Воздух как среда жизни

0

В экологии имеет место странное положение, что воздух как среда жизни специально почти не рассматривается и не изучается. Большинство экологических исследований касается животных и растений, живущих в воздушной среде, но последняя в этих исследованиях подразумевается как нечто индифферентное. Поэтому, например, Г. И. Поплавская в курсе экологии растений характеризует воду, теплоту, свет, ветер, почву, рельеф и жизненные явления как экологические факторы, по о воздухе не говорит. Вне конкретной среды оказываются и животные в руководстве Д. Н. Кашкарова.

На правильном пути стоял С. А. Зернов, который еще в начале 30-х годов писал: «Антитезой гидробиологии является, вернее должна еще явиться, аэробиология — наука, трактующая в том же разрезе жизнь организмов, окруженных воздухом, обычно называемых наземными». Развившаяся в течение 30—40-х гг. агробиология в какой-то мере восполнила отсутствие аэробиологии, но их содержание и задачи разные. Агробиология — комплексная биологическая наука, преимущественно генетика и физиология организмов, имеющая своей целью выявление закономерностей развития жизненных явлений, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве. В отличие от этого аэробиология должна представлять собой глубокий синтез биологических знаний с метеорологическими и другими, подобно тому, как в гидробиологии биологическое увязывается с гидрологическим и гидрохимическим.

Только в самое последнее время экологи, работающие с наземными растениями и животными, стали «замечать» воздух. Так, А. П. Шенников (1950) в руководстве по экологии растений помещает главу «Воздух как экологический фактор», Н. И. Калабухов (1951) в методическом сочинении характеризует воздействие физических свойств воздушной среды на наземных позвоночных животных и излагает методику изучения соответствующих воздействий. Но в делом вопрос остается не освещенным.

В связи с недостаточной разработкой интересующего нас вопроса здесь придется ограничиться отрывочными данными.

Воздух представляет собой смесь газов, главным образом, азота и кислорода, из которых состоит атмосфера, т. е. газовая оболочка земного шара. Кроме того, воздух содержится в растворенном состоянии в природных водах, в почве и в организме животных и растений. Воздух и вода действуют физически и химически на земную кору, чем обусловливают важнейшие геологические процессы, протекающие на поверхности Земли.

Биологическое значение воздуха (точнее — кислорода) заключается в том, что он необходим для дыхания всех живых существ, за исключением немногих анаэробных микроорганизмов. Кислород поглощается животными и растениями и возвращается в атмосферу растениями при ассимиляции двуокиси углерода. Преобладающая составная часть воздуха — азот — входит в состав белково-азотных соединений, с которыми неразрывно связано происхождение и развитие жизни на Земле.

В природе непрерывно совершается круговорот кислорода и азота, поддерживающий постоянство состава воздуха.

Средний состав воздуха, лишенного влаги и пыли, на высоте уровня моря почти совершенно одинаков во всех местностях земного шара и выражается следующими числами:

Газы

% по

% по

объему

весу

Азот

78, 08

75, 60

Кислород

20, 95

23,10

Аргон

0, 9325

1, 286

Углекислый газ

0, 030

0, 046

Гелий

0, 0005

0, 00007

Неон

0, 0018

0, 0012

Криптон

0, 000108

0, 0003

Ксенон

0, 000008

0, 00004

Озон

1, 10-6

 

Радон

6, 10-18

 

Водород

0, 00005

 

Кроме перечисленных газов, воздух всегда содержит водяной пар, количество которого зависит от температуры (влажность воздуха).

В отличие от воды, газовый состав воздуха отличается большим постоянством. На всех широтных поясах Земли и до верхних границ распространения жизни абсолютно сухой воздух содержит одно и то же количество составных частей, приведенное нами выше (округленно, по объему: азота — 78%, кислорода — около 21%, аргона — почти 1 %, углекислоты — 0, 03 %, следы водорода и других газов).

Воздух является физической смесью, а не химическим соединением составляющих его газов. Поэтому составные части воздуха можно сравнительно легко разделить физически.

Азот и кислород, растворяясь в воде независимо друг от друга, находятся в растворе в ином количественном соотношении (34, 82% кислорода и 65, 18% азота при 0° и 760 мм ртутного столба), чем в земной атмосфере.

Условия дыхания организмов в воде и воздухе оказываются резко отличными. В то время как наземные организмы окружены воздушной газовой средой из азота и кислорода с небольшой примесью водяных паров, гидробионты окружены водой с небольшим количеством воздуха. Как известно, воздуха (О2+N2) содержится в 1 л воды при хороших условиях аэрации около 20—25 см3, а в 1 л атмосферы — почти 1000 см3 и только 0—40 см3 водяных паров.

Поэтому, как справедливо отмечает С. А. Зернов, термин «наземные организмы» следует заменить названием «воздушные организмы», так как с общебиологической точки зрения существенно не то обстоятельство, что эти живые существа отираются на землю; на землю, образующую дно бассейна (грунт), опираются и многие чисто водные организмы. Гораздо важнее то, что у них тело окружено воздухом —внешней средой небольшой плотности, с значительным количеством кислорода и часто с изменчивым и нередко очень малым количеством влаги.

Необходимо привести некоторые цифровые показатели развития воздушной среды жизни на Земле. Общая масса воздуха на земле составляет 5. 1015 т или примерно 0, 25% веса исследованной части земной коры. Давление воздуха на уровне моря составляет в среднем 1, 0333 кг на 1 см2. Вес 1 л воздуха, свободного от водяного пара и углекислого газа, при 0° и 760 мм ртутного столба под 45° широты равняется 1, 2928 г.

Действующие в воздушной среде факторы отличаются рядом специфических особенностей:

1. Свет — наиболее интенсивен, сравнительно с его развитием в других средах жизни.

2. Температура — отличается наиболее широкой амплитудой колебания.

3. Влажность — значительно меняется в зависимости от географического положения, что делает условия жизни отличающимися.

4. Кислород — одно из важнейших условий жизни, но обычно не ограничивающее в воздушной среде ее развития.

5. Ветер — движение воздушных масс—изменяет действие прочих факторов на организмы.

«Воздух представляет ту среду, в которой протекает вся жизнь человека, наземных животных и растений и без которой они существовать не могут».

В воздушной среде обитают разнообразные представители микроорганизмов, растений и животных. Выше мы отметили, какое количество представителей классов и подклассов животных и растений возникло в воздушной среде (25%) и какое продолжает существовать в ней ныне (44%). Существенной чертой населений воздуха (аэробиоса) является его связь с поверхностью планеты. Аэробионтов, аналогичных пелагическим организмам водной среды, которые могут существовать и развиваться в полном отрыве от дна, не существует. Все воздушные животные и особенно растения связаны с почвой. Можно наметить ряд переходных форм, связывающих воздушную среду жизни с почвенной, подобно тому, как имеются переходы от аэробионтов к гидробионтам.

На высоте 5000 м были найдены только споры. Споры бактерий и плесневых грибков встречались также и в пределах стратосферы на высоте 11—22 км.

Отсутствие «воздушного планктона» объясняется не столько малой плотностью воздушной среды, сколько отсутствием в ней пищи. Последняя продуцируется зелеными растениями, которые в воде представлены преимущественно микроскопическими фитопланктерами, а в воздушной среде—макрофитами из укореняющихся в земле цветковых. Иное распределение растительной первопищи вызывает в сравниваемых средах жизни и различный характер распределения животной жизни.

К аэрозолям радиусом от 5.10-3 до 0,2.10-4 см принадлежат в первую очередь бактерии, плесени, грибки и споры. Применяемые до сих пор методы определения количества зародышей в воздухе (седиментационный и аспирационный) не обеспечивают получения точных данных. Г. Рейффершейд (1954) кониометрическим методом установил, что содержание зародышей в воздухе помещений изменяется параллельно количеству их в наружной атмосфере и зависит от происхождения воздушных масс и от скорости движения воздуха. Мельчайшие бактерии и споры плесеней могут находиться, во взвешенном состоянии неограниченное время.

Количество грибов в воздухе исследовалось в 1951 г. с самолетов над Атлантическим океаном. Оказалось, что полярные массы воздуха характеризовались незначительным содержанием плесневых грибов и спор (0, 2 споры в 27 м3 воздуха), тогда как тропические содержали их значительно больше (519 опор в том же объеме). Наибольшее число плесневых грибов составляли Cladosporium (82, 3%); Alternaria, Pullularia, дрожжи, Penicillium, Botrytis и Hemphylium составляли от 3, 2 до 1, 1% общего числа грибов (Пейди и Капица, 1955).

Наиболее важной для аэробов составной частью воздуха является кислород. Растворимость кислорода в жидкостях организмов зависит от его парциального (т. е. частичного) давления, вследствие чего биологическое значение имеет именно это последнее, а не вообще процент содержания кислорода в воздухе.

Падение парциального давления кислорода вызывает кислородный голод, который обнаруживается человеком уже при 105 мм давления ртутного столба (равняется 14% кислорода в воздухе на уровне моря). Снижение давления кислорода до 68—46 мм (9 — 6%) опасно для жизни человека.

Пребывание в атмосфере с пониженным парциальным: давлением кислорода, например, в горном климате, вызывает у непривычных людей горную болезнь; затем постепенно наступает приспособление к недостатку кислорода.

Асфиксия (удушение) на почве недостатка кислорода может наблюдаться при вытеснении кислорода другим газом, например, метаном — в шахтах, углекислотой — в колодцах. Однако в атмосфере кислорода много (21% по объему) и потому небольшие колебания в его количестве в жизни организмов значения не имеют.

Наличие в атмосфере углекислого газа необходимо для существования растений и осуществления ими синтеза органического вещества. Мощным регулятором содержания углекислоты в воздухе является гидросфера: при понижении парциального давления кислорода воздуха или повышении температуры вода морей и океанов отдает часть растворенной в ней углекислоты атмосфере; при обратном соотношении она поглощает избыток СО2.

Нормальное количество углекислого газа в воздухе невелико (0, 03% или 0, 57 мг/л). Вследствие этого даже небольшие колебания в содержании углекислоты в воздухе существенно отражаются на фотосинтезе. Как показывает А. П. Шенников (1950), колебания в количестве углекислоты действительно бывают, особенно в воздухе, окружающем растения. Они достигают удвоения или, наоборот, сокращения вдвое нормального количества СО2. Углекислый газ, необходимый для воздушного питания зеленых растений, получается, главным образом, из почвы. Усиление фотосинтеза и роста при умеренном увеличении концентрации СО2 в атмосферном воздухе давно привело к мысли об «удобрении» возделываемых растений углекислым газом для увеличения их производительности. Для этого можно применять жидкую углекислоту, распыляя ее в воздухе над почвой.

Азот—главная по объему составная часть (3/4) воздуха—для большинства организмов составляет инертную среду. Газообразный азот большинством высших растений не усваивается и никакого непосредственного влияния на них не оказывает. Только некоторые низшие растения, обитающие в почве, усваивают свободный азот: клубеньковые бактерии, азотобактер и др. Усваивая азот, связывая его в содержащие азот органические соединения, они создают органическое вещество своего тела, которое после смерти минерализуется в доступные высшим растениям соли азота (нитраты, нитриты и аммиачные).

Азот растворяется в крови и тканях организмов в количествах, пропорциональных его парциальному давлению. При быстром переходе от высокого давления к низкому избыток азота выделяется из крови в виде пузырьков газа (кессонная болезнь).

Недеятельные газы атмосферы (аргон, неон, гелий, криптон, ксенон) по характеру своего действия на организмы подобны азоту.

Из газов воздуха, менее распространенных и имеющих местное значение, важно отметить сернистый газ (SO2). Этот газ, как и некоторые другие «дымовые» газы (серный ангидрид, хлор и др. ), присутствует в воздухе городов и промышленных центров, так как выделяется при сжигании каменного угля. Сернистый газ ядовит для растений, так как, проникая в клетки, подкисляет их содержимое, что нарушает деятельность ферментов, обмен веществ и вызывает свертывание коллоидов плазмы. Некоторые виды не выносят присутствия в воздухе даже одной миллионной части этого газа. Так, не выносят наличия в воздухе сернистого газа европейская ель, сосна, наствольные лишайники и ряд других, которые плохо растут в городах с загрязненным воздухом.

Как справедливо указывает А. П. Шенников (1950), экологическое значение имеет не только газовый состав воздуха, но и его физические свойства и явления в атмосфере, а также взвешенные в воздухе пыль, частицы пара, туман.

Специфическим фактором воздушной среды являются электрические (грозовые) явления, происходящие в атмосфере. Электрические разряды способствуют вовлечению азота воздуха в биологический круговорот. Кроме того, электричество влияет и непосредственно на растения. В сельскохозяйственной практике делаются попытки применения электризации припочвенного слоя воздуха.

Плотность воздуха и барометрическое давление влияют на другие климатические факторы и, следовательно, их изменения вызывают изменения многих экологических условий. Этим объясняются некоторые отличия в условиях жизни на разных широтах и разной высоте над уровнем моря.

Важным физическим условием жизни в воздушной среде является ее температура. Температура воздуха, как и другие действующие здесь факторы, подвержена значительным суточным и сезонным колебаниям.

Присутствие в атмосфере воды создает определенную влажность, которая выступает в качестве важного жизненного фактора. Содержащееся в воздухе количество водяного пара, в зависимости от температуры, может создавать разную степень насыщения: с понижением температуры воздуха при том же абсолютном количестве водяного пара относительная влажность будет возрастать. При понижении температуры до известных пределов, когда воздух не в состоянии удержать в виде паров поглощенного уж м количества воды, излишек ее выделяется из атмосферы в виде тумана, росы, инея, дождя, снега, града и пр. Как влажность, так: и ее производные, имеют важнейшее значение в жизни животных и растений.

Содержащиеся в воздухе водяные пары оказывают на организмы прямое влияние, а также и косвенное, уменьшая прозрачность среды. Изменения прозрачности воздуха сопровождаются изменениями интенсивности освещения, причем меняется и качество света (в связи с поглощением инфракрасных лучей).

Механическую примесь воздуха составляет пыль. Наиболее свободен от пыли воздух горных и приполярных областей, наиболее богат ею — в степных и пустынных местностях. Пыль образуется за счет поднятых в воздух мелких частиц почвы. Осаждающаяся из воздуха пыль затрудняет дыхание организмов и уменьшает фотосинтез.

Важное физическое свойство воздуха — его подвижность. Воздух почти всегда находится в движении. Наблюдаются вертикальные конвекционные токи воздуха и перемещения его масс параллельно земной поверхности (ветры). Источником всех движений воздуха является различие в температуре его отдельных слоев и участков.

Ветер разнообразно влияет на организмы: прямо—перенося, уродуя или приводя организмы к гибели, и косвенно— через изменение: других климатических факторов (например, сильный ветер при высокой температуре усиливает засуху, а при низкой — охлаждение). У организмов вырабатываются различные приспособления к данному фактору, как у ведущих прикрепленный образ жизни, т. е. у растений (гибкость тела, защитная кора, анемофилия и др. ), так и подвижных (лёт насекомых).

Вследствие тесной связи всех воздушных обитателей с почвой подразделения рассматриваемой нами среды жизни на среды обитания и биотопы не являются самостоятельными. Kaк мы видели, химический состав воздуха однообразен в разных частях Земли, но физические факторы весьма изменчивы и большинство из них подвержено закономерным географическим изменениям.

Поэтому наиболее целесообразно выделить основные среды воздушного обитания организмов по соответствующим географическим (ландшафтным) зонам. Очевидно, что условия жизни воздушных организмов в тундре, тайге или степи будут существенно отличаться (прежде всего по температуре, затем по влажности, условиям освещения и др. ). Выделение в пределах той или иной среды обитания конкретных биотопов пока затруднительно, но может быть сделано исходя из общего принципа топографической конкретности (с учетом особенностей рельефа, экспозиции и т. п. ).

 

 

 

 

Обитатели нор. Вверху: слепушонка (Ellobius talpinus) выбрасывает землю из норы. Купинский район Новосибирской области. Июнь 1949 г. Внизу: барсук (Meles meles leptorhynchus) выходит из норы. Мошковский район Новосибирской области.

 

 

Алтайский сурок (Marmota bailacina) осматривает окрестности. Новосибирск. Май, 1953 г.

 

 

Птенцы болотного луня (Circus aeruginosus) в гнезде.

 

 

Лосиха (Alces alces) с лосенком в смешанном лесу.

 

Приспособления организмов к условиям воздушной среды разнообразны:

1. Выработка органов, обеспечивающих непосредственное усвоение атмосферного кислорода в процессе дыхания (устьица растений, легкие животных).

2. Развитие скелетных образований, поддерживающих тело в условиях малоплотной среды (механические и опорные ткани растений, скелет животных).

3. Защита от неблагоприятных внешних условий (покровы, теплокровность высших позвоночных животных).

4. В связи с исключительной подвижностью среды — укоренение всех растений и использование ветра для перекрестного оплодотворения (анемофилия).

5. В связи с отсутствием взвешенной пищи непосредственно в воздушной среде — выработка большой подвижности у всех наземных животных, переходящей в закономерные кочевки и миграции у отдельных видов.

Взаимодействие организмов с воздушной средой заключается в адекватности изменчивости животных и растений под влиянием среды (при воздействии низкой температуры развивающийся организм становится более холодостойким, как показал Т. Д. Лысенко в опытах переделки природы культурных растений и т. п. ) и избирательности организмов по отношению к самой среде. Изменяясь в соответствии с условиями жизни и ассимилируя их в процессе существования, организмы изменяют воздушную среду. Как уже указывалось, кислород и углекислота атмосферы имеют биогенное происхождение.

Организмы в биоценозе в результате жизнедеятельности существенно изменяют внешнюю среду, например, климат. В лесу благодаря сомкнутости надземных частей растений создается особый фито-климат.

Фитоклимат отличается от наружного климата следующими чертами: общая радиация сильно снижается; интенсивность химических лучей падает, качественный состав света изменяется в сторону преобладания зеленых лучей спектра; температурный режим становится более плавным, крайности сглаживаются; дневная амплитуда температуры, особенно летом, уменьшается; движение воздуха замедляется, благодаря этому выделяемая растениями углекислота задерживается в биоценозе; количество осадков, достигающих почвы, значительно падает по сравнению с открытым местом; снежный покров рыхл, хорошо отепляет почву, стаивает поздно; влажность воздуха возрастает (Соколов, 1956).

Увеличение влажности воздуха лесом имеется в виду при лесопосадках в засушливых районах.

 

Используемая литература: Основы Экологии: Учеб. лит-ра./Б. Г. Иоганзен
Под. ред.: А. В. Коваленок,-
Т.: Типография № 1,-58 г.

 

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

Категория: Рефераты / Биология

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.