Opće karakteristike. Tijekom evolucije zemljano-zračni okoliš ovladao je mnogo kasnije od vode. Život na kopnu zahtijevao je takve prilagodbe koje su postale moguće tek s relativno visokim stupnjem organizacije biljaka i životinja. Značajka kopneno-zračnog okoliša života je da su organizmi koji ovdje žive okruženi zrakom i plinovitim okolišem koji karakterizira niska vlažnost, gustoća i tlak, visok sadržaj kisika. U pravilu se životinje u ovom okruženju kreću po tlu (čvrstom supstratu), a biljke se u njemu ukorijenjuju.

U okruženju tlo-zrak, radni čimbenici okoliša imaju niz karakterističnih značajki: veći intenzitet svjetlosti u usporedbi s drugim medijima, značajne temperaturne fluktuacije, promjene vlažnosti ovisno o geografskom položaju, godišnjem dobu i dobu dana (tablica 3. ).

Tablica 3

Uvjeti staništa za organizme iz zraka i vode (prema D.F. Mordukhai-Boltovsky, 1974.)

životni uvjeti	Značenje uvjeta za organizme
zračni okoliš	vodeni okoliš
Vlažnost	Vrlo važno (često u nedostatku)	Nema (uvijek u višku)
Srednje gustoće	Manji (isključujući tlo)	Velika u usporedbi s njegovom ulogom za stanovnike zraka
Pritisak	Gotovo da nema	Velika (može doseći 1000 atmosfera)
Temperatura	Značajan (fluktuira u vrlo širokim granicama (od -80 do +100 °S i više)	Manje od vrijednosti za stanovnike zraka (mnogo manje varira, obično od -2 do + 40 ° C)
Kisik	Minor (uglavnom u višku)	Neophodan (često u nedostatku)
suspendirane tvari	nebitno; ne koristi se za hranu (uglavnom mineralna)	Važno (izvor hrane, posebno organske tvari)
Otopljene tvari u okolišu	U određenoj mjeri (važno samo za otopine tla)	Važno (u određenoj potrebnoj količini)

Utjecaj navedenih čimbenika neraskidivo je povezan s kretanjem zračnih masa - vjetrom. U procesu evolucije živi organizmi kopneno-zračnog okoliša razvili su karakteristične anatomske, morfološke, fiziološke, bihevioralne i druge prilagodbe. Na primjer, pojavili su se organi koji osiguravaju izravnu asimilaciju atmosferskog kisika u procesu disanja (pluća i traheje životinja, stomata biljaka). Snažan razvoj dobile su skeletne formacije (kostur životinja, mehanička i potporna tkiva biljaka) koje podupiru tijelo u uvjetima niske gustoće medija. Razvijene su prilagodbe za zaštitu od nepovoljnih čimbenika, kao što su učestalost i ritam životnih ciklusa, složena struktura integumenata, mehanizmi termoregulacije itd. sjemenke, plodovi i pelud biljaka, leteće životinje.

Razmotrimo značajke utjecaja glavnih čimbenika okoliša na biljke i životinje u tlo-zračnom okruženju života.

Niska gustoća zraka određuje njegovu nisku visinu i zanemarivu spornost. Svi stanovnici zračnog okoliša usko su povezani s površinom zemlje, koja im služi za pričvršćivanje i oslonac. Gustoća zračnog okruženja ne pruža veliki otpor tijelu kada se kreću po površini zemlje, ali otežava okomito kretanje. Za većinu organizama boravak u zraku povezan je samo s raspršivanjem ili potragom za plijenom.

Mala sila dizanja zraka određuje graničnu masu i veličinu kopnenih organizama. Najveće životinje na površini zemlje manje su od divova vodenog okoliša. Veliki sisavci (veličine i težine modernog kita) ne bi mogli živjeti na kopnu jer bi bili zgnječeni vlastitom težinom. Divovski gušteri mezozoika vodili su poluvodeni način života. Drugi primjer: visoke uspravne biljke sekvoje (Sequoja sempervirens), koje dosežu 100 m, imaju snažno potporno drvo, dok su u talijima divovske smeđe alge Macrocystis, koja naraste do 50 m, mehanički elementi samo vrlo slabo izolirani u jezgri. dio talusa.

Niska gustoća zraka stvara blagi otpor kretanju. Ekološke dobrobiti ovog svojstva zračnog okoliša koristile su mnoge kopnene životinje tijekom evolucije, stekavši sposobnost letenja. 75% svih kopnenih životinjskih vrsta sposobno je aktivno letjeti. Uglavnom su to kukci i ptice, ali ima i sisavaca i gmazova. Kopnene životinje lete uglavnom uz pomoć mišićnog napora. Neke životinje također mogu kliziti pomoću zračnih struja.

Zbog pokretljivosti zraka koja postoji u nižim slojevima atmosfere, okomitog i horizontalnog kretanja zračnih masa, moguć je pasivni let pojedinih vrsta organizama, razvijenih anemohorija -- naseljavanje pomoću zračnih struja. Organizmi koji su pasivno nošeni zračnim strujama nazivaju se zajedničkim nazivom aeroplankton, po analogiji s planktonskim stanovnicima vodenog okoliša. Za pasivni let duž N.M. Chernova, A.M. Bylovoy (1988) organizmi imaju posebne prilagodbe - male veličine tijela, povećanje njegove površine zbog izraslina, snažna disekcija, velika relativna površina krila, korištenje paučine itd.

Sjeme anemohore i plodovi biljaka također imaju vrlo male veličine (na primjer, sjeme vatrene trave) ili različite dodatke u obliku krila (Acer pseudoplatanum javor) i padobranskih (Taraxacum officinale maslačak).

Biljke koje se oprašuju vjetrom imaju brojne prilagodbe koje poboljšavaju aerodinamička svojstva peludi. Cvjetni pokrivač im je obično reduciran, a prašnici nisu zaštićeni od vjetra.

U naseljavanju biljaka, životinja i mikroorganizama glavnu ulogu imaju vertikalna konvencionalna strujanja zraka i slabi vjetrovi. Oluje i uragani također imaju značajan utjecaj na okoliš na kopnene organizme. Nerijetko jaki vjetrovi, osobito jednosmjerni, savijaju grane drveća, debla u zavjetrinu i uzrokuju stvaranje zastavicastih oblika krošanja.

U područjima gdje stalno pušu jaki vjetrovi, u pravilu je sastav vrsta malih letećih životinja loš, jer nisu u stanju odoljeti snažnim zračnim strujama. Dakle, medonosna pčela leti samo kada je vjetar jačine do 7 - 8 m/s, a lisne uši - kada je vjetar vrlo slab, ne prelazi 2,2 m/s. Životinje ovih mjesta razvijaju guste pokrove koji štite tijelo od hlađenja i gubitka vlage. Na oceanskim otocima sa stalnim jakim vjetrovima prevladavaju ptice, a posebno kukci koji su izgubili sposobnost letenja, nemaju krila, jer one koji su sposobni odletjeti u zrak vjetar ih odnese u more i oni uginu.

Vjetar uzrokuje promjenu intenziteta transpiracije kod biljaka, a posebno je izražen za vrijeme suhih vjetrova koji isušuju zrak, te mogu dovesti do odumiranja biljaka. Glavna ekološka uloga horizontalnih kretanja zraka (vjetrova) je neizravna i sastoji se u jačanju ili slabljenju utjecaja na kopnene organizme tako važnih čimbenika okoliša kao što su temperatura i vlaga. Vjetrovi povećavaju povrat vlage i topline životinjama i biljkama.

Uz vjetar lakše se podnosi vrućina, a mrazevi teže, brže dolazi do sušenja i hlađenja organizama.

Kopneni organizmi postoje u uvjetima relativno niskog tlaka, što je posljedica niske gustoće zraka. Općenito, kopneni organizmi su stenobatniji od vodenih, jer su uobičajene fluktuacije tlaka u njihovom okolišu djelići atmosfere, a za one koji se penju na velike visine, na primjer ptice, ne prelaze 1/3 normalnog.

Plinski sastav zraka, kao što je već ranije objašnjeno, u površinskom sloju atmosfere prilično je jednolik (kisik - 20,9%, dušik - 78,1%, m.g. plinovi - 1%, ugljični dioksid - 0,03% po volumenu) zbog svoje visoke difuzijske sposobnosti i konstantne miješanje strujanjem konvekcije i vjetra. Istodobno, razne nečistoće plinovitih, kapljično-tekućih, prašinastih (krutih) čestica koje ulaze u atmosferu iz lokalnih izvora često imaju značajan ekološki značaj.

Kisik, zbog stalno visokog sadržaja u zraku, nije faktor koji ograničava život u kopnenom okolišu. Visok sadržaj kisika pridonio je povećanju metabolizma kopnenih organizama, a na temelju visoke učinkovitosti oksidativnih procesa nastala je homoiotermija životinja. Samo se mjestimice, pod posebnim uvjetima, stvara privremeni nedostatak kisika, npr. u raspadajućim biljnim ostacima, zalihama žitarica, brašna itd.

U nekim područjima površinskog sloja zraka sadržaj ugljičnog dioksida može varirati u prilično značajnim granicama. Dakle, u nedostatku vjetra u velikim industrijskim centrima, gradovima, njegova se koncentracija može udeseterostručiti.

Dnevne promjene sadržaja ugljične kiseline u površinskim slojevima su pravilne, zbog ritma fotosinteze biljaka (slika 17).

Riža. 17. Dnevne promjene u vertikalnom profilu koncentracije CO 2 u šumskom zraku (prema W. Larcher, 1978.)

Na primjeru dnevnih promjena vertikalnog profila koncentracije CO 2 u šumskom zraku pokazuje se da se danju, na razini krošanja drveća, troši ugljični dioksid za fotosintezu, au odsutnosti vjetra zona siromašna ovdje nastaje CO 2 (305 ppm) u koji CO ulazi iz atmosfere i tla (disanje tla). Noću se uspostavlja stabilna stratifikacija zraka s povećanom koncentracijom CO 2 u podzemnom sloju. Sezonska kolebanja ugljičnog dioksida povezana su s promjenama u intenzitetu disanja živih organizama, ponajviše mikroorganizama u tlu.

Ugljični dioksid je toksičan u visokim koncentracijama, ali takve koncentracije su rijetke u prirodi. Nizak sadržaj CO 2 inhibira proces fotosinteze. Kako bi se povećala stopa fotosinteze u praksi staklenika i staklenika (u uvjetima zatvorenog tla), koncentracija ugljičnog dioksida često se umjetno povećava.

Za većinu stanovnika kopnenog okoliša dušik iz zraka je inertan plin, no mikroorganizmi poput kvržičnih bakterija, azotobakterija i klostridija imaju sposobnost vezati ga i uključiti u biološki ciklus.

Glavni suvremeni izvor fizičkog i kemijskog onečišćenja atmosfere je antropogeno: industrijska i prometna poduzeća, erozija tla, itd. Dakle, sumporni dioksid je otrovan za biljke u koncentracijama od jedne pedesettisućine do milijuntog dijela volumena zraka. Lišajevi umiru već pri tragovima sumpornog dioksida u okolišu. Stoga se posebno osjetljive biljke na SO 2 često koriste kao indikatori njegovog sadržaja u zraku. Na dim su osjetljive smreka i bor, javor, lipa, breza.

Svjetlosni način rada. Količina zračenja koja dopire do površine Zemlje određena je geografskom širinom područja, duljinom dana, prozirnošću atmosfere i kutom pada sunčevih zraka. Pod različitim vremenskim uvjetima, 42-70% Sunčeve konstante dospije do površine Zemlje. Prolazeći kroz atmosferu, sunčevo zračenje doživljava niz promjena ne samo u kvantitativnom smislu, već iu sastavu. Kratkovalno zračenje apsorbiraju ozonski zaslon i atmosferski kisik. Infracrvene zrake u atmosferi apsorbiraju vodena para i ugljikov dioksid. Ostatak u obliku izravnog ili raspršenog zračenja dospijeva do površine Zemlje.

Ukupno izravno i raspršeno Sunčevo zračenje iznosi od 7 do 7n ukupnog zračenja, dok je za oblačnih dana raspršeno zračenje 100%. U visokim geografskim širinama prevladava difuzno zračenje, u tropima - izravno zračenje. Raspršeno zračenje sadrži u podne žuto-crvene zrake do 80%, izravno - od 30 do 40%. Za vedrih sunčanih dana, sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje sastoji se od 45% vidljive svjetlosti (380 - 720 nm) i 45% infracrvenog zračenja. Samo 10% otpada na ultraljubičasto zračenje. Zaprašenost atmosfere ima značajan utjecaj na režim zračenja. Zbog onečišćenja, u nekim gradovima osvijetljenost može biti 15% ili manja od osvijetljenosti izvan grada.

Osvjetljenje na Zemljinoj površini jako varira. Sve ovisi o visini Sunca iznad horizonta ili kutu upada sunčevih zraka, duljini dana i vremenskim prilikama te prozirnosti atmosfere (slika 18).

Riža. osamnaest. Raspodjela sunčevog zračenja ovisno o visini Sunca iznad horizonta (A 1 - visoko, A 2 - nisko)

Intenzitet svjetlosti također varira ovisno o dobu godine i dobu dana. U nekim područjima na Zemlji nejednaka je i kvaliteta svjetlosti, primjerice omjer dugovalnih (crvenih) i kratkovalnih (plavih i ultraljubičastih) zraka. Kratkovalne zrake, kao što je poznato, atmosfera više apsorbira i raspršuje nego dugovalne. U planinskim predjelima, dakle, uvijek ima više kratkovalnog sunčevog zračenja.

Drveće, grmlje, biljne kulture zasjenjuju područje, stvaraju posebnu mikroklimu, slabeći zračenje (slika 19).

Riža. 19.

A - u rijetkoj borovoj šumi; B - u usjevima kukuruza Od ulaznog fotosintetski aktivnog zračenja reflektira se (R) 6--12% od sadne površine.

Dakle, u različitim staništima mijenja se ne samo intenzitet zračenja, već i njegov spektralni sastav, trajanje osvjetljenja biljaka, prostorna i vremenska raspodjela svjetla različitih intenziteta itd. . Kao što smo ranije primijetili, u odnosu na svjetlost razlikuju se tri glavne skupine biljaka: svjetloljubiv(heliofiti), hladoljubiv(Sciofite) i otporan na sjenu. Biljke koje vole svjetlost i biljke koje vole sjenu razlikuju se po položaju ekološkog optimuma.

U biljkama koje vole svjetlost nalazi se u području pune sunčeve svjetlosti. Jako zasjenjenje na njih djeluje depresivno. To su biljke otvorenih površina zemlje ili dobro osvijetljene stepske i livadne trave (gornji sloj bilja), kameni lišajevi, ranoproljetne zeljaste biljke listopadnih šuma, većina kultiviranih biljaka otvorenog tla i korova, itd. Biljke koje vole sjenu imaju optimalno pri slabom svjetlu i ne podnosi jako svjetlo. To su uglavnom niži zasjenjeni slojevi složenih biljnih zajednica, gdje je zasjenjenje rezultat "presretanja" svjetlosti od strane viših biljaka i sustanara. To uključuje mnoge sobne i stakleničke biljke. Uglavnom su to domorodci zeljastog pokrova ili flore epifita tropskih šuma.

Ekološka krivulja odnosa prema svjetlu također je donekle asimetrična kod onih otpornih na sjenu, budući da bolje rastu i razvijaju se pri punoj svjetlosti, ali se dobro prilagođavaju i slaboj svjetlosti. To je uobičajena i vrlo fleksibilna skupina biljaka u kopnenim okruženjima.

Biljke prizemno-zračnog okoliša razvile su prilagodbe na različite uvjete svjetlosnog režima: anatomsko-morfološke, fiziološke itd.

Dobar primjer anatomskih i morfoloških prilagodbi je promjena izgleda u različitim svjetlosnim uvjetima, na primjer, nejednaka veličina lisnih ploški kod biljaka povezanih sustavnim položajem, ali žive u različitim svjetlosnim uvjetima (livadsko zvonce - Campanula patula i šumsko - C trachelium, poljska ljubica -- Viola arvensis, raste po poljima, livadama, rubovima šuma i šumske ljubice -- V. mirabilis), smokva. dvadeset.

Riža. dvadeset. Raspodjela veličina listova ovisno o uvjetima staništa biljke: od vlažnog do suhog i od zasjenjenog do sunčanog

Bilješka. Zasjenjeno područje odgovara uvjetima koji prevladavaju u prirodi.

U uvjetima viška i nedostatka svjetlosti, raspored lisnih ploča u biljkama u prostoru značajno varira. Kod heliofitnih biljaka listovi su usmjereni prema smanjenju dolaska zračenja tijekom „najopasnijih“ dnevnih sati. Listne plojke su smještene okomito ili pod velikim kutom u odnosu na horizontalnu ravninu, tako da tijekom dana listovi uglavnom primaju klizne zrake (slika 21).

To je posebno izraženo kod mnogih stepskih biljaka. Zanimljiva prilagodba na slabljenje primljenog zračenja kod tzv. "kompas" biljaka (divlja salata - Lactuca serriola i dr.). Listovi divlje salate nalaze se u istoj ravnini, orijentirani od sjevera prema jugu, au podne je dolazak zračenja na površinu lista minimalan.

Kod biljaka otpornih na sjenu, listovi su raspoređeni tako da primaju maksimalnu količinu upadnog zračenja.

Riža. 21.

1,2 - listovi s različitim kutovima nagiba; S 1 , S 2 - tok izravnog zračenja na njih; S ukupno -- njegov ukupni unos u biljku

Često su biljke otporne na sjenu sposobne za zaštitne pokrete: mijenjanje položaja lisnih ploča kada ih udari jaka svjetlost. Parcele travnatog pokrivača s presavijenim listovima oksalisa relativno se točno podudaraju s položajem velikih sunčevih mrlja svjetlosti. U strukturi lista kao glavnog primatelja sunčevog zračenja može se primijetiti niz adaptivnih svojstava. Na primjer, kod mnogih heliofita, površina lišća pridonosi refleksiji sunčeve svjetlosti (sjajna - u lovoru, prekrivena svijetlim dlakavim premazom - u kaktusu, mlječici) ili slabi njihovo djelovanje (debela kutikula, gusta pubescencija). Unutarnju strukturu lista karakterizira snažan razvoj palisadnog tkiva, prisutnost velikog broja malih i laganih kloroplasta (slika 22).

Jedna od zaštitnih reakcija kloroplasta na višak svjetlosti je njihova sposobnost promjene orijentacije i kretanja u stanici, što je izraženo kod lakih biljaka.

Pri jakom svjetlu kloroplasti zauzimaju vrijedan položaj u stanici i postaju "rub" smjera zraka. Pri slabom osvjetljenju difuzno su raspoređeni u stanici ili se nakupljaju u njezinom donjem dijelu.

Riža. 22.

1 - tisa; 2 - ariš; 3 - kopito; 4 - proljetni čistjak (Prema T. K. Goryshina, E. G. Springs, 1978.)

Fiziološke prilagodbe biljke svjetlosnim uvjetima prizemno-zračnog okoliša pokrivaju različite vitalne funkcije. Utvrđeno je da procesi rasta kod biljaka koje vole svjetlo osjetljivije reagiraju na nedostatak svjetla u odnosu na one u sjeni. Kao rezultat toga, opaža se povećano produljenje stabljika, što pomaže biljkama da se probiju do svjetla, u gornje slojeve biljnih zajednica.

Glavne fiziološke prilagodbe na svjetlost leže u području fotosinteze. U općem obliku, promjena fotosinteze ovisno o intenzitetu svjetlosti izražava se "fotosinteznom svjetlosnom krivuljom". Sljedeći parametri su od ekološke važnosti (Sl. 23).

• 1. Točka sjecišta krivulje s y-osi (Sl. 23, a) odgovara veličini i smjeru izmjene biljnih plinova u potpunom mraku: nema fotosinteze, odvija se disanje (ne apsorpcija, već oslobađanje CO 2), stoga točka a leži ispod apscisne osi.
• 2. Točka sjecišta krivulje svjetlosti s osi apscise (sl. 23, b) karakterizira "točku kompenzacije", tj. intenzitet svjetlosti pri kojem fotosinteza (apsorpcija CO 2) uravnotežuje disanje (oslobađanje CO 2).
• 3. Intenzitet fotosinteze s povećanjem svjetlosti raste samo do određene granice, zatim ostaje konstantan – svjetlosna krivulja fotosinteze doseže „plato zasićenja“.

Riža. 23.

A - opća shema; B - krivulje za biljke koje vole svjetlost (1) i otporne na sjenu (2).

Na sl. 23, područje savijanja uvjetno je označeno glatkom krivuljom, čiji prekid odgovara točki u. Projekcija točke na na apscisnoj osi (točka d) karakterizira "zasićeni" intenzitet svjetlosti, tj. takvu vrijednost iznad koje svjetlost više ne povećava intenzitet fotosinteze. Projekcija na y-osu (točka e) odgovara najvećem intenzitetu fotosinteze za određenu vrstu u danom okolišu zemlja-zrak.

4. Važna karakteristika krivulje svjetlosti je kut nagiba (a) prema apscisi, koji odražava stupanj povećanja fotosinteze s povećanjem zračenja (u području relativno niskog intenziteta svjetlosti).

Biljke pokazuju sezonsku dinamiku u svojoj reakciji na svjetlost. Tako u rano proljeće u šumi novonastali listovi dlakava šaša (Carex pilosa) u šumi imaju plato svjetlosne zasićenosti fotosinteze za 20-25 tisuća luksa, tijekom ljetnog zasjenjenja kod ovih vrsta, krivulje ovisnosti lišće stječe sposobnost učinkovitijeg korištenja slabe svjetlosti; to isto lišće, nakon što prezimi pod krošnjama proljetne šume bez lišća, ponovno otkriva "svjetlosne" značajke fotosinteze.

Svojevrstan oblik fiziološke prilagodbe s oštrim nedostatkom svjetlosti je gubitak sposobnosti biljke za fotosintezu, prijelaz na heterotrofnu prehranu gotovim organskim tvarima. Ponekad je takav prijelaz postao nepovratan zbog gubitka klorofila od strane biljaka, na primjer, orhideja sjenovitih šuma smreke (Goodyera repens, Weottia nidus avis), vodenih crva (Monotropa hypopitys). Žive od mrtve organske tvari dobivene iz vrsta drveća i drugih biljaka. Ovakav način ishrane naziva se saprofitskim, a biljke tzv saprofiti.

Za veliku većinu kopnenih životinja s dnevnom i noćnom aktivnošću, vid je jedan od načina orijentacije, što je važno za potragu za plijenom. Mnoge životinjske vrste također imaju vid u boji. U tom smislu, životinje, posebno žrtve, razvile su adaptivne značajke. To uključuje zaštitnu, maskirnu i upozoravajuću obojenost, zaštitnu sličnost, mimikriju itd. Pojava jarko obojenih cvjetova viših biljaka također je povezana s karakteristikama vizualnog aparata oprašivača i, u konačnici, sa svjetlosnim režimom okoliša.

vodni režim. Nedostatak vlage jedno je od najznačajnijih obilježja prizemno-zračnog okoliša života. Evolucija kopnenih organizama odvijala se prilagodbom na crpljenje i očuvanje vlage. Načini vlažnosti okoliša na kopnu su različiti - od potpune i stalne zasićenosti zraka vodenom parom, gdje godišnje padne nekoliko tisuća milimetara oborina (područja ekvatorske i monsunsko-tropske klime) do gotovo potpunog izostanka u suhom zraku. pustinja. Dakle, u tropskim pustinjama prosječna godišnja količina padalina je manja od 100 mm godišnje, a pritom kiša ne pada svake godine.

Godišnja količina oborina ne omogućuje uvijek procjenu dostupnosti vode organizmima, budući da ista količina oborina može karakterizirati pustinjsku klimu (u suptropima) i vrlo vlažnu (na Arktiku). Važnu ulogu igra omjer padalina i isparavanja (ukupno godišnje isparavanje sa slobodne vodene površine), koji također nije isti u različitim dijelovima zemaljske kugle. Područja u kojima ta vrijednost premašuje godišnju količinu padalina nazivaju se bezvodan(suha, sušna). Ovdje, na primjer, biljke imaju nedostatak vlage tijekom većeg dijela vegetacijske sezone. Područja u kojima se biljkama osigurava vlaga nazivaju se vlažno, ili mokro. Često postoje i prijelazne zone - polusušni(semiaridno).

Ovisnost vegetacije o prosječnoj godišnjoj količini padalina i temperaturi prikazana je na sl. 24.

Riža. 24.

1 - tropska šuma; 2 - listopadna šuma; 3 - stepa; 4 - pustinja; 5 - crnogorična šuma; 6 -- arktička i planinska tundra

Opskrbljenost kopnenih organizama vodom ovisi o načinu padalina, prisutnosti akumulacija, zalihama vlage u tlu, blizini podzemnih voda itd. To je pridonijelo razvoju mnogih prilagodbi kopnenih organizama na različite režime opskrbe vodom.

Na sl. 25 slijeva na desno prikazuje prijelaz od nižih algi koje žive u vodi sa stanicama bez vakuola do primarnih poikilohidričnih kopnenih algi, stvaranje vakuola kod vodenih zelenih i karofitnih algi, prijelaz od talofita s vakuolama do homoiohidričnih kormofita (rasprostranjenost mahovina - hidrofiti su još uvijek ograničeni na staništa s visokom vlažnošću zraka, na suhim staništima mahovine postaju sekundarno poikilohidrične); među papratnjačama i kritosjemenjačama (ali ne i među golosjemenjačama) postoje i sekundarni poikilohidrični oblici. Većina lisnatih biljaka je homoiohidrična zbog prisutnosti kutikularne zaštite od transpiracije i jake vakuolizacije njihovih stanica. Treba napomenuti da je kserofilnost životinja i biljaka karakteristična samo za tlo-zračni okoliš.

Riža. 2

Oborine (kiša, tuča, snijeg), osim što osiguravaju vodu i stvaraju zalihe vlage, često imaju još jednu ekološku ulogu. Na primjer, tijekom jakih kiša, tlo nema vremena apsorbirati vlagu, voda brzo teče u jakim potocima i često nosi slabo ukorijenjene biljke, male životinje i plodno tlo u jezera i rijeke. U poplavnim područjima kiše mogu uzrokovati poplave i time nepovoljno utjecati na biljke i životinje koje tamo žive. Na povremeno poplavljenim mjestima formiraju se osebujne poplavne faune i flore.

Tuča negativno djeluje i na biljke i životinje. Usjevi poljoprivrednih kultura na pojedinim poljima ponekad su potpuno uništeni ovom elementarnom nepogodom.

Ekološka uloga snježnog pokrivača je raznolika. Za biljke čiji su pupoljci obnove u tlu ili blizu njegove površine, snijeg ima ulogu toplinsko-izolacijskog pokrova za mnoge male životinje, štiteći ih od niskih zimskih temperatura. Pri mrazevima iznad -14°C, pod slojem snijega od 20 cm, temperatura tla ne pada ispod 0,2°C. Duboki snježni pokrivač štiti od smrzavanja zelene dijelove biljaka, kao što su Veronica officinalis, divlji papak i dr., koje odlaze pod snijeg ne opadajući lišće. Male kopnene životinje zimi vode aktivan način života, postavljajući brojne galerije prolaza ispod snijega iu njegovoj debljini. U prisutnosti obogaćene hrane u snježnim zimama, tu se mogu razmnožavati glodavci (šumski i žutogrli miševi, brojne voluharice, vodeni štakor i dr.). Tetrijeb, jarebica, tetrijeb skrivaju se pod snijegom u jakim mrazevima.

Velikim životinjama zimski snježni pokrivač često onemogućuje traženje hrane i kretanje, osobito kada se na površini stvori ledena kora. Tako losovi (Alces alces) slobodno svladavaju sloj snijega dubok i do 50 cm, ali manjim životinjama to nije dostupno. Često se tijekom snježnih zima uočava uginuće srna i divljih svinja.

Velika količina snježnih padalina također negativno utječe na biljke. Osim mehaničkih oštećenja u vidu snježnih nanosa ili snježnih nanosa, debeli sloj snijega može dovesti do vlaženja biljaka, a tijekom otapanja snijega, osobito u dugom proljeću, do vlaženja biljaka.

Riža. 26.

Biljke i životinje pate od niskih temperatura s jakim vjetrovima u zimama s malo snijega. Tako u godinama kada ima malo snijega ugibaju mišoliki glodavci, krtice i druge male životinje. Istodobno, u geografskim širinama gdje zimi padaju oborine u obliku snijega, biljke i životinje su se povijesno prilagodile životu u snijegu ili na njegovoj površini, razvivši različite anatomske, morfološke, fiziološke, bihevioralne i druge značajke. Na primjer, kod nekih životinja se zimi povećava potporna površina nogu obraštajući ih grubom dlakom (slika 26), perjem i rožnatim štitovima.

Drugi migriraju ili padaju u neaktivno stanje - spavanje, hibernacija, dijapauza. Određeni broj životinja prelazi na hranjenje određenim vrstama hrane.

Riža. 5.27.

Bjelina snježnog pokrivača razotkriva tamne životinje. Sezonska promjena boje jarebice bijele i tundre, hermelina (slika 27), planinskog zeca, lasice, polarne lisice nedvojbeno je povezana s odabirom kamuflaže koja odgovara boji pozadine.

Padaline, osim izravnog utjecaja na organizme, određuju jednu ili drugu vlažnost zraka, koja, kao što je već navedeno, igra važnu ulogu u životu biljaka i životinja, jer utječe na intenzitet njihove izmjene vode. Isparavanje s površine tijela životinja i transpiracija u biljaka to su intenzivniji što je zrak manje zasićen vodenom parom.

Apsorpcija nadzemnim dijelovima kapljične vlage koja pada u obliku kiše, kao i parna vlaga iz zraka, kod viših biljaka nalazi se u epifitima tropskih šuma, koji apsorbiraju vlagu na cijeloj površini lišća i zračnog korijenja. Parovitu vlagu iz zraka mogu apsorbirati grane nekih grmova i drveća, kao što je saxaul - Halaxylon persicum, H. aphyllum. Kod viših spornih, a posebno nižih biljaka, upijanje vlage nadzemnim dijelovima uobičajeni je način ishrane vodom (mahovine, lišajevi i dr.). S nedostatkom vlage mahovine, lišajevi mogu dugo preživjeti u stanju bliskom suhom na zraku, padajući u suspendiranu animaciju. Ali čim padne kiša, ove biljke brzo apsorbiraju vlagu sa svim prizemnim dijelovima, postaju meke, vraćaju turgor, nastavljaju procese fotosinteze i rasta.

Biljke u visoko vlažnim kopnenim staništima često moraju ukloniti višak vlage. U pravilu se to događa kada je tlo dobro zagrijano i korijenje aktivno upija vodu, a nema transpiracije (ujutro ili za vrijeme magle, kada je vlažnost zraka 100%).

Višak vlage uklanja se gutacije -- to je oslobađanje vode kroz posebne stanice za izlučivanje koje se nalaze uz rub ili na vrhu lista (slika 28).

Riža. 28.

1 - u žitaricama, 2 - u jagodama, 3 - u tulipanima, 4 - u mlječici, 5 - u sarmatskoj belevaliji, 6 - u djetelini

Za gutaciju nisu sposobni samo higrofiti, već i mnogi mezofiti. Na primjer, gutacija je pronađena u više od polovice svih biljnih vrsta u ukrajinskim stepama. Mnoge livadne trave su tako snažno izvađene da navlaže površinu tla. Tako se životinje i biljke prilagođavaju sezonskom rasporedu padalina, njihovoj količini i karakteru. To određuje sastav biljaka i životinja, vrijeme protoka pojedinih faza u ciklusu njihova razvoja.

Na vlažnost utječe i kondenzacija vodene pare, koja se često događa u površinskom sloju zraka pri promjeni temperature. Kapi rose pojavljuju se kada temperatura padne navečer. Često rosa padne u tolikoj količini da obilno kvasi biljke, slijeva se u tlo, povećava vlažnost zraka i stvara povoljne uvjete za život organizama, osobito kada je malo drugih oborina. Biljke doprinose taloženju rose. Hladeći se noću, kondenziraju vodenu paru na sebi. Na režim vlažnosti značajno utječu magle, gusti oblaci i druge prirodne pojave.

Kada se kvantitativno karakterizira stanište biljaka faktorom vode, koriste se pokazatelji koji odražavaju sadržaj i raspodjelu vlage ne samo u zraku, već iu tlu. podzemne vode, ili vlažnost tla, jedan je od glavnih izvora vlage za biljke. Voda u tlu je u fragmentiranom stanju, prošarana porama različitih veličina i oblika, ima veliku međupovršinu s tlom i sadrži brojne katione i anione. Stoga je vlažnost tla heterogena po fizikalnim i kemijskim svojstvima. Biljke ne mogu iskoristiti svu vodu sadržanu u tlu. Prema agregatnom stanju, pokretljivosti, dostupnosti i važnosti za biljke, vode u tlu se dijele na gravitacijske, higroskopne i kapilarne.

Tlo također sadrži parnu vlagu, koja zauzima sve pore slobodne od vode. Ovo je gotovo uvijek (osim za pustinjska tla) zasićena vodena para. Kad temperatura padne ispod 0 °C, vlaga u tlu prelazi u led (isprva slobodna voda, a daljnjim hlađenjem dio vezane vode).

Ukupna količina vode koju može zadržati tlo (određuje se dodavanjem viška vode i zatim čekanjem da prestane kapati) naziva se kapacitet polja.

Prema tome, ukupna količina vode u tlu ne može karakterizirati stupanj opskrbljenosti biljaka vlagom. Da bi se to odredilo, koeficijent venuća mora se oduzeti od ukupne količine vode. Međutim, fizički dostupna voda u tlu nije uvijek fiziološki dostupna biljkama zbog niske temperature tla, nedostatka kisika u vodi i zraku u tlu, kiselosti tla i visoke koncentracije mineralnih soli otopljenih u vodi u tlu. Neusklađenost između apsorpcije vode korijenjem i njenog oslobađanja lišćem dovodi do venuća biljaka. O količini fiziološki raspoložive vode ovisi razvoj ne samo nadzemnih dijelova, već i korijenskog sustava biljaka. Kod biljaka koje rastu na suhim tlima, korijenski sustav je u pravilu razgranatiji, snažniji nego na vlažnim tlima (slika 29).

Riža. 29.

1 - s velikom količinom oborina; 2 - s prosjekom; 3 -- s malim

Jedan od izvora vlage u tlu su podzemne vode. Pri njihovoj niskoj razini kapilarna voda ne dospijeva u tlo i ne utječe na njegov vodni režim. Vlaženje tla samo zbog padalina uzrokuje jake oscilacije u sadržaju vlage, što često negativno utječe na biljke. Štetno djeluje i previsoka razina podzemnih voda, jer dolazi do natapanja tla, iscrpljivanja kisika i obogaćivanja tla mineralnim solima. Konstantna vlažnost tla, bez obzira na vremenske nepogode, osigurava optimalnu razinu podzemnih voda.

Temperaturni režim. Posebnost okoliša zemlja-zrak je veliki raspon temperaturnih fluktuacija. Na većini kopnenih područja dnevne i godišnje amplitude temperature iznose desetke stupnjeva. Promjene temperature zraka posebno su značajne u pustinjama i subpolarnim kontinentalnim područjima. Na primjer, sezonski raspon temperature u pustinjama središnje Azije je 68--77°S, a dnevni raspon je 25--38°S. U okolici Jakutska prosječna siječanjska temperatura zraka je -43°C, srednja srpanjska +19°C, a godišnji raspon od -64 do +35°C. U Trans-Uralu, godišnji tijek temperature zraka je oštar i kombiniran je s velikom varijabilnošću temperatura zimskih i proljetnih mjeseci u različitim godinama. Najhladniji mjesec je siječanj, prosječna temperatura zraka kreće se od -16 do -19°C, u pojedinim godinama padne i do -50°C, najtopliji mjesec je srpanj s temperaturama od 17,2 do 19,5°C. Maksimalne plus temperature su 38--41°S.

Kolebanja temperature na površini tla još su značajnija.

Kopnene biljke zauzimaju zonu uz površinu tla, tj. "međe", na kojem se odvija prijelaz upadnih zraka iz jednog medija u drugi ili, na drugi način, iz prozirnog u neprozirni. Na ovoj se površini stvara poseban toplinski režim: danju - snažno zagrijavanje zbog apsorpcije toplinskih zraka, noću - snažno hlađenje zbog zračenja. Odavde površinski sloj zraka doživljava najoštrija dnevna kolebanja temperature, koja su najizraženija na golom tlu.

Toplinski režim biljnog staništa, primjerice, karakterizira se na temelju mjerenja temperature izravno u krošnjama. U zeljastim zajednicama mjerenja se vrše unutar i na površini ljekovitog bilja, au šumama, gdje postoji određeni vertikalni temperaturni gradijent, na više točaka na različitim visinama.

Otpornost na promjene temperature u okolišu kod kopnenih organizama je različita i ovisi o specifičnom staništu u kojem žive. Dakle, kopnene lisnate biljke većinom rastu u širokom temperaturnom rasponu, odnosno euritermne su. Njihov životni vijek u aktivnom stanju kreće se u pravilu od 5 do 55°C, dok su između 5 i 40°C ove biljke produktivne. Biljke kontinentalnih krajeva, koje karakterizira jasna dnevna temperaturna varijacija, najbolje se razvijaju kada je noć 10-15°C hladnija od dana. To se odnosi na većinu biljaka umjerenog pojasa - s temperaturnom razlikom od 5--10 ° C, a tropske biljke s još manjom amplitudom - oko 3 ° C (slika 30).

Riža. trideset.

U poikilotermnih organizama s porastom temperature (T) trajanje razvoja (t) sve se brže smanjuje. Stopa razvoja Vt može se izraziti formulom Vt = 100/t.

Za postizanje određenog stupnja razvoja (na primjer, kod insekata - iz jajeta), t.j. pupacija, imaginarni stadij, uvijek zahtijeva određeni zbroj temperatura. Umnožak efektivne temperature (temperatura iznad nulte točke razvoja, tj. T-To) i trajanja razvoja (t) daje specifičnu vrstu toplinska konstanta razvoj c=t(T-To). Pomoću ove jednadžbe moguće je izračunati vrijeme početka određenog stadija razvoja, na primjer, biljnog štetnika, u kojem je borba protiv njega učinkovita.

Biljke kao poikilotermni organizmi nemaju svoju stabilnu tjelesnu temperaturu. Njihova temperatura određena je toplinskom ravnotežom, odnosno omjerom apsorpcije i povrata energije. Ove vrijednosti ovise o mnogim svojstvima okoline (veličina dolaznog zračenja, temperatura okolnog zraka i njegovo kretanje) i samih biljaka (boja i druga optička svojstva biljke, veličina i raspored lišće itd.). Primarnu ulogu ima rashladni učinak transpiracije, koji sprječava jako pregrijavanje biljaka na vrućim staništima. Kao rezultat gore navedenih razloga, temperatura biljaka obično se razlikuje (često prilično značajno) od temperature okolnog zraka. Ovdje su moguće tri situacije: temperatura postrojenja je iznad temperature okoline, ispod nje, jednaka ili vrlo blizu nje. Višak temperature biljke nad temperaturom zraka javlja se ne samo u jako zagrijanim, već iu hladnijim staništima. Tome pogoduje tamna boja ili druga optička svojstva biljaka, koja povećavaju apsorpciju sunčevog zračenja, kao i anatomske i morfološke značajke koje smanjuju transpiraciju. Arktičke biljke mogu se prilično zagrijati (slika 31).

Drugi primjer je patuljasta vrba - Salix arctica na Aljasci, kod koje je lišće toplije od zraka za 2--11 C tijekom dana, pa čak iu noćnim satima polarnog "danonoćnog" - za 1-- 3°C.

Za ranoproljetne efemeroide, takozvane "snjegulje", zagrijavanje lišća pruža mogućnost prilično intenzivne fotosinteze u sunčanim, ali još uvijek hladnim proljetnim danima. Za hladna staništa ili ona povezana sa sezonskim kolebanjima temperature, povećanje temperature biljaka ekološki je vrlo važno, budući da fiziološki procesi postaju neovisni, u određenim granicama, o okolnoj toplinskoj pozadini.

Riža. 31.

S desne strane - intenzitet životnih procesa u biosferi: 1 - najhladniji sloj zraka; 2 -- gornja granica rasta mladice; 3, 4, 5 - zona najveće aktivnosti životnih procesa i maksimalne akumulacije organske tvari; 6 - razina permafrosta i donja granica ukorjenjivanja; 7 -- područje najnižih temperatura tla

Pad temperature biljaka u usporedbi s okolnim zrakom najčešće se opaža u jako osvijetljenim i grijanim područjima kopnene sfere (pustinja, stepa), gdje je lisna površina biljaka znatno smanjena, a pojačana transpiracija pomaže u uklanjanju viška topline i sprječava pregrijavanje. Općenito se može reći da je na toplim staništima temperatura nadzemnih dijelova biljaka niža, a na hladnim staništima viša od temperature zraka. Podudarnost temperature biljke s temperaturom okoline je rjeđa - u uvjetima koji isključuju jak dotok zračenja i intenzivnu transpiraciju, na primjer, u zeljastim biljkama pod krošnjama šuma i na otvorenim područjima - u oblačnom vremenu ili kada pada kiša.

Općenito, kopneni organizmi više su euritermni od vodenih.

U prizemno-zračnom okruženju uvjeti života su komplicirani postojanjem vremenske promjene. Vrijeme je neprekidno promjenjivo stanje atmosfere u blizini Zemljine površine, do oko 20 km (granica troposfere). Promjenjivost vremena očituje se u stalnoj promjeni kombinacije čimbenika okoliša kao što su temperatura i vlažnost zraka, naoblaka, oborine, snaga i smjer vjetra itd. (Sl. 32).

Riža. 32.

Uz njihovu redovitu izmjenu u godišnjem ciklusu, vremenske promjene karakteriziraju neperiodične fluktuacije, koje značajno kompliciraju uvjete za postojanje kopnenih organizama. Na sl. 33, na primjeru gusjenice jabučice Carpocapsa pomonella prikazana je ovisnost mortaliteta o temperaturi i relativnoj vlažnosti zraka.

Riža. 33.

Iz toga proizlazi da su krivulje jednakog mortaliteta koncentrične te da je optimalna zona ograničena relativnom vlagom od 55 i 95% i temperaturom od 21 i 28°C.

Svjetlost, temperatura i vlažnost zraka u biljkama obično određuju ne maksimalni, već prosječni stupanj otvaranja stomata, jer se rijetko događa podudarnost svih uvjeta koji pogoduju njihovom otvaranju.

Dugoročni vremenski režim karakterizira klima područja. Pojam klime ne uključuje samo prosječne vrijednosti meteoroloških pojava, već i njihovu godišnju i dnevnu varijaciju, odstupanje od nje, te njihovu učestalost. Klima je određena geografskim uvjetima područja.

Glavni klimatski čimbenici su temperatura i vlažnost zraka, mjereni količinom padalina i zasićenost zraka vodenom parom. Dakle, u zemljama udaljenim od mora dolazi do postupnog prijelaza iz vlažne klime preko polusušne srednje zone s povremenim ili povremenim sušnim razdobljima u sušni teritorij, koji karakterizira dugotrajna suša, salinizacija tla i vode (Sl. 34).

Riža. 34.

Bilješka: gdje krivulja padalina siječe uzlaznu liniju isparavanja, nalazi se granica između vlažne (lijevo) i sušne (desno) klime. Crnom je prikazan humusni horizont, šrafurom iluvijalni horizont.

Svako stanište karakterizira određena ekološka klima, odnosno klima prizemnog sloja zraka, tj. ekoklima.

Vegetacija ima velik utjecaj na klimatske čimbenike. Dakle, pod krošnjama šume, vlažnost zraka je uvijek veća, a temperaturne fluktuacije su manje nego na proplancima. Svjetlosni režim ovih mjesta također je različit. U različitim biljnim zajednicama formira se vlastiti režim svjetlosti, temperature, vlažnosti, tj. fitoklima.

Podaci o ekoklimi ili fitoklimi nisu uvijek dovoljni za potpunu karakterizaciju klimatskih uvjeta određenog staništa. Lokalni elementi okoliša (reljef, ekspozicija, vegetacija i dr.) vrlo često mijenjaju režim osvjetljenja, temperature, vlažnosti i kretanja zraka na određenom području na način da se on može značajno razlikovati od klimatskih uvjeta područja. . Nazivaju se lokalne klimatske promjene koje se oblikuju u prizemnom sloju zraka mikroklima. Na primjer, životni uvjeti oko ličinki insekata koji žive ispod kore drveta drugačiji su od onih u šumi u kojoj to drvo raste. Temperatura južne strane debla može biti 10-15°C viša od temperature njegove sjeverne strane. Jambe u kojima žive životinje, šupljine drveća, špilje imaju stabilnu mikroklimu. Ne postoje jasne razlike između ekoklime i mikroklime. Smatra se da je ekoklima klima velikih područja, a mikroklima klima pojedinih malih područja. Mikroklima ima utjecaj na žive organizme određenog teritorija, područja (slika 35).

Riža. 3

iznad - dobro zagrijana padina južne ekspozicije;

dolje - vodoravni dio plakora (floristički sastav je isti u oba dijela)

Prisutnost mnogih mikroklima na jednom mjestu osigurava suživot vrsta s različitim zahtjevima za vanjski okoliš.

Zemljopisna zonalnost i zonalnost. Distribucija živih organizama na Zemlji usko je povezana s geografskim zonama i zonama. Pojasevi imaju geografsku širinu, što je, naravno, prvenstveno zbog radijacijskih barijera i prirode atmosferske cirkulacije. Na površini zemaljske kugle razlikuje se 13 geografskih zona koje su raspoređene na kontinentima i oceanima (slika 36).

Riža. 36.

Ovo su kao arktik, antarktik, subarktik, subantarktik, sjeverni i južni umjereno, sjeverni i južni subarktički, sjeverni i južni tropski, sjeverni i južni subekvatorijalni i ekvatorijalni. Unutar pojaseva dodijeliti geografska područja, pri čemu se uz uvjete zračenja uzima u obzir i vlaženje zemljine površine te odnos topline i vlage karakterističan za određenu zonu. Za razliku od oceana, gdje je opskrba vlagom potpuna, na kontinentima odnos topline i vlage može imati značajne razlike. Odavde se geografske zone protežu na kontinente i oceane, a geografske zone - samo na kontinente. razlikovati zemljopisne širine i meridijalni ili zemljopisne dužine prirodne zone. Prvi se protežu od zapada prema istoku, drugi od sjevera prema jugu. Uzdužno se geografske širine dijele na podzone, i u geografskoj širini provincija.

Utemeljitelj učenja o prirodnoj zonalnosti je V. V. Dokučajev (1846-1903), koji je zonalnost utemeljio kao univerzalni zakon prirode. Svi fenomeni unutar biosfere podložni su ovom zakonu. Glavni razlozi za zoniranje su oblik Zemlje i njen položaj u odnosu na Sunce. Na raspodjelu topline na Zemlji, osim zemljopisne širine, utječu priroda reljefa i nadmorska visina terena, odnos kopna i mora, morske struje itd.

Nakon toga, osnove zračenja za formiranje zoniranja globusa razvili su A. A. Grigoriev i M. I. Budyko. Da bi se utvrdila kvantitativna karakteristika omjera topline i vlage za različite geografske zone, odredili su neke koeficijente. Odnos topline i vlage izražava se kao omjer ravnoteže zračenja površine prema latentnoj toplini isparavanja i količini oborine (indeks zračenja suhoće). Uspostavljen je zakon, nazvan zakon periodičkog geografskog zoniranja (A. A. Grigorieva - M. I. Budyko), koji kaže, da s promjenom geografskih zona, sličnih geografskih(pejzaž, priroda) zone i neka njihova opća svojstva periodički se ponavljaju.

Svaka je zona ograničena određenim rasponom vrijednosti-indikatora: posebnošću geomorfoloških procesa, posebnim tipom klime, vegetacije, tla i životinjskog svijeta. Na području bivšeg SSSR-a zabilježene su sljedeće geografske zone: led, tundra, šuma-tundra, tajga, mješovite šume. Ruska ravnica, monsunske mješovite šume Dalekog istoka, šumske stepe, stepe, polupustinje, pustinje umjerene zone, pustinje suptropske zone, Sredozemlje i vlažne suptropije.

Jedan od važnih uvjeta za varijabilnost organizama i njihovu zonsku distribuciju na Zemlji je varijabilnost kemijskog sastava okoliša. U tom smislu, učenje A.P. Vinogradova o biogeokemijske provincije, koji su određeni zonalnošću kemijskog sastava tala, kao i klimatskom, fitogeografskom i geokemijskom zonalnošću biosfere. Biogeokemijske provincije su područja na Zemljinoj površini koja se razlikuju po sadržaju (u tlu, vodama itd.) kemijskih spojeva koji su povezani s određenim biološkim reakcijama lokalne flore i faune.

Uz horizontalnu zonalnost jasno se vidi i kopneni okoliš visokoprizemnica ili vertikalna obrazloženje.

Vegetacija planinskih zemalja bogatija je nego u susjednim ravnicama, a karakterizira je povećana rasprostranjenost endemičnih oblika. Dakle, prema O. E. Agakhanyants (1986), flora Kavkaza uključuje 6350 vrsta, od kojih je 25% endemičnih. Flora planina središnje Azije procjenjuje se na 5500 vrsta, od kojih je 25-30% endema, dok na susjednim ravnicama južnih pustinja postoji 200 biljnih vrsta.

Pri penjanju na planine ponavlja se ista promjena zona kao od ekvatora prema polovima. U podnožju se obično nalaze pustinje, zatim stepe, šume širokog lišća, crnogorične šume, tundra i, na kraju, led. Međutim, još uvijek nema potpune analogije. Prilikom penjanja na planine temperatura zraka pada (prosječni gradijent temperature zraka je 0,6 ° C na 100 m), smanjuje se isparavanje, povećava se ultraljubičasto zračenje, osvjetljenje itd. Sve to čini biljke prilagođene suhim ili mokrim ozljedama. Ovdje među biljkama dominiraju jastučasti životni oblici, trajnice, koje su razvile prilagodbu na jako ultraljubičasto zračenje i smanjenu transpiraciju.

Fauna visokog planinskog područja također je osebujna. Sniženi tlak zraka, značajno sunčevo zračenje, oštra kolebanja dnevnih i noćnih temperatura, promjene vlažnosti zraka s nadmorskom visinom pridonijeli su razvoju specifičnih fizioloških prilagodbi organizma planinskih životinja. Na primjer, kod životinja se povećava relativni volumen srca, povećava se sadržaj hemoglobina u krvi, što omogućuje intenzivniju apsorpciju kisika iz zraka. Kamenito tlo otežava ili gotovo isključuje aktivnost kopanja životinja. Mnoge male životinje (mali glodavci, štuke, gušteri i dr.) nalaze utočište u pukotinama stijena i špiljama. Od brdskih ptica karakteristični su planinski purani (ulari), planinske zebe, ševe, velike ptice - bradaši, lešinari, kondori. Veliki sisavci u planinama su ovnovi, koze (uključujući snježne koze), divokoze, jakovi itd. Grabežljivce predstavljaju vrste kao što su vukovi, lisice, medvjedi, risovi, snježni leopardi (irbis) itd.

Okolina zemlja-zrak (Slika 7.2). Sam naziv ovog medija svjedoči o njegovoj heterogenosti. Neki od njegovih stanovnika prilagođeni su samo zemaljskom kretanju - puze, trče, skaču, penju se, oslanjajući se na površinu zemlje ili na biljke. I druge životinje se mogu kretati zrakom – letjeti. Stoga su organi kretanja stanovnika prizemno-zračnog okoliša raznoliki. Već se kreće po tlu zahvaljujući radu mišića tijela, pantera, konj, majmun za to koriste sva četiri uda, pauk - osam, a golub i orao - samo dva stražnja. Imaju prednje udove – krila – prilagođena za let.

Kopnene životinje zaštićene su od isušivanja gustim integumentima tijela: hitinskim pokrovom kod insekata, ljuskama kod guštera, školjkama kod kopnenih mekušaca, kožom kod sisavaca. Dišni organi kopnenih životinja skriveni su unutar tijela, što sprječava isparavanje vode kroz njihove tanke površine. materijal sa stranice

Kopnene životinje umjerenih geografskih širina prisiljene su prilagoditi se značajnim temperaturnim fluktuacijama. Od vrućine bježe u jazbinama, u sjeni drveća. Sisavci hlade svoje tijelo isparavanjem vode kroz epitel usta (pas) ili znojenjem (čovjeka). S približavanjem hladnog vremena, krzno životinja se zgusne, akumuliraju rezerve masti ispod kože. Zimi neki od njih, poput svizaca i ježeva, spavaju zimski san, što im pomaže da prežive nedostatak hrane. Bježeći od zimske gladi, neke ptice (ždralovi, čvorci) odlete u toplije krajeve.

Na ovoj stranici materijal o temama:

• Sažetak prizemnog zračnog staništa

• Zemaljske životinje iz zraka, opis

• Fotografija životinja u tlu

• Tanki online stanovnici zraka i zemlje

• Životinje kopneno-zračnog staništa u Udmurtiji

Pitanja o ovoj stavci:

4.1. Vodeno stanište. Specifičnosti prilagodbe hidrobionata

Voda kao stanište ima niz specifičnih svojstava, kao što su velika gustoća, jaki padovi tlaka, relativno nizak sadržaj kisika, jaka apsorpcija sunčeve svjetlosti, itd. Rezervoari i njihovi pojedinačni dijelovi razlikuju se, osim toga, u slanom režimu, brzini horizontalna kretanja (struje) , sadržaj suspendiranih čestica. Za život bentoskih organizama važna su svojstva tla, način razgradnje organskih ostataka itd. Stoga, uz prilagodbe općim svojstvima vodenog okoliša, njegove stanovnike treba prilagoditi i raznim posebnim uvjetima. . Stanovnici vodenog okoliša dobili su zajednički naziv u ekologiji hidrobiontima. Nastanjuju oceane, kontinentalne vode i podzemne vode. U svakom rezervoaru, zone se mogu razlikovati prema uvjetima.

4.1.1. Ekološke zone Svjetskog oceana

U oceanu i njegovim sastavnim morima prvenstveno se razlikuju dva ekološka područja: vodeni stup - pelagijalni i dno bentalski (Slika 38). Ovisno o dubini bental se dijeli na sublitoral zona - područje glatkog spuštanja kopna do dubine od oko 200 m, kupatila– područje strmih padina i abisalna zona– područje oceanskog dna s prosječnom dubinom od 3–6 km. Još dublja područja bentala, koja odgovaraju udubljenjima oceanskog dna, nazivaju se ultraabisal. Rub obale koji je poplavljen za vrijeme plime naziva se primorje. Iznad razine plime i oseke, dio obale ovlažen prskanjem valova naziva se supralitoral.

Riža. 38. Ekološke zone Svjetskog oceana

Prirodno je da, primjerice, stanovnici sublitorala žive u uvjetima relativno niskog tlaka, dnevne sunčeve svjetlosti i često prilično značajnih promjena temperature. Stanovnici ponornih i ultraabisalnih dubina egzistiraju u tami, na konstantnoj temperaturi i monstruoznom pritisku od nekoliko stotina, a ponekad i oko tisuću atmosfera. Prema tome, sama naznaka u kojoj zoni Bentalija živi jedna ili druga vrsta organizama već pokazuje kakva bi opća ekološka svojstva trebala imati. Cijela populacija oceanskog dna dobila je ime bentos.

Organizmi koji žive u vodenom stupcu ili pelagijalu su pelagos. Pelagijal je također podijeljen na okomite zone koje po dubini odgovaraju zonama dna: epipelagijal, batipelagijal, abisopelagijal. Donja granica epipelagičke zone (ne više od 200 m) određena je prodorom sunčeve svjetlosti u količini dovoljnoj za fotosintezu. Fotosintetske biljke ne mogu postojati dublje od ovih zona. Samo mikroorganizmi i životinje žive u sutonskim batijalnim i mračnim bezdanskim dubinama. Različite ekološke zone također se razlikuju u svim drugim vrstama vodenih tijela: jezerima, močvarama, ribnjacima, rijekama itd. Raznolikost hidrobionata koji su ovladali svim tim staništima je vrlo velika.

4.1.2. Osnovna svojstva vodenog okoliša

Gustoća vode je čimbenik koji određuje uvjete kretanja vodenih organizama i pritisak na različitim dubinama. Za destiliranu vodu gustoća je 1 g/cm3 na 4°C. Gustoća prirodnih voda koje sadrže otopljene soli može biti veća, do 1,35 g/cm 3 . Tlak raste s dubinom za otprilike 1 10 5 Pa (1 atm) za svakih 10 m u prosjeku.

Zbog oštrog gradijenta tlaka u vodenim tijelima, hidrobionti su općenito mnogo euribatskiji od kopnenih organizama. Neke vrste, raspoređene na različitim dubinama, podnose pritisak od nekoliko do stotina atmosfera. Na primjer, holoturiji iz roda Elpidia i crvi Priapulus caudatus nastanjuju se od obalnog područja do ultraabisala. Čak i slatkovodni stanovnici, kao što su ciliati, suvoji, kornjaši plivači itd., u eksperimentu izdržavaju do 6 10 7 Pa (600 atm).

Međutim, mnogi stanovnici mora i oceana relativno su od zida do zida i ograničeni na određene dubine. Stenobatnost je najčešće karakteristična za plitke i dubokomorske vrste. Samo u primorju obitava prstenasti crv Arenicola, mekušci mekušci (Patella). Mnoge ribe, primjerice iz skupine ribica, glavonožaca, rakova, pogonofora, morskih zvijezda itd. nalaze se samo na velikim dubinama pri tlaku od najmanje 4 10 7–5 10 7 Pa (400–500 atm).

Gustoća vode omogućuje oslanjanje na nju, što je posebno važno za beskeletne oblike. Gustoća medija je uvjet za lebdenje u vodi, a mnogi hidrobionti prilagođeni su upravo tom načinu života. Viseći organizmi koji lebde u vodi objedinjeni su u posebnu ekološku skupinu hidrobionata - plankton ("planktos" - uzdizanje).

Riža. 39. Povećanje relativne površine tijela u planktonskim organizmima (prema S. A. Zernovu, 1949.):

A - štapićasti oblici:

1 – dijatomeja Synedra;

2 – cijanobakterija Aphanizomenon;

3 – peridinska alga Amphisolenia;

4 – Euglena acus;

5 – glavonožac Doratopsis vermicularis;

6 – veslonožac Setella;

7 – larva Porcellana (Decapoda)

B - disecirani oblici:

1 – mekušac Glaucus atlanticus;

2 – crv Tomopetris euchaeta;

3 – ličinka raka Palinurus;

4 – ličinke grdobine Lophius;

5 – kopepod Calocalanus pavo

Plankton uključuje jednostanične i kolonijalne alge, protozoe, meduze, sifonofore, ctenofore, mekušce s krilima i kobilicama, razne male rakove, ličinke pridnenih životinja, riblju ikru i mlađ i mnoge druge (slika 39). Planktonski organizmi imaju mnogo sličnih prilagodbi koje povećavaju njihov uzgon i sprječavaju ih da potonu na dno. Te prilagodbe uključuju: 1) opće povećanje relativne površine tijela zbog smanjenja veličine, spljoštenosti, izduženja, razvoja brojnih izraslina ili čekinja, što povećava trenje o vodu; 2) smanjenje gustoće zbog smanjenja kostura, nakupljanja u tijelu masti, mjehurića plina itd. U dijatomejima se rezervne tvari talože ne u obliku teškog škroba, već u obliku masnih kapi. Noćno svjetlo Noctiluca odlikuje se takvim obiljem plinskih vakuola i kapljica masti u stanici da citoplazma u njoj izgleda poput niti koje se spajaju samo oko jezgre. Zračne komore imaju i sifonofori, brojne meduze, planktonski puževi i drugi.

Alge (fitoplankton) pasivno lebde u vodi, dok je većina planktonskih životinja sposobna aktivno plivati, ali u ograničenoj mjeri. Planktonski organizmi ne mogu prevladati struje i prenose ih na velike udaljenosti. puno vrsta zooplankton no sposobne su za vertikalne migracije u vodenom stupcu desetke i stotine metara, kako zahvaljujući aktivnom kretanju tako i reguliranjem uzgona svoga tijela. Posebna vrsta planktona je ekološka skupina neuston ("nein" - plivati) - stanovnici površinskog sloja vode na granici sa zrakom.

Gustoća i viskoznost vode uvelike utječu na mogućnost aktivnog plivanja. Životinje sposobne za brzo plivanje i svladavanje snage strujanja objedinjene su u ekološku skupinu. nekton ("nektos" - lebdeći). Predstavnici nektona su ribe, lignje, dupini. Brzo kretanje u vodenom stupcu moguće je samo u prisustvu aerodinamičnog oblika tijela i visoko razvijenih mišića. Torpedolik oblik razvijaju svi dobri plivači, bez obzira na sustavnu pripadnost i način kretanja u vodi: reaktivno, savijanjem tijela, uz pomoć udova.

Način rada s kisikom. U vodi zasićenoj kisikom njegov sadržaj ne prelazi 10 ml po 1 litri, što je 21 puta manje nego u atmosferi. Stoga su uvjeti za disanje hidrobionata znatno složeniji. Kisik ulazi u vodu uglavnom zbog fotosintetske aktivnosti algi i difuzije iz zraka. Stoga su gornji slojevi vodenog stupca, u pravilu, bogatiji ovim plinom od donjih. S povećanjem temperature i slanosti vode, koncentracija kisika u njoj opada. U slojevima gusto naseljenim životinjama i bakterijama može se stvoriti oštar manjak O 2 zbog njegove povećane potrošnje. Na primjer, u Svjetskom oceanu, dubine bogate životom od 50 do 1000 m karakterizira oštro pogoršanje prozračivanja - 7-10 puta je niže nego u površinskim vodama naseljenim fitoplanktonom. U blizini dna vodenih tijela uvjeti mogu biti bliski anaerobnim.

Među vodenim stanovnicima postoje mnoge vrste koje mogu tolerirati velike fluktuacije u sadržaju kisika u vodi, sve do njegove gotovo potpune odsutnosti. (eurioksibionti - "oxy" - kisik, "biont" - stanovnik). To uključuje, na primjer, slatkovodne oligohete Tubifex tubifex, puževe Viviparus viviparus. Među ribama, šaran, linjak, karas mogu izdržati vrlo nisku zasićenost vode kisikom. Međutim, nekoliko vrsta stenoksibiont – mogu postojati samo pri dovoljno visokoj zasićenosti vode kisikom (kalifornijska pastrva, potočna pastrva, mjehur, cilijarnik Planaria alpina, ličinke jednoboja, kamenjara i dr.). Mnoge vrste mogu pasti u neaktivno stanje s nedostatkom kisika - anoksibioza - i tako doživjeti nepovoljan period.

Disanje hidrobionata provodi se ili kroz površinu tijela, ili kroz specijalizirane organe - škrge, pluća, dušnik. U ovom slučaju, poklopci mogu poslužiti kao dodatni respiratorni organ. Na primjer, riba vijun u prosjeku troši do 63% kisika kroz kožu. Ako se izmjena plinova odvija kroz kožu tijela, onda su vrlo tanki. Disanje se također olakšava povećanjem površine. To se postiže tijekom evolucije vrsta stvaranjem raznih izraslina, spljoštenjem, izduživanjem i općim smanjenjem veličine tijela. Neke vrste s nedostatkom kisika aktivno mijenjaju veličinu respiratorne površine. Tubifex tubifex crvi jako izdužuju tijelo; hidre i morske anemone - ticala; bodljikaši – ambulakralne noge. Mnoge sjedeće i neaktivne životinje obnavljaju vodu oko sebe, bilo stvaranjem njezine usmjerene struje, bilo oscilatornim pokretima koji doprinose njezinom miješanju. U tu svrhu, školjkaši koriste cilije koje oblažu stijenke šupljine plašta; rakovi – rad trbušnih ili prsnih nogu. Pijavice, ličinke zvonastih komaraca (krvavica), mnoge oligohete njišu tijelom naginjući se iz zemlje.

Neke vrste imaju kombinaciju vodenog i zračnog disanja. Takve su plućnjake, diskofantni sifonofori, mnogi plućni mekušci, rakovi Gammarus lacustris i dr. Sekundarne vodene životinje obično zadržavaju atmosferski tip disanja kao energetski povoljniji i zato im je potreban kontakt sa zrakom, npr. perajaci, kitovi, vodene kornjaše, ličinke komaraca itd.

Nedostatak kisika u vodi ponekad dovodi do katastrofalnih pojava - zamoram, popraćena smrću mnogih hidrobionata. zimi se smrzavačesto uzrokovano stvaranjem leda na površini vodenih tijela i prestankom kontakta sa zrakom; ljeto- povećanje temperature vode i kao posljedica toga smanjenje topljivosti kisika.

Često uginuće ribe i mnogih beskralježnjaka zimi tipično je, primjerice, za donji dio sliva rijeke Ob, čije su vode, koje dotječu iz močvarnih prostora Zapadnosibirske nizine, izrazito siromašne otopljenim kisikom. Ponekad se zamora javlja u morima.

Osim nedostatka kisika, uzrok smrti može biti i povećanje koncentracije otrovnih plinova u vodi - metana, sumporovodika, CO 2 i dr., nastalih kao posljedica raspadanja organskih tvari na dnu rezervoara. .

Način rada soli. Održavanje ravnoteže vode hidrobionata ima svoje specifičnosti. Ako je za kopnene životinje i biljke najvažnije opskrbiti tijelo vodom u uvjetima njezina nedostatka, onda za hidrobionte nije ništa manje važno održavati određenu količinu vode u tijelu kada je u okolišu ima u višku. Prekomjerna količina vode u stanicama dovodi do promjene njihovog osmotskog tlaka i kršenja najvažnijih vitalnih funkcija.

Većina vodenog života poikilosmotski: osmotski tlak u njihovom tijelu ovisi o slanosti okolne vode. Stoga je glavni način na koji vodeni organizmi održavaju ravnotežu soli izbjegavanje staništa s neprikladnom slanošću. Slatkovodni oblici ne mogu postojati u morima, morski oblici ne podnose desalinizaciju. Ako je slanost vode podložna promjenama, životinje se kreću u potrazi za povoljnim okolišem. Primjerice, tijekom desalinizacije površinskih slojeva mora nakon obilnih kiša radiolarije, morski rakovi Calanus i drugi spuštaju se na dubinu od 100 m. Kralješnjaci, viši rakovi, kukci i njihove ličinke koji žive u vodi pripadaju homoiosmotski vrste, održavajući stalni osmotski tlak u tijelu, bez obzira na koncentraciju soli u vodi.

Kod slatkovodnih vrsta, tjelesni sokovi su hipertonični u odnosu na okolnu vodu. Oni su u opasnosti od prekomjernog navodnjavanja osim ako se ne spriječi njihov unos ili se višak vode ne ukloni iz tijela. Kod protozoa to se postiže radom ekskretornih vakuola, kod višestaničnih organizama uklanjanjem vode kroz ekskretorni sustav. Neki ciliati svakih 2-2,5 minuta ispuštaju količinu vode jednaku volumenu tijela. Stanica troši puno energije na "ispumpavanje" viška vode. S povećanjem slanosti usporava se rad vakuola. Tako kod Paramecijovih cipela, pri slanosti vode od 2,5% o, vakuola pulsira s intervalom od 9 s, pri 5% o - 18 s, pri 7,5% o - 25 s. Pri koncentraciji soli od 17,5% o, vakuola prestaje raditi, jer nestaje razlika u osmotskom tlaku između stanice i vanjskog okoliša.

Ako je voda hipertonična u odnosu na tjelesne tekućine hidrobionta, prijeti im dehidracija kao posljedica osmotskih gubitaka. Zaštita od dehidracije postiže se povećanjem koncentracije soli iu tijelu hidrobionata. Dehidraciju sprječavaju vodonepropusni pokrovi homoiosmotičkih organizama - sisavaca, riba, viših rakova, vodenih insekata i njihovih ličinki.

Mnoge poikilosmotične vrste prelaze u neaktivno stanje - suspendiranu animaciju kao rezultat nedostatka vode u tijelu s povećanjem slanosti. To je karakteristično za vrste koje žive u bazenima morske vode i u litoralnom pojasu: rotatori, bičaši, trepetljikaši, neki rakovi, crnomorski mnogočetinaši Nereis divesicolor itd. Hibernacija soli- sredstvo za preživljavanje nepovoljnih razdoblja u uvjetima promjenjive slanosti vode.

Uistinu eurihalin Nema toliko vrsta koje mogu živjeti u aktivnom stanju u slatkoj i slanoj vodi među vodenim stanovnicima. To su uglavnom vrste koje nastanjuju riječna ušća, estuarije i druga boćata vodena tijela.

Temperaturni režim vodna tijela su stabilnija nego na kopnu. To je zbog fizikalnih svojstava vode, prvenstveno visokog specifičnog toplinskog kapaciteta, zbog kojeg primanje ili otpuštanje značajne količine topline ne uzrokuje prenagle promjene temperature. Isparavanje vode s površine vodenih tijela, koje troši oko 2263,8 J/g, sprječava pregrijavanje donjih slojeva, a stvaranje leda, koji oslobađa toplinu taljenja (333,48 J/g), usporava njihovo hlađenje.

Amplituda godišnjih kolebanja temperature u gornjim slojevima oceana nije veća od 10–15 °C, u kontinentalnim vodenim tijelima je 30–35 °C. Duboke slojeve vode karakterizira konstantna temperatura. U ekvatorijalnim vodama prosječna godišnja temperatura površinskih slojeva je +(26–27) °C, u polarnim vodama oko 0 °C i niže. U toplim podzemnim izvorima temperatura vode može se približiti +100 °C, au podvodnim gejzirima pri visokom tlaku na dnu oceana zabilježena je temperatura od +380 °C.

Dakle, u rezervoarima postoji prilično značajna raznolikost temperaturnih uvjeta. Između gornjih slojeva vode u kojima su izražena sezonska kolebanja temperature i donjih, gdje je toplinski režim stalan, nalazi se zona temperaturnog skoka, odnosno termoklina. Termoklina je izraženija u toplim morima, gdje je veća temperaturna razlika između vanjskih i dubokih voda.

Zbog stabilnijeg temperaturnog režima vode među hidrobiontima, u znatno većoj mjeri nego među stanovništvom kopna, stenotermija je uobičajena. Eurytermalne vrste nalaze se uglavnom u plitkim kontinentalnim vodenim tijelima iu priobalju mora visokih i umjerenih geografskih širina, gdje su dnevne i sezonske temperaturne fluktuacije značajne.

Svjetlosni način rada. U vodi ima puno manje svjetla nego u zraku. Dio zraka koje padaju na površinu spremnika reflektiraju se u zrak. Odraz je jači što je Sunce niže, pa je dan pod vodom kraći nego na kopnu. Na primjer, ljetni dan kod otoka Madeira na dubini od 30 m traje 5 sati, a na dubini od 40 m samo 15 minuta. Brzo smanjenje količine svjetlosti s dubinom posljedica je njezine apsorpcije vodom. Zrake različitih valnih duljina različito se apsorbiraju: crvene nestaju blizu površine, dok plavo-zelene prodiru puno dublje. Sve dublji sumrak u oceanu prvo je zelen, zatim plav, plav i plavo-ljubičast, da bi konačno ustupio mjesto stalnoj tami. Sukladno tome, zelene, smeđe i crvene alge zamjenjuju jedna drugu dubinom, specijalizirane za hvatanje svjetlosti različitih valnih duljina.

Boja životinja se na isti način mijenja s dubinom. Stanovnici litorala i sublitorala najsvjetlije su i najrazličitije obojeni. Mnogi duboko smješteni organizmi, poput pećinskih, nemaju pigmente. U zoni sumraka raširena je crvena boja koja je komplementarna plavo-ljubičastom svjetlu na tim dubinama. Tijelo najpotpunije apsorbira dodatne zrake u boji. To omogućuje životinjama da se sakriju od neprijatelja, jer se njihova crvena boja u plavo-ljubičastim zrakama vizualno percipira kao crna. Crvena boja tipična je za životinje zone sumraka kao što su brancin, crveni koralj, razni rakovi itd.

Kod nekih vrsta koje žive blizu površine vodenih tijela, oči su podijeljene na dva dijela s različitom sposobnošću loma zraka. Jedna polovica oka vidi u zraku, druga polovica u vodi. Takva "četverooka" karakteristična je za vrtnjače, američku ribu Anableps tetraphthalmus, jednu od tropskih vrsta mjehurića Dialommus fuscus. Ova riba sjedi u udubljenjima za vrijeme oseke, izlažući dio svoje glave vodi (vidi sliku 26).

Apsorpcija svjetlosti je to jača što je prozirnost vode manja, što ovisi o broju čestica u njoj suspendiranih.

Prozirnost karakterizira najveća dubina na kojoj je još vidljiv posebno spušten bijeli disk promjera oko 20 cm (Secchijev disk). Najprozirnije vode su u Sargaškom moru: disk je vidljiv do dubine od 66,5 m. U Tihom oceanu disk Secchi vidljiv je do 59 m, u Indijskom oceanu - do 50, u plitkim morima - do do 5-15 m. Prozirnost rijeka je u prosjeku 1-1,5 m, au najmuljevitijim rijekama, npr. u srednjoazijskim Amu Darji i Sir Darji, samo nekoliko centimetara. Granica zone fotosinteze stoga jako varira u različitim vodnim tijelima. U najbistrijim vodama eufotičan zona, ili zona fotosinteze, proteže se do dubine ne veće od 200 m, sumrak ili disfotični, zona zauzima dubine do 1000-1500 m, a dublje, u afotičan zoni, sunčeva svjetlost uopće ne prodire.

Količina svjetlosti u gornjim slojevima vodenih tijela uvelike varira ovisno o geografskoj širini područja i dobu godine. Duge polarne noći uvelike ograničavaju vrijeme dostupno za fotosintezu u arktičkom i antarktičkom bazenu, a ledeni pokrivač otežava svjetlosti da dopre do svih ledenih vodenih tijela zimi.

U tamnim dubinama oceana organizmi koriste svjetlost koju emitiraju živa bića kao izvor vizualnih informacija. Sjaj živog organizma naziva se bioluminiscencija. Svjetleće vrste nalaze se u gotovo svim klasama vodenih životinja od protozoa do riba, kao i među bakterijama, nižim biljkama i gljivama. Čini se da se bioluminiscencija ponovno pojavila više puta u različitim skupinama na različitim stupnjevima evolucije.

Kemija bioluminiscencije sada je prilično dobro shvaćena. Reakcije koje se koriste za stvaranje svjetlosti su različite. Ali u svim slučajevima radi se o oksidaciji složenih organskih spojeva (luciferini) pomoću proteinskih katalizatora (luciferaza). Luciferini i luciferaze imaju različite strukture u različitim organizmima. Tijekom reakcije oslobađa se višak energije pobuđene molekule luciferina u obliku svjetlosnih kvanta. Živi organizmi emitiraju svjetlost u impulsima, obično kao odgovor na podražaje koji dolaze iz vanjske okoline.

Sjaj možda neće igrati posebnu ekološku ulogu u životu vrste, ali može biti nusprodukt vitalne aktivnosti stanica, kao, na primjer, kod bakterija ili nižih biljaka. Ekološko značenje dobiva samo kod životinja s dovoljno razvijenim živčanim sustavom i organima vida. Kod mnogih vrsta svjetleći organi poprimaju vrlo složenu strukturu sa sustavom reflektora i leća koje pojačavaju zračenje (slika 40). Brojne ribe i glavonošci, nesposobni generirati svjetlost, koriste simbiotske bakterije koje se razmnožavaju u posebnim organima ovih životinja.

Riža. 40. Svjetleći organi vodenih životinja (prema S. A. Zernovu, 1949.):

1 - dubinski udičar sa svjetiljkom preko nazubljenih usta;

2 - raspodjela svjetlećih organa u riba ove obitelji. Mystophidae;

3 - svjetlosni organ ribe Argyropelecus affinis:

a - pigment, b - reflektor, c - svjetleće tijelo, d - leća

Bioluminiscencija ima uglavnom signalnu vrijednost u životu životinja. Svjetlosni signali mogu se koristiti za orijentaciju u jatu, privlačenje jedinki suprotnog spola, namamljivanje žrtava, za maskiranje ili odvraćanje pažnje. Bljesak svjetla može biti obrana od predatora, zaslijepiti ga ili dezorijentirati. Primjerice, dubinske sipe, bježeći od neprijatelja, ispuštaju oblak svjetlećeg sekreta, dok vrste koje žive u osvijetljenim vodama za tu svrhu koriste tamnu tekućinu. Kod nekih donjih crva - mnogočetinaša - svjetleći organi se razvijaju u razdoblju sazrijevanja reproduktivnih produkata, a ženke svjetlucaju jače, a oči su bolje razvijene kod muškaraca. Kod grabežljivih dubokomorskih riba iz reda udičarki prva zraka leđne peraje pomaknuta je u gornju čeljust i pretvorena u fleksibilnu "šipku", koja na kraju nosi crvoliki "mamac" - žlijezdu ispunjenu sluzi sa svjetlećim bakterijama. Regulirajući dotok krvi u žlijezdu, a time i opskrbu bakterije kisikom, riba može proizvoljno izazvati žarenje "mamca", oponašajući pokrete crva i mameći plijen.

U kopnenim sredinama bioluminiscencija je razvijena samo kod nekoliko vrsta, najviše kod kornjaša iz obitelji krijesnica, koji svjetlosnim signaliziranjem privlače jedinke suprotnog spola u sumrak ili noću.

4.1.3. Neke specifične prilagodbe hidrobionata

Načini orijentacije životinja u vodenom okolišu.Život u stalnom sumraku ili tami uvelike ograničava mogućnosti vizualna orijentacija hidrobiontima. U vezi s brzim slabljenjem svjetlosnih zraka u vodi, čak i vlasnici dobro razvijenih organa vida orijentiraju se uz njihovu pomoć samo iz neposredne blizine.

Zvuk se brže širi u vodi nego u zraku. Zvučna orijentacija općenito je bolje razvijen u vodenim organizmima od vidnog. Brojne vrste hvataju čak i vrlo niske frekvencije vibracija (infrazvuk), nastaje pri promjeni ritma valova i spušta se unaprijed prije oluje iz površinskih slojeva u dublje (primjerice, meduze). Mnogi stanovnici vodenih tijela - sisavci, ribe, mekušci, rakovi - sami proizvode zvukove. Rakovi to postižu trljanjem različitih dijelova tijela jedan o drugi; riba - uz pomoć plivaćeg mjehura, faringealnih zuba, čeljusti, zraka prsnih peraja i na druge načine. Zvučna signalizacija najčešće se koristi za unutarvrsne odnose, na primjer, za orijentaciju u jatu, privlačenje jedinki suprotnog spola i sl., a posebno je razvijena kod stanovnika mutnih voda i velikih dubina, koji žive u mraku.

Brojni hidrobionti traže hranu i koriste je za navigaciju eholokacija– percepcija reflektiranih zvučnih valova (kitovi). Puno primaju reflektirane električne impulse proizvodeći pražnjenja različitih frekvencija tijekom plivanja. Poznato je oko 300 vrsta riba koje mogu proizvoditi električnu energiju i koristiti je za orijentaciju i signalizaciju. Slatkovodna riba slon (Mormyrus kannume) šalje do 30 impulsa u sekundi kako bi otkrila beskralježnjake kojima lovi tekući mulj bez pomoći vida. Učestalost pražnjenja u nekim morskim ribama doseže 2000 impulsa u sekundi. Neke ribe također koriste električna polja za obranu i napad (električna raža, električna jegulja itd.).

Za dubinsku orijentaciju percepcija hidrostatskog tlaka. Provodi se uz pomoć statocista, plinskih komora i drugih organa.

Najstariji način orijentacije, karakterističan za sve vodene životinje, je percepcija kemije okoline. Kemoreceptori mnogih vodenih organizama izuzetno su osjetljivi. U migracijama od tisuću kilometara koje su tipične za mnoge vrste riba, vode se uglavnom mirisima, pronalazeći mrijestilište ili hranilište s nevjerojatnom preciznošću. Eksperimentalno je dokazano, na primjer, da lososi, umjetno lišeni osjetila mirisa, ne pronalaze ušće svoje rijeke, vraćajući se na mrijest, ali nikada nisu u zabludi ako mogu osjetiti mirise. Istančanost osjeta mirisa izuzetno je velika kod riba koje vrše posebno daleke migracije.

Specifičnosti prilagodbe životu u presušujućim akumulacijama. Na Zemlji postoji mnogo privremenih, plitkih rezervoara koji nastaju nakon poplava rijeka, jakih kiša, topljenja snijega itd. U tim rezervoarima, unatoč kratkoći njihovog postojanja, naseljavaju se razni vodeni organizmi.

Zajedničke osobine stanovnika presušujućih bazena su sposobnost stvaranja brojnog potomstva u kratkom vremenu i dugotrajnog izdržavanja bez vode. Istodobno, predstavnici mnogih vrsta pokopani su u mulju, prelazeći u stanje smanjene vitalne aktivnosti - hipobioza. Ovako se ponašaju štitasti, kladoceri, planarije, čekinje, mekušci, pa čak i ribe - vijun, afrički protopterus i južnoamerički plućnjak lepidosiren. Mnoge male vrste formiraju ciste koje podnose sušu, kao što su suncokreti, cilijate, rizopodi, brojni kopepodi, turbelarije, nematode iz roda Rhabditis. Drugi doživljavaju nepovoljno razdoblje u fazi visokootpornih jaja. Konačno, neki mali stanovnici vodenih tijela koja se suše imaju jedinstvenu sposobnost da se osuše do stanja filma, a kada se navlaže, nastavljaju rast i razvoj. Sposobnost podnošenja potpune dehidracije tijela utvrđena je kod rotifera iz rodova Callidina, Philodina i dr., tardigrada Macrobiotus, Echiniscus, nematoda iz roda Tylenchus, Plectus, Cephalobus i dr. Ove životinje nastanjuju mikrorezervoare u jastucima mahovine i lišajevi te su prilagođeni naglim promjenama režima vlažnosti.

Filtracija kao vrsta hrane. Mnogi vodeni organizmi imaju posebnu prirodu prehrane - to je prosijavanje ili taloženje čestica organskog podrijetla suspendiranih u vodi i brojnih malih organizama (slika 41).

Riža. 41. Sastav planktonske hrane ascidije iz Barentsovog mora (prema S. A. Zernovu, 1949.)

Ovakav način ishrane, koji ne zahtijeva mnogo energije za potragu za plijenom, karakterističan je za školjkaste mekušce, bodljokošce kitnjake, mnogočetinaše, mahovnjake, ascidijane, planktonske rakove itd. (Sl. 42). Životinje koje se hrane filtrima igraju važnu ulogu u biološkoj obradi vodenih tijela. Dagnje koje žive na površini od 1 m 2 mogu voziti 150–280 m 3 vode dnevno kroz šupljinu plašta, taložeći suspendirane čestice. Slatkovodne dafnije, kiklopi ili najmasovniji rakovi Calanus finmarchicus u oceanu filtriraju do 1,5 litara vode po jedinki dnevno. Litoralna zona oceana, posebno bogata nakupinama organizama koji filtriraju, djeluje kao učinkovit sustav čišćenja.

Riža. 42. Uređaji za filtriranje hidrobionata (prema S. A. Zernovu, 1949.):

1 – Ličinke simulijske mušice na kamenu (a) i njihovi dodaci za filtriranje (b);

2 – filtarska noga raka Diaphanosoma brachyurum;

3 – škržni prorezi ascidije Phasullia;

4 – rak Bosmina sa filtriranim crijevnim sadržajem;

5 – struja hrane ciliata Bursaria

Svojstva okoliša uvelike određuju načine prilagodbe njegovih stanovnika, njihov način života i načina korištenja resursa, stvarajući lanac uzročno-posljedičnih ovisnosti. Dakle, velika gustoća vode omogućuje postojanje planktona, a prisutnost organizama koji lebde u vodi preduvjet je za razvoj filtracijskog načina prehrane, u kojem je moguć i sjedilački način života životinja. Kao rezultat toga, formira se snažan mehanizam samopročišćavanja vodenih tijela od biosferskog značaja. Uključuje ogroman broj hidrobionata, i bentoskih i pelagičnih, od jednostaničnih protozoa do kralješnjaka. Prema izračunima, sva voda u jezerima umjerenog pojasa prolazi kroz filtracijski aparat životinja od nekoliko do desetaka puta tijekom vegetacijske sezone, a cijeli volumen Svjetskog oceana filtrira se nekoliko dana. Poremećaj aktivnosti filterskih hranilica različitim antropogenim utjecajima predstavlja ozbiljnu prijetnju očuvanju čistoće voda.

4.2. Prizemno-zračni okoliš života

Okolina zemlja-zrak je najteža u pogledu uvjeta okoline. Život na kopnu zahtijevao je takve prilagodbe koje su bile moguće samo uz dovoljno visoku razinu organizacije biljaka i životinja.

4.2.1. Zrak kao ekološki čimbenik za kopnene organizme

Mala gustoća zraka uvjetuje njegovu malu uzgonsku silu i zanemarivu spornost. Stanovnici zračnog okoliša moraju imati vlastiti potporni sustav koji podupire tijelo: biljke - razna mehanička tkiva, životinje - čvrsti ili, mnogo rjeđe, hidrostatski kostur. Osim toga, svi stanovnici zračnog okoliša usko su povezani s površinom zemlje, koja im služi za pričvršćivanje i oslonac. Život u zraku je nemoguć.

Istina, mnogi mikroorganizmi i životinje, spore, sjemenke, plodovi i pelud biljaka redovito su prisutni u zraku i nošeni zračnim strujama (Sl. 43), mnoge životinje su sposobne aktivno letjeti, međutim, kod svih ovih vrsta, glavna funkcija njihovog životnog ciklusa - reprodukcija - obavlja se na površini zemlje. Za većinu njih boravak u zraku povezan je samo s preseljenjem ili potragom za plijenom.

Riža. 43. Visinska distribucija zračnih planktona člankonožaca (prema Dajot, 1975.)

Mala gustoća zraka uzrokuje mali otpor kretanju. Stoga su mnoge kopnene životinje tijekom evolucije koristile ekološke prednosti ovog svojstva zračnog okoliša, stječući sposobnost letenja. 75% vrsta svih kopnenih životinja sposobno je za aktivno letenje, uglavnom kukci i ptice, ali letači se također nalaze među sisavcima i gmazovima. Kopnene životinje lete uglavnom uz pomoć mišićnog napora, ali neke mogu kliziti i zahvaljujući zračnim strujanjima.

Zbog pokretljivosti zraka, vertikalnih i horizontalnih kretanja zračnih masa koje postoje u nižim slojevima atmosfere, moguće je pasivno letenje niza organizama.

Anemofilija je najstariji način oprašivanja biljaka. Sve se golosjemenjače oprašuju vjetrom, a među angiospermama anemofilne biljke čine približno 10% svih vrsta.

Anemofilija se uočava u obiteljima bukve, breze, oraha, brijesta, konoplje, koprive, kazuarine, maglice, šaša, žitarica, palmi i mnogih drugih. Biljke koje se oprašuju vjetrom imaju brojne prilagodbe koje poboljšavaju aerodinamička svojstva njihove peludi, kao i morfološka i biološka svojstva koja osiguravaju učinkovitost oprašivanja.

Život mnogih biljaka u potpunosti ovisi o vjetru, a preseljenje se provodi uz njegovu pomoć. Takva dvostruka ovisnost uočena je kod smreke, bora, topole, breze, brijesta, jasena, pamučne trave, mačjeg repa, saksaula, juzguna itd.

Razvile su se mnoge vrste anemohorija- taloženje uz pomoć zračnih struja. Anemohorija je karakteristična za spore, sjemenke i plodove biljaka, ciste protozoa, male kukce, pauke itd. Organizmi pasivno nošeni zračnim strujama zajednički se nazivaju aeroplankton po analogiji s planktonskim stanovnicima vodenog okoliša. Posebne prilagodbe za pasivno letenje su vrlo male veličine tijela, povećanje njegove površine zbog izraslina, jaka disekcija, velika relativna površina krila, korištenje paučine itd. (Sl. 44). Sjemenke anemohore i plodovi biljaka također imaju ili vrlo male veličine (na primjer, sjemenke orhideja) ili različite pterigoidne i padobranaste dodatke koji povećavaju njihovu sposobnost planiranja (slika 45).

Riža. 44. Prilagodbe za zračni transport insekata:

1 – komarac Cardiocrepis brevirostris;

2 – žučna mušica Porrycordila sp.;

3 – Hymenoptera Anargus fuscus;

4 – Hermes Dreyfusia nordmannianae;

5 - ličinka gubara Lymantria dispar

Riža. 45. Prilagodbe za prijenos vjetrom u plodovima i sjemenkama biljaka:

1 – lipa Tilia intermedia;

2 – javor Acer monspessulanum;

3 – breza Betula pendula;

4 – pamučna trava Eriophorum;

5 – maslačak Taraxacum officinale;

6 – mačji rep Typha scuttbeworhii

U naseljavanju mikroorganizama, životinja i biljaka glavnu ulogu imaju vertikalna konvekcijska strujanja zraka i slabi vjetrovi. Jaki vjetrovi, oluje i uragani također imaju značajan utjecaj na okoliš na kopnene organizme.

Mala gustoća zraka uzrokuje relativno nizak tlak na kopnu. Normalno je jednak 760 mm Hg. Umjetnost. Kako se nadmorska visina povećava, tlak se smanjuje. Na visini od 5800 m to je tek polovično normalno. Nizak tlak može ograničiti distribuciju vrsta u planinama. Za većinu kralježnjaka gornja granica života je oko 6000 m. Smanjenje tlaka povlači za sobom smanjenje opskrbe kisikom i dehidraciju životinja zbog povećanja brzine disanja. Otprilike iste su granice napredovanja viših biljaka u planine. Nešto otporniji su člankonošci (koljenice, grinje, pauci) koji se mogu naći na ledenjacima iznad granice vegetacije.

Općenito, svi su kopneni organizmi mnogo stenobatniji od vodenih, budući da su uobičajene fluktuacije tlaka u njihovom okolišu djelići atmosfere, pa čak ni za ptice koje se penju na velike visine ne prelaze 1/3 normalnog.

Plinski sastav zraka. Osim fizikalnih svojstava zračnog okoliša, za opstanak kopnenih organizama iznimno su važna i njegova kemijska svojstva. Plinski sastav zraka u površinskom sloju atmosfere prilično je homogen u pogledu sadržaja glavnih komponenti (dušik - 78,1%, kisik - 21,0, argon - 0,9, ugljični dioksid - 0,035% po volumenu) zbog visoke difuzijska sposobnost plinova i stalno miješanje konvekcijska i strujanja vjetra. Međutim, razne primjese plinovitih, kapljično-tekućih i krutih (prašine) čestica koje ulaze u atmosferu iz lokalnih izvora mogu biti od velike ekološke važnosti.

Visok sadržaj kisika pridonio je povećanju metabolizma kopnenih organizama u usporedbi s primarnim vodenim. Upravo u kopnenom okruženju, na temelju visoke učinkovitosti oksidativnih procesa u tijelu, nastala je životinjska homoiotermija. Kisik, zbog stalno visokog sadržaja u zraku, nije faktor koji ograničava život u kopnenom okolišu. Samo se mjestimice, pod posebnim uvjetima, stvara privremeni deficit, npr. u nakupinama trulih biljnih ostataka, zalihama žita, brašna i sl.

Sadržaj ugljičnog dioksida može varirati u određenim područjima površinskog sloja zraka u prilično značajnim granicama. Primjerice, u nedostatku vjetra u središtima velikih gradova njegova se koncentracija udeseterostručuje. Redovite dnevne promjene sadržaja ugljičnog dioksida u površinskim slojevima povezane su s ritmom fotosinteze biljaka. Sezonske su uzrokovane promjenama u intenzitetu disanja živih organizama, uglavnom mikroskopske populacije tla. Povećana zasićenost zraka ugljičnim dioksidom događa se u zonama vulkanske aktivnosti, u blizini termalnih izvora i drugih podzemnih izvora ovog plina. U visokim koncentracijama ugljikov dioksid je otrovan. U prirodi su takve koncentracije rijetke.

U prirodi je glavni izvor ugljičnog dioksida tzv. disanje tla. Mikroorganizmi tla i životinje dišu vrlo intenzivno. Ugljični dioksid difundira iz tla u atmosferu, posebno snažno za vrijeme kiše. Mnogo ga emitiraju tla koja su umjereno vlažna, dobro zagrijana, bogata organskim ostacima. Primjerice, tlo bukove šume emitira CO 2 od 15 do 22 kg/ha na sat, a negnojeno pjeskovito tlo samo 2 kg/ha.

U suvremenim uvjetima ljudska aktivnost u izgaranju fosilnih goriva postala je snažan izvor dodatnih količina CO 2 koji ulaze u atmosferu.

Dušik iz zraka za većinu stanovnika kopnenog okoliša je inertni plin, no brojni prokariotski organizmi (kvržične bakterije, Azotobacter, klostridije, modrozelene alge i dr.) imaju sposobnost vezati ga i uključiti u biološki ciklus.

Riža. 46. Planinska padina s uništenom vegetacijom zbog emisija sumpornog dioksida iz obližnjih industrija

Lokalne nečistoće koje ulaze u zrak također mogu značajno utjecati na žive organizme. To se posebno odnosi na otrovne plinovite tvari - metan, sumporov oksid, ugljikov monoksid, dušikov oksid, sumporovodik, spojeve klora, kao i čestice prašine, čađe itd., koje zagađuju zrak u industrijskim područjima. Glavni suvremeni izvor kemijskog i fizičkog onečišćenja atmosfere je antropogeno: rad raznih industrijskih poduzeća i transporta, erozija tla itd. Sumporni oksid (SO 2), na primjer, otrovan je za biljke čak iu koncentracijama od jedan pedeset do tisućiti do milijunti dio volumena zraka. Oko industrijskih središta koja zagađuju atmosferu ovim plinom odumire gotovo sva vegetacija (slika 46). Neke biljne vrste posebno su osjetljive na SO 2 i služe kao osjetljivi indikator njegove akumulacije u zraku. Na primjer, mnogi lišajevi umiru čak i s tragovima sumpornog oksida u okolnoj atmosferi. Njihova prisutnost u šumama oko velikih gradova svjedoči o visokoj čistoći zraka. Otpornost biljaka na nečistoće u zraku uzima se u obzir pri odabiru vrsta za uređenje naselja. Na dim su osjetljivi npr. smreka i bor, javor, lipa, breza. Najotpornije su tuja, kanadska topola, američki javor, bazga i neki drugi.

4.2.2. Tlo i reljef. Vremenske i klimatske značajke prizemno-zračnog okoliša

Edafski okolišni čimbenici. Svojstva tla i reljef također utječu na životne uvjete kopnenih organizama, prvenstveno biljaka. Svojstva zemljine površine koja imaju ekološki utjecaj na njezine stanovnike objedinjena su imenom edafski čimbenici okoliša (od grčkog "edafos" - temelj, tlo).

Priroda korijenskog sustava biljaka ovisi o hidrotermalnom režimu, prozračnosti, sastavu, sastavu i strukturi tla. Na primjer, korijenski sustav vrsta drveća (breza, ariš) u područjima s permafrostom nalazi se na maloj dubini i širi se u širinu. Tamo gdje nema permafrosta, korijenski sustav tih istih biljaka je manje raširen i prodire dublje. Kod mnogih stepskih biljaka korijenje može dobiti vodu iz velike dubine, dok istovremeno ima mnogo površinskih korijena u horizontu humusnog tla, odakle biljke apsorbiraju mineralna hranjiva. Na natopljenom, slabo prozračenom tlu u mangrovama mnoge vrste imaju posebne dišne ​​korijene - pneumatofore.

U odnosu na različita svojstva tla može se razlikovati niz ekoloških skupina biljaka.

Dakle, prema reakciji na kiselost tla, razlikuju se: 1) acidofilni vrste - rastu na kiselim tlima s pH manjim od 6,7 (biljke sphagnum močvara, belous); 2) neutrofilni - gravitiraju prema tlima s pH 6,7–7,0 (većina kultiviranih biljaka); 3) bazifilni- rastu na pH više od 7,0 (mordovnik, šumska žarnica); četiri) ravnodušan - može rasti na tlima s različitim pH vrijednostima (đurđica, ovčja vlasulja).

U odnosu na bruto sastav tla razlikuju se: 1) oligotrofni sadržaj biljaka s malom količinom elemenata pepela (škotski bor); 2) eutrofičan, one kojima je potreban veliki broj elemenata jasena (hrast, kozlić, višegodišnji jastreb); 3) mezotrofni, koji zahtijevaju umjerenu količinu elemenata pepela (smreka).

Nitrofili- biljke koje preferiraju tla bogata dušikom (dvodomna kopriva).

Biljke slanih tala čine skupinu halofiti(soleros, sarsazan, kokpek).

Neke biljne vrste ograničene su na različite podloge: petrofiti rastu na kamenitim tlima, i psamofiti nastanjuju rahle pijeske.

Teren i priroda tla utječu na specifičnosti kretanja životinja. Na primjer, papkari, nojevi, droplje koji žive na otvorenim prostorima trebaju čvrsto tlo kako bi poboljšali odbojnost pri brzom trčanju. U guštera koji žive na sipkim pijescima prsti su obrubljeni rubom rožnatih ljuskica, što povećava oslonac (slika 47). Za kopnene stanovnike koji kopaju rupe, gusta tla su nepovoljna. Priroda tla u nekim slučajevima utječe na rasprostranjenost kopnenih životinja koje kopaju rupe, ukopavaju se u zemlju kako bi pobjegle od vrućine ili grabežljivaca ili polažu jaja u tlo itd.

Riža. 47. Fan-toed gekon - stanovnik pijeska Sahare: A - lepezasti gekon; B - noga macaklina

vremenske karakteristike. Uvjeti života u zemljino-zračnom okruženju su komplicirani, osim toga, vremenske promjene. Vrijeme - ovo je kontinuirano promjenjivo stanje atmosfere u blizini zemljine površine do visine od oko 20 km (granica troposfere). Varijabilnost vremena očituje se u stalnoj promjeni kombinacije čimbenika okoliša kao što su temperatura i vlažnost zraka, naoblaka, oborine, snaga i smjer vjetra itd. Promjene vremena, uz njihovu pravilnu izmjenu u godišnjem ciklusu, karakteriziraju ne- periodične fluktuacije, što značajno komplicira uvjete za postojanje kopnenih organizama. Vrijeme u znatno manjoj mjeri utječe na život vodenih stanovnika i to samo na naseljenost površinskih slojeva.

Klima područja. Dugoročni vremenski režim karakterizira klima područja. Pojam klime ne uključuje samo prosječne vrijednosti meteoroloških pojava, već i njihov godišnji i dnevni tijek, odstupanja od njih i njihovu učestalost. Klima je određena geografskim uvjetima područja.

Zonska raznolikost klime komplicirana je djelovanjem monsunskih vjetrova, rasporedom ciklona i anticiklona, ​​utjecajem planinskih lanaca na kretanje zračnih masa, stupnjem udaljenosti od oceana (kontinentalnost) i mnogim drugim lokalnim čimbenicima. U planinama postoji klimatska zonalnost, u mnogočemu slična promjeni zona od niskih geografskih širina do visokih geografskih širina. Sve to stvara iznimnu raznolikost životnih uvjeta na kopnu.

Za većinu kopnenih organizama, osobito malih, nije toliko važna klima područja, koliko uvjeti njihovog neposrednog staništa. Vrlo često lokalni elementi okoliša (reljef, ekspozicija, vegetacija i dr.) na određenom području mijenjaju režim temperature, vlažnosti, svjetlosti, kretanja zraka na način da se bitno razlikuje od klimatskih uvjeta tog područja. Takve lokalne klimatske promjene koje se oblikuju u prizemnom sloju zraka nazivaju se mikroklima. U svakoj zoni mikroklime su vrlo raznolike. Moguće je izdvojiti mikroklime proizvoljno malih površina. Na primjer, poseban način rada stvara se u vjenčićima cvijeća, koje koriste insekti koji tamo žive. Razlike u temperaturi, vlažnosti zraka i jačini vjetra nadaleko su poznate na otvorenom prostoru i u šumama, u bilju i na goletima, na padinama sjevernih i južnih ekspozicija itd. Posebna stabilna mikroklima javlja se u jazbinama, gnijezdima, dupljama. , pećine i druga zatvorena mjesta.

Taloženje. Osim što osiguravaju vodu i stvaraju rezerve vlage, mogu imati još jednu ekološku ulogu. Tako jaki kišni pljuskovi ili tuča ponekad imaju mehanički učinak na biljke ili životinje.

Posebno je raznolika ekološka uloga snježnog pokrivača. Dnevna kolebanja temperature prodiru u debljinu snijega samo do 25 cm, dublje se temperatura gotovo ne mijenja. Pri mrazima od -20-30 ° C, ispod sloja snijega od 30-40 cm, temperatura je samo malo ispod nule. Duboki snježni pokrivač štiti pupoljke obnove, štiti zelene dijelove biljaka od smrzavanja; mnoge vrste idu ispod snijega bez odbacivanja lišća, na primjer, dlakava kiselica, Veronica officinalis, papak itd.

Riža. 48. Shema telemetrijskog proučavanja temperaturnog režima lješnjaka smještenog u snježnoj rupi (prema A. V. Andreevu, A. V. Krechmaru, 1976.)

Male kopnene životinje također vode aktivan način života zimi, postavljajući čitave galerije prolaza pod snijegom iu njegovoj debljini. Za niz vrsta koje se hrane snježnim raslinjem karakteristično je čak i zimsko razmnožavanje, što je zabilježeno npr. kod leminga, šumskog i žutogrlog miša, jednog broja voluharica, vodenih štakora i dr. Ptice tetrijebe - ljeskarice, tetrijeb, tundra jarebice - ukopati se u snijeg za noć (Sl. 48).

Zimski snježni pokrivač sprječava velike životinje u traženju hrane. Mnogi papkari (sobovi, divlje svinje, mošusni govedi) zimi se hrane isključivo snježnim raslinjem, a duboki snježni pokrivač, a posebno tvrda kora na njegovoj površini koja se javlja u ledu, osuđuju ih na glad. Tijekom nomadskog stočarstva u predrevolucionarnoj Rusiji, velika katastrofa u južnim regijama bila je juta - masovni gubitak stoke kao posljedica susnježice, uskraćivanje životinjama hrane. Kretanje po labavom dubokom snijegu također je teško za životinje. Lisice, na primjer, u snježnim zimama preferiraju područja u šumi pod gustim stablima jele, gdje je sloj snijega tanji, i gotovo ne izlaze na otvorene proplanke i rubove. Dubina snježnog pokrivača može ograničiti geografsku distribuciju vrsta. Na primjer, pravi jeleni ne prodiru na sjever u područja gdje je debljina snijega zimi veća od 40-50 cm.

Bjelina snježnog pokrivača razotkriva tamne životinje. Odabir kamuflaže koja odgovara boji pozadine očito je odigrao veliku ulogu u pojavi sezonskih promjena boje kod bijele jarebice i jarebice tundre, planinskog zeca, hermelina, lasice i polarne lisice. Na Zapovjedničkim otocima, uz bijele lisice, ima mnogo plavih lisica. Prema zapažanjima zoologa, potonji se uglavnom drže u blizini tamnih stijena i nezaleđene trake za surfanje, dok bijelci preferiraju područja sa snježnim pokrivačem.

4.3. Tlo kao stanište

4.3.1. Značajke tla

Tlo je rahli, tanki površinski sloj zemlje u dodiru sa zrakom. Unatoč svojoj neznatnoj debljini, ovaj Zemljin omotač igra ključnu ulogu u širenju života. Tlo nije samo čvrsto tijelo, poput većine stijena litosfere, već složeni trofazni sustav u kojem su čvrste čestice okružene zrakom i vodom. Prožeto je šupljinama ispunjenim mješavinom plinova i vodenih otopina, pa se u njemu stvaraju izuzetno raznoliki uvjeti pogodni za život mnogih mikro i makroorganizama (slika 49). U tlu su kolebanja temperature izglađena u odnosu na površinski sloj zraka, a prisutnost podzemne vode i prodor oborina stvaraju zalihe vlage i osiguravaju režim vlage između vodenog i kopnenog okoliša. U tlu se koncentriraju rezerve organskih i mineralnih tvari dobivenih umirućom vegetacijom i leševima životinja. Sve to određuje visoku zasićenost tla životom.

Korijenski sustavi kopnenih biljaka koncentrirani su u tlu (slika 50).

Riža. 49. Podzemni prolazi Brandtove voluharice: A - pogled odozgo; B - pogled sa strane

Riža. pedeset. Postavljanje korijena u tlo stepskog černozema (prema M. S. Shalyt, 1950.)

U prosjeku postoji više od 100 milijardi stanica protozoa, milijuni rotifera i tardigrada, deseci milijuna nematoda, deseci i stotine tisuća krpelja i proljetnih repova, tisuće drugih člankonožaca, deseci tisuća enhitreida, deseci i stotine glista, mekušaca i drugih beskralježnjaka na 1 m 2 sloja tla. Osim toga, 1 cm 2 tla sadrži desetke i stotine milijuna bakterija, mikroskopskih gljiva, aktinomiceta i drugih mikroorganizama. U osvijetljenim površinskim slojevima u svakom gramu žive stotine tisuća fotosintetskih stanica zelenih, žutozelenih, dijatomeja i modrozelenih algi. Živi organizmi jednako su karakteristični za tlo kao i njegove nežive komponente. Stoga je V. I. Vernadsky pripisao tlo bioinertnim tijelima prirode, ističući njegovu zasićenost životom i neraskidivu povezanost s njim.

Heterogenost uvjeta u tlu najviše dolazi do izražaja u vertikalnom smjeru. S dubinom se dramatično mijenja niz najvažnijih čimbenika okoliša koji utječu na život stanovnika tla. Prije svega, to se odnosi na strukturu tla. U njemu se razlikuju tri glavna horizonta, različita po morfološkim i kemijskim svojstvima: 1) gornji humusno-akumulativni horizont A, u kojem se akumulira i transformira organska tvar i iz kojeg se dio spojeva odnosi vodom za pranje; 2) intruzijski horizont, ili iluvijal B, gdje se talože i transformiraju odozgo isprane tvari, i 3) matična stijena, ili horizont C, čiji se materijal pretvara u tlo.

Unutar svakog horizonta razlikuje se više frakcijskih slojeva, koji se također jako razlikuju po svojstvima. Na primjer, u umjerenom pojasu ispod crnogoričnih ili mješovitih šuma, horizont ALI sastoji se od jastučića (A 0)- sloj rastresite nakupine biljnih ostataka, tamno obojeni humusni sloj (A 1), u kojem su čestice organskog podrijetla pomiješane s mineralnim, te podzolni sloj (A 2)- pepeljastosive boje, u kojoj prevladavaju spojevi silicija, a sve topljive tvari ispiru se u dubinu profila tla. I struktura i kemija ovih slojeva vrlo su različiti, pa stoga korijenje biljaka i stanovnici tla, krećući se samo nekoliko centimetara gore ili dolje, padaju u različite uvjete.

Veličina šupljina između čestica tla, pogodnih za život životinja, obično se brzo smanjuje s dubinom. Na primjer, u livadskim tlima prosječni promjer šupljina na dubini od 0-1 cm je 3 mm, 1-2 cm, 2 mm, a na dubini od 2-3 cm samo 1 mm; dublje pore tla još su sitnije. Gustoća tla također se mijenja s dubinom. Najrahliji slojevi sadrže organsku tvar. Poroznost ovih slojeva određena je činjenicom da organske tvari spajaju mineralne čestice u veće agregate, među kojima se povećava volumen šupljina. Najgušći je obično iluvijalni horizont NA, cementiran koloidnim česticama ispranim u njega.

Vlaga u tlu prisutna je u različitim stanjima: 1) vezana (higroskopna i filmska) čvrsto je pričvršćena na površini čestica tla; 2) kapilara zauzima male pore i može se kretati duž njih u različitim smjerovima; 3) gravitacija ispunjava veće šupljine i polako curi prema dolje pod utjecajem gravitacije; 4) para se nalazi u zraku tla.

Sadržaj vode nije isti u različitim tlima iu različitim vremenima. Ako ima previše gravitacijske vlage, tada je režim tla blizak režimu vodenih tijela. U suhom tlu ostaje samo vezana voda, a uvjeti se približavaju onima na tlu. No, čak iu najsušnijim tlima zrak je vlažniji od tla, pa su stanovnici tla mnogo manje podložni opasnosti od isušivanja nego na površini.

Sastav zraka u tlu je promjenjiv. S dubinom sadržaj kisika naglo opada, a koncentracija ugljičnog dioksida raste. Zbog prisutnosti organskih tvari koje se raspadaju u tlu, zrak u tlu može sadržavati visoku koncentraciju otrovnih plinova kao što su amonijak, sumporovodik, metan itd. Kada je tlo poplavljeno ili biljni ostaci intenzivno trule, mogu se pojaviti potpuno anaerobni uvjeti. mjestimično se javljaju.

Oscilacije u temperaturi rezanja samo na površini tla. Ovdje mogu biti čak i jači nego u prizemnom sloju zraka. Međutim, sa svakim centimetrom dubine dnevne i sezonske promjene temperature postaju sve manje vidljive na dubini od 1-1,5 m (Sl. 51).

Riža. 51. Smanjenje godišnjih kolebanja temperature tla s dubinom (prema K. Schmidt-Nilson, 1972). Zasjenjeni dio je raspon godišnjih kolebanja temperature

Sve ove značajke dovode do činjenice da, unatoč velikoj heterogenosti okolišnih uvjeta u tlu, ono djeluje kao prilično stabilna okolina, posebno za pokretne organizme. Strmi gradijent temperature i vlažnosti u profilu tla omogućuje životinjama u tlu da si osiguraju prikladno ekološko okruženje kroz manje pokrete.

4.3.2. Stanovnici tla

Heterogenost tla dovodi do činjenice da za organizme različitih veličina ono djeluje kao različit okoliš. Za mikroorganizme je ogromna ukupna površina čestica tla od posebne važnosti, budući da je velika većina mikrobne populacije adsorbirana na njima. Složenost okoliša tla stvara široku raznolikost uvjeta za različite funkcionalne skupine: aerobi i anaerobi, potrošači organskih i mineralnih spojeva. Raspored mikroorganizama u tlu karakterizira mala žarišta, budući da se i preko nekoliko milimetara mogu zamijeniti različite ekološke zone.

Za male životinje u tlu (sl. 52, 53), koje su objedinjene pod nazivom mikrofauna (praživotinje, rotiferi, tardigrade, nematode i dr.), tlo je sustav mikrorezervoara. U biti, to su vodeni organizmi. Žive u porama tla ispunjenim gravitacijskom ili kapilarnom vodom, a dio života može, poput mikroorganizama, biti u adsorbiranom stanju na površini čestica u tankim slojevima filma vlage. Mnoge od ovih vrsta žive u običnim vodenim tijelima. Međutim, oblici tla mnogo su manji od slatkovodnih, a osim toga, odlikuju se sposobnošću da dugo ostanu u zatvorenom stanju, čekajući nepovoljna razdoblja. Dok su slatkovodne amebe veličine 50-100 mikrona, zemljišne su samo 10-15. Predstavnici flagelata su posebno mali, često samo 2-5 mikrona. Tla ciliati također imaju patuljaste veličine i, štoviše, mogu uvelike promijeniti oblik tijela.

Riža. 52. Testate ameba hrani se bakterijama na raspadajućem lišću šumskog poda

Riža. 53. Mikrofauna tla (prema W. Dungeru, 1974.):

1–4 - bičevi; 5–8 - gola ameba; 9-10 - testate ameba; 11–13 - cilijate; 14–16 - valjkasti crvi; 17–18 - rotifers; 19–20 – tardigrade

Za malo veće životinje koje udišu zrak, tlo se čini kao sustav plitkih špilja. Takve su životinje grupirane pod nazivom mezofauna (Slika 54). Veličine predstavnika mezofaune tla kreću se od desetina do 2-3 mm. U ovu skupinu spadaju uglavnom člankonošci: brojne skupine krpelja, primarni beskrilni kukci (proljetorepi, proture, dvorepi kukci), male vrste krilatih kukaca, stonoge symphyla itd. Nemaju posebne prilagodbe za kopanje. Pužu po zidovima zemljanih šupljina uz pomoć udova ili se migolje poput crva. Zrak tla zasićen vodenom parom omogućuje vam disanje kroz pokrivače. Mnoge vrste nemaju trahealni sustav. Takve su životinje vrlo osjetljive na isušivanje. Glavno sredstvo spasa od fluktuacija vlažnosti zraka za njih je kretanje u unutrašnjost. Ali mogućnost migracije duboko u šupljine tla ograničena je brzim smanjenjem promjera pora, tako da se samo najmanje vrste mogu kretati kroz jame tla. Veći predstavnici mezofaune imaju neke prilagodbe koje im omogućuju da podnose privremeno smanjenje vlažnosti zraka u tlu: zaštitne ljuske na tijelu, djelomičnu nepropusnost ovojnice, čvrstu školjku debelih stijenki s epikutikulom u kombinaciji s primitivnim sustavom dušnika koji osigurava disanje.

Riža. 54. Mezofauna tla (bez W. Danger, 1974):

1 - lažni skorjon; 2 - Gama nova baklja; 3–4 grinje školjke; 5 – stonoga pauroioda; 6 – larva komarca hironomida; 7 - buba iz obitelji. Ptiliidae; 8–9 opruge

Predstavnici mezofaune doživljavaju razdoblja preplavljivanja tla vodom u mjehurićima zraka. Zrak se zadržava oko tijela životinja zahvaljujući njihovim nekvasnim integumentima, koji su također opremljeni dlakama, ljuskama itd. Zračni mjehurić služi maloj životinji kao neka vrsta "fizičke škrge". Disanje se odvija zahvaljujući difuziji kisika u zračni sloj iz okolne vode.

Predstavnici mikro- i mezofaune mogu tolerirati zimsko smrzavanje tla, jer većina vrsta ne može sići s slojeva izloženih negativnim temperaturama.

Veće životinje tla, veličine tijela od 2 do 20 mm, nazivaju se predstavnicima makro fauna (Slika 55). To su ličinke kukaca, stonoge, enhitreide, gujavice i dr. Za njih je tlo gusti medij koji pruža značajan mehanički otpor pri kretanju. Ovi relativno veliki oblici kreću se u tlu ili širenjem prirodnih bunara guranjem čestica tla ili kopanjem novih prolaza. Oba načina kretanja ostavljaju trag na vanjskoj građi životinja.

Riža. 55. Makrofauna tla (bez W. Danger, 1974):

1 - glista; 2 – drvena uši; 3 – labiopodna stonoga; 4 – dvonožna stonoga; 5 - ličinka kornjaša; 6 – ličinka kliktača; 7 – snositi; 8 - ličinka ličinke

Sposobnost kretanja duž tankih rupa, gotovo bez pribjegavanja kopanju, svojstvena je samo vrstama koje imaju tijelo s malim poprečnim presjekom koje se može snažno savijati u zavojitim prolazima (stonoge - koštunice i geofili). Gurajući čestice tla zbog pritiska tjelesnih stijenki, kreću se gliste, ličinke komaraca stonoge itd. Učvrstivši stražnji kraj, istanjuju i izdužuju prednji, prodirući u uske pukotine tla, zatim fiksiraju prednji dio. tijela i povećati mu promjer. Istodobno se u proširenom području radom mišića stvara jak hidraulički tlak nestlačive intrakavitarne tekućine: kod crva sadržaj koelomičnih vrećica, a kod tipulida hemolimfa. Pritisak se prenosi kroz stijenke tijela na tlo i tako životinja širi bunar. Istodobno, otvoreni prolaz ostaje iza, što prijeti povećanjem isparavanja i potjere za grabežljivcima. Mnoge su vrste razvile prilagodbe na ekološki korisniju vrstu kretanja u tlu - kopanje s začepljenjem prolaza iza. Kopanje se provodi rahljenjem i grabljanjem čestica zemlje. Za to, ličinke raznih insekata koriste prednji kraj glave, mandibule i prednje udove, proširene i ojačane debelim slojem hitina, bodljama i izraslinama. Na stražnjem kraju tijela razvijaju se naprave za snažnu fiksaciju - uvlačivi nosači, zupci, kuke. Za zatvaranje prolaza na posljednjim segmentima, brojne vrste imaju posebnu udubljenu platformu, uokvirenu kitinskim stranama ili zubima, neku vrstu kolica. Slična područja formiraju se na stražnjoj strani elitre kod potkornjaka, koji ih također koriste za začepljenje prolaza brašnom za bušenje. Zatvarajući prolaz iza sebe, životinje - stanovnici tla stalno su u zatvorenoj komori, zasićenoj isparavanjem vlastitog tijela.

Razmjena plinova većine vrsta ove ekološke skupine provodi se uz pomoć specijaliziranih dišnih organa, ali uz to se nadopunjuje izmjenom plinova kroz integumente. Moguće je čak i isključivo kožno disanje, na primjer, kod glista, enhitreida.

Životinje koje se kopaju mogu napustiti slojeve u kojima nastaju nepovoljni uvjeti. U suši i zimi koncentriraju se u dubljim slojevima, obično nekoliko desetaka centimetara od površine.

Megafauna tla su velike iskopine, uglavnom među sisavcima. Brojne vrste provedu cijeli život u tlu (krtice, krtice, zokori, euroazijske krtice, zlatne krtice

Africi, tobolčarske krtice u Australiji itd.). Oni prave cijele sustave prolaza i rupa u tlu. Izgled i anatomske značajke ovih životinja odražavaju njihovu prilagodljivost podzemnom načinu života. Imaju nerazvijene oči, zbijeno, valjkasto tijelo s kratkim vratom, kratko gusto krzno, snažne udove za kopanje s jakim pandžama. Krtice i voluharice rahle tlo dlijetom. U megafaunu tla treba uključiti i velike oligohete, posebno predstavnike obitelji Megascolecidae koji žive u tropima i južnoj hemisferi. Najveći od njih, australski Megascolides australis, doseže duljinu od 2,5 pa čak i 3 m.

Osim stalnih stanovnika tla, velika ekološka skupina može se razlikovati među velikim životinjama. stanovnici jazbina (temenice, svisci, jerboi, zečevi, jazavci i dr.). Hrane se na površini, ali se razmnožavaju, hiberniraju, odmaraju i bježe od opasnosti u tlu. Brojne druge životinje koriste njihove jazbine, nalazeći u njima povoljnu mikroklimu i sklonište od neprijatelja. Norniki imaju strukturne značajke karakteristične za kopnene životinje, ali imaju niz prilagodbi povezanih s načinom života ukopavanja. Na primjer, jazavci imaju duge kandže i snažne mišiće na prednjim udovima, usku glavu i male ušne školjke. U odnosu na zečeve koji ne rope, kunići imaju znatno skraćene uši i stražnje noge, jaču lubanju, jače kosti i mišiće podlaktica itd.

Po nizu ekoloških svojstava tlo je posredni medij između vode i tla. Tlo se vodenom okolišu približava svojim temperaturnim režimom, smanjenim sadržajem kisika u zraku tla, njegovom zasićenošću vodenom parom i prisutnošću vode u drugim oblicima, prisutnošću soli i organskih tvari u otopinama tla te sposobnost kretanja u tri dimenzije.

Prisutnost zraka u tlu, opasnost od isušivanja u gornjim horizontima i prilično oštre promjene temperaturnog režima površinskih slojeva približavaju tlo zračnom okruženju.

Srednja ekološka svojstva tla kao staništa životinja upućuju na to da je tlo imalo posebnu ulogu u evoluciji životinjskog svijeta. Mnogim skupinama, posebice člankonošcima, tlo je služilo kao medij preko kojeg su izvorno vodeni stanovnici mogli prijeći na kopneni način života i osvojiti kopno. Ovaj put evolucije člankonožaca dokazan je radovima M. S. Gilyarova (1912–1985).

4.4. Živi organizmi kao stanište

Mnoge vrste heterotrofnih organizama cijeli život ili dio životnog ciklusa žive u drugim živim bićima, čija tijela im služe kao okoliš koji se po svojstvima bitno razlikuje od vanjskog.

Riža. 56. Jahač koji zaražuje lisne uši

Riža. 57. Rezana žuč na listu bukve s ličinkom žučne mušice Mikiola fagi

Značajka okoliša tlo-zrak je da su organizmi koji ovdje žive okruženi zrakom, koji je mješavina plinova, a ne njihovih spojeva. Zrak kao čimbenik okoliša karakterizira postojan sastav – sadrži 78,08% dušika, oko 20,9% kisika, oko 1% argona i 0,03% ugljičnog dioksida. Zbog ugljičnog dioksida i vode dolazi do sintetizacije organske tvari i oslobađanja kisika. Tijekom disanja dolazi do reakcije suprotne fotosintezi – potrošnje kisika. Kisik se pojavio na Zemlji prije otprilike 2 milijarde godina, kada se površina našeg planeta formirala tijekom aktivne vulkanske aktivnosti. U posljednjih 20 milijuna godina došlo je do postupnog povećanja sadržaja kisika. Glavnu ulogu u tome odigrao je razvoj biljnog svijeta kopna i oceana. Bez zraka ne mogu postojati ni biljke, ni životinje, ni aerobni mikroorganizmi. Većina životinja u ovom okruženju kreće se po čvrstoj podlozi – tlu. Zrak kao plinoviti životni medij karakterizira niska vlažnost, gustoća i tlak te visok sadržaj kisika. Okolišni čimbenici koji djeluju u tlu-zrak razlikuju se u nizu specifičnih značajki: svjetlost je ovdje intenzivnija u usporedbi s drugim sredinama, temperatura je podvrgnuta snažnijim fluktuacijama, a vlažnost značajno varira ovisno o geografskom položaju, godišnjem dobu i vremenu. dan.

Prilagodbe na zračnu sredinu.

Najspecifičniji među stanovnicima zračnog okoliša su, naravno, leteći oblici. Već značajke izgleda organizma omogućuju uočavanje njegovih prilagodbi na let. Prije svega o tome svjedoči oblik njegova tijela.

Oblik tijela:

• racionalizacija tijela (ptica),
• prisutnost aviona za oslanjanje na zrak (krila, padobran),
• lagana konstrukcija (šuplje kosti),
• prisutnost krila i drugih naprava za let (leteće membrane, na primjer),
• Reljef udova (skraćivanje, smanjenje mišićne mase).

Životinje koje trče također imaju karakteristične osobine po kojima je lako prepoznati dobrog trkača, a ako se kreće skakanjem, onda skakača:

• snažni, ali lagani udovi (konj),
• smanjenje nožnih prstiju (konj, antilopa),
• vrlo snažni stražnji udovi i skraćeni prednji udovi (zec, klokan),
• Zaštitni rožnati papci na prstima (kopitari, kurje oči).

Organizmi penjači imaju različite prilagodbe. Mogu biti zajedničke biljkama i životinjama ili se mogu razlikovati. Za penjanje se može koristiti i osebujan oblik tijela:

• tanko dugo tijelo, čije petlje mogu poslužiti kao oslonac pri penjanju (zmija, liana),
• dugački savitljivi udovi za hvatanje ili prianjanje, a možda i isti rep (majmuni);
• Izrasline tijela - antene, kuke, korijenje (grašak, kupina, bršljan);
• oštre kandže na udovima ili duge kandže, kukasti ili jaki prsti za hvatanje (vjeverica, lenjivac, majmun);
• snažni mišići udova koji vam omogućuju da povučete tijelo i bacite ga s grane na granu (orangutan, gibon).

Neki su organizmi stekli neku vrstu univerzalnosti prilagodbi na dvoje odjednom. Kod penjačkih oblika moguća je i kombinacija znakova penjanja i leta. Mnogi od njih mogu, popevši se na visoko drvo, napraviti duge skokove-letove. To su slične prilagodbe kod stanovnika istog staništa. Često postoje životinje sposobne za brzo trčanje i let, istovremeno noseći oba skupa ovih prilagodbi.

Postoje kombinacije adaptivnih svojstava u organizmu za život u različitim okruženjima. Takve paralelne skupove prilagodbi nose sve vodozemne životinje. Neki plutajući čisto vodeni organizmi također imaju prilagodbe za let. Razmislite o letećoj ribi ili čak lignji. Za rješavanje jednog ekološkog problema mogu se koristiti različite prilagodbe. Dakle, sredstvo toplinske izolacije kod medvjeda, arktičkih lisica je gusto krzno, zaštitne boje. Zahvaljujući zaštitnoj boji, organizam postaje teško prepoznatljiv i stoga zaštićen od grabežljivaca. Ptičja jaja položena na pijesak ili na tlo siva su i smeđa s mrljama, slična boji okolnog tla. U slučajevima kada jaja nisu dostupna predatorima, obično su lišena boje. Gusjenice leptira često su zelene, boje lišća, ili tamne, boje kore ili zemlje. Pustinjske životinje u pravilu imaju žuto-smeđu ili pješčano-žutu boju. Monokromatska zaštitna boja karakteristična je za kukce (skakavce) i male guštere, kao i za velike kopitare (antilope) i grabežljivce (lav). Disecirajuća zaštitna boja u obliku naizmjeničnih svijetlih i tamnih pruga i mrlja na tijelu. Zebre i tigrove teško je vidjeti već na udaljenosti od 50 - 40 m zbog podudarnosti pruga na tijelu s izmjenom svjetla i sjene u okolini. Disecirajuća boja narušava koncept kontura tijela, zastrašujuća (upozoravajuća) boja također pruža zaštitu organizmima od neprijatelja. Svijetla boja obično je karakteristična za otrovne životinje i upozorava grabežljivce na nejestivost predmeta napada. Učinkovitost bojenja upozorenja bila je uzrokom vrlo zanimljive pojave-imitacije - mimikrije. Tvorbe u obliku tvrdog hitinskog omotača kod člankonožaca (bube, rakovi), ljuštura kod mekušaca, ljuskica kod krokodila, oklopa kod armadila i kornjača dobro ih štite od mnogih neprijatelja. Istome služe i pera ježa i dikobraza. Usavršavanje aparata za kretanje, živčanog sustava, osjetilnih organa, razvoj sredstava napada kod grabežljivaca. Kemijski organi insekata nevjerojatno su osjetljivi. Mužjake gubara privlači miris mirisne žlijezde ženke s udaljenosti od 3 km. Kod nekih je leptira osjetljivost receptora za okus 1000 puta veća od osjetljivosti receptora ljudskog jezika. Noćni predatori, poput sova, savršeno vide u mraku. Neke zmije imaju dobro razvijenu sposobnost termolokacije. Oni razlikuju objekte na daljinu ako je razlika u njihovim temperaturama samo 0,2 °C.

Državna akademija Sankt Peterburga

Veterinarska medicina.

Zavod za opću biologiju, ekologiju i histologiju.

Sažetak o ekologiji na temu:

Prizemno-zračni okoliš, njegovi čimbenici

i prilagodbe organizama na njih

Izvršio: student 1. god

Oh grupa Pyatochenko N. L.

Provjerio: izvanredni profesor Katedre

Vakhmistrova S. F.

St. Petersburg

Uvod

Uvjeti života (uvjeti egzistencije) su skup elemenata potrebnih tijelu, s kojima je ono neraskidivo povezano i bez kojih ne može postojati.

Prilagodbe organizma na okoliš nazivaju se prilagodbama. Sposobnost prilagodbe jedno je od glavnih svojstava života uopće, koje omogućuje njegovo postojanje, opstanak i reprodukciju. Prilagodba se očituje na različitim razinama – od biokemije stanica i ponašanja pojedinih organizama do strukture i funkcioniranja zajednica i ekosustava. Prilagodbe nastaju i mijenjaju se tijekom evolucije vrste.

Zasebna svojstva ili elementi okoliša koji utječu na organizme nazivaju se okolišnim čimbenicima. Čimbenici okoliša su različiti. Imaju drugačiju prirodu i specifičnost djelovanja. Čimbenici okoliša dijele se u dvije velike skupine: abiotski i biotički.

Abiotski čimbenici- ovo je kompleks uvjeta anorganskog okoliša koji izravno ili neizravno utječu na žive organizme: temperatura, svjetlost, radioaktivno zračenje, tlak, vlažnost zraka, sastav soli vode itd.

Biotički čimbenici su svi oblici utjecaja živih organizama jednih na druge. Svaki organizam stalno doživljava izravan ili neizravan utjecaj drugih, stupajući u komunikaciju s predstavnicima svoje i drugih vrsta.

U nekim slučajevima antropogeni čimbenici izdvajaju se u samostalnu skupinu uz biotičke i abiotičke čimbenike, čime se naglašava izvanredno djelovanje antropogenog čimbenika.

Antropogeni čimbenici su svi oblici aktivnosti ljudskog društva koji dovode do promjene prirode kao staništa drugih vrsta ili izravno utječu na njihov život. Značaj antropogenog utjecaja na cjelokupni živi svijet Zemlje i dalje ubrzano raste.

Promjene okolišnih čimbenika tijekom vremena mogu biti:

1) redovita-konstantna, promjenjiva snaga utjecaja u vezi s dobom dana, godišnjim dobom ili ritmom plime i oseke u oceanu;

2) nepravilne, bez jasne periodičnosti, na primjer, promjene vremenskih uvjeta u različitim godinama, oluje, pljuskovi, blato itd.;

3) usmjerena na određena ili duga vremenska razdoblja, na primjer, hlađenje ili zagrijavanje klime, zarastanje akumulacije itd.

Čimbenici okoliša mogu imati različite učinke na žive organizme:

1) kao iritanti, uzrokujući adaptivne promjene u fiziološkim i biokemijskim funkcijama;

2) kao ograničenja, koja uzrokuju nemogućnost postojanja podataka

Uvjeti;

3) kao modifikatori koji uzrokuju anatomske i morfološke promjene u organizmima;

4) kao signali koji ukazuju na promjenu drugih čimbenika.

Unatoč velikoj raznolikosti okolišnih čimbenika, u prirodi njihove interakcije s organizmima i reakcijama živih bića može se razlikovati niz općih obrazaca.

Intenzitet ekološkog čimbenika, najpovoljniji za život organizma, je optimum, a koji daje najlošiji učinak je pesimum, tj. uvjeti u kojima je vitalna aktivnost organizma maksimalno inhibirana, ali ipak može postojati. Dakle, kada se biljke uzgajaju u različitim temperaturnim uvjetima, točka u kojoj se opaža maksimalni rast bit će optimalna. U većini slučajeva to je određeni temperaturni raspon od nekoliko stupnjeva, pa je ovdje bolje govoriti o optimalnoj zoni. Cjelokupni temperaturni raspon (od minimuma do maksimuma), pri kojem je rast još moguć, naziva se raspon stabilnosti (izdržljivosti), odnosno tolerancije. Točka koja ograničava njegove (tj. minimalne i maksimalne) temperature pogodne za život je granica stabilnosti. Između optimalne zone i granice stabilnosti, kako se potonja približava, biljka doživljava sve veći stres, tj. govorimo o zonama stresa, odnosno zonama potlačenosti, unutar raspona stabilnosti

Ovisnost djelovanja okolišnog čimbenika o njegovom intenzitetu (prema V.A. Radkevichu, 1977.)

Kako se ljestvica pomiče gore-dolje, ne samo da raste stres, već u konačnici, kada se dosegnu granice otpornosti organizma, dolazi do njegove smrti. Slični pokusi mogu se provesti kako bi se ispitao utjecaj drugih čimbenika. Rezultati će grafički pratiti sličnu vrstu krivulje.

Prizemno-zračni okoliš života, njegove karakteristike i oblici prilagodbe na njega.

Život na kopnu zahtijevao je takve prilagodbe koje su bile moguće samo kod visoko organiziranih živih organizama. Prizemno-zračni okoliš je teži za život, karakterizira ga visok sadržaj kisika, mala količina vodene pare, niska gustoća itd. Time su se uvelike promijenili uvjeti disanja, izmjene vode i kretanja živih bića.

Mala gustoća zraka uvjetuje njegovu malu silu dizanja i neznatnu nosivost. Zračni organizmi moraju imati vlastiti potporni sustav koji podupire tijelo: biljke - različita mehanička tkiva, životinje - čvrsti ili hidrostatski kostur. Osim toga, svi stanovnici zračnog okoliša usko su povezani s površinom zemlje, koja im služi za pričvršćivanje i oslonac.

Niska gustoća zraka osigurava mali otpor kretanju. Stoga su mnoge kopnene životinje stekle sposobnost letenja. 75% svih kopnenih stvorenja, uglavnom kukaca i ptica, prilagodilo se aktivnom letu.

Zbog pokretljivosti zraka, vertikalnih i horizontalnih strujanja zračnih masa koje postoje u nižim slojevima atmosfere, moguće je pasivno letenje organizama. S tim u vezi, mnoge su vrste razvile anemohoriju - preseljenje uz pomoć zračnih struja. Anemohorija je karakteristična za spore, sjemenke i plodove biljaka, ciste protozoa, male insekte, paukove itd. Organizmi koji se pasivno prenose zračnim strujama zajednički se nazivaju aeroplankton.

Kopneni organizmi egzistiraju u uvjetima relativno niskog tlaka zbog niske gustoće zraka. Normalno je jednak 760 mm Hg. Kako se nadmorska visina povećava, tlak se smanjuje. Nizak tlak može ograničiti distribuciju vrsta u planinama. Za kralježnjake je gornja granica života oko 60 mm. Pad tlaka povlači za sobom smanjenje opskrbe kisikom i dehidraciju životinja zbog povećanja brzine disanja. Približno iste granice napredovanja u planinama imaju više biljke. Nešto su otporniji člankonošci koji se nalaze na ledenjacima iznad vegetacijske granice.

Plinski sastav zraka. Osim fizikalnih svojstava zračnog okoliša, za postojanje kopnenih organizama vrlo su važna i njegova kemijska svojstva. Plinski sastav zraka u površinskom sloju atmosfere prilično je homogen u pogledu sadržaja glavnih komponenti (dušik - 78,1%, kisik - 21,0%, argon 0,9%, ugljični dioksid - 0,003% po volumenu).

Visok sadržaj kisika pridonio je povećanju metabolizma kopnenih organizama u usporedbi s primarnim vodenim. Upravo u kopnenom okruženju, na temelju visoke učinkovitosti oksidativnih procesa u tijelu, nastala je životinjska homeotermija. Kisik, zbog stalno visokog sadržaja u zraku, nije ograničavajući čimbenik za život u kopnenom okolišu.

Sadržaj ugljičnog dioksida može varirati u određenim područjima površinskog sloja zraka u prilično značajnim granicama. Povećana zasićenost zraka CO? javlja se u zonama vulkanske aktivnosti, u blizini termalnih izvora i drugih podzemnih izvora ovog plina. U visokim koncentracijama ugljikov dioksid je otrovan. U prirodi su takve koncentracije rijetke. Nizak sadržaj CO2 usporava proces fotosinteze. U zatvorenim uvjetima možete povećati stopu fotosinteze povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida. Ovo se koristi u praksi staklenika i staklenika.

Dušik iz zraka za većinu stanovnika kopnenog okoliša je inertni plin, ali pojedini mikroorganizmi (kvržične bakterije, dušične bakterije, modrozelene alge i dr.) imaju sposobnost vezati ga i uključiti u biološki ciklus tvari.

Nedostatak vlage jedna je od bitnih značajki prizemno-zračnog okoliša života. Cijela evolucija kopnenih organizama bila je u znaku prilagodbe na crpljenje i očuvanje vlage. Načini vlažnosti okoliša na kopnu vrlo su raznoliki - od potpune i stalne zasićenosti zraka vodenom parom u nekim područjima tropskih krajeva do njihove gotovo potpune odsutnosti u suhom zraku pustinja. Također je značajna dnevna i sezonska varijabilnost sadržaja vodene pare u atmosferi. Opskrbljenost kopnenih organizama vodom ovisi i o načinu padalina, prisutnosti rezervoara, zalihama vlage u tlu, blizini podzemnih voda i dr.

To je dovelo do razvoja prilagodbi kopnenih organizama na različite režime opskrbe vodom.

Temperaturni režim. Sljedeća značajka razlikovanja okoliša zrak-tlo su značajne temperaturne fluktuacije. Na većini kopnenih područja dnevne i godišnje amplitude temperature iznose desetke stupnjeva. Otpornost na promjene temperature u okolišu kopnenih stanovnika vrlo je različita, ovisno o određenom staništu u kojem žive. Međutim, općenito, kopneni organizmi mnogo su euritermniji od vodenih.

Uvjete života u prizemno-zračnom okruženju dodatno otežava postojanje vremenskih promjena. Vrijeme - kontinuirano promjenjiva stanja atmosfere u blizini posuđene površine, do visine od oko 20 km (granica troposfere). Promjenjivost vremena očituje se u stalnoj promjeni kombinacije čimbenika okoliša kao što su temperatura, vlažnost zraka, naoblaka, oborine, snaga i smjer vjetra itd. Dugogodišnji vremenski režim karakterizira klimu područja. Pojam "Klima" uključuje ne samo prosječne vrijednosti meteoroloških pojava, već i njihov godišnji i dnevni tijek, odstupanje od njih i njihovu učestalost. Klima je određena geografskim uvjetima područja. Glavni klimatski čimbenici - temperatura i vlaga - mjere se količinom padalina i zasićenošću zraka vodenom parom.

Za većinu kopnenih organizama, osobito malih, klima područja nije toliko važna koliko uvjeti njihovog neposrednog staništa. Vrlo često lokalni elementi okoliša (reljef, ekspozicija, vegetacija i dr.) mijenjaju režim temperatura, vlažnosti, svjetlosti, kretanja zraka na određenom području na način da se on bitno razlikuje od klimatskih uvjeta tog područja. Takve promjene klime, koje se oblikuju u površinskom sloju zraka, nazivaju se mikroklima. U svakoj zoni mikroklima je vrlo raznolika. Mogu se izdvojiti mikroklime vrlo malih površina.

Svjetlosni režim prizemno-zračnog okruženja također ima neke značajke. Intenzitet i količina svjetlosti ovdje su najveći i praktički ne ograničavaju život zelenih biljaka, kao u vodi ili tlu. Na kopnu je moguće postojanje izrazito fotofilnih vrsta. Za veliku većinu kopnenih životinja s dnevnom, pa čak i noćnom aktivnošću, vid je jedan od glavnih načina orijentacije. Kod kopnenih životinja vid je neophodan za pronalaženje plijena, a mnoge vrste imaju čak i vid u boji. U tom smislu, žrtve razvijaju takve adaptivne značajke kao što su obrambena reakcija, maskiranje i bojanje upozorenja, mimika itd.

U vodenom životu takve su prilagodbe mnogo manje razvijene. Pojava jarko obojenih cvjetova viših biljaka također je povezana s osobitostima aparata oprašivača i, na kraju, sa svjetlosnim režimom okoliša.

Reljef terena i svojstva tla također su uvjeti za život kopnenih organizama, a prije svega biljaka. Svojstva zemljine površine koja imaju ekološki utjecaj na njezine stanovnike objedinjuju "edafski čimbenici okoliša" (od grčkog "edafos" - "tlo").

S obzirom na različita svojstva tla, mogu se razlikovati brojne ekološke skupine biljaka. Dakle, prema reakciji na kiselost tla, razlikuju se:

1) acidofilne vrste - rastu na kiselim tlima s pH od najmanje 6,7 (biljke sphagnum močvara);

2) neutrofili imaju tendenciju rasta na tlima s pH 6,7–7,0 (većina kultiviranih biljaka);

3) bazifilni rastu na pH iznad 7,0 (mordovnik, šumska žarnica);

4) indiferentni mogu rasti na tlima s različitim pH vrijednostima (đurđica).

Biljke se razlikuju i po vlažnosti tla. Određene vrste su ograničene na različite podloge, na primjer, petrofiti rastu na kamenitim tlima, a pazmofiti nastanjuju slobodno protočne pijeske.

Teren i priroda tla utječu na specifičnosti kretanja životinja: na primjer, kopitari, nojevi, droplje koji žive na otvorenim prostorima, tvrdom tlu, kako bi se poboljšala odbojnost pri trčanju. U guštera koji žive u rastresitom pijesku, prsti su obrubljeni rožnatim ljuskama koje povećavaju oslonac. Za kopnene stanovnike koji kopaju rupe, gusto tlo je nepovoljno. Priroda tla u određenim slučajevima utječe na rasprostranjenost kopnenih životinja koje kopaju rupe ili se ukopavaju u zemlju, polažu jaja u tlo i sl.

O sastavu zraka.

Plinski sastav zraka koji udišemo sastoji se od 78% dušika, 21% kisika i 1% ostalih plinova. Ali u atmosferi velikih industrijskih gradova taj se omjer često krši. Značajan udio čine štetne nečistoće uzrokovane emisijama iz poduzeća i vozila. Motornim prometom u atmosferu se unose brojne nečistoće: ugljikovodici nepoznatog sastava, benzo (a) piren, ugljikov dioksid, sumporni i dušikovi spojevi, olovo, ugljikov monoksid.

Atmosfera se sastoji od mješavine niza plinova - zraka, u kojoj su suspendirane koloidne nečistoće - prašina, kapljice, kristali itd. Sastav atmosferskog zraka malo se mijenja s visinom. No, počevši od visine od oko 100 km, uz molekularni kisik i dušik, kao rezultat disocijacije molekula pojavljuje se i atomski kisik, te počinje gravitacijsko razdvajanje plinova. Iznad 300 km u atmosferi prevladava atomski kisik, iznad 1000 km - helij, a zatim atomski vodik. Tlak i gustoća atmosfere opadaju s visinom; oko polovice ukupne mase atmosfere koncentrirano je u donjih 5 km, 9/10 - u donjih 20 km i 99,5% - u donjih 80 km. Na visinama od oko 750 km gustoća zraka pada na 10-10 g/m3 (dok je blizu površine zemlje oko 103 g/m3), no i tako niska gustoća još uvijek je dovoljna za pojavu polarne svjetlosti. Atmosfera nema oštru gornju granicu; gustoća njegovih sastavnih plinova

Sastav atmosferskog zraka koji svatko od nas udiše uključuje nekoliko plinova, od kojih su glavni: dušik (78,09%), kisik (20,95%), vodik (0,01%) ugljični dioksid (ugljični dioksid) (0,03%) i inertni plinovi (0,93%). Osim toga, u zraku uvijek postoji određena količina vodene pare, čija se količina uvijek mijenja s temperaturom: što je temperatura viša, to je veći sadržaj pare i obrnuto. Zbog kolebanja količine vodene pare u zraku promjenjiv je i postotak plinova u njemu. Svi plinovi u zraku su bez boje i mirisa. Težina zraka varira ne samo ovisno o temperaturi, već i o sadržaju vodene pare u njemu. Pri istoj temperaturi težina suhog zraka veća je od težine vlažnog zraka jer vodena para je puno lakša od zračne pare.

Tablica prikazuje plinski sastav atmosfere u volumetrijskom omjeru mase, kao i životni vijek glavnih komponenti:

komponenta	% po volumenu	% mase
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
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

Svojstva plinova koji čine atmosferski zrak mijenjaju se pod pritiskom.

Na primjer: kisik pod tlakom većim od 2 atmosfere ima toksični učinak na tijelo.

Dušik pod tlakom preko 5 atmosfera djeluje narkotično (trovanje dušikom). Brzo izdizanje iz dubine uzrokuje dekompresijsku bolest zbog brzog oslobađanja mjehurića dušika iz krvi, kao da je pjeni.

Povećanje ugljičnog dioksida za više od 3% u respiratornoj smjesi uzrokuje smrt.

Svaka komponenta koja je dio zraka, s povećanjem tlaka do određenih granica, postaje otrov koji može otrovati tijelo.

Studije plinskog sastava atmosfere. atmosferska kemija

Za povijest brzog razvoja relativno mlade grane znanosti zvane atmosferska kemija, najprikladniji je izraz "spurt" (bacanje) koji se koristi u brzim sportovima. Pucanj iz startnog pištolja, možda, bila su dva članka objavljena početkom 1970-ih. Bavili su se mogućim uništavanjem stratosferskog ozona dušikovim oksidima – NO i NO2. Prvi je pripadao budućem nobelovcu, a potom djelatniku Stockholmskog sveučilišta, P. Krutzenu, koji je vjerojatnim izvorom dušikovih oksida u stratosferi smatrao prirodni dušikov oksid N2O koji se raspada pod djelovanjem sunčeve svjetlosti. Autor drugog članka, kemičar sa kalifornijskog sveučilišta Berkeley G. Johnston, sugerirao je da se dušikovi oksidi pojavljuju u stratosferi kao rezultat ljudske aktivnosti, naime iz emisija produkata izgaranja iz mlaznih motora na velikim visinama. zrakoplov.

Naravno, gornje hipoteze nisu nastale od nule. Omjer barem glavnih komponenti u atmosferskom zraku - molekula dušika, kisika, vodene pare itd. - bio je poznat mnogo ranije. Već u drugoj polovici XIX stoljeća. u Europi su izvršena mjerenja koncentracije ozona u površinskom zraku. Tridesetih godina prošlog stoljeća engleski znanstvenik S. Chapman otkrio je mehanizam nastanka ozona u čisto kisikovoj atmosferi, ukazujući na skup međudjelovanja atoma i molekula kisika, kao i ozona u odsutnosti bilo koje druge komponente zraka. Međutim, kasnih 1950-ih meteorološka raketna mjerenja pokazala su da u stratosferi ima mnogo manje ozona nego što bi trebalo biti prema Chapmanovu reakcijskom ciklusu. Iako je ovaj mehanizam do danas temeljan, postalo je jasno da postoje i neki drugi procesi koji su također aktivno uključeni u stvaranje atmosferskog ozona.

Vrijedno je spomenuti da su do početka 1970-ih saznanja u području atmosferske kemije uglavnom stečena zahvaljujući naporima pojedinih znanstvenika, čija istraživanja nisu bila objedinjena nikakvim društveno značajnim konceptom i najčešće su bila čisto akademska. Još jedna stvar je rad Johnstona: prema njegovim proračunima, 500 zrakoplova, koji lete 7 sati dnevno, mogli bi smanjiti količinu stratosferskog ozona za najmanje 10%! A da su te ocjene pravedne, onda bi problem odmah postao socio-ekonomski, jer bi u tom slučaju svi programi razvoja nadzvučne transportne avijacije i prateće infrastrukture morali proći značajnu prilagodbu, a možda i zatvaranje. Osim toga, tada se prvi put doista postavilo pitanje da bi antropogena aktivnost mogla izazvati ne lokalnu, nego globalnu kataklizmu. Naravno, u sadašnjoj situaciji, teoriji je bila potrebna vrlo oštra, au isto vrijeme i brza provjera.

Podsjetimo se da je bit gornje hipoteze bila da dušikov oksid reagira s ozonom NO + O3 ® ® NO2 + O2, zatim dušikov dioksid nastao u ovoj reakciji reagira s atomom kisika NO2 + O ® NO + O2, čime se obnavlja prisutnost NO u atmosferi, dok je molekula ozona nepovratno izgubljena. U ovom slučaju, takav par reakcija, koji čini dušikov katalitički ciklus razaranja ozona, ponavlja se sve dok bilo koji kemijski ili fizički proces ne dovede do uklanjanja dušikovih oksida iz atmosfere. Tako se, na primjer, NO2 oksidira u dušičnu kiselinu HNO3, koja je vrlo topljiva u vodi, pa se stoga uklanja iz atmosfere oblacima i oborinama. Katalitički ciklus dušika vrlo je učinkovit: jedna molekula NO uspijeva uništiti desetke tisuća molekula ozona tijekom svog boravka u atmosferi.

Ali, kao što znate, nevolja ne dolazi sama. Ubrzo su stručnjaci s američkih sveučilišta - Michigan (R. Stolyarsky i R. Cicerone) i Harvard (S. Wofsi i M. McElroy) - otkrili da bi ozon mogao imati još nemilosrdnijeg neprijatelja - spojeve klora. Prema njihovim procjenama, klorni katalitički ciklus razaranja ozona (reakcije Cl + O3 ® ClO + O2 i ClO + O ® Cl + O2) bio je nekoliko puta učinkovitiji od dušikovog. Jedini razlog za oprezni optimizam bila je činjenica da je količina prirodno prisutnog klora u atmosferi relativno mala, što znači da ukupni učinak njegovog utjecaja na ozon možda i nije prejak. No, situacija se dramatično promijenila kada su 1974. djelatnici Kalifornijskog sveučilišta u Irvineu, S. Rowland i M. Molina, otkrili da su izvor klora u stratosferi klorofluorougljikovodični spojevi (CFC), koji se naširoko koriste u rashladnim uređajima. jedinice, pakiranja aerosola itd. Budući da nisu zapaljive, neotrovne i kemijski pasivne, te se tvari uzlaznim zračnim strujama polako prenose s površine zemlje u stratosferu, gdje se njihove molekule uništavaju sunčevom svjetlošću, što rezultira oslobađanjem slobodnih atoma klora. Industrijska proizvodnja CFC-a, koja je započela 1930-ih, i njihove emisije u atmosferu stalno su rasle svih sljedećih godina, a posebice 70-ih i 80-ih godina. Tako su teoretičari u vrlo kratkom vremenu identificirali dva problema u kemiji atmosfere uzrokovana intenzivnim antropogenim onečišćenjem.

Međutim, kako bi se testirala održivost predloženih hipoteza, bilo je potrebno obaviti mnoge zadatke.

Prvo, proširiti laboratorijska istraživanja, tijekom kojih bi bilo moguće odrediti ili razjasniti brzine fotokemijskih reakcija između različitih komponenti atmosferskog zraka. Mora se reći da su vrlo oskudni podaci o tim brzinama koji su tada postojali također imali prilično (do nekoliko stotina posto) pogrešaka. Osim toga, uvjeti pod kojima su mjerenja vršena, u pravilu, nisu mnogo odgovarali stvarnosti atmosfere, što je ozbiljno pogoršalo pogrešku, budući da je intenzitet većine reakcija ovisio o temperaturi, a ponekad i o tlaku ili atmosferskom zraku. gustoća.

Drugo, intenzivno proučavati radijacijsko-optička svojstva niza malih atmosferskih plinova u laboratorijskim uvjetima. Molekule značajnog broja komponenti atmosferskog zraka uništavaju se ultraljubičastim zračenjem Sunca (u reakcijama fotolize), među kojima su ne samo gore spomenuti CFC-i, već i molekularni kisik, ozon, dušikovi oksidi i mnogi drugi. Stoga su procjene parametara svake reakcije fotolize bile jednako potrebne i važne za ispravnu reprodukciju kemijskih procesa u atmosferi kao i brzine reakcija između različitih molekula.

Treće, bilo je potrebno stvoriti matematičke modele koji mogu što potpunije opisati međusobne kemijske transformacije komponenata atmosferskog zraka. Kao što je već spomenuto, produktivnost razaranja ozona u katalitičkim ciklusima određena je time koliko dugo katalizator (NO, Cl ili neki drugi) ostaje u atmosferi. Jasno je da bi takav katalizator, općenito govoreći, mogao reagirati s bilo kojom od desetaka komponenti atmosferskog zraka, brzo se razlažući pritom, a tada bi šteta stratosferskom ozonu bila mnogo manja od očekivane. S druge strane, kada se svake sekunde u atmosferi događaju brojne kemijske transformacije, vrlo je vjerojatno da će se identificirati i drugi mehanizmi koji izravno ili neizravno utječu na stvaranje i uništavanje ozona. Konačno, takvi modeli mogu identificirati i procijeniti značaj pojedinačnih reakcija ili njihovih skupina u stvaranju drugih plinova koji čine atmosferski zrak, kao i omogućiti izračunavanje koncentracija plinova koji su nedostupni mjerenjima.

I konačno bilo je potrebno organizirati široku mrežu za mjerenje sadržaja raznih plinova u zraku, uključujući dušikove spojeve, klor itd., korištenjem zemaljskih postaja, lansiranjem meteoroloških balona i meteoroloških raketa te letovima zrakoplova u tu svrhu. Naravno, izrada baze podataka bila je najskuplji zadatak, koji se nije mogao riješiti u kratkom vremenu. Međutim, samo su mjerenja mogla dati polazište za teorijska istraživanja, a ujedno su i kamen probni kamen istinitosti iznesenih hipoteza.

Od početka 1970-ih, najmanje jednom u tri godine, objavljuju se posebne, stalno ažurirane zbirke s informacijama o svim značajnim atmosferskim reakcijama, uključujući i reakcije fotolize. Štoviše, pogreška u određivanju parametara reakcija između plinovitih komponenti zraka danas je u pravilu 10-20%.

U drugoj polovici ovog desetljeća dolazi do brzog razvoja modela koji opisuju kemijske transformacije u atmosferi. Većina ih je nastala u SAD-u, ali pojavili su se iu Europi i SSSR-u. Isprva su to bili kutijasti (nultodimenzionalni), a zatim jednodimenzionalni modeli. Prvi su s različitim stupnjevima pouzdanosti reproducirali sadržaj glavnih atmosferskih plinova u određenom volumenu - kutiji (otud im ime) - kao rezultat kemijskih interakcija među njima. Budući da je postulirano očuvanje ukupne mase mješavine zraka, uklanjanje bilo kojeg njezinog dijela iz kutije, na primjer, vjetrom, nije razmatrano. Box modeli bili su prikladni za razjašnjavanje uloge pojedinih reakcija ili njihovih skupina u procesima kemijskog stvaranja i razgradnje atmosferskih plinova, za procjenu osjetljivosti sastava atmosferskih plinova na netočnosti u određivanju brzina reakcije. Uz njihovu pomoć, istraživači bi mogli, postavljanjem atmosferskih parametara u okviru (osobito temperature i gustoće zraka) koji odgovaraju visini letova zrakoplova, grubo procijeniti kako će se koncentracije atmosferskih nečistoća promijeniti kao rezultat emisija produkata izgaranja zrakoplovnih motora. U isto vrijeme, kutijasti modeli nisu bili prikladni za proučavanje problema klorofluorougljika (CFC), jer nisu mogli opisati proces njihovog kretanja sa Zemljine površine u stratosferu. Tu su dobro došli jednodimenzionalni modeli koji su kombinirali uzimanje u obzir detaljnog opisa kemijskih interakcija u atmosferi i transporta nečistoća u vertikalnom smjeru. I premda je vertikalni prijenos ovdje postavljen prilično grubo, uporaba jednodimenzionalnih modela bila je zamjetan korak naprijed, jer su omogućili da se na neki način opisuju stvarni fenomeni.

Gledajući unatrag, možemo reći da se naše suvremeno znanje u velikoj mjeri temelji na grubom radu koji je tih godina obavljen uz pomoć jednodimenzionalnih i okvirnih modela. Omogućio je određivanje mehanizama nastanka plinovitog sastava atmosfere, procjenu intenziteta kemijskih izvora i ponora pojedinih plinova. Važna značajka ove faze u razvoju atmosferske kemije je da su nove ideje koje su se rodile testirane na modelima i široko raspravljene među stručnjacima. Dobiveni rezultati često su uspoređivani s procjenama drugih znanstvenih skupina, budući da terenska mjerenja očito nisu bila dovoljna, a njihova je točnost bila vrlo niska. Osim toga, za potvrdu ispravnosti modeliranja pojedinih kemijskih interakcija bilo je potrebno provesti složena mjerenja, kada bi se koncentracije svih sudjelujućih reagensa određivale istovremeno, što je tada, a i sada, bilo praktički nemoguće. (Do sada je provedeno samo nekoliko mjerenja kompleksa plinova iz Shuttlea tijekom 2-5 dana.) Stoga su studije modela bile ispred eksperimentalnih, a teorija nije toliko objašnjavala promatranja na terenu koliko je pridonosila njihovo optimalno planiranje. Na primjer, spoj kao što je klor nitrat ClONO2 prvi put se pojavio u studijama modela, a tek potom je otkriven u atmosferi. Bilo je teško čak i usporediti dostupna mjerenja s procjenama modela, jer jednodimenzionalni model nije mogao uzeti u obzir horizontalna kretanja zraka, zbog čega se pretpostavljalo da je atmosfera horizontalno homogena, a dobiveni rezultati modela su odgovarali nekoj globalnoj sredini stanje toga. Međutim, u stvarnosti je sastav zraka iznad industrijskih područja Europe ili Sjedinjenih Država vrlo različit od njegova sastava iznad Australije ili iznad Tihog oceana. Dakle, rezultati svakog prirodnog promatranja uvelike ovise o mjestu i vremenu mjerenja i, naravno, ne odgovaraju točno globalnom prosjeku.

Kako bi uklonili ovaj jaz u modeliranju, 1980-ih istraživači su izradili dvodimenzionalne modele koji su uz vertikalni transport uzimali u obzir i zračni transport duž meridijana (duž kruga geografske širine atmosfera se još uvijek smatrala homogenom). Stvaranje takvih modela u početku je bilo povezano sa značajnim poteškoćama.

Prvo, broj vanjskih parametara modela naglo se povećao: na svakom čvoru mreže bilo je potrebno postaviti vertikalne i interlatitudinalne brzine transporta, temperaturu i gustoću zraka i tako dalje. Mnogi parametri (prije svega, gore navedene brzine) nisu eksperimentalno pouzdano određeni te su stoga odabrani na temelju kvalitativnih razmatranja.

Drugo, tadašnje stanje računalne tehnologije znatno je otežavalo puni razvoj dvodimenzionalnih modela. Za razliku od ekonomičnih jednodimenzionalnih i posebno dvodimenzionalnih modela u kutiji, oni su zahtijevali znatno više memorije i vremena rada na računalu. Kao rezultat toga, njihovi kreatori bili su prisiljeni značajno pojednostaviti sheme za obračun kemijskih transformacija u atmosferi. Ipak, niz atmosferskih istraživanja, kako modela tako i satelita u punoj veličini, omogućio je da se nacrta relativno skladna, iako daleko od potpune slike sastava atmosfere, kao i da se utvrdi glavni uzrok i efektni odnosi koji uzrokuju promjene u sadržaju pojedinih komponenti zraka. Konkretno, brojne studije su pokazale da letovi zrakoplova u troposferi ne uzrokuju značajniju štetu troposferskom ozonu, ali čini se da njihov uspon u stratosferu ima negativne posljedice za ozonosferu. Mišljenje većine stručnjaka o ulozi CFC-a bilo je gotovo jednoglasno: potvrđena je hipoteza Rowlanda i Molina, te tvari doista pridonose uništavanju stratosferskog ozona, a redovito povećanje njihove industrijske proizvodnje tempirana je bomba, budući da Raspad CFC-a ne događa se odmah, već nakon desetaka i stotina godina, tako da će učinci onečišćenja utjecati na atmosferu jako dugo. Štoviše, ako se čuvaju dulje vrijeme, klorofluorougljici mogu doseći bilo koju, najudaljeniju točku atmosfere, te stoga predstavljaju prijetnju na globalnoj razini. Došlo je vrijeme za koordinirane političke odluke.

Godine 1985. u Beču je, uz sudjelovanje 44 zemlje, izrađena i usvojena konvencija o zaštiti ozonskog omotača, što je potaknulo njezino sveobuhvatno proučavanje. Međutim, i dalje je bilo otvoreno pitanje što s CFC-ima. Nije bilo moguće pustiti da se stvari odvijaju po principu “riješit će se samo od sebe”, ali isto tako nije bilo moguće zabraniti proizvodnju tih tvari preko noći bez velike štete za gospodarstvo. Čini se da postoji jednostavno rješenje: trebate zamijeniti CFC drugim tvarima koje mogu obavljati iste funkcije (na primjer, u rashladnim jedinicama), a istovremeno su bezopasne ili barem manje opasne za ozon. Ali implementacija jednostavnih rješenja često je vrlo teška. Ne samo da je stvaranje takvih tvari i uspostavljanje njihove proizvodnje zahtijevalo golema ulaganja i vrijeme, bili su potrebni i kriteriji za procjenu utjecaja bilo koje od njih na atmosferu i klimu.

Teoretičari su opet u centru pažnje. D. Webbles iz Livermore National Laboratory predložio je korištenje potencijala za oštećivanje ozona u tu svrhu, koji je pokazao koliko je molekula zamjenske tvari jača (ili slabija) od utjecaja molekule CFCl3 (freon-11) na atmosferski ozon. U to je vrijeme također bilo dobro poznato da temperatura prizemnog sloja zraka značajno ovisi o koncentraciji određenih plinovitih nečistoća (nazvani su staklenički plinovi), prvenstveno ugljičnog dioksida CO2, vodene pare H2O, ozona itd. CFC-i i mnogi drugi su također bili uključeni u ovu kategoriju.njihove potencijalne zamjene. Mjerenja su pokazala da je tijekom industrijske revolucije prosječna godišnja globalna temperatura prizemnog sloja zraka rasla i nastavlja rasti, što ukazuje na značajne i ne uvijek poželjne promjene u klimi na Zemlji. Kako bi ovu situaciju doveli pod kontrolu, uz potencijal oštećivanja ozona te tvari, počeli su razmatrati i njen potencijal globalnog zatopljenja. Taj je indeks pokazivao koliko jače ili slabije proučavani spoj utječe na temperaturu zraka od iste količine ugljičnog dioksida. Provedeni izračuni su pokazali da CFC i alternative imaju vrlo visoke potencijale globalnog zatopljenja, ali budući da su njihove koncentracije u atmosferi bile puno niže od koncentracija CO2, H2O ili O3, njihov ukupni doprinos globalnom zatopljenju ostao je zanemariv. Za sada…

Tablice izračunatih vrijednosti za oštećenje ozona i potencijal globalnog zagrijavanja klorofluorougljika i njihovih mogućih supstituta činile su temelj međunarodnih odluka o smanjenju i naknadnoj zabrani proizvodnje i uporabe mnogih CFC-a (Montrealski protokol iz 1987. i njegovi kasniji dodaci). Možda stručnjaci okupljeni u Montrealu ne bi bili tako jednoglasni (uostalom, članci Protokola temeljeni su na “razmišljanjima” teoretičara nepotvrđenim terenskim eksperimentima), ali još jedna zainteresirana “osoba” oglasila se za potpisivanje ovog dokumenta - sama atmosfera.

Poruka o otkriću britanskih znanstvenika krajem 1985. "ozonske rupe" nad Antarktikom postala je, ne bez sudjelovanja novinara, senzacija godine, a reakcija svjetske javnosti na ovu poruku najbolje se može opisati jednom kratkom riječju - šok. Jedno je kada opasnost od uništenja ozonskog omotača postoji samo dugoročno, a drugo kada smo svi suočeni s svršenom činjenicom. Na to nisu bili spremni ni građani, ni političari, ni stručnjaci-teoretičari.

Brzo je postalo jasno da niti jedan od tada postojećih modela ne može reproducirati tako značajno smanjenje ozona. To znači da neke važne prirodne pojave ili nisu uzete u obzir ili su podcijenjene. Ubrzo su terenska istraživanja provedena u sklopu programa proučavanja antarktičkog fenomena utvrdila da važnu ulogu u nastanku "ozonske rupe", uz obične (plinovite) atmosferske reakcije, igraju i svojstva atmosferskog zraka transport u antarktičkoj stratosferi (njegova gotovo potpuna izolacija od ostatka atmosfere zimi), kao i u to vrijeme malo proučavane heterogene reakcije (reakcije na površini atmosferskih aerosola - čestice prašine, čađe, sante leda, kapi vode, itd.). Samo uzimanje u obzir navedenih čimbenika omogućilo je postizanje zadovoljavajućeg slaganja između rezultata modela i podataka promatranja. A lekcije iz antarktičke "ozonske rupe" ozbiljno su utjecale na daljnji razvoj atmosferske kemije.

Najprije je dat oštar poticaj detaljnijem proučavanju heterogenih procesa koji se odvijaju po zakonitostima različitim od onih koji određuju procese u plinovitoj fazi. Drugo, došlo je do jasne spoznaje da u složenom sustavu, kakav je atmosfera, ponašanje njegovih elemenata ovisi o cijelom kompleksu unutarnjih veza. Drugim riječima, sadržaj plinova u atmosferi određen je ne samo intenzitetom kemijskih procesa, već i temperaturom zraka, prijenosom zračnih masa, karakteristikama aerosolnog onečišćenja raznih dijelova atmosfere itd. Zauzvrat , radijacijsko grijanje i hlađenje, koji čine temperaturno polje stratosferskog zraka, ovise o koncentraciji i prostornoj raspodjeli stakleničkih plinova, a posljedično i o atmosferskim dinamičkim procesima. Konačno, nejednoliko radijacijsko zagrijavanje različitih pojaseva zemaljske kugle i dijelova atmosfere generira atmosferska kretanja zraka i kontrolira njihov intenzitet. Dakle, neuzimanje u obzir bilo kakve povratne informacije u modelima može biti prepuno velikih pogrešaka u dobivenim rezultatima (iako, usput napominjemo, pretjerano kompliciranje modela bez hitne potrebe jednako je neprikladno kao i pucanje topova na poznate predstavnike ptica ).

Ako je odnos između temperature zraka i njegovog plinskog sastava uzet u obzir u dvodimenzionalnim modelima još 1980-ih, tada je korištenje trodimenzionalnih modela opće cirkulacije atmosfere za opisivanje distribucije atmosferskih nečistoća postalo moguće tek u 1990-ih zbog računalnog buma. Prvi takvi modeli opće cirkulacije korišteni su za opisivanje prostorne raspodjele kemijski pasivnih tvari - tragova. Kasnije, zbog nedovoljne računalne memorije, kemijski procesi su postavljeni samo jednim parametrom - vremenom zadržavanja nečistoće u atmosferi, a tek relativno nedavno blokovi kemijskih transformacija postali su punopravni dijelovi trodimenzionalnih modela. Iako poteškoće u detaljnom prikazivanju atmosferskih kemijskih procesa u 3D i dalje postoje, danas se više ne čine nepremostivim, a najbolji 3D modeli uključuju stotine kemijskih reakcija, zajedno sa stvarnim klimatskim transportom zraka u globalnoj atmosferi.

Istodobno, raširena uporaba modernih modela uopće ne dovodi u sumnju korisnost gore spomenutih jednostavnijih. Poznato je da što je model složeniji, to je teže odvojiti “signal” od “šuma modela”, analizirati dobivene rezultate, identificirati glavne uzročno-posljedične mehanizme, procijeniti utjecaj pojedinih pojava. na konačni rezultat (a time i svrsishodnost njihovog uzimanja u obzir u modelu) . I ovdje jednostavniji modeli služe kao idealan poligon, omogućuju vam dobivanje preliminarnih procjena koje se kasnije koriste u trodimenzionalnim modelima, proučavanje novih prirodnih pojava prije nego što se uključe u složenije itd.

Brz znanstveni i tehnološki napredak iznjedrio je nekoliko drugih područja istraživanja, na ovaj ili onaj način povezanih s atmosferskom kemijom.

Satelitski nadzor atmosfere. Kada je uspostavljeno redovito nadopunjavanje baze podataka sa satelita, za većinu najvažnijih komponenti atmosfere, pokrivajući gotovo cijelu kuglu zemaljsku, postalo je potrebno poboljšati metode njihove obrade. Ovdje se radi o filtriranju podataka (razdvajanje signala i pogrešaka mjerenja), te restauraciji vertikalnih profila koncentracija nečistoća iz njihovog ukupnog sadržaja u atmosferskom stupcu, te interpolaciji podataka u onim područjima gdje su izravna mjerenja nemoguća iz tehničkih razloga. Osim toga, satelitsko praćenje dopunjeno je zračnim ekspedicijama koje se planiraju riješiti različite probleme, na primjer, u tropskom dijelu Tihog oceana, sjevernom Atlantiku, pa čak iu arktičkoj ljetnoj stratosferi.

Važan dio suvremenih istraživanja je asimilacija (asimilacija) ovih baza podataka u modele različite složenosti. U ovom slučaju, parametri se biraju iz uvjeta najbliže blizine izmjerenih i modelnih vrijednosti sadržaja nečistoća u točkama (regijama). Na taj način se provjerava kvaliteta modela, kao i ekstrapolacija izmjerenih vrijednosti izvan regija i razdoblja mjerenja.

Procjena koncentracija kratkotrajnih atmosferskih nečistoća. Atmosferski radikali, koji igraju ključnu ulogu u atmosferskoj kemiji, kao što su hidroksil OH, perhidroksil HO2, dušikov oksid NO, atomski kisik u pobuđenom stanju O (1D) itd., imaju najveću kemijsku reaktivnost i stoga vrlo malu ( nekoliko sekundi ili minuta) “životnog vijeka” u atmosferi. Stoga je mjerenje takvih radikala izuzetno teško, a rekonstrukcija njihovog sadržaja u zraku često se provodi pomoću modela omjera kemijskih izvora i ponora tih radikala. Dugo su se vremena intenziteti izvora i ponora računali iz podataka modela. Pojavom odgovarajućih mjerenja postalo je moguće rekonstruirati koncentracije radikala na njihovoj osnovi, unapređujući modele i proširujući podatke o plinovitom sastavu atmosfere.

Rekonstrukcija plinskog sastava atmosfere u predindustrijskom razdoblju i ranijim epohama Zemlje. Zahvaljujući mjerenjima u jezgrama leda na Antarktiku i Grenlandu, čija se starost kreće od stotina do stotina tisuća godina, postale su poznate koncentracije ugljičnog dioksida, dušikovog oksida, metana, ugljičnog monoksida, kao i temperatura iz tog vremena. Modelna rekonstrukcija stanja atmosfere u tim epohama i njezina usporedba sa sadašnjim omogućuje praćenje evolucije zemljine atmosfere i procjenu stupnja utjecaja čovjeka na prirodni okoliš.

Procjena intenziteta izvora najvažnijih komponenti zraka. Sustavna mjerenja sadržaja plinova u površinskom zraku, poput metana, ugljičnog monoksida, dušikovih oksida, postala su osnova za rješavanje obrnutog problema: procjena količine emisija plinova iz prizemnih izvora u atmosferu, prema njihovim poznatim koncentracijama. . Nažalost, samo popis krivaca globalnih previranja - CFC-a - relativno je jednostavan zadatak, budući da gotovo sve ove tvari nemaju prirodne izvore te je njihova ukupna količina ispuštena u atmosferu ograničena obujmom proizvodnje. Ostali plinovi imaju heterogene i usporedive izvore energije. Na primjer, izvor metana su močvarna područja, močvare, naftne bušotine, rudnici ugljena; ovaj spoj izlučuju kolonije termita, a čak je i otpadni proizvod stoke. Ugljični monoksid ulazi u atmosferu u sklopu ispušnih plinova, kao rezultat izgaranja goriva, kao i tijekom oksidacije metana i mnogih organskih spojeva. Teško je izravno mjeriti emisije tih plinova, ali razvijene su tehnike za procjenu globalnih izvora onečišćujućih plinova, čija je pogreška značajno smanjena posljednjih godina, iako je i dalje velika.

Predviđanje promjena u sastavu atmosfere i klime Zemlje S obzirom na trendove - trendove u sadržaju atmosferskih plinova, procjene njihovih izvora, stope rasta stanovništva Zemlje, stope porasta proizvodnje svih vrsta energije itd. - posebne skupine stručnjaka stvaraju i stalno prilagođavaju scenarije za vjerojatne atmosferskog zagađenja u sljedećih 10, 30, 100 godina. Na temelju njih se uz pomoć modela predviđaju moguće promjene sastava plina, temperature i atmosferskog kruženja. Tako je moguće unaprijed detektirati nepovoljne trendove u stanju atmosfere i pokušati ih otkloniti. Antarktički šok iz 1985. ne smije se ponoviti.

Fenomen efekta staklenika atmosfere

Posljednjih godina postalo je jasno da analogija između običnog staklenika i efekta staklenika atmosfere nije sasvim točna. Krajem prošlog stoljeća poznati američki fizičar Wood, zamjenjujući obično staklo kvarcnim staklom u laboratorijskom modelu staklenika i ne nalazeći nikakve promjene u funkcioniranju staklenika, pokazao je da nije riječ o odgađanju toplinske energije. zračenje tla staklom koje propušta sunčevo zračenje, uloga stakla se u ovom slučaju sastoji samo u “presijecanju” turbulentne izmjene topline između površine tla i atmosfere.

Efekt staklenika (staklenika) atmosfere je njezino svojstvo da propušta sunčevo zračenje, ali da odgađa zemaljsko zračenje, pridonoseći akumulaciji topline od strane zemlje. Zemljina atmosfera relativno dobro propušta kratkovalno Sunčevo zračenje, koje Zemljina površina gotovo potpuno apsorbira. Zagrijavajući se zbog apsorpcije sunčevog zračenja, zemljina površina postaje izvor zemaljskog, uglavnom dugovalnog zračenja, od kojih dio odlazi u svemir.

Učinak povećanja koncentracije CO2

Znanstvenici - istraživači nastavljaju raspravljati o sastavu takozvanih stakleničkih plinova. Od najvećeg interesa u tom smislu je učinak povećanja koncentracije ugljičnog dioksida (CO2) na učinak staklenika atmosfere. Izraženo je mišljenje da je dobro poznata shema: „povećanje koncentracije ugljičnog dioksida pojačava efekt staklenika, što dovodi do zagrijavanja globalne klime” krajnje pojednostavljena i vrlo daleko od stvarnosti, budući da je najvažniji „staklenik plin” uopće nije CO2, nego vodena para. Pritom, rezerva da je koncentracija vodene pare u atmosferi određena samo parametrima samog klimatskog sustava danas više nije održiva, budući da je antropogeni utjecaj na globalni ciklus vode uvjerljivo dokazan.

Kao znanstvene hipoteze ističemo sljedeće posljedice nadolazećeg efekta staklenika. Prvo, Prema najčešćim procjenama, do kraja 21. stoljeća sadržaj atmosferskog CO2 će se udvostručiti, što će neizbježno dovesti do porasta prosječne globalne prizemne temperature za 3-5 °C. Istovremeno, zagrijavanje je očekuje se u sušnijem ljetu u umjerenim geografskim širinama sjeverne hemisfere.

Drugo, pretpostavlja se da će takav porast prosječne globalne površinske temperature dovesti do povećanja razine Svjetskog oceana za 20 - 165 centimetara zbog toplinskog širenja vode. Što se tiče ledenog pokrivača Antarktika, njegovo uništenje nije neizbježno, budući da su za topljenje potrebne više temperature. U svakom slučaju, proces otapanja antarktičkog leda trajat će jako dugo.

Treće, Koncentracije CO2 u atmosferi mogu imati vrlo povoljan učinak na prinose usjeva. Rezultati provedenih pokusa omogućuju pretpostavku da će u uvjetima progresivnog povećanja sadržaja CO2 u zraku prirodna i kultivirana vegetacija doći do optimalnog stanja; povećat će se lisna površina biljaka, povećati će se specifična težina suhe tvari lišća, povećati će se prosječna veličina plodova i broj sjemenki, ubrzat će se dozrijevanje žitarica, a njihov prinos će se povećati.

Četvrta, na visokim geografskim širinama prirodne šume, posebno borealne šume, mogu biti vrlo osjetljive na temperaturne promjene. Zagrijavanje može dovesti do oštrog smanjenja područja borealnih šuma, kao i do pomicanja njihove granice prema sjeveru, šume tropskih i suptropskih područja vjerojatno će biti osjetljivije na promjene padalina, a ne temperature.

Svjetlosna energija sunca prodire u atmosferu, apsorbira je zemljina površina i zagrijava je. U tom se slučaju svjetlosna energija pretvara u toplinsku energiju, koja se oslobađa u obliku infracrvenog ili toplinskog zračenja. Ovo infracrveno zračenje koje se reflektira od površine zemlje apsorbira ugljični dioksid, a ono se zagrijava i zagrijava atmosferu. To znači da što je više ugljičnog dioksida u atmosferi, to više zarobljava klimu na planetu. Ista stvar se događa u staklenicima, zbog čega se ova pojava naziva efekt staklenika.

Ako takozvani staklenički plinovi nastave strujati sadašnjom brzinom, tada će se u sljedećem stoljeću prosječna temperatura Zemlje povećati za 4 - 5 o C, što može dovesti do globalnog zagrijavanja planeta.

Zaključak

Promjena stava prema prirodi uopće ne znači da biste trebali napustiti tehnološki napredak. Zaustavljanje neće riješiti problem, već samo odgoditi njegovo rješenje. Moramo ustrajno i strpljivo težiti smanjenju emisija kroz uvođenje novih ekoloških tehnologija za uštedu sirovina, potrošnju energije i povećanje broja zasađenih nasada, edukativne aktivnosti ekološkog svjetonazora među stanovništvom.

Na primjer, u Sjedinjenim Državama jedno od poduzeća za proizvodnju sintetičke gume nalazi se u blizini stambenih područja, a to ne izaziva proteste stanovnika, jer djeluju ekološki prihvatljive tehnološke sheme, koje su u prošlosti, sa starim tehnologijama , nisu bili čisti.

To znači da je potreban strogi odabir tehnologija koje zadovoljavaju najstrože kriterije, moderne perspektivne tehnologije omogućit će postizanje visoke razine ekološke prihvatljivosti proizvodnje u svim industrijama i prometu, kao i povećanje broja zasađenih biljaka. zelene površine u industrijskim zonama i gradovima.

Posljednjih godina eksperiment zauzima vodeće mjesto u razvoju atmosferske kemije, a mjesto teorije je isto kao iu klasičnim, respektabilnim znanostima. Ali još uvijek postoje područja u kojima teoretsko istraživanje ostaje prioritet: na primjer, samo eksperimenti na modelima mogu predvidjeti promjene u sastavu atmosfere ili procijeniti učinkovitost restriktivnih mjera koje se provode prema Montrealskom protokolu. Počevši od rješavanja važnog, ali privatnog problema, danas atmosferska kemija, u suradnji sa srodnim disciplinama, pokriva cijeli kompleks problema proučavanja i zaštite okoliša. Možda možemo reći da su prve godine formiranja atmosferske kemije prošle pod motom: "Nemoj kasniti!" Startni nalet je gotov, trčanje se nastavlja.

II. Raspodijeli karakteristike prema organoidima stanice (ispred naziva organoida stavi slova koja odgovaraju karakteristikama organoida). (26 bodova)

II. NASTAVNO-METODIČKE PREPORUKE ZA REDOVITE STUDENTE SVIH NEFILOZOFSKIH specijaliteta 1 str.