UNIVERSITATEA DE sTIINŢE AGRICOLE sI MEDICINĂ VETERINARĂ A
BANATULUI TIMIsOARA
FACULTATEA DE HORTICULTURĂ
CENTRUL DE ÎNVĂŢĂMÂNT LA DISTANŢĂ
REFERAT
AGROMETEOROLOGIA
PROFESOR COORDONATOR : STUDENT :
INTERACŢIUNEA DINTRE ATMOSFERĂ sI BIOSFERĂ
INTERACŢIUNEA DINTRE ATMOSFERĂ sI BIOSFERĂ
Savantul român Simion Mehedinti definea Terra ca fiind "un organism ale carui elemente, forme si miscari stau într-o anumita progresiune, relevând ceva asemanator cu organizarea unui corp viu".
În ecologie învelisurile planetare se clasifica în : - toposfera - care cuprinde atmosfera, hidrosfera, litosfera si biosfera - care include totalitatea formelor de viata (superi 858d35i oare - eucariote si inferioare - procariote) si litosfera.
Dintre acestea biosfera este învelisul biotic si se afla în permanentî interrelatie cu celelalte învelisuri, fara de care nu ar fi putut lua nastere si nu putea exista.
Între biosfera si toposfera exista un permanent schimb reciproc de materie si energie, care asigura un echilibru stabil.
Rolul atmosferei în aparitia, evolutia si mentinerea vietii pe Pamânt
Biosfera Pamântului are o arie de raspândire foarte variata si vasta : forme de viata sunt întâlnite din cele mai adânci gropi oceanice (11 km) pâna pe cele mai înalte piscuri de munte, din cele mai adânci pesteri pâna la cca. 25 km înaltime în atmosfera (planctonul atmosferic).
Referitor la geneza si evolutia atmosferei terestre, acesta era de tip reducator, în a carei compozitie intra prima data hidrogen, apoi metan, dioxid de carbon, monoxid de carbon, vapori de apa, etc.
Aceasta compozitie s-a pastrat un timp îndelungat, întrucât existau degajari continui de gaze care au strabatut crusta terestra în curs de solidificare. Odata cu transformarea scoartei terestre din stare semilichida în solida aceste degajari s-au rarit, iar o parte din hidrogen, neputând fi retinut de catre forta gravitationala, s-a ridicat în atmosfera înalta alcatuind ionosfera.
Atmosfera terestra s-a îmbogatit în oxigen, a carei concentratie a crescut mai ales dupa aparitia plantelor autotrofe, caracterul acesteia transformându-se din reducator în oxidant.
Atmosfera terestra, prin compozitia si stratificarea sa a asigurat aparitia si mentinerea vietii. Datorita fortei gravitationale proprii Pamântului se mentine o compozitie constanta de gaze atmosferice, care mentin si protejeaza viata.
Pe unele planete, care au o gravitatie mai mare, sunt retinute gazele în straturi mai dense, acestea frânând patrunderea razelor solare, iar pe planetele cu gravitatie redusa, gazele acestor atmosfere sunt pierdute în spatiul cosmic, fiind atrase de corpuri cosmice cu forta de atractie mai mare.
Prin stratificarea sa, atmosfera terestra asigura un ecran protector pentru radiatiile solare si cosmice daunatoare vietii. În cadrul acestora un rol foarte important îl are stratosfera si ozonosfera, care este proprie atmosferei terestre, fiind un produs al biosferei.
Prin compozitia sa, atmosfera asigura mentinerea vietii : în atmosfera inferioara (troposfera), unde se gasesc principalele forme de viata, aerul atmosferic este alcatuit în principal din compusi gazosi formati din unul sau doua elemente : N O CO , H O, care se rarefiaza odata cu cresterea înaltimii, ei fiind întâlniti în cantitati foarte mici în straturile înalte ale atmosferei, conform tabelului.
Modul de asociere a substantelor la nivelul atmosferei terestre
Învelisul |
Modul de prezentare a materiei |
Tendinta în altitudine |
Exosfera |
Particule elementare, Stare gazoasa ionica |
Material gazos. Treceri gradate la stari elementare, influenta fortei gravitationale în scadere, densitate mai mica, materia este supusa unei expansiuni spre spatiul cosmic. |
Atmosfera înalta |
Stare gazoasa ionica Stare gazoasa atomica |
|
Atmosfera joasa |
Amestec de gaze în stare moleculara, precum si cantitati foarte mici de substante formate din 2,3 elemente. |
În atmosfera înalta predomina gazele sub forma atomica si ionica, iar la nivelul exosferei si a centurilor exterioare, ionii si particulele elementare.
Compozitia atmosferei - rolul componentelor atmosferice, în mentinerea vietii
Gazele din atmosfera terestra au un rol determinant asupra mentinerii si perpetuarii vietii pe Pamânt.
Cele mai importante gaze care influenteaza desfasurarea proceselor vitale pe Pamânt sunt :
Oxigenul - aflat într-o proportie de 21% în aerul atmosferic, este cel mai important gaz din punct de vedere biometeorologic fiind utilizat în proceseze oxidative si respiratorii de catre animale, om si plante, fara el viata nu ar fi posibila.
Respiratia este o functie vegetativa, mai precis de nutritie, iar în cazul animalelor superioare si a omului, functia respiratorii comporta doua etape : procesul de respiratie externa sau pulmonara - care este un proces de aprovizionare cu O si eliminare de CO , si procesul de respiratie interna, tisulara care se realizeaza la nivelul tuturor celulelor.
Procesul respirator, este continuu de-a lungul întregii vieti a organismului, oprirea sa determina moartea celulelor, deoarece organismele nu dispun de rezerve de oxigen, iar acumularea de CO este toxica pentru celule.
Un om, respira în medie cca. 3,5 mm O /kg greutate corporala în timp de 1 minut (13 m³ de aer/zi), iar în timpul efortului consumul poate ajunge la 42 ml/kg/zi.
Proportia de oxigen scade odata cu cresterea altitudinii, proportional scazând si capacitatea de efort al organismului.
Concentratiile procentuale ale gazelor din atmosfera, care patrund si sunt eliminate din plamânii animalelor superioare
(Dupa Guyton, citat de Baicu, 1977)
Gazul |
Aer atmosferic |
Aer saturat cu vapori de apa |
Aer alveolar |
Aer expirat |
N | ||||
O | ||||
CO | ||||
H O | ||||
TOTAL |
Recoltând aerul expirat de o persoana într-un sac impermeabil, se constata ca, compozitia acestuia este diferita :
oxigenul este într-o proportie de 16 - 17%
dioxidul de carbon într-o proportie de 3-4%
azotul ramâne neschimbat de 79,03 %
Din analiza acestor date se poate constata ca la nivelul alveolelor pulmonare are loc o retinere a oxigenului (patrunde 21% si se elimina 16-17%) si o eliminare a dioxidului de carbon si a vaporilor de apa, iar azotul practic nu sufera modificari. Diferentele înregistrate de compozitie înregistrate între aerul inspirat si cel expirat, dovedeste ca în plamâni, la nivelul alveolelor are loc un schimb de gaze care consta în trecerea oxigenului din alveole în sânge si a trecerii dioxidului de carbon din sânge în alveole.
Mecanismul schimbului de gaze, la nivel alveolar, are la baza proprietatea gazelor de a difuza din mediul gazos în cel lichid si invers în alveolele pulmonare care sunt prevazute cu capilare sangvine si a caror perete este foarte subtinre, facând posibil schimbul de gaze. Datorita existentei alveolelor pulmonare, plamânii realizeaza o suprafata de contact, cu aerul de aproximativ 160 mp.
Trecând în sânge, oxigenul se combina cu hemoglobina, rezultând oxihemoglobina. Reactia este reversibila.
Hb + O Hb O
Continutul mai redus de oxigen la altitudinile mari unde presiunea admosferica este mai redusa, este resimtita în special de persoanele neaclimatizate, aparând o serie de tulburari, numite rau de munte, care pot fi : cresterea activitatii inimii, accelerarea miscarilor respiratorii, dureri de cap, tulburari nervoase, care pot merge pâna la pierderea constiintei, oboseala generala, slabirea acuitatii organelor de simt.
Aceste tulburari se datoreaza presiunii scazute a oxigenului din aerul inspirat ceea ce determina reducerea schimbului de gaze la suprafata pulmonara si la nivelul tesuturilor, organismul fiind insuficient aprovizionat cu oxigen, si apare hipoaxia respiratorie, care poate duce la moarte.
Insuficienta oxigenului la marile altitudini afecteaza populatia indigena prin ritmul redus al fertilitatii naturale, casatoriile facându-se la vârste timpurii, iar vârsta medie a primei casatorii este mult devansata.
La fel cum concentratia redusa de O din aer are efecte nocive asupra organismelor si proportia marita a acestui gaz, produce efecte nedorite la animalele superioare. La expunerea într-o admosfera pura de oxigen, în care presiunea oxigenului este peste 3 atmosfere, determina aparitia semnelor de intoxicati (convulsii), datorita actiunii oxigenului asupra activitatii unor enzime.
În cazul plantelor verzi, oxigenul este utilizat în respiratie numai în perioadele în care conditiile nu sunt favorabile proceselor de fotosinteza (noaptea si când temperaturile au valori extreme - foarte ridicate/foarte coborâte). Un rol deosebit îl are aerul din sol, care trebuie sa fie într-o proportie optima cu apa din sol. În conditii de exces hidric sustinut majoritatea radacinilor plantelor (cu exceptia celor acvatice - adaptate mediului de viata acvatic) se asfixiaza, iar plantele mor.
Absorbtia oxigenului si eliberarea dioxidului de carbon de catre plante nu este esenta fiziologica a respiratiei, ci eliberarea energiei în urma oxidatiilor substantelor organice , prezentat sumar în urmatoarea reactie chimica :
C H O + 6 O → 6 CO + 6 H O + 674 K cal
Glucoza oxigen dioxid de carbon apa energie
Din cele prezentate se constata ca pentru oxidarea glucozei plantele absorb din mediu o anumita cantitate de oxigen si elimina o cantitate de Dioxid de carbon, iar raportul dintre cele doua se numeste coeficient respirator (QR), care se calculeaza conform formulei :
CO2 degajat
QR = ----
O absorbit
Ozonul (O reprezinta o componenta atmosferica absolut necesara vietii, fara de care acesta nu ar putea avea loc, deoarece el este un ecran protector fata de radiatiile UV.
Dioxidul de carbon (CO ) - este cel de al doilea gaz cu importanta biologica, desi el se afla în atmosfera în cantitati mai mici, concentratia lui medie este în jur de 0,33 cm³/l aer.
Aceasta concentratie se mentine la nivel relativ constant, datorita balantei dintre respiratie si fotosinteza, precum si a vitezei mari de difuziune a gazelor în natura.
Concetratia de CO poate avea fluctuatii influentate de :
Factorul diurn - deoarece ziua are loc fotosinteza, concentratia de CO este mai ridicata dimineata, iar spre amiaza mai scazuta;
Variatii anuale - datorita faptului ca vara procesul de fotosinteza este mai accentuat, concentratia de CO este mai mare cu cca.10% decât primavara sau toamna;
Scaderea concentratiei de CO cu altitudinea - datorita densitatii mai mari a CO fata de celelalte gaze din atmosfera si a faptului ca datorita temperaturii mai scazute a solului si activitatea respiratorie a microorganismelor este mai redusa;
Curentii de aer - un curent de aer a carui viteza este de 0,5 m/min. (aproape imperceptibil pentru simturile noastre) deplaseaza un volum de aer de 3,5 mil.m³. În paduri, culturi de cereale, plantatii pomicole si viticole, concentratia de CO scade foarte mult datorita fenomenului de fotosinteza.
În natura ciclul biologic al carbonului cuprinde atât fenomene producatoare cât si consumatoare de CO
Fenomene naturale producatoare de CO
Eruptiile vulcanice,
Mofetele (vulcanii stinsi),
Procesele industriale de combustie - arderile de combustibil, datorita puternicii industrializari,
Respiratia organismelor - oamenii produc zilnic prin respiratie peste 2000 kg CO , iar animalele si microorganismele cantitati si mai mari.
Factorii cei mai importanti care asigura mentinerea concentratiei aproximativ constante de CO în natura sunt :
Fotosinteza - prin acest proces în conditii normale la plante în plin soare si la concentratii normale de 0,3 % CO intensitatea fotosintezei la plantele de cultura este cuprinsa între 10-20 cm³ CO /dm²/ora, iar la copaci si arbusti 5-10 cm³ CO /dm²/ora,;
Apa marilor si a oceanelor - care reprezinta imense depozite de CO sub diferite forme, provenit din respiratia plantelor si animalelor marine si din procesele de formare a diferitelor cochilii ale animalelor marine.
Concentratia de CO influenteaza intensitatea fotosintezei. Astfel se constata o crestere a intensitatii fotosintezei pâna la concentratii de 3-5%, dupa care pâna la 10% CO devin inhibitoare.
În sere marirea concentratiei de CO se poate realiza prin diferite cai : direct din butelii de CO lichid sub presiune mare, sub forma solida (zapada de CO ), care prin sublimare trece direct în CO prin arderea hidrocarburilor. Toleranta speciilor la diferite concentratii de CO difera foarte mult; de exemplu tomatele necesita concentratii mai mici (1-2%).
Daca pentru plantele verzi o concentratie mai mare de CO , este benefica, pentru animale si oameni cresterea concentratiei de CO are efecte nedorite, chiar letale. Intoxicatiile cu dioxid de carbon încep sa se manifeste la concentratie de 0,5 - 2 %, când apar primele simptome de dificultate respiratorie, însotite de iritarea si înrosirea pielii si mucoaselor. La 4-6% apar dureri de cap, palpitatii, ridicarea tensiunii sangvine, iar la concentratii de 8-10% se constata insuficienta respiratorie, convulsii, pierderea constiintei si oprirea respiratiei. Concentratia de peste 12% este mortala prin asfixie.
Dioxidul de carbon se acumuleaza în sânge fara a se combina cu hemoglobina; un volum de sânge poate acumula pâna la 1,3 volume de dioxid de carbon, iar 100 gr.muschi pâna la 50 cm³. În locurile în care exista pericol de acumulare de CO se folosesc ca tester animale de talie mica - canari, porumbei, care sunt foarte sensibile.
Oxidul de carbon - este un rezultat al poluarii indistriale care ia nastere prin arderea incompleta a gazelor, fiind în concentratie mai mare în aerul atmosferic al marilor centre industriale si în apropierea autostrazilor si a soselelor intens circulate.
În sângele uman este în concentratie de pâna la 0,20%, la fumatori pâna la 1-2%, iar bolnavii suferinzi de insuficienta respiratorie si tulburari circulatorii poate fi de 5%.
Oxidul de carbon prezinta o proprietate biochimica foarte importanta si anume capacitatea sa de a se combina cu hemoglobina, care are o afinitate de combinare cu CO de 220 mai mare decât pentru oxigen. În urma acestei reactii se formeaza carboxii hemoglobina, care nu mai are capacitatea de a transporta oxigenul în organism.
HbO + CO ══ Hb CO + O
Când 40 % din hemoglobina este blocata de catre CO apar tulburari importante ale sistemului nervos central (a carui celule sunt foarte sensibile la lipsa de oxigen) : ameteli, tremuraturi, somnolenta, confuzie, pierderea cunostintei si chiar moartea.
Azotul - este un gaz inert care nu întretine nici arderea si nici respiratia, nu este toxic, însa prin prezenta lui în exces si prin micsorarea proportiei de oxigen face ca atmosfera sa fie improprie vietii. În masa totala a aerului atmosferic, azotul este în cantitate de 3-8 x 10 t , reprezentând aproximativ 80 % din masa totala a aerului.
Azotul molecular din atmosfera este fixat de diverse bacterii aflate în simbioza cu plante leguminoase sau neleguminoase sau prin fixare directa. Mecanismul de fixare este în esenta în proces de reducere care este energofag, cu aport de electroni si catalizat de unele metale cum sunt Mg, Mo, si Fe, care intra în compozitia unor metaloproteine :
ATP → ADP + P
N ≡ N + 6 ē + 6H ------> 2NH
Mg ²+, Mo, Fe
Produsul final este amoniacul care apoi intra în compozitia unor aminoacizi.
Bacteriile simbiotice care asigura fixarea azotului fac parte în general din genul Rhizobium care traiesc în simbioza cu radacinile leguminoaselor pe care formeaza nodozitati.
Fixarea nesimbiotica a azotului molecular este realizata de o serie de microorganisme care se afla în sol în zona radacinilor unor plante superioare, întrucât aceasta activitate presupune existenta unor exudate radiculare ca surse energetice pentru aceste bacterii. Cele mai importante microorganisme nesimbiotice fixatoare de azot sunt : Azotobacter, Chroococcum, A.agile, Azospirillum, Clostridium, pasteurianum, Cl .pectinovorum.
BIBLIOGRAFIE
1.- Virgiliu Ciutina - 2004, Biometeorologie si Bioclimatologie
Editura MIRTON Timisoara
2.- Ciulache S. - 1985, Meteorologie si Climatologie
Editura Universitatii Bucuresti
3.- Ciunita V si Zamfir M. - 2003, Agrometeorologie
Editura Agroprint Timisoara
4.- Mihailovic D si colab. - 2000, Bazele observatiilor meteorologice si a prelucrarii datelor
Editura Eurostampa Timisoara
|