Значение кислорода и углекислого газа

Круговорот кислорода сопровождается его приходом и расходом.

 

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

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

Круговорот кислорода тесно связан с круговоротом углерода.

 

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

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

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

Газообмен у животных.

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

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

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

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

 

Газообмен у растений.

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

 

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

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

 

3. СОВОКУПНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ. КЛИМАТОГРАММЫ.

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

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

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

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

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

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

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

 

4. ЭДАФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ. СНЕГ КАК СУБСТРАТ.

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

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

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

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

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

По реакции на кислотность почвы различают:

1) ацидофильные виды – растут на кислых почвах с рН менее 6,7 (растения сфагновых болот, белоус);

2) нейтрофильные – тяготеют к почвам с рН 6,7–7,0 (большинство культурных растений);

3) базифильные – растут при рН более 7,0 (мордовник, лесная ветреница);

4) индифферентные – могут произрастать на почвах с разным значением рН (ландыш, овсяница овечья).

 

По отношению к содержанию питательных элементов в почве среди растений различают :

1) олиготрофные растения, довольствующиеся малым количеством зольных элементов (сосна обыкновенная);

2) эвтрофные, нуждающиеся в большом количестве зольных элементов (дуб, сныть обыкновенная, пролесник многолетний);

3) мезотрофные, требующие умеренного количества зольных элементов (ель обыкновенная).

 

Некоторые виды растений приурочены к разным субстратам:

петрофиты - растут на каменистых почвах,

псаммофиты - заселяют сыпучие пески (растения песков).

галофиты - растения засоленных почв, (солерос, сарсазан, кокпек).

нитрофилы - растения, предпочитающие почвы, богатые азотом, (крапива двудомная).

литофиты или петрофиты - растения каменистых почв.

 

По степени связи с почвой как средой обитания животных объединяют в три экологические группы.

Геобионты – животные, постоянно обитающие в почве, весь цикл развития которых протекает в почвенной среде.

Геофилы – животные, часть цикла развития которых (чаще одна из фаз) обязательно проходит в почве.

Геоксены – животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища.

 

Рельеф местности и характер грунта влияют на специфику передвижения животных. Например, копытные, страусы, дрофы, живущие на открытых пространствах, нуждаются в твердом грунте для усиления отталкивания при быстром беге. У ящериц, обитающих на сыпучих песках, пальцы окаймлены бахромкой из роговых чешуй, которая увеличивает поверхность опоры. Для наземных обитателей, роющих норы, плотные грунты неблагоприятны.

Характер почвы в ряде случаев влияет на распределение наземных животных, роющих норы, зарывающихся в грунт для спасения от жары или хищников либо откладывающих в почву яйца и т. д.

 

риспособления прежде всего касаются особенностей передвижения в ней. У растений на концах корней появляются корневые чехлики. Они позво-ляют преодолеть сопротивление почвы и не ранить ткани при росте корней. Питание в почве тоже своеобразно. Для него нужны тончайшие корневые волоски, способные проникнуть в почвенные капилляры и высосать оттуда почвенный раствор. Он весьма насыщен солями, и во-лоскам приходится преодолевать значительное осмотическое давление, чтобы перекачать воду в сосуды растения.