Приклади рослин наземно-повітряного середовища. Пристосування організмів до наземно-повітряного середовища проживання

У наземно-повітряному середовищі діючі екологічні чинники мають низку характерних рис: більш висока інтенсивність світла проти іншими середовищами, значні коливання температури, зміна вологості залежно від географічне розташування, сезону та часу доби. Вплив перерахованих вище факторів нерозривно пов'язаний з рухом повітряних мас- Вітру.

У процесі еволюції живі організми наземно-повітряного середовищавиробилися характерні анатомоморфологічні, фізіологічні, поведінкові та інші адаптації. Розглянемо особливості впливу основних екологічних факторів на рослини та тварин у наземно-повітряному середовищі життя.

Низька щільність повітря визначає його малу підйомну силу та незначну опорність. Всі жителі повітряного середовища тісно пов'язані з поверхнею землі, яка служить їм для прикріплення та опори. Більшість організмів перебування у повітрі пов'язане лише з розселенням чи пошуком видобутку. Мала підйомна сила повітря визначає граничну масу та розміри наземних організмів. Найбільші тварини, що мешкають на поверхні землі, менше, ніж гіганти водного середовища.

Мала щільність повітря створює незначну опірність пересування. Екологічні вигоди цієї властивості повітряного середовища використовували багато наземних тварин у ході еволюції, набувши здатності до польоту: 75% всіх видів наземних тварин здатні до активного польоту.

Внаслідок рухливості повітря, що існує у нижніх шарах атмосфери, вертикального та горизонтального пересування повітряних мас, можливий пасивний політ окремих видів організмів, розвинена анемохорія – розселення за допомогою повітряних потоків. Вітрозапильні рослини мають цілу низку пристосувань, які покращують аеродинамічні властивості пилку.

Квіткові покриви у них зазвичай редуковані і пильовики нічим не захищені від вітру. У розселенні рослин, тварин та мікроорганізмів головну роль відіграють вертикальні конвекційні потоки повітря та слабкі вітри. Бурі, урагани надають істотний екологічний вплив на наземні організми.

У районах, де постійно дме сильний вітер, як правило, бідний видовий складдрібних літаючих тварин, тому що вони не здатні чинити опір потужним повітряним потокам. Вітер викликає зміну інтенсивності транспірації у рослин, що особливо сильно проявляється при суховіях, що висушують повітря, і може призводити до загибелі рослин. факторів, як температура та вологість.

Наземно-повітряне середовище життя найскладніше за екологічними умовами. У ході еволюції було освоєно значно пізніше, ніж водна. Життя на суші зажадало таких пристосувань, які стали можливими лише за досить високому рівні організації організмів. Для наземно-повітряного середовища характерні низька щільність повітря, великі коливаннятемператури та вологості, більш висока інтенсивність сонячної радіації порівняно з іншими середовищами, рухливість атмосфери.

Низька щільність та рухливість повітрявизначають його малу підйомну силу та незначну опорність. Організми наземного середовища повинні мати опорну систему, що підтримує тіло: рослини – механічними тканинами, тварини – твердим або гідростатичним скелетом.

Мала підйомна сила повітря визначає граничну масу та розміри наземних організмів. Найбільші тваринні суші значно менше гігантів водного середовища – китів. Тварини розміром і масою сучасного кита не могли б жити на суші, оскільки були б розчавлені власним тягарем.

Мала щільність повітря зумовлює низьку опірність пересування. Тому багато тварин придбали здатність до польоту: птахи, комахи, деякі ссавці та рептилії.

Завдяки рухливості повітря можливий пасивний політ деяких видів організмів, а також пилку, суперечка, плоди та насіння рослин. Розселення за допомогою повітряних потоків отримало назву анемохорії. Пасивно переносяться потоками повітря організми називають аеропланктоном. Для них характерні дуже дрібні розміри тіла, наявність виростів та сильного розчленування, використання павутиння тощо. Насіння і плоди анемохорних рослин також мають дуже дрібні розміри (насіння орхідних, зніту та ін.) або різні крилоподібні (клен, ясен) і парашутоподібні (кульбаба, мати-й-мачуха) придатки.

У багатьох рослин перенесення пилку здійснюється за допомогою вітру, наприклад у голонасінних, букових, березових, в'язових, злакових та ін. Спосіб запилення рослин за допомогою вітру називають анемофілією. Вітрозапильні рослини мають безліч пристроїв, що забезпечують ефективність запилення.

Вітри, що дмуть з великою силою (бурі, урагани) ламають дерева, нерідко вивертаючи їх з коренем. Вітри, що постійно дмуть в одному напрямку, викликають різні деформації росту дерев, спричиняють утворення прапороподібних форм крон.

У районах, де постійно дме сильний вітер, як правило, бідний видовий склад дрібних літаючих тварин, тому що вони не здатні чинити опір потужним повітряним потокам. Так, на океанічних островах з постійними сильними вітрами переважають птахи та комахи, що втратили здатність до польоту. Вітер посилює втрату організмами вологи та тепла, під його впливом швидше настає висихання та охолодження організмів.

Мала щільність повітря зумовлює порівняно низький тиск на суші (760 мм рт. ст.). Зі збільшенням висоти над рівнем моря тиск зменшується, що може обмежувати поширення видів у горах. Зниження тиску спричиняє зменшення забезпеченості киснем і зневоднення тварин рахунок збільшення частоти дихання. Тому для більшості хребетних та вищих рослин верхня межа життя близько 6000 м-коду.

Газовий склад повітряу приземному шарі атмосфери досить однорідний. Він містить азот – 78,1%, кисень – 21%, аргон – 0,9%, вуглекислий газ – 0,03%. Крім цих газів в атмосфері є у незначній кількості неон, криптон, ксенон, водень, гелій, а також різноманітні ароматичні виділення рослин та різні домішки: діоксид сірки, оксиди вуглецю, азоту, фізичні домішки. Високий вміст кисню в атмосфері сприяло підвищенню обміну речовин у наземних організмів та появі теплокровних (гомойотермних) тварин. Дефіцит кисню може виникати в скупченнях рослинних залишків, що розкладаються, запасах зерна, недолік кисню можуть відчувати кореневі системи рослин на заболочених або занадто ущільнених грунтах.

Вміст вуглекислого газу може змінюватись в окремих ділянках приземного шару повітря у досить значних межах. За відсутності вітру у містах концентрація його може зростати вдесятеро. Закономірні добові та сезонні зміни вмісту вуглекислоти у приземному шарі повітря, обумовлені змінами інтенсивності фотосинтезу та дихання організмів. У високих концентраціях вуглекислий газ токсичний, яке низький вміст знижує інтенсивність фотосинтезу.

Азот повітря для більшості організмів наземного середовища представляє інертний газ, але багато прокаріотних організмів (клубенькові бактерії, азотобактер, клостридії, ціанобактерії та ін) мають здатність пов'язувати його і залучати в біологічний кругообіг.

Багато домішок, що надходять у повітря в основному в результаті діяльності людини, можуть суттєво впливати на організми. Наприклад, оксид сірки отруйний для рослин навіть у дуже низьких концентраціях, викликає руйнування хлорофілу, ушкоджує структуру хлоропластів, пригнічує процеси фотосинтезу та дихання. Ушкодження рослин токсичними газами неоднакова і залежить від їх анатомо-морфологічних, фізіологічних, біологічних та інших особливостей. Наприклад, особливо чутливі до промислових газів лишайники, ялина, сосна, дуб, модрина. Найбільш стійкі тополя канадська, тополя бальзамічна, клен ясенелистний, туя, бузина червона та деякі інші.

Світловий режим.Сонячна радіація, що досягає поверхні Землі, є основним джерелом енергії для підтримки теплового балансупланети, водного обміну організмів, створення органічної речовини рослинами, що в кінцевому рахунку робить можливим формування середовища, здатного задовольняти життєві потреби організмів. До складу сонячної радіації, що досягає поверхні Землі, входять ультрафіолетові промені з довжиною хвилі 290–380 нм, видимі промені – 380–750 нм та інфрачервоні променііз довжиною хвилі 750–4000 нм. Ультрафіолетові промені мають високу хімічну активність та у великих дозах шкідливі для організмів. У помірних дозах в діапазоні 300-380 нм вони стимулюють поділ і ріст клітин, сприяють синтезу вітамінів, антибіотиків, пігментів (наприклад, у людини - засмага, риб і земноводних - темна ікра), підвищують стійкість рослин до захворювань. Інфрачервоні промені надають теплова дія. Фотосинтезуючі бактерії (зелені, пурпурні) здатні поглинати інфрачервоні промені в діапазоні 800-1100 нм і існувати тільки за рахунок них. Приблизно 50% сонячної радіації припадає на видиме світло, який у житті автотрофних та гетеротрофних організмів має різне екологічне значення. Зеленим рослинам світло необхідне процесу фотосинтезу, утворення хлорофілу, формування структури хлоропластів. Він впливає на газообмін та транспірацію, на будову органів і тканин, на зростання та розвиток рослин.

Для тварин видиме світло необхідне орієнтування у навколишньому середовищі. У деяких тварин зорове сприйняття поширюється на ультрафіолетову та ближню інфрачервону частину спектра.

Світловий режим будь-якого місцеперебування визначається інтенсивністю прямого та розсіяного світла, його кількістю, спектральним складом, а також відбивною здатністю поверхні, на яку падає світло. Зазначені елементи світлового режиму дуже мінливі і залежить від географічної широти місцевості, висоти стояння сонця над горизонтом, довжини дня, стану атмосфери, характеру земної поверхні, рельєфу, часу доби та сезону року. У зв'язку з цим у наземних організмів протягом тривалого процесу еволюції виникли різні адаптації до світлового режиму місцеперебування.

Адаптація рослин.По відношенню до умов освітлення виділяють три основні екологічні групи рослин: світлолюбні (геліофіти); тенелюбиві (сціофіти); тіньовитривалі.

Геліофіти– рослини відкритих добре освітлюваних місць проживання. Вони не переносять затінення. Прикладом їх можуть бути степові та лучні рослини верхнього ярусу співтовариства, види пустель, альпійських лук і т.д.

Сціофіти– не переносять сильного освітлення прямим сонячним промінням. Це рослини нижніх ярусів тінистих лісів, печер, ущелин скель та інших.

Тіневитривалірослини мають широку екологічну валентність по відношенню до світла. Вони краще ростуть при високій інтенсивності освітлення, але добре переносять і затінення, легше інших рослин адаптуються до умов освітленості, що змінюються.

Кожній розглянутій групі рослин властиві певні анатомо-морфологічні, фізіологічні та сезонні адаптації до умов світлового режиму.

Одне з найбільш наочних відмінностей зовнішнього вигляду світлолюбних і тіньолюбних рослин - різні розміри листя. У геліофітів вони зазвичай дрібні або з розсіченою листовою платівкою. Особливо добре це видно при порівнянні споріднених видів, що ростуть у різних умовах освітленості (фіалка польова і лісові фіалки, дзвіночок розлогий, що росте на луках, і дзвіночок лісовий та ін). Тенденція до збільшення розмірів листя по відношенню до всього обсягу рослин наочно виражена у трав'янистих рослин ялинового лісу: кислиці звичайної, майника дволистого, воронього ока та ін.

У світлолюбних рослин, щоб зменшити надходження сонячної радіації, листя розташовується вертикально або під гострим кутом до горизонтальної площини. У тінелюбних рослин листя розташовуються переважно горизонтально, що дозволяє їм отримувати максимальну кількість падаючого світла. Поверхня листа у багатьох геліофітів блискуча, що сприяє відображенню променів, покрита восковим нальотом, товстою кутикулою або густим опушенням.

Листя тіньолюбних і світлолюбних рослин відрізняються також анатомічною будовою. У світлового листя більше механічних тканин, листова пластинка товща, ніж у тіньових. Клітини мезофілу дрібні, розташовуються щільно, хлоропласти у яких дрібні і світлі, займають постенное становище. Мезофіл листа диференційований на стовпчасту та губчасту тканини.

У сціофітів листя тонше, кутикула відсутня або слабо розвинена. Мезофіл не диференційований на стовпчасту та губчасту тканину. Елементів механічних тканин і хлоропластів у тіньовому листі менше, але вони більші, ніж у геліофітів. Пагони у світлолюбних рослин часто з укороченими міжвузлями, сильно розгалужені, нерідко розеткові.

Фізіологічні адаптації рослин до світла проявляються у зміні ростових процесів, інтенсивності фотосинтезу, дихання, транспірації, складу та кількості пігментів. Відомо, що у світлолюбних рослин при нестачі світла спостерігається витягування стебел. У листі тіньолюбних рослин хлорофілу міститься більше, ніж у світлолюбних, тому вони мають більш насичене темно-зелене забарвлення. Інтенсивність фотосинтезу у геліофітів максимальна при високій освітленості (не більше 500-1000 лк і більше), а у сціофітів - при малій кількості світла (50-200 лк).

Однією з форм фізіологічної адаптації рослин до нестачі світла є перехід деяких видів гетеротрофне харчування. Прикладом таких рослин є види тінистих ялинових лісів – повзуча гудайєра, справжня гніздівка, під'єльник звичайний. Вони живуть рахунок мертвих органічних залишків, тобто. є сапрофітами.

Сезонні адаптації рослин до умов освітленості проявляються в місцепроживання, де світловий режим періодично змінюється. У цьому випадку рослини в різні сезони можуть проявляти себе як світлолюбні, то як тіньовитривалі. Наприклад, навесні в листяних лісах листя пагонів сности звичайної мають світлову структуру і відрізняються високою інтенсивністю фотосинтезу. Листя літніх пагонів ясен, що розвиваються після облиствування дерев і чагарників, мають типову тіньову структуру. Відношення до світлового режиму рослин може змінюватися в процесі онтогенезу і в результаті комплексного впливу екологічних факторів. Проростки і молоді рослини багатьох лугових і лісових видів тініші, ніж дорослі особини. Вимоги до світлового режиму іноді змінюються у рослин, коли вони опиняються в інших кліматичних та едафічних умовах. Наприклад, лісові тайгові види – чорниця, майник дволистий – у лісотундрі та тундрі добре ростуть на відкритих місцеперебуваннях.

Одним із факторів, що регулюють сезонний розвиток організмів, є довжина дня. Здатність рослин та тварин реагувати на довжину дня отримала назву фотоперіодичної реакції(ФПР), а коло явищ, регульованих довжиною дня, називається фотоперіодизмом. За типом фотоперіодичної реакції виділяють такі основні групи рослин:

1. Рослини короткого днядля переходу до цвітіння потрібно менше 12 годин світла на добу. Це, як правило, вихідці з південних областей (хризантеми, жоржини, айстри, тютюн та ін.).

2. Рослини довгого дня- Для цвітіння їм потрібна довжина дня 12 і більше годин (льон, овес, картопля, редиска).

3. Нейтральні до довжини днярослини. Для них довжина дня байдужа, цвітіння настає при будь-якій його довжині (кульбаба, томати, гірчиця та ін.).

Довжина дня впливає не тільки на проходження рослиною генеративних фаз, а й на їхню продуктивність, стійкість до інфекційних захворювань. Вона також відіграє важливу роль у географічному поширенні рослин та регулюванні їх сезонного розвитку. Види, поширені в північних широтах, переважно довгоденні, а тропіках і субтропіках переважно короткоденні чи нейтральні. Однак це закономірність не абсолютна. Так, у горах тропічної та субтропічних зонзустрічаються довгоденні види. Багато сортів пшениці, льону, ячменю та інших культурних рослин, що походять з південних районівмають ФПР довгого дня. Дослідження показали, що з пониженні температури рослини довгого дня можуть нормально розвиватися за умов короткого дня.

Світло у житті тварин.Світло тваринам необхідне орієнтації у просторі, впливає також процеси обміну речовин, на поведінку, на життєвий цикл. Повнота зорового сприйняттядовкілля залежить від рівня еволюційного розвитку. У багатьох безхребетних є лише світлочутливі клітини, оточені пігментом, а в одноклітинних – світлочутлива ділянка цитоплазми. Найбільш досконалі очі хребетних, головоногих молюсків та комах. Вони дозволяють сприймати форму та розміри предметів, колір, визначати відстань. Об'ємний зір характерний людини, приматів, деяких птахів (орлів, соколів, сов). Розвиток зору та його особливості залежать також від екологічних умов та способу життя конкретних видів. У мешканців печер очі можуть бути повністю або частково редуковані, як, наприклад, у сліпих жуків жужелиць, протеїв та ін.

Різні види тварин здатні витримувати висвітлення певного спектрального складу, тривалості та сили. Розрізняють світлолюбні та тінелюбні, еврифотніі стінофотнівиди. Нічні та сутінкові ссавці (полівки, миші та ін.) виносять пряме освітлення сонцем протягом 5–30 хв, а денні – кілька годин. Однак на яскравому сонячному світлі навіть пустельні види ящірок не можуть довго витримувати опромінення, оскільки за 5–10 хв температура їхнього тіла піднімається до +50–56ºС і тварини гинуть. Висвітлення яєць багатьох комах прискорює їх розвиток, але до певних меж (неоднакових для різних видів), після чого розвиток припиняється. Пристосуванням до захисту від зайвої сонячної радіації є пігментовані покриви деяких органів: у рептилій - черевна порожнина, органи розмноження та ін.

Суточні та сезонні зміни світлового режиму визначають не лише зміни активності, а й періоди розмноження, міграції, линяння. Поява нічних та зникнення денних комах вранці або ввечері відбуваються за певної для кожного виду яскравості освітлення. Наприклад, мармуровий хрущ з'являється через 5-6 хв після заходу сонця. Час пробудження співчих птахів змінюється у різні сезони. Залежно від освітленості змінюються місця полювання птахів. Так, дятли, синиці, мухоловки вдень полюють у глибині лісу, а вранці та ввечері – на відкритих місцях. Тварини орієнтуються з допомогою зору під час перельотів та міграцій. Птахи з вражаючою точністю вибирають напрямок польоту, орієнтуючись по сонцю та зіркам. Така їхня вроджена здатність створюється природним відборомяк система інстинктів. Здатність до такої орієнтації властива також іншим тваринам, наприклад, бджолам. Бджоли, що знайшли нектар, передають іншим інформацію про те, куди летіти за хабарем, використовуючи як орієнтир сонце.

Світловий режим обмежує географічне поширення деяких тварин. Так, довгий день протягом літніх місяців в Арктиці та помірній зоні приваблює туди птахів і деяких ссавців, тому що дозволяє їм видобути потрібну кількість корму (синиці, поповзні, сопілості та ін), а восени вони відкочовують на південь. Зворотний вплив надає світловий режим поширення нічних тварин. На півночі вони рідкісні, але в півдні навіть переважають над денними видами.

Температурний режим.Від температурних умов залежить інтенсивність усіх хімічних реакцій, що становлять обмін речовин. Тому межі існування життя – це температури, за яких можливе нормальне функціонування білків, у середньому від 0 до +50ºС. Однак ці пороги неоднакові для різних видів організмів. Завдяки наявності спеціалізованих ферментних систем деякі організми пристосувалися жити за температури, що виходить за вказані межі. Види, пристосовані до життя в холодних умовах, належать до екологічної групи кріофілів. У них у процесі еволюції виникли біохімічні адаптації, які дозволяють підтримувати клітинний метаболізм за низьких температур, і навіть протистояти замерзанню чи підвищувати стійкість щодо нього. Протистояти замерзанню допомагає накопичення у клітинах спеціальних речовин – антифризів, які перешкоджають утворенню кристалів льоду в організмі. Такі адаптації виявлено у деяких арктичних риб сімейства нототеневих, тріскових, що плавають у водах Північного. льодовитого океану, З температурою тіла –1,86ºС.

Гранично низька температура, за якої ще можлива активність клітин, зафіксована у мікроорганізмів – до –10–12ºС. Стійкість до замерзання у деяких видів пов'язана з накопиченням у їх тілі органічних речовин, таких, як гліцерин, маніт, сорбіт, які перешкоджають кристалізації внутрішньоклітинних розчинів, що дозволяє переживати критичні морозні періоди активному стані(оціпеніння, криптобіозу). Так, деякі комахи у такому стані витримують узимку до –47–50ºС. До кріофілів належать багато бактерій, лишайники, гриби, мохи, членистоногі та ін.

Види, оптимум життєдіяльності яких присвячений області високих температур, відносять до екологічної групи термофілів.

Найбільш стійкі до високих температур бактерії, багато з яких можуть зростати та розмножуватися при +60–75ºС. Деякі бактерії, що живуть у гарячих джерелах, ростуть при температурах +85–90ºС, а в одного з видів архебактерій виявлено здатність до зростання та поділу при температурах, що перевищують +110ºС. Спороутворюючі бактерії можуть витримувати в неактивному стані +200 С протягом десятків хвилин. Термофільні види є також серед грибів, найпростіших, рослин і тварин, але рівень їхньої стійкості до високих температур нижчий, ніж у бактерій. Вищі рослини степів і пустель можуть переносити короткочасні нагрівання до +50–60ºС, але фотосинтез у них гальмується температурами, що перевищують +40ºС. За температури тіла +42–43ºС у більшості тварин теплова загибель настає.

Температурний режим у наземному середовищі змінюється у межах і залежить від безлічі чинників: широти місцевості, висоти над рівнем моря, близькості водойм, пори року й доби, стану атмосфери, рослинного покриву тощо. У результаті еволюції організмів виробилися різноманітні пристосування, дозволяють регулювати обмін речовин за зміни температури довкілля. Це досягається двома шляхами: 1) біохімічними та фізіологічними перебудовами; 2) підтримкою температури тіла більш стабільному рівні, ніж температура довкілля. Життєдіяльність більшості видів залежить від тепла, що надходить ззовні, а температура тіла від ходу зовнішніх температур. Такі організми називають пійкілотермними. До них відносяться всі мікроорганізми, рослини, гриби, безхребетні тварини та більшість хордових. Тільки птахи та ссавці здатні підтримувати постійну температуру тіла незалежно від температури навколишнього середовища. Їх називають гомойотермними.

Адаптація рослин до температурного режиму.Стійкість рослин до змін температури середовища різна і залежить від конкретного місця проживання, де протікає їхнє життя. Вищі рослини помірно теплого та помірно холодного поясів еврітермни. Вони переносять у стані коливання температури від – 5 до +55ºС. У той самий час є види, мають дуже вузьку екологічну валентність стосовно температурі, тобто. є стенотермними. Наприклад, рослини тропічних лісівне переносять навіть температури +5–8ºС. Деякі водорості на снігу та льоду живуть лише за 0ºС. Тобто потреби в теплі у різних видів рослин неоднакові і варіюють у досить широких межах.

Види, що мешкають у місцях з постійно високими температурами, у процесі еволюції набули анатомо-морфологічних та фізіологічних адаптацій, спрямованих на запобігання перегріву.

До основних анатомо-морфологічних адаптацій відносяться: густе опушення листя, блискуча поверхня листя, що сприяє відображенню сонячних променів; зменшення площі листя, їх вертикальне положення, згортання в трубочку та ін. Деякі види здатні виділяти солі, з яких на поверхні рослин утворюються кристали, що відображають падіння на них промені сонця. У разі достатнього зволоження ефективним засобом від перегріву є устьична транспірація. Серед термофільних видів залежно від ступеня їхньої стійкості до високих температур можна виділити

1) нежаростійкірослини – пошкоджуються вже за +30–40ºС;

2) жаровитривалі– переносять півгодинне нагрівання до +50–60ºС (рослини пустель, степів, сухих субтропіків та ін.).

Рослини в саванах і сухих твердолистих лісах регулярно зазнають впливу пожеж, коли температура може підвищуватися до сотень градусів. Стійкі до пожеж рослини називають пірофітами. Вони мають на стовбурах товсту кірку, просочену вогнетривкими речовинами. Плоди і насіння їх мають товсті, часто здерев'яні покриви.

Життя багатьох рослин відбувається за умов низьких температур. За ступенем адаптації рослин до умов крайнього дефіциту тепла можна виділити такі групи:

1) нехолодостійкірослини сильно пошкоджуються або гинуть при температурах, що не досягають точки замерзання води. До них відносяться рослини тропічних областей;

2) неморозостійкірослини - переносять низькі температури, але гинуть, як тільки в тканинах починає утворюватися лід (деякі вічнозелені субтропічні рослини).

3) морозостійкі рослинивиростають у областях із холодними зимами.

Підвищують стійкість до низьких температур такі морфологічні адаптації рослин, як низькорослість та особливі форми росту – стелиться, подушкоподібні, які дозволяють використовувати мікроклімат приземного шару повітря влітку та бути захищеними сніговим покривом узимку.

Більш істотне значення для рослин мають фізіологічні механізми адаптації, що підвищують їх стійкість до холоду: листопад, відмирання надземних пагонів, накопичення в клітинах антифризів, зменшення вмісту води в клітинах та ін. олії, зменшується вміст води в цитоплазмі та підвищується її в'язкість. Усі ці зміни знижують точку замерзання тканин.

Багато рослин здатні зберігати життєздатність у промерзлому стані, наприклад фіалка альпійська, арктичний хрін, мокриця, маргаритка, ранньовесняні ефемероїди в лісовій зоні та ін.

Мохи та лишайники здатні переносити тривале промерзання у стані анабіозу. Велике значення в адаптації рослин до низьких температур має можливість збереження нормальної життєдіяльності шляхом зниження температурних оптимумів фізіологічних процесів та нижніх температурних кордонів, за яких ці процеси можливі.

У помірних і високих широтах у зв'язку з сезонною зміною кліматичних умов у рослин у річному циклі розвитку чергуються активні фази, що покоюються. Однорічні рослини після завершення вегетації переживають зиму у вигляді насіння, а багаторічні переходять у стан спокою. Розрізняють глибокийі вимушенийспокій. Рослини, що у стані глибокого спокою, не реагують на сприятливі теплові умови. Після закінчення глибокого спокою рослини готові до відновлення розвитку, але в природі взимку воно неможливе через низькі температури. Тому цю фазу називають вимушеним спокоєм.

Адаптація тварин до температурного режиму.У порівнянні з рослинами тварини мають більш різноманітні можливості регулювати температуру свого тіла завдяки здатності переміщатися в просторі і виробляти набагато більше власного внутрішнього тепла.

Основні шляхи адаптації тварин:

1) хімічна терморегуляція– це рефлекторне підвищення теплопродукції у відповідь зниження температури середовища, виходить з високому рівні метаболізму;

2) фізична терморегуляція- здійснюється за рахунок здатності утримувати тепло завдяки особливим характеристикам будови (наявність волосяного та перового покриву, розподіл жирових запасів та ін) та зміни рівня тепловіддачі;

3) поведінкова терморегуляція- Це пошук сприятливих місцепроживання, зміна пози, спорудження сховищ, гнізд та ін.

Для пойкілотермних тварин основним способом регулювання температури тіла є поведінковий. У сильну спеку тварини ховаються у тінь, нори. З наближенням зими шукають притулку, будують гнізда, знижують свою активність. Деякі види здатні підтримувати оптимальну температуру тіла за рахунок м'язів. Наприклад, джмелі розігрівають тіло спеціальними м'язовими скороченнями, що дає можливість кормитися в прохолодну погоду. Деякі пойкілотермні тварини уникають перегріву, посилюючи втрату тепла через випаровування. Наприклад, жаби, ящірки у спекотну погоду починають важко дихати чи тримають рот відкритим, посилюючи випаровування води через слизові оболонки.

Гомойотермні тварини відрізняються дуже ефективною регуляцією надходження та віддачі тепла, що дозволяє їм підтримувати постійну оптимальну температуру тіла. Механізми терморегуляції вони дуже різноманітні. Їм властива хімічна терморегуляція, що відрізняється високою інтенсивністю обміну речовин та виробленням великої кількості тепла. На відміну від пойкілотермних тварин, теплокровні при дії холоду окислювальні процеси не слабшають, а посилюються. У багатьох тварин утворюється додаткове тепло за рахунок м'язової та жирової тканини. У ссавців є спеціалізована бура жирова тканина, в якій вся енергія, що звільняється, йде на обігрів організму. Вона найбільше розвинена у тварин холодного клімату. Підтримка температури тіла за рахунок зростання вироблення тепла вимагає великої витрати енергії, тому тварини при посиленні хімічного регулюванняпотребують великої кількості їжі або витрачають багато жирових запасів. Тому посилення хімічного регулювання має межі, зумовлені можливістю добування корму. При нестачі корму взимку такий шлях терморегуляції екологічно невигідний.

Фізична терморегуляціяекологічно вигідніша, оскільки адаптація до холоду здійснюється рахунок збереження тепла у тілі тварини. Чинниками її є шкірні покриви, густе хутро ссавців, пір'яний та пуховий покрив птахів, жирові відкладення, випаровування води шляхом потовиділення або через слизові оболонки порожнини рота та верхніх дихальних шляхів, розміри та форма тіла тварини. Для зменшення тепловіддачі вигідніше великі розміри тіла (чим більше тіло, тим менша його поверхня на одиницю маси, а отже, і тепловіддача, і навпаки). З цієї причини особини близькоспоріднених видів теплокровних тварин, що мешкають у холодних умовах, мають більші розміри, ніж ті, які поширені у теплому кліматі. Ця закономірність отримала назву правила Бергмана. Регулювання температури здійснюється через виступаючі частини тіла – вушні раковини, кінцівки, хвости, органи нюху. У холодних районах, вони, як правило, менші за розмірами, ніж у тепліших ( правило Аллена). Для гомойотермних організмів важливе значеннямають також поведінкові способи терморегуляції, які дуже різноманітні – від зміни пози та пошуків укриттів до спорудження складних сховищ, гнізд, здійснення ближніх та далеких міграцій. Деякі теплокровні тварини з метою терморегуляції використовують групова поведінка. Наприклад, пінгвіни у сильний мороз збиваються у щільну купу. Усередині такого скупчення температура підтримується близько +37ºС навіть у найсильніші морози. Верблюди в пустелі в сильну спеку також збиваються в купу, але цим досягається запобігання сильному нагріванню поверхні тіла.

Поєднання різних способів хімічної, фізичної та поведінкової терморегуляції дозволяє теплокровним тваринам підтримувати постійну температуру тіла широкому діапазоні коливань температурного режиму довкілля.

водний режим.Нормальна життєдіяльність організму можлива лише за достатньому забезпеченні його водою. Режими вологості в наземно-повітряному середовищі дуже різноманітні – від повного насичення повітря водяними парами у вологих тропіках до майже повної відсутності вологи у повітрі та у ґрунті пустель. Наприклад, у Синайській пустелі річна кількість опадів становить 10-15 мм, а в Лівійській пустелі (в Асуані) їх не буває зовсім. Водопостачання наземних організмів залежить від режиму випадання опадів, наявності запасів ґрунтової вологи, водойм, рівня ґрунтових вод, рельєфу місцевості, особливостей циркуляції атмосфери і т. д. Це призвело до розвитку у наземних організмів безлічі адаптацій до різних режимів вологості місцепроживання.

Адаптація рослин до водного режиму.Нижчі наземні рослини поглинають воду із субстрату зануреними в нього частинами талому або різозідами, а вологу з атмосфери – усією поверхнею тіла.

Серед вищих рослин мохи поглинають воду із ґрунту ризоидами або нижньою частиною стебла (сфагнові мохи), а більшість інших – корінням. Надходження води в рослину залежить від величини сисної сили клітин кореня, ступеня розгалуженості кореневої системи та глибини проникнення коренів у ґрунт. Кореневі системи дуже пластичні та реагують на зміну умов, насамперед зволоження.

При нестачі вологи в поверхневих горизонтах ґрунту у багатьох рослин кореневі системи проникають глибоко в ґрунт, але слабо гілкуються, як, наприклад, у саксаула, верблюжої колючки, сосни звичайної, волошка шорсткого і ін. У багатьох злаків, навпаки, кореневі системи сильно гілкуються розростаються в поверхневих шарах ґрунту (у жита, пшениці, ковили та ін). Вода, що надійшла в рослину, проводиться по ксилемі по всіх органах, де витрачається на життєві процеси. У середньому 0,5% йде на фотосинтез, а решта – на поповнення втрат від випаровування та підтримання тургору. Водний баланс рослини залишається урівноваженим у тому випадку, якщо поглинання води, її проведення та витрачання гармонійно узгоджені один з одним. Залежно від здатності регулювати водний баланс свого тіла, наземні рослини ділять на пойкілогідридні та гомойогідридні.

Пойкілогідрідні рослинине здатні активно регулювати свій водяний баланс. Вони не мають пристроїв, що сприяють утриманню води в тканинах. Зміст води у клітинах визначається вологістю повітря і від її коливання. До пойкілогідридних рослин відносяться наземні водорості, лишайники, деякі мохи та папороті тропічних лісів. У посушливий період ці рослини висихають майже до повітряно-сухого стану, але після дощу знову оживають і зеленіють.

Гомойогідридні рослиниздатні підтримувати на відносно постійному рівні вміст води у клітинах. До них належать більшість вищих наземних рослин. У них у клітинах є велика центральна вакуоля, завдяки чому завжди є запас води. Крім того, транспірація регулюється устьичним апаратом, а пагони покриті епідермою з малопроникною для води кутикулою.

Однак здібності рослин регулювати свій водний обмін неоднакові. Залежно від їх пристосованості до умов вологості житла виділяють три основні екологічні групи: гігрофіти, ксерофіти та мезофіти.

Гігрофіти- Це рослини вологих місцепроживання: боліт, сирих лук і лісів, берегів водойм. Вони не виносять водного дефіциту, на зменшення вологості ґрунту та повітря реагують швидким зав'яданням або пригніченням росту. Листові платівки у них широкі, що не мають товстої кутикули. Клітини мезофілу розташовуються пухко, з-поміж них є великі межклетники. Продихи у гігрофітів зазвичай широко розкриті і розташовуються нерідко з обох сторін листової платівки. У зв'язку з цим інтенсивність транспірації вони дуже висока. У деяких рослин сильно зволожених місцепроживання надлишок води видаляється через гідатоди (водяні продихи), розташовані по краю листа. Надмірне зволоження ґрунту призводить до зменшення вмісту в ньому кисню, що ускладнює дихання та всмоктувальну функцію коренів. Тому коріння гігрофітів розташовуються в поверхневих горизонтах грунту, вони слабо гілкуються, і на них мало кореневих волосків. В органах багатьох трав'янистих гігрофітів добре розвинена система міжклітинників, якими надходить атмосферне повітря. У рослин, що мешкають на сильно перезволожених ґрунтах, що періодично заливаються водою, утворюються особливі дихальні корені, як, наприклад, у болотяного кипарису, або опорні, як у мангрових деревних рослин.

Ксерофітиздатні в активному стані переносити значну тривалу сухість повітря та ґрунту. Вони поширені в степах, пустелях, сухих субтропіках тощо. У зоні помірного клімату поселяються на сухих піщаних та супіщаних ґрунтах, на підвищених ділянках рельєфу. Здатність ксерофітів переносити нестачу вологи обумовлена ​​їх анатомо-морфологічними та фізіологічними особливостями. За цими ознаками їх поділяють на дві групи: сукулентиі склерофіти.

Сукуленти- багаторічні рослини з соковитим м'ясистим листям або стеблами, в яких сильно розвинена водозапасна тканина. Розрізняють листові сукуленти – алое, агави, очитки, молодило та стеблові, у яких листя редуковані, а наземні частини представлені м'ясистими стеблами (кактуси, деякі молочаї). Відмінною особливістю сукулентів є здатність запасати велику кількість води та вкрай економно її витрачати. Інтенсивність транспірації у них дуже низька, так як продихів дуже мало, вони часто занурені в тканину листа або стебла і вдень зазвичай закриті, що допомагає їм обмежувати витрату води. Закривання продихів днем ​​призводить до утруднення процесів фотосинтезу і газообміну, тому у сукулентів виробився особливий шлях фотосинтезу, при якому частково використовується вуглекислий газ, що виділяється в процесі дихання. У зв'язку з цим інтенсивність фотосинтезу у них невелика, із чим пов'язані повільне зростання і досить низька конкурентоспроможність. Для сукулентів характерний низький осмотичний тиск клітинного соку, За винятком тих, які ростуть на засолених ґрунтах. Кореневі системи у них поверхневі, сильно розгалужені та швидко зростаючі.

Склерофіти – це рослини жорсткі, сухі на вигляд завдяки великій кількості механічної тканини та слабкій обводненості листя та стебел. Листя у багатьох видів дрібні, вузькі або редуковані до лусочок, колючок; часто мають густе опушення (котяча лапка, перстач сріблястий, багато полину та ін) або восковий наліт (васильок російський та ін). Кореневі системи у них добре розвинені і нерідко загалом у багато разів перевищують надземні частини рослин. Успішно витримувати нестачу вологи склерофітам допомагають і різноманітні фізіологічні адаптації: високий осмотичний тиск клітинного соку, стійкість до зневоднення тканин, висока водоутримуюча здатність тканин та клітин, зумовлена ​​високою в'язкістю цитоплазми. Багато склерофітів використовують для вегетації найбільш сприятливі періоди року, а при настанні посухи різко знижують процеси життєдіяльності. Всі ці властивості ксерофітів сприяють підвищенню їх посухостійкості.

Мезофітивиростають у середніх умовах зволоження. Вони більш вимогливі до вологи, ніж ксерофіти, і менше, ніж гігрофіти. Тканини листа мезофітів диференційовані на стовпчасту та губчасту паренхіму. Покривні тканини можуть мати деякі ксероморфні риси (рідкісне опушення, потовщений шар кутикули). Але вони менш яскраво виражені, ніж у ксерофітів. Кореневі системи можуть глибоко проникати в ґрунт або розташовуватись у поверхневих горизонтах. за своїми екологічними потребами мезофіти – дуже різноманітна група. Так, серед лугових та лісових мезофітів є види з підвищеною вологолюбністю, для яких властиві високий вміст води в тканинах і досить слабка водоутримуюча здатність. Такі лисохвіст луговий, тонконіг болотний, луговик дернистий, голокучник Ліннея та багато інших.

У місцях проживання з періодичним або постійним (невеликим) недоліком вологи мезофіти мають ознаки ксероморфної організації та підвищену фізіологічну стійкість до посухи. Прикладом таких рослин є дуб черешковий, конюшина гірська, подорожник середній, люцерна серпоподібна та ін.

Адаптація тварин.По відношенню до водного режиму серед тварин можна виділити гігрофіли (вологолюбні), ксерофіли (сухолюбні) і мезофіли (що віддають перевагу середнім умовам зволоження). Прикладом гігрофілів є мокриці, комарі, ногохвостки, бабки та ін. Усі вони не виносять значного водного дефіциту та погано переносять навіть короткочасну посуху. Ксерофільні варани, верблюди, пустельна сарана, жуки-чорнотілки та ін. Вони заселяють найпосушливіші місця проживання.

Тварини отримують воду через питво, їжу та рахунок окислення органічних речовин. Питної води потребують багато ссавців і птиці (слони, леви, гієни, ластівки, стрижі та ін.). Без питної водиможуть обходитися такі пустельні види, як тушканчики, африканські піщанки, американський кенгуровий щур. Виключно за рахунок метаболічної води живуть гусениці платтяної молі, коморний та рисовий довгоносики та багато інших.

Для тварин характерні способи регулювання водного балансу: морфологічний, фізіологічний, поведінковий.

До морфологічнимспособам підтримки водного балансу відносяться утворення, що сприяють утриманню води в тілі: раковини наземних равликів, ороговілі покриви плазунів, слабка водопроникність покривів у комах та ін. Показано, що проникність покривів комах не залежить від структури хітину, а визначається найтоншим восковим . Руйнування цього шару різко підвищує випаровування через покриви.

До фізіологічнимПристосувань регуляції водного обміну відносяться здатність до утворення метаболічної вологи, економія води при виділенні сечі та фекалій, витривалість до зневоднення організму, зміна потовиділення та віддачі води через слизові оболонки. Економія води в травному тракті досягається всмоктуванням води кишечником та утворенням практично зневоднених фекалій. У птахів та рептилій кінцевим продуктом азотистого обміну є сечова кислота, для виведення якої практично не витрачається вода. Активне регулювання потовиділення та випаровування вологи з поверхні дихальних шляхів широко використовується гомойотермними тваринами. Наприклад, у верблюда в екстремальних випадках дефіциту вологи припиняється потовиділення і різко скорочується випаровування з дихальних шляхів, що веде до утримання води в організмі. Випаровування, пов'язане з необхідністю терморегуляції, може спричиняти зневоднення організму, тому багато дрібних теплокровних тварин у сухому та спекотному кліматі уникають впливу спеки і економлять вологу, ховаючись під землею.

У пойкілотермних тварин підвищення температури тіла за нагріванням повітря дозволяє уникати зайвих втрат води, проте вони можуть повністю уникнути втрат на випаровування. Тому і для холоднокровних тварин основний шлях збереження водного балансу за життя в аридних умовах – це уникнення зайвих теплових навантажень. Тому в комплексі пристосувань до водного режиму наземного середовища велике значення мають поведінкові методирегуляції водного балансу До них відносяться спеціальні формиповедінки: риття нір, пошуки водойм, вибір місць проживання та ін. Це особливо важливо для травоїдних і зерноїдних тварин. Для багатьох із них наявність водойм – обов'язкова умовазаселення посушливих районів. Наприклад, розподіл у пустелі таких видів, як капський буйвол, водяний козел, деяких антилоп, повністю залежить від наявності водопоїв. Багато рептилій і дрібні ссавці живуть у норах, де відносно низька температура та висока вологість сприяють водному обміну. Птахи часто використовують дупла, тінисті крони дерев і т.п.

Санкт-Петербурзька державна академія

Ветеринарна медицина.

Кафедра загальної біології, екології та гістології.

Реферат з екології на тему:

Наземно-повітряне середовище, його фактори

та адаптації організмів до них»

Виконав: Студент 1-го курсу

Ой групи П'яточенко Н. Л.

Перевірив: доцент кафедри

Вахмістрова С. Ф.

Санкт-Петербург

Вступ

Умови життя (умови існування) – це сукупність необхідних організму елементів, із якими перебуває у нерозривний зв'язок і яких існувати неспроможна.

Пристосування організму до середовища звуться адаптації. Здатність до адаптацій – одна з основних властивостей життя взагалі, що забезпечує можливість її існування, виживання та розмноження. Адаптація проявляється на різних рівнях – від біохімії клітин та поведінки окремих організмів до будови та функціонування спільнот та екосистем. Адаптації виникають і змінюються під час еволюції виду.

Окремі властивості чи елементи середовища, що впливають організми, називаються екологічними чинниками. Чинники середовища різноманітні. Вони мають різну природу та специфіку дії. Екологічні чинники поділяються на дві великі групи: абіотичні та біотичні.

Абіотичні фактори– це комплекс умов неорганічного середовища, що впливають на живі організми прямо чи опосередковано: температура, світло, радіоактивне випромінювання, тиск, вологість повітря, сольовий склад води і т.д.

Біотичні чинники – це форми впливу живих організмів друг на друга. Кожен організм постійно відчуває на собі прямий чи опосередкований вплив інших, вступаючи у зв'язок із представниками свого та інших видів.

В окремих випадках антропогенні фактори виділяють у самостійну групупоряд з біотичними та абіотичними факторами, підкреслюючи надзвичайну дію антропогенного фактора.

Антропогенні фактори – це всі форми діяльності людського суспільства, які призводять до зміни природи як довкілля інших видів або безпосередньо позначаються на їхньому житті. Значення антропогенного на весь живий світ Землі продовжує стрімко зростати.

Зміни факторів середовища у часі можуть бути:

1) регулярно-постійними, що змінюють силу впливу у зв'язку з часом доби, сезоном року або ритмом припливів та відливів в океані;

2) нерегулярними, без чіткої періодичності, наприклад, зміна погодних умов у різні роки, бурі, зливи, селі тощо;

3) спрямованими протягом певних чи тривалих відрізків часу, наприклад, похолодання чи потепління клімату, заростання водойми тощо.

Екологічні чинники середовища можуть чинити на живі організми різні впливи:

1) як подразники, викликаючи пристосувальні зміни фізіологічних та біохімічних функцій;

2) як обмежувачі, що зумовлюють неможливість існування даних

умовах;

3) як модифікатори, що викликають анатомічні та морфологічні зміни організмів;

4) як сигнали, що свідчать про зміну інших факторів.

Незважаючи на велику різноманітність екологічних факторів, у характері їх взаємодії з організмами і в реакціях у відповідь живих істот можна виділити ряд загальних закономірностей.

Інтенсивність екологічного чинника, найбільш сприятлива життєдіяльності організму, оптимум, а що дає найгірший ефект – песимум, тобто. умови, у яких життєдіяльність організму максимально пригнічується, але ще може існувати. Так, при вирощуванні рослин у різних температурних режимах точка, за якої спостерігається максимальне зростання, і буде оптимумом. Найчастіше це якийсь діапазон температур, що становить кілька градусів, тому тут краще говорити про зону оптимуму. Весь інтервал температур (від мінімальної до максимальної), при яких можливе зростання, називають діапазоном стійкості (витривалості), або толерантності. Точка, що обмежує його (тобто мінімальна та максимальна) придатні для життя температури – це межа стійкості. Між зоною оптимуму і межею стійкості з наближенням до останнього рослина відчуває все наростаючий стрес, тобто. йдеться про стресові зони, або зони пригнічення, в рамках діапазону стійкості

Залежність дії екологічного чинника з його інтенсивності (за В.А. Радкевичу, 1977)

У міру видалення вгору і вниз але шкалою не тільки посилюється стрес, а зрештою, після досягнення меж стійкості організму, відбувається його загибель. Подібні експерименти можна проводити для перевірки впливу інших факторів. Результати графічно відповідатимуть кривою такого типу

Наземно-повітряне середовище життя, його характеристика та форми адаптації до неї.

Життя на суші зажадало таких пристроїв, які виявилися можливими лише у високоорганізованих живих організмів. Наземно-повітряне середовище складніше для життя, воно відрізняється високим вмістом кисню, малою кількістю водяної пари, низькою щільністю і т.д. Це сильно змінило умови дихання, водообміну та пересування живих істот.

Низька щільність повітря визначає його малу підйомну силу та незначну опорність. Організми повітряного середовища повинні мати власну опорну систему, що підтримує тіло: рослини – різноманітні механічні тканини, тварини – твердий чи гідростатичний скелет. Крім цього, всі жителі повітряного середовища тісно пов'язані з поверхнею землі, яка служить їм для прикріплення та опори.

Мала щільність повітря забезпечує низьку опірність пересування. Тому багато наземних тварин набули здатності до польоту. До активного польоту пристосувалося 75% усіх наземних, переважно комахи та птахи.

Завдяки рухливості повітря, що існує в нижніх шарах атмосфери, вертикальним і горизонтальним потокам повітряних мас можливий пасивний політ організмів. У зв'язку з цим у багатьох видів розвинена анемохорія – розселення за допомогою повітряних потоків. Анемохорія характерна для суперечок, насіння та плодів рослин, цист найпростіших, дрібних комах, павуків тощо. Пасивно переносяться потоками повітря організми отримали разом назву аеропланктону.

Наземні організми існують в умовах порівняно низького тиску, зумовленого малою густиною повітря. У нормі воно дорівнює 760 мм ртутного стовпа. Зі збільшенням висоти над рівнем моря тиск зменшується. Низький тиск може обмежувати поширеність видів у горах. Для хребетних тварин верхня межа життя близько 60 мм. Зниження тиску спричиняє зменшення забезпеченості киснем та зневоднення тварин за рахунок збільшення частоти дихання. Приблизно такі самі межі просування у горах мають вищі рослини. Дещо витриваліші членистоногі, які можуть зустрічатися на льодовиках, вище межі рослинності.

Газовий склад повітря. Крім фізичних властивостей повітряного середовища, для існування наземних організмів дуже важливими є її хімічні властивості. Газовий склад повітря у приземному шарі атмосфери досить однорідний щодо вмісту основних компонентів (азот – 78,1%, кисень – 21,0%, аргон 0,9%, вуглекислий газ – 0,003% від обсягу).

Високий вміст кисню сприяло підвищенню обміну речовин у наземних організмів проти первинноводними. Саме наземної обстановці, з урахуванням високої ефективності окисних процесів у організмі, виникла гомойтермія тварин. Кисень через постійний його високий вміст у повітрі не є лімітуючим фактором життя в наземному середовищі.

Вміст вуглекислого газу може змінюватись в окремих ділянках приземного шару повітря у досить значних межах. Підвищене насичення повітря? виникає у зонах вулканічної активності, біля термальних джерелта інших підземних виходів цього газу. У високих концентраціях вуглекислий газ є токсичним. У природі такі концентрації трапляються рідко. Низький вміст С02 гальмує процес фотосинтезу. В умовах закритого ґрунту можна підвищити швидкість фотосинтезу, збільшивши концентрацію вуглекислого газу. Цим користуються у практиці тепличного та оранжерейного господарства.

Азот повітря для більшості жителів наземного середовища є інертним газом, але окремі мікроорганізми (клубенькові бактерії, азотбактерії, синьо-зелені водорості та ін) мають здатність зв'язувати його і залучати в біологічний кругообіг речовин.

Дефіцит вологи – одна із суттєвих особливостей наземно-повітряного середовища життя. Вся еволюція наземних організмів йшла під знаком пристосування до добування та збереження вологи. Режими вологості середовища на суші дуже різноманітні - від повного та постійного насичення повітря водяними парами в деяких районах тропіків до практично повної їх відсутності в сухому повітрі пустель. Також значна добова та сезонна мінливість вмісту водяної пари в атмосфері. Водозабезпеченість наземних організмів залежить також від режиму випадання опадів, наявності водойм, запасів ґрунтової вологи, близькості фунтових вод тощо.

Це призвело до розвитку наземних організмів адаптації до різних режимів водозабезпечення.

Температурний режим. Наступною відмінною рисою повітряно-наземного середовищає значні температурні коливання. У більшості районів суші добові та річні амплітуди температур становлять десятки градусів. Стійкість до температурним змінамсередовища у наземних жителів дуже різна, залежно від цього, у якому конкретному місцепроживання проходить життя. Проте загалом наземні організми значно евритермнее проти водними організмами.

Умови життя у наземно-повітряному середовищі ускладнюються, крім того, існуванням погодних змін. Погода – безперервно мінливі стани атмосфери біля позикової поверхні, до висоти приблизно 20 км (кордон тропосфери). Мінливість погоди проявляється у постійному варіюванні поєднання таких факторів середовища, як температура, вологість повітря, хмарність, опади, сила та напрямок вітру тощо. Багаторічний режим погоди характеризує клімат місцевості. У поняття «Клімат» входять не лише середні значення метеорологічних явищ, але також їх річний та добовий перебіг, відхилення від нього та їх повторюваність. Клімат визначається географічними умовами району. Основні кліматичні фактори – температура та вологість – вимірюються кількістю опадів та насиченістю повітря водяними парами.

Для більшості наземних організмів, особливо дрібних, не так важливий клімат району, скільки умови їхнього безпосереднього проживання. Дуже часто місцеві елементи середовища (рельєф, експозиція, рослинність тощо) так змінюють у конкретній ділянці режим температур, вологості, світла, руху повітря, що значно відрізняється від кліматичних умов місцевості. Такі модифікації клімату, які у приземному шарі повітря, називаються мікрокліматом. У кожній зоні мікроклімат дуже різноманітний. Можна виділити мікроклімат дуже невеликих ділянок.

Світловий режим наземно-повітряного середовища також має деякі особливості. Інтенсивність і кількість світла тут найбільші і практично не лімітують життя зелених рослин, як у воді чи ґрунті. На суші можливе існування надзвичайно світлолюбних видів. Для переважної більшості наземних тварин з денною і навіть нічною активністю зір є одним із основних способів орієнтації. У наземних тварин зір має важливе значення для пошуків видобутку, багато видів мають навіть кольоровий зір. У зв'язку з цим у жертв виникають такі пристосувальні особливості, як захисна реакція, забарвлення, що маскує і попереджає, мімікрія і т.д.

У водних мешканців такі адаптації розвинені значно менше. Виникнення яскраво забарвлених квіток вищих рослин також пов'язане з особливостями апарату запилювачів і зрештою – зі світловим режимом середовища.

Рельєф місцевості та властивості ґрунту – також умови життя наземних організмів та, в першу чергу, рослин. Властивості земної поверхні, що надають екологічний вплив на її мешканців, поєднуються «едафічними факторами середовища» (від грецького «едафос» – «грунт»).

По відношенню до різних властивостей ґрунтів можна виділити цілу низку екологічних груп рослин. Так, по реакції на кислотність ґрунту розрізняють:

1) ацидофільні види – ростуть на кислих ґрунтах із рН не менше 6,7 (рослини сфагнових боліт);

2) нейтрофільні схильні рости на ґрунтах із рН 6,7–7,0 (більшість культурних рослин);

3) базифільні ростуть при рН більше 7,0 (мордовник, лісова ветренниця);

4) індиферентні можуть виростати на ґрунтах з різним значенням рН (конвалія).

Відрізняються рослини і по відношенню до вологості ґрунту. Певні види присвячені різним субстратам, наприклад, петрофіти ростуть на кам'янистих грунтах, пасмофіти заселяють сипкі піски.

Рельєф місцевості та характер ґрунту впливають на специфіку пересування тварин: наприклад, копитних, страусів, дрохв, що живуть на відкритих просторах, твердому ґрунті, для посилення відштовхування при бігу. У ящірок, що мешкають у сипких пісках, пальці облямовані бахромою з рогових лусочок, що збільшують опори. Для наземних жителів, що риють нори, щільний ґрунт несприятливий. Характер ґрунту в певних випадках впливає на розподіл наземних тварин, що риють нори або зариваються в ґрунт, або відкладають яйця в ґрунт і т.д.

Про склад повітря.

Газовий склад повітря, яким ми дихаємо, має такий вигляд: 78% становить азот, 21% - кисень і 1% припадає на інші гази. Але у атмосфері великих промислових міст це співвідношення часто порушено. Значну частку становлять шкідливі домішки, зумовлені викидами підприємств та автотранспорту. Автотранспорт привносить в атмосферу багато домішок: вуглеводні невідомого складу, бенз(а)пірен, вуглекислий газ, сполуки сірки та азоту, свинець, чадний газ.

Атмосфера складається з суміші ряду газів - повітря, в якому зважені колоїдні домішки - пил, крапельки, кристали та ін. З висотою склад атмосферного повітрязмінюється мало. Однак, починаючи з висоти близько 100 км, поряд з молекулярним киснем і азотом з'являється і атомарний в результаті дисоціації молекул, і починається гравітаційний поділ газів. Понад 300 км в атмосфері переважає атомарний кисень, вище 1000 км - гелій і потім атомарний водень. Тиск та щільність атмосфери зменшуються з висотою; близько половини всієї маси атмосфери зосереджено в нижніх 5 км, 9/10 – у нижніх 20 км та 99,5% – у нижніх 80 км. На висотах близько 750 км щільність повітря падає до 10-10 г/м3 (тоді як біля земної поверхні вона близько 103 г/м3), але така мала щільність ще достатня виникнення полярних сяйв. Різкої верхньої межі атмосфера немає; щільність складових її газів

До складу атмосферного повітря, яким дихає кожен із нас, входять кілька газів, основними з яких є: азот(78.09%), кисень(20.95%), водень(0.01%) двоокис вуглецю (вуглекислий газ)(0.03%) та інертні гази (0,93%). Крім того, в повітрі завжди знаходиться деяка кількість водяних парів, кількість яких завжди змінюється зі зміною температури: чим вище температура, тим вміст пари більше і навпаки. Внаслідок коливання кол-ва водяної пари в повітрі відсотковий вміст у ньому газів також непостійно. Усі гази, що входять до складу повітря, безбарвні та не мають запаху. Вага повітря змінюється залежно як від температури, а й від вмісту у ньому водяної пари. При однаковій температурі вага сухого повітря більша, ніж вологого, т.к. водяні пари значно легші за пари повітря.

У таблиці наведено газовий склад атмосфери в об'ємному масовому відношенні, а також життя основних компонентів:

Властивості газів, що входять до складу атмосферного повітря, під тиском змінюються.

Наприклад: кисень під тиском більше двох атмосфер надає отруйну дію на організм.

Азот під тиском понад 5 атмосфер має наркотичну дію (азотне сп'яніння). Швидке піднесення з глибини викликає кесонну хворобу через бурхливе виділення бульбашок азоту з крові, як би спінюючи її.

Підвищення вуглекислого газу більше 3% дихальної суміші викликає смерть.

Кожен компонент, що входить до складу повітря, з підвищенням тиску до певних меж стає отрутою, здатною отруїти організм.

Дослідження газового складуатмосфери. Атмосферна хімія

Для історії бурхливого розвитку порівняно молодої галузі науки, що називається атмосферною хімією, найбільше підходить термін "спурт" (кидок), що застосовується у високошвидкісних видах спорту. Пострілом зі стартового пістолета, мабуть, послужили дві статті, опубліковані на початку 1970-х років. У них йшлося про можливе руйнування стратосферного озону оксидами азоту - NO і NO2. Перша належала майбутньому нобелівському лауреату, а тоді співробітнику Стокгольмського університету П. Крутцену, який вважав за ймовірне джерело оксидів азоту в стратосфері закис азоту N2O природного походження, що розпадається під дією сонячного світла. Автор другої статті, хімік з Каліфорнійського університету в Берклі Г. Джонстон припустив, що оксиди азоту з'являються в стратосфері внаслідок людської діяльності, а саме – при викидах продуктів згоряння реактивних двигунів висотних літаків.

Звісно, ​​вищезгадані гіпотези виникли не так на порожньому місці. Співвідношення принаймні основних компонентів в атмосферному повітрі - молекул азоту, кисню, водяної пари та ін - було відомо набагато раніше. Вже у другій половині ХІХ ст. у Європі проводилися вимірювання концентрації озону у приземному повітрі. У 1930-ті роки англійський учений С.Чепмен відкрив механізм формування озону в суто кисневій атмосфері, вказавши набір взаємодій атомів і молекул кисню, а також озону без будь-яких інших складових повітря. Однак наприкінці 50-х років виміри за допомогою метеорологічних ракет показали, що озону в стратосфері набагато менше, ніж має бути згідно з циклом реакцій Чепмена. Хоча цей механізм і досі залишається основним, стало ясно, що існують якісь інші процеси, які також беруть активну участь у формуванні атмосферного озону.

Не зайве згадати, що знання в галузі атмосферної хімії до початку 70-х років здебільшого були отримані завдяки зусиллям окремих учених, чиї дослідження не були об'єднані якоюсь суспільно значущою концепцією і носили найчастіше суто академічний характер. Інша справа - робота Джонстона: згідно з його розрахунками, 500 літаків, літаючи по 7 годин на день, могли скоротити кількість стратосферного озону не менше ніж на 10%! І якби ці оцінки були справедливі, то проблема одразу ставала соціально-економічною, оскільки в цьому випадку всі програми розвитку надзвукової транспортної авіації та супутньої інфраструктури мали зазнати суттєвого коригування, а можливо, й закриття. До того ж тоді вперше реально постало питання, що антропогенна діяльність може стати причиною не локального, але глобального катаклізму. Природно, у ситуації теорія потребувала дуже жорсткої і водночас оперативної проверке.

Нагадаємо, що суть вищезгаданої гіпотези полягала в тому, що оксид азоту вступає в реакцію з озоном NO + O3 ® NO2 + O2, потім діоксид азоту, що утворився в цій реакції, реагує з атомом кисню NO2 + O ® NO + O2, тим самим відновлюючи присутність NO в атмосфері, тоді як молекула озону втрачається безповоротно. При цьому така пара реакцій, що становить азотний каталітичний цикл руйнування озону, повторюється доти, доки будь-які хімічні або фізичні процеси не призведуть до видалення оксидів азоту з атмосфери. Так, наприклад, NO2 окислюється до азотної кислоти HNO3, добре розчинної у воді, і тому видаляється з атмосфери хмарами та опадами. Азотний каталітичний цикл дуже ефективний: одна молекула NO за час перебування в атмосфері встигає знищити десятки тисяч молекул озону.

Але, як відомо, біда не приходить одна. Незабаром фахівці з університетів США - Мічигана (Р.Столярські та Р.Цицероне) та Гарварда (С.Вофсі та М. Макелрой) - виявили, що в озону може бути ще більш нещадний ворог - з'єднання хлору. Хлорний каталітичний цикл руйнування озону (реакції Cl + O3 ® ClO + O2 та ClO + O ® Cl + O2), за їх оцінками, був у кілька разів ефективніший за азотний. Стриманий оптимізм викликало лише те, що кількість хлору природного походження в атмосфері порівняно невелика, а отже, сумарний ефект його на озон може виявитися не надто сильним. Проте ситуація кардинально змінилася, коли у 1974 р. співробітники Каліфорнійського університету в Ірвіні Ш. Роуленд та М. Моліна встановили, що джерелом хлору в стратосфері є хлорфторвуглеводневі сполуки (ХФУ), які масово використовуються в холодильних установках, аерозольних упаковках тощо. Будучи негорючими, нетоксичними та хімічно пасивними, ці речовини повільно переносяться висхідними повітряними потоками від земної поверхні до стратосфери, де їх молекули руйнуються сонячним світлом, внаслідок чого виділяються вільні атоми хлору. Промислове виробництво ХФУ, що почалося в 30-ті роки, та їх викиди в атмосферу постійно нарощувалися у всі наступні роки, особливо у 70-ті та 80-ті. Таким чином протягом дуже короткого проміжку часу теоретики позначили дві проблеми атмосферної хімії, зумовлені інтенсивним антропогенним забрудненням.

Однак, щоб перевірити спроможність висунутих гіпотез, необхідно було виконати чимало завдань.

По перше,розширити лабораторні дослідження, у ході яких можна було б визначити чи уточнити швидкості перебігу фотохімічних реакцій між різними компонентами атмосферного повітря. Треба сказати, що існували на той час дуже мізерні дані про ці швидкості до того ж мали неабияку (до кількох сотень відсотків) похибку. Крім того, умови, в яких проводилися виміри, як правило, мало відповідали реаліям атмосфери, що серйозно посилювало помилку, оскільки інтенсивність більшості реакцій залежала від температури, а іноді від тиску чи густини атмосферного повітря.

По-друге,посилено вивчати радіаційно-оптичні властивості низки малих газів атмосфери в лабораторних умов. Молекули значної кількості складових атмосферного повітря руйнуються ультрафіолетовим випромінюванням Сонця (у реакціях фотолізу), у тому числі як згадані вище ХФУ, але й молекулярний кисень, озон, оксиди азоту та ще. Тому оцінки параметрів кожної реакції фотолізу були настільки необхідні і важливі для правильного відтворення хімічних атмосферних процесів, як і швидкості реакцій між різними молекулами.

По-третє,Необхідно було створювати математичні моделі, здатні якнайповніше описувати взаємні хімічні перетворення компонентів атмосферного повітря. Як вже згадувалося, продуктивність руйнування озону в каталітичних циклах визначається тим, як довго перебуває в атмосфері каталізатор (NO, Cl або будь-якої іншої). Зрозуміло, що такий каталізатор, взагалі-то кажучи, міг вступити в реакцію з будь-якою з десятків складових атмосферного повітря, швидко руйнуючись при цьому, і тоді шкода стратосферному озону виявилася значно меншою, ніж передбачалося. З іншого боку, коли в атмосфері щомиті відбувається безліч хімічних перетворень, цілком імовірно виявлення інших механізмів, що прямо чи опосередковано впливають на утворення та руйнування озону. Нарешті, такі моделі можуть виділити і оцінити значимість окремих реакцій чи його груп у формуванні інших газів, які входять до складу атмосферного повітря, і навіть дозволити обчислити концентрації газів, які недоступні вимірам.

І наостанок,мав організувати широку мережу для вимірювань вмісту повітря різних газів, зокрема сполук азоту, хлору та інших., використовуючи із метою наземні станції, запуски метеозондів і метеоракет, польоти літаків. Безумовно, створення бази даних було найдорожчим завданням, яке й вирішити короткий час. Однак тільки вимірювання могли дати вихідну точку для теоретичних досліджень, будучи одночасно пробним каменем істинності висловлених гіпотез.

З початку 70-х принаймні раз на три роки виходять спеціальні збірки, що постійно поповнюються, що містять відомості про всі значущі атмосферні реакції, включаючи реакції фотолізу. Причому похибка визначення параметрів реакцій між газовими компонентами повітря сьогодні становить, зазвичай, 10-20%.

На другу половину цього десятиліття посідає бурхливий розвиток моделей, що описують хімічні перетворення в атмосфері. Найбільше їх було створено США, але з'явилися й у Європі, й у СРСР. Спочатку це були боксові (нульмерні), а потім і одновимірні моделі. Перші відтворювали з різним ступенемдостовірності зміст основних атмосферних газів у заданому обсязі - боксі (звідси та їх назва) - внаслідок хімічних взаємодій між ними. Оскільки постулювалося збереження загальної маси повітряної суміші, видалення якоїсь її частки з боксу, наприклад, вітром, не розглядалося. Боксові моделі були зручні для з'ясування ролі окремих реакцій або їх груп у процесах хімічних утворень та руйнувань газів атмосфери для оцінки чутливості газового складу атмосфери до неточностей визначення швидкостей реакцій. З їх допомогою дослідники могли, поставивши в боксі атмосферні параметри (зокрема, температуру і щільність повітря), що відповідають висоті польотів авіації, оцінити у грубому наближенні, як зміняться концентрації атмосферних домішок у результаті викидів продуктів згоряння двигунами літаків. У той же час боксові моделі були непридатні для вивчення проблеми хлорфторвуглеводнів (ХФУ), оскільки не могли описати процес їхнього переміщення від земної поверхні до стратосфери. Ось тут стали в нагоді одномірні моделі, які поєднували в собі облік докладного опису хімічних взаємодій в атмосфері та перенесення домішок у вертикальному напрямку. І хоча вертикальне перенесення ставилося і тут досить грубо, використання одновимірних моделей було помітним кроком уперед, оскільки вони давали можливість якось описати реальні явища.

Озираючись назад, можна сказати, що наші сучасні знаннябагато в чому базуються на проведеній у ті роки за допомогою одновимірних та боксових моделей чорнової роботи. Вона дозволила визначити механізми формування газового складу атмосфери, оцінити інтенсивність хімічних джерел та стоки окремих газів. Важлива особливість цього етапу розвитку атмосферної хімії в тому, що нові ідеї, що народжувалися, апробувалися на моделях і широко обговорювалися серед фахівців. Отримані результати часто порівнювали з оцінками інших наукових груп, оскільки натурних вимірів було явно недостатньо, та й точність їх була дуже низькою. Крім того, для підтвердження правильності моделювання тих чи інших хімічних взаємодій було необхідно проводити комплексні вимірювання, коли одночасно визначалися концентрації всіх реагентів, що брали участь, що в той час, та й зараз, було практично неможливо. (Досі проведено лише кілька вимірів комплексу газів з "Шаттла" протягом 2-5 діб.) Тому модельні дослідження йшли попереду експериментальних, і теорія не так пояснювала проведені натурні спостереження, скільки сприяла їх оптимальному плануванню. Наприклад, така сполука, як хлорний нітрат ClONO2, спочатку з'явилася у модельних дослідженнях і тільки потім була виявлена ​​в атмосфері. Навіть порівнювати виміри з модельними оцінками було важко, оскільки одновимірна модель не могла врахувати горизонтальних рухів повітря, через що атмосфера передбачалася горизонтально однорідною, а отримані модельні результати відповідали деякому середньоглобальному її стану. Однак насправді склад повітря над індустріальними регіонами Європи чи США дуже відрізняється від його складу над Австралією чи над акваторією. Тихого океану. Тому результати будь-якого натурного спостереження значною мірою залежать від місця та часу проведення вимірювань і, звичайно, не відповідають точності середньоглобальному значенню.

Щоб усунути цю прогалину в моделюванні, в 80-ті роки дослідники створюють двовимірні моделі, в яких поряд з вертикальним перенесенням враховувалося і перенесення повітря вздовж меридіана (вздовж кола широти атмосфера, як і раніше, вважалася однорідною). Створення таких моделей спочатку було пов'язане зі значними труднощами.

По перше,різко зростала кількість зовнішніх модельних параметрів: у кожному вузлі сітки необхідно було задати швидкості вертикального та міжширотного перенесення, температуру та щільність повітря тощо. Багато параметрів (в першу чергу вищезгадані швидкості) не були надійно визначені в експериментах і тому підбиралися з якісних міркувань.

По-друге,стан обчислювальної техніки на той час помітно стримував повноцінний розвиток двовимірних моделей. На відміну від економічних одновимірних і тим більше боксових двовимірні моделі вимагали значно більших витрат пам'яті та часу ЕОМ. І в результаті їхні творці змушені були значно спрощувати схеми обліку хімічних перетворень в атмосфері. Проте комплекс атмосферних досліджень, як модельних, так і натурних з використанням супутників, дозволив намалювати відносно струнку, хоч і не повну картину складу атмосфери, а також встановити основні причинно-наслідкові зв'язки, викликають змінизміст окремих компонент повітря. Зокрема, численні дослідження показали, що польоти літаків у тропосфері не завдають суттєвої шкоди тропосферному озону, проте їх піднесення в стратосферу, схоже, може мати негативні наслідки для озоносфери. Думка більшості фахівців про роль ХФУ була майже одностайною: гіпотеза Роуленда та Моліна підтверджується, і ці речовини дійсно сприяють руйнуванню стратосферного озону, а регулярне зростання їх промислового виробництва – міна уповільненої дії, оскільки розпад ХФУ відбувається не відразу, а через десятки та сотні років. Тому наслідки забруднення позначатимуться в атмосфері дуже довго. Більше того, довго зберігаючись, хлорфторвуглеводні можуть досягти будь-якої, найвіддаленішої точки атмосфери, і, отже, це загроза глобального масштабу. Настав час узгоджених політичних рішень.

У 1985 р. за участю 44 країн у Відні було розроблено та прийнято конвенцію з охорони озонного шару, яка стимулювала його всебічне вивчення. Однак питання, що робити з ХФУ, все ще залишалося відкритим. Пустити справу на самоплив за принципом "саме розсмокчеться" було не можна, але й заборонити виробництво цих речовин відразу неможливо без величезних збитків для економіки. Здавалося б, є просте рішення: потрібно замінити ХФУ іншими речовинами, здатними виконувати ті ж функції (наприклад, в холодильних агрегатах) і водночас нешкідливими або хоча б менш небезпечними для озону. Але втілити у життя прості рішеннячасто буває дуже непросто. Мало того що створення таких речовин і налагодження їх виробництва вимагали великих капіталовкладень та часу, необхідні були критерії оцінки впливу кожного з них на атмосферу та клімат.

Теоретики знову опинилися у центрі уваги. Д. Вебблс з Ліверморської національної лабораторії запропонував використовувати для цієї мети озоноруйнуючий потенціал, який показував, наскільки молекула речовини-замінника сильніша (або слабкіша), ніж молекула CFCl3(фреону-11), впливає на атмосферний озон. На той момент також добре було відомо, що температура приземного шару повітря істотно залежить від концентрації деяких газових домішок (їх назвали парниковими), насамперед вуглекислого газу CO2, водяної пари H2O, озону та ін. До цієї категорії віднесли і ХФУ, і багато їх потенційні замінники. Вимірювання показали, що в ході індустріальної революції середньорічна глобальна температура приземного шару повітря зростала і продовжує зростати, і це свідчить про значні і не завжди бажані зміни клімату Землі. Для того, щоб поставити цю ситуацію під контроль, разом з озоноруйнуючим потенціалом речовини стали також розглядати її потенціал глобального потепління. Цей індекс вказував, наскільки сильніше або слабше з'єднання, що вивчається, впливає на температуру повітря, ніж така ж кількість вуглекислого газу. Проведені розрахунки показали, що ХФУ та альтернативні речовини мали дуже високими потенціаламиглобального потепління, але через те, що їх концентрації в атмосфері були набагато меншими від концентрації CO2, H2O або O3, їх сумарний внесок у глобальне потепління залишався зневажливо малим. До пори до часу…

Таблиці розрахованих значень озоноруйнівних потенціалів і потенціалів глобального потепління хлорфторвуглеводнів та їх можливих замінників лягли в основу міжнародних рішень про скорочення та подальшу заборону виробництва та використання багатьох ХФУ (Монреальський протокол 1987 і пізніші доповнення до нього). Можливо, експерти, які зібралися в Монреалі, не були б настільки одностайними (зрештою статті Протоколу ґрунтувалися на не підтверджених натурними експериментами “вигадках” теоретиків), але за підписання цього документа висловилося ще одне зацікавлене “обличчя” - сама атмосфера.

Повідомлення про виявлення англійськими вченими наприкінці 1985 р. "озонної дірки" над Антарктидою стало, не без участі журналістів, сенсацією року, а реакцію світової громадськості на це повідомлення найлегше охарактеризувати одним коротким словом - шок. Одна справа, коли загроза руйнування озонного шару існує лише у віддаленій перспективі, інша - коли всі ми поставлені перед фактом, що відбувся. До цього були готові ні обивателі, ні політики, ні фахівці-теоретики.

Дуже швидко з'ясувалося, що жодна з моделей, що існували тоді, не могла відтворити настільки значного скорочення вмісту озону. Значить, якісь важливі природні явищаабо не враховувалися, або недооцінювалися. Незабаром проведені в рамках програми вивчення антарктичного феномену натурні дослідження встановили, що важливу роль у формуванні "озонної дірки", поряд зі звичайними (газофазними) атмосферними реакціями, відіграють особливості перенесення атмосферного повітря в стратосфері Антарктики (її майже повна ізоляція взимку) а також на той час мало вивчені гетерогенні реакції (реакції на поверхні атмосферних аерозолів - частинок пилу, сажі, крижинок, крапель води тощо). Тільки облік вищезгаданих факторів дозволив досягти задовільного узгодження модельних результатів із даними спостережень. А уроки, подані антарктичною "озонною діркою", серйозно позначилися на подальшому розвитку атмосферної хімії.

По-перше, був дано різкий поштовх до детального вивчення гетерогенних процесів, що протікають за законами, відмінними від тих, що визначають газофазні процеси. По-друге, прийшло ясне усвідомлення того, що в складній системі, якою є атмосфера, поведінка її елементів залежить від цілого комплексу внутрішніх зв'язків. Іншими словами, вміст газів в атмосфері визначається не тільки інтенсивністю протікання хімічних процесів, але й температурою повітря, перенесенням повітряних мас, особливостями забруднення аерозолями різних частин атмосфери та ін. та розподілу у просторі парникових газів, а отже, і від атмосферних динамічних процесів. Нарешті, неоднорідне радіаційне нагрівання різних поясів земної куліта частин атмосфери породжує рухи атмосферного повітря та контролює їх інтенсивність. Таким чином, неврахування будь-яких зворотних зв'язків в моделях може загрожувати великими помилками в отриманих результатах (хоча, зауважимо попутно, і надмірне ускладнення моделі без нагальної необхідностітак само недоцільно, як стрілянина з гармат по відомих представників пернатих).

Якщо взаємозв'язок температури повітря та її газового складу враховувалася у двовимірних моделях ще 80-ті роки, то залучення тривимірних моделей загальної циркуляції атмосфери для опису розподілу атмосферних домішок стало можливим завдяки комп'ютерному буму лише 90-ті. Перші такі моделі загальної циркуляції використовувалися для опису просторового розподілу хімічно пасивних речовин – трасерів. Пізніше через недостатню оперативну пам'ять комп'ютерів хімічні процеси задавалися лише одним параметром - часом перебування домішки в атмосфері, і лише недавно блоки хімічних перетворень стали повноправними частинами тривимірних моделей. І хоча досі зберігаються труднощі докладного представлення атмосферних хімічних процесів у тривимірних моделях, сьогодні вони вже не здаються непереборними, і кращі тривимірні моделі включають сотні хімічних реакцій, поряд з реальним кліматичним перенесенням повітря в глобальній атмосфері.

Водночас широке застосування сучасних моделейзовсім не ставить під сумнів корисність простіших, про які йшлося вище. Добре відомо, що складніше модель, тим важче відокремити “сигнал” від “модельного шуму”, аналізувати отримані результати, виділити головні причинно-наслідкові механізми, оцінити впливом геть кінцевий результат тих чи інших явищ (отже, і доцільність їхнього обліку у моделі) . І тут простіші моделі служать ідеальним випробувальним полігоном, вони дозволяють отримати попередні оцінки, які надалі використовуються в тривимірних моделях, вивчити нові природні явища до їх включення в складніші і т.д.

Бурхливий науково-технічний прогрес породив ще кілька напрямів досліджень, які так чи інакше пов'язані з атмосферною хімією.

Супутниковий моніторинг атмосфери.Коли було налагоджено регулярне поповнення бази даних із супутників, для більшості найважливіших компонентатмосфери, що охоплюють майже всю земну кулю, виникла потреба у вдосконаленні методів їх обробки. Тут і фільтрування даних (поділ сигналу та помилок вимірювань), і відновлення вертикальних профілів концентрації домішок за їх сумарним вмістом у стовпі атмосфери, та інтерполяція даних у тих областях, де прямі вимірювання з технічних причин неможливі. До того ж, супутниковий моніторинг доповнюється проведенням літакових експедицій, які плануються для вирішення різних проблем, наприклад, у тропічній зоні Тихого океану, Північній Атлантиці і навіть у літній стратосфері Арктики.

Важлива частина сучасних досліджень- асиміляція (засвоєння) цих баз даних у моделях різної складності. При цьому параметри підбираються з умови найбільшої близькості вимірюваних та модельних значень вмісту домішок у точках (регіонах). Таким чином проводиться перевірка якості моделей, а також екстраполяція виміряних величин за межі регіонів та періодів проведення вимірів.

Оцінка концентрацій короткоживучих атмосферних домішок. Атмосферні радикали, що відіграють ключову роль в атмосферній хімії, такі як гідроксил OH, пергідроксил HO2, оксид азоту NO, атомарний кисень у збудженому стані O (1D) та ін, мають найбільшу хімічну реактивність і, отже, дуже маленьке (кілька секунд або хвилин ) "Час життя" в атмосфері. Тому вимір таких радикалів надзвичайно утруднений, а реконструкція їхнього вмісту в повітрі часто здійснюється за модельними співвідношеннями хімічних джерел та стоків цих радикалів. Довгий час інтенсивності джерел та стоків обчислювалися за модельними даними. З появою відповідних вимірювань стало можливим відновлювати на основі концентрації радикалів, удосконалюючи моделі і розширюючи інформацію про газовому складі атмосфери.

Реконструкція газового складу атмосфери в доіндустріальний період і більше ранні епохиЗемлі.Завдяки вимірам в антарктичних та гренландських льодових кернах, вік яких коливається від сотень до сотень тисяч років, стали відомі концентрації вуглекислого газу, закису азоту, метану, окису вуглецю, а також температура тих часів. Модельна реконструкція стану атмосфери в ті епохи та його зіставлення з нинішнім дозволяють простежити еволюцію земної атмосферита оцінити ступінь впливу людини на природне середовище.

Оцінка інтенсивності джерел найважливіших компонентів повітря.Систематичні вимірювання у приземному повітрі вмісту газів, таких як метан, оксид вуглецю, оксиди азоту, стали основою для вирішення зворотного завдання: оцінки розміру викидів в атмосферу газів, що мають наземні джерела, за їх відомими концентраціями. На жаль, лише інвентаризація винуватців вселенського переполоху - ХФУ - є простим завданням, оскільки майже всі ці речовини немає природних джерел загальне їх кількість, що надійшло атмосферу, обмежується обсягом їх виробництва. Інші гази мають різнорідні та порівняні за потужністю джерела. Наприклад, джерело метану – перезволожені території, болота, нафтові свердловини, вугільні шахти; ця сполука виділяється колоніями термітів і навіть є продуктом життєдіяльності великої рогатої худоби. Оксид вуглецю потрапляє в атмосферу у складі вихлопних газів, внаслідок спалювання палива, а також при окисленні метану та багатьох органічних сполук. Важко здійснити прямі виміри викидів цих газів, але розроблено методики, що дозволяють давати оцінки глобальних джерел газів-забруднювачів, похибка яких останніми роками значно скоротилася, хоч і залишається великою.

Прогнозування змін складу атмосфери та клімату ЗемліРозглядаючи тенденції - тренди утримання атмосферних газів, оцінки їх джерел, темпи зростання населення Землі, швидкість збільшення виробництва всіх видів енергії тощо, - спеціальними групамиЕксперти створюють і постійно коригують сценарії ймовірного забруднення атмосфери в найближчі 10, 30, 100 років. Виходячи з них, за допомогою моделей прогнозуються можливі зміни газового складу, температури та циркуляції атмосфери. Таким чином вдається завчасно виявити несприятливі тенденції у стані атмосфери і можна спробувати усунути їх. Антарктичний шок 1985 р. ні повторитися.

Явище парникового ефекту атмосфери

В останні роки стало виразно зрозуміло, що аналогія між звичайним парником та парниковим ефектом атмосфери не цілком коректна. Ще наприкінці минулого століття відомий американський фізик Вуд, замінивши в лабораторній моделі парника звичайне скло на кварцове і не виявивши при цьому жодних змін у функціонуванні парника, показав, що справа не в затримці. теплового випромінюванняґрунту склом, що пропускає сонячну радіацію, роль скла в даному випадку полягає лише у “відсіканні” турбулентного теплообміну між поверхнею ґрунту та атмосферою.

Парниковий (оранжерейний) ефект атмосфери – її властивість пропускати сонячну радіацію, але затримувати земне випромінювання сприяючи акумуляції тепла землею. Земна атмосфера порівняно добре пропускає короткохвильову сонячну радіацію, яка майже повністю поглинається земною поверхнею. Нагріваючись рахунок поглинання сонячної радіації, земна поверхня стає джерелом земного, переважно довгохвильового, випромінювання, частина якого йде у космічний простір.

Вплив збільшується концентрації СО2

Вчені - дослідники продовжують сперечатися про склад так званих парникових газів. Найбільший інтерес у зв'язку викликає вплив збільшується концентрації вуглекислого газу (СО2) на парниковий ефект атмосфери. Висловлюється думка, що відома схема: зростання концентрації вуглекислого газу посилює парниковий ефект, що веде до потепління. глобального клімату” – гранично спрощена і дуже далека від дійсності, оскільки найважливішим “парниковим газом” є зовсім не СО2, а водяна пара. При цьому застереження, що концентрація водяної пари в атмосфері визначається лише параметрами самої кліматичної системи, сьогодні вже не витримує критики, оскільки антропогенний впливна глобальний кругообіг води переконливо доведено.

Як наукові гіпотези вкажемо на наступні наслідки майбутнього парникового ефекту. По перше,згідно з найпоширенішими оцінками, до кінця XXI століття вміст атмосферного СО2 подвоїться, що неминуче призведе до підвищення середньої глобальної приземної температури на 3 - 5 о С. При цьому потепління очікується більш посушливим літом у помірних широтах Північної півкулі.

По-друге,передбачається, що це зростання середньої глобальної приземної температури призведе до підвищення рівня Світового океану на 20 – 165 сантиметрів рахунок термічного розширення води. Що стосується льодовикового щита Антарктиди, то його руйнація не є неминучим, тому що для танення необхідно більш високі температури. У будь-якому випадку, процес танення антарктичних льодів займе досить тривалий час.

По-третє,концентрація атмосферного СО2 може дуже сприятливий вплив на врожаї сільськогосподарських культур. Результати проведених експериментів дозволяють припускати, що в умовах прогресуючого зростання вмісту СО2 у повітрі природна та культурна рослинність досягнуть оптимального стану; зросте листова поверхня рослин, підвищиться питома вага сухої речовини листя, збільшаться середній розмір плодів і кількість насіння, прискориться дозрівання зернових, які врожайність підвищиться.

По-четверте,у високих широтах природні ліси, особливо бореальні, можуть виявитися дуже чутливими до змін температури. Потепління може призвести до різкого скорочення площ бореальних лісів, а також до переміщення їх кордону на північ лісу тропіків і субтропіків виявляться, ймовірно, більш чутливими до зміни режиму опадів, а не температури.

Світлова енергія сонця проникає крізь атмосферу, поглинається поверхнею землі і нагріває її. При цьому світлова енергія перетворюється на теплову, яка виділяється як інфрачервоного чи теплового випромінювання. Ось це інфрачервоне випромінювання, відбите від землі, і поглинається вуглекислим газом, у своїй він нагрівається сам і нагріває атмосферу. Значить, що більше в атмосфері вуглекислого газу, то сильніше він вловлює клімат на планеті. Те саме відбувається і в парниках, тому це явище називається парниковим ефектом.

Якщо так звані парникові гази надходитимуть із теперішньою швидкістю, то в наступному столітті Середня температураЗемлі підвищиться на 4 - 5 про З, що може призвести до глобального потепління планети.

Висновок

Змінити своє ставлення до природи зовсім не означає, що слід відмовитись від технічного прогресу. Його зупинка не вирішить проблему, а може лише відстрочити її вирішення. Треба наполегливо і терпляче домагатися зниження викидів за рахунок запровадження нових екологічних технологій економії сировини, споживаної енергії та збільшення кількості насаджень, що висаджуються, проведення виховних заходів екологічного світогляду у населення.

Так, наприклад, у США одне з підприємств із виробництва синтетичного каучуку розташоване поруч із житловими кварталами, і це не викликає протесту мешканців, бо працюють екологічно чисті технологічні схеми, які в минулому, за старих технологій, не відрізнялися чистотою.

Отже, потрібен суворий відбір технологій, що відповідають найжорсткішим критеріям, сучасні перспективні технології дозволять досягти високого рівня екологічності виробництва у всіх галузях промисловості та транспорту, а також збільшення кількості зелених насаджень, що висаджуються, в промислових зонах і містах.

В останні роки провідні позиції у розвитку атмосферної хімії зайняв експеримент, а місце теорії таке саме, як у класичних, респектабельних науках. Але, як і раніше, існують області, де пріоритетними залишаються саме теоретичні дослідження: наприклад, тільки модельні експерименти можуть забезпечити прогнозування змін складу атмосфери або оцінити ефективність обмежувальних заходів, що реалізуються в рамках Монреальського протоколу. Стартувавши з вирішення нехай важливого, але приватного завдання, сьогодні хімія атмосфери у співпраці із суміжними дисциплінами охоплює весь складний комплекс проблем вивчення та охорони навколишнього середовища. Мабуть, можна сказати, перші роки становлення атмосферної хімії пройшли під девізом: "Не спізнитися!" Стартовий ривок закінчився, біг продовжується.

Наземно-повітряне середовище характеризується величезною різноманітністю умов існування, екологічних ніші організмів, що їх заселяють. Слід зазначити, що організми відіграють першорядну роль формуванні умов наземно-повітряної середовища життя, і - газового складу атмосфери. Майже весь кисень земної атмосфери має біогенне походження.

Основними особливостями наземно-повітряного середовища є велика амплітуда зміни екологічних факторів, неоднорідність середовища, вплив сил земного тяжіння, низька щільність повітря. Комплекс фізико-географічних та кліматичних факторів, властивих певній природній зоні, призводить до еволюційного становлення морфофізіологічних адаптацій організмів до життя в цих умовах, різноманітності форм життя.

Атмосферне повітря повітря відрізняється низькою та мінливою вологістю. Ця обставина багато в чому лімітувала (обмежувала) можливості освоєння наземно-повітряного середовища, а також спрямовувала еволюцію водно-сольового обміну та структури органів дихання.

Склад повітря.Один із головних абіотичних факторівназемного (повітряного) довкілля - склад повітря, природної суміші газів, що склалася в ході еволюції Землі. Склад повітря у сучасній атмосфері перебуває у стані динамічного рівноваги, залежить від життєдіяльності живих організмів та геохімічних явищ глобального масштабу.

Повітря, позбавлене вологи та зважених частинок, має на висоті рівня моря практично однаковий склад у всіх місцевостях земної кулі, а також протягом доби та в різні періоди року. Однак у різні епохи існування планети склад повітря був різний. Вважається, що найбільше змінювалося вміст діоксиду вуглецю і кисню (рис. 3.7). Роль кисню та діоксиду вуглецю докладно показана в розд. 2.2.

Азот, присутній в атмосферному повітрі у найбільшій кількості, у газоподібному стані для абсолютної більшості організмів, особливо для тварин, є нейтральним. Тільки для низки мікроорганізмів (клубенькових бактерій, азотобактерів, синьо-зелених водоростей та ін) азот повітря служить фактором життєдіяльності. Ці мікроорганізми засвоюють молекулярний азот, а після відмирання та мінералізації постачають вищі рослини доступними формами цього хімічного елемента.

Присутність у повітрі інших газоподібних речовинабо аерозолів (твердих або рідких частинок, що знаходяться в повітрі у зваженому стані) у яких-небудь помітних кількостях змінює звичні умови довкілля, впливає на живі організми.

2.2. Адаптації наземних організмів до середовища

Аеропланктон (анемохорія).

Рослин:вітрозапилення, будова стебла, форми листових пластин, види суцвіть, забарвлення, розміри.

Освіта прапори дерев. Коренева система.

Тварин:дихання, форма тіла, покриви, поведінкові реакції.

Грунт як середовище

Ґрунт є результатом діяльності живих організмів. Заселяли наземно-повітряне середовище організми призводили до виникнення ґрунту як унікального довкілля. Грунт є складною системою, що включає тверду фазу (мінеральні частинки), рідку фазу (грунтова волога) та газоподібну фазу. Співвідношення цих трьох фаз і визначає особливості ґрунту як середовища життя.

Важливою особливістю ґрунту є наявність певної кількості органічної речовини. Воно утворюється внаслідок відмирання організмів та входить до складу їх екскретів (виділень).

Умови ґрунтового довкілля визначають такі властивості ґрунту як його аерація (тобто насиченість повітрям), вологість (присутність вологи), теплоємність та термічний режим (добовий, сезонний, різнорічний перебіг температур). Термічний режим, порівняно з наземно-повітряним середовищем, консервативніший, особливо на великій глибині. Загалом грунт відрізняється досить стійкими умовами життя.

Вертикальні відмінності характерні й інших властивостей грунту, наприклад, проникнення світла, природно, залежить від глибини.

Багато авторів відзначають проміжність положення ґрунтового середовища життя між водним та наземно-повітряним середовищами. У ґрунті можливе проживання організмів, що мають як водний, так і повітряний тип дихання. Вертикальний градієнт проникнення світла у ґрунті ще більш виражений, ніж у воді. Мікроорганізми зустрічаються по всій товщі ґрунту, а рослини (насамперед кореневі системи) пов'язані із зовнішніми горизонтами.

Для ґрунтових організмів характерні специфічні органи та типи руху (риючі кінцівки у ссавців; здатність до зміни товщини тіла; наявність спеціалізованих головних капсул у деяких видів); форми тіла (округла, вільковата, червоподібна); міцні та гнучкі покриви; редукція очей та зникнення пігментів. Серед ґрунтових мешканців широко розвинена сапрофагія – поїдання трупів інших тварин, гниючих залишків тощо.

Склад ґрунтів.Ґрунт – шар речовин, що лежать на поверхні земної кори. Вона є продуктом фізичного, хімічного та біологічного перетворення гірських порід (рис. 3.8) і є трифазним середовищем, що включає тверді, рідкі та газоподібні компоненти, що знаходяться в наступних співвідношеннях (в %):

мінеральна основа зазвичай 50-60% від загального складу

органічна речовина .......................... до 10

вода................................................. ..... 25-35

повітря................................................. 15-25

В даному випадку грунт розглядається серед інших абіотичних факторів, хоча насправді вона є найважливішою ланкою, що зв'язує абіотичні та біотичні фактори довкілля.

Мінеральний неорганічний склад поч-ви. Гірська порода під дією хімічних та фізичних факторів природного середовищапоступово руйнується. Частини, що утворюються, різні за розміром - від валунів і каменів до великих піщинок і найдрібніших частинокглини. Механічні та хімічні властивості ґрунту в основному залежать від дрібного ґрунту (частки менше 2 мм), який прийнято підрозділяти залежно від розміру 8 (мкм) на такі системи:

пісок............................................... 5 = 60-2000

алеврит (іноді званий «пилом») 5 = 2-60

глину. ".............................................. 8 менше 2

Структура ґрунту визначається відносним вмістом у ньому піску, алевриту, глини і зазвичай ілюструється діаграмою – «трикутником ґрунтової структури» (рис. 3.9).

Значення ґрунтової структури стає зрозумілим при порівнянні властивостей чистого піску та глини. «Ідеальним» ґрунтом вважається склад, що містить рівні кількості глини та піску в поєднанні з частинками проміжних розмірів. У разі утворюється пориста, крупчаста структура. Відповідні ґрунти називають суглинками.Вони мають переваги двох крайніх типів ґрунтів без їхніх недоліків. Більшість мінеральних компонентів представлена ​​у грунті кристалічними структурами. Пісок та алеврит складаються в основному з інертного мінералу – кварцу (SiO 2), званого кремнеземом.

Глинисті мінерали в більшості зустрічаються у вигляді дрібних плоских кристалів, часто шестигранної форми, що складаються з шарів гідроксиду алюмінію або глинозему (А1 2 Про 3) і шарів силікатів (з'єднань силікат-іонів SiO^" з катіонами, наприклад, алюмінію А1 3+ Fe 3+ , Fe 2+) Питома поверхня кристалів дуже велика і становить 5-800 м 2 на 1 г глини, що сприяє утриманню води та поживних речовин у ґрунті.

Загалом вважається, що понад 50% мінерального складу ґрунту становить кремнезем (SiO 2 ), 1-25% - глинозем (А1 2 Про 3), 1-10% - оксиди заліза (Fe 3 O 4), 0,1-5 % - оксиди магнію, калію, фосфору, кальцію (MgO, K 2 O, Р 2 Про 3 СаО). У сільське господарство грунту ділять на важкі (глини) і легкі (піски), ніж відбивають величину зусиль, необхідні обробки ґрунту сільськогосподарськими знаряддями. Ряд додаткових характеристикмінерального складу ґрунту буде викладено в розд. 7.2.4.

Загальна кількістьводи, яке може бути утримане ґрунтом, складається з гравітаційної, фізично пов'язаної, капілярної, хімічно зв'язаної та пароподібної води (рис. 3.10).

Гравітаційна водаможе вільно просочуватися вниз через ґрунт, досягаючи рівня ґрунтових вод, що веде до вимивання різних поживних речовин.

Фізично пов'язана (гігроскопічна) водаадсорбується на частинках ґрунту у вигляді тонкої міцно зв'язаної плівки. Її кількість залежить від вмісту твердих частинок. У глинистих ґрунтах такої води значно більше (близько 15% ваги ґрунту), ніж у піщаних (близько 0,5%). Гігроскопічна вода найменш доступна рослинам. Капілярна водаутримується навколо ґрунтових частинок за рахунок сил поверхневого натягу. За наявності вузьких пір або канальців капілярна вода може підніматися від рівня ґрунтових вод вгору, граючи центральну роль регулярному постачанні рослин вологою. Глини утримують більше капілярної води, ніж піски.

Хімічно зв'язана вода та пароподібнапрактично недоступні кореневій системі рослин.

Порівняно зі складом атмосферного повітря через дихання організмів із глибиною зменшується вміст кисню (до 10%) та збільшується концентрація діоксиду вуглецю (досягаючи 19%). Протягом року та доби склад ґрунтового повітря сильно змінюється. Проте ґрунтове повітря постійно оновлюється та поповнюється за рахунок атмосферного.

Заболочування ґрунту зумовлює витіснення повітря водою, і умови стають анаеробними. Так як мікроорганізми і коріння рослин продовжують виділяти 2 , що утворює з водою Н 2 3 , то сповільнюється оновлення гумусу і накопичуються гумінові кислоти. Усе це підвищує кислотність грунту, яка, поруч із виснаженням запасів кисню, несприятливо відбивається на ґрунтових мікроорганізмах. Тривалі анаеробні умови ведуть до відмирання рослин.

Характерний для заболочених ґрунтів сірий відтінок надає відновлена ​​форма заліза (Fe 2+), окислена форма (Fe 3+) забарвлює ґрунт у жовтий, червоний та коричневий кольори.

Біота ґрунтів.

За ступенем зв'язку з ґрунтом як середовищем проживання тварин об'єднують в екологічні групи:

Геобіонти– жителі ґрунту, які поділяються на:

різобіонти - тварини, пов'язані з корінням;

сапробіонти - жителі органічних речовин, що розкладаються;

копробіонти - безхребетні - жителі гною;

ботробіонти – мешканці нір;

планофіли - тварини, яким властиве часте переміщення.

Геофіли- тварини, частина циклу розвитку обов'язково проходить у ґрунті. (саранчові, комарі-довгунці, ряд жуків, перетинчокрилих)

Геоксени– Тварини, що відвідують ґрунт для тимчасового укриття, притулку.

Тварини, що мешкають у ґрунті, по-різному використовують її. Дрібні - найпростіші, коловратки, брюхоресничні - мешкають у плівці води, що обволікає ґрунтові частки. Це геогідробіонти. Вони дрібні, сплощеної чи подовженої форми. Дихають киснем, розчиненим у воді, при нестачі вологи їм характерно заціпеніння, інцистування, утворення коконів. Інші мешканці дихають киснем повітря – це геоатмобіонти.

Ґрунтових тварин поділяють за розмірами на групи:

наннофауна – тварини розміром до 0,2 мм; мікрофауна – тварини розміром 0,1-1,0 мм ґрунтові мікроорганізм, бактерії, гриби, найпростіші (мікроводойми)

мезофауна – розміром понад 1,0 мм; ; нематоди, дрібні личинки комах, кліщі, ногохвостки.

Макрофауна – від 2 до 20 мм личинки комах, багатоніжки, енхітреїди, дощові черв'яки.

мегафауна - хребетні тварини: землерої.

Тварини нір.

Найбільш типовими мешканцями ґрунту є: найпростіші, нематоди, дощові черв'яки, енхітреїди, голі слимаки та інші черевоногих молюсків, кліщі та павуки, багатоніжки (двопарноногі та губоногі), комахи – дорослі та їх личинки (загони колемболи, двовістки, щетинохвостки, двокрилі, жорсткокрилі, перетинчастокрилі та ін.). Педобіонти виробили різноманітні пристосування до проживання в ґрунті зовнішній будові, і у внутрішньому.

Пересування.Геогидробионты мають самі пристрої для пересування, як і водні жителі. Геоатмобіонти пересуваються природними свердловинами, і самі прокладають ходи. Рух дрібних тварин у свердловинах не відрізняється від руху поверхнею субстрату. Недоліком способу життя свердловиків є їх висока чутливістьдо висихання субстрату, залежність від фізичних властивостей ґрунту. У щільних і кам'янистих ґрунтах їх чисельність невелика. Подібний спосіб пересування характерний для дрібних членистоногих. Ходи прокладаються тваринами або шляхом розсування ґрунтових частинок (хробаками, личинками двокрилих) або шляхом подрібнення ґрунту (характерно для личинок багатьох видів комах). Тварини другої групи часто мають пристосування для відгрібання ґрунту.

Морфофізіологічними пристосуваннями до проживання в ґрунті є: втрата пігменту та зору у глибокогрунтових мешканців; відсутність епікутикули чи наявність її на окремих ділянках тіла; для багатьох (дощові черв'яки, енхітреїди) неекономна система виведення продуктів обміну з організму; різноманітні варіанти зовнішньо-внутрішнього запліднення в багатьох жителів; для хробаків – дихання всією поверхнею тіла.

Екологічні пристрої виявляються у виборі найбільш сприятливих умов для проживання. Вибір місць проживання здійснюється за допомогою вертикальних міграцій по ґрунтовому профілю, зміни стацій проживання.

На планеті Земля можна виділити кілька основних середовищ життя:

водну

наземно-повітряну

ґрунтову

живий організм.

Водне середовище життя.

У організмів, що живуть у воді, є пристосування, що визначаються фізичними властивостями води (щільністю, теплопровідністю, здатністю розчиняти солі).

За рахунок сили води, що виштовхує, багато дрібних мешканців водного середовища перебувають у зваженому стані і не здатні протистояти течіям. Сукупність таких дрібних водних жителів отримала назву планктон. До складу планктону входять мікроскопічні водорості, дрібні рачки, ікра та личинки риб, медузи та багато інших видів.

Планктон

Планктонні організми переносяться течіями не в змозі протистояти їм. Наявність у воді планктону робить можливим фільтраційний тип харчування, тобто відціджування, за допомогою різних пристосувань, зважених у воді дрібних організмів і харчових частинок. Воно розвинене і в плаваючих, і в сидячих донних житних, таких, як морські лілії, мідії, устриці та інші. Сидячий Раз життя був би неможливим у водних жителів, якби не було планктону, а він, у свою чергу, можливий лише в середовищі з достатньою щільністю.

Щільність води ускладнює активне пересування в ній, тому тварини, що швидко плавають, такі, як риби, дельфіни, кальмари, повинні мати сильну мускулатуру і обтічну форму тіла.

Акула-мако

У зв'язку з високою щільністю води тиск із глибиною сильно зростає. Глибоководні жителі здатні переносити тиск, який у тисячу разів вищий, ніж на поверхні суші.

Світло проникає у воду лише на невелику глибину, тому рослинні організми можуть існувати тільки у верхніх горизонтах водної товщі. Навіть у найчистіших морях фотосинтез можливий лише до глибин у 100—200 м. На великих глибинах рослин немає, а глибоководні тварини живуть у повній темряві.

Температурний режим у водоймах м'якший, ніж на суші. Через високу теплоємність води коливання температури в ній згладжені, і водні жителі не стикаються з необхідністю пристосовуватися до сильних морозів або сорокаградусної спеки. Тільки в гарячих джерелах температура води може наближатися до точки кипіння.

Одна зі складностей життя водних жителів - обмежена кількість кисню. Його розчинність не дуже велика і, до того ж, сильно зменшується при забрудненні або нагріванні води. Тому у водоймах іноді бувають замори — масова загибель мешканців через брак кисню, що настає з різних причин.

Замор риби

Сольовий склад середовища також дуже важливий для водних організмів. Морські види не можуть жити в прісних водах, а прісноводні - в морах через порушення роботи клітин.

Наземно-повітряне середовище життя.

Це середовище відрізняється іншим набором особливостей. Вона загалом складніша і різноманітніша, ніж водна. У ній багато кисню, багато світла, більше різкі змінитемператури в часі і в просторі, значно слабші перепади тиску і часто виникає дефіцит вологи. Хоча багато видів можуть літати, а дрібні комахи, павуки, мікроорганізми, насіння та суперечки рослин переносяться повітряними течіями, харчування та розмноження організмів відбувається на поверхні землі чи рослин. У такому малощільному середовищі, як повітря, організмам необхідна опора. Тому у наземних рослин розвинені механічні тканини, а у наземних тварин сильніше, ніж у водних, виражений внутрішній або зовнішній скелет. Низька щільність повітря полегшує пересування у ньому. Активний та пасивний політ освоїли близько двох третин мешканців суші. Більшість із них — комахи та птахи.

Чорний шуліка

Метелик Каліго

Повітря - поганий провідник тепла. Цим полегшується можливість збереження тепла, що виробляється всередині організмів, та підтримка постійної температури у теплокровних тварин. Сам розвиток теплокровності став можливим у наземному середовищі. Батьки сучасні водяних ссавців — китів, дельфінів моржів, тюленів — колись жили на суші.

У наземних жителів дуже різноманітні пристрої, пов'язані із забезпеченням себе водою, особливо в посушливих умовах. У рослин це потужна коренева система, водонепроникний шар на поверхні листя і стебел, здатність до регуляції випаровування води через устячка. У тварин це також різні особливості будови тіла і покривів, але, крім того, підтримці водного балансу сприяє і відповідна поведінка. Вони можуть, наприклад, здійснювати міграції до водопоїв або активно уникати особливо висушуючих умов. Деякі тварини можуть жити все життя взагалі на сухому кормі, як, наприклад, тушканчики або всім відома моль. І тут вода, необхідна організму, виникає з допомогою окислення складових частин їжі.

Корінь верблюжої колючки

У житті наземних організмів велику роль грають і багато інших екологічних факторів, наприклад склад повітря, вітри, рельєф земної поверхні. Особливо важливі погода та клімат. Мешканці наземно-повітряного середовища мають бути пристосовані до клімату тієї частини Землі, де вони живуть, і переносити мінливість погодних умов.

Ґрунт як середовище життя.

Грунт є тонким шаром поверхні суші, переробленим діяльністю живих істот. Тверді частки пронизані в грунті порами і порожнинами, заповненими частково водою, а частково повітрям, тому грунт здатні населяти і дрібні водні організми. Об'єм дрібних порожнин у ґрунті — дуже важлива його характеристика. У пухких ґрунтах він може становити до 70%, а в щільному — близько 20%. У цих порах і порожнинах або на поверхні твердих частинок мешкає безліч мікроскопічних істот: бактерій, грибів, найпростіших, круглих черв'яків, членистоногих. Найбільші тварини прокладають у ґрунті ходи самі.

Мешканці ґрунту

Весь ґрунт пронизаний корінням рослин. Глибина грунту визначається глибиною проникнення коренів і діяльністю тварин, що риють. Вона становить трохи більше 1,5—2 м.

Повітря в грунтових порожнинах завжди насичене водяними парами, склад його збагачений вуглекислим газом і збіднений киснем. Цим умови життя у ґрунті нагадують водне середовище. З іншого боку, співвідношення води та повітря у ґрунтах постійно змінюється залежно від погодних умов. Температурні коливання дуже різкі біля поверхні, але швидко згладжуються з глибиною.

Головна особливість грунтового середовища - постійне надходження органічної речовини в основному за рахунок відмираючих коренів рослин і опадаючого листя. Це цінне джерело енергії для бактерій, грибів і багатьох тварин, тому ґрунт — найперший насичена життямсередовище. Її прихований від очей світ дуже багатий та різноманітний.

Живі організми як життя.

Широкий лентець