rikastatud süsihappegaasiga ja hapnikuvaene. Nii meenutavad elutingimused pinnases veekeskkonda. Teisest küljest muutub vee ja õhu suhe muldades pidevalt sõltuvalt ilmastikutingimustest. Temperatuurikõikumised on pinnal väga teravad, kuid taanduvad kiiresti sügavusega.

Mullakeskkonna peamine omadus on pidev orgaanilise ainega varustamine, mis on peamiselt tingitud taimejuurte suremisest ja lehtede langemisest. See on väärtuslik energiaallikas bakteritele, seentele ja paljudele loomadele, seega on muld kõige elurikkam keskkond. Tema varjatud maailm on väga rikas ja mitmekesine.

Elusorganismid kui elukeskkond.

Lai paeluss

Maa-õhkkeskkonda iseloomustavad ökoloogiliste tingimuste iseärasused, mis on kujundanud maismaataimedes ja -loomades spetsiifilisi kohanemisi, mis kajastuvad mitmesugustes morfoloogilistes, anatoomilistes, füsioloogilistes, biokeemilistes ja käitumuslikes kohanemistes.

Atmosfääriõhu madal tihedus raskendab kehakuju säilitamist, mistõttu on taimedel ja loomadel välja kujunenud tugisüsteem. Taimedes on need mehaanilised koed (nahk ja puidukiud), mis tagavad vastupidavuse staatilistele ja dünaamilistele koormustele: tuul, vihm, lumikate. Rakuseina pingeline seisund (turgor), mis on põhjustatud kõrge osmootse rõhuga vedeliku kogunemisest rakkude vakuoolidesse, määrab lehtede, rohuvarte ja õite elastsuse. Loomadel pakuvad kehale tuge hüdroskelett (ümarussidel), eksoskelett (putukatel) ja siseskelett (imetajatel).

Keskkonna madal tihedus hõlbustab loomade liikumist. Paljud maismaa liigid on lennuvõimelised (aktiivsed või liuglevad) - linnud ja putukad, on ka imetajate, kahepaiksete ja roomajate esindajaid. Lend on seotud liikumise ja saagi otsimisega.Aktiivne lend on võimalik tänu muudetud esijäsemetele ja arenenud rinnalihastele. Liuglevatel loomadel on esi- ja tagajäsemete vahele tekkinud nahavoldid, mis venivad ja täidavad langevarju rolli.

Õhumasside suur liikuvus on moodustanud taimedes iidseima taimede tuulega tolmeldamise meetodi (anemofiilia), mis on iseloomulik paljudele keskvööndi taimedele ja levib tuule abil. See ökoloogiline organismide rühm (aeroplankton) on kohanenud oma suure suhtelise pindala tõttu langevarjude, tiibade, eendite ja isegi võrkude tõttu või nende väga väikese suuruse tõttu.

Madal atmosfäärirõhk, mis on tavaliselt 760 mmHg (ehk 101 325 Pa), ja väikesed rõhuerinevused on tekitanud peaaegu kõigis maismaaelanikes tundlikkuse tugevate rõhumuutuste suhtes. Enamiku selgroogsete eluea ülempiir on umbes 6000 m Atmosfäärirõhu langus merepinna kõrguse suurenemisega vähendab hapniku lahustuvust veres. See suurendab hingamissagedust ja selle tulemusena põhjustab sagedane hingamine dehüdratsiooni. See lihtne sõltuvus ei ole tüüpiline ainult haruldastele linnuliikidele ja mõnedele selgrootutele.

Maa-õhu keskkonna gaasilist koostist iseloomustab kõrge hapnikusisaldus (üle 20 korra kõrgem kui veekeskkonnas). See võimaldab loomadel väga kõrget ainevahetust. Seetõttu võis tekkida ainult maismaal homöotermia (võime säilitada konstantset kehatemperatuuri, peamiselt tänu sisemisele energiale).

Temperatuuri tähtsuse organismide elus määrab selle mõju biokeemiliste reaktsioonide kiirusele. Keskkonnatemperatuuri tõus (kuni 60 ° C) põhjustab valkude denatureerumist organismides. Temperatuuri tugev langus toob kaasa ainevahetuse kiiruse languse ja kriitilise seisundina vee külmumise rakkudes (jääkristallid rakkudes rikuvad rakusiseste struktuuride terviklikkust). Põhimõtteliselt saavad elusorganismid maismaal eksisteerida ainult vahemikus 0 ° - +50 °, sest need temperatuurid sobivad kokku põhiliste eluprotsesside toimumisega. Igal liigil on aga oma ülemine ja alumine surmav temperatuuri väärtus, temperatuuri allasurumise väärtus ja temperatuuri optimum.

Organismid, mille elu ja tegevus sõltub välissoojust (mikroorganismid, seened, taimed, selgrootud, tsüklostoomid, kalad, kahepaiksed, roomajad), nimetatakse poikilotermideks. Nende hulgas on stenotermid (krüofiilid - kohandatud väikestele erinevustele madalates temperatuurides ja termofiilid - kohandatud väikestele erinevustele kõrgetes temperatuurides) ja eurütermid, mis võivad eksisteerida suure temperatuuri amplituudi piires. Kohanemised madalate temperatuuride talumiseks, mis võimaldavad ainevahetust pikka aega reguleerida, viiakse organismides läbi kahel viisil: a) võime läbi viia biokeemilisi ja füsioloogilisi muutusi - antifriisi kogunemine, mis alandab vedelike külmumistemperatuuri rakke ja kudesid ning takistab seetõttu jää teket; ensüümide komplekti, kontsentratsiooni ja aktiivsuse muutus, muutus; b) külmutaluvus (külmakindlus) on aktiivse oleku ajutine lakkamine (hüpobioos või krüptobioos) või glütserooli, sorbitooli, mannitooli kogunemine rakkudesse, mis takistavad vedeliku kristalliseerumist.

Eurytermidel on hästi arenenud võime minna üle varjatud olekusse, kui temperatuur on optimaalsest väärtusest oluliselt kõrvale kaldunud. Pärast külma mahasurumist taastavad organismid teatud temperatuuril normaalse ainevahetuse ja seda temperatuuri väärtust nimetatakse arengu temperatuuriläveks ehk arengu bioloogiliseks nulliks.

Eurütermiliste liikide hooajaliste muutuste aluseks, mis on laialt levinud, on aklimatiseerumine (temperatuuri optimumi nihe), kui mõned geenid on inaktiveeritud ja teised sisse lülitatud, mis vastutab mõnede ensüümide asendamise eest teistega. Seda nähtust leidub levila erinevates osades.

Taimedes on ainevahetussoojus äärmiselt tühine, mistõttu nende olemasolu määrab elupaiga õhutemperatuur. Taimed kohanevad taluma üsna suuri temperatuurikõikumisi. Peamine on sel juhul transpiratsioon, mis jahutab lehtede pinda ülekuumenemisel; lehetera vähenemine, lehtede liikuvus, pubestsents, vahajas kate. Taimed kohanevad külmade tingimustega, kasutades kasvuvormi (kääbus, padjakasv, võre) ja värvi. Kõik see on seotud füüsilise termoregulatsiooniga. Füsioloogiline termoregulatsioon on lehtede langemine, maapealse osa surm, vaba vee viimine seotud olekusse, antifriisi kogunemine jne).

Poikilotermilistel loomadel on ruumis liikumisega seotud aurustumistermoregulatsiooni võimalus (kahepaiksed, roomajad). Nad valivad optimaalseimad tingimused, toodavad palju sisemist (endogeenset) soojust lihaste kokkutõmbumise või lihasvärinate käigus (soojendavad lihaseid liikumise ajal). Loomadel on käitumuslikud kohandused (asend, varjualused, urud, pesad).

Homöotermilistel loomadel (linnud ja imetajad) on püsiv kehatemperatuur ja nad sõltuvad vähe ümbritsevast temperatuurist. Neid iseloomustavad kohandused, mis põhinevad oksüdatiivsete protsesside järsul suurenemisel närvi-, vereringe-, hingamis- ja muude organsüsteemide täiuslikkuse tagajärjel. Neil on biokeemiline termoregulatsioon (õhutemperatuuri langedes kiireneb lipiidide ainevahetus; oksüdatiivsed protsessid, eriti skeletilihastes; on spetsialiseerunud pruun rasvkude, milles kogu vabanev keemiline energia läheb ATP moodustamiseks ja keha soojendamiseks; tarbitava toidu maht suureneb). Kuid sellisel termoregulatsioonil on kliimapiirangud (kahjulik talvel, polaarsetes tingimustes, suvel troopilistes ja ekvatoriaalvööndites).

Füüsiline termoregulatsioon on keskkonnale kasulik (naha veresoonte refleksi kokkutõmbumine ja laienemine, karusnaha ja sulgede soojusisolatsiooniefekt, vastuvoolu soojusvahetus), sest viiakse läbi soojuse säilitamisega kehas (Chernova, Bylova, 2004).

Homeotermide käitumuslikku termoregulatsiooni iseloomustab mitmekesisus: kehahoiaku muutused, peavarju otsimine, keeruliste urgude, pesade rajamine, ränne, rühmakäitumine jne.

Organismide jaoks on kõige olulisem keskkonnategur valgus. Valguse mõjul toimuvad protsessid on fotosüntees (kasutatakse 1-5% langevast valgusest), transpiratsioon (75% langevast valgusest kasutatakse vee aurustamiseks), elutähtsate funktsioonide sünkroniseerimine, liikumine, nägemine, süntees vitamiinidest.

Taimede morfoloogia ja taimekoosluste struktuur on korraldatud päikeseenergia kõige tõhusamalt neelamiseks. Taimede valgust vastuvõttev pind maakeral on 4 korda suurem kui planeedi pind (Akimova, Haskin, 2000). Elusorganismide jaoks on lainepikkusel tähtsus, sest erineva pikkusega kiirtel on erinev bioloogiline tähtsus: infrapunakiirgus (780 - 400 nm) mõjub närvisüsteemi soojuskeskustele, reguleerides oksüdatiivseid protsesse, motoorseid reaktsioone jm, ultraviolettkiired (60 - 390 nm), mõjudes sisekestale. kudesid, soodustavad erinevate vitamiinide tootmist, stimuleerivad rakkude kasvu ja paljunemist.

Nähtav valgus on eriti oluline, sest... Valguse kvaliteet on taimede jaoks oluline. Kiirte spektris eristatakse fotosünteetilist aktiivkiirgust (PAR). Selle spektri lainepikkus jääb vahemikku 380–710 (370–720 nm).

Valgustuse hooajaline dünaamika on seotud astronoomiliste mustritega, antud piirkonna hooajalise klimaatilise rütmiga ja väljendub erinevatel laiuskraadidel erinevalt. Madalamate tasandite puhul on need mustrid kattuvad ka taimestiku fenoloogilise seisundiga. Valgustuse muutumise igapäevane rütm on väga oluline. Kiirguse kulgu segavad atmosfääri seisundi muutused, pilvisus jne (Goryshina, 1979).

Taim on läbipaistmatu keha, mis osaliselt peegeldab, neelab ja edastab valgust. Lehtede rakkudes ja kudedes on mitmesugused moodustised, mis tagavad valguse neeldumise ja edasikandumise.Taime produktiivsuse tõstmiseks suurendatakse fotosünteetiliste elementide kogupindala ja arvu, mis saavutatakse lehtede mitmekorruselise paigutusega taimele. ; taimede kihiline paigutus koosluses.

Seoses valgustuse intensiivsusega eristatakse kolme rühma: valgust armastavad, varju armastavad, varjutaluvad, mis erinevad anatoomiliste ja morfoloogiliste kohastumuste poolest (valguslembestel taimedel on lehed väiksemad, liikuvad, karvased, neil on vahajas kate, paks küünenahk, kristalsed kandmised jne varju armastavatel taimedel, lehed on suured, kloroplastid on suured ja arvukad); füsioloogilised kohandused (valguse kompenseerimise erinevad väärtused).

Reaktsiooni päeva pikkusele (valgustuse kestusele) nimetatakse fotoperiodismiks. Taimedel on sellised olulised protsessid nagu õitsemine, seemnete moodustumine, kasv, puhkeolekusse üleminek ja lehtede langemine seotud päeva pikkuse ja temperatuuri hooajaliste muutustega. Mõne taime õitsemiseks on vaja päeva pikkust üle 14 tunni, teistele piisab 7 tunnist ja teised õitsevad olenemata päeva pikkusest.

Loomade jaoks on valgusel informatiivne väärtus. Esiteks jagunevad loomad igapäevase aktiivsuse järgi päevasteks, krepuskulaarseteks ja öisteks. Elund, mis aitab ruumis navigeerida, on silmad. Erinevatel organismidel on erinev stereoskoopiline nägemine - inimese üldnägemine on 180 ° - stereoskoopiline - 140 °, küülikul on üldnägemine 360 ​​°, stereoskoopiline 20 °. Binokulaarne nägemine on iseloomulik peamiselt röövloomadele (kassidele ja lindudele). Lisaks määrab reaktsioon valgusele fototaksise (liikumise valguse poole),

reprodutseerimine, navigatsioon (orienteerumine Päikese asendisse), bioluminestsents. Valgus on signaal vastassoost isikute ligimeelitamiseks.

Kõige olulisem keskkonnategur maismaaorganismide elus on vesi. On vaja säilitada rakkude, kudede ja kogu organismi struktuurne terviklikkus, sest on rakkude, kudede, taime- ja loomamahlade protoplasma põhiosa. Tänu veele toimuvad biokeemilised reaktsioonid, toitainetega varustamine, gaasivahetus, eritumine jne.Veesisaldus taimede ja loomade organismis on küllaltki kõrge (kõrrelistes - 83-86%, puulehtedes - 79 -82%, puutüved 40-55%, putukate kehas - 46-92%, kahepaiksed - kuni 93%, imetajad - 62-83%).

Maa-õhu keskkonnas eksisteerimine tekitab organismidele olulise probleemi vee säilitamisel kehas. Seetõttu on maismaataimede ja -loomade vorm ja funktsioonid kohandatud kaitsma kuivamise eest. Taimede elus on olulised veega varustamine, selle juhtivus ja transpiratsioon, vee tasakaal (Walter, 1031, 1937, Shafer, 1956). Veebilansi muutusi peegeldab kõige paremini juurte imemisvõime.

Taim suudab mullast vett imeda seni, kuni juurte imemisjõud suudab konkureerida mulla imemisjõuga. Väga hargnenud juurestik tagab juure imava osa ja mullalahuste vahel suure kokkupuuteala. Juurte kogupikkus võib ulatuda 60 km-ni. Juurte imemisvõime varieerub sõltuvalt ilmastikust ja keskkonnaomadustest. Mida suurem on juurte imemispind, seda rohkem vett imendub.

Veebilansi regulatsiooni järgi jagunevad taimed poikilohüdrilisteks (vetikad, samblad, sõnajalad, mõned õistaimed) ja homohüdrogeenseteks (enamik kõrgemaid taimi).

Veerežiimiga seoses eristatakse ökoloogilisi taimerühmi.

1. Hügrofüüdid on maismaataimed, mis elavad kõrge õhuniiskuse ja mulla veevarustusega niisketes kasvukohtades. Hügrofüütide iseloomulikud tunnused on jämedad, nõrgalt harunenud juured, õhku kandvad õõnsused kudedes ja avatud stoomid.

2. Mesofüüdid - parasniiske kasvukoha taimed. Nende võime taluda mulda ja õhupõuda on piiratud. Võib leida kuivades elupaikades – areneb kiiresti lühikese aja jooksul. Iseloomustab hästi arenenud juurestik koos arvukate juurekarvadega ja transpiratsiooni intensiivsuse reguleerimine.

3. Kserofüüdid – kuiva kasvukoha taimed. Need on põuakindlad taimed, kuivakandvad taimed. Steppikserofüüdid võivad kahjustamata kaotada kuni 25% veest, kõrbekserofüüdid - kuni 50% neis sisalduvast veest (võrdluseks – metsamesofüüdid närbuvad 1% lehtedes sisalduva vee kaoga). Vastavalt anatoomiliste, morfoloogiliste ja füsioloogiliste kohastumuste olemusele, mis tagavad nende taimede aktiivse elu niiskusepuuduse tingimustes, jagunevad kserofüüdid sukulentideks (neil on lihavad ja mahlakad lehed ja varred, nad on võimelised koguma suures koguses vett. nende kuded, arendavad väikest imemisjõudu ja neelavad sademetest niiskust) ja sklerofüüdid (kuiva välimusega taimed, mis aurustavad intensiivselt niiskust, millel on kitsad ja väikesed lehed, mis mõnikord kõverduvad toruks, taluvad tugevat dehüdratsiooni, sademete imemisjõudu). juured võivad olla kuni mitukümmend atmosfääri).

Erinevates loomarühmades oli maapealse eksistentsi tingimustega kohanemise protsessis peamine asi veekadude vältimine. Loomad saavad vett erineval viisil - joomise teel, mahlase toiduga, ainevahetuse tulemusena (rasvade, valkude ja süsivesikute oksüdeerumise ja lagunemise tõttu). Mõned loomad võivad vett imada läbi niiske substraadi või õhu katte. Veekadu tekib naha aurustumise, hingamisteede limaskestadelt aurustumise, uriini ja seedimata toidujäätmete eritumise tagajärjel. Loomad, kes saavad vett joomise teel, sõltuvad veekogude asukohast (suured imetajad, palju linde).

Loomade jaoks on oluline tegur õhuniiskus, sest... see indikaator määrab keha pinnalt aurustumise hulga. Seetõttu on keha naha struktuur looma keha veetasakaalu jaoks oluline. Putukatel tagavad vee aurustumise vähenemise kehapinnalt peaaegu läbitungimatu küünenahk ja spetsiaalsed eritusorganid (Malpighi tuubulid), mis eritavad peaaegu lahustumatut ainevahetusprodukti, ning spiraalid, mis vähendavad veekadu gaasivahetussüsteemi kaudu - läbi hingetoru ja trahheoolid.

Kahepaiksetel satub suurem osa veest kehasse läbi läbilaskva naha. Naha läbilaskvust reguleerib hormoon, mida eritab hüpofüüsi tagumine osa. Kahepaiksed eritavad väga suures koguses lahjendatud uriini, mis on kehavedelike suhtes hüpotooniline. Kuivades tingimustes võivad kahepaiksed vähendada veekadu uriiniga. Lisaks võivad need loomad koguda vett põide ja nahaalusesse lümfiringesse.

Roomajatel on palju kohanemisi erinevatel tasanditel – morfoloogiline (veekadu hoiab ära keratiniseerunud nahk), füsioloogiline (keha sees paiknevad kopsud, mis vähendab veekadu), biokeemiline (kudedes tekib kusihape, mis eritub ilma palju niiskuse kaotuse tõttu taluvad kuded soolade suurenenud kontsentratsiooni 50% võrra.

Lindudel on aurustumiskiirus väike (nahk on suhteliselt vett mitteläbilaskev, puuduvad higinäärmed ega suled). Linnud kaotavad hingamisel vett (kuni 35% kehakaalust päevas) kopsude kõrge ventilatsiooni ja kõrge kehatemperatuuri tõttu. Lindudel on protsess, mis imab vett tagasi osast uriinist ja väljaheitest. Osadel merelindudel (pingviinid, sõrad, kormoranid, albatrossid), kes söövad kala ja joovad merevett, on silmakoobastes paiknevad soolanäärmed, mille abil eemaldatakse kehast liigsed soolad.

Imetajatel on eritus- ja osmoregulatsiooniorganid paaris, keerulised neerud, mis on varustatud verega ja reguleerivad vere koostist. See tagab intratsellulaarse ja interstitsiaalse vedeliku püsiva koostise. Suhteliselt stabiilne vere osmootne rõhk säilib tänu tasakaalule joomise kaudu saadava vee ja väljahingatava õhu, higi, väljaheidete ja uriini kaudu kao vahel. Osmootse rõhu peenregulatsiooni eest vastutab antidiureetiline hormoon (ADH), mis eritub hüpofüüsi tagumisest osast.

Loomade hulgas on rühmi: hügrofiilid, kus vee ainevahetust reguleerivad mehhanismid on halvasti arenenud või puuduvad üldse (need on niiskust armastavad loomad, kes vajavad kõrget keskkonnaniiskust - vedrusabad, metsatäid, sääsed, muud lülijalgsed, maismaa molluskid ja kahepaiksed) ; kserofiilid, millel on hästi arenenud mehhanismid vee metabolismi reguleerimiseks ja kohanemiseks vee hoidmiseks kehas, elavad kuivades tingimustes; mõõduka õhuniiskuse tingimustes elavad mesofiilid.

Kaudselt mõjuv keskkonnategur maa-õhu keskkonnas on reljeef. Kõik reljeefsed vormid mõjutavad taimede ja loomade levikut hüdrotermilise režiimi või mulla-maa niiskuse muutumise kaudu.

Erinevatel kõrgustel merepinnast mägedes muutuvad kliimatingimused, mille tulemuseks on kõrgusvöönd. Geograafiline eraldatus mägedes aitab kaasa endeemide tekkele ning taime- ja loomaliikide säilimisele. Jõgede lammid hõlbustavad lõunapoolsemate taime- ja loomarühmade liikumist põhja suunas. Suure tähtsusega on nõlvade eksponeerimine, mis loob tingimused soojust armastavate koosluste levikuks põhja pool mööda lõunanõlvu ja külma armastavate koosluste levikuks lõunasse mööda põhjanõlvu (“eelreegel”, V. V. Alehhina) .

Muld eksisteerib ainult maa-õhu keskkonnas ja moodustub territooriumi vanuse, algkivimi, kliima, reljeefi, taimede ja loomade ning inimtegevuse koosmõjul. Ökoloogilise tähtsusega on mehaaniline koostis (mineraalosakeste suurus), keemiline koostis (vesilahuse pH), mulla soolsus ja mullarikkus. Mullaomadused mõjutavad elusorganisme ka kaudsete teguritena, muutes termohüdroloogilist režiimi, pannes taimed (eeskätt) kohanema nende tingimuste dünaamikaga ja mõjutades organismide ruumilist diferentseerumist.

Taimi, loomi ja inimesi ümbritsevat elutut ja elusat loodust nimetatakse elupaigaks (elukeskkond, väliskeskkond). N. P. Naumovi (1963) määratluse kohaselt on keskkond "kõik, mis ümbritseb organisme ja mõjutab otseselt või kaudselt nende seisundit, arengut, ellujäämist ja paljunemist". Organismid saavad oma elupaigast kõik eluks vajaliku kätte ja vabastavad sinna oma ainevahetuse saadused.

Organismid võivad eksisteerida ühes või mitmes elukeskkonnas. Näiteks inimesed, enamik linde, imetajaid, seemnetaimi ja samblikke on ainult maa-õhu keskkonna asukad; enamik kalu elab ainult veekeskkonnas; Kiilid veedavad ühe faasi veekeskkonnas ja teise õhukeskkonnas.

Vee-elukeskkond

Veekeskkonda iseloomustab eluks soodsate organismide füüsikaliste ja keemiliste omaduste suur mitmekesisus. Nende hulgas: läbipaistvus, kõrge soojusjuhtivus, kõrge tihedus (umbes 800 korda suurem õhu tihedusest) ja viskoossus, paisumine külmutamise ajal, võime lahustada paljusid mineraalseid ja orgaanilisi ühendeid, kõrge liikuvus (voolavus), teravate temperatuurikõikumiste puudumine (mõlemad). igapäevane ja hooajaline), võime võrdselt hõlpsalt toetada organisme, mis erinevad massi poolest oluliselt.

Veekeskkonna ebasoodsateks omadusteks on: tugevad rõhulangud, nõrk aeratsioon (hapnikusisaldus veekeskkonnas on vähemalt 20 korda madalam kui atmosfääris), valguse puudumine (eriti veekogude sügavustes), õhupuudus. nitraadid ja fosfaadid (vajalikud elusaine sünteesiks).

Seal on mage- ja merevesi, mis erinevad nii koostise kui ka lahustunud mineraalide hulga poolest. Merevesi on rikas naatriumi, magneesiumi, kloriidi ja sulfaadi ioonide poolest, magevees aga domineerivad kaltsiumi- ja karbonaadiioonid.

Veekeskkonnas elavad organismid moodustavad ühe bioloogilise rühma – hüdrobiondid.

Veehoidlates eristatakse tavaliselt kahte ökoloogiliselt erilist elupaika (biotoopi): veesammas (pelagiaalne) ja põhi (bentaalne). Seal elavaid organisme nimetatakse pelagodeks ja bentosteks.

Pelagode hulgas eristatakse järgmisi organismide vorme: plankton - passiivselt ujuvad väikesed esindajad (fütoplankton ja zooplankton); nekton - aktiivselt ujuvad suured vormid (kalad, kilpkonnad, peajalgsed); neuston - vee pinnakihi mikroskoopilised ja väikesed elanikud. Mageveekogudes (järved, tiigid, jõed, sood jne) ei ole selline ökoloogiline tsoneering väga selgelt määratletud. Pelaagilise vööndi eluea alumise piiri määrab fotosünteesiks piisav päikesevalguse läbitungimise sügavus ja ulatub harva üle 2000 m sügavusele.

Bentalis eristatakse ka erilisi ökoloogilisi eluvööndeid: maa järkjärgulise kahanemise vöönd (sügavuseni 200-2200 m); järsu nõlva tsoon, ookeanisäng (keskmise sügavusega 2800-6000 m); ookeanipõhja lohud (kuni 10 000 m); loodetest üle ujutatud ranniku serv (littoraal). Litoraalvööndi elanikud elavad madala rõhu all rohke päikesevalguse tingimustes, sagedaste ja oluliste temperatuurikõikumiste juures. Ookeani põhjavööndi elanikud, vastupidi, eksisteerivad täielikus pimeduses, pidevalt madalatel temperatuuridel, hapnikuvaeguse ja tohutu rõhu all, mis ulatub peaaegu tuhande atmosfäärini.

Maa-õhk elukeskkond

Maa-õhu elukeskkond on ökoloogiliste tingimuste poolest kõige keerulisem ja sellel on palju erinevaid elupaiku. See tõi kaasa maismaaorganismide suurima mitmekesisuse. Valdav enamus selle keskkonna loomi liigub kõval pinnal - pinnasel ja taimed juurduvad sellel. Selles elukeskkonnas olevaid organisme nimetatakse aerobiontideks (terrabionts, ladina keelest terra - maa).

Vaadeldavale keskkonnale on iseloomulik, et siin elavad organismid mõjutavad oluliselt elukeskkonda ja loovad selle paljuski ise.

Selle keskkonna organismidele soodsateks omadusteks on kõrge hapnikusisaldusega õhu rohkus ja päikesevalgus. Ebasoodsate omaduste hulka kuuluvad: temperatuuri, niiskuse ja valgustuse järsud kõikumised (olenevalt aastaajast, kellaajast ja geograafilisest asukohast), pidev niiskusepuudus ja selle esinemine auru või tilkade, lume või jää kujul, tuul, aastaaegade muutumine, maastik. funktsioonid paikkonnad jne.

Kõiki maa-õhu elukeskkonna organisme iseloomustavad säästliku veetarbimise süsteemid, erinevad termoregulatsiooni mehhanismid, oksüdatiivsete protsesside kõrge efektiivsus, spetsiaalsed õhuhapniku assimilatsiooniorganid, tugevad skeleti moodustised, mis võimaldavad neil keha toetada. madala keskkonnatiheduse tingimused ja erinevad seadmed ootamatute temperatuurikõikumiste eest kaitsmiseks.

Maa-õhu keskkonda peetakse oma füüsikaliste ja keemiliste omaduste poolest üsna karmiks kõigi elusolendite suhtes. Kuid vaatamata sellele on elu maismaal saavutanud väga kõrge taseme nii orgaanilise aine kogumassi kui ka elusaine vormide mitmekesisuse poolest.

Pinnas

Pinnase keskkond on vahepealsel positsioonil vee ja maa-õhu keskkonna vahel. Temperatuuritingimused, madal hapnikusisaldus, niiskusküllastus ning märkimisväärses koguses soolade ja orgaaniliste ainete olemasolu toovad pinnase veekeskkonnale lähemale. Ja teravad temperatuurimuutused, kuivamine ja õhuga, sealhulgas hapnikuga küllastumine, toovad pinnase maa-õhu elukeskkonnale lähemale.

Muld on lahtine pinnasekiht, mis on segu mineraalainetest, mis saadakse kivimite lagunemisel füüsikaliste ja keemiliste mõjurite mõjul, ning spetsiaalsetest orgaanilistest ainetest, mis tekivad taimede ja loomade jäänuste lagunemisel bioloogiliste mõjurite toimel. Pinnase pindmistes kihtides, kuhu saabub värskeim surnud orgaaniline aine, elab palju hävitavaid organisme - bakterid, seened, ussid, väikesed lülijalgsed jt. Nende tegevus tagab mulla arengu ülaltpoolt, samal ajal toimub mulla füüsiline ja keemiline hävitamine. aluskivi aitab kaasa pinnase moodustumisele altpoolt.

Mulda kui elukeskkonda eristavad mitmed tunnused: suur tihedus, valguse puudumine, temperatuurikõikumiste amplituud, hapnikupuudus ja suhteliselt kõrge süsihappegaasisisaldus. Lisaks iseloomustab mulda substraadi lahtine (poorne) struktuur. Olemasolevad õõnsused on täidetud gaaside ja vesilahuste seguga, mis määrab paljude organismide jaoks äärmiselt laialdased elutingimused. Keskmiselt on 1 m2 mullakihi kohta üle 100 miljardi algloomaraku, miljoneid rotifere ja tardigrade, kümneid miljoneid nematoodi, sadu tuhandeid lülijalgseid, kümneid ja sadu vihmausse, molluskeid ja muid selgrootuid, sadu miljoneid bakterid, mikroskoopilised seened (aktinomütseedid), vetikad ja muud mikroorganismid. Kogu mullapopulatsioon – edafobiondid (edaphobius, kreeka keelest edaphos – muld, bios – elu) suhtlevad omavahel, moodustades omamoodi biotsenootilise kompleksi, mis osaleb aktiivselt mulla elukeskkonna enda loomises ja selle viljakuse tagamises. Mulla elukeskkonda asustavaid liike nimetatakse ka pedobiontideks (kreeka keelest payos - laps, s.o. läbivad oma arengus vastsete staadiumi).

Edaphobiuse esindajad on evolutsiooni käigus välja töötanud ainulaadsed anatoomilised ja morfoloogilised tunnused. Näiteks loomadel - harjas kehakuju, väike suurus, suhteliselt tugev nahk, naha hingamine, silmade vähenemine, värvitu nahk, saprofaagia (võime toituda teiste organismide jäänustest). Lisaks aeroobsusele on laialdaselt esindatud ka anaeroobsus (võime eksisteerida vaba hapniku puudumisel).

Organism kui elukeskkond

Elukeskkonnana iseloomustavad organismi selle elanike jaoks sellised positiivsed omadused nagu: kergesti seeditav toit; temperatuuri, soola ja osmootse režiimi püsivus; kuivamise oht puudub; kaitse vaenlaste eest. Organismide elanikele tekitavad probleeme sellised tegurid nagu: hapniku- ja valguspuudus; piiratud elamispind; vajadus ületada peremehe kaitsereaktsioonid; levinud ühelt peremeesisikult teistele indiviididele. Lisaks on see keskkond alati ajaliselt piiratud omaniku eluga.