Температурный режим. Протекание всех биохимических процессов в клетках и нормальное функционирование организма в целом возможно только при достаточном обеспечении его водой

Воздух

Вода.

Протекание всех биохимических процессов в клетках и нормальное функционирование организма в целом возможно только при достаточном обеспечении его водой.

Дефицит влаги - одна из наиболее существенных особенностей наземно-воздушной среды. Вся эволюция наземных организмов шла под знаком приспособления к добыванию и сохранению влаги. Режимы влажности среды на суше очень разнообразны - от полного и постоянного насыщения воздуха водяными парами в тропиках до практического отсутствия в воздухе пустынь.

Водообеспечение наземных организмов зависит также от режима выпадения осадков, наличия водоемов, запасов почвенной влаги, грунтовых вод и т.д. В среднем 0,5% воды идет на фотосинтез, а остальная - на восполнение испарения и поддерживание внутреннего давления клеток.

В целом запасы воды на Земле значительны: до 80% поверхности планеты занято водой, однако пресная вода составляет от этих запасов только 3%.

На долю Мирового океана приходится 71% земной поверх­ности. Водная среда отличается от наземной плотностью и вяз­костью. Плотность воды в 800 раз, а вязкость в 55 раз больше плотности воздуха. Наряду с этим важнейшими особенностями водной среды являются: подвижность, температурная стратифи­кация, прозрачность и соленость, от которых зависят фотосин­тез бактерий и фитопланктона и своеобразие среды обитания гидробионтов.

При этом пресные водоемы распределены очень неравномерно. Например, 80% пресной воды на территории России сосредоточены в одном - единственном водоеме - озере Байкал. Последние годы возник острый дефицит пресной воды, связанный прежде всего с увеличением ее расходов в сельском хозяйстве (орошение) и в промышленности. Происходящее при этом загрязнение водоемов усугубляет дефицит. Все водоемы постоянно загрязняются естественным путем продуктами выделений и мертвыми остатками организмов, смывами с поверхности почвы. Однако это естественное природное загрязнение нейтрализуется процессами самоочищения водоемов, включающих растворение и разбавление, осаждение нерастворимых компонентов, поэтапную утилизацию основной массы органических и минеральных веществ всем комплексом населяющих водоем организмов.

Антропогенное загрязнение воды превышает естественные возможности водоемов к самоочищению.

Наземные водоемы обладают существенным запасом потенциальной энергии. Однако возможности ее эффективного использования зависят от рельефа местности, длительности и глубины замерзания рек и озер. Так, рельеф большей части территории России – равнинный, перепад высот в наших реках меньше, чем даже в Западной Европе, большая часть рек зимой замерзает.

Газовый состав воздуха в приземной атмосфере по содержанию основных компонентов однороден (азот - 78,1%, кислород - 21%, аргон - 0,9%, углекислый газ - 0,04-0,03% по объему) благодаря постоянному перемешиванию конвекционными и ветровыми потоками.

Азот для большинства обитателей среды является инертным газом, но ряд микроорганизмов способен связывать его и вовлекать в биологический круговорот.

Кислород необходим для окислительных процессов в организмах. Благодаря постоянному высокому содержанию не является фактором, лимитирующим жизнь в наземной среде, за исключением высокогорных районов.

Углекислый газ имеет чрезвычайно большое значение в связи с потреблением растениями в процессе фотосинтеза. Его содержание может изменяться в отдельных участках приземного воздуха в значительных пределах. Низкое содержание СО2 тормозит фотосинтез, излишнее - токсично. Углекислый газ относится к числу так называемых «парниковых» газов, и его концентрация в атмосфере существенно влияет на характер теплового обмена планеты с окружающей средой.

Различные газообразные, капельно-жидкие и пылевидные примеси, поступающие в воздух, могут существенно влиять на живые организмы. Основным источником этого загрязнения атмосферы является производственная деятельность человека. У живых организмов на земле нет механизмов, позволяющих приспособиться к другому химическому составу воздуха.

Растительный и животный мир нашей планеты эволюционировал при барометрическом давлении 740-760 мм рт. ст. (на уровне моря) и большинство современных видов приспособлено к данному атмосферному давлению. С высотой давление уменьшается и на высоте 5800м равно половине нормального, что ограничивает распространение видов в горах. Это нарушает снабжение организма человека кислородом, снижая его работоспособность.

Влажность воздуха влияет на его плотность и теплопроводность. Скорость движения воздуха и его теплопроводность влияют на уровень отдачи тепла. Направление движения воздуха определяют его температуру и режим выпадения осадков.

Антропогенные изменения атмосферы

Производственная деятельность человека приводит к изменениям в постоянном газовом составе атмосферы.

СО2. Увеличение концентрации СО2 в атмосфере происходит вследствие широкомасштабного сжигания топлива. В течение 20-го века его концентрация увеличилась с 0,03% до 0,04%. Поскольку отраженные от поверхности Земли солнечные лучи задерживаются молекулами углекислого газа, то указанное увеличение концентрации ведет к развитию так называемого "парникового эффекта" и повышению среднегодовой температуры на 1,2 градуса. Такое общее потепление климата на планете неизбежно приводит к нарушению сложившегося равновесия в атмосфере и непредсказуемым погодным и климатическим изменениям.

О_2. Годовой расход кислорода на Земле в 1000 раз превышает его образование зелеными растениями. И хотя изменений концентрации кислорода в атмосфере пока не наблюдается, экологи считают, что дальнейшее уменьшение площадей лесных массивов (особенно в экваториальном поясе) в сочетании с увеличением потребления неизбежно приведет к снижению доли кислорода в атмосфере.

Температура отражает среднюю кинетическую скорость атомов и молекул в какой-либо системе. От температуры окружающей среды зависит температура организмов и, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. Однако эффективность химических реакций в клетках определяется не только температурой, но и участием катализаторов – белков-ферментов. Поэтому границы существования жизни - это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, в среднем от 0 до +50⁰С. Колебания температуры на земном шаре достаточно велики. В пустынях Африки и Австралии температура нередко превышает 50-60⁰С. Самая низкая температура на Земле достигает – (-)70-80⁰С. Эти крайне низкие и крайне высокие температуры неприемлемы для жизни подавляющего большинства организмов. Относительно нормальная человеческая деятельность возможна лишь на так называемой «эффективной территории», которая находится ниже 2000м над уровнем моря со среднегодовой температурой не ниже -2⁰с. В России эффективной является треть территории, вытянутая с запада на восток сравнительно узкая полоса.

Любая система, от организма до любого предприятия и жилья, существует только при наличии определенного количества внутренней энергии и работоспособна при ее неравномерном распределении внутри системы. Но изолированных систем не существует. Любая система отдает часть своего внутреннего тепла окружающей среде. Величина теплоотдачи зависит от разницы температур между поверхностью системы и окружающей среды и от площади поверхности.

Сохранить постоянство, а значит, и работоспособность системы, можно только за счет уменьшения отдачи тепла (теплоизоляция между рабочей частью системы и ее поверхностью) и за счет постоянной подачи тепловой энергии в рабочую часть системы. При этом, чем больше разница температур, тем больше подача тепла в систему.