3. STRUKTURA EKOSYSTÉMU 3.1 ZÁKLADNÍ ČLENĚNÍ STRUKTURY ZÁKLADNÍ STRUKTURA Různé typy členění: na sféry prostředí -litosféra geologický podklad -pedosféra půda -hydrosféra voda -atmosféra vzduch -biosféra živé organismy ZÁKLADNÍ STRUKTURA Různé typy členění: na živé a neživé složky -biotické složky -abiotické složky sféry se vzájemně prolínají BIOTICKÉ SLOŽKY (FAKTORY) Hlavní stupně z hierarchického uspořádání populace společenstvo ABIOTICKÉ SLOŽKY (FAKTORY) 1. Teplota 2. Elektromagnetické 3. Voda 4. Chemismus 5. Radioaktivita 6. Hluk 1
Abiotické faktory 3.2 TEPLOTA 3.2.1. OBECNÁCHARAKTERISTIKA TEPLOTA = mírou tepelného stavu látky = mírou průměrné pohybové energie molekul Rozsah teplot ve vesmíru rozsah v miliónech C na Zemi relativně úzký rozsah -minimum cca 75 C východní Sibiř -maximum cca + 55 C Libyjská poušť Rozsah teplot Teplota zásadně ovlivňuje vegetaci Příklad: průměrná roční teplota hřebeny Krkonoš (2 C) jižní Morava (9 C) 2
Rozsah teplot Teplota je úzce provázaná s vodním režimem: -přeměna skupenství vody -výpar a kondenzace vody Rozsah teplot Teplota + srážky = základní parametry klimatu (podrobně v kap. 3.4. Voda) KLIMATICKÉ OBLASTI 3.2.2. TEPLOTA A RYCHLOST CHEMICKÝCH REAKCÍ Rychlost chemických reakcí teplota ovlivňuje rychlost chem. reakcí van t Hoffovo pravidlo: zvýšením teploty o 10 C se rychlost reakce zvýší 2x až 4x 3.2.3. TEPLOTA JAKO LIMITUJÍCÍ FAKTOR zvýšení teploty zvýšení metabolismu vyšší produkce energie vyšší výkon 3
Teplota jako limitující faktor v intervalu tolerance kritičtější horní mez vyšší riziko přehřátí než podchlazení prosperita Regulace tělesné teploty 1. fyziologickými reakcemi -teplokrevní (homoitermní) živočichové -studenokrevní (poikilotermní) živočichové -přechody: zimní spánek (svišť) noční strnulost (rorýsi) interval tolerance teplota Rychlost chemických reakcí 2. chováním -vystavování se slunečnímu -ochlazování se ve stínu, ve vodě Termoregulace u člověka oteplení ŘÍZENÍ TĚLESNÉ TEPLOTY ochlazení teplotní receptory CNS - hypotalamus štítná žláza tyroxin hypofýza nadledvina adrenalin noradrenalin regulace průtoku krve kapilárami kůže zastavení třesu aktivní pohyb snížení metabolismu Přizpůsobenívysokým teplotám 4
MRAVENCI STŘEDOMOŘSKÉPOBŘEŽÍ vysoké nohy PÁSKOVKY 3.2.4. TEPLOTA A HUSTOTA letní spánek - estivace Teplota a hustota s růstem teploty klesá hustota studený vzduch (voda) klesají dolů teplý vzduch (voda) stoupají nahoru Teplota a hustota Důsledky v atmosféře: proudění vzduchu - vítr sluneční nerovnoměrný ohřev povrchu ohřátý vzduch stoupá vzhůru vítr vyšší teplota nižší teplota 5
Teplota a hustota Důsledky v atmosféře: teplotní inverze zhoršené rozptylové podmínky 3.2.5. TEPLOTA A ROZPUSTNOST KYSLÍKU VE VODĚ teplý vzduch inverznívrstva studený vzduch Rozpustnost kyslíku Rozpustnost kyslíku s rostoucí teplotou klesá rozpustnost kyslíku ve vodě vzduch voda výměna kyslík organické znečištění produkce spotřeba producenti konzumenti vzduch Rozpustnost kyslíku Rozpustnost kyslíku zvýšená teplota + organické znečištění = rozpad vodních ekosystémů voda výměna kyslík organické znečištění produkce spotřeba producenti konzumenti vydýcháníkyslíku 6
Rozpustnost kyslíku význam tepelného znečištění z elektráren 3.3 ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ 3.3.1. OBECNÁCHARAKTERISTIKA Elektromagnetické elektromagnetické vlnění základní vztah c = λ. f c rychlost šíření (m.s -1 ) λ vlnová délka (m) f - frekvence (s -1 ) rychlost ve vakuu c = 300 000 km.s -1 vlnová délka (m) Rozdělení podle vlnových délek vlnová délka (m) Rozdělení podle vlnových délek 10-14 10-10 10-7 10 0 10 4 10-14 10-10 10-7 10 0 10 4 gama RTG ultrafialové světlo viditelné infračervené rádiové vlny gama RTG ultrafialové světlo viditelné infračervené mikrovlny mikrovlny rádiové vlny gama + RTG sluneční mikrovlny + rádiové klesávlnová délka roste nebezpečnost pro organismy 7
3.3.2. ZÁŘENÍGAMA A RTG vlnová délka (m) Rozdělení podle vlnových délek 10-14 10-10 10-7 10 0 10 4 gama RTG ultrafialové světlo viditelné infračervené mikrovlny rádiové vlny gama + RTG součást radioaktivního vysoce rizikové pro organismy (bude součástíkapitoly Radioaktivita) 3.3.3. SLUNEČNÍZÁŘENÍ vlnová délka (m) Rozdělení podle vlnových délek 10-14 10-10 10-7 10 0 10 4 gama RTG ultrafialové světlo viditelné infračervené mikrovlny rádiové vlny sluneční Sluneční na zemský povrch dopadá v rozsahu vlnových délek 300 10 000 nm 3 základní složky: -ultrafialové (UV) -světlo -infračervené (IČ, IR) Ultrafialové přináší asi 10 % energie UV nižších vlnových délek smrtící účinky na protoplazmu organismů zachycováno ozónovou vrstvou v atmosféře 8
OZONOVÁ DÍRA atmosféra bez kyslíku bez ozónu O 2 O 3 OZÓNOVÁ VRSTVA Fotosyntéza ŽIVOT MOHL EXISTOVAT JEN V MOŘI Fotosyntéza nárůst koncentrace kyslíku ozónu OZONOVÁ DÍRA OZÓNOVÁVRSTVA OZONOVÁ DÍRA SOUČASNOST NARUŠENÁ OZÓNOVÁVRSTVA ŽIVOT VYSTUPUJE NA SOUŠ EMISE FREÓNŮ VÝVOJ EMISÍ SKLENÍKOVÝCH PLYNŮ KONCENTRACE OZONU Roční průměry celkového ozonu v letech 1962-1999 Celkové emise CO 2 (mil. tun uhlíku/rok) Emise na hlavu Celkové emise Celkové emise freónů CFC-11, CFC-12 (mil. kg/rok) (Europa s Environment, 1995) (CHMÚ) 9
OZONOVÁ DÍRA OZONOVÁ DÍRA zima léto POKOŽKA POKOŽKA vrstva dělení buněk pokožky MELANOCYTY v klidovém stavu produkce barviva malá vrstva dělení buněk pokožky MELANOCYTY indikace UV produkce barviva melaninu ochranný filtr pro dělící vrstvu OZONOVÁ DÍRA OZONOVÁ DÍRA léto POKOŽKA vrstva dělení buněk pokožky MELANOCYTY při vysoké dávce UV riziko rakovinného bujení UV a přenos informací ultrafialové -vidí některý hmyz (včely) -bílé květy rostlin vidí v různých barvách Fluorescence v UV 10
Fluorescence v UV viditelná složka Světlo vlnová délka 390 760 nm lze rozložit na barvy spektra od kratších k delším vlnovým délkám: fialová modrá zelená žlutá oranž. - červená energie světla zdroj pro fotosyntézu vlnová délka (m) Rozdělení podle vlnových délek 10-14 10-10 10-7 10 0 10 4 gama RTG ultrafialové světlo viditelné sluneční infračervené mikrovlny rádiové vlny Světlo a přenos informací viditelné světlo = základní způsob přenosu informací -zrak u živočichů -reakce na světlo u rostlin = základ pro biologické hodiny organismů -fotoperiody -vnímání délky dne lze rozložit na barvy spektra od kratších k delším vlnovým délkám: fialová modrá zelená žlutá oranž. - červená Infračervené tepelné vychází z každého předmětu, jehož teplota je vyšší než absolutní nula (- 273,15 C) vzniká při každé přeměně energie IČ a přenos informací infračervené - čidla pro IČ (termoreceptory) komáři, hroznýš 11
3.3.4. MIKROVLNY A RADIOVÉ VLNY vlnová délka (m) Rozdělení podle vlnových délek 10-14 10-10 10-7 10 0 10 4 gama RTG ultrafialové světlo viditelné infračervené mikrovlny rádiové vlny mikrovlny + rádiové Mikrovlny a radiové vlny rozhlasové a televizní vysílače, mobilní telefony Mikrovlny a radiové vlny nejasné biologické účinky důvody pro obezřetnost: -roste expozice a počet exponovaných -přírodní pozadí je mnohokrát překračováno -expozice teprve druhá až třetí generace (nejsou dostatečné znalosti o účinku) -nebezpečí synergismu s jinými faktory 12