2. Газовый состав атмосферы. Значение кислорода, углекислого газа. Газообмен р и ж

Атмосфера — это газовая оболочка, которая окружает. Землю. Наличие атмосферы — одно из самых важных условий жизни на планете. Без еды человек может обходитися месяц, без воды — неделю, а без воздуха не проживет и нескольких минут.

Функции атмосферы:

1) Терморегулирующая – погода и климат на Земле зависит от распределения тепла, давления.

2) Жизнеобеспечивающая.

3) В тропосфере происходит глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс определяющий круговорот воды, теплообмен.

4) Практически все поверхности геологические процессы обусловлены взаимодействием атмосферы, литосферы и гидросферы.

5) Защитная – атмосфера защищает землю от космоса, солнечной радиации и метеоритной пыли.

Атмосфера состоит из следующих слоев:

нижнего приземного слоя – тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионо- и экзосферы

Древняя и современная атмосфера резко отличаются по составу. В прошлом атмосфера формировалась, в основном, из вулканических газов и состояла из образующихся в земных недрах летучих веществ: Н2, паров Н2О, СО2, СН4 . Свободный азот как продукт вулканической деятельности, соединяясь с водородом, который был в избытке, превращался в аммиак. С появлением фотосинтезирующих организмов состав атмосферы стал меняться, и произошел переход от бескислородной в кислородную атмосферу, с чем связаны основные этапы биологической эволюции. Главными составляющими атмосферу газами становятся азот, кислород, аргон, углекислый газ.

В атмосферном воздухе содержится: азота – 78,08%, кислорода – 20,95%,

аргона – 0,93%, углекислого газа – 0,03%. Остальные химические элементы и соединения – неон, гелий, водород, метан, криптон, сероводород, фтористый и хлористый водород, угарный газ, оксиды азота, йод, сернистый газ, ксенон, др. составляют менее 0,1%. Важнейшими компонентами атмосферы являются азот и углекислый газ. Необходим для дыхания, жизнедеятельности всех организмов кислород, обязательный компонент различных окислительных реакций. Большая роль из газов атмосферы принадлежит озону.

Озон – трехатомный кислород (О3) присутствует в атмосфере от поверхности Земли до высоты 70 км. В приземных слоях воздуха он образуется под влиянием случайных факторов (грозовые разряды). Озон чрезвычайно ядовит, ПДК его в воздухе равна 0,00001%. Однако благодаря ему стало возможным существование жизни на Земле. В более высоких слоях атмосферы (стратосфере) озон образуется в результате воздействия ультрафиолетовой радиации Солнца на молекулы кислорода. Основная масса озона сосредоточена в стратосфере, и поэтому ее часто называют озоносферой. Слой максимальной концентрации озона – озоновый экран находится на высоте 20–25 км. Этот газ поглощает солнечную радиацию, при этом наиболее интенсивно – в ультрафиолетовой части, которая губительна для животных и растений. Благодаря озоновому экрану наиболее активная в биологическом отношении часть солнечной радиации не может губительно воздействовать на живые организмы. Всего озоновый слой поглощает около 13% солнечной энергии.

Уменьшение озона в стратосфере, разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последнее время, связано с антропическими факторами. Наиболее существенную роль в этом играют химические соединения хлор-фтор-углероды (ХФУ), которые широко используются с разными целями: как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители электронных приборов, при химической чистке одежды, производстве пенопластиков, в аэрозольных смесях. Ранее хлор–фтор–углероды рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества, поскольку они стабильны и не активны, не токсичны. Но сейчас известно, что они опасны для атмосферного озона. Когда ХФУ поднимаются до высоты 25 км, где концентрация озона максимальная, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения. Оно разрушает молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью. Таким является, в частности, атомарный хлор – один атом хлора может разрушить до ста тысяч молекул озона. Сейчас выброс ХФУ в атмосферу исчисляется миллионами тонн, и действие только этих ХФУ будет продолжаться довольно длительное время.

Значение кислорода и углекислого газа

Круговорот кислорода сопровождается его приходом и расходом.

Приход кислорода включает: 1) выделение при фотосинтезе; 2) образование в озоновом слое под воздействием УФ-излучения (в незначительном количестве); 3) диссоциацию молекул воды в верхних слоях атмосферы под воздействием УФ-излучения; 4) образование озона – О3.

Расход кислорода включает: 1) потребление животными при дыхании; 2) окислительные процессы в земной коре; 3) окисление окиси углерода (СО), выделяющегося при извержении вулканов.

Круговорот кислорода тесно связан с круговоротом углерода.

Круговорот углерода. Масса углекислого газа (СО2) в атмосфере оценивается в 1012 тонн.

Приход углекислого газа включает: 1) дыхание живых организмов; 2) разложение отмерших организмов растений и животных микроорганизмами, процесс брожения; 3) антропогенные выбросы при сжигании топлива; 4) вырубку лесов.

Расход углекислого газа включает: 1) фиксацию углекислого газа из атмосферы при фотосинтезе с освобождением кислорода; 2) потребление части углерода животными, питающимися растительной пищей; 3) фиксацию углерода в литосфере (образование органогенных пород – уголь, торф, горючие сланцы, а также почвенных компонентов, как гумуса); 4) фиксацию углерода в гидросфере (образование известняков, доломитов).

Постепенное возрастание содержания углекислого газа в атмосфере в сочетании с другими причинами привело к «парниковому эффекту», влияющему на тепловой баланс, на климат нашей планеты.

Большую роль в общем круговороте веществ в природе кроме рассмотренных элементов играют также фосфор, сера, железо.

Газообмен - внешнее дыхание, или газообмен, представляет собой совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода для использования его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа, образовавшегося в процессе окисления.

Каким бы ни был процесс дыхания – аэробным - если для дыхания процесса требуется кислород и анаэробным - реакции происходят в отсутствие кислорода, между организмом и средой непрерывно должен происходить обмен газами. Аэробным организмам для окисления питательных веществ и получения энергии нужен поступающий из окружающей среды кислород, а в окружающую среду аэробы и большинство анаэробов выделяют конечный продукт дыхания – углекислый газ.

Газообмен происходит на поверхности дыхательных органов или клеточных мембран, называемых дыхательной поверхностью. Дыхательная поверхность удовлетворяет нескольким условиям: она проницаема для газов; тонкая, в связи с чем диффузия газов эффективна; влажная, так как газы диффундируют только в растворенном виде; имеет относительно большую площадь, через нее обмениваются достаточные количества газов в соответствии с потребностями организма.

Газообмен у животных.

У одноклеточных животных, например у обыкновенной амебы, газообмен происходит путем диффузии через всю наружную цитоплазматическую мембрану, что вполне обеспечивает потребности амебы в кислороде. У кишечнополостных, например у гидры пресноводной, все клетки находятся в контакте с водной средой, и у каждой из этих клеток газообмен происходит через мембрану, соприкасающуюся с водой. У плоских червей газообмен зависит от образа жизни животного. Например, у свободноживущего червя – молочной планарии – кислород поступает в организм путем диффузии через всю поверхность тела.

С увеличением размеров тела отношение поверхности тела к его объему уменьшается, поскольку уменьшается число клеток, непосредственно контактирующих с внешней средой. Простая диффузия газов уже не может обеспечить достаточный приток кислорода к тем клеткам, которые не находятся в прямом контакте с внешней средой. К тому же нередко у крупных животных ввиду активности процессов обмена веществ возрастает потребность в кислороде.

Повышенная потребность организмов в кислороде привела в процессе эволюции к тому, что некоторые участки тела животных превратились в специализированные дыхательные поверхности. У разных животных типы дыхательных поверхностей различны.

Обычно площадь дыхательных поверхностей (например, площадь дыхательных путей и легких) значительная, и часто эти поверхности связаны с кровеносной системой. Кровеносная система обеспечивает связь дыхательной поверхности со всеми тканями и способствует непрерывному обмену кислородом и углекислым газом между органами дыхания и тканями всех прочих органов. Присутствие в крови особого дыхательного пигмента, например гемоглобина, позволяет крови осуществлять более интенсивный перенос кислорода и углекислого газа.

Газообмен у растений.

Интенсивность обмена веществ у растений меньше, чем у животных. Процесс газообмена у растений, с одной стороны, обеспечивает дыхание (т. е. поступление кислорода и выделение углекислого газа), а с другой – снабжает углекислым газом и выводит кислород при фотосинтезе.

У некоторых низших растений (у водорослей) газообмен осуществляется путем диффузии газов через всю поверхность, а у крупных цветковых растений кислород в основном поступает через устьица листьев (и зеленых стеблей у травянистых растений). Внутри растения кислород поступает в воздухоносные межклетники, а затем достигает клеток и растворяется во влаге, покрывающей клеточные стенки. Отсюда кислород диффундирует уже внутрь клеток. Углекислый газ движется по растению тем же путем, но в обратном направлении.

Таким образом, все растения, животные и бактерии (за исключением организмов-анаэробов) поглощают кислород из внешней среды и в нее же выделяют углекислый газ, хотя пути газообмена у разных организмов различны.

3. СОВОКУПНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ. КЛИМАТОГРАММЫ.

Климатические факторы — основные элементы климата: солнечная радиация (свет, тепло), атмосферные осадки и атмосферное давление, влажность воздуха, влажность почвы, циркуляция воздуха (ветер), гидросферное давление. Климатические факторы обусловливают развитие биоценозов …

Климат — один из главных компонентов внешней среды. Для жизни наземных растений и животных наибольшее значение имеют 3 элемента климата: свет, температура и влажность. Важная особенность этих факторов заключается в их закономерной изменчивости как в течение года и суток, так и в связи с географической зональностью. Поэтому и приспособления к ним имеют закономерный зональный и сезонный характер.

Погодные особенности. Условия жизни в наземно-воздушной среде осложняются, кроме того, погодными изменениями. Погода– это непрерывно меняющееся состояние атмосферы у земной поверхности до высоты примерно 20 км (граница тропосферы). Изменчивость погоды проявляется в постоянном варьировании сочетания таких факторов среды, как температура и влажность воздуха, облачность, осадки, сила и направление ветра и т. п. Для погодных изменений наряду с закономерным чередованием их в годовом цикле характерны непериодические колебания, что существенно усложняет условия существования наземных организмов. На жизнь водных обитателей погода влияет в значительно меньшей степени и лишь на население поверхностных слоев.

Климат местности. Многолетний режим погоды характеризует климат местности. В понятие климата входят не только средние значения метеорологических явлений, но также их годовой и суточный ход, отклонения от него и их повторяемость. Климат определяется географическими условиями района.

Зональное разнообразие климатов осложняется действием муссонных ветров, распределением циклонов и антициклонов, влиянием горных массивов на движение воздушных масс, степенью удаления от океана (континентальность) и многими другими местными факторами. В горах наблюдается климатическая поясность, во многом аналогичная смене зон от низких широт к высоким. Все это создает чрезвычайное разнообразие условий жизни на суше.

Для большинства наземных организмов, особенно мелких, важен не столько климат района, сколько условия их непосредственного местообитания. Очень часто местные элементы среды (рельеф, экспозиция, растительность и т. п.) так изменяют в конкретном участке режим температуры, влажности, света, движения воздуха, что он значительно отличается от климатических условий местности. Такие локальные модификации климата, складывающиеся в приземном слое воздуха, называют микроклиматом. В каждой зоне микроклиматы очень разнообразны. Можно выделить микроклиматы сколь угодно малых участков. Например, особый режим создается в венчиках цветков, что используют обитающие там насекомые. Широко известны различия температуры, влажности воздуха и силы ветра на открытом пространстве и в лесу, в травостое и над оголенными участками почвы, на склонах северной и южной экспозиций и т. п. Особый устойчивый микроклимат возникает в норах, гнездах, дуплах, пещерах и других закрытых местах.

Климатограмма (от климат и ...грамма) , климаграмма, графич. изображение годового хода двух каких-либо элементов климата, обычно темп-ры и осадков. ...

4. ЭДАФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ. СНЕГ КАК СУБСТРАТ.

Важнейшими экологическими факторами, характеризующими почву как среду обитания, являются кислотность, содержание питательных элементов, содержание органических веществ, структура, плотность, засоленность, гранулометрический состав и др.

Свойства грунта и рельеф местности также влияют на условия жизни наземных организмов, в первую очередь растений. Свойства земной поверхности, оказывающие экологическое воздействие на ее обитателей, объединяют названием эдафические факторы среды (от греч. «эдафос» – основание, почва).

Они делятся на химические — реакция почвы, солевой режим почвы, элементарный химический состав почвы, обменная способность и состав обменных катионов; физические — водный, воздушный и тепловой режимы, плотность и мощность почвы, ее гранулометрический состав, структура и др.; биологические — растительные и животные организмы, населяющие почву.

Характер корневой системы растений зависит от гидротермического режима, аэрации, сложения, состава и структуры почвы. Например, корневые системы древесных пород (березы, лиственницы) в районах с многолетней мерзлотой располагаются на небольшой глубине и распростерты вширь. Там, где нет многолетней мерзлоты, корневые системы этих же растений менее распростерты и проникают вглубь. У многих степных растений корни могут доставать воду с большой глубины, в то же время у них много и поверхностных корней в гумусированном горизонте почвы, откуда растения поглощают элементы минерального питания. На переувлажненной, плохо аэрированной почве в мангровых зарослях многие виды имеют специальные дыхательные корни – пневматофоры.

Можно выделить целый ряд экологических групп растений по отношению к разным свойствам почв.