Животный мир и химические элементы.

Биогеографы делят Землю с точки зрения генетически родственных связей; согласно таким связям устанавливается градация области обитания животных с переходными зонами смешанной фауны, сравнимыми с экотонами (рис. А), Из всех элементов, сосредоточенных в атмосфере, литосфере и гидросфере, живые существе потребляют только некоторые из них (рис. Б). В элементарном составе биосферы они представляют собой самостоятельную систему, использование которой человеком может привести к структурным изменениям.

98% биосферы могут быть сведены к одному основному структурному элементу с формулой (СН.О), напр. глюкоза (С6Н|2Ое) и целлюлоза являются полимерами (CHjO). Благодаря фотосинтезу в хим. соединениях углеводов, прежде всего растений, и в молекулах белка и жира животных накапливается солнечная энергия.

Биомассу Земли составляют растения (99% — автотрофные и 0,9% — гетеротрофные) и животные (лишь 0,1%). Пространственное распределение биомассы на Земле зависит от валовой первичной продукции. Последняя содержит вещества, полученные в результате фотосинтеза и хемосинтеза, включая и вещества, использованные при дыхании.

Первичная чистая продукция (ПЧП) — это биомасса, которая остается в экосистеме за вычетом веществ, используемых в процессе дыхания (ПЧП = чистая доля ассимиляции х индекс поверхности листьев х длительность вегетационного периода).

Свойства молекулы воды

Вода, встречающаяся на Земле, возникла при дегазации магмы. Она может выделяться биохим. путем при минерализации орг. веществ, а также в процессах фотосинтеза и окислительно-восстановительных реакций. Вода состоит из молекул, в которых оба атома водорода соединены с одним атомом кислорода ковалентной связью и находятся в углах 104"27' (рис. А, Б). Благодаря высокому, по сравнению с водородом (+1), заряду ядра кислорода ( + 8) электроны притягиваются к ЯДРУ атома О сильнее, чем к ядрам атома Н (молекулярная теория): центры масс зарядов не совпадают между собой, молекула представляет собой постоянный диполь, который может взаимодействовать с носителями положительных и отрицательных зарядов.

Диполи молекул воды могут соединяться между собой водородными связями, на разрыв которых (диссоциацию) требуется затратить ок. 20—42 ккал/моль (энтальпия диссоциации). Молекулы воды могут неструктурированно объединяться в кластеры (жидкая вода) или образовывать тетраэдрические или кольцевидные кристаллические структуры льда (рис. Г). При 0—4 "С кластеры' состоят приблизительно из 90 молекул, при 70 "С — из 25 молекул, постоянно объединяющихся и распадающихся.

Благодаря кластерам теоретическая точка плавления воды повышается от - J 00 "С до 0 "С, а точка кипения — от — 70 "С до + ! 00 "С, вследствие чего в температур- ных условиях земной поверхности вода находится в жидком, а не в газообразном агрегатном состоянии. Жидкая вода используется живыми существами как средство транспортирования тепла и питательных веществ в кровеносных сосудах животных и в капиллярах растений; она образует вод. среду обитания. Подобно тому как концентрация СОг в водоемах часто является ограничивающим фактором, так и вода определяет земную биопроизводительность (с. 10), 141). Вследствие своего дипольного характера вода является универсальным растворителем для многих групп веществ. Раствори- тельная способность воды зависит от ее способности диссоциировать:

Концентрация ионов гидроксония (Н30+) и, соотв., гидроксил-ионов (ОН-) показывает, насколько кислый или щелочной раствор. Если Н20 отдает протоны, напр.

то она вступает в хим. реакцию как к-та (донор протонов), а если принимает протоны, напр.

то как акцептор протонов; если молекула может реагировать и как к-та, и как основание, ее называют амфотерной.

Оксиды неметаллов образуют с водой к-ты, напр.

(проблема — SO?, с.169),

отдельные оксиды металлов — щелочи, напр.

Соли металлов, диссоциируя, разлагаются, а как соли слабых кислот и щелочей разделяются при гидролизе, напр.:

Вода может внедрят я в кристаллическую решетку (образование гидратов).

Вода очень хорошо растворяет полярные вещества, напр. соли (гидрофильное действие), чаще с образованием ионов, неполярные — хуже или как жиры, не растворяет совсем (гидрофобное действие). Растворимость газов, хим. не реагирующих с водой, зависит от температуры и давления (рис. Ж), напр. в озере содержание кислорода изменяется сверху вниз. В непроточных стоячих водоемах большую роль играет аномалия плотности (рис. Е). При 4 "С вода имеет наибольшую плотность, при более низкой температуре плотность уменьшается. Наиболее холодный слой (0— 4 "С) воды находится у ее поверхности, где при дальнейшем охлаждении образуется лед, который плавает благодаря еще меньшей плотности кристаллической решетки (рис. Г).

Замерзание сверху вниз позволяет рыбам в достаточно глубоких озерах выжить в нижних слоях воды (с. 116—119). Плотность воды зависит также от содержания солей и давления. Так, в более плотной соленой воде планктон имеет лучшие условия для пребывания во взвешенном состоянии, чем в бедной ионами воде олиготрофных озер. У воды большая удельная теплоемкость: 4,187 кДж • К 1 • кг

это означает, что необходимо затратить 4,! 87 кДж, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 "К 1 "С) при нормальном давлении. Теплота плавления льда составляет 333,7 кДж/кг, теплота испарения воды — 2255 кДж/кг; она высвобождается как тепло конденсации при сжижении водяного пара. Благодаря высокой теплоемкости вода может накапливать большие кол-ва тепла и в сравнении с сушей представляет собой относительно более стабильную среду обитания. У воды высокая вязкость и поверхностное натяжение, зависящие от температуры и давления. Вязкость противодействует движению в воде, поддерживает планктон во взвешенном состоянии. Поверхностное натяжение возникает благодаря силам когезии, действующим на молекулы воды на границе раздела с воздухом (нейстон, с. 118—119), возникает т. наз. поверхностная пленка.

Важным свойством воды для биоценозов водоемов является прозрачность воды.

Диффузия, осмос, активный перенос

Добавить статью в закладки