Otevřenost systému Země

Transkript

1 Země jako systém

2 Otevřenost systému Země ze Slunce Země přijímá na hranici horní vrstvy atmosféry elektromagnetické záření, jehož rozložení intenzity odpovídá přibližně záření absolutněčerného tělesa o teplotě 5780 K často je záření ze Slunce charakterizováno jedinou hodnotou - hustotou dopadající energie, která odpovídá solární konstantě (1326 W m -2 ) ze Slunce dopadá na horní hranici atmosféry také proud elementárních částic - sluneční vítr, jehož hlavními složkami jsou protony a elektrony horní hranice atmosféry je vystavena také kosmickému záření s energetickou hustotou nesrovnatelně nižší v porovnání s energií záření ze Slunce, zato však s podstatně pestřejším spektrem částic a záření z hlediska druhů a energií na horní hranici atmosféry dopadají také meteory a meteority, jejichž dopadem se zvětšuje hmotnost Země o cca 400 tun za rok

3 Otevřenost systému Země život na Zemi významně ovlivňuje dopad asteroidů a komet jsou známa období hromadného vymírání druhů (medializovaní dinosauři; interval katastrofických dopadů je cca mil let) Země vyzáří v průměru stejné množství energie, kolik na ní z kosmického prostoru dopadne, dochází však k výrazné transformaci dopadajícího záření a většina vyzařované energie se výrazně posouvá do IČ oblasti (pozn: díky radiovým a televizním vysílačům má Země extrémně vysoký vyzařovací výkon v tomto oboru elmn. vln) tok energie ze Slunce převyšuje cca x současný instalovaný výkon technosféry (základní prostor pro alternativní zdroje) Země ztrácí část atmosféry, zejména nejlehčích prvků vodíku a hélia, které v horních vrstvách atmosféry v důsledku rozdělení rychlostí v plynech (popsané Maxwellovým rozdělením) nejsnáze dosahují únikové rychlosti (menší planety než Země neudrží svou atmosféru dostatečně dlouho jako jednu z podmínek vzniku života viz Mars)

4 Funkce a chování atmosféry filtrování dopadajících částic a záření na zemský povrch - pohlcuje, přeměňuje nebo odchyluje většinu UV záření, gamma záření, nabité částice slunečního větru, kosmické záření zabraňuje dopadu meteorů na zemský povrch, výrazně snižuje účinky dopadu meteoritů (zejména menších) uzavírá koloběh řady látek - vody, CO 2, O 2, N 2 aj. relativně slabě pohlcuje viditelné záření a blízké IČ záření, které může být využíváno fotosyntetizujícími organismy a podporuje orientaci organismů v prostoru výrazně ohřívá zemský povrch přítomností několika skleníkových plynů - teplota povrchu se zvyšuje o 34 0 C složení záření dopadajícího na zemský povrch je následující - 10% UV záření vlnových délek nm, 45% fotosynteticky využitelné záření vlnových délek nm, 45% infračervené záření s delšími vlnovými délkami

5 Funkce a chování atmosféry stabilizuje teplotu mezi dnem a nocí vytvářípočasí a podnebí (spolu s mořskými proudy, reliéfem terénu a rozdílnými tepelnými charakteristikami vod oceánů a moří a pevniny) její složení je významně ovlivňováno činností flóry a fauny; změna složení atmosféry v minulosti (obohacování kyslíkem) vedle k výraznému ovlivnění evoluce na Zemi i změně složení hornin a nerostů na povrchu

6 V troposféře se odehrávají veškeré děje počasí. Foto: Němec.

7 Průměrné složení přízemní vrstvy atmosféry Země a doba setrvání jejích složek (podle Herčík 1997) objemová koncentrace (ppm) průměrná doba setrvání (dní) dusík 7, kyslík 2, argon 9, voda CO 2 3, neon 1, helium 5, CH 4 1, H 2 0, N 2 O

8 Průměrné složení přízemní vrstvy atmosféry Země a doba setrvání jejích složek objemová koncentrace (ppm) průměrná doba setrvání (dní) SO 2 0,01 2 NH 3 0,01 5 freony 0,001* * *nepřesné - celková koncentrace všech freonů, resp. průměrná doba zdržení

9 Prvky tvořící živé organismy ze všech prvků v biosféře využívají organismy biogenní prvky (prvky nacházející se v živých organismech), z nichž jsou nejvíce zastoupeny vodík, uhlík, kyslík, dusík rozlišujeme makrobiogenní prvky s průměrným zastoupením nad 1% obsahu v organismech (vodík, uhlík, kyslík, dusík, fosfor, vápník), oligobiogenní prvky s obsahem mezi 0.5 a 1% (sodík, draslík, hořčík, železo, chlór, síra) a mikrobiogenní prvky (stopové - mangan, kobalt, měď, jód, molybden, brom, křemík. fluór, zinek, lithium) jsou sledovány a popisovány toky především makrobiogenních prvků jako cykly uhlíku, kyslíku, dusíku, fosforu a vápníku

10 Aspekty typické pro biosféru definitivnost (absolutní nebo z hlediska mnoha generací) - jednou vyhynulý druh je pro biosféru navždy ztracen, odplavená půda se obnovuje tisíce let, radioaktivní zamoření mění životní prostředí na desetitisíce let, vytěžené ložisko uhlí se za současných podmínek již neobnovuje časové zpoždění reakce ekosystému, prostředí nebo celé biosféry na působení faktoru - dosažení limitu, postupná difúze škodliviny (freony a ozón, bioakumulace škodlivé látky v ekosystému - PCB, azbest, DDT), skleníkový efekt, kumulace malých změn (půda - zhutňování, zasolování, ztráty humusu) synergický efekt -účinek dvou nebo více jevů se může vzájemně zesilovat (ozónová díra, změna albeda Země a globální oteplování) prevence - odstranění projevu je mnohem náročnější a nákladnější než zabránit příčině problém měřítka -současná technika zatím pracuje v makrokosmu, měřítkem života je zejména mikrokosmos, život je ovlivňován megakosmem (vznik a udržování podmínek pro život)

11 Aspekty typické pro biosféru limitovanost zdrojů a prostoru uzavřenost a neuzavřenost cyklů uvádí se uzavřenost cyklů jako typická vlastnost, protipříkladem jsou korálové útesy, ložiska vápence, uhlí, ropy, které mají organický původ určitá minimální velikost a neuzavřenost ekosystému pro jeho dlouhodobou stabilitu (viz pokusy s relativně uzavřenými ekosystémy o velikosti desítek tisíc m 3 mimo jiné příprava dlouhodobých kosmických letů) voda je hlavním vnějším a vnitřním prostředím pro život, sladká voda tvoří jen malou část vody na Zemi, jen velmi malá její část je dostupná pro koloběh v biosféře (viz následující grafy)

12 Rozdělení světové vody (podle Horník 1982) Voda celkově 3% Oceány Sladká voda 97%

13 Sladká voda 20% 1% Ledovce Spodní voda Povrchová voda 79%

14 Povrchová voda 38% 8% 1% 52% Jezera Vlhkost v půdě Atmosférická vlhkost Řeky Živé organismy

15 Povrchová voda je významnou součástí krajiny. Foto: Němec.

16 Literatura a zdroje informací 1. Begon M. aj. (1997): Ekologie, jedinci, populace a společenstva, vydavatelství Univerzity Palackého, Olomouc, ISBN Herčík M.: Životní prostředí (úvod do studia), VŠB - TU Ostrava 1997, ISBN Horník S. aj. (1982): Základy fyzické geografie, Státní pedagogické nakladatelství, Praha 4. Moldan B.: Životní prostředí globální perspektiva, Centrum Univerzity Karlovy pro otázky životního prostředí, Praha Stonawski J.: Základy ekologie, Karolinum, Praha 1997, ISBN