Đặc điểm chung. Trong quá trình tiến hóa, môi trường mặt đất-không khí được làm chủ muộn hơn nhiều so với môi trường nước. Cuộc sống trên cạn đòi hỏi sự thích nghi chỉ có thể thực hiện được với mức độ tổ chức tương đối cao của cả thực vật và động vật. Một đặc điểm của môi trường đất - không khí của sự sống là các sinh vật sống ở đây được bao bọc bởi không khí và môi trường khí được đặc trưng bởi độ ẩm, mật độ và áp suất thấp và hàm lượng ôxy cao. Theo quy luật, động vật trong môi trường này di chuyển dọc theo đất (chất nền rắn), và thực vật bén rễ trong đó.

Trong môi trường mặt đất - không khí, các yếu tố môi trường hoạt động có một số đặc điểm đặc trưng: cường độ ánh sáng cao hơn so với các phương tiện khác, nhiệt độ dao động đáng kể, độ ẩm thay đổi tùy theo vị trí địa lý, mùa và thời gian trong ngày (Bảng 3 ).

bàn số 3

Điều kiện môi trường sống cho các sinh vật không khí và nước (theo D.F. Mordukhai-Boltovsky, 1974)

điều kiện sống	Ý nghĩa của các điều kiện đối với sinh vật
môi trường không khí	môi trường nước
Độ ẩm	Rất quan trọng (thường thiếu hụt)	Không có (luôn thừa)
Mật độ trung bình	Nhỏ (không bao gồm đất)	Lớn so với vai trò của nó đối với cư dân trên không
Sức ép	Hầu như không có	Lớn (có thể đạt 1000 atm)
Nhiệt độ	Đáng kể (dao động trong giới hạn rất rộng (từ -80 đến +100 ° С và hơn thế nữa)	Ít hơn giá trị đối với cư dân trên không (dao động ít hơn nhiều, thường từ -2 đến + 40 ° C)
Ôxy	Nhỏ (chủ yếu là vượt quá)	Thiết yếu (thường thiếu hụt)
chất rắn lơ lửng	không quan trọng; không dùng làm thực phẩm (chủ yếu là khoáng chất)	Quan trọng (nguồn thực phẩm, đặc biệt là chất hữu cơ)
Các chất hòa tan trong môi trường	Ở một mức độ nào đó (chỉ có liên quan trong các giải pháp đất)	Quan trọng (với một số lượng nhất định cần thiết)

Sự tác động của các yếu tố trên gắn bó chặt chẽ với sự chuyển động của các khối khí - gió. Trong quá trình tiến hóa, các sinh vật sống trong môi trường mặt đất - không khí đã phát triển các đặc điểm về giải phẫu, hình thái, sinh lý, tập tính và các dạng thích nghi khác. Ví dụ, đã xuất hiện các cơ quan cung cấp sự đồng hóa trực tiếp ôxy trong khí quyển trong quá trình hô hấp (phổi và khí quản của động vật, khí khổng của thực vật). Sự hình thành bộ xương (bộ xương của động vật, các mô cơ học và hỗ trợ của thực vật) đã nhận được sự phát triển mạnh mẽ, hỗ trợ cơ thể trong điều kiện mật độ thấp của môi trường. Sự thích nghi đã được phát triển để bảo vệ chống lại các yếu tố bất lợi, chẳng hạn như tần suất và nhịp điệu của chu kỳ sống, cấu trúc phức tạp của vỏ bọc, cơ chế điều nhiệt, v.v. phát triển để tìm kiếm thức ăn, hạt trong không khí, hoa quả và phấn hoa của thực vật, động vật bay.

Chúng ta hãy xem xét các đặc điểm về tác động của các yếu tố môi trường chính đến thực vật và động vật trong môi trường mặt đất-không khí của sự sống.

Mật độ không khí thấp xác định mức nâng thấp và khả năng tranh chấp không đáng kể của nó. Tất cả các cư dân của môi trường không khí được kết nối chặt chẽ với bề mặt của trái đất, phục vụ họ để gắn bó và hỗ trợ. Mật độ của môi trường không khí không tạo ra sức cản cao cho cơ thể khi chúng di chuyển dọc theo bề mặt trái đất, tuy nhiên lại gây khó khăn cho việc di chuyển theo phương thẳng đứng. Đối với hầu hết các sinh vật, việc ở trong không khí chỉ liên quan đến sự phát tán hoặc tìm kiếm con mồi.

Lực nâng nhỏ của không khí quyết định khối lượng và kích thước giới hạn của các sinh vật trên cạn. Những động vật lớn nhất trên bề mặt trái đất nhỏ hơn những động vật khổng lồ của môi trường nước. Các loài động vật có vú lớn (kích thước và trọng lượng của cá voi hiện đại) không thể sống trên cạn, vì chúng sẽ bị nghiền nát bởi chính trọng lượng của chúng. Những con thằn lằn khổng lồ của Đại Trung sinh dẫn đầu lối sống bán thủy sinh. Một ví dụ khác: cây Sequoja sempervirens (Sequoja sempervirens) mọc thẳng cao, tới 100 m, có gỗ hỗ trợ mạnh mẽ, trong khi ở thalli của tảo nâu khổng lồ Macrocystis, mọc lên đến 50 m, các yếu tố cơ học chỉ bị cô lập rất yếu trong lõi. một phần của thallus.

Mật độ không khí thấp tạo ra một lực cản nhẹ đối với chuyển động. Những lợi ích sinh thái của đặc tính này của môi trường không khí đã được nhiều động vật trên cạn sử dụng trong quá trình tiến hóa để có được khả năng bay. 75% của tất cả các loài động vật trên cạn có khả năng bay tích cực. Đây chủ yếu là côn trùng và chim, nhưng cũng có động vật có vú và bò sát. Động vật trên cạn bay chủ yếu với sự trợ giúp của nỗ lực cơ bắp. Một số loài động vật cũng có thể lướt bằng cách sử dụng các dòng không khí.

Do tính linh động của không khí tồn tại ở các tầng thấp của khí quyển, sự chuyển động thẳng đứng và theo phương ngang của các khối khí, sự bay thụ động của một số loại sinh vật có thể phát triển được. Anemochoria - giải quyết bằng các dòng không khí. Các sinh vật được dòng khí vận chuyển thụ động được gọi chung là thực vật phù du, bằng cách tương tự với các cư dân phù du của môi trường nước. Đối với chuyến bay bị động dọc theo N.M. Chernova, A.M. Bylovoy (1988) các sinh vật có sự thích nghi đặc biệt - kích thước cơ thể nhỏ, diện tích tăng lên do phát triển vượt trội, phân cắt mạnh, bề mặt tương đối lớn của cánh, sử dụng mạng nhện, v.v.

Hạt và quả của cây không hạt cũng có kích thước rất nhỏ (ví dụ, hạt giống cây cỏ cháy) hoặc các phần phụ hình cánh khác nhau (Acer pseudoplatanum maple) và hình dù (bồ công anh Taraxacum officinale).

Thực vật thụ phấn nhờ gió có một số kiểu thích nghi cải thiện đặc tính khí động của hạt phấn. Bao hoa của chúng thường bị tiêu giảm và bao phấn không được bảo vệ khỏi gió.

Trong quá trình định cư của thực vật, động vật và vi sinh vật, vai trò chính được thực hiện bởi các dòng không khí thông thường thẳng đứng và gió yếu. Bão và cuồng phong cũng có tác động môi trường đáng kể đối với các sinh vật trên cạn. Thông thường, những cơn gió mạnh, đặc biệt là những cơn gió thổi theo một hướng, sẽ làm cong các cành cây, thân cây về phía cây cảnh và gây ra sự hình thành các hình vương miện giống như lá cờ.

Theo quy luật, ở những khu vực có gió mạnh thổi liên tục, thành phần loài của các động vật bay nhỏ rất kém, vì chúng không có khả năng chống lại các luồng không khí mạnh. Vì vậy, ong mật chỉ bay khi sức gió đến 7 - 8 m / s, và rệp - khi gió rất yếu, không quá 2,2 m / s. Động vật của những nơi này phát triển lớp vỏ dày đặc bảo vệ cơ thể khỏi bị làm mát và mất độ ẩm. Trên các đảo đại dương có gió mạnh thường xuyên, các loài chim và đặc biệt là côn trùng bị mất khả năng bay là chủ yếu, chúng thiếu cánh, vì những con có khả năng bay vào không trung bị gió thổi xuống biển và chúng chết.

Gió gây ra sự thay đổi cường độ thoát hơi nước ở thực vật và đặc biệt rõ rệt khi có gió khô làm khô không khí và có thể dẫn đến chết cây. Vai trò sinh thái chính của chuyển động không khí theo phương ngang (gió) là gián tiếp và bao gồm việc tăng cường hoặc làm suy yếu tác động lên sinh vật trên cạn của các yếu tố môi trường quan trọng như nhiệt độ và độ ẩm. Gió làm tăng độ ẩm và nhiệt trở lại cho động vật và thực vật.

Với gió, nhiệt dễ dung nạp hơn và sương giá khó hơn, quá trình hút ẩm và làm mát các sinh vật diễn ra nhanh hơn.

Các sinh vật trên cạn tồn tại trong điều kiện áp suất tương đối thấp, đó là do mật độ không khí thấp. Nói chung, các sinh vật trên cạn có khả năng bơi lội tốt hơn các sinh vật sống dưới nước, bởi vì sự dao động áp suất thông thường trong môi trường của chúng là các phần nhỏ của khí quyển, và đối với những sinh vật sống ở độ cao lớn, chẳng hạn như chim, không vượt quá 1/3 so với bình thường.

Thành phần khí của không khí, như đã thảo luận trước đó, ở lớp bề mặt của khí quyển, nó khá đồng đều (oxy - 20,9%, nitơ - 78,1%, m.g. khí - 1%, carbon dioxide - 0,03% theo thể tích) do khả năng khuếch tán cao và không đổi trộn bởi đối lưu và các dòng gió. Đồng thời, các tạp chất khác nhau của các hạt dạng khí, giọt-lỏng, bụi (rắn) xâm nhập vào khí quyển từ các nguồn cục bộ thường có ý nghĩa môi trường đáng kể.

Oxy, do hàm lượng cao liên tục trong không khí, không phải là yếu tố hạn chế sự sống trong môi trường trên cạn. Hàm lượng ôxy cao góp phần làm tăng quá trình trao đổi chất của các sinh vật trên cạn, và trên cơ sở hiệu quả cao của các quá trình ôxy hoá, quá trình đồng hoá thân nhiệt của động vật phát sinh. Chỉ ở những nơi, trong những điều kiện cụ thể, sự thiếu hụt oxy tạm thời mới được tạo ra, ví dụ như tàn dư thực vật đang thối rữa, trữ lượng ngũ cốc, bột mì, v.v.

Ở một số khu vực của lớp bề mặt không khí, hàm lượng carbon dioxide có thể thay đổi trong giới hạn khá đáng kể. Vì vậy, trong trường hợp không có gió ở các trung tâm công nghiệp, thành phố lớn, nồng độ của nó có thể tăng lên gấp 10 lần.

Sự thay đổi hàng ngày của hàm lượng axit cacbonic trong các lớp bề mặt là thường xuyên, do nhịp điệu của quá trình quang hợp của thực vật (Hình 17).

Cơm. 17. Những thay đổi hàng ngày trong mặt cắt thẳng đứng của nồng độ CO 2 trong không khí rừng (theo W. Larcher, 1978)

Sử dụng ví dụ về sự thay đổi hàng ngày của hàm lượng CO 2 theo phương thẳng đứng trong không khí rừng, cho thấy rằng vào ban ngày, ở độ cao của tán cây, cacbon điôxít được tiêu thụ cho quá trình quang hợp, và khi không có gió, một vùng nghèo. ở đây CO 2 (305 ppm) được hình thành, trong đó CO đi vào từ khí quyển và đất (quá trình hô hấp của đất). Vào ban đêm, sự phân tầng không khí ổn định được thiết lập với sự gia tăng nồng độ CO 2 trong lớp đất dưới lòng đất. Sự biến động theo mùa của khí cacbonic gắn liền với sự thay đổi cường độ hô hấp của các sinh vật sống, phần lớn là vi sinh vật đất.

Điôxít cacbon là chất độc ở nồng độ cao, nhưng nồng độ như vậy rất hiếm trong tự nhiên. Hàm lượng CO 2 thấp sẽ ức chế quá trình quang hợp. Để tăng tỷ lệ quang hợp trong thực tế canh tác trong nhà kính và trong nhà kính (trong điều kiện mặt đất kín), người ta thường tăng nồng độ khí cacbonic một cách nhân tạo.

Đối với hầu hết cư dân của môi trường trên cạn, nitơ không khí là một khí trơ, nhưng các vi sinh vật như vi khuẩn nốt sần, vi khuẩn azotobacteria và clostridia có khả năng liên kết và tham gia vào chu trình sinh học.

Nguồn ô nhiễm vật lý và hóa học hiện đại chính của bầu khí quyển là do con người: các xí nghiệp công nghiệp và vận tải, xói mòn đất, v.v ... Do đó, sulfur dioxide là chất độc đối với thực vật với nồng độ từ một phần năm mươi nghìn đến một phần triệu thể tích không khí. Địa y đã chết khi có dấu vết của sulfur dioxide trong môi trường. Do đó, các thực vật đặc biệt nhạy cảm với SO 2 thường được sử dụng làm chất chỉ thị hàm lượng của nó trong không khí. Vân sam thông thường và cây thông, cây thích, cây bồ đề, cây bạch dương nhạy cảm với khói.

Chế độ sáng. Lượng bức xạ đến bề mặt Trái đất được xác định bởi vĩ độ địa lý của khu vực, độ dài của ngày, độ trong suốt của khí quyển và góc tới của tia sáng Mặt trời. Trong các điều kiện thời tiết khác nhau, 42-70% hằng số Mặt trời đến bề mặt Trái đất. Khi đi qua bầu khí quyển, bức xạ mặt trời trải qua một số thay đổi không chỉ về mặt định lượng mà còn cả về thành phần. Bức xạ sóng ngắn được hấp thụ bởi màn hình ôzôn và ôxy trong khí quyển. Tia hồng ngoại bị hơi nước và khí cacbonic hấp thụ trong khí quyển. Phần còn lại dưới dạng bức xạ trực tiếp hoặc phân tán tới bề mặt Trái đất.

Tổng bức xạ mặt trời trực tiếp và khuếch tán là từ 7 đến 7n tổng bức xạ, trong khi vào những ngày nhiều mây, bức xạ khuếch tán là 100%. Ở vĩ độ cao bức xạ khuếch tán chiếm ưu thế, ở vùng nhiệt đới - bức xạ trực tiếp. Bức xạ phân tán chứa tia đỏ vàng vào buổi trưa lên đến 80%, trực tiếp - từ 30 đến 40%. Vào những ngày nắng đẹp, bức xạ mặt trời chiếu tới bề mặt Trái đất là 45% ánh sáng nhìn thấy (380 - 720 nm) và 45% bức xạ hồng ngoại. Chỉ 10% được chiếm bởi bức xạ cực tím. Hàm lượng bụi trong khí quyển có ảnh hưởng đáng kể đến chế độ bức xạ. Do sự ô nhiễm của nó, ở một số thành phố, độ chiếu sáng có thể thấp hơn 15% hoặc ít hơn độ chiếu sáng bên ngoài thành phố.

Độ chiếu sáng trên bề mặt Trái đất rất khác nhau. Mọi thứ phụ thuộc vào độ cao của Mặt trời trên đường chân trời hoặc góc tới của tia sáng Mặt trời, độ dài của ngày và điều kiện thời tiết, và độ trong suốt của khí quyển (Hình 18).

Cơm. mười tám. Sự phân bố bức xạ mặt trời phụ thuộc vào độ cao của Mặt trời trên đường chân trời (A 1 - cao, A 2 - thấp)

Cường độ ánh sáng cũng dao động tùy thuộc vào thời gian trong năm và thời gian trong ngày. Ở một số khu vực trên Trái đất, chất lượng ánh sáng cũng không bằng nhau, ví dụ, tỷ lệ giữa tia sóng dài (đỏ) và sóng ngắn (xanh lam và tia cực tím). Như đã biết, các tia sóng ngắn bị khí quyển hấp thụ và phân tán nhiều hơn so với các tia sóng dài. Do đó, ở các vùng núi luôn có nhiều bức xạ mặt trời sóng ngắn hơn.

Cây cối, bụi rậm, cây trồng che bóng cho khu vực, tạo ra một vi khí hậu đặc biệt, làm suy yếu bức xạ (Hình 19).

Cơm. 19.

A - trong một khu rừng thông quý hiếm; B - trong cây ngô Từ bức xạ hoạt động quang hợp tới 6-12% được phản xạ (R) từ bề mặt trồng

Do đó, trong các môi trường sống khác nhau, không chỉ cường độ bức xạ khác nhau, mà còn cả thành phần quang phổ của nó, thời gian chiếu sáng của thực vật, sự phân bố không gian và thời gian của ánh sáng có cường độ khác nhau, v.v. Tương ứng, sự thích nghi của sinh vật với cuộc sống trong môi trường trên cạn với chế độ ánh sáng này hay chế độ ánh sáng khác cũng rất đa dạng. Như chúng tôi đã đề cập trước đó, liên quan đến ánh sáng, ba nhóm thực vật chính được phân biệt: ưa ánh sáng(heliophytes), ưa bóng râm(Sciophytes) và chịu bóng. Cây ưa sáng và cây ưa bóng khác nhau ở vị trí tối ưu về mặt sinh thái.

Ở cây ưa sáng, ở nơi có đầy đủ ánh sáng mặt trời. Bóng râm mạnh có ảnh hưởng xấu đến chúng. Đây là thực vật ở những vùng đất trống hoặc thảo nguyên có ánh sáng tốt và đồng cỏ (tầng trên của cây cỏ), địa y đá, cây thân thảo đầu xuân của rừng rụng lá, hầu hết các loại cây trồng trên bãi đất trống và cỏ dại, v.v. Các loại cây ưa bóng có tối ưu trong ánh sáng yếu và không thể chịu được ánh sáng mạnh. Đây chủ yếu là các tầng che bóng thấp hơn của các quần xã thực vật phức tạp, nơi bóng râm là kết quả của việc “chặn” ánh sáng của các loài thực vật cao hơn và các loài sống chung. Điều này bao gồm nhiều cây trồng trong nhà và nhà kính. Phần lớn, đây là những sinh vật bản địa của lớp phủ thân thảo hoặc hệ thực vật biểu sinh rừng nhiệt đới.

Đường cong sinh thái liên quan đến ánh sáng cũng hơi bất đối xứng ở những loài chịu bóng, vì chúng sinh trưởng và phát triển tốt hơn trong điều kiện ánh sáng đầy đủ, nhưng chúng cũng thích nghi tốt với ánh sáng yếu. Nó là một nhóm thực vật phổ biến và có tính linh hoạt cao trong môi trường trên cạn.

Thực vật của môi trường mặt đất - không khí đã phát triển thích nghi với các điều kiện khác nhau của chế độ ánh sáng: giải phẫu - hình thái, sinh lý, v.v.

Một ví dụ điển hình về sự thích nghi về giải phẫu và hình thái là sự thay đổi hình thái trong các điều kiện ánh sáng khác nhau, ví dụ, kích thước không bằng nhau của phiến lá ở các loài thực vật có liên quan đến vị trí hệ thống, nhưng sống trong các điều kiện ánh sáng khác nhau (đồng cỏ chuông - Campanula patula và rừng - C . khí quản, violet cánh đồng - Viola arvensis, mọc ở ruộng, bãi cỏ, ven rừng, và violet rừng - V. mirabilis), sung. hai mươi.

Cơm. hai mươi. Sự phân bố các kích thước lá tùy thuộc vào điều kiện môi trường sống của thực vật: từ ẩm ướt đến khô và từ bóng râm đến nắng

Ghi chú. Khu vực bóng mờ tương ứng với các điều kiện phổ biến trong tự nhiên.

Trong điều kiện thừa và thiếu ánh sáng, sự sắp xếp các phiến lá của cây trong không gian khác nhau đáng kể. Ở thực vật heliophyte, lá được định hướng để giảm sự xuất hiện của bức xạ trong những giờ ban ngày "nguy hiểm" nhất. Phiến lá nằm thẳng đứng hoặc lệch một góc lớn so với mặt phẳng ngang nên ban ngày lá hầu như chỉ nhận tia lượn (Hình 21).

Điều này đặc biệt rõ ràng ở nhiều thực vật thảo nguyên. Một sự thích nghi thú vị đối với sự suy yếu của bức xạ nhận được trong cái gọi là cây "la bàn" (rau diếp dại - Lactuca serriola, v.v.). Các lá của rau diếp dại nằm trong cùng một mặt phẳng, hướng từ bắc xuống nam, và vào buổi trưa, bức xạ đến bề mặt lá là rất ít.

Ở những cây chịu bóng, các lá được sắp xếp sao cho nhận được lượng bức xạ tới tối đa.

Cơm. 21.

1,2 - lá có các góc nghiêng khác nhau; S 1, S 2 - dòng bức xạ trực tiếp tới chúng; Tổng số S - tổng lượng ăn vào của cây

Thường cây chịu bóng có khả năng thực hiện các động tác bảo vệ: thay đổi vị trí của phiến lá khi có ánh sáng mạnh chiếu vào. Các ô thảm cỏ với các lá oxalis gấp lại tương đối chính xác trùng khớp với vị trí của các mảng sáng mặt trời lớn. Một số đặc điểm thích nghi có thể được ghi nhận trong cấu trúc của lá như là nơi thu nhận bức xạ mặt trời chính. Ví dụ, ở nhiều heliophytes, bề mặt của lá góp phần phản xạ ánh sáng mặt trời (sáng bóng - trong nguyệt quế, phủ một lớp lông nhẹ - trong cây xương rồng, cây cỏ sữa) hoặc làm suy yếu tác dụng của chúng (lớp biểu bì dày, lông mọc dày đặc). Cấu trúc bên trong của lá được đặc trưng bởi sự phát triển mạnh mẽ của mô lá chắn, sự hiện diện của một số lượng lớn các lục lạp nhỏ và nhẹ (Hình 22).

Một trong những phản ứng bảo vệ của lục lạp đối với ánh sáng dư thừa là khả năng thay đổi định hướng và di chuyển trong tế bào, điều này được nhận thấy rõ ở thực vật ưa sáng.

Trong điều kiện ánh sáng rực rỡ, lục lạp chiếm một vị trí vững chắc trong tế bào và trở thành một "cạnh" đối với hướng của các tia. Trong điều kiện ánh sáng yếu, chúng phân bố khuếch tán trong tế bào hoặc tích tụ ở phần dưới của nó.

Cơm. 22.

1 - thủy tùng; 2 - cây thông rụng lá; 3 - móng guốc; 4 - xuân chistyak (Theo T. K. Goryshina, E. G. Springs, 1978)

Thích ứng sinh lý thực vật đối với điều kiện ánh sáng của môi trường không khí mặt đất bao gồm các chức năng quan trọng khác nhau. Người ta đã chứng minh rằng các quá trình sinh trưởng ở cây ưa sáng phản ứng nhạy hơn với sự thiếu sáng so với cây ưa bóng. Kết quả là, sự kéo dài của thân cây được tăng lên, giúp cây vượt qua ánh sáng, tiến vào các tầng trên của quần xã thực vật.

Sự thích nghi sinh lý chính đối với ánh sáng nằm trong lĩnh vực quang hợp. Ở dạng tổng quát, sự thay đổi của quang hợp phụ thuộc vào cường độ ánh sáng được biểu thị bằng "đường cong ánh sáng quang hợp". Các thông số sau đây có tầm quan trọng về mặt sinh thái (Hình 23).

• 1. Giao điểm của đường cong với trục y (Hình 23, một) tương ứng với độ lớn và hướng trao đổi khí của thực vật trong bóng tối hoàn toàn: không có quang hợp, quá trình hô hấp diễn ra (không hấp thụ mà giải phóng CO 2), do đó điểm a nằm dưới trục abscissa.
• 2. Giao điểm của đường cong ánh sáng với trục abscissa (Hình 23, b)đặc trưng cho "điểm bù", tức là cường độ ánh sáng mà tại đó quang hợp (hấp thụ CO 2) cân bằng với hô hấp (giải phóng CO 2).
• 3. Cường độ của quang hợp khi tăng ánh sáng chỉ tăng đến một giới hạn nhất định, sau đó không đổi - đường cong ánh sáng của quang hợp đạt đến một "bình nguyên bão hòa".

Cơm. 23.

A - lược đồ chung; B - đường cong đối với cây ưa sáng (1) và cây chịu bóng (2)

Trên hình. 23, khu vực uốn được biểu thị có điều kiện bằng một đường cong trơn, điểm đứt tương ứng với điểm Trong. Hình chiếu của điểm tại trên trục abscissa (điểm d) đặc trưng cho cường độ ánh sáng "bão hòa", tức là một giá trị như vậy, trên đó ánh sáng không còn làm tăng cường độ quang hợp. Phép chiếu lên trục y (điểm e) tương ứng với cường độ quang hợp cao nhất của một loài nhất định trong môi trường không khí mặt đất nhất định.

4. Một đặc điểm quan trọng của đường cong ánh sáng là góc nghiêng (a) so với đường cong, phản ánh mức độ tăng quang hợp khi tăng bức xạ (trong vùng có cường độ ánh sáng tương đối thấp).

Thực vật thể hiện các động lực theo mùa trong phản ứng của chúng với ánh sáng. Vì vậy, vào đầu mùa xuân trong rừng, những lá mới xuất hiện của loài cói lông (Carex pilosa) có dải bão hòa ánh sáng của quang hợp 20-25 nghìn lux, trong thời gian che nắng vào mùa hè ở những loài này, các đường cong phụ thuộc của quang hợp vào ánh sáng trở nên tương ứng với nghĩa là lá cây có khả năng sử dụng ánh sáng yếu hiệu quả hơn; cũng chính những chiếc lá này, sau khi trú đông dưới tán rừng mùa xuân trụi lá, lại bộc lộ đặc điểm "ánh sáng" của quá trình quang hợp.

Một dạng đặc thù của thích nghi sinh lý khi thiếu ánh sáng gay gắt là cây mất khả năng quang hợp, chuyển sang chế độ dinh dưỡng dị dưỡng bằng các chất hữu cơ làm sẵn. Đôi khi sự chuyển đổi như vậy trở nên không thể thay đổi do thực vật mất đi chất diệp lục, ví dụ như lan rừng vân sam râm mát (Goodyera repeatns, Weottia nidus avis), aquamarine (Monotropa hypopitys). Chúng sống bằng các chất hữu cơ chết thu được từ các loài cây và các loài thực vật khác. Phương pháp dinh dưỡng này được gọi là hoại sinh, và thực vật được gọi là hoại sinh.

Đối với đại đa số các loài động vật sống trên cạn có hoạt động cả ngày lẫn đêm, thị giác là một trong những cách định hướng, có ý nghĩa quan trọng đối với việc tìm kiếm con mồi. Nhiều loài động vật cũng có khả năng nhìn màu sắc. Về vấn đề này, các loài động vật, đặc biệt là các nạn nhân, đã phát triển các đặc điểm thích nghi. Chúng bao gồm màu bảo vệ, che, và màu cảnh báo, giống bảo vệ, bắt chước, v.v. Sự xuất hiện của hoa có màu sắc rực rỡ của thực vật bậc cao cũng liên quan đến các đặc điểm của bộ máy thị giác của các loài thụ phấn và cuối cùng là với chế độ ánh sáng của môi trường.

chế độ nước. Thiếu ẩm là một trong những đặc điểm quan trọng nhất của môi trường sống trên mặt đất. Sự tiến hóa của các sinh vật trên cạn đã diễn ra bằng cách thích nghi với việc khai thác và bảo tồn độ ẩm. Các chế độ của độ ẩm môi trường trên đất liền rất đa dạng - từ sự bão hòa hoàn toàn và liên tục của không khí với hơi nước, nơi lượng mưa hàng năm giảm vài nghìn mm (các vùng của khí hậu xích đạo và nhiệt đới gió mùa) đến sự vắng mặt gần như hoàn toàn trong không khí khô. của sa mạc. Vì vậy, ở các sa mạc nhiệt đới, lượng mưa trung bình hàng năm ít hơn 100 mm mỗi năm, đồng thời không mưa hàng năm.

Lượng mưa hàng năm không phải lúc nào cũng có thể đánh giá được lượng nước sẵn có của các sinh vật, vì cùng một lượng mưa có thể đặc trưng cho khí hậu sa mạc (ở cận nhiệt đới) và rất ẩm (ở Bắc Cực). Một vai trò quan trọng được đóng bởi tỷ lệ lượng mưa và lượng bốc hơi (tổng lượng bốc hơi hàng năm từ bề mặt nước tự do), tỷ lệ này cũng không giống nhau ở các khu vực khác nhau trên địa cầu. Các khu vực mà giá trị này vượt quá lượng mưa hàng năm được gọi là khô khan(khô cằn, khô cằn). Ví dụ ở đây, thực vật bị thiếu ẩm trong hầu hết mùa sinh trưởng. Các khu vực mà thực vật được cung cấp độ ẩm được gọi là ẩm ướt, hoặc ướt. Thường thì cũng có những vùng chuyển tiếp - semiarid(ký hiệu).

Sự phụ thuộc của thảm thực vật vào lượng mưa và nhiệt độ trung bình hàng năm được thể hiện trong hình. 24.

Cơm. 24.

1 - rừng nhiệt đới; 2 - rừng rụng lá; 3 - thảo nguyên; 4 - sa mạc; 5 - rừng lá kim; 6 - lãnh nguyên bắc cực và núi

Nguồn cung cấp nước của các sinh vật trên cạn phụ thuộc vào chế độ lượng mưa, sự hiện diện của các hồ chứa, trữ lượng độ ẩm của đất, sự gần gũi của mạch nước ngầm, v.v ...

Trên hình. . - Hydrophytes vẫn còn hạn chế ở môi trường sống có không khí độ ẩm cao, trong môi trường sống khô rêu trở thành poikilohydric thứ hai); giữa dương xỉ và thực vật hạt kín (nhưng không phải giữa thực vật hạt trần) cũng có các dạng poikilohydric thứ cấp. Hầu hết các loại thực vật có lá đều có tính đồng nhất do sự hiện diện của lớp biểu bì bảo vệ chống lại sự thoát hơi nước và hút chân không mạnh mẽ của các tế bào của chúng. Cần lưu ý rằng tính đa dạng của động vật và thực vật chỉ là đặc trưng của môi trường không khí mặt đất.

Cơm. 2

Lượng mưa (mưa, mưa đá, tuyết), ngoài việc cung cấp nước và tạo độ ẩm dự trữ, thường đóng một vai trò sinh thái khác. Ví dụ, trong những trận mưa lớn, đất không kịp hút ẩm, nước chảy xiết theo dòng chảy mạnh và thường cuốn theo các loài thực vật rễ yếu, động vật nhỏ và đất màu mỡ ra sông hồ. Ở các vùng ngập lụt, mưa có thể gây ra lũ lụt và do đó ảnh hưởng xấu đến các loài thực vật và động vật sống ở đó. Ở những nơi bị ngập lụt định kỳ, các loài động, thực vật vùng ngập lũ đặc thù được hình thành.

Mưa đá cũng có ảnh hưởng xấu đến động thực vật. Cây trồng nông nghiệp ở một số cánh đồng đôi khi bị phá hủy hoàn toàn bởi thảm họa thiên nhiên này.

Vai trò sinh thái của tuyết phủ rất đa dạng. Đối với những thực vật có chồi tái sinh nằm trong đất hoặc gần bề mặt của nó, tuyết đóng vai trò như một lớp vỏ cách nhiệt cho nhiều loài động vật nhỏ, bảo vệ chúng khỏi nhiệt độ thấp vào mùa đông. Khi sương giá trên -14 ° C, dưới lớp tuyết dày 20 cm, nhiệt độ đất không giảm xuống dưới 0,2 ° C. Lớp tuyết phủ dày giúp bảo vệ các bộ phận xanh tươi của thực vật khỏi bị đóng băng, chẳng hạn như Veronica officinalis, móng heo rừng, v.v., chúng đi dưới tuyết mà không rụng lá. Các loài động vật nhỏ trên cạn có lối sống năng động vào mùa đông, đặt nhiều phòng trưng bày các lối đi dưới lớp tuyết và độ dày của nó. Khi có thức ăn tăng cường vào mùa đông có tuyết, các loài gặm nhấm (chuột gỗ và chuột cổ họng vàng, một số loài chuột đồng, chuột nước, v.v.) có thể sinh sản ở đó. Gà gô, gà gô, gà gô đen ẩn mình dưới tuyết trong những đợt sương giá khắc nghiệt.

Đối với các loài động vật lớn, tuyết phủ vào mùa đông thường ngăn cản chúng kiếm ăn và di chuyển xung quanh, đặc biệt là khi lớp vỏ băng hình thành trên bề mặt. Do đó, nai sừng tấm (Alces alces) tự do vượt qua một lớp tuyết sâu tới 50 cm, nhưng điều này không có ở các loài động vật nhỏ hơn. Thông thường, vào mùa đông có tuyết, người ta quan sát thấy cái chết của hươu cao cổ và lợn rừng.

Lượng tuyết rơi lớn cũng gây ảnh hưởng xấu đến thực vật. Ngoài những hư hỏng cơ học dưới dạng tuyết rơi hoặc tuyết trôi, một lớp tuyết dày có thể dẫn đến cây cối bị ẩm ướt và trong quá trình tuyết tan, đặc biệt là vào mùa xuân kéo dài, làm cây bị ướt.

Cơm. 26.

Thực vật và động vật phải chịu nhiệt độ thấp với gió mạnh trong mùa đông có ít tuyết. Vì vậy, vào những năm có ít tuyết, các loài gặm nhấm như chuột, chuột chũi và các động vật nhỏ khác sẽ chết. Đồng thời, ở những vĩ độ có lượng mưa dưới dạng tuyết rơi vào mùa đông, thực vật và động vật trong lịch sử đã thích nghi với cuộc sống trong tuyết hoặc trên bề mặt của nó, đã phát triển các đặc điểm khác nhau về giải phẫu, hình thái, sinh lý, hành vi và các đặc điểm khác. Ví dụ, ở một số loài động vật, bề mặt nâng đỡ của chân tăng lên vào mùa đông do chúng bám đầy lông thô (Hình 26), lông vũ và các tấm chắn bằng sừng.

Những người khác di cư hoặc rơi vào trạng thái không hoạt động - ngủ, ngủ đông, tạm dừng. Một số loài động vật chuyển sang ăn một số loại thức ăn nhất định.

Cơm. 5,27.

Màu trắng của tuyết bao phủ làm lộ ra những con vật đen tối. Sự thay đổi màu sắc theo mùa ở gà gô trắng và lãnh nguyên, ermine (Hình 27), thỏ núi, chồn hương, cáo bắc cực, chắc chắn có liên quan đến việc lựa chọn ngụy trang cho phù hợp với màu nền.

Lượng mưa, ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến sinh vật, quyết định độ ẩm không khí này hay độ ẩm không khí khác, như đã nói ở trên, đóng một vai trò quan trọng trong đời sống của thực vật và động vật, vì nó ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nước của chúng. Sự thoát hơi nước từ bề mặt cơ thể động vật và thoát hơi nước ở thực vật diễn ra mạnh hơn, không khí bão hòa hơi nước càng ít.

Sự hấp thụ bởi các bộ phận trên không của hơi nước dạng giọt rơi xuống dưới dạng mưa, cũng như hơi ẩm từ không khí, ở thực vật bậc cao xảy ra ở thực vật biểu sinh của rừng nhiệt đới, chúng hút ẩm trên toàn bộ bề mặt của lá và rễ trên không. Hơi ẩm từ không khí có thể được hấp thụ bởi cành của một số cây bụi và cây gỗ, chẳng hạn như saxaul - Halaxylon persicum, H. aphyllum. Ở thực vật bậc cao và đặc biệt là bậc thấp, sự hấp thụ độ ẩm của các bộ phận trên mặt đất là cách thông thường của dinh dưỡng nước (rêu, địa y, v.v.). Với sự thiếu ẩm của rêu, địa y có thể tồn tại một thời gian dài ở trạng thái gần không khí khô, rơi vào trạng thái động lơ lửng. Nhưng ngay khi trời mưa, những cây này sẽ nhanh chóng hút ẩm từ tất cả các bộ phận trên mặt đất, trở nên mềm mại, phục hồi độ ẩm, tiếp tục quá trình quang hợp và sinh trưởng.

Thực vật trong môi trường sống trên cạn có độ ẩm cao thường cần loại bỏ độ ẩm dư thừa. Theo quy luật, điều này xảy ra khi đất được ủ ấm tốt và rễ chủ động hút nước và không có sự thoát hơi nước (vào buổi sáng hoặc khi sương mù, khi độ ẩm không khí là 100%).

Độ ẩm dư thừa được loại bỏ bằng đường ruột -đây là sự giải phóng nước thông qua các tế bào bài tiết đặc biệt nằm dọc theo mép hoặc trên đầu lá (Hình 28).

Cơm. 28.

1 - trong ngũ cốc, 2 - trong dâu tây, 3 - trong hoa tulip, 4 - trong bông sữa, 5 - trong Sarmatian bellevalia, 6 - trong cỏ ba lá

Không chỉ các tế bào dị hình có khả năng tiêu hóa mà còn có nhiều tế bào trung mô. Ví dụ, hiện tượng rút ruột được tìm thấy ở hơn một nửa số loài thực vật ở thảo nguyên Ukraina. Nhiều loại cỏ bị rút ruột rất mạnh làm ẩm bề mặt của đất. Đây là cách động vật và thực vật thích nghi với sự phân bố lượng mưa theo mùa, với số lượng và tính chất của nó. Điều này quyết định thành phần của thực vật và động vật, thời gian của dòng chảy của các giai đoạn nhất định trong chu kỳ phát triển của chúng.

Độ ẩm cũng bị ảnh hưởng bởi sự ngưng tụ của hơi nước, thường xuất hiện ở lớp bề mặt của không khí khi nhiệt độ thay đổi. Giọt sương xuất hiện khi nhiệt độ giảm vào buổi tối. Thông thường, sương rơi với số lượng nhiều sẽ làm cây cối nhiều, chảy vào đất, làm tăng độ ẩm không khí và tạo điều kiện thuận lợi cho các sinh vật sống, đặc biệt là khi có rất ít lượng mưa khác. Thực vật góp phần vào sự kết tủa của sương. Làm mát vào ban đêm, chúng tự ngưng tụ hơi nước. Chế độ độ ẩm bị ảnh hưởng đáng kể bởi sương mù, mây dày và các hiện tượng tự nhiên khác.

Khi xác định định lượng môi trường sống của thực vật theo yếu tố nước, các chỉ số được sử dụng để phản ánh hàm lượng và sự phân bố độ ẩm không chỉ trong không khí mà còn trong đất. nước ngầm, hay độ ẩm của đất, là một trong những nguồn cung cấp độ ẩm chính cho cây trồng. Nước trong đất ở trạng thái rời rạc, xen kẽ trong các lỗ rỗng với nhiều kích thước và hình dạng khác nhau, có bề mặt lớn với đất và chứa một số cation và anion. Do đó, độ ẩm của đất không đồng nhất về tính chất vật lý và hóa học. Không phải tất cả nước chứa trong đất đều có thể được sử dụng cho cây trồng. Theo trạng thái vật lý, tính di động, tính khả dụng và tầm quan trọng đối với thực vật, nước trong đất được chia thành lực hút, hút ẩm và mao dẫn.

Đất cũng chứa hơi ẩm, chiếm tất cả các lỗ rỗng không chứa nước. Đây hầu như luôn luôn là hơi nước bão hòa (trừ đất sa mạc). Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 0 ° C, độ ẩm của đất chuyển thành băng (lúc đầu là nước tự do, và khi được làm lạnh thêm, một phần của nước liên kết).

Tổng lượng nước có thể giữ lại của đất (được xác định bằng cách thêm nước thừa và sau đó đợi cho đến khi nó ngừng nhỏ giọt) được gọi là khả năng lĩnh vực.

Do đó, tổng lượng nước trong đất không thể đặc trưng cho mức độ cung cấp độ ẩm của thực vật. Để xác định nó, hệ số héo phải được trừ vào tổng lượng nước. Tuy nhiên, nước trong đất có thể tiếp cận được về mặt vật lý không phải lúc nào cũng có sẵn về mặt sinh lý đối với thực vật do nhiệt độ đất thấp, thiếu oxy trong nước và không khí trong đất, độ chua của đất và nồng độ cao của muối khoáng hòa tan trong nước đất. Sự khác biệt giữa sự hấp thụ nước của rễ và sự thải ra của lá dẫn đến sự héo úa của cây. Sự phát triển của không chỉ các bộ phận trên mặt đất mà cả hệ thống rễ của cây phụ thuộc vào lượng nước sinh lý sẵn có. Ở thực vật mọc trên đất khô, theo quy luật, hệ thống rễ sẽ phân nhánh nhiều hơn, mạnh hơn so với trên đất ướt (Hình 29).

Cơm. 29.

1 - với một lượng lớn kết tủa; 2 - với mức trung bình; 3 - với nhỏ

Một trong những nguồn cung cấp độ ẩm cho đất là nước ngầm. Ở mức độ thấp của chúng, nước mao dẫn không đến được đất và không ảnh hưởng đến chế độ nước của nó. Chỉ làm ẩm đất do lượng mưa thôi đã gây ra sự biến động mạnh về độ ẩm của đất, thường ảnh hưởng tiêu cực đến thực vật. Mực nước ngầm quá cao cũng có tác hại, vì nó dẫn đến đất bị úng nước, cạn kiệt oxy và làm giàu bằng muối khoáng. Độ ẩm đất liên tục, bất kể sự thay đổi của thời tiết, cung cấp mức nước ngầm tối ưu.

Chế độ nhiệt độ. Một đặc điểm khác biệt của môi trường mặt đất-không khí là phạm vi dao động nhiệt độ lớn. Ở hầu hết các vùng đất, biên độ nhiệt độ hàng ngày và hàng năm là hàng chục độ. Sự thay đổi nhiệt độ không khí đặc biệt đáng kể ở các sa mạc và các vùng lục địa cận cực. Ví dụ, phạm vi nhiệt độ theo mùa ở các sa mạc ở Trung Á là 68-77 ° С và phạm vi hàng ngày là 25-38 ° С. Trong vùng lân cận của Yakutsk, nhiệt độ không khí trung bình tháng Giêng là -43 ° C, nhiệt độ trung bình tháng Bảy là + 19 ° C, và phạm vi hàng năm là từ -64 đến + 35 ° C. Ở Trans-Ural, nhiệt độ không khí hàng năm rất rõ rệt và kết hợp với sự biến động lớn về nhiệt độ của các tháng mùa đông và mùa xuân trong các năm khác nhau. Tháng lạnh nhất là tháng Giêng, nhiệt độ không khí trung bình từ -16 đến -19 ° C, có năm xuống -50 ° C, tháng ấm nhất là tháng Bảy với nhiệt độ từ 17,2-19,5 ° C. Nhiệt độ cộng thêm tối đa là 38--41 ° С.

Biến động nhiệt độ trên bề mặt đất thậm chí còn đáng kể hơn.

Thực vật trên cạn chiếm một vùng tiếp giáp với bề mặt đất, tức là, với “bề mặt phân cách”, trên đó diễn ra quá trình chuyển đổi các tia tới từ môi trường này sang môi trường khác hoặc theo một cách khác, từ trong suốt sang mờ đục, diễn ra. Trên bề mặt này tạo ra một chế độ nhiệt đặc biệt: ban ngày - nóng mạnh do hấp thụ tia nhiệt, ban đêm - nguội mạnh do bức xạ. Từ đây, lớp không khí trên bề mặt trải qua sự dao động nhiệt độ hàng ngày mạnh nhất, rõ ràng nhất trên đất trống.

Ví dụ, chế độ nhiệt của môi trường sống thực vật được đặc trưng trên cơ sở các phép đo nhiệt độ trực tiếp trong tán cây. Trong các cộng đồng thân thảo, các phép đo được thực hiện bên trong và trên bề mặt của rác, và trong các khu rừng, nơi có một gradient nhiệt độ thẳng đứng nhất định, tại một số điểm ở các độ cao khác nhau.

Khả năng chống lại sự thay đổi nhiệt độ của môi trường ở các sinh vật trên cạn là khác nhau và phụ thuộc vào môi trường sống cụ thể nơi chúng sống. Do đó, hầu hết các cây lá trên cạn đều phát triển trong một khoảng nhiệt độ rộng, tức là chúng là nhiệt nhiệt. Khoảng thời gian sống của chúng ở trạng thái hoạt động kéo dài, theo quy luật, từ 5 đến 55 ° C, trong khi từ 5 đến 40 ° C những cây này có năng suất cao. Thực vật của các vùng lục địa, có đặc điểm là có sự thay đổi nhiệt độ ngày rõ rệt, phát triển tốt nhất khi đêm lạnh hơn ban ngày 10-15 ° C. Điều này áp dụng cho hầu hết các loài thực vật của vùng ôn đới - với sự chênh lệch nhiệt độ từ 5 đến 10 ° C, và các cây nhiệt đới với biên độ thậm chí còn nhỏ hơn - khoảng 3 ° C (Hình 30).

Cơm. ba mươi.

Ở các sinh vật đẳng nhiệt, với sự gia tăng nhiệt độ (T), thời gian phát triển (t) giảm ngày càng nhanh. Tốc độ phát triển Vt có thể được biểu thị bằng công thức Vt = 100 / tấn.

Để đạt được một giai đoạn phát triển nhất định (ví dụ: ở côn trùng - từ trứng), tức là giai đoạn nhộng, giai đoạn tưởng tượng, luôn đòi hỏi một tổng nhiệt độ nhất định. Tích số của nhiệt độ hiệu dụng (nhiệt độ trên điểm phát triển không, tức là, T - To) và thời gian phát triển (t) cho loài cụ thể hằng số nhiệt phát triển c = t (T-To). Sử dụng phương trình này, có thể tính toán thời gian bắt đầu của một giai đoạn phát triển nhất định, ví dụ, của một loại dịch hại thực vật, tại đó cuộc chiến chống lại nó có hiệu quả.

Thực vật là sinh vật đẳng nhiệt không có nhiệt độ cơ thể ổn định của riêng chúng. Nhiệt độ của chúng được xác định bởi sự cân bằng nhiệt, tức là, tỷ lệ giữa sự hấp thụ và trở lại của năng lượng. Các giá trị này phụ thuộc vào nhiều đặc tính của cả môi trường (kích thước của bức xạ đến, nhiệt độ của không khí xung quanh và chuyển động của nó) và bản thân cây trồng (màu sắc và các đặc tính quang học khác của cây, kích thước và sự sắp xếp của lá. , vân vân.). Vai trò chính được thực hiện bởi tác dụng làm mát của quá trình thoát hơi nước, ngăn cản sự phát nhiệt quá mạnh của thực vật trong môi trường sống nóng. Kết quả của những lý do trên, nhiệt độ của thực vật thường khác (thường khá đáng kể) so với nhiệt độ của không khí xung quanh. Ở đây có thể xảy ra ba trường hợp: nhiệt độ của cây cao hơn nhiệt độ môi trường, thấp hơn nhiệt độ của nó, bằng hoặc rất gần với nó. Sự vượt quá nhiệt độ thực vật so với nhiệt độ không khí không chỉ xảy ra ở những nơi có nhiệt độ ấm quá cao mà còn xảy ra ở những môi trường sống lạnh hơn. Điều này được tạo điều kiện thuận lợi bởi màu tối hoặc các đặc tính quang học khác của thực vật làm tăng khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời, cũng như các đặc điểm giải phẫu và hình thái làm giảm sự thoát hơi nước. Thực vật ở Bắc Cực có thể nóng lên khá rõ rệt (Hình 31).

Một ví dụ khác là cây liễu lùn - Salix arctica ở Alaska, trong đó lá ấm hơn không khí 2--11 độ C vào ban ngày và thậm chí vào ban đêm của địa cực "làm tròn đồng hồ" - 1--3 ° C.

Đối với những con thiêu thân đầu mùa xuân, cái gọi là "giọt tuyết", việc sưởi ấm cho lá mang lại khả năng quang hợp khá mạnh vào những ngày mùa xuân nắng nhưng vẫn lạnh. Đối với môi trường sống lạnh giá hoặc những môi trường có liên quan đến biến động nhiệt độ theo mùa, sự gia tăng nhiệt độ thực vật về mặt sinh thái là rất quan trọng, vì các quá trình sinh lý trở nên độc lập, trong giới hạn nhất định, với nền nhiệt xung quanh.

Cơm. 31.

Ở bên phải - cường độ của các quá trình sống trong sinh quyển: 1 - lớp không khí lạnh nhất; 2 - giới hạn trên của sự phát triển chồi; 3, 4, 5 - khu vực diễn ra hoạt động lớn nhất của các quá trình sống và tích tụ tối đa các chất hữu cơ; 6 - mức độ đóng băng vĩnh cửu và giới hạn thấp hơn của sự ra rễ; 7 - khu vực có nhiệt độ đất thấp nhất

Sự giảm nhiệt độ của thực vật so với không khí xung quanh thường được quan sát thấy nhiều nhất ở các khu vực được chiếu sáng và sưởi ấm mạnh của quả cầu trên cạn (sa mạc, thảo nguyên), nơi bề mặt lá của thực vật bị giảm đáng kể, và sự thoát hơi nước tăng cường giúp loại bỏ nhiệt dư thừa và ngăn ngừa quá nhiệt. Nói chung, chúng ta có thể nói rằng trong môi trường sống nóng, nhiệt độ của các bộ phận trên mặt đất của thực vật thấp hơn, và trong môi trường lạnh, nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không khí. Sự trùng khớp giữa nhiệt độ thực vật với nhiệt độ môi trường ít phổ biến hơn - trong các điều kiện loại trừ dòng bức xạ mạnh và thoát hơi nước mạnh, ví dụ như ở các cây thân thảo dưới tán rừng và ở những khu vực trống trải - trong thời tiết nhiều mây hoặc khi trời mưa.

Nói chung, các sinh vật trên cạn có nhiệt độ cao hơn các sinh vật dưới nước.

Trong môi trường mặt đất - không khí, điều kiện sống phức tạp do tồn tại thời tiết thay đổi. Thời tiết là trạng thái thay đổi liên tục của khí quyển gần bề mặt trái đất, lên đến khoảng 20 km (ranh giới tầng đối lưu). Sự thay đổi thời tiết được thể hiện ở sự biến đổi liên tục trong sự kết hợp của các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm không khí, mây, lượng mưa, cường độ và hướng gió, v.v. (Hình 32).

Cơm. 32.

Cùng với sự luân phiên thường xuyên của chúng trong chu kỳ hàng năm, sự thay đổi thời tiết được đặc trưng bởi những biến động không theo chu kỳ, điều này làm phức tạp đáng kể các điều kiện cho sự tồn tại của các sinh vật trên cạn. Trên hình. 33, bằng cách sử dụng ví dụ về sâu bướm của loài bướm đêm Carpocapsa pomonella, sự phụ thuộc của tỷ lệ tử vong vào nhiệt độ và độ ẩm tương đối được hiển thị.

Cơm. 33.

Theo đó, các đường cong của tỷ lệ tử vong bằng nhau là đồng tâm và vùng tối ưu bị giới hạn bởi độ ẩm tương đối là 55 và 95% và nhiệt độ là 21 và 28 ° C.

Ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm không khí trong thực vật thường không xác định mức tối đa, mà là mức độ mở khí khổng trung bình, vì sự trùng hợp của tất cả các điều kiện có lợi cho việc mở của chúng hiếm khi xảy ra.

Chế độ thời tiết dài hạn đặc trưng cho khí hậu của khu vực. Khái niệm khí hậu không chỉ bao gồm các giá trị trung bình của các hiện tượng khí tượng, mà còn bao gồm các biến thể hàng năm và hàng ngày của chúng, độ lệch so với nó và tần suất của chúng. Khí hậu được xác định bởi các điều kiện địa lý của khu vực.

Các yếu tố khí hậu chính là nhiệt độ và độ ẩm, được đo bằng lượng mưa và độ bão hòa của không khí với hơi nước. Do đó, ở các nước xa biển, có sự chuyển đổi dần dần từ khí hậu ẩm qua đới trung gian nửa khô hạn với thời gian khô hạn không thường xuyên hoặc định kỳ sang vùng lãnh thổ khô cằn, đặc trưng là khô hạn kéo dài, nhiễm mặn đất và nước (Hình 34).

Cơm. 34.

Ghi chú: nơi mà đường cong lượng mưa cắt ngang đường bốc hơi tăng dần, có ranh giới giữa khí hậu ẩm (trái) và khô hạn (phải). Màu đen cho thấy chân trời mù mịt, nở ra cho thấy chân trời xấu.

Mỗi môi trường sống được đặc trưng bởi một khí hậu sinh thái nhất định, tức là khí hậu của lớp không khí bề mặt, hoặc khí hậu sinh thái.

Thảm thực vật có ảnh hưởng lớn đến các yếu tố khí hậu. Vì vậy, ở dưới tán rừng, độ ẩm không khí luôn cao hơn, nhiệt độ dao động ít hơn so với trên các tán rừng. Chế độ ánh sáng của những nơi này cũng khác nhau. Trong các hiệp hội thực vật khác nhau, chế độ ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm của riêng chúng được hình thành, tức là một loại khí hậu thực vật.

Dữ liệu về khí hậu sinh thái hoặc khí hậu thực vật không phải lúc nào cũng đủ để mô tả đầy đủ các điều kiện khí hậu của một môi trường sống nhất định. Các yếu tố địa phương của môi trường (cứu trợ, tiếp xúc, thảm thực vật, v.v.) rất thường xuyên thay đổi chế độ ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và chuyển động không khí trong một khu vực cụ thể theo cách có thể khác biệt đáng kể so với điều kiện khí hậu của khu vực . Các biến đổi khí hậu cục bộ hình thành trong lớp không khí bề mặt được gọi là vi khí hậu. Ví dụ, điều kiện sống xung quanh ấu trùng côn trùng sống dưới vỏ cây khác với trong rừng nơi cây này mọc. Nhiệt độ của sườn phía nam của thân cây có thể cao hơn 10-15 ° C so với nhiệt độ của sườn phía bắc của nó. Hang có động vật sinh sống, hốc cây, hang động có vi khí hậu ổn định. Không có sự khác biệt rõ ràng giữa khí hậu sinh thái và vi khí hậu. Người ta tin rằng khí hậu sinh thái là khí hậu của các khu vực rộng lớn, và vi khí hậu là khí hậu của các khu vực nhỏ riêng lẻ. Vi khí hậu có tác động đến các sinh vật sống của một vùng lãnh thổ cụ thể (Hình 35).

Cơm. 3

ở trên - một độ dốc được sưởi ấm tốt của tiếp xúc phía nam;

bên dưới - một phần nằm ngang của plakor (thành phần tạo bông giống nhau ở cả hai phần)

Sự hiện diện tại một địa phương của nhiều loài vi khí hậu đảm bảo sự chung sống của các loài với các yêu cầu khác nhau đối với ngoại cảnh.

Tính địa đới và tính địa đới. Sự phân bố của các sinh vật sống trên Trái Đất có quan hệ mật thiết với các đới và các đới địa lý. Các vành đai có sự phân chia theo vĩ độ, tất nhiên, chủ yếu là do các rào cản bức xạ và bản chất của hoàn lưu khí quyển. Trên bề mặt địa cầu, 13 khu vực địa lý được phân biệt, được phân bố trên các lục địa và đại dương (Hình 36).

Cơm. 36.

Những thứ này giống như bắc cực, nam cực, cận cực, cận cực, phía bắc và phía nam vừa phải, phía bắc và phía nam cận bắc cực, phía bắc và phía nam nhiệt đới, phía bắc và phía nam hệ thống phụ và xích đạo. Bên trong thắt lưng phân bổ khu vực địa lý, trong đó, cùng với các điều kiện bức xạ, sự làm ẩm bề mặt trái đất và tỷ lệ nhiệt và độ ẩm đặc trưng của một vùng nhất định được tính đến. Trái ngược với đại dương, nơi cung cấp độ ẩm hoàn chỉnh, trên các lục địa, tỷ lệ nhiệt và độ ẩm có thể có sự khác biệt đáng kể. Từ đây, các khu vực địa lý mở rộng đến các lục địa và đại dương, và các khu vực địa lý - chỉ đến các lục địa. Phân biệt vĩ độ và kinh tuyến hoặc kinh độ các khu tự nhiên. Cái trước trải dài từ tây sang đông, cái sau từ bắc xuống nam. Theo chiều dọc, các khu vực vĩ ​​độ được chia thành phân khu, và theo vĩ độ các tỉnh.

Người sáng lập ra học thuyết phân vùng tự nhiên là V. V. Dokuchaev (1846-1903), người đã chứng minh phân vùng như một quy luật phổ biến của tự nhiên. Tất cả các hiện tượng trong sinh quyển đều tuân theo quy luật này. Những lý do chính để phân vùng là hình dạng của Trái đất và vị trí của nó so với mặt trời. Ngoài vĩ độ, sự phân bố nhiệt trên Trái đất còn chịu ảnh hưởng của tính chất phù điêu và độ cao của địa hình so với mực nước biển, tỷ lệ giữa đất liền và biển, các dòng biển, v.v.

Sau đó, các cơ sở bức xạ để hình thành địa cầu được phát triển bởi A. A. Grigoriev và M. I. Budyko. Để thiết lập một đặc trưng định lượng của tỷ lệ nhiệt và độ ẩm cho các vùng địa lý khác nhau, họ đã xác định một số hệ số. Tỷ số giữa nhiệt và độ ẩm được biểu thị bằng tỷ số giữa cân bằng bức xạ của bề mặt với nhiệt ẩn của sự bay hơi và lượng mưa (chỉ số bức xạ của độ khô). Một định luật đã được thành lập, được gọi là định luật phân vùng địa lý tuần hoàn (A. A. Grigorieva - M. I. Budyko), trong đó nêu rõ, điều đó với sự thay đổi của các khu vực địa lý, địa lý tương tự(phong cảnh, tự nhiên) các vùng và một số thuộc tính chung của chúng được lặp lại theo định kỳ.

Mỗi vùng được giới hạn trong một phạm vi giá trị-chỉ số nhất định: bản chất đặc biệt của các quá trình địa mạo, kiểu khí hậu đặc biệt, thảm thực vật, thổ nhưỡng và động vật hoang dã. Trên lãnh thổ của Liên Xô cũ, các khu vực địa lý sau đây đã được ghi nhận: băng, lãnh nguyên, rừng-lãnh nguyên, rừng taiga, rừng hỗn hợp. Đồng bằng Nga, rừng hỗn hợp gió mùa ở Viễn Đông, rừng thảo nguyên, thảo nguyên, bán hoang mạc, sa mạc thuộc đới ôn hòa, hoang mạc của vùng cận nhiệt đới, Địa Trung Hải và cận nhiệt đới ẩm.

Một trong những điều kiện quan trọng đối với sự biến đổi của sinh vật và sự phân bố theo vùng của chúng trên trái đất là sự biến đổi thành phần hóa học của môi trường. Về vấn đề này, lời dạy của A.P. Vinogradov về địa hóa sinh các tỉnh,được xác định bởi tính địa đới của thành phần hóa học của đất, cũng như tính địa đới khí hậu, địa lý thực vật và địa hóa của sinh quyển. Các tỉnh địa sinh học là các khu vực trên bề mặt Trái đất có hàm lượng khác nhau (trong đất, nước, v.v.) của các hợp chất hóa học có liên quan đến các phản ứng sinh học nhất định từ hệ động thực vật địa phương.

Cùng với tính địa đới theo chiều ngang, môi trường trên cạn thể hiện rõ nhà cao tầng hoặc theo chiều dọc giải trình.

Thảm thực vật của các quốc gia miền núi phong phú hơn so với các đồng bằng lân cận, và được đặc trưng bởi sự phân bố ngày càng nhiều của các dạng đặc hữu. Vì vậy, theo O. E. Agakhanyants (1986), hệ thực vật của Kavkaz bao gồm 6350 loài, trong đó 25% là loài đặc hữu. Hệ thực vật của vùng núi Trung Á ước tính có khoảng 5.500 loài, trong đó 25-30% là loài đặc hữu, trong khi trên các đồng bằng lân cận của sa mạc phía nam có 200 loài thực vật.

Khi leo lên các ngọn núi, sự thay đổi của các khu vực lặp lại tương tự như từ xích đạo đến các cực. Các sa mạc thường nằm dưới chân, sau đó là thảo nguyên, rừng lá rộng, rừng lá kim, lãnh nguyên và cuối cùng là băng. Tuy nhiên, vẫn không có sự tương tự hoàn toàn. Khi leo núi, nhiệt độ không khí giảm xuống (gradient nhiệt độ không khí trung bình là 0,6 ° C trên 100 m), lượng bốc hơi giảm, bức xạ tia cực tím, độ chiếu sáng tăng lên, ... tất cả những điều này làm cho thực vật thích nghi với tác hại khô hoặc ẩm ướt. Các dạng sống hình đệm, sống lâu năm, đã phát triển thích ứng với bức xạ cực tím mạnh và giảm thoát hơi nước, chiếm ưu thế trong số các loài thực vật ở đây.

Hệ động vật của các vùng núi cao cũng rất đặc biệt. Khí áp giảm, bức xạ mặt trời đáng kể, nhiệt độ ngày và đêm dao động mạnh, độ ẩm không khí thay đổi theo độ cao đã góp phần phát triển các đặc điểm thích nghi sinh lý của cơ thể động vật vùng núi. Ví dụ, ở động vật, thể tích tương đối của tim tăng lên, hàm lượng hemoglobin trong máu tăng, điều này cho phép hấp thụ oxy từ không khí nhiều hơn. Đất đá làm phức tạp hoặc hầu như loại trừ hoạt động đào hang của động vật. Nhiều loài động vật nhỏ (gặm nhấm nhỏ, pikas, thằn lằn, v.v.) tìm nơi trú ẩn trong các khe đá và hang động. Các loài chim miền núi được đặc trưng bởi gà tây núi (chim sơn ca), chim sẻ núi, chim sơn ca, chim lớn - kền kền râu, kền kền, kền kền. Động vật có vú lớn ở vùng núi là chó đực, dê (kể cả dê tuyết), sơn dương, bò Tây Tạng, v.v ... Động vật ăn thịt được đại diện bởi các loài như sói, cáo, gấu, linh miêu, báo tuyết (irbis), v.v.

Môi trường mặt đất - không khí (Hình 7.2). Chính cái tên của phương tiện này đã minh chứng cho tính không đồng nhất của nó. Một số cư dân của nó chỉ thích nghi với chuyển động trên cạn - họ bò, chạy, nhảy, leo trèo, dựa vào bề mặt trái đất hoặc trên thực vật. Các động vật khác cũng có thể di chuyển trên không - bay. Do đó, các cơ quan vận động của cư dân trong môi trường không khí mặt đất rất đa dạng. Đã di chuyển trên mặt đất nhờ hoạt động của các cơ của cơ thể, một con báo, một con ngựa, một con khỉ sử dụng cả bốn chi để làm việc này, một con nhện - tám con, một con chim bồ câu và một con đại bàng - chỉ có hai con phía sau. Chúng có chi trước - cánh - thích nghi để bay.

Động vật trên cạn được bảo vệ khỏi bị khô bởi các lớp cơ thể dày đặc: lớp màng bọc ở côn trùng, lớp vảy ở thằn lằn, lớp vỏ ở động vật thân mềm trên cạn, lớp da ở động vật có vú. Cơ quan hô hấp của động vật trên cạn nằm ẩn bên trong cơ thể, có tác dụng ngăn nước bốc hơi qua bề mặt mỏng của chúng. tài liệu từ trang web

Động vật trên cạn của vĩ độ ôn đới buộc phải thích nghi với sự dao động nhiệt độ đáng kể. Chúng trốn khỏi cái nóng trong các hang hốc, trong bóng cây. Động vật có vú làm mát cơ thể bằng cách bốc hơi nước qua biểu mô miệng (chó) hoặc đổ mồ hôi (người). Với cách tiếp cận của thời tiết lạnh, bộ lông của động vật dày lên, chúng tích tụ chất béo dự trữ dưới da. Vào mùa đông, một số loài trong số chúng, chẳng hạn như marmots và hedgehogs, ngủ đông, giúp chúng tồn tại trong điều kiện thiếu thức ăn. Chạy trốn khỏi cái đói mùa đông, một số loài chim (sếu, chim sáo đá) bay đi đến vùng có khí hậu ấm hơn.

Trên trang này, tài liệu về các chủ đề:

• Môi trường sống không khí mặt đất trừu tượng

• Động vật trên cạn, mô tả

• Ảnh động vật trên không

• Tanki trực tuyến cư dân trên không và mặt đất

• Động vật của môi trường sống trên không ở Udmurtia

Các câu hỏi về mặt hàng này:

4.1. Môi trường sống dưới nước. Tính đặc hiệu của sự thích nghi của hydrobionts

Nước là môi trường sống có một số đặc tính cụ thể, chẳng hạn như mật độ cao, áp suất giảm mạnh, hàm lượng oxy tương đối thấp, hấp thụ mạnh ánh sáng mặt trời, v.v. Các bể chứa và các phần riêng lẻ của chúng khác nhau, ngoài ra, ở chế độ muối, tốc độ của chuyển động ngang (dòng điện), nội dung của các hạt lơ lửng. Đối với sự sống của sinh vật đáy, đặc tính của đất, phương thức phân hủy mùn bã hữu cơ ... là rất quan trọng. . Các cư dân của môi trường nước được gọi chung là sinh thái hydrocacbon. Chúng sinh sống ở đại dương, nước lục địa và nước ngầm. Trong bất kỳ hồ chứa nào, các khu vực có thể được phân biệt theo các điều kiện.

4.1.1. Các khu sinh thái của Đại dương Thế giới

Trong đại dương và các biển cấu thành của nó, hai khu vực sinh thái chủ yếu được phân biệt: cột nước - thuộc về bồ nông và dưới cùng benthal (Hình 38). Tùy thuộc vào độ sâu, benthal được chia thành sublittoralđới - một khu vực đất giảm dần xuống độ sâu khoảng 200 m, nhà tắm- khu vực dốc lớn và vùng vực thẳm- khu vực đáy đại dương có độ sâu trung bình từ 3–6 km. Ngay cả những khu vực sâu hơn của sinh vật đáy, tương ứng với những chỗ lõm của đáy đại dương, được gọi là siêu nhỏ. Rìa của bờ biển bị ngập khi thủy triều lên được gọi là bờ biển. Trên mức thủy triều, phần bờ biển được làm ẩm do sóng bắn được gọi là siêu cấp.

Cơm. 38. Các khu sinh thái của Đại dương Thế giới

Điều tự nhiên là, ví dụ, cư dân của vùng ven biển sống trong điều kiện áp suất tương đối thấp, ánh sáng mặt trời ban ngày, và nhiệt độ thường thay đổi khá đáng kể. Cư dân của vực sâu và cực sâu tồn tại trong bóng tối, ở nhiệt độ không đổi và áp suất khủng khiếp vài trăm, và đôi khi khoảng một nghìn bầu khí quyển. Do đó, việc chỉ ra khu vực nào của Bentali là nơi sinh sống của một hoặc một loài sinh vật khác đã cho biết nó phải có những đặc tính sinh thái chung nào. Toàn bộ quần thể dưới đáy đại dương được đặt tên là sinh vật đáy.

Các sinh vật sống trong cột nước, hoặc cá sống, là Pê-nê-lốp. Cá nổi cũng được chia thành các vùng thẳng đứng tương ứng với độ sâu của các vùng sinh vật đáy: epipelagial, bathypelagial, abyssopelagial. Ranh giới dưới của đới biểu sinh (không quá 200 m) được xác định bằng sự xâm nhập của ánh sáng mặt trời với một lượng đủ cho quá trình quang hợp. Thực vật quang hợp không thể tồn tại sâu hơn các đới này. Chỉ có các vi sinh vật và động vật sống ở độ sâu của vực thẳm tối tăm và hoàng hôn. Các vùng sinh thái khác nhau cũng được phân biệt ở tất cả các dạng thủy vực khác: hồ, đầm, ao, sông, v.v ... Sự đa dạng của các loài thủy sinh đã làm chủ tất cả các sinh cảnh này là rất lớn.

4.1.2. Các tính chất cơ bản của môi trường nước

Mật độ của nước là yếu tố quyết định điều kiện di chuyển của các sinh vật sống dưới nước và áp suất ở các độ sâu khác nhau. Đối với nước cất, khối lượng riêng là 1 g / cm3 ở 4 ° C. Mật độ của nước tự nhiên có chứa muối hòa tan có thể cao hơn, lên đến 1,35 g / cm 3. Áp suất tăng theo độ sâu trung bình khoảng 1 10 5 Pa (1 atm) cho mỗi 10 m.

Do gradient áp suất mạnh trong các vùng nước, các sinh vật hydrobionts thường eurybatic hơn nhiều so với các sinh vật trên cạn. Một số loài, phân bố ở các độ sâu khác nhau, chịu được áp suất từ ​​vài đến hàng trăm khí quyển. Ví dụ, loài holothurians thuộc giống Elpidia và giun Priapulus caudatus sống từ vùng ven biển đến vùng siêu nhỏ. Ngay cả những cư dân nước ngọt, chẳng hạn như ciliates-giày, suvoyi, bọ bơi, v.v., chịu được nhiệt độ lên tới 6 10 7 Pa (600 atm) trong thí nghiệm.

Tuy nhiên, nhiều cư dân của các biển và đại dương tương đối kín kẽ và giới hạn ở những độ sâu nhất định. Stenobatnost thường là đặc trưng của các loài sống ở vùng biển nông và sâu. Chỉ có các loài sinh vật dưới đáy là nơi sinh sống của giun không đốt Arenicola, động vật thân mềm (Patella). Nhiều loài cá, ví dụ, từ nhóm cần thủ, động vật chân đầu, giáp xác, pogonophores, sao biển, v.v., chỉ được tìm thấy ở độ sâu lớn với áp suất ít nhất 4 10 7–5 10 7 Pa (400–500 atm).

Tỷ trọng của nước giúp bạn có thể dựa vào đó, điều này đặc biệt quan trọng đối với những người không có xương. Mật độ của môi trường đóng vai trò như một điều kiện để nước bay lên cao, và nhiều hydrocacbon thích nghi chính xác với cách sống này. Các sinh vật lơ lửng lơ lửng trong nước được kết hợp thành một nhóm sinh thái đặc biệt của hydrobionts - sinh vật phù du ("planktos" - bay bổng).

Cơm. 39. Sự gia tăng bề mặt tương đối của cơ thể ở các sinh vật phù du (theo S. A. Zernov, 1949):

A - dạng hình que:

1 - tảo cát Synedra;

2 - vi khuẩn lam Aphanizomenon;

3 - peridinean alga Amphisolenia;

4 - Euglena acus;

5 - cephalopod Doratopsis vermicularis;

6 - Setella bọ gậy;

7 - ấu trùng của Porcellana (Decapoda)

B - các dạng phân tích:

1 - nhuyễn thể Glaucus atlanticus;

2 - sâu Tomopetris euchaeta;

3 - Ấu trùng tôm càng xanh Palinurus;

4 - ấu trùng của cá tuế Lophius;

5 - gấu trúc Calocalanus pavo

Sinh vật phù du bao gồm tảo đơn bào và tảo thuộc địa, động vật nguyên sinh, sứa, siphonophores, ctenophores, động vật thân mềm có cánh và có sừng, nhiều loài giáp xác nhỏ khác nhau, ấu trùng của động vật đáy, trứng cá và cá con, và nhiều loài khác (Hình 39). Các sinh vật phù du có nhiều cách thích nghi tương tự giúp tăng khả năng nổi và ngăn chúng chìm xuống đáy. Những sự thích nghi như vậy bao gồm: 1) sự gia tăng chung của bề mặt tương đối của cơ thể do giảm kích thước, dẹt, dài ra, sự phát triển của nhiều chồi non hoặc bộ lông, làm tăng ma sát với nước; 2) giảm tỷ trọng do khung xương giảm, tích tụ trong cơ thể các chất béo, bọt khí, ... Trong tảo cát, các chất dự trữ được lắng đọng không phải ở dạng tinh bột nặng mà ở dạng giọt chất béo. Đèn ngủ Noctiluca được phân biệt bởi sự phong phú của không bào khí và các giọt chất béo trong tế bào đến mức tế bào chất trong nó trông giống như những sợi chỉ hợp nhất xung quanh nhân. Siphonophores, một số loài sứa, động vật chân bụng phù du và những loài khác cũng có khoang khí.

Rong biển (thực vật phù du) lơ lửng một cách thụ động trong nước, trong khi hầu hết các động vật phiêu sinh đều có khả năng bơi lội tích cực, nhưng ở một mức độ hạn chế. Các sinh vật phù du không thể vượt qua các dòng chảy và được chúng vận chuyển trên một quãng đường dài. nhiều loại động vật phù du tuy nhiên, chúng có khả năng di chuyển thẳng đứng trong cột nước hàng chục và hàng trăm mét, cả do di chuyển tích cực và do điều chỉnh sức nổi của cơ thể chúng. Một loại sinh vật phù du đặc biệt là nhóm sinh thái neuston ("nein" - bơi) - cư dân của màng nước trên bề mặt biên giới với không khí.

Tỷ trọng và độ nhớt của nước ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng bơi lội tích cực. Những động vật có khả năng bơi nhanh và vượt qua được sức mạnh của dòng chảy được kết hợp thành một nhóm sinh thái. nekton ("nektos" - nổi). Đại diện của nekton là cá, mực, cá heo. Chỉ có thể di chuyển nhanh trong cột nước khi có thể hình hợp lý và cơ bắp phát triển cao. Dạng hình ngư lôi được phát triển bởi tất cả những người bơi giỏi, bất kể họ có liên kết hệ thống và phương thức di chuyển trong nước: phản ứng, bằng cách uốn cong cơ thể, với sự trợ giúp của các chi.

Chế độ oxy. Trong nước bão hòa oxy, hàm lượng của nó không vượt quá 10 ml trên 1 lít, thấp hơn 21 lần so với trong khí quyển. Do đó, các điều kiện cho sự hô hấp của các hydrocacbon phức tạp hơn nhiều. Oxy vào nước chủ yếu do hoạt động quang hợp của tảo và khuếch tán từ không khí. Do đó, các tầng trên của cột nước, theo quy luật, giàu khí này hơn các tầng dưới. Với sự gia tăng nhiệt độ và độ mặn của nước, nồng độ oxy trong nước giảm. Ở những lớp có nhiều động vật và vi khuẩn, có thể tạo ra sự thiếu hụt mạnh O 2 do lượng tiêu thụ tăng lên. Ví dụ, ở Đại dương Thế giới, độ sâu giàu sinh vật từ 50 đến 1000 m được đặc trưng bởi sự suy giảm thông khí mạnh - nó thấp hơn 7-10 lần so với các vùng nước bề mặt có thực vật phù du sinh sống. Ở gần đáy của các thủy vực, các điều kiện có thể gần như kỵ khí.

Trong số các cư dân thủy sinh, có nhiều loài có thể chịu được sự dao động lớn của hàm lượng oxy trong nước, cho đến khi gần như không có. (euryoxybionts - "oxy" - oxy, "biont" - cư dân). Chúng bao gồm, ví dụ, oligochaetes nước ngọt Tubifex tubifex, động vật chân bụng Viviparus viviparus. Trong các loài cá, cá chép, cá mè, cá diếc có thể chịu được độ bão hòa oxy rất thấp của nước. Tuy nhiên, một số loại stenoxybiont - chúng chỉ có thể tồn tại ở độ bão hòa nước đủ cao với oxy (cá hồi vân, cá hồi nâu, cá tuế, giun mật Planaria alpina, ấu trùng của ruồi may, đom đóm, v.v.). Nhiều loài có thể rơi vào trạng thái không hoạt động khi thiếu oxy - Anoxybiosis - và do đó trải qua một thời kỳ không thuận lợi.

Quá trình thở của hydrobionts được thực hiện qua bề mặt của cơ thể, hoặc qua các cơ quan chuyên biệt - mang, phổi, khí quản. Trong trường hợp này, các nắp có thể đóng vai trò như một cơ quan hô hấp bổ sung. Ví dụ, cá chạch tiêu thụ trung bình tới 63% lượng oxy qua da. Nếu quá trình trao đổi khí xảy ra thông qua hoạt động của cơ thể, thì chúng rất mỏng. Việc thở cũng được tạo điều kiện thuận lợi hơn bằng cách tăng bề mặt. Điều này đạt được trong quá trình tiến hóa của các loài bằng cách hình thành các đợt phát triển khác nhau, dẹt, dài ra và giảm kích thước cơ thể nói chung. Một số loài khi thiếu oxy sẽ chủ động thay đổi kích thước bề mặt hô hấp. Giun Tubifex tubifex kéo dài cơ thể một cách mạnh mẽ; hydras và hải quỳ - xúc tu; da gai - chân cứu thương. Nhiều động vật ít vận động và ít hoạt động làm mới nước xung quanh chúng, bằng cách tạo ra dòng điện có hướng của nó, hoặc bằng các chuyển động dao động góp phần trộn lẫn nước. Với mục đích này, nhuyễn thể hai mảnh vỏ sử dụng các lông mao lót trên thành của khoang lớp phủ; động vật giáp xác - công việc của chân bụng hoặc chân ngực. Đỉa, ấu trùng của muỗi vành khuyên (giun máu), nhiều loài oligochaetes lắc lư cơ thể, chồm lên khỏi mặt đất.

Một số loài có sự kết hợp giữa hô hấp nước và không khí. Chẳng hạn như cá phổi, siphonophores bất bình, nhiều động vật thân mềm có phổi, động vật giáp xác Gammarus lacustris và những loài khác. Động vật thủy sinh thứ cấp thường duy trì kiểu hô hấp trong khí quyển là thuận lợi hơn về mặt năng lượng và do đó cần tiếp xúc với không khí, ví dụ, chân kim, giáp xác, bọ nước, ấu trùng muỗi, v.v.

Việc thiếu oxy trong nước đôi khi dẫn đến các hiện tượng thảm khốc - zamoram, kèm theo cái chết của nhiều hydrocacbon. mùa đông đóng băng thường gây ra bởi sự hình thành băng trên bề mặt của các khối nước và việc chấm dứt tiếp xúc với không khí; mùa hè- nhiệt độ nước tăng lên và kết quả là độ hòa tan của oxy giảm.

Việc cá và nhiều loài động vật không xương sống thường xuyên chết vào mùa đông là điển hình, ví dụ, đối với phần hạ lưu của lưu vực sông Ob, nơi nước chảy từ vùng đầm lầy của Vùng đất thấp Tây Siberi, rất nghèo oxy hòa tan. Đôi khi zamora xảy ra ở biển.

Ngoài việc thiếu oxy, các trường hợp tử vong có thể do sự gia tăng nồng độ khí độc trong nước - mêtan, hydro sunfua, CO 2, v.v., được hình thành do sự phân hủy các vật liệu hữu cơ dưới đáy hồ chứa. .

Chế độ muối. Duy trì sự cân bằng nước của hydrobionts có các chi tiết cụ thể của riêng nó. Nếu đối với động vật và thực vật trên cạn, việc cung cấp nước cho cơ thể trong điều kiện thiếu nước là quan trọng nhất, thì đối với các loài thủy sinh, việc duy trì một lượng nước nhất định trong cơ thể khi bị dư thừa trong môi trường cũng không kém phần quan trọng. Lượng nước quá mức trong tế bào dẫn đến thay đổi áp suất thẩm thấu và vi phạm các chức năng sống quan trọng nhất.

Hầu hết các sinh vật sống dưới nước poikilosmotic: áp suất thẩm thấu trong cơ thể chúng phụ thuộc vào độ mặn của nước xung quanh. Vì vậy, cách chính để các sinh vật sống dưới nước duy trì cân bằng muối là tránh những môi trường sống có độ mặn không phù hợp. Các dạng nước ngọt không thể tồn tại trong các vùng biển, các dạng nước biển không thể chịu được quá trình khử muối. Nếu độ mặn của nước có thể thay đổi, động vật sẽ di chuyển để tìm kiếm môi trường thuận lợi. Ví dụ, trong quá trình khử mặn các lớp bề mặt của biển sau những trận mưa lớn, các loài ăn thịt phóng xạ, giáp xác biển Calanus và những loài khác xuống độ sâu 100 m. Động vật có xương sống, tôm càng cao, côn trùng và ấu trùng của chúng sống trong nước thuộc về đồng âm duy trì áp suất thẩm thấu không đổi trong cơ thể, không phụ thuộc vào nồng độ muối trong nước.

Ở các loài nước ngọt, dịch cơ thể có tính ưu trương so với nước xung quanh. Chúng có nguy cơ bị thừa nước trừ khi lượng nước của chúng được ngăn chặn hoặc loại bỏ lượng nước dư thừa ra khỏi cơ thể. Ở động vật nguyên sinh, điều này đạt được nhờ hoạt động của không bào bài tiết, ở sinh vật đa bào, bằng cách loại bỏ nước qua hệ bài tiết. Một số ciliates cứ sau 2–2,5 phút lại giải phóng một lượng nước tương đương với thể tích của cơ thể. Tế bào sử dụng rất nhiều năng lượng để “bơm ra” nước dư thừa. Với sự gia tăng độ mặn, công việc của không bào bị chậm lại. Như vậy, ở giày Paramecium, ở độ mặn 2,5% o của nước, không bào đập với khoảng thời gian 9 s, 5% o - 18 s, 7,5% o - 25 s. Ở nồng độ muối 17,5% o, không bào ngừng hoạt động, do sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa tế bào và môi trường ngoài biến mất.

Nếu nước có tính ưu trương liên quan đến chất lỏng cơ thể của hydrobionts, chúng sẽ bị đe dọa mất nước do mất thẩm thấu. Bảo vệ chống lại sự mất nước đạt được bằng cách tăng nồng độ muối cũng trong cơ thể của hydrobionts. Sự mất nước được ngăn ngừa bằng các lớp phủ không thấm nước của các sinh vật đồng hình - động vật có vú, cá, tôm càng cao, côn trùng sống dưới nước và ấu trùng của chúng.

Nhiều loài poikilosmotic chuyển sang trạng thái không hoạt động - hoạt hình lơ lửng do cơ thể bị thiếu nước với độ mặn ngày càng tăng. Đây là đặc điểm của các loài sống trong các vũng nước biển và vùng ven biển: luân trùng, trùng roi, các loài có liên kết, một số loài giáp xác, giun nhiều tơ ở Biển Đen Nereis divesicolor, v.v. Muối ngủ đông- một phương tiện để tồn tại trong thời kỳ bất lợi trong điều kiện độ mặn thay đổi của nước.

Thực sự euryhaline Không có nhiều loài có thể sống ở trạng thái hoạt động trong cả nước ngọt và nước mặn giữa các cư dân thủy sinh. Đây chủ yếu là các loài sinh sống vùng cửa sông, cửa biển và các thủy vực nước lợ khác.

Chế độ nhiệt độ các vùng nước ổn định hơn trên cạn. Điều này là do tính chất vật lý của nước, chủ yếu là nhiệt dung riêng cao, do đó việc nhận hoặc giải phóng một lượng nhiệt đáng kể không gây ra sự thay đổi nhiệt độ quá mạnh. Sự bay hơi của nước từ bề mặt của các bể chứa, tiêu thụ khoảng 2263,8 J / g, ngăn cản quá trình nóng lên của các lớp bên dưới và sự hình thành băng, giải phóng nhiệt của phản ứng tổng hợp (333,48 J / g), làm chậm quá trình nguội của chúng.

Biên độ dao động nhiệt độ hàng năm ở các tầng trên của đại dương không quá 10–15 ° C, ở các vùng nước lục địa là 30–35 ° C. Các lớp nước sâu được đặc trưng bởi nhiệt độ không đổi. Ở vùng biển xích đạo, nhiệt độ trung bình hàng năm của các lớp bề mặt là + (26–27) ° C, ở vùng biển vùng cực là khoảng 0 ° C và thấp hơn. Trong các suối nước nóng trên mặt đất, nhiệt độ nước có thể lên tới +100 ° C, và trong các mạch nước phun dưới nước ở áp suất cao dưới đáy đại dương, nhiệt độ +380 ° C đã được ghi nhận.

Do đó, trong các hồ chứa có một loạt các điều kiện nhiệt độ khá đáng kể. Giữa các lớp nước phía trên có sự dao động nhiệt độ theo mùa thể hiện ở chúng và các lớp phía dưới, nơi chế độ nhiệt không đổi, có một vùng nhảy nhiệt độ, hay còn gọi là đường nhiệt. Đường nhiệt rõ rệt hơn ở các vùng biển ấm, nơi chênh lệch nhiệt độ giữa vùng nước ngoài và vùng biển sâu lớn hơn.

Do chế độ nhiệt độ ổn định hơn của nước giữa các hydrobionts, ở một mức độ lớn hơn nhiều so với dân số của đất, nên hiện tượng thấm nước là phổ biến. Các loài Eurythermal được tìm thấy chủ yếu ở các vùng nước nông lục địa và ven biển ở vĩ độ cao và ôn đới, nơi có sự dao động nhiệt độ hàng ngày và theo mùa là đáng kể.

Chế độ sáng. Có ít ánh sáng trong nước hơn nhiều so với trong không khí. Một phần các tia tới trên bề mặt của bể chứa bị phản xạ vào không khí. Sự phản xạ càng mạnh khi vị trí của Mặt trời càng thấp, do đó ngày ở dưới nước ngắn hơn trên cạn. Ví dụ, một ngày mùa hè gần đảo Madeira ở độ sâu 30 m là 5 giờ, và ở độ sâu 40 m là chỉ 15 phút. Lượng ánh sáng giảm nhanh theo chiều sâu là do nó bị nước hấp thụ. Các tia có bước sóng khác nhau được hấp thụ khác nhau: tia màu đỏ biến mất gần bề mặt, trong khi tia màu xanh lam xâm nhập sâu hơn nhiều. Hoàng hôn sâu thẳm trong đại dương đầu tiên là màu xanh lục, sau đó là xanh lam, xanh lam và xanh tím, cuối cùng nhường chỗ cho bóng tối triền miên. Theo đó, tảo lục, nâu và đỏ thay thế nhau theo chiều sâu, chuyên thu nhận ánh sáng có bước sóng khác nhau.

Màu sắc của động vật thay đổi theo độ sâu theo cùng một cách. Cư dân của các vùng ven biển và vùng ven biển có màu sắc rực rỡ và đa dạng nhất. Nhiều sinh vật sống sâu, như sinh vật sống trong hang động, không có sắc tố. Trong vùng chạng vạng, màu đỏ lan rộng, bổ sung cho ánh sáng xanh tím ở những độ sâu này. Các tia màu bổ sung được cơ thể hấp thụ đầy đủ nhất. Điều này cho phép các loài động vật ẩn náu khỏi kẻ thù, vì màu đỏ của chúng trong các tia xanh tím được nhìn nhận bằng mắt thường là màu đen. Màu đỏ đặc trưng cho các loài động vật sống ở vùng hoàng hôn như cá vược, san hô đỏ, các loài giáp xác khác nhau, v.v.

Ở một số loài sống gần bề mặt thủy vực, mắt được chia thành hai phần với khả năng khúc xạ tia khác nhau. Một nửa mắt nhìn trong không khí, nửa mắt còn lại nhìn trong nước. "Bốn mắt" như vậy là đặc điểm của loài bọ xoáy, loài cá Mỹ Anableps tetraphthalmus, một trong những loài nhiệt đới thuộc họ Dialommus fuscus. Loài cá này nằm trong hốc khi thủy triều xuống, để lộ một phần đầu của nó khỏi mặt nước (xem Hình 26).

Sự hấp thụ ánh sáng càng mạnh thì độ trong của nước càng thấp, điều này phụ thuộc vào số lượng các hạt lơ lửng trong đó.

Độ trong suốt được đặc trưng bởi độ sâu tối đa mà tại đó đĩa trắng được hạ xuống đặc biệt với đường kính khoảng 20 cm (đĩa Secchi) vẫn có thể nhìn thấy được. Vùng nước trong suốt nhất là ở Biển Sargasso: đĩa có thể nhìn thấy ở độ sâu 66,5 m. Ở Thái Bình Dương, đĩa Secchi có thể nhìn thấy ở độ sâu 59 m, ở Ấn Độ Dương - lên đến 50, ở vùng biển nông - lên đến 5-15 m. Độ trong của các con sông trung bình là 1-5 m, và ở những con sông có nhiều bùn nhất, ví dụ như ở Trung Á Amu Darya và Syr Darya, chỉ vài cm. Ranh giới của vùng quang hợp do đó rất khác nhau ở các vùng nước khác nhau. Ở vùng nước trong nhất hưng phấn vùng, hoặc vùng quang hợp, mở rộng đến độ sâu không quá 200 m, chạng vạng, hoặc khó thở, khu vực này có độ sâu lên đến 1000–1500 m và sâu hơn, trong cách ngônđới, ánh sáng mặt trời hoàn toàn không xuyên qua.

Lượng ánh sáng ở các tầng trên của các khối nước rất khác nhau tùy thuộc vào vĩ độ của khu vực và thời gian trong năm. Đêm dài ở vùng cực hạn chế đáng kể thời gian quang hợp ở các lưu vực Bắc Cực và Nam Cực, và lớp băng bao phủ khiến ánh sáng khó có thể chiếu tới tất cả các vùng nước đóng băng vào mùa đông.

Trong độ sâu tối tăm của đại dương, các sinh vật sử dụng ánh sáng do các sinh vật phát ra làm nguồn thông tin trực quan. Sự phát sáng của một cơ thể sống được gọi là phát quang sinh học. Các loài phát sáng được tìm thấy ở hầu hết các lớp động vật thủy sinh từ động vật nguyên sinh đến cá, cũng như trong số các vi khuẩn, thực vật bậc thấp và nấm. Phát quang sinh học dường như đã xuất hiện nhiều lần trong các nhóm khác nhau ở các giai đoạn tiến hóa khác nhau.

Hóa học của sự phát quang sinh học hiện đã được hiểu khá rõ ràng. Các phản ứng được sử dụng để tạo ra ánh sáng rất đa dạng. Nhưng trong mọi trường hợp, đây là quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ phức tạp (luciferins) sử dụng chất xúc tác protein (luciferase). Luciferins và luciferase có cấu trúc khác nhau ở các sinh vật khác nhau. Trong quá trình phản ứng, năng lượng dư thừa của phân tử luciferin bị kích thích được giải phóng dưới dạng lượng tử ánh sáng. Các cơ thể sống phát ra ánh sáng dưới dạng xung động, thường là để phản ứng lại các kích thích từ môi trường bên ngoài.

Sự phát sáng có thể không đóng một vai trò sinh thái đặc biệt trong đời sống của loài, nhưng có thể là sản phẩm phụ của hoạt động sống của tế bào, chẳng hạn như ở vi khuẩn hoặc thực vật bậc thấp. Nó chỉ nhận được ý nghĩa sinh thái ở động vật có hệ thần kinh phát triển đầy đủ và các cơ quan thị giác. Ở nhiều loài, cơ quan phát sáng có cấu trúc rất phức tạp với hệ thống gương phản xạ và thấu kính khuếch đại bức xạ (Hình 40). Một số loài cá và động vật chân đầu, không thể tạo ra ánh sáng, sử dụng vi khuẩn cộng sinh sinh sôi trong các cơ quan đặc biệt của những động vật này.

Cơm. 40. Các cơ quan phát sáng của động vật sống dưới nước (theo S. A. Zernov, 1949):

1 - cá câu cá biển sâu với đèn pin ở miệng có răng;

2 - sự phân bố của các cơ quan phát sáng ở cá thuộc họ này. Mystophidae;

3 - cơ quan phát sáng của cá Argyropelecus affinis:

a - sắc tố, b - gương phản xạ, c - vật thể phát sáng, d - thấu kính

Sự phát quang sinh học chủ yếu có giá trị tín hiệu trong đời sống của động vật. Các tín hiệu ánh sáng có thể được sử dụng để định hướng trong đàn, thu hút các cá thể khác giới, dẫn dụ nạn nhân, để che dấu hoặc đánh lạc hướng. Tia sáng lóe lên có thể là biện pháp bảo vệ chống lại kẻ thù, làm chói mắt hoặc mất phương hướng. Ví dụ, mực nang sống ở biển sâu, thoát khỏi kẻ thù, tiết ra một đám mây phát sáng, trong khi các loài sống ở vùng nước được chiếu sáng sử dụng chất lỏng tối cho mục đích này. Ở một số giun đáy - giun nhiều tơ - cơ quan phát sáng phát triển theo thời kỳ trưởng thành của sản phẩm sinh sản, con cái phát sáng sáng hơn, ở con đực thì mắt phát triển tốt hơn. Ở cá biển sâu săn mồi thuộc bộ cá câu, tia vây lưng đầu tiên được dịch chuyển lên hàm trên và biến thành một "que" linh hoạt, ở cuối mang "mồi" giống giun - một tuyến chứa đầy chất nhầy. với vi khuẩn phát sáng. Bằng cách điều chỉnh lưu lượng máu đến tuyến và do đó cung cấp oxy cho vi khuẩn, cá có thể tùy ý làm cho "mồi" phát sáng, bắt chước chuyển động của sâu và dụ con mồi.

Trong môi trường trên cạn, phát quang sinh học chỉ phát triển ở một số loài, hầu hết là ở bọ cánh cứng thuộc họ đom đóm, chúng sử dụng tín hiệu ánh sáng để thu hút các cá thể khác giới vào lúc chạng vạng hoặc ban đêm.

4.1.3. Một số cách thích nghi cụ thể của hydrobionts

Các cách định hướng của động vật trong môi trường nước. Sống trong chạng vạng hoặc bóng tối liên tục hạn chế rất nhiều khả năng định hướng thị giác hydrocacbon. Liên quan đến sự suy giảm nhanh chóng của các tia sáng trong nước, ngay cả những người sở hữu cơ quan thị giác phát triển tốt cũng tự định hướng với sự trợ giúp của họ chỉ với sự trợ giúp của họ ở cự ly gần.

Âm thanh truyền trong nước nhanh hơn trong không khí. Định hướng âm thanh thường được phát triển tốt hơn trong các sinh vật sống dưới nước so với sinh vật trực quan. Một số loài nhận được các rung động tần số rất thấp (âm thanh), phát sinh khi nhịp điệu của sóng thay đổi, và giảm dần trước cơn bão từ tầng mặt đến tầng sâu hơn (ví dụ như sứa). Nhiều cư dân sống ở các vùng nước - động vật có vú, cá, nhuyễn thể, động vật giáp xác - tự phát ra âm thanh. Các loài giáp xác thực hiện được điều này bằng cách cọ xát các bộ phận khác nhau của cơ thể vào nhau; cá - với sự trợ giúp của bàng bơi, răng hầu, hàm, tia vây ngực và những cách khác. Tín hiệu âm thanh thường được sử dụng nhiều nhất cho các mối quan hệ nội bộ cụ thể, ví dụ, để định hướng trong một bầy, thu hút các cá thể khác giới, v.v. và đặc biệt phát triển ở những cư dân ở vùng nước bùn và độ sâu lớn, sống trong bóng tối.

Một số loài hydrobionts tìm kiếm thức ăn và điều hướng bằng cách sử dụng định vị bằng tiếng vang- nhận thức về sóng âm phản xạ (cetaceans). Nhiều nhận các xung điện phản xạ tạo ra phóng điện có tần số khác nhau khi bơi. Khoảng 300 loài cá được biết là có thể tạo ra điện và sử dụng nó để định hướng và phát tín hiệu. Cá voi nước ngọt (Mormyrus kannume) phát ra tới 30 xung mỗi giây để phát hiện động vật không xương sống mà nó săn mồi trên bùn lỏng mà không cần sự hỗ trợ của thị giác. Tần số phóng điện ở một số loài cá biển đạt 2000 xung / giây. Một số loài cá cũng sử dụng điện trường để phòng thủ và tấn công (cá đuối điện, cá chình điện, v.v.).

Để định hướng chiều sâu cảm nhận về áp suất thủy tĩnh. Nó được thực hiện với sự trợ giúp của các statocyst, phòng hơi ngạt và các cơ quan khác.

Cách định hướng cổ xưa nhất, đặc trưng của tất cả các loài động vật sống dưới nước, là nhận thức về hóa học của môi trường. Các cơ quan thụ cảm hóa học của nhiều sinh vật sống dưới nước cực kỳ nhạy cảm. Trong những cuộc di cư hàng nghìn km đặc trưng của nhiều loài cá, chúng được hướng dẫn chủ yếu bằng mùi, tìm nơi đẻ trứng hoặc kiếm ăn với độ chính xác đáng kinh ngạc. Thí dụ, người ta đã chứng minh rằng cá hồi, bị tước đi khứu giác một cách giả tạo, không tìm thấy cửa sông của chúng, quay trở lại đẻ trứng, nhưng chúng không bao giờ nhầm nếu chúng có thể cảm nhận được mùi. Sự tinh tế của khứu giác là cực kỳ tuyệt vời ở loài cá chuyên di cư xa.

Đặc điểm cụ thể của sự thích nghi với cuộc sống trong việc làm cạn kiệt các hồ chứa. Trên Trái đất, có rất nhiều hồ chứa nước nông, tạm thời hình thành sau lũ sông, mưa lớn, tuyết tan, ... Trong những hồ chứa nước này, mặc dù sự tồn tại của chúng không lâu nhưng các sinh vật sống dưới nước khác nhau vẫn định cư.

Đặc điểm chung của những cư dân của các hồ cạn là khả năng sinh ra nhiều con trong thời gian ngắn và chịu đựng thời gian dài mà không có nước. Đồng thời, đại diện của nhiều loài bị chôn vùi trong phù sa, chuyển sang trạng thái giảm hoạt động sống - giảm vi khuẩn.Đây là cách thức hoạt động của khiên, cladocerans, planari, oligochaete giun, nhuyễn thể và thậm chí cả cá - chạch, loài nguyên sinh châu Phi và lepidosiren cá phổi Nam Mỹ. Nhiều loài nhỏ tạo thành nang chịu được khô hạn, chẳng hạn như hoa hướng dương, ciliates, thân rễ, một số loài chân chèo, giun tròn, tuyến trùng thuộc chi Rhabditis. Những người khác trải qua một thời kỳ không thuận lợi trong giai đoạn trứng có sức đề kháng cao. Cuối cùng, một số cư dân nhỏ của các vùng nước khô có một khả năng duy nhất là khô đến trạng thái của một lớp màng, và khi được làm ẩm, chúng sẽ tiếp tục sinh trưởng và phát triển. Khả năng chịu đựng sự mất nước hoàn toàn của cơ thể được tìm thấy ở luân trùng thuộc các chi Callidina, Philodina, v.v., tardigrades Macrobiotus, Echiniscus, tuyến trùng thuộc các chi Tylenchus, Plectus, Cephalobus, v.v. Những động vật này sống trong các ổ chứa vi mô trong đệm của rêu và địa y thích nghi với sự thay đổi đột ngột của chế độ ẩm.

Lọc như một loại thực phẩm. Nhiều sinh vật dưới nước có bản chất dinh dưỡng đặc biệt - đây là sự sàng lọc hoặc lắng cặn của các hạt có nguồn gốc hữu cơ lơ lửng trong nước và nhiều sinh vật nhỏ (Hình 41).

Cơm. 41. Thành phần thức ăn phù du của ascidia từ biển Barents (theo S. A. Zernov, 1949)

Phương thức kiếm ăn không đòi hỏi nhiều sức lực để tìm kiếm con mồi này là đặc điểm của nhuyễn thể laminabranch, da gai không cuống, giun nhiều tơ, bryozoans, ascidians, planktonic Giáp xác, v.v. (Hình 42). Động vật ăn lọc đóng một vai trò quan trọng trong quá trình xử lý sinh học của các thủy vực. Vẹm sinh sống trên diện tích 1 m 2 có thể vận chuyển 150–280 m 3 nước mỗi ngày qua khoang lớp phủ, làm kết tủa các hạt lơ lửng. Các loài giáp xác nước ngọt, các loài cá kình hay loài giáp xác khổng lồ nhất Calanus finmarchicus trong đại dương lọc ra tới 1,5 lít nước mỗi cá thể mỗi ngày. Vùng ven biển của đại dương, đặc biệt là vùng giàu tích tụ các sinh vật lọc, hoạt động như một hệ thống làm sạch hiệu quả.

Cơm. 42. Các thiết bị lọc hydrobionts (theo S. A. Zernov, 1949):

1 - Ấu trùng Simulium midge trên đá (a) và các bộ phận lọc của chúng (b);

2 - chân lọc của loài giáp xác Diaphanosoma brachyurum;

3 - khe mang của ascidian Phasullia;

4 - Bosmina giáp xác với các chất chứa trong ruột đã được lọc;

5 - nguồn thức ăn hiện tại của các chi nhánh Bursaria

Các thuộc tính của môi trường quyết định phần lớn cách thích nghi của cư dân, cách sống và cách sử dụng tài nguyên của họ, tạo ra một chuỗi các mối quan hệ phụ thuộc nguyên nhân và kết quả. Do đó, mật độ nước cao làm cho sự tồn tại của sinh vật phù du có thể xảy ra, và sự hiện diện của các sinh vật bay lơ lửng trong nước là điều kiện tiên quyết để phát triển một kiểu dinh dưỡng lọc, trong đó cũng có thể có lối sống ít vận động của động vật. Kết quả là, một cơ chế tự làm sạch mạnh mẽ của các thủy vực có ý nghĩa sinh quyển được hình thành. Nó liên quan đến một số lượng lớn các sinh vật hydrobionts, cả sinh vật đáy và cá nổi, từ động vật nguyên sinh đơn bào đến động vật có xương sống. Theo tính toán, toàn bộ nước trong các hồ của đới ôn hòa được đưa qua bộ máy lọc của động vật từ vài đến chục lần trong mùa sinh trưởng, và toàn bộ thể tích của Đại dương thế giới được lọc trong vài ngày. Sự xáo trộn hoạt động của các bộ cấp lọc do các tác động của con người gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với việc duy trì độ tinh khiết của nước.

4.2. Môi trường sống trên mặt đất

Môi trường mặt đất - không khí là khó khăn nhất trong các điều kiện môi trường. Cuộc sống trên đất liền đòi hỏi những khả năng thích nghi chỉ có thể thực hiện được với mức độ tổ chức của thực vật và động vật đủ cao.

4.2.1. Không khí như một nhân tố sinh thái cho các sinh vật trên cạn

Mật độ không khí thấp quyết định lực nâng thấp và khả năng tác động không đáng kể của nó. Các cư dân trên không phải có hệ thống hỗ trợ riêng của họ để hỗ trợ cơ thể: thực vật - nhiều loại mô cơ học, động vật - thể rắn hoặc ít thường xuyên hơn là khung xương thủy tĩnh. Ngoài ra, tất cả các cư dân của môi trường không khí đều được kết nối chặt chẽ với bề mặt trái đất, điều này phục vụ họ để gắn bó và hỗ trợ. Sự sống lơ lửng trong không khí là không thể.

Đúng vậy, nhiều vi sinh vật và động vật, bào tử, hạt, trái cây và phấn hoa của thực vật thường xuyên xuất hiện trong không khí và được vận chuyển bởi các dòng không khí (Hình 43), nhiều loài động vật có khả năng bay chủ động, tuy nhiên, ở tất cả các loài này, chức năng chính của chu kỳ sống của chúng - sinh sản - được thực hiện trên bề mặt trái đất. Đối với hầu hết chúng, việc ở trên không chỉ gắn liền với việc tái định cư hoặc tìm kiếm con mồi.

Cơm. 43. Sự phân bố độ cao của động vật chân đốt phiêu sinh trên không (theo Dajot, 1975)

Mật độ không khí thấp làm cho lực cản chuyển động thấp. Vì vậy, nhiều loài động vật trên cạn trong quá trình tiến hóa đã sử dụng các lợi ích sinh thái từ đặc tính này của môi trường không khí, có được khả năng bay. 75% các loài động vật trên cạn có khả năng bay tích cực, chủ yếu là côn trùng và chim, nhưng ruồi cũng được tìm thấy ở các loài động vật có vú và bò sát. Các loài động vật trên cạn bay chủ yếu nhờ sự trợ giúp của cơ bắp, nhưng một số loài cũng có thể lướt do các luồng không khí.

Do tính linh động của không khí, các chuyển động thẳng đứng và nằm ngang của các khối khí tồn tại trong các lớp thấp hơn của khí quyển, có thể thực hiện chuyến bay thụ động của một số sinh vật.

Anemophilia là cách thụ phấn lâu đời nhất của thực vật. Tất cả thực vật hạt trần đều được thụ phấn nhờ gió, và trong số thực vật hạt kín, thực vật ưa khô chiếm khoảng 10% tổng số loài.

Anemophily được quan sát thấy trong các họ sồi, bạch dương, óc chó, cây du, cây gai dầu, cây tầm ma, cây phi lao, mây mù, cói, ngũ cốc, cọ và nhiều loại khác. Thực vật thụ phấn nhờ gió có một số cách thích nghi giúp cải thiện các đặc tính khí động học của hạt phấn, cũng như các đặc điểm hình thái và sinh học đảm bảo hiệu quả thụ phấn.

Sự sống của nhiều loài thực vật hoàn toàn phụ thuộc vào gió, và việc tái định cư được thực hiện với sự trợ giúp của nó. Sự phụ thuộc kép như vậy được quan sát thấy ở cây vân sam, cây thông, cây dương, cây bạch dương, cây du, cây tần bì, cỏ bông, cây đuôi mèo, cây saxaul, cây bách xù, v.v.

Nhiều loài đã phát triển áo gió- giải quyết với sự trợ giúp của các dòng không khí. Tính không phản xạ là đặc trưng của bào tử, hạt và quả của thực vật, nang đơn bào, côn trùng nhỏ, nhện, v.v. Các sinh vật được dòng không khí vận chuyển thụ động được gọi chung là thực vật phù du bằng cách tương tự với các cư dân phù du của môi trường nước. Sự thích nghi đặc biệt đối với chuyến bay thụ động là kích thước cơ thể rất nhỏ, diện tích tăng lên do sự phát triển ra bên ngoài, sự bóc tách mạnh mẽ, bề mặt tương đối lớn của cánh, sử dụng mạng nhện, v.v. (Hình 44). Hạt và quả không hạt của thực vật cũng có kích thước rất nhỏ (ví dụ, hạt phong lan), hoặc các phần phụ khác nhau hình quả trám và hình chiếc dù giúp tăng khả năng lên kế hoạch (Hình 45).

Cơm. 44. Sự thích nghi đối với vận chuyển trong không khí ở côn trùng:

1 - muỗi Cardiocrepis brevirostris;

2 - gall midge Permanentcordila sp .;

3 - Bộ cánh màng Anargus fuscus;

4 - Hermes Dreyfusia nordmannianae;

5 - ấu trùng của loài bướm đêm gypsy Lymantria dispar

Cơm. 45. Sự thích nghi đối với sự vận chuyển của gió trong quả và hạt của thực vật:

1 - linden Tilia intermedia;

2 - Cây phong Acer Monspessulanum;

3 - mặt dây chuyền Betula bạch dương;

4 - cỏ bông Eriophorum;

5 - cây bồ công anh Taraxacum officinale;

6 - đuôi mèo Typha scuttbeworhii

Trong quá trình định cư của vi sinh vật, động vật và thực vật, vai trò chính được thực hiện bởi các dòng không khí đối lưu thẳng đứng và gió yếu. Gió mạnh, bão và cuồng phong cũng có tác động môi trường đáng kể đến các sinh vật trên cạn.

Mật độ không khí thấp gây ra áp suất tương đối thấp trên đất liền. Thông thường, nó bằng 760 mm Hg. Mỹ thuật. Khi độ cao tăng, áp suất giảm. Ở độ cao 5800 m, nó chỉ bằng một nửa bình thường. Áp suất thấp có thể hạn chế sự phân bố của các loài trên núi. Đối với hầu hết các động vật có xương sống, giới hạn trên của sự sống là khoảng 6000 m, áp suất giảm kéo theo sự giảm cung cấp oxy và mất nước của động vật do tốc độ hô hấp tăng. Các giới hạn tiến lên núi của thực vật bậc cao gần như giống nhau. Hơi cứng hơn là động vật chân đốt (giò, ve, nhện) có thể được tìm thấy trên các sông băng phía trên ranh giới thảm thực vật.

Nhìn chung, tất cả các sinh vật trên cạn đều có khả năng bơi lội tốt hơn nhiều so với các sinh vật sống dưới nước, vì sự dao động áp suất thông thường trong môi trường của chúng là một phần nhỏ của khí quyển, và ngay cả đối với các loài chim bay lên độ cao lớn cũng không vượt quá 1/3 so với bình thường.

Thành phần khí của không khí. Ngoài các tính chất vật lý của môi trường không khí, các tính năng hóa học của nó là vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại của các sinh vật trên cạn. Thành phần khí của không khí ở tầng mặt của khí quyển khá đồng nhất về hàm lượng của các thành phần chính (nitơ - 78,1%, oxy - 21,0, argon - 0,9, cacbon đioxit - 0,035% thể tích) do có nhiều khả năng khuếch tán của các chất khí và sự khuấy trộn không ngừng của các dòng đối lưu và gió. Tuy nhiên, các hỗn hợp khác nhau của các hạt thể khí, giọt-lỏng và rắn (bụi) xâm nhập vào khí quyển từ các nguồn địa phương có thể có tầm quan trọng sinh thái đáng kể.

Hàm lượng oxy cao góp phần làm tăng quá trình trao đổi chất của sinh vật sống trên cạn so với sinh vật sống dưới nước. Chính trong môi trường trên cạn, trên cơ sở hiệu quả cao của các quá trình oxy hóa trong cơ thể, đã phát sinh chứng đồng thân nhiệt ở động vật. Oxy, do hàm lượng cao liên tục trong không khí, không phải là yếu tố hạn chế sự sống trong môi trường trên cạn. Chỉ ở những nơi, trong những điều kiện cụ thể, thâm hụt tạm thời mới được tạo ra, ví dụ, trong tích lũy tàn dư thực vật đang thối rữa, dự trữ ngũ cốc, bột mì, v.v.

Hàm lượng carbon dioxide có thể thay đổi ở một số khu vực nhất định của lớp không khí trên bề mặt trong giới hạn khá đáng kể. Ví dụ, trong trường hợp không có gió ở trung tâm các thành phố lớn, nồng độ của nó tăng lên gấp mười lần. Sự thay đổi thường xuyên hàng ngày của hàm lượng carbon dioxide trong các lớp bề mặt liên quan đến nhịp điệu của quá trình quang hợp của thực vật. Theo mùa là do sự thay đổi cường độ hô hấp của các sinh vật sống, chủ yếu là quần thể vi mô của đất. Tăng độ bão hòa không khí với carbon dioxide xảy ra ở các khu vực hoạt động của núi lửa, gần các suối nước nóng và các cửa hàng ngầm khác của khí này. Ở nồng độ cao, carbon dioxide là chất độc. Trong tự nhiên, nồng độ như vậy rất hiếm.

Trong tự nhiên, nguồn cacbon đioxit chính được gọi là quá trình hô hấp của đất. Các vi sinh vật và động vật trong đất hô hấp rất mạnh mẽ. Điôxít cacbon khuếch tán từ đất vào khí quyển, đặc biệt mạnh khi mưa. Phần lớn chất thải này được thải ra từ đất có độ ẩm vừa phải, được ủ ấm tốt, giàu mùn bã hữu cơ. Ví dụ, đất của rừng sồi thải ra CO 2 từ 15 đến 22 kg / ha mỗi giờ, và đất cát chưa bón phân chỉ là 2 kg / ha.

Trong điều kiện hiện đại, hoạt động của con người trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch đã trở thành nguồn cung cấp mạnh mẽ lượng CO 2 bổ sung vào bầu khí quyển.

Nitơ không khí đối với hầu hết cư dân của môi trường trên cạn là khí trơ, nhưng một số sinh vật nhân sơ (vi khuẩn nốt sần, Azotobacter, clostridia, tảo xanh lam, v.v.) có khả năng liên kết với nó và tham gia vào chu trình sinh học.

Cơm. 46. Dãy núi với thảm thực vật bị tàn phá do khí thải lưu huỳnh điôxít từ các ngành công nghiệp lân cận

Các tạp chất cục bộ xâm nhập vào không khí cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến các sinh vật sống. Điều này đặc biệt đúng đối với các chất khí độc hại - mêtan, oxit lưu huỳnh, cacbon monoxit, nitơ oxit, hydro sunfua, các hợp chất clo, cũng như các hạt bụi, muội, v.v., gây ô nhiễm không khí trong các khu công nghiệp. Nguồn ô nhiễm vật lý và hóa học hiện đại chính của bầu khí quyển là do con người: hoạt động của các xí nghiệp công nghiệp khác nhau và giao thông, xói mòn đất, v.v. Lưu huỳnh oxit (SO 2), chẳng hạn, độc hại đối với thực vật ngay cả ở nồng độ từ một năm mươi phần nghìn đến một phần triệu thể tích không khí. Xung quanh các trung tâm công nghiệp gây ô nhiễm bầu khí quyển với khí này, hầu như tất cả các thảm thực vật đều chết (Hình 46). Một số loài thực vật đặc biệt nhạy cảm với SO 2 và dùng như một chỉ thị nhạy cảm về sự tích tụ của nó trong không khí. Ví dụ, nhiều địa y chết ngay cả khi có dấu vết của oxit lưu huỳnh trong khí quyển xung quanh. Sự hiện diện của chúng trong các khu rừng xung quanh các thành phố lớn là minh chứng cho độ tinh khiết cao của không khí. Khả năng chống lại các tạp chất trong không khí của thực vật được tính đến khi chọn loài cho các khu định cư làm cảnh. Nhạy cảm với khói, ví dụ, vân sam và thông, cây thích, cây bồ đề, bạch dương. Kháng nhiều nhất là cây thuja, cây dương Canada, cây phong Mỹ, cây cơm cháy và một số loại khác.

4.2.2. Đất và cứu trợ. Đặc điểm thời tiết và khí hậu của môi trường mặt đất - không khí

Các yếu tố môi trường Edaphic. Tính chất đất và địa hình cũng ảnh hưởng đến điều kiện sống của các sinh vật trên cạn, chủ yếu là thực vật. Các thuộc tính của bề mặt trái đất có tác động đến sinh thái đối với cư dân của nó được thống nhất bởi tên gọi các yếu tố môi trường phù hợp (từ tiếng Hy Lạp "edafos" - nền tảng, đất).

Tính chất của bộ rễ cây phụ thuộc vào chế độ thuỷ nhiệt, độ thoáng khí, thành phần, cấu tạo và cấu trúc của đất. Ví dụ, hệ thống rễ của các loài cây (bạch dương, thông rụng lá) ở những khu vực có băng vĩnh cửu nằm ở độ sâu nông và lan rộng ra theo chiều rộng. Ở những nơi không có lớp băng vĩnh cửu, bộ rễ của những loài thực vật này sẽ ít lan ra và đâm sâu hơn. Ở nhiều loài thực vật thảo nguyên, rễ cây có thể lấy nước từ độ sâu lớn, đồng thời chúng có nhiều rễ bề mặt ở chân trời đất mùn, từ đó cây hút các chất dinh dưỡng khoáng. Trên đất ngập úng, kém thoáng khí ở rừng ngập mặn xuất hiện nhiều loài có bộ rễ hô hấp đặc biệt - rễ khí sinh.

Có thể phân biệt một số nhóm sinh thái của thực vật liên quan đến các đặc tính khác nhau của đất.

Vì vậy, theo phản ứng với độ chua của đất, họ phân biệt: 1) ưa axit loài - phát triển trên đất chua có độ pH nhỏ hơn 6,7 (thực vật của sphagnum bogs, belous); 2) bạch cầu trung tính - hút đối với đất có độ pH từ 6,7–7,0 (hầu hết các loại cây trồng); 3) basiphilic- phát triển ở độ pH hơn 7,0 (mordovnik, hải quỳ rừng); bốn) vô tư - có thể phát triển trên các loại đất có giá trị pH khác nhau (lily of the Valley, lan cừu).

Liên quan đến thành phần tổng thể của đất, có: 1) oligotrophic thực vật có hàm lượng tro nhỏ (thông scotch); 2) phú dưỡng, những người cần một số lượng lớn các yếu tố tần bì (sồi, phổ biến tần, diều hâu lâu năm); 3) trung dưỡng, yêu cầu một lượng vừa phải các yếu tố tro (vân sam).

Nitrophils- cây ưa đất giàu nitơ (cây tầm ma).

Thực vật của đất mặn tạo thành một nhóm halophytes(soleros, sarsazan, kokpek).

Một số loài thực vật bị giới hạn trong các chất nền khác nhau: petrophytes phát triển trên đất đá, và động vật có vú sống trong cát lỏng lẻo.

Địa hình và tính chất của đất ảnh hưởng đến các đặc điểm cụ thể của sự di chuyển của động vật. Ví dụ, động vật móng guốc, đà điểu, chim bìm bịp sống trong không gian mở cần có nền đất vững chắc để tăng cường lực đẩy khi chạy nhanh. Ở những con thằn lằn sống trên cát lỏng, các ngón có viền vảy sừng làm tăng bề mặt hỗ trợ (Hình 47). Đối với cư dân trên cạn đào hố, đất dày đặc là không thuận lợi. Tính chất của đất trong một số trường hợp ảnh hưởng đến sự phân bố của động vật trên cạn đào lỗ, chui xuống đất để thoát nhiệt hoặc động vật ăn thịt, đẻ trứng trong đất, v.v.

Cơm. 47. Tắc kè hình quạt - cư dân trên cát sa mạc Sahara: A - tắc kè hoa hình quạt; B - chân tắc kè

đặc điểm thời tiết.Điều kiện sống trong môi trường mặt đất-không khí rất phức tạp, thêm vào đó, thời tiết thay đổi. Thời tiết - Đây là trạng thái thay đổi liên tục của khí quyển gần bề mặt trái đất cho đến độ cao khoảng 20 km (ranh giới của tầng đối lưu). Sự thay đổi thời tiết được biểu hiện ở sự biến đổi liên tục trong sự kết hợp của các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm không khí, mây mù, lượng mưa, cường độ và hướng gió, v.v. Thay đổi thời tiết, cùng với sự luân phiên đều đặn của chúng trong chu kỳ hàng năm, được đặc trưng bởi không biến động tuần hoàn, điều này làm phức tạp đáng kể các điều kiện cho sự tồn tại của các sinh vật trên cạn. Thời tiết ảnh hưởng đến đời sống của các cư dân thủy sinh ở mức độ thấp hơn nhiều và chỉ ảnh hưởng đến dân số ở các tầng mặt.

Khí hậu của khu vực. Chế độ thời tiết dài hạn đặc trưng cho khí hậu của khu vực. Khái niệm khí hậu không chỉ bao gồm các giá trị trung bình của các hiện tượng khí tượng, mà còn bao gồm cả diễn biến hàng năm và hàng ngày của chúng, độ lệch so với nó và tần suất của chúng. Khí hậu được xác định bởi các điều kiện địa lý của khu vực.

Sự đa dạng địa đới của khí hậu rất phức tạp do tác động của gió mùa, sự phân bố của các xoáy thuận và nghịch lưu, ảnh hưởng của các dãy núi đến sự chuyển động của các khối khí, mức độ xa cách đại dương (tính lục địa) và nhiều yếu tố địa phương khác. Ở vùng núi có tính địa đới khí hậu, về nhiều mặt tương tự như sự thay đổi của các đới từ vĩ độ thấp lên vĩ độ cao. Tất cả điều này tạo ra một loạt các điều kiện sống trên đất liền.

Đối với hầu hết các sinh vật trên cạn, đặc biệt là những sinh vật nhỏ, không phải khí hậu của khu vực quan trọng lắm mà là điều kiện môi trường sống ngay lập tức của chúng. Rất thường xuyên, các yếu tố địa phương của môi trường (cứu trợ, tiếp xúc, thảm thực vật, v.v.) thay đổi chế độ nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và chuyển động không khí trong một khu vực cụ thể theo cách khác biệt đáng kể so với điều kiện khí hậu của khu vực đó . Những biến đổi khí hậu cục bộ như vậy hình thành trong lớp không khí bề mặt được gọi là vi khí hậu. Trong mỗi đới, các vi khí hậu rất đa dạng. Có thể tách ra các vi khí hậu của các khu vực nhỏ tùy ý. Ví dụ, một chế độ đặc biệt được tạo ra trong đám hoa, được sử dụng bởi côn trùng sống ở đó. Sự khác biệt về nhiệt độ, độ ẩm không khí và sức mạnh của gió được biết đến rộng rãi trong không gian mở và trong rừng, trong rác và trên các khu vực đất trống, trên các sườn dốc phía Bắc và phía Nam, v.v. Một vi khí hậu ổn định đặc biệt xuất hiện trong các hang, tổ, hốc , hang động và những nơi đóng cửa khác.

Sự kết tủa. Ngoài việc cung cấp nước và tạo độ ẩm dự trữ, chúng có thể đóng một vai trò sinh thái khác. Vì vậy, mưa rào hoặc mưa đá đôi khi có tác động cơ học đến thực vật hoặc động vật.

Vai trò sinh thái của tuyết phủ đặc biệt đa dạng. Nhiệt độ dao động hàng ngày xuyên vào lớp tuyết dày chỉ tới 25 cm, sâu hơn thì nhiệt độ hầu như không thay đổi. Ở mức sương giá -20-30 ° C, dưới lớp tuyết dày 30-40 cm, nhiệt độ chỉ ở mức dưới không một chút. Lớp tuyết phủ dày bảo vệ những chồi non của sự đổi mới, bảo vệ những phần xanh tươi của thực vật khỏi bị đóng băng; nhiều loài đi dưới tuyết mà không rụng lá, ví dụ, cây me chua lông, Veronica officinalis, móng guốc, v.v.

Cơm. 48. Sơ đồ nghiên cứu đo từ xa về chế độ nhiệt độ của gà gô hazel nằm trong hố tuyết (theo A. V. Andreev, A. V. Krechmar, 1976)

Các loài động vật nhỏ trên cạn cũng có lối sống năng động vào mùa đông, đặt toàn bộ phòng trưng bày các lối đi dưới tuyết và độ dày của nó. Đối với một số loài sống trên thảm thực vật tuyết, thậm chí sinh sản vào mùa đông là đặc trưng, ​​được ghi nhận, ví dụ, ở loài lemmings, chuột gỗ và chuột họng vàng, một số loài chuột đồng, chuột nước, v.v. gà gô đen, vùng lãnh nguyên - đào hang trong tuyết trong đêm (Hình 48).

Mùa đông tuyết phủ ngăn cản các loài động vật lớn kiếm ăn. Nhiều loài động vật móng guốc (tuần lộc, lợn rừng, bò xạ hương) chỉ kiếm ăn trên thảm thực vật có tuyết vào mùa đông, và lớp tuyết phủ dày, và đặc biệt là lớp vỏ cứng trên bề mặt xuất hiện trong băng, khiến chúng chết đói. Trong thời kỳ chăn nuôi gia súc du mục ở Nga trước cách mạng, một thảm họa lớn ở các vùng phía nam là đay - Vật nuôi bị mất hàng loạt do mưa tuyết, làm mất thức ăn của vật nuôi. Việc di chuyển trên lớp tuyết dày rời rạc cũng khó khăn đối với động vật. Ví dụ, trong mùa đông có tuyết, cáo thích những khu vực trong rừng dưới những tán cây linh sam rậm rạp, nơi lớp tuyết mỏng hơn và hầu như không đi ra ngoài thành những vùng băng và rìa hở. Độ sâu của lớp tuyết phủ có thể hạn chế sự phân bố địa lý của các loài. Ví dụ, hươu thật không xâm nhập về phía bắc vào những khu vực có độ dày tuyết vào mùa đông hơn 40–50 cm.

Màu trắng của tuyết bao phủ làm lộ ra những con vật đen tối. Lựa chọn ngụy trang dưới màu nền dường như đóng một vai trò lớn trong việc xuất hiện các thay đổi màu sắc theo mùa ở gà gô trắng và lãnh nguyên, thỏ núi, ermine, chồn, cáo Bắc Cực. Trên quần đảo Commander, cùng với cáo trắng, có rất nhiều cáo xanh. Theo quan sát của các nhà động vật học, loài sau chủ yếu sống gần những tảng đá sẫm màu và dải sóng không đóng băng, trong khi người da trắng thích những khu vực có tuyết phủ.

4.3. Đất làm môi trường sống

4.3.1. Đặc điểm của đất

Đất là lớp đất mỏng, tơi xốp, tiếp xúc với không khí. Mặc dù có độ dày không đáng kể, lớp vỏ này của Trái đất đóng một vai trò quan trọng trong sự lan truyền sự sống. Đất không chỉ là một thể rắn, giống như hầu hết các loại đá của thạch quyển, mà là một hệ thống ba pha phức tạp, trong đó các hạt rắn được bao quanh bởi không khí và nước. Nó được thấm vào với các khoang chứa đầy hỗn hợp khí và dung dịch nước, và do đó các điều kiện vô cùng đa dạng được hình thành trong đó, thuận lợi cho sự sống của nhiều sinh vật vi mô và vĩ mô (Hình 49). Trong đất, sự dao động nhiệt độ được làm phẳng hơn so với lớp bề mặt của không khí, sự hiện diện của nước ngầm và sự xâm nhập của lượng mưa tạo ra nguồn dự trữ độ ẩm và cung cấp một chế độ ẩm trung gian giữa môi trường nước và trên cạn. Đất tập trung trữ lượng các chất hữu cơ và khoáng do thảm thực vật chết và xác động vật cung cấp. Tất cả điều này quyết định độ bão hòa cao của đất với sự sống.

Hệ thống rễ của thực vật trên cạn tập trung trong đất (Hình 50).

Cơm. 49. Những đoạn ngầm trong bài viết của Brandt: A - góc nhìn từ trên xuống; B - mặt bên

Cơm. năm mươi. Vị trí của rễ trong đất chernozem thảo nguyên (theo M. S. Shalyt, 1950)

Tính trung bình, có hơn 100 tỷ tế bào động vật nguyên sinh, hàng triệu luân trùng và tua tủa, hàng chục triệu giun tròn, hàng chục và hàng trăm nghìn bọ ve và chân giò, hàng nghìn động vật chân đốt khác, hàng chục nghìn động vật chân đốt, hàng chục và hàng trăm giun đất, động vật thân mềm và các động vật không xương sống khác trên 1 m 2 lớp đất. Ngoài ra, 1 cm 2 đất chứa hàng chục, hàng trăm triệu vi khuẩn, vi nấm, xạ khuẩn và các vi sinh vật khác. Trong các lớp bề mặt được chiếu sáng, mỗi gam có hàng trăm nghìn tế bào quang hợp của tảo lục, vàng lục, tảo cát và tảo lam sống. Các sinh vật sống là đặc trưng của đất như các thành phần không sống của nó. Do đó, V. I. Vernadsky quy đất là các thể trơ sinh học của tự nhiên, nhấn mạnh sự bão hòa của nó với sự sống và mối liên hệ không thể tách rời với nó.

Sự không đồng nhất của các điều kiện trong đất rõ rệt nhất theo hướng thẳng đứng. Với độ sâu, một số yếu tố môi trường quan trọng nhất ảnh hưởng đến cuộc sống của cư dân trong đất thay đổi đáng kể. Trước hết, điều này đề cập đến cấu trúc của đất. Ba tầng chính được phân biệt trong đó, khác nhau về đặc tính hình thái và hóa học: 1) tầng tích lũy mùn phía trên A, trong đó chất hữu cơ tích tụ và biến đổi và từ đó một phần của các hợp chất được mang theo nước rửa; 2) chân trời xâm nhập, hoặc chân trời xấu xí B, nơi các chất rửa trôi từ bên trên lắng xuống và được biến đổi, và 3) đá mẹ, hoặc chân trời C, vật liệu được chuyển hóa thành đất.

Trong mỗi đường chân trời, nhiều lớp phân đoạn hơn được phân biệt, các lớp này cũng khác nhau rất nhiều về tính chất. Ví dụ, ở vùng ôn đới dưới các khu rừng hỗn giao hoặc lá kim, đường chân trời NHƯNG bao gồm miếng đệm (A 0)- lớp bã thực vật tích tụ rời rạc, lớp mùn sẫm màu (A 1), trong đó các hạt có nguồn gốc hữu cơ được trộn với khoáng chất và một lớp podzolic (A 2)- Màu xám tro, trong đó các hợp chất silic chiếm ưu thế, và tất cả các chất hòa tan bị rửa trôi vào sâu của mặt cắt đất. Cả cấu trúc và tính chất hóa học của các lớp này đều rất khác nhau, và do đó rễ của thực vật và cư dân trong đất, chỉ di chuyển lên hoặc xuống vài cm, rơi vào các điều kiện khác nhau.

Kích thước của các hốc giữa các hạt đất, thích hợp cho động vật sinh sống, thường giảm nhanh theo độ sâu. Ví dụ, trong đất đồng cỏ, đường kính trung bình của các hốc ở độ sâu 0–1 cm là 3 mm, 1–2 cm, 2 mm, và ở độ sâu 2–3 cm, chỉ 1 mm; lỗ chân lông sâu hơn của đất thậm chí còn mịn hơn. Mật độ đất cũng thay đổi theo độ sâu. Các lớp lỏng lẻo nhất chứa chất hữu cơ. Độ xốp của các lớp này được xác định bởi thực tế là các chất hữu cơ kết dính các hạt khoáng chất thành các tập hợp lớn hơn, thể tích các khoang giữa các lớp này tăng lên. Mật độ dày đặc nhất thường là đường chân trời xấu TẠI, kết dính bởi các hạt keo được rửa sạch vào đó.

Độ ẩm trong đất có ở các trạng thái khác nhau: 1) liên kết (hút ẩm và bẩn) được giữ chặt bởi bề mặt của các hạt đất; 2) mao quản chiếm các lỗ nhỏ và có thể di chuyển dọc theo chúng theo các hướng khác nhau; 3) trọng lực lấp đầy các khoảng trống lớn hơn và từ từ thấm xuống dưới tác dụng của trọng lực; 4) hơi chứa trong không khí đất.

Hàm lượng nước không giống nhau ở các loại đất khác nhau và ở các thời điểm khác nhau. Nếu có quá nhiều độ ẩm trọng trường thì chế độ của đất gần với chế độ của thủy vực. Trong đất khô, chỉ còn lại nước liên kết và các điều kiện tiếp cận với nước trên mặt đất. Tuy nhiên, ngay cả ở những vùng đất khô nhất, không khí ẩm ướt hơn mặt đất, vì vậy cư dân trên đất ít bị đe dọa bị khô hơn nhiều so với trên bề mặt.

Thành phần của không khí trong đất là thay đổi. Theo độ sâu, hàm lượng oxy giảm mạnh và nồng độ carbon dioxide tăng lên. Do sự hiện diện của các chất hữu cơ đang phân hủy trong đất, không khí trong đất có thể chứa một nồng độ cao các khí độc hại như amoniac, hydro sunfua, mêtan, ... Khi đất bị ngập úng hoặc tàn dư thực vật bị thối rữa, điều kiện yếm khí hoàn toàn có thể xảy ra ở những nơi.

Chỉ dao động nhiệt độ cắt trên bề mặt đất. Ở đây chúng thậm chí có thể mạnh hơn ở lớp không khí trên mặt đất. Tuy nhiên, với độ sâu từng cm, sự thay đổi nhiệt độ hàng ngày và theo mùa trở nên ít hơn và ít được nhìn thấy hơn ở độ sâu 1–1,5 m (Hình 51).

Cơm. 51. Giảm dao động hàng năm của nhiệt độ đất theo độ sâu (theo K. Schmidt-Nilson, 1972). Phần bóng mờ là phạm vi dao động nhiệt độ hàng năm

Tất cả những đặc điểm này dẫn đến một thực tế là, mặc dù có sự không đồng nhất của các điều kiện môi trường trong đất, nhưng nó hoạt động như một môi trường khá ổn định, đặc biệt là đối với các sinh vật di động. Độ dốc nhiệt độ và độ ẩm cao trong hồ sơ đất cho phép động vật đất tự cung cấp cho mình một môi trường sinh thái thích hợp thông qua các chuyển động nhỏ.

4.3.2. Cư dân đất

Tính không đồng nhất của đất dẫn đến thực tế là đối với các sinh vật có kích thước khác nhau, nó hoạt động như một môi trường khác nhau. Đối với vi sinh vật, tổng bề mặt khổng lồ của các hạt đất có tầm quan trọng đặc biệt, vì phần lớn quần thể vi sinh vật bị hấp phụ trên chúng. Sự phức tạp của môi trường đất tạo ra nhiều điều kiện cho nhiều nhóm chức năng: vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn kỵ khí, sinh vật tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và khoáng chất. Sự phân bố của vi sinh vật trong đất được đặc trưng bởi các ổ nhỏ, vì các vùng sinh thái khác nhau dù chỉ trên vài mm cũng có thể bị thay thế.

Đối với động vật đất nhỏ (Hình 52, 53), được kết hợp dưới tên hệ vi sinh vật (động vật nguyên sinh, luân trùng, trùng roi, giun tròn, v.v.), đất là một hệ thống các vi chứa. Về cơ bản, chúng là những sinh vật sống dưới nước. Chúng sống trong các lỗ rỗng của đất chứa đầy nước hấp dẫn hoặc nước mao dẫn, và một phần cuộc sống của chúng, giống như vi sinh vật, có thể ở trạng thái hấp thụ trên bề mặt của các hạt trong lớp màng ẩm mỏng. Nhiều loài trong số này sống ở các vùng nước thông thường. Tuy nhiên, các dạng đất nhỏ hơn nhiều so với các dạng nước ngọt và ngoài ra, chúng còn được phân biệt bởi khả năng ở trạng thái đóng băng trong một thời gian dài, chờ đợi những thời kỳ bất lợi. Trong khi loài amip nước ngọt có kích thước từ 50-100 micromet thì loài sống trong đất chỉ có kích thước 10-15. Các đại diện của trùng roi đặc biệt nhỏ, thường chỉ từ 2-5 micron. Ciliates trong đất cũng có kích thước lùn và hơn nữa, có thể thay đổi hình dạng của cơ thể rất nhiều.

Cơm. 52. Kiểm tra amip ăn vi khuẩn trên lá cây rừng mục nát

Cơm. 53. Hệ vi sinh vật trong đất (theo W. Dunger, 1974):

1–4 - roi; 5–8 - amip trần trụi; 9-10 - thử nghiệm amip; 11–13 - chi nhánh; 14–16 - giun đũa; 17–18 - luân trùng; 19–20 – tardigrades

Đối với khí thở của những động vật lớn hơn một chút, đất xuất hiện như một hệ thống các hang động nông. Những động vật như vậy được nhóm lại dưới tên mesofauna (Hình. 54). Kích thước của các đại diện của trung bì đất nằm trong khoảng từ phần mười đến 2–3 mm. Nhóm này chủ yếu bao gồm các động vật chân đốt: nhiều nhóm bọ ve, côn trùng không cánh sơ cấp (côn trùng, côn trùng, côn trùng hai đuôi), các loài côn trùng có cánh nhỏ, rết ... Chúng bò dọc theo thành của các hốc đất với sự trợ giúp của các chi hoặc luồn lách như một con sâu. Không khí trong đất bão hòa với hơi nước cho phép bạn thở qua các tấm phủ. Nhiều loài không có hệ thống khí quản. Những động vật như vậy rất nhạy cảm với khô. Phương tiện chính để cứu chúng khỏi sự dao động của độ ẩm không khí là di chuyển trong đất liền. Nhưng khả năng di cư vào sâu trong các hốc đất bị hạn chế do đường kính của các lỗ rỗng giảm nhanh nên chỉ những loài nhỏ nhất có thể di chuyển qua các giếng đất. Các đại diện lớn hơn của trung bì có một số cách thích nghi cho phép chúng chịu được sự giảm độ ẩm không khí trong đất tạm thời: vảy bảo vệ trên cơ thể, không thấm một phần vỏ, lớp vỏ có thành dày vững chắc với tầng sinh môn kết hợp với hệ thống khí quản nguyên thủy. cung cấp hơi thở.

Cơm. 54. Trung bì đất (không W. Danger, 1974):

1 - scorion giả; 2 - Pháo sáng Gama mới; 3–4 ve vỏ; 5 - con rết pauroioda; 6 - ấu trùng muỗi chironomid; 7 - một con bọ từ gia đình. Họ Bạch truật; 8–9 móng giò

Các đại diện của mesofauna trải qua thời kỳ ngập đất với nước trong bong bóng khí. Không khí được giữ lại xung quanh cơ thể của động vật do lớp vỏ không thấm nước của chúng cũng được trang bị bằng lông, vảy, v.v ... Bong bóng khí đóng vai trò như một loại "mang vật chất" đối với động vật nhỏ. Quá trình thở được thực hiện do oxy khuếch tán vào lớp không khí từ nước xung quanh.

Các đại diện của vi sinh và trung bì có khả năng chịu được sự đóng băng của đất vào mùa đông, vì hầu hết các loài không thể đi xuống từ các lớp tiếp xúc với nhiệt độ âm.

Động vật đất lớn hơn, có kích thước cơ thể từ 2 đến 20 mm, được gọi là đại diện hệ động vật vĩ mô (Hình 55). Đó là ấu trùng côn trùng, rết, enchytreids, giun đất,… Đối với chúng, đất là môi trường dày đặc có tác dụng chống cơ học đáng kể khi di chuyển. Các dạng tương đối lớn này di chuyển trong đất bằng cách mở rộng các giếng tự nhiên bằng cách đẩy các hạt đất ra xa nhau hoặc bằng cách đào các đoạn mới. Cả hai hình thức vận động đều để lại dấu ấn về cấu tạo bên ngoài của động vật.

Cơm. 55. Macrofauna đất (không W. Danger, 1974):

1 - giun đất; 2 – mộc nhĩ; 3 – rết labiopod; 4 – con rết hai chân; 5 - ấu trùng bọ cánh cứng; 6 – ấu trùng bọ cánh cứng; 7 – con gấu; 8 - ấu trùng sâu bọ

Khả năng di chuyển dọc theo các giếng mỏng mà hầu như không cần dùng đến đào, vốn dĩ chỉ có ở các loài có cơ thể với tiết diện nhỏ, có thể uốn cong mạnh ở những đoạn quanh co (milipedes - drupes và geophiles). Đẩy các hạt đất ra xa do áp lực của thành cơ thể, giun đất, ấu trùng muỗi rết ... di chuyển. Sau khi cố định phần sau, chúng mỏng và dài ra phần trước, xuyên vào các khe nứt đất hẹp, sau đó cố định phần trước. của cơ thể và tăng đường kính của nó. Đồng thời, trong khu vực mở rộng, do hoạt động của các cơ, một áp suất thủy lực mạnh của chất lỏng không thể nén được trong cơ thể được tạo ra: ở giun, nội dung của túi coelomic và ở các mô típ, hemolymph. Áp suất được truyền qua các bức tường của cơ thể đến đất, và do đó động vật mở rộng giếng. Đồng thời, một lối đi mở vẫn còn phía sau, có nguy cơ làm tăng lượng bốc hơi và sự truy đuổi của những kẻ săn mồi. Nhiều loài đã phát triển khả năng thích nghi với kiểu di chuyển có lợi hơn về mặt sinh thái trong đất - đào bới làm tắc nghẽn lối đi phía sau. Việc đào được thực hiện bằng cách xới đất và cào các hạt đất. Để làm được điều này, ấu trùng của các loài côn trùng khác nhau sử dụng phần cuối trước của đầu, các xương hàm dưới và các chi trước, được mở rộng và củng cố bằng một lớp kitin dày, gai và các đốt phụ. Ở phần cuối sau của cơ thể, các thiết bị để cố định chắc chắn phát triển - giá đỡ có thể thu vào, răng, móc. Để đóng lối đi ở các đoạn cuối, một số loài có nền lõm đặc biệt, được đóng khung bởi các cạnh hoặc răng bằng đá quý, một loại xe cút kít. Các khu vực tương tự được hình thành trên mặt sau của elytra ở bọ vỏ cây, chúng cũng sử dụng chúng để làm tắc nghẽn các lối đi bằng bột khoan. Đóng lối đi phía sau, các loài động vật - cư dân của đất liên tục ở trong một buồng kín, bão hòa với sự bốc hơi của chính cơ thể chúng.

Sự trao đổi khí của hầu hết các loài thuộc nhóm sinh thái này được thực hiện với sự trợ giúp của các cơ quan hô hấp chuyên biệt, nhưng cùng với đó, nó được bổ sung bằng sự trao đổi khí thông qua các nguyên. Thậm chí có thể chỉ hô hấp qua da, ví dụ ở giun đất, enchitreid.

Động vật đào hang có thể để lại các lớp nơi có điều kiện bất lợi. Vào mùa đông và khô hạn, chúng tập trung ở các lớp sâu hơn, thường cách bề mặt vài chục cm.

Megafauna đất là những cuộc khai quật lớn, chủ yếu từ các loài động vật có vú. Một số loài sống cả đời trong đất (chuột chũi, chuột chũi, chuột chũi, chuột chũi Âu Á, chuột chũi vàng

Châu Phi, chuột chũi có túi của Úc, v.v.). Chúng tạo ra toàn bộ hệ thống đường đi và lỗ hổng trên đất. Ngoại hình và các đặc điểm giải phẫu của những loài động vật này phản ánh khả năng thích nghi của chúng với lối sống đào hang dưới lòng đất. Chúng có đôi mắt kém phát triển, cơ thể nhỏ gọn, vằn vện với cổ ngắn, bộ lông dày ngắn, các chi đào khỏe với móng vuốt khỏe. Chuột chũi và chuột chũi đục khoét mặt đất. Oligochaetes lớn, đặc biệt là các đại diện của họ Megascolecidae sống ở vùng nhiệt đới và Nam bán cầu, cũng nên được đưa vào megafauna đất. Loài lớn nhất trong số chúng, loài Megascolides australis của Úc, đạt chiều dài 2,5 và thậm chí 3 m.

Ngoài những cư dân thường trú trên đất, một nhóm sinh thái lớn có thể được phân biệt giữa các loài động vật lớn. cư dân trong hang (sóc đất, marmots, Jerboas, thỏ, lửng, v.v.). Chúng kiếm ăn trên bề mặt, nhưng sinh sản, ngủ đông, nghỉ ngơi và thoát khỏi nguy hiểm trong đất. Một số loài động vật khác sử dụng hang của chúng, tìm kiếm trong chúng một vi khí hậu thuận lợi và nơi trú ẩn khỏi kẻ thù. Norniks có các đặc điểm cấu tạo đặc trưng của động vật trên cạn, nhưng có một số cách thích nghi liên quan đến lối sống đào hang. Ví dụ, những con lửng mật có móng vuốt dài và cơ bắp khỏe mạnh ở chi trước, đầu hẹp và đôi chân nhỏ. So với thỏ rừng không đào hang, thỏ có tai và chân sau ngắn hơn đáng kể, hộp sọ khỏe hơn, xương và cơ bắp tay trước khỏe hơn, v.v.

Đối với một số đặc điểm sinh thái, đất là môi trường trung gian giữa nước và đất. Đất được đưa đến gần môi trường nước hơn nhờ chế độ nhiệt độ của nó, hàm lượng oxy giảm trong không khí trong đất, sự bão hòa của nó với hơi nước và sự hiện diện của nước ở các dạng khác, sự hiện diện của muối và các chất hữu cơ trong dung dịch đất, và khả năng di chuyển trong không gian ba chiều.

Sự hiện diện của không khí trong đất, mối đe dọa của hiện tượng hút ẩm ở các chân trời phía trên, và những thay đổi khá rõ rệt về chế độ nhiệt độ của các lớp bề mặt đưa đất đến gần với môi trường không khí hơn.

Những đặc tính sinh thái trung gian của đất với tư cách là nơi cư trú của động vật cho thấy đất đã đóng một vai trò đặc biệt trong quá trình tiến hóa của thế giới động vật. Đối với nhiều nhóm, đặc biệt là động vật chân đốt, đất đóng vai trò như một phương tiện thông qua đó những cư dân thủy sinh ban đầu có thể chuyển sang cách sống trên cạn và chinh phục đất. Con đường tiến hóa này của động vật chân đốt đã được chứng minh bằng các công trình của M. S. Gilyarov (1912–1985).

4.4. Các sinh vật sống như một môi trường sống

Nhiều loại sinh vật dị dưỡng sống trong các sinh vật khác trong suốt cuộc đời hoặc một phần vòng đời của chúng, mà cơ thể của chúng làm môi trường cho chúng có đặc tính khác biệt đáng kể so với cơ thể bên ngoài.

Cơm. 56. Rệp lây nhiễm cho người lái

Cơm. 57. Cắt mật trên một lá sồi với ấu trùng của loài Mikiola fagi có túi mật

Một đặc điểm của môi trường không khí mặt đất là các sinh vật sống ở đây được bao quanh bởi không khí, là hỗn hợp của các chất khí chứ không phải hợp chất của chúng. Không khí là một yếu tố môi trường được đặc trưng bởi thành phần không đổi - nó chứa 78,08% nitơ, khoảng 20,9% oxy, khoảng 1% argon và 0,03% carbon dioxide. Do khí cacbonic và nước, chất hữu cơ được tổng hợp và thải ra khí ôxy. Trong quá trình hô hấp, phản ứng ngược lại với quang hợp xảy ra - tiêu thụ oxy. Oxy xuất hiện trên Trái đất khoảng 2 tỷ năm trước, khi bề mặt hành tinh của chúng ta đang được hình thành trong quá trình hoạt động của núi lửa. Hàm lượng oxy tăng dần trong 20 triệu năm qua. Vai trò chính của việc này là do sự phát triển của thế giới thực vật trên đất liền và đại dương. Không có không khí thì thực vật, động vật cũng như vi sinh vật hiếu khí đều không thể tồn tại. Hầu hết các động vật trong môi trường này di chuyển trên một chất nền rắn - đất. Không khí là môi trường sống ở thể khí được đặc trưng bởi độ ẩm, mật độ và áp suất thấp, cũng như hàm lượng oxy cao. Các yếu tố môi trường hoạt động trong môi trường mặt đất-không khí khác nhau ở một số đặc điểm cụ thể: ánh sáng ở đây cường độ cao hơn so với các môi trường khác, nhiệt độ dao động mạnh hơn và độ ẩm thay đổi đáng kể tùy thuộc vào vị trí địa lý, mùa và thời gian ngày.

Sự thích nghi với môi trường không khí.

Tất nhiên, đặc trưng nhất trong số các cư dân của môi trường không khí là các dạng bay. Các đặc điểm về ngoại hình của sinh vật đã giúp chúng ta có thể nhận thấy sự thích nghi của nó với việc bay. Trước hết, điều này được chứng minh qua hình dáng cơ thể của anh ta.

Thân hình:

• tinh giản cơ thể (chim),
• sự hiện diện của máy bay để dựa trên không (cánh, dù),
• kết cấu nhẹ (xương rỗng),
• sự hiện diện của cánh và các thiết bị khác để bay (ví dụ: màng bay),
• Giảm các chi (rút ngắn, giảm khối lượng cơ).

Động vật đang chạy cũng có những đặc điểm nổi bật mà chúng ta có thể dễ dàng nhận ra một vận động viên chạy giỏi và nếu anh ta di chuyển bằng cách nhảy, thì đó là một vận động viên nhảy cầu:

• tay chân mạnh mẽ nhưng nhẹ nhàng (ngựa),
• giảm ngón chân (ngựa, linh dương),
• chi sau rất khỏe và chi trước ngắn lại (thỏ rừng, kangaroo),
• Bộ móng có sừng bảo vệ trên các ngón (móng guốc, bộ bắp).

Các sinh vật leo trèo có nhiều kiểu thích nghi khác nhau. Chúng có thể chung với thực vật và động vật, hoặc chúng có thể khác nhau. Để leo núi, một hình dạng cơ thể đặc biệt cũng có thể được sử dụng:

• một thân dài mỏng, các vòng có thể đóng vai trò hỗ trợ khi leo trèo (rắn, dây leo),
• tay nắm hoặc bám dài linh hoạt, và có thể cùng một đuôi (khỉ);
• Sự phát triển của cơ thể - râu, móc, rễ (đậu Hà Lan, dâu đen, thường xuân);
• các móng vuốt sắc ở các chi hoặc các móng vuốt dài, các ngón có móc hoặc nắm chắc (sóc, con lười, con khỉ);
• cơ bắp mạnh mẽ của các chi, cho phép bạn kéo cơ thể và ném từ cành này sang cành khác (đười ươi, vượn).

Một số sinh vật đã có được một loại khả năng thích nghi phổ biến với hai sinh vật cùng một lúc. Trong các hình thức leo núi, cũng có thể kết hợp các dấu hiệu leo ​​núi và bay. Nhiều người trong số họ có thể trèo lên cây cao, thực hiện những chuyến bay nhảy xa. Đây là những thích nghi tương tự ở những cư dân trong cùng một môi trường sống. Thường có những loài động vật có khả năng chạy và bay nhanh, đồng thời mang cả hai bộ thích nghi này.

Có sự kết hợp của các đặc điểm thích nghi ở một sinh vật đối với sự sống trong các môi trường khác nhau. Tất cả các loài động vật lưỡng cư đều có những kiểu thích nghi song song như vậy. Một số sinh vật sống dưới nước hoàn toàn nổi cũng có khả năng thích nghi để bay. Xem xét cá chuồn hoặc thậm chí mực. Các cách thích nghi khác nhau có thể được sử dụng để giải quyết một vấn đề sinh thái. Vì vậy, phương tiện cách nhiệt ở gấu, cáo Bắc Cực là bộ lông dày, màu bảo vệ. Nhờ màu sắc bảo vệ, sinh vật trở nên khó phân biệt và do đó, được bảo vệ khỏi những kẻ săn mồi. Trứng chim đẻ trên cát hoặc trên mặt đất có màu xám và nâu với các đốm, tương tự như màu của đất xung quanh. Trong trường hợp những kẻ săn mồi không có trứng, chúng thường không có màu sắc. Sâu bướm thường có màu xanh lục, màu của lá, hoặc sẫm, màu của vỏ cây hoặc màu đất. Theo quy luật, động vật sa mạc có màu vàng nâu hoặc vàng cát. Màu bảo vệ đơn sắc là đặc trưng của cả côn trùng (cào cào) và thằn lằn nhỏ, cũng như động vật móng guốc lớn (linh dương) và động vật ăn thịt (sư tử). Bóc tách màu bảo vệ dưới dạng các sọc và đốm sáng tối xen kẽ trên cơ thể. Khó có thể nhìn thấy ngựa vằn và hổ ở khoảng cách 50 - 40 m do sự trùng hợp của các sọc trên cơ thể với sự luân phiên của ánh sáng và bóng tối ở khu vực xung quanh. Bóc tách màu vi phạm khái niệm về đường nét cơ thể, màu sắc đáng sợ (cảnh báo) cũng cung cấp sự bảo vệ cho các sinh vật khỏi kẻ thù. Màu sáng thường là đặc trưng của động vật có độc và cảnh báo những kẻ săn mồi về khả năng không thể ăn được của đối tượng bị chúng tấn công. Hiệu quả của màu sắc cảnh báo là nguyên nhân của một hiện tượng bắt chước - bắt chước rất thú vị. Các hình thành dưới dạng lớp vỏ cứng ở động vật chân đốt (bọ cánh cứng, cua), lớp vỏ ở động vật thân mềm, lớp vảy ở cá sấu, lớp vỏ ở loài giáp xác và rùa bảo vệ chúng khỏi nhiều kẻ thù. Bút lông của nhím và nhím giống nhau. Cải thiện bộ máy vận động, hệ thần kinh, cơ quan giác quan, phát triển các phương tiện tấn công ở động vật ăn thịt. Các cơ quan hóa học của côn trùng rất nhạy cảm. Bướm đêm gypsy đực bị thu hút bởi tuyến mùi của con cái từ khoảng cách 3 km. Ở một số loài bướm, độ nhạy của các thụ thể vị giác lớn hơn 1000 lần so với độ nhạy của các thụ thể ở lưỡi người. Những kẻ săn mồi về đêm, chẳng hạn như cú, nhìn hoàn hảo trong bóng tối. Một số loài rắn có khả năng nhiệt rắn rất phát triển. Chúng phân biệt các vật ở khoảng cách xa nếu chênh lệch nhiệt độ của chúng chỉ là 0,2 ° C.

Học viện Nhà nước Saint Petersburg

Thuốc thú y.

Khoa Sinh học đại cương, Sinh thái và Mô học.

Tóm tắt về sinh thái học về chủ đề:

Môi trường không khí mặt đất, các yếu tố của nó

và sự thích nghi của sinh vật với chúng

Hoàn thành bởi: sinh viên năm 1

Oh nhóm Pyatochenko N. L.

Kiểm tra bởi: Phó Giáo sư Bộ môn

Vakhmistrova S. F.

St.Petersburg

Giới thiệu

Điều kiện sống (điều kiện tồn tại) là một tập hợp các yếu tố cần thiết cho cơ thể, có mối liên hệ chặt chẽ với nhau và nếu thiếu nó thì không thể tồn tại.

Sự thích nghi của một sinh vật với môi trường của nó được gọi là sự thích nghi. Khả năng thích nghi là một trong những thuộc tính chính của sự sống nói chung, cung cấp khả năng tồn tại, tồn tại và sinh sản của nó. Sự thích nghi thể hiện ở các mức độ khác nhau - từ hóa sinh của tế bào và hành vi của từng cá thể sinh vật đến cấu trúc và hoạt động của cộng đồng và hệ sinh thái. Sự thích nghi nảy sinh và thay đổi trong quá trình tiến hóa của loài.

Các thuộc tính riêng biệt hoặc các yếu tố của môi trường có ảnh hưởng đến sinh vật được gọi là các yếu tố môi trường. Các yếu tố môi trường rất đa dạng. Chúng có một bản chất khác và đặc thù của hành động. Các yếu tố môi trường được chia thành hai nhóm lớn: phi sinh học và hữu sinh.

Yếu tố phi sinh học- Đây là tập hợp các điều kiện của môi trường vô cơ ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến cơ thể sống: nhiệt độ, ánh sáng, bức xạ phóng xạ, áp suất, độ ẩm không khí, thành phần muối của nước, v.v.

Nhân tố sinh học là tất cả các hình thức tác động của các cơ thể sống lên nhau. Mỗi sinh vật liên tục chịu ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp của những người khác, tham gia vào giao tiếp với các đại diện của chính mình và các loài khác.

Trong một số trường hợp, các yếu tố nhân sinh được tách thành một nhóm độc lập cùng với các yếu tố sinh học và phi sinh học, nhấn mạnh tác dụng đặc biệt của yếu tố nhân tạo.

Nhân tố là tất cả các hình thức hoạt động của xã hội loài người dẫn đến sự thay đổi thiên nhiên làm môi trường sống cho các loài khác hoặc ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của chúng. Tầm quan trọng của tác động của con người đối với toàn bộ thế giới sống của Trái đất đang tiếp tục phát triển nhanh chóng.

Sự thay đổi của các yếu tố môi trường theo thời gian có thể là:

1) thường xuyên-không đổi, thay đổi cường độ của tác động liên quan đến thời gian trong ngày, mùa trong năm hoặc nhịp điệu của thủy triều trong đại dương;

2) không thường xuyên, không có tính chu kỳ rõ ràng, ví dụ, sự thay đổi của điều kiện thời tiết trong những năm khác nhau, bão, mưa như trút nước, bùn đất, v.v ...;

3) được định hướng trong một thời gian dài hoặc nhất định, ví dụ, làm mát hoặc ấm lên của khí hậu, phát triển quá mức của một hồ chứa, v.v.

Các yếu tố môi trường có thể có những tác động khác nhau đến sinh vật sống:

1) như chất kích thích, gây ra những thay đổi thích ứng trong các chức năng sinh lý và sinh hóa;

2) như những ràng buộc, gây ra sự không thể tồn tại trong dữ liệu

các điều kiện;

3) như những chất điều chỉnh gây ra những thay đổi về giải phẫu và hình thái ở sinh vật;

4) như những tín hiệu chỉ ra sự thay đổi của các yếu tố khác.

Bất chấp sự đa dạng của các yếu tố môi trường, có thể phân biệt một số kiểu chung về bản chất tương tác của chúng với các sinh vật và trong các phản ứng của chúng sinh.

Cường độ của yếu tố môi trường, yếu tố thuận lợi nhất cho sự sống của sinh vật, là mức tối ưu, và gây ảnh hưởng xấu nhất là mức pessimum, tức là điều kiện mà hoạt động sống của sinh vật bị ức chế tối đa, nhưng nó vẫn có thể tồn tại. Vì vậy, khi trồng cây trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau, điểm mà sự phát triển tối đa quan sát được sẽ là điểm tối ưu nhất. Trong hầu hết các trường hợp, đây là một phạm vi nhiệt độ nhất định là vài độ, vì vậy ở đây tốt hơn là nên nói về vùng tối ưu. Toàn bộ phạm vi nhiệt độ (từ tối thiểu đến tối đa), tại đó vẫn có thể sinh trưởng, được gọi là phạm vi ổn định (độ bền), hoặc khả năng chịu đựng. Điểm giới hạn nhiệt độ có thể sống được (tức là tối thiểu và tối đa) của nó là giới hạn của sự ổn định. Giữa vùng tối ưu và giới hạn ổn định, khi tiếp cận vùng thứ hai, cây trồng bị căng thẳng ngày càng tăng, tức là chúng ta đang nói về vùng căng thẳng, hoặc vùng áp bức, trong phạm vi ổn định

Sự phụ thuộc của hoạt động của yếu tố môi trường vào cường độ của nó (theo V.A. Radkevich, 1977)

Khi quy mô di chuyển lên xuống, căng thẳng không chỉ tăng lên mà cuối cùng, khi đạt đến giới hạn sức đề kháng của sinh vật, cái chết của sinh vật sẽ xảy ra. Các thí nghiệm tương tự có thể được thực hiện để kiểm tra ảnh hưởng của các yếu tố khác. Các kết quả sẽ theo dạng đồ thị theo một dạng đường cong tương tự.

Môi trường mặt đất - không khí của sự sống, các đặc điểm và hình thức thích nghi của nó với nó.

Sự sống trên đất liền đòi hỏi sự thích nghi chỉ có thể có ở các sinh vật sống có tổ chức cao. Môi trường không khí mặt đất khó khăn hơn cho sự sống, nó được đặc trưng bởi hàm lượng oxy cao, lượng hơi nước nhỏ, tỷ trọng thấp, v.v. Điều này đã làm thay đổi đáng kể các điều kiện hô hấp, trao đổi nước và di chuyển của các sinh vật.

Mật độ không khí thấp quyết định lực nâng thấp và khả năng chịu lực không đáng kể. Các sinh vật không khí phải có hệ thống hỗ trợ riêng của chúng để hỗ trợ cơ thể: thực vật - nhiều loại mô cơ học, động vật - bộ xương rắn hoặc thủy tĩnh. Ngoài ra, tất cả các cư dân của môi trường không khí đều được kết nối chặt chẽ với bề mặt trái đất, điều này phục vụ họ để gắn bó và hỗ trợ.

Mật độ không khí thấp cung cấp lực cản chuyển động thấp. Do đó, nhiều loài động vật trên cạn đã có được khả năng bay. 75% tất cả các sinh vật trên cạn, chủ yếu là côn trùng và chim, đã thích nghi với cách bay tích cực.

Do tính linh động của không khí, các dòng không khí theo phương thẳng đứng và phương ngang tồn tại trong các lớp thấp hơn của khí quyển, các sinh vật có thể bay thụ động. Về vấn đề này, nhiều loài đã phát triển hiện tượng tái định cư - tái định cư với sự trợ giúp của các dòng không khí. Tính không phản xạ là đặc trưng của bào tử, hạt và quả của thực vật, nang đơn bào, côn trùng nhỏ, nhện, v.v. Các sinh vật được vận chuyển thụ động bằng các dòng không khí được gọi chung là sinh vật phù du.

Các sinh vật trên cạn tồn tại trong điều kiện áp suất tương đối thấp do mật độ không khí thấp. Thông thường, nó bằng 760 mm Hg. Khi độ cao tăng, áp suất giảm. Áp suất thấp có thể hạn chế sự phân bố của các loài trên núi. Đối với động vật có xương sống, giới hạn trên của sự sống là khoảng 60 mm. Sự giảm áp suất kéo theo sự giảm cung cấp oxy và sự mất nước của động vật do tốc độ hô hấp tăng. Khoảng giới hạn trước ở vùng núi có thực vật bậc cao. Khó khăn hơn một chút là các động vật chân đốt có thể được tìm thấy trên các sông băng phía trên đường thảm thực vật.

Thành phần khí của không khí. Ngoài các tính chất vật lý của môi trường không khí, các tính chất hóa học của nó rất quan trọng đối với sự tồn tại của các sinh vật trên cạn. Thành phần khí của không khí ở tầng mặt của khí quyển khá đồng nhất về hàm lượng của các thành phần chính (nitơ - 78,1%, oxy - 21,0%, argon 0,9%, cacbon đioxit - 0,003% theo thể tích).

Hàm lượng oxy cao góp phần làm tăng quá trình trao đổi chất của sinh vật sống trên cạn so với sinh vật sống dưới nước. Chính trong môi trường trên cạn, trên cơ sở hiệu quả cao của các quá trình oxy hóa trong cơ thể, đã phát sinh hiện tượng nội nhiệt ở động vật. Oxy, do hàm lượng cao liên tục trong không khí, không phải là yếu tố hạn chế sự sống trong môi trường trên cạn.

Hàm lượng carbon dioxide có thể thay đổi ở một số khu vực nhất định của lớp không khí trên bề mặt trong giới hạn khá đáng kể. Tăng độ bão hòa khí với CO? xảy ra trong các khu vực hoạt động của núi lửa, gần các suối nước nóng và các cửa hàng ngầm khác của khí này. Ở nồng độ cao, carbon dioxide là chất độc. Trong tự nhiên, nồng độ như vậy rất hiếm. Hàm lượng CO2 thấp làm chậm quá trình quang hợp. Trong điều kiện trong nhà, bạn có thể tăng tốc độ quang hợp bằng cách tăng nồng độ carbon dioxide. Điều này được sử dụng trong thực tế của nhà kính và nhà kính.

Nitơ không khí đối với hầu hết cư dân của môi trường trên cạn là một khí trơ, nhưng các vi sinh vật riêng lẻ (vi khuẩn nốt sần, vi khuẩn nitơ, tảo xanh lam, v.v.) có khả năng liên kết với nó và tham gia vào chu trình sinh học của các chất.

Thiếu ẩm là một trong những đặc điểm thiết yếu của môi trường không khí mặt đất của sự sống. Toàn bộ quá trình tiến hóa của các sinh vật trên cạn đều nằm dưới dấu hiệu thích nghi với việc khai thác và bảo tồn độ ẩm. Các chế độ của độ ẩm môi trường trên đất liền rất đa dạng - từ sự bão hòa hoàn toàn và ổn định của không khí với hơi nước ở một số khu vực của vùng nhiệt đới đến sự vắng mặt gần như hoàn toàn trong không khí khô của sa mạc. Sự thay đổi hàng ngày và theo mùa của hàm lượng hơi nước trong khí quyển cũng rất đáng kể. Nguồn cung cấp nước của các sinh vật trên cạn cũng phụ thuộc vào chế độ lượng mưa, sự hiện diện của các hồ chứa, trữ lượng độ ẩm của đất, độ gần của nước ngầm, v.v.

Điều này dẫn đến sự phát triển của sự thích nghi ở các sinh vật trên cạn đối với các chế độ cung cấp nước khác nhau.

Chế độ nhiệt độ. Đặc điểm phân biệt tiếp theo của môi trường không khí - mặt đất là sự dao động nhiệt độ đáng kể. Ở hầu hết các vùng đất, biên độ nhiệt độ hàng ngày và hàng năm là hàng chục độ. Khả năng chống lại sự thay đổi nhiệt độ trong môi trường của cư dân trên cạn rất khác nhau, tùy thuộc vào từng môi trường sống cụ thể mà chúng sinh sống. Tuy nhiên, nói chung, các sinh vật trên cạn có nhiệt độ cao hơn nhiều so với các sinh vật dưới nước.

Ngoài ra, các điều kiện sống trong môi trường mặt đất-không khí rất phức tạp do sự thay đổi thời tiết. Thời tiết - trạng thái thay đổi liên tục của khí quyển gần bề mặt vay mượn, lên đến độ cao khoảng 20 km (ranh giới tầng đối lưu). Sự biến đổi thời tiết được biểu hiện ở sự biến đổi liên tục của sự kết hợp của các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm không khí, mây, lượng mưa, sức gió và hướng, v.v. Chế độ thời tiết dài hạn đặc trưng cho khí hậu của khu vực. Khái niệm "Khí hậu" không chỉ bao gồm các giá trị trung bình của các hiện tượng khí tượng, mà còn cả diễn biến hàng năm và hàng ngày của chúng, độ lệch so với nó và tần suất của chúng. Khí hậu được xác định bởi các điều kiện địa lý của khu vực. Các yếu tố khí hậu chính - nhiệt độ và độ ẩm - được đo bằng lượng mưa và độ bão hòa của không khí với hơi nước.

Đối với hầu hết các sinh vật trên cạn, đặc biệt là những sinh vật nhỏ, khí hậu của khu vực không quá quan trọng bằng điều kiện môi trường sống ngay lập tức của chúng. Thông thường, các yếu tố địa phương của môi trường (cứu trợ, lộ thiên, thảm thực vật, v.v.) thay đổi chế độ nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, chuyển động của không khí trong một khu vực cụ thể theo cách khác biệt đáng kể với điều kiện khí hậu của khu vực đó. Những biến đổi như vậy của khí hậu, hình thành trong lớp bề mặt của không khí, được gọi là vi khí hậu. Trong mỗi đới, tiểu khí hậu rất đa dạng. Có thể phân biệt được vi khí hậu của các khu vực rất nhỏ.

Chế độ ánh sáng của môi trường mặt đất - không khí cũng có một số đặc điểm. Cường độ và lượng ánh sáng ở đây là lớn nhất và thực tế không hạn chế sự sống của cây xanh, như trong nước hay đất. Trên cạn, sự tồn tại của các loài ưa sáng cực kỳ hoàn toàn có thể xảy ra. Đối với phần lớn các loài động vật trên cạn có hoạt động vào ban ngày và thậm chí về đêm, thị giác là một trong những cách định hướng chính. Ở các loài động vật trên cạn, thị giác là điều cần thiết để tìm kiếm con mồi, và nhiều loài thậm chí còn có khả năng nhìn màu sắc. Về vấn đề này, các nạn nhân phát triển các tính năng thích ứng như phản ứng phòng thủ, tạo màu mặt nạ và cảnh báo, bắt chước, v.v.

Trong đời sống thủy sinh, sự thích nghi như vậy kém phát triển hơn nhiều. Sự xuất hiện của những bông hoa có màu sắc rực rỡ của thực vật bậc cao cũng gắn liền với những đặc thù của bộ máy thụ phấn và cuối cùng là với chế độ ánh sáng của môi trường.

Sự phù trợ của địa hình và tính chất của đất cũng là điều kiện cho sự sống của các sinh vật trên cạn và trước hết là thực vật. Các thuộc tính của bề mặt trái đất có tác động đến sinh thái đối với cư dân của nó được thống nhất bởi "các yếu tố môi trường phù du" (từ tiếng Hy Lạp "edafos" - "đất").

Liên quan đến các tính chất khác nhau của đất, có thể phân biệt một số nhóm sinh thái của thực vật. Vì vậy, theo phản ứng với độ chua của đất, người ta phân biệt:

1) các loài ưa chua - phát triển trên đất chua có độ pH ít nhất là 6,7 (thực vật của sa lầy sphagnum);

2) bạch cầu trung tính có xu hướng phát triển trên đất có độ pH từ 6,7–7,0 (hầu hết các loại cây trồng);

3) bazơ phát triển ở độ pH hơn 7,0 (mordovnik, hải quỳ rừng);

4) những cây không quan tâm có thể phát triển trên đất có các giá trị pH khác nhau (hoa lily của thung lũng).

Thực vật cũng khác nhau về độ ẩm của đất. Một số loài nhất định bị giới hạn trong các chất nền khác nhau, ví dụ, petrophytes phát triển trên đất đá, và pasmophytes sống trong cát chảy tự do.

Địa hình và tính chất của đất có ảnh hưởng đến các đặc điểm cụ thể của sự di chuyển của động vật: ví dụ, các loài thú móng guốc, đà điểu, chim bìm bịp sống trong không gian trống, nền đất cứng, để tăng cường lực đẩy khi chạy. Ở những con thằn lằn sống trong những bãi cát lỏng lẻo, các ngón tay có viền vảy sừng giúp tăng khả năng chống đỡ. Đối với cư dân trên cạn đào hố, đất dày đặc là không thuận lợi. Tính chất của đất trong một số trường hợp nhất định ảnh hưởng đến sự phân bố của các loài động vật trên cạn đào lỗ hoặc chui xuống đất, hoặc đẻ trứng trong đất, v.v.

Về thành phần của không khí.

Thành phần khí của không khí chúng ta hít thở là 78% nitơ, 21% oxy và 1% các chất khí khác. Nhưng trong bầu không khí của các thành phố công nghiệp lớn, tỷ lệ này thường bị vi phạm. Một tỷ lệ đáng kể được tạo thành từ các tạp chất có hại do khí thải từ các doanh nghiệp và phương tiện giao thông. Vận tải cơ giới mang nhiều tạp chất vào khí quyển: hydrocacbon chưa rõ thành phần, benzo (a) pyrene, carbon dioxide, hợp chất lưu huỳnh và nitơ, chì, carbon monoxide.

Khí quyển bao gồm hỗn hợp của một số loại khí - không khí, trong đó các tạp chất dạng keo lơ lửng - bụi, giọt, tinh thể, v.v ... Thành phần của không khí thay đổi ít theo độ cao. Tuy nhiên, bắt đầu từ độ cao khoảng 100 km, cùng với oxy phân tử và nitơ, oxy nguyên tử cũng xuất hiện do kết quả của sự phân ly các phân tử, và sự phân tách hấp dẫn của các chất khí bắt đầu. Trên 300 km, oxy nguyên tử chiếm ưu thế trong khí quyển, trên 1000 km - helium và sau đó là hydro nguyên tử. Áp suất và mật độ của khí quyển giảm dần theo độ cao; khoảng một nửa tổng khối lượng của khí quyển tập trung ở 5 km thấp hơn, 9/10 - ở 20 km thấp hơn và 99,5% - ở 80 km thấp hơn. Ở độ cao khoảng 750 km, mật độ không khí giảm xuống 10-10 g / m3 (trong khi ở gần bề mặt trái đất là khoảng 103 g / m3), nhưng ngay cả mật độ thấp như vậy vẫn đủ để xảy ra hiện tượng cực quang. Bầu khí quyển không có ranh giới phía trên rõ nét; mật độ của các khí thành phần của nó

Thành phần của không khí trong khí quyển mà mỗi người chúng ta hít thở bao gồm một số loại khí, trong đó chủ yếu là: nitơ (78,09%), oxy (20,95%), hydro (0,01%) carbon dioxide (carbon dioxide) (0,03%) và trơ chất khí (0,93%). Ngoài ra, trong không khí luôn tồn tại một lượng hơi nước nhất định, lượng hơi nước này luôn thay đổi theo nhiệt độ: nhiệt độ càng cao thì hàm lượng hơi nước càng lớn và ngược lại. Do sự biến động của lượng hơi nước trong không khí nên phần trăm các chất khí trong đó cũng thay đổi theo. Tất cả các chất khí trong không khí đều không màu, không mùi. Trọng lượng của không khí thay đổi không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào hàm lượng hơi nước trong đó. Ở cùng nhiệt độ, khối lượng của không khí khô lớn hơn khối lượng của không khí ẩm, vì hơi nước nhẹ hơn nhiều so với hơi nước.

Bảng cho thấy thành phần khí của khí quyển theo tỷ lệ khối lượng thể tích, cũng như tuổi thọ của các thành phần chính:

Thành phần	% bởi âm lượng	% khối lượng
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
Anh ta	4,6 10-4	6,4 10-5
CH4	1,52 10-4	8,4 10-5
kr	1,14 10-4	3 10-4
H2	5 10-5	8 10-5
N2O	5 10-5	8 10-5
Xe	8,6 10-6	4 10-5
O3	3 10-7 - 3 10-6	5 10-7 - 5 10-6
Rn	6 10-18	4,5 10-17

Tính chất của các chất khí tạo nên không khí trong khí quyển thay đổi dưới áp suất.

Ví dụ: ôxy dưới áp suất lớn hơn 2 atm có tác dụng gây độc cho cơ thể.

Nitơ dưới áp suất trên 5 atm có tác dụng gây mê (say nitơ). Sự trồi lên nhanh chóng từ độ sâu gây ra bệnh giảm áp do sự giải phóng nhanh chóng của các bong bóng nitơ từ máu, như thể nó đang tạo bọt.

Sự gia tăng lượng khí cacbonic quá 3% trong hỗn hợp hô hấp gây tử vong.

Mỗi thành phần là một phần của không khí, với sự gia tăng áp suất đến những giới hạn nhất định, sẽ trở thành một chất độc có thể gây nhiễm độc cho cơ thể.

Các nghiên cứu về thành phần khí của khí quyển. hóa học khí quyển

Đối với lịch sử phát triển nhanh chóng của một ngành khoa học tương đối non trẻ được gọi là hóa học khí quyển, thuật ngữ "vọt" (ném) được sử dụng trong các môn thể thao tốc độ cao là phù hợp nhất. Có lẽ, cú bắn từ khẩu súng lục khởi đầu là hai bài báo được xuất bản vào đầu những năm 1970. Họ đã xử lý sự phá hủy có thể có của ôzôn ở tầng bình lưu bởi các ôxít nitơ - NO và NO2. Công trình đầu tiên thuộc về người đoạt giải Nobel trong tương lai, và sau đó là một nhân viên của Đại học Stockholm, P. Krutzen, người đã coi nguồn oxit nitơ có thể xảy ra trong tầng bình lưu là nitơ oxit N2O tự nhiên bị phân hủy dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Tác giả của bài báo thứ hai, G. Johnston, một nhà hóa học từ Đại học California tại Berkeley, cho rằng các oxit nitơ xuất hiện trong tầng bình lưu là kết quả của hoạt động của con người, cụ thể là từ khí thải của các sản phẩm cháy từ động cơ phản lực cao độ cao máy bay.

Tất nhiên, những giả thuyết trên không nảy sinh từ đầu. Tỷ lệ của ít nhất các thành phần chính trong không khí - các phân tử nitơ, oxy, hơi nước, v.v. - đã được biết đến sớm hơn nhiều. Đã có vào nửa sau của thế kỷ XIX. ở Châu Âu, các phép đo nồng độ ôzôn trong không khí bề mặt đã được thực hiện. Vào những năm 1930, nhà khoa học người Anh S. Chapman đã khám phá ra cơ chế hình thành ôzôn trong bầu khí quyển hoàn toàn là ôxy, chỉ ra một tập hợp các tương tác của các nguyên tử và phân tử ôxy, cũng như ôzôn khi không có bất kỳ thành phần không khí nào khác. Tuy nhiên, vào cuối những năm 1950, các phép đo tên lửa khí tượng cho thấy rằng lượng ôzôn trong tầng bình lưu ít hơn nhiều so với chu kỳ phản ứng Chapman. Mặc dù cơ chế này vẫn là cơ bản cho đến ngày nay, nhưng rõ ràng là có một số quá trình khác cũng tham gia tích cực vào việc hình thành ôzôn trong khí quyển.

Điều đáng nói là vào đầu những năm 1970, kiến ​​thức trong lĩnh vực hóa học khí quyển chủ yếu được thu thập thông qua nỗ lực của các nhà khoa học cá nhân, những người mà nghiên cứu của họ không được thống nhất bởi bất kỳ khái niệm xã hội nào và hầu hết chỉ mang tính chất hàn lâm thuần túy. Một điều nữa là công trình của Johnston: theo tính toán của ông, 500 chiếc máy bay, bay 7 giờ mỗi ngày, có thể làm giảm lượng ôzôn ở tầng bình lưu ít nhất 10%! Và nếu những đánh giá này là công bằng, thì vấn đề sẽ ngay lập tức trở thành vấn đề kinh tế xã hội, vì trong trường hợp này, tất cả các chương trình phát triển hàng không vận tải siêu thanh và cơ sở hạ tầng liên quan sẽ phải trải qua một sự điều chỉnh đáng kể, và thậm chí có thể phải đóng cửa. Ngoài ra, lần đầu tiên câu hỏi thực sự nảy sinh rằng hoạt động của con người có thể không gây ra một trận đại hồng thủy cục bộ, mà là toàn cầu. Đương nhiên, trong tình hình hiện tại, lý thuyết này cần một sự xác minh rất cứng rắn và đồng thời nhanh chóng.

Nhớ lại rằng bản chất của giả thuyết trên là oxit nitric phản ứng với ozon NO + O3 ® ® NO2 + O2, sau đó nitơ đioxit tạo thành trong phản ứng này phản ứng với nguyên tử oxi NO2 + O ® NO + O2, do đó khôi phục lại sự hiện diện của NO trong khí quyển, trong khi phân tử ôzôn bị mất đi một cách khó phục hồi. Trong trường hợp này, một cặp phản ứng như vậy, tạo thành chu trình phá hủy ôzôn bằng xúc tác nitơ, được lặp lại cho đến khi bất kỳ quá trình hóa học hoặc vật lý nào dẫn đến việc loại bỏ các oxit nitơ khỏi khí quyển. Vì vậy, ví dụ, NO2 bị oxy hóa thành axit nitric HNO3, chất này hòa tan nhiều trong nước, do đó bị loại bỏ khỏi khí quyển bởi các đám mây và kết tủa. Chu trình xúc tác nitơ rất hiệu quả: một phân tử NO có thể phá hủy hàng chục nghìn phân tử ôzôn trong thời gian lưu lại trong khí quyển.

Nhưng, như bạn biết, rắc rối không đến một mình. Chẳng bao lâu, các chuyên gia từ các trường đại học Hoa Kỳ - Michigan (R. Stolyarsky và R. Cicerone) và Harvard (S. Wofsi và M. McElroy) - đã phát hiện ra rằng ozone có thể có một kẻ thù thậm chí còn tàn nhẫn hơn - các hợp chất clo. Theo ước tính của họ, chu trình xúc tác clo phá hủy ozon (phản ứng Cl + O3 ® ClO + O2 và ClO + O ® Cl + O2) hiệu quả hơn nhiều lần so với chu trình nitơ. Lý do duy nhất cho sự lạc quan thận trọng là lượng clo tự nhiên có trong khí quyển tương đối nhỏ, có nghĩa là tác động tổng thể của nó đối với ôzôn có thể không quá mạnh. Tuy nhiên, tình hình đã thay đổi đáng kể khi, vào năm 1974, các nhân viên của Đại học California tại Irvine, S. Rowland và M. Molina, phát hiện ra rằng nguồn clo trong tầng bình lưu là các hợp chất chlorofluorohydrocarbon (CFC), được sử dụng rộng rãi trong làm lạnh. đơn vị, gói bình xịt, v.v. Là chất không cháy, không độc và thụ động hóa học, những chất này được vận chuyển từ từ bằng các dòng khí đi lên từ bề mặt trái đất đến tầng bình lưu, nơi các phân tử của chúng bị ánh sáng mặt trời phá hủy, dẫn đến giải phóng các nguyên tử clo tự do. Quá trình sản xuất công nghiệp của CFC, bắt đầu từ những năm 1930, và lượng khí thải của chúng vào khí quyển tăng đều đặn trong tất cả các năm sau đó, đặc biệt là trong những năm 70 và 80. Do đó, trong một khoảng thời gian rất ngắn, các nhà lý thuyết đã xác định được hai vấn đề trong hóa học khí quyển do ô nhiễm do con người gây ra.

Tuy nhiên, để kiểm tra khả năng tồn tại của các giả thuyết được đề xuất, cần phải thực hiện nhiều nhiệm vụ.

Trước hết, mở rộng nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, trong đó có thể xác định hoặc làm rõ tốc độ của các phản ứng quang hóa giữa các thành phần khác nhau của không khí. Phải nói rằng số liệu rất ít ỏi về các vận tốc này tồn tại vào thời điểm đó cũng có sai số công bằng (lên đến vài trăm phần trăm). Ngoài ra, các điều kiện mà phép đo được thực hiện, theo quy luật, không tương ứng nhiều với thực tế của khí quyển, điều này làm trầm trọng thêm sai số, vì cường độ của hầu hết các phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ, và đôi khi vào áp suất hoặc không khí. Tỉ trọng.

Thứ hai, chuyên sâu nghiên cứu các tính chất bức xạ - quang học của một số khí nhỏ trong khí quyển trong điều kiện phòng thí nghiệm. Các phân tử của một số lượng đáng kể các thành phần không khí trong khí quyển bị phá hủy bởi bức xạ cực tím của Mặt trời (trong phản ứng quang phân), trong số đó không chỉ có CFC được đề cập ở trên, mà còn có ôxy phân tử, ôzôn, ôxit nitơ và nhiều loại khác. Do đó, các ước tính về các tham số của mỗi phản ứng quang phân là cần thiết và quan trọng để tái tạo chính xác các quá trình hóa học trong khí quyển cũng như tốc độ phản ứng giữa các phân tử khác nhau.

Thứ ba, nó là cần thiết để tạo ra các mô hình toán học có khả năng mô tả sự biến đổi hóa học lẫn nhau của các thành phần không khí trong khí quyển một cách đầy đủ nhất có thể. Như đã đề cập, năng suất phá hủy ôzôn trong các chu trình xúc tác được xác định bằng thời gian chất xúc tác (NO, Cl, hoặc một số chất khác) lưu lại trong khí quyển. Rõ ràng là một chất xúc tác như vậy, nói chung, có thể phản ứng với bất kỳ thành phần nào trong số hàng chục thành phần không khí trong khí quyển, nhanh chóng bị phân hủy trong quá trình này, và sau đó thiệt hại đối với ôzôn ở tầng bình lưu sẽ ít hơn nhiều so với dự kiến. Mặt khác, khi có nhiều biến đổi hóa học diễn ra trong khí quyển mỗi giây, rất có thể các cơ chế khác sẽ được xác định ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự hình thành và phá hủy ôzôn. Cuối cùng, các mô hình như vậy có thể xác định và đánh giá tầm quan trọng của các phản ứng riêng lẻ hoặc các nhóm của chúng trong việc hình thành các khí khác tạo nên không khí, cũng như cho phép tính toán nồng độ của các khí mà phép đo không thể tiếp cận được.

Và cuối cùng cần phải tổ chức một mạng lưới rộng rãi để đo hàm lượng của các loại khí khác nhau trong không khí, bao gồm các hợp chất nitơ, clo, v.v., sử dụng các trạm mặt đất, phóng khinh khí cầu và tên lửa khí tượng, và các chuyến bay của máy bay cho mục đích này. Tất nhiên, tạo cơ sở dữ liệu là công việc tốn kém nhất, không thể giải quyết trong một sớm một chiều. Tuy nhiên, chỉ các phép đo mới có thể cung cấp một điểm khởi đầu cho nghiên cứu lý thuyết, đồng thời là một nền tảng xác định sự thật của các giả thuyết được thể hiện.

Kể từ đầu những năm 1970, ít nhất ba năm một lần, các bộ sưu tập đặc biệt, cập nhật liên tục chứa thông tin về tất cả các phản ứng quan trọng trong khí quyển, bao gồm cả phản ứng quang phân, đã được xuất bản. Hơn nữa, sai số trong việc xác định các thông số của phản ứng giữa các thành phần khí của không khí ngày nay, theo quy luật, là 10 - 20%.

Nửa sau của thập kỷ này chứng kiến ​​sự phát triển nhanh chóng của các mô hình mô tả sự biến đổi hóa học trong khí quyển. Hầu hết chúng được tạo ra ở Hoa Kỳ, nhưng chúng cũng xuất hiện ở Châu Âu và Liên Xô. Lúc đầu, chúng là các mô hình đóng hộp (không chiều), và sau đó là các mô hình một chiều. Phương pháp trước đây được tái tạo với các mức độ tin cậy khác nhau về hàm lượng của các khí chính trong khí quyển trong một thể tích nhất định - một hộp (do đó có tên là chúng) - là kết quả của các tương tác hóa học giữa chúng. Vì sự bảo toàn tổng khối lượng của hỗn hợp không khí đã được công nhận, nên việc lấy gió ra khỏi hộp, ví dụ, không được xem xét. Các mô hình hộp thuận tiện cho việc làm sáng tỏ vai trò của các phản ứng riêng lẻ hoặc các nhóm của chúng trong các quá trình hình thành và phá hủy hóa học của khí khí quyển, để đánh giá độ nhạy của thành phần khí trong khí quyển đối với sự không chính xác trong việc xác định tốc độ phản ứng. Với sự giúp đỡ của họ, các nhà nghiên cứu có thể, bằng cách thiết lập các thông số khí quyển trong hộp (cụ thể là nhiệt độ và mật độ không khí) tương ứng với độ cao của các chuyến bay hàng không, ước tính một cách gần đúng nồng độ các tạp chất trong khí quyển sẽ thay đổi như thế nào do khí thải của các sản phẩm đốt bằng động cơ máy bay. Đồng thời, các mô hình hộp không phù hợp để nghiên cứu vấn đề của chlorofluorocarbon (CFC), vì chúng không thể mô tả quá trình chuyển động của chúng từ bề mặt trái đất vào tầng bình lưu. Đây là lúc các mô hình một chiều trở nên hữu ích, kết hợp có tính đến mô tả chi tiết về các tương tác hóa học trong khí quyển và sự vận chuyển của các tạp chất theo hướng thẳng đứng. Và mặc dù phép chuyển dọc được thiết lập khá đại khái ở đây, việc sử dụng các mô hình một chiều là một bước tiến đáng chú ý, vì chúng có thể mô tả bằng cách nào đó các hiện tượng thực tế.

Nhìn lại, chúng ta có thể nói rằng kiến ​​thức hiện đại của chúng ta phần lớn dựa trên công việc thô sơ được thực hiện trong những năm đó với sự trợ giúp của các mô hình một chiều và hình hộp. Nó giúp xác định cơ chế hình thành thành phần khí của khí quyển, ước tính cường độ của các nguồn hóa chất và độ chìm của các khí riêng lẻ. Một đặc điểm quan trọng của giai đoạn này trong sự phát triển của hóa học khí quyển là những ý tưởng mới ra đời đã được thử nghiệm trên các mô hình và được thảo luận rộng rãi giữa các chuyên gia. Kết quả thu được thường được so sánh với ước tính của các nhóm khoa học khác, vì các phép đo thực địa rõ ràng là không đủ và độ chính xác của chúng rất thấp. Ngoài ra, để xác nhận tính đúng đắn của việc mô hình hóa các tương tác hóa học nhất định, cần phải thực hiện các phép đo phức tạp, khi đó nồng độ của tất cả các thuốc thử tham gia sẽ được xác định đồng thời, điều mà tại thời điểm đó, và thậm chí bây giờ, thực tế là không thể. (Cho đến nay, chỉ có một số phép đo phức chất khí từ Tàu con thoi được thực hiện trong vòng 2-5 ngày.) Do đó, các nghiên cứu mô hình đi trước các nghiên cứu thực nghiệm, và lý thuyết không giải thích được nhiều về các quan sát hiện trường như đã đóng góp. để lập kế hoạch tối ưu của họ. Ví dụ, một hợp chất như clo nitrat ClONO2 lần đầu tiên xuất hiện trong các nghiên cứu mô hình và chỉ sau đó mới được phát hiện trong khí quyển. Thậm chí rất khó để so sánh các phép đo có sẵn với các ước tính của mô hình, vì mô hình một chiều không thể tính đến các chuyển động của không khí theo phương ngang, đó là lý do tại sao bầu khí quyển được giả định là đồng nhất theo chiều ngang và kết quả mô hình thu được tương ứng với một số trung bình toàn cầu trạng thái của nó. Tuy nhiên, trên thực tế, thành phần của không khí trên các khu vực công nghiệp của Châu Âu hoặc Hoa Kỳ rất khác với thành phần của không khí ở Úc hoặc trên Thái Bình Dương. Do đó, kết quả của bất kỳ quan sát tự nhiên nào phần lớn phụ thuộc vào địa điểm và thời gian của các phép đo và tất nhiên, không tương ứng chính xác với mức trung bình toàn cầu.

Để loại bỏ khoảng cách này trong mô hình hóa, vào những năm 1980, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các mô hình hai chiều, cùng với vận chuyển thẳng đứng, cũng tính đến vận tải hàng không dọc theo kinh tuyến (dọc theo vòng vĩ tuyến, khí quyển vẫn được coi là đồng nhất). Việc tạo ra các mô hình như vậy lúc đầu đã gắn liền với những khó khăn đáng kể.

Trước hết, số lượng các tham số mô hình bên ngoài tăng mạnh: tại mỗi nút lưới, cần phải thiết lập vận tốc vận chuyển dọc và giữa các vị trí, nhiệt độ và mật độ không khí, v.v. Nhiều thông số (trước hết là các tốc độ nêu trên) không được xác định một cách đáng tin cậy trong các thí nghiệm và do đó, được lựa chọn trên cơ sở các cân nhắc định tính.

Thứ hai, tình trạng của công nghệ máy tính thời đó đã cản trở đáng kể sự phát triển đầy đủ của các mô hình hai chiều. Trái ngược với các mô hình một chiều kinh tế và đặc biệt là mô hình hai chiều đóng hộp, chúng đòi hỏi nhiều bộ nhớ và thời gian máy tính hơn đáng kể. Và kết quả là, những người sáng tạo ra chúng đã buộc phải đơn giản hóa đáng kể các sơ đồ tính toán các biến đổi hóa học trong khí quyển. Tuy nhiên, một tổ hợp các nghiên cứu khí quyển, cả mô hình và quy mô đầy đủ bằng cách sử dụng vệ tinh, đã làm cho nó có thể vẽ ra một bức tranh tương đối hài hòa, mặc dù chưa hoàn chỉnh, về thành phần của khí quyển, cũng như để thiết lập nguyên nhân chính-và- các mối quan hệ tác động gây ra sự thay đổi hàm lượng của các thành phần không khí riêng lẻ. Đặc biệt, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chuyến bay của máy bay trong tầng đối lưu không gây ra bất kỳ tác hại đáng kể nào đối với ôzôn ở tầng đối lưu, nhưng sự gia tăng của chúng vào tầng bình lưu dường như gây ra những hậu quả tiêu cực cho tầng ôzôn. Ý kiến ​​của hầu hết các chuyên gia về vai trò của CFCs hầu như đều nhất trí: giả thuyết của Rowland và Molin đã được xác nhận, và những chất này thực sự góp phần phá hủy ôzôn ở tầng bình lưu, và sự gia tăng thường xuyên trong sản xuất công nghiệp của chúng là một quả bom hẹn giờ, vì Sự phân hủy của CFC không xảy ra ngay lập tức mà phải sau hàng chục, hàng trăm năm, do đó ảnh hưởng của ô nhiễm sẽ ảnh hưởng đến bầu khí quyển trong một thời gian rất dài. Hơn nữa, nếu lưu trữ trong thời gian dài, chlorofluorocarbon có thể đến bất kỳ điểm nào xa nhất của khí quyển, và do đó, đây là một mối đe dọa trên quy mô toàn cầu. Đã đến lúc cần có những quyết định chính trị phối hợp.

Năm 1985, với sự tham gia của 44 quốc gia tại Vienna, một công ước về bảo vệ tầng ôzôn đã được xây dựng và thông qua, điều này đã thúc đẩy quá trình nghiên cứu toàn diện của nó. Tuy nhiên, câu hỏi phải làm gì với CFCs vẫn còn bỏ ngỏ. Không thể để sự việc tự giải quyết theo nguyên tắc “nó sẽ tự giải quyết”, nhưng cũng không thể cấm sản xuất những chất này trong một sớm một chiều mà không gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế. Có vẻ như có một giải pháp đơn giản: bạn cần thay thế CFC bằng các chất khác có khả năng thực hiện các chức năng tương tự (ví dụ, trong các thiết bị làm lạnh) và đồng thời vô hại hoặc ít nhất là ít nguy hiểm hơn đối với ozone. Nhưng việc thực hiện các giải pháp đơn giản thường rất khó khăn. Không chỉ việc tạo ra các chất đó và việc thiết lập sản xuất của chúng đòi hỏi đầu tư lớn và thời gian, mà còn cần có các tiêu chí để đánh giá tác động của bất kỳ chất nào trong số chúng đối với bầu khí quyển và khí hậu.

Các nhà lý thuyết đang trở lại với tâm điểm chú ý. D. Webbles từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Livermore đề xuất sử dụng khả năng làm suy giảm tầng ôzôn cho mục đích này, điều này cho thấy phân tử của chất thay thế mạnh hơn (hoặc yếu hơn) so với phân tử CFCl3 (freon-11) ảnh hưởng đến tầng ôzôn trong khí quyển. Vào thời điểm đó, người ta cũng biết rằng nhiệt độ của lớp không khí trên bề mặt phụ thuộc đáng kể vào nồng độ của một số tạp chất ở thể khí (chúng được gọi là khí nhà kính), chủ yếu là carbon dioxide CO2, hơi nước H2O, ozon, v.v. CFCs cũng bao gồm trong danh mục này, và nhiều thay thế tiềm năng của chúng. Các phép đo đã chỉ ra rằng trong cuộc cách mạng công nghiệp, nhiệt độ toàn cầu trung bình hàng năm của lớp không khí bề mặt đã tăng và tiếp tục tăng, và điều này cho thấy những thay đổi đáng kể và không phải lúc nào cũng mong muốn trong khí hậu Trái đất. Để kiểm soát tình hình này, cùng với khả năng làm suy giảm tầng ôzôn của chất, họ cũng bắt đầu xem xét khả năng làm ấm lên toàn cầu của nó. Chỉ số này cho biết hợp chất được nghiên cứu ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí mạnh hơn hay yếu hơn bao nhiêu so với cùng một lượng carbon dioxide. Các tính toán được thực hiện cho thấy CFC và các chất thay thế có tiềm năng làm nóng lên toàn cầu rất cao, nhưng do nồng độ của chúng trong khí quyển thấp hơn nhiều so với nồng độ của CO2, H2O hoặc O3 nên tổng đóng góp của chúng vào sự nóng lên toàn cầu vẫn không đáng kể. Hiện tại…

Các bảng giá trị được tính toán về khả năng suy giảm tầng ôzôn và sự nóng lên toàn cầu của chlorofluorocarbon và các chất thay thế có thể có của chúng đã tạo cơ sở cho các quyết định quốc tế nhằm giảm thiểu và sau đó cấm sản xuất và sử dụng nhiều CFC (Nghị định thư Montreal 1987 và các bổ sung sau này). Có lẽ các chuyên gia tập trung tại Montreal sẽ không nhất trí như vậy (xét cho cùng, các điều khoản của Nghị định thư dựa trên “suy nghĩ” của các nhà lý thuyết không được xác nhận bởi các thí nghiệm tự nhiên), nhưng một “người” quan tâm khác đã lên tiếng ký tên vào tài liệu này - chính bầu không khí.

Thông điệp về việc các nhà khoa học Anh phát hiện ra "lỗ thủng ôzôn" ở Nam Cực vào cuối năm 1985 đã trở thành thông điệp không thể không có sự tham gia của các nhà báo, cảm giác của năm và phản ứng của cộng đồng thế giới đối với thông điệp này có thể được mô tả rõ nhất. trong một từ ngắn gọn - sốc. Đó là một điều khi mối đe dọa phá hủy tầng ôzôn chỉ tồn tại trong dài hạn, một điều khác khi tất cả chúng ta đang phải đối mặt với một kẻ đồng phạm. Cả người dân thị trấn, các chính trị gia hay các nhà lý thuyết chuyên gia đều không sẵn sàng cho việc này.

Rõ ràng là không có mô hình nào hiện có sau đó có thể tái tạo sự giảm đáng kể lượng ôzôn như vậy. Điều này có nghĩa là một số hiện tượng tự nhiên quan trọng đã không được tính đến hoặc bị đánh giá thấp. Ngay sau đó, các nghiên cứu thực địa được thực hiện như một phần của chương trình nghiên cứu hiện tượng Nam Cực đã xác định rằng một vai trò quan trọng trong việc hình thành “lỗ thủng ôzôn”, cùng với các phản ứng thông thường (pha khí), được đóng bởi các đặc điểm của khí quyển. vận chuyển không khí trong tầng bình lưu ở Nam Cực (sự cô lập gần như hoàn toàn của nó với phần còn lại của khí quyển vào mùa đông), cũng như tại thời điểm đó, các phản ứng dị thể được nghiên cứu rất ít (phản ứng trên bề mặt của sol khí khí quyển - hạt bụi, muội than, băng trôi, giọt nước , vân vân.). Chỉ tính đến các yếu tố trên mới có thể đạt được sự thống nhất thỏa đáng giữa kết quả mô hình và dữ liệu quan sát. Và những bài học được dạy bởi "lỗ thủng ôzôn" ở Nam Cực đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự phát triển hơn nữa của hóa học khí quyển.

Đầu tiên, một động lực mạnh mẽ đã được trao cho một nghiên cứu chi tiết về các quá trình không đồng nhất tiến hành theo các quy luật khác với các quy luật xác định các quá trình pha khí. Thứ hai, một nhận thức rõ ràng đã đến rằng trong một hệ thống phức tạp, tức là bầu khí quyển, hành vi của các phần tử của nó phụ thuộc vào toàn bộ phức hợp các kết nối bên trong. Nói cách khác, hàm lượng của các chất khí trong khí quyển không chỉ được xác định bởi cường độ của các quá trình hóa học, mà còn bởi nhiệt độ không khí, sự chuyển dịch của các khối khí, đặc điểm ô nhiễm sol khí của các phần khác nhau của khí quyển, v.v. , sưởi ấm và làm mát bằng bức xạ, tạo thành trường nhiệt độ của không khí ở tầng bình lưu, phụ thuộc vào nồng độ và sự phân bố không gian của khí nhà kính, và do đó, từ các quá trình động của khí quyển. Cuối cùng, sự đốt nóng bức xạ không đồng đều của các vành đai khác nhau của địa cầu và các bộ phận của khí quyển tạo ra các chuyển động của không khí trong khí quyển và kiểm soát cường độ của chúng. Do đó, việc không tính đến bất kỳ phản hồi nào trong các mô hình có thể dẫn đến sai số lớn trong kết quả thu được (mặc dù, chúng tôi lưu ý rằng việc vượt qua và việc mô hình phức tạp quá mức mà không cần khẩn cấp cũng không phù hợp như việc bắn đại bác vào các đại diện của loài chim đã biết ).

Nếu mối quan hệ giữa nhiệt độ không khí và thành phần khí của nó được tính đến trong các mô hình hai chiều vào những năm 80, thì việc sử dụng các mô hình ba chiều của sự hoàn lưu chung của khí quyển để mô tả sự phân bố của các tạp chất trong khí quyển trở nên khả thi do sự bùng nổ máy tính chỉ trong những năm 90. Các mô hình tuần hoàn chung đầu tiên như vậy được sử dụng để mô tả sự phân bố trong không gian của các chất thụ động hóa học - chất đánh dấu. Sau đó, do không đủ bộ nhớ máy tính, các quá trình hóa học chỉ được thiết lập bởi một tham số - thời gian cư trú của các tạp chất trong khí quyển, và chỉ tương đối gần đây, các khối biến đổi hóa học mới trở thành bộ phận chính thức của mô hình ba chiều. Mặc dù những khó khăn trong việc mô tả chi tiết các quá trình hóa học trong khí quyển bằng 3D vẫn còn, nhưng ngày nay chúng dường như không thể vượt qua được nữa và các mô hình 3D tốt nhất bao gồm hàng trăm phản ứng hóa học, cùng với sự vận chuyển khí hậu thực tế của không khí trong bầu khí quyển toàn cầu.

Đồng thời, việc sử dụng rộng rãi các mô hình hiện đại hoàn toàn không gây nghi ngờ về tính hữu dụng của những mô hình đơn giản hơn được đề cập ở trên. Ai cũng biết rằng mô hình càng phức tạp thì càng khó tách “tín hiệu” ra khỏi “nhiễu mô hình”, phân tích kết quả thu được, xác định cơ chế nguyên nhân và kết quả chính, đánh giá tác động của một số hiện tượng. về kết quả cuối cùng (và do đó, tính hiệu quả của việc tính đến chúng trong mô hình). Và ở đây, các mô hình đơn giản hơn đóng vai trò là nơi thử nghiệm lý tưởng, chúng cho phép bạn có được các ước tính sơ bộ sau này được sử dụng trong các mô hình ba chiều, nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên mới trước khi chúng được đưa vào các mô hình phức tạp hơn, v.v.

Tiến bộ khoa học và công nghệ nhanh chóng đã làm nảy sinh một số lĩnh vực nghiên cứu khác, bằng cách này hay cách khác liên quan đến hóa học khí quyển.

Vệ tinh giám sát khí quyển. Khi việc bổ sung thường xuyên cơ sở dữ liệu từ vệ tinh được thiết lập, đối với hầu hết các thành phần quan trọng nhất của khí quyển, bao phủ gần như toàn bộ địa cầu, cần phải cải thiện các phương pháp xử lý chúng. Ở đây, có lọc dữ liệu (tách tín hiệu và sai số đo), và khôi phục đường thẳng đứng của nồng độ tạp chất khỏi tổng hàm lượng của chúng trong cột khí quyển, và nội suy dữ liệu ở những khu vực không thể thực hiện phép đo trực tiếp vì lý do kỹ thuật. Ngoài ra, việc giám sát vệ tinh được bổ sung bởi các cuộc thám hiểm trên không được lên kế hoạch để giải quyết các vấn đề khác nhau, ví dụ, ở vùng biển nhiệt đới Thái Bình Dương, Bắc Đại Tây Dương và thậm chí ở tầng bình lưu mùa hè Bắc Cực.

Một phần quan trọng của nghiên cứu hiện đại là sự đồng hóa (assimilation) của các cơ sở dữ liệu này trong các mô hình có độ phức tạp khác nhau. Trong trường hợp này, các tham số được chọn từ điều kiện gần nhất của các giá trị đo được và mô hình của hàm lượng tạp chất tại các điểm (vùng). Do đó, chất lượng của các mô hình được kiểm tra, cũng như việc ngoại suy các giá trị đo được vượt ra ngoài các vùng và khoảng thời gian đo.

Ước tính nồng độ của các tạp chất trong khí quyển tồn tại trong thời gian ngắn. Các gốc khí quyển, đóng vai trò quan trọng trong hóa học khí quyển, chẳng hạn như hydroxyl OH, perhydroxyl HO2, oxit nitric NO, oxy nguyên tử ở trạng thái kích thích O (1D), v.v., có khả năng phản ứng hóa học cao nhất và do đó, rất nhỏ ( vài giây hoặc vài phút) "thời gian tồn tại" trong khí quyển. Do đó, việc đo lường các gốc như vậy là vô cùng khó khăn, và việc tái tạo lại hàm lượng của chúng trong không khí thường được thực hiện bằng cách sử dụng các tỷ lệ mô hình của các nguồn hóa chất và độ chìm của các gốc này. Trong một thời gian dài, cường độ của các nguồn và độ chìm được tính toán từ dữ liệu mô hình. Với sự ra đời của các phép đo thích hợp, có thể tái tạo lại nồng độ của các gốc trên cơ sở của chúng, đồng thời cải thiện mô hình và mở rộng thông tin về thành phần khí của khí quyển.

Tái tạo thành phần khí của khí quyển trong thời kỳ tiền công nghiệp và các kỷ nguyên trước đó của Trái đất. Nhờ các phép đo ở lõi băng ở Nam Cực và Greenland, có tuổi từ hàng trăm đến hàng trăm nghìn năm, người ta đã biết được nồng độ của carbon dioxide, nitrous oxide, methane, carbon monoxide, cũng như nhiệt độ của những thời điểm đó. Việc tái tạo mô hình về trạng thái của khí quyển trong các kỷ nguyên đó và so sánh với hiện tại giúp nó có thể theo dõi sự tiến hóa của khí quyển trái đất và đánh giá mức độ tác động của con người đến môi trường tự nhiên.

Đánh giá cường độ của các nguồn của các thành phần không khí quan trọng nhất. Các phép đo có hệ thống về hàm lượng của các khí trong không khí bề mặt, chẳng hạn như mêtan, cacbon monoxit, nitơ oxit, trở thành cơ sở để giải bài toán nghịch đảo: ước tính lượng phát thải vào khí quyển của các khí từ các nguồn trên mặt đất, theo nồng độ đã biết của chúng . Thật không may, chỉ kiểm kê các thủ phạm gây ra hỗn loạn toàn cầu - CFC - là một nhiệm vụ tương đối đơn giản, vì hầu hết tất cả các chất này không có nguồn gốc tự nhiên và tổng lượng thải vào khí quyển bị giới hạn bởi khối lượng sản xuất của chúng. Các chất khí còn lại có nguồn điện không đồng nhất và có thể so sánh được. Ví dụ, nguồn mêtan là các khu vực ngập nước, đầm lầy, giếng dầu, mỏ than; hợp chất này được tiết ra bởi đàn mối và thậm chí là chất thải của gia súc. Carbon monoxide đi vào khí quyển như một phần của khí thải, là kết quả của quá trình đốt cháy nhiên liệu, và cả trong quá trình oxy hóa mêtan và nhiều hợp chất hữu cơ. Rất khó để đo trực tiếp lượng phát thải của các khí này, nhưng các kỹ thuật đã được phát triển để ước tính các nguồn khí ô nhiễm trên toàn cầu, sai số đã giảm đáng kể trong những năm gần đây, mặc dù vẫn còn lớn.

Dự đoán về sự thay đổi thành phần khí quyển và khí hậu Trái đất Xem xét các xu hướng - xu hướng về hàm lượng của các khí trong khí quyển, ước tính nguồn của chúng, tốc độ tăng trưởng dân số Trái đất, tốc độ gia tăng sản xuất tất cả các loại năng lượng, v.v. - các nhóm chuyên gia đặc biệt tạo ra và liên tục điều chỉnh các kịch bản để có thể xảy ra ô nhiễm khí quyển trong 10, 30, 100 năm tới. Dựa trên chúng, với sự trợ giúp của các mô hình, những thay đổi có thể có trong thành phần khí, nhiệt độ và hoàn lưu khí quyển được dự đoán. Do đó, có thể phát hiện trước các xu hướng bất lợi về trạng thái của khí quyển và cố gắng loại bỏ chúng. Cú sốc ở Nam Cực năm 1985 không được lặp lại.

Hiện tượng hiệu ứng nhà kính của bầu khí quyển

Trong những năm gần đây, rõ ràng là sự tương đồng giữa một nhà kính thông thường và hiệu ứng nhà kính của khí quyển là không hoàn toàn đúng. Vào cuối thế kỷ trước, nhà vật lý nổi tiếng người Mỹ Wood, thay thế thủy tinh thông thường bằng thủy tinh thạch anh trong một mô hình phòng thí nghiệm của nhà kính và không tìm thấy bất kỳ thay đổi nào trong hoạt động của nhà kính, đã cho thấy rằng việc trì hoãn nhiệt không phải là vấn đề. bức xạ của đất bởi kính truyền bức xạ mặt trời, vai trò của kính trong trường hợp này chỉ là “cắt đứt” sự trao đổi nhiệt hỗn loạn giữa bề mặt đất và khí quyển.

Hiệu ứng nhà kính (nhà kính) của khí quyển là đặc tính của nó để cho bức xạ mặt trời xuyên qua, nhưng để trì hoãn bức xạ trên mặt đất, góp phần vào sự tích tụ nhiệt của trái đất. Bầu khí quyển của trái đất truyền tương đối tốt bức xạ mặt trời sóng ngắn, bức xạ này hầu như bị bề mặt trái đất hấp thụ hoàn toàn. Nóng lên do hấp thụ bức xạ mặt trời, bề mặt trái đất trở thành nguồn bức xạ trên mặt đất, chủ yếu là sóng dài, một số đi ra ngoài không gian.

Ảnh hưởng của việc tăng nồng độ CO2

Các nhà khoa học - nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục tranh luận về thành phần của cái gọi là khí nhà kính. Mối quan tâm lớn nhất về vấn đề này là ảnh hưởng của việc tăng nồng độ carbon dioxide (CO2) đến hiệu ứng nhà kính của khí quyển. Một ý kiến ​​được bày tỏ rằng kế hoạch nổi tiếng: “sự gia tăng nồng độ carbon dioxide làm tăng hiệu ứng nhà kính, dẫn đến sự nóng lên của khí hậu toàn cầu” là cực kỳ đơn giản và rất xa thực tế, vì “nhà kính quan trọng nhất khí ”hoàn toàn không phải là CO2, mà là hơi nước. Đồng thời, dự đoán rằng nồng độ hơi nước trong khí quyển chỉ được xác định bởi các thông số của chính hệ thống khí hậu ngày nay không còn có thể bảo đảm được nữa, vì tác động của con người đối với chu trình nước toàn cầu đã được chứng minh một cách thuyết phục.

Như những giả thuyết khoa học, chúng tôi chỉ ra những hậu quả sau đây của hiệu ứng nhà kính sắp tới. Trước hết, Theo các ước tính phổ biến nhất, vào cuối thế kỷ 21, hàm lượng CO2 trong khí quyển sẽ tăng gấp đôi, điều này chắc chắn sẽ dẫn đến việc tăng nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu thêm 3–5 o C. Đồng thời, sự ấm lên là dự kiến ​​vào mùa hè khô hơn ở các vĩ độ ôn đới của Bắc bán cầu.

Thứ hai, Người ta giả định rằng sự gia tăng nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu như vậy sẽ dẫn đến sự gia tăng mực nước biển Thế giới thêm 20 - 165 cm do sự giãn nở nhiệt của nước. Đối với lớp băng ở Nam Cực, sự phá hủy của nó không phải là không thể tránh khỏi, vì nhiệt độ cao hơn là cần thiết để tan chảy. Trong mọi trường hợp, quá trình tan băng ở Nam Cực sẽ mất một thời gian rất dài.

Thứ ba, Nồng độ CO2 trong khí quyển có thể có ảnh hưởng rất có lợi đến năng suất cây trồng. Kết quả của các thí nghiệm đã thực hiện cho phép chúng ta giả định rằng trong điều kiện hàm lượng CO2 trong không khí tăng dần, thảm thực vật tự nhiên và trồng trọt sẽ đạt đến trạng thái tối ưu; Bề mặt lá của cây tăng lên, trọng lượng riêng của chất khô của lá tăng lên, kích thước trung bình của quả và số hạt tăng lên, sự chín của ngũ cốc sẽ tăng lên và năng suất của chúng cũng tăng lên.

Thứ tư,Ở vĩ độ cao, rừng tự nhiên, đặc biệt là rừng khoan, có thể rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Sự ấm lên có thể dẫn đến sự giảm mạnh diện tích của các khu rừng khoan, cũng như sự di chuyển của biên giới của chúng về phía bắc, các khu rừng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có thể sẽ nhạy cảm hơn với những thay đổi về lượng mưa hơn là nhiệt độ.

Năng lượng ánh sáng của mặt trời xuyên qua bầu khí quyển, được bề mặt trái đất hấp thụ và làm nóng nó. Trong trường hợp này, năng lượng ánh sáng được chuyển thành nhiệt năng, được giải phóng dưới dạng tia hồng ngoại hoặc bức xạ nhiệt. Bức xạ hồng ngoại phản xạ từ bề mặt trái đất này bị hấp thụ bởi carbon dioxide, trong khi nó tự nóng lên và làm nóng bầu khí quyển. Điều này có nghĩa là càng có nhiều carbon dioxide trong khí quyển, nó càng ảnh hưởng đến khí hậu trên hành tinh. Điều tương tự cũng xảy ra trong nhà kính, đó là lý do tại sao hiện tượng này được gọi là hiệu ứng nhà kính.

Nếu cái gọi là khí nhà kính tiếp tục chảy với tốc độ như hiện nay, thì trong thế kỷ tới nhiệt độ trung bình của Trái đất sẽ tăng thêm 4 - 5 o C, có thể dẫn đến sự nóng lên toàn cầu của hành tinh.

Sự kết luận

Thay đổi thái độ của bạn với thiên nhiên không có nghĩa là bạn nên từ bỏ tiến bộ công nghệ. Dừng nó sẽ không giải quyết được vấn đề, mà chỉ có thể trì hoãn giải pháp của nó. Chúng ta phải kiên trì và nhẫn nại nỗ lực giảm phát thải thông qua việc áp dụng các công nghệ môi trường mới để tiết kiệm nguyên liệu, năng lượng tiêu thụ và tăng số lượng rừng trồng, các hoạt động giáo dục thế giới quan sinh thái trong nhân dân.

Vì vậy, ví dụ, ở Mỹ, một trong những doanh nghiệp sản xuất cao su tổng hợp nằm cạnh khu dân cư, và điều này không gây ra phản đối từ người dân, bởi vì các chương trình công nghệ thân thiện với môi trường đang được vận hành, trong quá khứ, đã cũ. công nghệ không sạch.

Điều này có nghĩa là cần phải lựa chọn nghiêm ngặt các công nghệ đáp ứng các tiêu chí nghiêm ngặt nhất, các công nghệ hiện đại có triển vọng sẽ giúp đạt được mức độ thân thiện với môi trường cao trong sản xuất ở tất cả các ngành công nghiệp và giao thông, cũng như tăng số lượng cây trồng không gian xanh tại các khu công nghiệp và thành phố.

Trong những năm gần đây, thực nghiệm đã chiếm vị trí hàng đầu trong sự phát triển của hóa học khí quyển, và vị trí của lý thuyết cũng giống như trong các ngành khoa học cổ điển, đáng nể. Nhưng vẫn có những lĩnh vực mà nghiên cứu lý thuyết vẫn được ưu tiên: ví dụ, chỉ các thí nghiệm mô hình mới có thể dự đoán những thay đổi trong thành phần của khí quyển hoặc đánh giá hiệu quả của các biện pháp hạn chế được thực hiện theo Nghị định thư Montreal. Bắt đầu với giải pháp của một vấn đề quan trọng, nhưng riêng tư, ngày nay hóa học khí quyển, với sự hợp tác của các ngành liên quan, bao hàm toàn bộ phức tạp của các vấn đề nghiên cứu và bảo vệ môi trường. Có lẽ chúng ta có thể nói rằng những năm đầu tiên của quá trình hình thành hóa học khí quyển đã trôi qua theo phương châm: "Đừng đến muộn!" Đợt bắt đầu kết thúc, cuộc chạy tiếp tục.

II. Phân phối các đặc điểm theo các organoit của tế bào (đặt các chữ cái tương ứng với các đặc tính của organoid trước tên của organoid). (26 điểm)

II. KIẾN NGHỊ GIÁO DỤC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHO HỌC SINH TOÀN GIỜ CÁC CHUYÊN SÂU MÔN LÝ THUYẾT MẦM NON 1 trang