Make your own free website on Tripod.com

МОДЕЛИРОВАНИЕ

ЧТО ТАКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ?

Моделирование - метод построения копий экосистем или их элементов.

ДЛЯ ЧЕГО НЕОБХОДИМО МОДЕЛИРОВАНИЕ?

Допустим, после окончания наблюдений за состоянием почвы в различных районах города были получены результаты, имеющие большие различия между собой. Необходимо установить причины этих различий. С чего начать поиск?
Прежде всего надо установить все возможные причины, а затем выбрать из них те, которые наиболее вероятны. Решить эту задачу можно путем построения планов-моделей участков, на которых проводились наблюдения. На планах указываются в се факторы, которые могли оказать влияние на результаты наблюдений, впоследствии из них выбираются наиболее вероятные.

КАКИЕ ВИДЫ МОДЕЛЕЙ БЫВАЮТ?

1. Текстовые - описание экосистемы.
2. Графические - схема, план, рисунок экосистемы.
3. Математические - графики, диаграммы, уравнения для описания изменений факторов в экосистемах.
4. Технические - модели экосистем из технических материалов (дерева, бумаги, металла, картона и др.)
5. Компьютерные - компьютерные программы для моделирования изменений в экосистемах.

КАК ПОСТРОИТЬ МОДЕЛЬ?

Пример 1. Необходимо построить текстовую или графическую модель экосистемы луга, расположенного на опушке леса, где были проведены наблюдения за состоянием почвы. План построения модели
1. Составляется описание или схема расположения экосистемы луга и ее границы.

Экосистема луга.

2. Указываются участки, на которых проводились наблюдения.
Участки наблюдений в экосистеме луга.

А, Б, В, Г, Д ≈ точки, в которых проводились наблюдения

Пример 2. Необходимо построить математические модели по результатам наблюдений за состоянием почвы.

Таблица.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА СОСТОЯНИЕМ ПОЧВЫ

НА УЧАСТКЕ А В ЭКОСИСТЕМЕ ЛУГА

Дата

Кислотность (рН)

Температура (° С)

Запах

Цвет

1.09
12. 09
1.09

16. 09

6, 4
6, 5
6, 3
6, 6

14, 5
12, 1
12, 7
13, 1

нет
нет
нет
нет

коричневый
коричневый
коричневый
коричневый

План построения графика
1. Строятся оси координат, на которых указываются условные обозначения одного из параметров и даты наблюдений.
2. Наносятся точки изменений параметров и соединяются линией.

График изменений кислотности почвы на участке А экосистемы луга.

План построения диаграммы

1. Строятся оси координат, на которых указываются условные обозначения одного из параметров и даты наблюдений.
2. Наносятся точки изменений параметров и соединяются с помощью прямоугольников.
Диаграмма изменений температуры почвы на участке А экосистемы луга.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОСИСТЕМ

Можно ли с помощью моделирования изучать жизнедеятельность вымерших животных и растений? Ну конечно же нет, скажете вы и... ошибетесь. Найденные во Франции следы динозавров наводят на мысль, что многие из них передвигались прыжкам и, подобно кенгуру. Отдельные следы имеют 15 - 20 см в длину, отпечатки правой и левой ноги стоят рядом, а расстояния между отпечатками ног, то есть длина прыжка, от 1,4 до 2,2 м. Биомеханическое изучение скелетов динозавров и их моделей показало, что у многих видов, передвигавшихся на четырех ногах, главную нагрузку несли все-таки задние ноги. Такие динозавры, по-видимому, могли становиться на задние ноги, как медведи, и находить себе пи щу высоко в ветвях...
Исследования свидетельствуют, что весившие около двух тонн стегозавры могли бегать быстрее слонов, в то время как весившие почти 12 тонн диплодоки двигались значительно медленнее. Весивший около семи тонн тиранозавр передвигался т олько на задних ногах, поддерживая при этом туловище могучим хвостом.
Могут ли насекомые быть моделями загрязнения природной среды? Такой вопрос поставила перед собой группа американских ученых. Польза, приносимая пчелами, весьма велика и разнообразна. Однако в результате исследований ученых была найдена новая грань "таланта" этого насекомого. Ученые проводили наблюдения за степенью загрязненности природной среды и тем, как она отражается в химическом составе тканей здешних пчел. У населения шестидесяти четырех крупных пасек производился анализ содержания в теле фтора и тяжелых металлов.
Оказалось, что содержание в тканях пчел цинка, свинца и меди не зависит от загрязненности среды, в которой они берут взяток. С другой стороны, содержание в них фтора, мышьяка и кадмия достаточно четко повторяет их уровень в здешне й почве.
Пчелы-фуражиры собирают загрязненные антропогенными химическими веществами цветочную пыльцу и нектар, а иногда и пыль, ошибочно принятую за пыльцу, и доставляют их в улей. Загрязняющие вещества могут также содержаться и в пище пче л. Таким образом, уровень содержания загрязнителей в улье является точной моделью их концентрации в окружающей местности.

КАК МОДЕЛИ ПОМОГАЮТ РЕШАТЬ ПРОБЛЕМЫ

Рассмотрим такой пример. Вода в Средиземном море чуть более соленая, чем по соседству, в Атлантическом океане (на пять с небольшим процентов). Почему? Исследования геологов показывают, что в донных и береговых осадках здесь имеютс я большие толщи отложений соли, образовавшихся примерно семь миллионов лет назад. Но как за такое короткое по геологическим масштабам время тут могли отложиться подобные запасы?
Российские ученые из Института океанологии разработали математическую модель: просчитали разные физические механизмы. И только один из них позволил "заполнить" море нужным количеством соли за указанное время. Этот механизм связан с установлением равновесия различных участков земной коры. Когда вода на одном участке частично высыхает, он немедленно всплывает, одновременно где-то за сотни километров другой такой же участок опускается. И когда в ту эпоху уровень океана понизился, мо ре превратилось в озеро и стало быстро высыхать. При этом соли оставались и начинали интенсивно накапливаться в отложениях. Затем дно под тяжестью солей кое-где прогнулось, пропуская новые порции океанической воды, также подлежащей испарению. И за нескол ько таких приемов поднятия - опускания морского дна соли накопилось так много, что и сегодня, спустя миллионы лет, ее избыток сказывается в виде повышенной солености морской воды по сравнению с океанической.
Можно ли построить модель тушения пожара в лесу? Оказывается, можно. Для тушения огня на пожарах используют порошки, содержащие минеральные вещества. До сих пор было неясно, как действуют эти порошки: в первом варианте частицы пор ошка, нагреваясь, поглощают тепло, температура в пламени падает, и оно угасает; во втором - те же частицы могут осаждать на своей поверхности активные центры горения, в результате чего эти центры гибнут, а пламя гаснет.
Ученые из Тбилисского университета не стали разжигать огонь в лесу, чтобы загасить его порошком, а просто промоделировали все эти процессы на компьютере. В итоге модельных расчетов выяснилось, что в одном случае горение в воздухе прекращается из-за взаимодействия активных центров с поверхностью частиц порошка, в другом - в результате поглощения тепла. Таким образом, механизм подавления огня зависит от состава горящей смеси газов.

ПРАКТИКУМ

Практическая работа N16. Моделирование экологического состояния водоема

План работы

1. Составьте схему экосистемы водоема, в котором вы проводили наблюдения за состоянием воды.
2. Составьте описание источников антропогенных загрязнений в экосистеме.
3. Постройте графики и диаграммы для описания изменений абиотических и биотических факторов.
4. Постройте из картона, бумаги, пластилина, дерева или других материалов техническую модель-макет одного из участков экосистемы.

Практическая работа N17. Моделирование экологического состояния воздуха

План работы
1. Составьте схему экосистемы, в которой вы проводили наблюдения за состоянием воздуха.
2. Составьте описание источников антропогенных загрязнений в экосистеме.
3. Постройте графики и диаграммы для описания изменений абиотических и биотических факторов.
4. Постройте из имеющихся материалов техническую модель-макет одного из участков экосистемы.

Практическая работа N18. Моделирование экологического состояния почвы

План работы
1. Составьте схему экосистемы, в которой вы проводили наблюдения за состоянием почвы.
2. Составьте описание источников антропогенных загрязнений.
3. Постройте графики и диаграммы для описания изменений абиотических и биотических факторов.
4. Изготовьте модели почвенных горизонтов (почвенные монолиты) из участков наблюдений (тонкий слой почвы приклеивают на картон клеем ПВА).

Почвенные монолиты.

Практическая работа N19. Моделирование экологического состояния деревьев в окрестностях автодороги

План работы

1. Составьте схему экосистемы, в которой вы проводили наблюдения за состоянием деревьев.
2. Составьте описание источников антропогенных загрязнений.
3. Постройте графики и диаграммы для описания изменений в состоянии деревьев.
4. Изготовьте из бумаги модель шкалы преобладающей окраски листьев в зависимости от кислотности листовой кашицы.

Практическая работа N20. Моделирование элементов экосистемы по выбору

Выберите элементы экосистем и постройте их текстовые, графические, математические и технические модели.