Содержание
озона в воздухе.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОШЛОГО
ВОЗДУХ 1886 ГОДА
А разве можно определить его состав сегодня? Да и нужно ли это делать? Оказывается, и можно, и нужно. Ученые обеспокоены постоянным увеличением в атмосфере двуокиси углерода, образуемой сгоранием продуктов нефти, каменного угля и природного газа, что в конечном итоге может привести к изменению климата. Необходимо знать, на сколько за последние 100 лет изменилось содержание в воздухе двуокиси углерода. Но пока что таких данных до 1958 года не существует. И вот американские исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории пытаются решить эту задачу, причем весьма оригинальным способом. Химики ищут в музеях страны герметически закрытые предметы - телескопы, корабельные навигационные приборы и даже медные запаянные пуговицы, из которых они могли бы взять пробу воздуха.
Задание.
С помощью каких еще способов можно узнать состав воздуха в прошлом и в будущем?
KРОВАВЫЕ ДОЖДИ
Помимо обыкновенных дождей, снега, града, крупы история атмосферных явлений упоминает иногда о дождях необыкновенных, приводивших в ужас невежд и людей малодушных.
Плутарх говорит о кровавых дождях, выпавших после больших сражений: в Кимврийской войне, например, после истребления нескольких тысяч кимвров, на полях Марселя. Он полагал, что кровавые испарения с поля битвы пропитывали воздух и окрашивали обыкновенные капли дождя в красный цвет.
В 1117 году разные сверхъестественные явления -кровавые дожди, подземные шумы - привели в ужас всю Ломбардию во время войны за освобождение общин. По этому поводу был даже созван в Милане совет епископов.
В конце 1543 года кровавый дождь выпал в замке Сассебург, в Вестфалии. В 1560 году то же случилось в Лувэне. В окрестностях Эйдена (Восточная Фрисландия) в 1571 году, ночью выпало такое огромное количество "крови", что на пространстве 5-6 миль все находившееся на открытом воздухе окрасилось в красный цвет. Многие сохраняли выпавшую кровь в сосудах. Пробовали даже объяснить это явление тем, что пар крови множества убитых быков поднялся к облакам.
В 1744 году дождь красного цвета выпал в предместье Св. Петра Аренского в Генуе, как раз во время войн, происходивших на территории Республики. Простой народ, конечно, очень этого испугался, но тогда же было доказано, что красный цвет дождя зависит от красной земли, занесенной сильным ветром с соседней горы.
Красные дожди достаточно часто были наблюдаемы и в наше время, так что мы не можем сомневаться в их реальности. Древние ошибались только в объяснении факта, которому невежество придавало значение чуда. Бэд думал, что дождь, несколько более плотный и теплый, чем обыкновенно, может походить на кровь и дать повод к мистическому объяснению. Казвини, Аль- Хазен и другие средневековые ученые рассказывают, что в середине девятого века с неба падал красный порошок, похожий на высушенную кровь. Эти ученые были, следовательно, на прямом пути к разумному объяснению явления.
В начале июля 1608 года кровавый дождь выпал в Провансе. Невежественное духовенство не преминуло увидеть в этом проделки сатаны. К счастью, один образованный человек, некто Пейреск, начал исследовать предполагаемое чудо и скоро убедился, что капли крови суть не что иное, как экскременты бабочек, во множестве встречавшихся на полях. Пятна красного цвета до сих пор называют кровавым дождем, а пятна желтого цвета - серным, тогда как в первых столько же крови, сколько в последних серы.
Эти явления зависят от переноса ветром на далекие расстояния в первом случае - красной пыли, а во втором - желтой пыльцы сосен. Что касается бабочек, то они крайне редко являются причиной того чуда, о котором идет речь.
В пыли, окрашивающей эти дожди и снега, были открыты частички железисто-глинистого мергеля, смешанные с очень мелким песком и увлекающие из атмосферы много органических частичек, в ней содержащихся. Стало быть, дожди и снега такого рода несут с собою удобрение для почвы и могут быть названы удобряющими.
Всякая голая песчаная пустыня, которых так много в тропических и подтропических странах как Старого, так и Нового Света, способна снабжать такие вихри тонкой пылью, легко переносимой на далекие расстояния. Европа может спорить в этом отношении с самыми отдаленными странами Азии, Африки и Америки.
Этот очерк истории кровавых дождей доказывает: 1) что они, действительно, выпадали; 2) что они чаще всего зависят от пыли, принесенной ветром из стран, иногда весьма отдаленных; 3) что они не так редки, как кажется.
Вопросы и задания.
ОЗОН - НЕ ВСЕГДА ХОРОШО
Озон, столь необходимый для всего живого в стратосфере, где его слой защищает поверхность Земли от жесткого солнечного ультрафиолета, в приземном слое воздуха скорее вреден. Озон относится к первому, самому опасному классу отравляющих веществ. Ничтожные количества озона, возникающие при грозе, придают воздуху запах свежести, но при концентрации свыше половины миллиграмма в кубометре воздуха озон вызывает раздражение дыхательных путей, головокружение, удушливый кашель, боли в сердце. Между тем, вокруг нас сейчас много источников озона: это и высоковольтные установки, и электросварка, и некоторые химические производства, а главное - выхлопные газы автомобилей и заводские дымы. Сами эти выбросы озона не содержат, но имеющиеся в них окислы азота и углеводороды под воздействием солнечного света реагируют между собой с образованием озона...
Странноватым и даже вряд ли совместимым с достоинством своего сана делом занимался патер Франческо Денца в прошлом веке в Турине. Дважды в день, утром и вечером, он выходил на балкон своего дома, снимал с натянутой на перилах веревки какие-то бумажки, глубокомысленно рассматривал их и заменял новыми. И так каждый день в течение 26 лет, с января 1868 по декабрь 1893 года. Патер измерял содержание в воздухе озона. Несколько извиняет его то, что служитель церкви, как это бывало в те времена, был одновременно и ученым: Франческо Денца преподавал в Королевском колледже метеорологию и физику.
Для измерений он применял простой и наглядный способ, разработанный первооткрывателем озона, этого легко распадающегося соединения из трех атомов кислорода,- немецким химиком Х.Ф.Шенбайном. В затененном месте вывешивается фильтровальная бумага, пропитанная йодистым калием с крахмалом. Озон, присутствующий в воздухе, окисляет йодистый калий до йода, а тот дает с крахмалом синюю окраску. Степень посинения бумажки оценивается по цветной шкале, вдоль которой указана концентрация озона. Спустя сто лет записи любознательного патера нашли в архиве итальянские исследователи. Они пересчитали старинные данные в современные единицы концентрации и сравнили их с данными аналогичных измерений, проведенных уже в наши дни современными методами на острове Рюген в Северном море и у озера Лаго-Маджоре на севере Италии. И на острове, и около озера нет ни крупных промышленных предприятий, ни сильного автомобильного движения - основных источников поступления озона в атмосферу.
Составленные итальянскими учеными графики наглядно показывают: даже в относительно чистых районах Европы содержание озона в воздухе зимой в два раза превышает данные за прошлый век, а летом - в три раза. Причем, если раньше годовой график содержания озона был довольно ровным, сейчас имеется ярко выраженный летний "горб", связанный именно с усилением солнечного света. В крупных городах летнее накопление ядовитого газа в воздухе еще существеннее.
Содержание
озона в воздухе.
Вопросы.
ПРИЧИНА МАССОВОГО ВЫМИРАНИЯ - ВСЕМИРНОЕ ЗАТЕМНЕНИЕ
О массовых вымираниях животных и растений в минувшие геологические эпохи, в особенности на границе мела и палеогена (65 млн. лет назад), когда исчезли динозавры, аммониты, белемниты и множество других существ, написано предостаточно. Наиболее правдоподобен такой сценарий: то ли вследствие падения на Землю астероида или кометы, то ли из-за грандиозных извержений вулканов и излияний лавы (например, на плато Декан в Индии) всю планету охватил гигантский пожар. На долгое время Земля окуталась непроницаемым для солнечных лучей покровом дыма, сажи и пыли. В атмосферу было выброшено огромное количество оксидов углерода, азота и серы. Начались кислотные дожди. Фотосинтез надолго прекратился, температура воздуха резко снизилась. Процветавший в мелу известковый планктон почти полностью погиб, и связывать углекислый газ стало некому. Его содержание в атмосфере тогда было во много раз больше нынешнего, а вулканы продолжали выбрасывать все новые массы этого газа, явившегося основной причиной парникового эффекта. Похолодание на несколько десятков тысячелетий сменилось значительным потеплением. И лишь постепенно, за миллионы лет, жизнь на Земле пришла к новому равновесию.
А что же послужило причиной вымирания морских организмов: ударная волна, изменение уровня океана (в конце мела он сильно понизился), резкие скачки температуры, ядовитые газы, кислотные дожди? Каждый из этих факторов должен был сильнее сказаться на одних группах организмов и слабее - на других. Зная, какие группы вымирали в большей мере, а какие "не почувствовали" катастрофы, можно судить, какая из причин была наиболее серьезной.
Американские специалисты проверяли гипотезу, согласно которой главной причиной было резкое сокращение первичной продукции океана. Прекращение фотосинтеза на месяцы и годы должно было сильнее сказаться на видах, потребляющих фитопланктон, и меньше - на питающихся детритом, тем более что из-за гибели наземной растительности количество поступающего в море детрита должно было возрасти. Активные, способные плавать животные страдали от голода сильнее малоподвижных, ползающих, а те - сильнее прикрепленных, неподвижных; виды с интенсивным обменом веществ - больше, чем виды с пониженным обменом.
Ученые сравнили процент вымерших родов у двустворчатых моллюсков и плеченогих. Плеченогие неподвижны, питаются детритом, имеют низкий уровень обмена (кислорода потребляют вдвое меньше двустворчатых). Среди двустворок есть виды с разным типом питания (потребляющие фитопланктон, детрит или хищники); одни из них неподвижны, другие ползают, третьи плавают. Без пищи двустворки выживают несколько дней или месяцев, плеченогие же - до одного-двух лет. Поэтому всех плеченогих рассматривали как устойчивых, а двустворок разделили на чувствительных к голоданию, устойчивых и промежуточных.
Вымирание проанализировали на четыре момента времени: рубеж мела и палеогена (когда вымерло около 47% всех родов и 76% видов морских животных), рубеж перми и триаса (245 млн. лет назад, когда погибло 84% родов и 96% видов), а также два "спокойных" периода в юре, когда особых катаклизмов не отмечено.
Оказалось, что на рубеже мела и палеогена доля вымерших родов среди чувствительных к голоданию моллюсков (подвижных и питающихся фитопланктоном) достоверно выше, чем среди устойчивых; доля вымерших моллюсков и плеченогих одинакова -около 60%. Но в предшествующие эпохи, как катастрофические (конец перми), так и "спокойные" (юра), плеченогих вымирало в несколько раз больше, чем двустворчатых, следовательно, относительный темп вымирания плеченогих в конце мела был ниже, чем до того. В конце перми соотношение иное: доля вымерших планктоноядных двустворок даже ниже, чем в конце мела (около половины), зато плеченогих - более 90%. Но и в конце перми, и в конце мела чувствительные к голоданию двустворки вымирали в большем числе, чем устойчивые.
По мнению ученых, это соответствует предположению, что основной причиной вымирания морских организмов на рубеже мела и палеогена было катастрофическое снижение первичной продукции, а вот стало ли прекращение фотосинтеза следствием падения астероида или излияния лав - об этом по результатам исследования ничего сказать нельзя. Вымирание же в конце перми могло быть вызвано и другой причиной.
Задания.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ КАТАСТРОФА В ПЕРМСКОМ ПЕРИОДЕ
Представление о катастрофах как причинах изменения органического мира Земли введено, как известно, основателем палеонтологии Ж.Кювье. И хотя в середине 19 века его идея утратила свое значение, некоторые наблюдения вновь и вновь заставляют вернуться к мысли, что далеко не все преобразования в земной природе были медленными и незаметными. Вот одно из таких наблюдений.
Во время экспедиции, летом 1988-1990 гг., в Приуралье и на Русской платформе были обнаружены богатые комплексы растительных остатков пермского периода: растительные ткани, фрагменты листьев и побегов, которые имели хорошую сохранность, позволяющую изучать даже характер клеточного строения. Были обнаружены и окаменевшие стволы, и органы пермских споровых и голосеменных растений. Иногда вместе с флористическими остатками попадались отпечатки насекомых и косточки позвоночных - доказательство изобилия жизни в пермских лесах.
Ученые попытались реконструировать древние растительные сообщества по специальной методике. В результате выяснилось, что основное разнообразие растительных комплексов приходится на середину и конец раннепермской эпохи, а в начале поздней перми, в первую его половину - ситуация изменилась коренным образом.
Растительные комплексы середины пермского периода представляли собой единый ряд постепенного развития -сукцессии. Палеоэкосистема раннепермской эпохи Среднего Приуралья подходила к наивысшей степени своей устойчивости. Растительные сообщества этого времени и этого района очень разнообразны, как по местам обитания, так и по своему составу. Здесь произрастали печеночные и листостебельные мхи, папоротники, членистостебельные, многочисленные семенные, кодаиты и хвойные.
Масштаб последовавших изменений в структуре растительного покрова трудно переоценить. На огромной территории сложные сообщества разных растений сменились однообразными монодоминантными зарослями вячеславии - плауновидного растения, куда более примитивного, чем раннепермские голосеменные.
Что же произошло? Трудно дать однозначный ответ сейчас, когда исследования только начались. Но уже ясно, что в очень короткое (в геологических масштабах) время были взломаны цепи, связывающие воедино сложную систему разнообразных организмов, успешно приспособившихся друг к другу и окружающим условиям. Как сейчас говорят, произошла экологическая катастрофа, "экосистемный переворот". Было ли это связан с активизацией магматических процессов и, как следствие, вулканической активностью молодого тогда Урала в соответствии с очередной фазой горообразования, или же с особенно масштабным климатическим событием - пока не вполне понятно. Проблема ждет своего решения.
Насколько ценные выводы могут быть получены в результате таких исследований, трудно предугадать. Не исключено, что удастся выявить закономерности в эволюции сообщества и экосистем геологического прошлого, которые можно будет использовать для долговременного (миллионолетнего!) прогноза последствий человеческой деятельности, давно ставшей вровень с геологическими силами.
Задание.
Какие исследования необходимо провести для установления причин экологической катастрофы в пермском периоде? Предложите методы изучения истории экологии в вашем крае.
ПОСЛЕДСТВИЯ ПЕРЕСЕЛЕНИЯ
В 1911 году норвежские китобои, отправившиеся к берегам Антарктиды, взяли с собой десяток северных оленей. На острове Южная Георгия животных высадили.
Кругом лежала привычная для оленей тундра. Но Антарктида - не родное северное Заполярье, флора здесь совсем иная. Сосудистые растения почти не встречаются, а настоящего кустарника нет совсем. Пришлось животным акклиматизироваться. С традиционного "оленьего мха" они переключились на растущий пучками дернистый луговик. Свою родину олени покидали в начале весны, но ведь в Южном полушарии "все наоборот": к их прибытию в разгаре была осень. И большинство детенышей, родившихся "не в сезон", погибло. Но через два года оставшимся в живых удалось "перевернуть календарь": оленята стали появляться на свет в весеннем по южнополярному счету ноябре и набираться сил летом, в декабре-феврале. Организм оленя научился чутко следовать долготе здешних суток, подчиняться местным солнечным часам.
Лишь в одном переселенцы "выгадали" сразу: овод, столь неизбывный паразит всех жвачных на Севере, новых условий не выдержал. А ведь личинки под кожей животных , почти поголовно зараженных ими дома, наверняка благополучно преодолели экватор. Однако на родине у оленей кровососы вылупливаются обычно в мае-июне, а затем окукливаются в прогретой почве один-два месяца. Когда личинки вылезли на свет, Южная Георгия была в объятиях зимы, поэтому на снегу личинки погибли. В результате здесь возникло чуть ли не единственное в мире стадо полярных оленей, не знающее крылатого паразита.
Хищников здесь тоже нет, поэтому олени смогли размножаться без помех. Численность их возросла от одного десятка до трех тысяч.
Однако тут же возникла проблема, которую специалисты называют неуклюжим термином "перевыпас": слишком много ртов, но особенно - снабженных копытами все вытаптывающих ног на единицу зеленого пространства. Даже у дернистого луговика стало не хватать выносливости и способности к восстановлению.
Но в дело включилась природа, то есть естественный регулятор, и рост поголовья несколько замедлился. Таким образом, данный опыт искусственного переселения вида на местность, где он никогда не существовал, можно считать успешным.
Вопрос.
Какие изменения произойдут в экосистеме острова с течением времени?