Студопедия — Солнечная радиация
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Солнечная радиация






Солнечная радиация относится к числу факторов, сыгравших ключевую историческую роль в эволюции биосферы.

Эта эволюция, по образному выражению Ю. Одума, была направлена на "укрощение" поступающего солнечного излучения, использование его полезных составляющих, ослабление вредных и защиту от них.

Таким образом, свет - это фактор не только '' жизненно важный, но и лимитирующий, причем и на максимальном, и на минимальном уровнях.

Солнечный свет представляет собой электромагнитное излучение с различными длинами волн от 0,05 до 3000 нм (1 нм = 1×10-9 м) и более.

Этот поток можно разделить на несколько областей, различающихся физическими свойствами и экологическим значением для различных групп организмов. Границы этих областей приближенно можно представить следующим образом:

· < 150 нм - зона ионизирующей радиации,
· 150 - 400 (390) нм- ультрафиолетовая (УФ) радиация,
· 400 (390) - 800 (760) нм – видимый свет (границы диапазона различаются для разных организмов),
· 800 (760) - 1000 нм - инфракрасная (ИК) радиация,
· > 1000 нм – зона т.н. дальней ИК-радиации - мощного фактора теплового режима среды.

Для эколога важной характеристикой солнечного излучения является его интенсивность.

Интенсивность потока солнечной радиации по верхней границе атмосферы, называемая солнечной постоянной, равна 1380 Вт/м2, или 1,980 кал/(мин× см2).

Она слегка варьирует по сезонам года вследствие изменения расстояния от Земли до Солнца. Фактический приток солнечной радиации к поверхности Земли меньше, чем на верхней границе атмосферы, вследствие отражения и поглощения энергии света в атмосфере.

Лучистая энергия, достигающая земной поверхности в ясный день, состоит примерно на:

10% из ультрафиолетового излучения
45%— из видимого света
45% — из инфракрасного излучения.

Меньше всего ослабляется видимый свет, при прохождении через облака и воду. Следовательно, фотосинтез может идти и в пасмурные день, и под слоем чистой воды некоторой толщины.

При прохождении через атмосферу:

· Изменяется и качественный состав радиации, например, наиболее коротковолновая часть спектра (с длиной волны примерно до 300 нм) отражается озоновым экраном (областью повышенного содержания озона О3 на высотах 25 - 100 км).

· Установлено, что измененияе концентрации озона на 10% вызывает изменение уровня УФ-излучения в тропосфере в 1,5 - 2 раза.

· На уровне поверхности земли это значение меньше за счет рассеивания излучения газообразными и пылевидными примесями в атмосфере.

Радиационный баланс на верхней границе экосистемы составляют поглощенная солнечная радиация (1-а)Q и инфракрасное излучение атмосферы (Be).

Уравнение радиационного баланса можно представить в виде:

R= (1 – a)Q – Be

Где,

R - интенсивность остаточной радиации (радиационный баланс на верхней границе экосистемы);
(1 - a) Q - поглощенная солнечная радиация; (кал/см2/един. врем.)
Q - интенсивность суммарной радиации; (кал/см2/един. врем.)
a - коэффициент отражения(альбедо); а=Qотр/Q
Ве - инфракрасное излучение атмосферы.

Энергия радиации, поступающая в экосистему с интенсивностью R, претерпев ряд промежуточных превращений, расходуется в экосистеме на нагревание, турбулентную теплопередачу в атмосферу, фотосинтез, транспирацию. Процесс можно выразить уравнением:

R = Н + G + LE + F

Где

R - интенсивность остаточной радиации (радиационный баланс на верхней границе экосистемы);
Н - энергия, идущая на нагревание экосистемы;
G - энергия, идущая на турбулентную теплопередачу в атмосферу (из почвы);
LE - энергия, идущая на транспирацию (L - скрытая теплота парообразования, Е- интенсивность транспирации);
F - энергия, идущая на фотосинтез.

Остаточная радиация имеет суточную и сезонную периодичность.

В низких широтах (тропики) она положительна в течение всего года, в умеренных - величина R дважды приобретает нулевые значения, в высоких широтах (арктика) - на протяжении значительной части года остается постоянной.

R

LE

G

Животные и растения реагируют на различные области спектра:

· Так, у разных животных по-разному устроен зрительный аппарат, у них различное "цветовое" зрение. Среди млекопитающих цветовое зрение хорошо развито только у приматов, тогда как другие животные видят весь мир черно-белым, хотя и с большим числом оттенков.

Каждый вид организма адаптирован к тому или иному спектру длиной волны света. Одни виды организмов адаптировались к ультрафиолетовым, а другие к инфракрасным.

Некоторые организмы способны различить длину волны. Они обладают специальными световоспринимаемыми системами и имеют цветное зрение, которые имеют огромное значение в их жизнедеятельности. Многие насекомые чувствительны к коротковолновому излучение, которое человек не воспринимает. Ночные бабочки хорошо воспринимают ультрафиолетовые лучи. Пчелы и птицы точно определяют свое местонахождение и ориентируются на местности даже ночью.

· Процесс фотосинтеза у растений является предметом специального изучения. С изменением длины волны сильно меняется интенсивность фотосинтеза, т. е. существует оптимум, в диапазоне которого процесс идет наиболее эффективно.

Растения приспособились к условиям светового излучения путем создания пигментов, наборы которых сильно отличаются у разных представителей растительного мира.

Наиболее значительные отличия имеют место у наземных и водных растений. Проходя через слой воды, красная и синяя область спектра поглощаются, и получающийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом. Красные морские водоросли (Rhodophyta) имеют дополнительные пигменты (фикоэритрины), позволяющие им использовать энергию Солнца и в этом диапазоне длин волн. Благодаря такому приспособлению они могут жить на больших глубинах, чем зеленые водоросли.

 

Процессы протекающие у растений и животных с участием света
Фотосинтез – 1-5% падающего света
Транспирация – 75% на испарение воды с поверхности растений
Фотопериодизм – необходим для синхронизации жизненных процессов (размножения и т.д.)
Движение - фототропизм и фотонастия у растений необходим для обеспечения оптимальной освещенности. Фототаксис животных и одноклеточных растений.
Зрение у животных
Синтез витамина D, пигментация, поведенческие реакции избегания и т.д.

 

· Ультрафиолетовые лучи носят много энергии и обладают большим фотохимическим воздействием. Организмы к ним очень чувствительны.

· Инфракрасные лучи несут меньше энергии и очень быстро поглощаются водой, но некоторые сухопутные организмы также используют их, и за счет их повышают температуру своего тела по сравнению с температурой окружающей среды.

Организмы сильно реагируют и на интенсивность света. По этим признакам они делятся на три экологические группы:

1. Светолюбивые, солнцелюбивые или гелиофиты — которые способны нормально развиваться только под солнечными лучами.

2. Тенелюбивые, или сциофиты —это растения нижних ярусов лесов и глубоководные растения, например, ландыши и другие.

· При снижении интенсивности света замедляется и фотосинтез. У всех живых организмов существуют пороговые чувствительности интенсивности света.

· У различных организмов пороговая чувствительность неодинакова. Например, интенсивный свет тормозит развитие мух дрозофилл, даже вызывает их гибель.

· Свет может выступать в качестве сигнального фактора, для более сухого и теплого пространства.

· У большинства фотосинтетических растений при слабой интенсивности света идет торможение синтеза белков, а у животных тормозятся процессы биосинтеза.

· Большинство наземных организмов ведут дневной образ жизни. Например, большинство воробьиных и другие. Исключительно ночной образ жизни ведут, например, мелкие грызуны и т.д.

3. Теневыносливые или факультативные гелиофиты. Растения которые хорошо растут и в тени и на свету. У животных эти свойства организмов называются светолюбивые (фотофилы), тенелюбивые (фотофобы).

· Большая часть планктонных организмов ночью поднимается на поверхность воды, а днем они опускаются на глубину до 100 м. Эти организмы избегают слишком яркого света. Например, веслоногие рачки.

· Некоторые организмы эволюционно адаптировались к смене дня и ночи. Эти организмы приобрели свойства внутренних часов. Например, реснитчатые простейшие делятся только ночью, если даже в лабораторных условиях их постоянно освещать.

· Смена дня и ночи имеет большое биологическое значение. На экваторе продолжительность дня в течение года не изменяется. В умеренном поясе имеются весна, лето и зима. Продолжительность дня называют фотопериодом. К фотопериоду организмы адаптировались эволюционно.

· Фотопериод, как экологический фактор оказывает влияние на многие стороны жизнедеятельности организмов и их биологическим явлениям.

· Например, размножение и другие свойства многих млекопитающих и птиц проходит в зависимости от длины дня. Наступление цветения у большинства высших растений и их различных биологических свойств приурочены к различным условиям светового дня.

· Лет насекомых на свет:

1. гипотеза Леба(1924) (тонус конечностей и источник света).

2. гипотеза Будденброкка (1917)- менотаксис-движение под определенным углом к лучам света (логарифмическая спираль). Бегущая жужелица.

3. гипотеза Мазохина-Поршнякова (1960). Свет - индикатор открытого пространства. Бъются в окно и на экран.

В целом, лет на свет – ступенчатый механизм, при этом на каждой ступени работают свои механизмы.

· Роль ультрафиолетового излучения в окраске лепестков цветов и крыльев некоторых белянок (4-5% УФ отражают ♀). Ночные бабочки отражают 20-55% УФ-лучей.







Дата добавления: 2015-10-18; просмотров: 851. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Меры безопасности при обращении с оружием и боеприпасами 64. Получение (сдача) оружия и боеприпасов для проведения стрельб осуществляется в установленном порядке[1]. 65. Безопасность при проведении стрельб обеспечивается...

Весы настольные циферблатные Весы настольные циферблатные РН-10Ц13 (рис.3.1) выпускаются с наибольшими пределами взвешивания 2...

Хронометражно-табличная методика определения суточного расхода энергии студента Цель: познакомиться с хронометражно-табличным методом опреде­ления суточного расхода энергии...

Анализ микросреды предприятия Анализ микросреды направлен на анализ состояния тех со­ставляющих внешней среды, с которыми предприятие нахо­дится в непосредственном взаимодействии...

Типы конфликтных личностей (Дж. Скотт) Дж. Г. Скотт опирается на типологию Р. М. Брансом, но дополняет её. Они убеждены в своей абсолютной правоте и хотят, чтобы...

Гносеологический оптимизм, скептицизм, агностицизм.разновидности агностицизма Позицию Агностицизм защищает и критический реализм. Один из главных представителей этого направления...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия