Kiirgusenergia füsioloogiline efekt. Kiirgav energia

Kiirgusenergia on kõigi elektromagnetlainete kogum, mis tekivad ja levivad kosmoses kiirusega, mis läheneb 300 tuhande km/s. Patoloogilist mõju organismile avaldab eelkõige kiirgus, mis võib põhjustada kudedes ionisatsiooni. Veelgi enam, kiirte patogeenne toime on pöördvõrdeline nende lainepikkusega.

Erinevat tüüpi kiirgusenergial on erinev mõju. Mõnel juhul muutub kudedesse neelduv kiirgusenergia soojuseks, mille tulemuseks on loomade ülekuumenemine; teistes avaldab see kudedele keemilist mõju, põhjustab organismis mitmeid keemilisi muundumisi ja annab nn fotokeemilise efekti.

Patoloogiliste protsesside ilmnemisel kehas võivad teatud rolli mängida päikesekiired ja ennekõike päikesespektri ultraviolettkiirgus. Nendel kiirtel on keemiline toime ja mida lühem on lainepikkus, seda intensiivsemad nad on. Kiirte mõju organismile oleneb toime kestusest, nende langemisnurgast, atmosfäärikihi paksusest, mida kiired läbivad, aga ka kudede läbilaskvusest ja organismi üldisest reaktsioonivõimest. Pikaajalisel ultraviolettkiirgusega kokkupuutel looma veresooned laienevad, vererõhk langeb, ainevahetus (peamiselt valkude) on häiritud ja kudede lagunemisprotsessid intensiivistuvad.

Suurte kehaosade intensiivsel ja pikaajalisel kiiritamisel võivad loomal tekkida tõsised hemodünaamilised häired – näiteks šokk, mis mõnikord viib isegi surmani. Ultraviolettkiirte patogeenne toime kesknärvisüsteemile areneb kahes suunas: ühelt poolt on selle aktiivsus pärsitud retseptoriaparaadi ärrituse tõttu (kiired ja kudede lagunemise toksilised saadused); teisalt avaldab sellele (humoraalselt) toksiline mõju kiiritatud kolesterooli ja vere valk-lipiidide kompleksid.

Päikese spektri pikad lained, punased ja infrapunakiired avaldavad kehale termilist mõju. Nende kiirte ülemäärase toime tõttu kuumeneb keha üle või tekivad erineva raskusastmega põletused.

Otsese päikesevalguse mõjul, kui need langevad loomale kaitsmata pähe, võivad tekkida päikesepiste. Sel juhul laienevad kesknärvisüsteemi veresooned (ajukelme) ja kahjustuvad vasomotoorid. Mõnikord esineb kapillaaride rebendeid ja hemorraagiaid närvikoesse. Algul on loomad väga erutatud, nende hingamine ja pulss kiirenevad, algavad krambid, seejärel algab depressiooni staadium. Loomad surevad sageli hingamis- või vereringekeskuste halvatuse tõttu. Päikesevalguse mõju kehale ei pruugi ilmneda kohe, vaid mõne tunni pärast ehk siis, kui spektri ultraviolettkiirguse keemiline osa hakkab oma mõju avaldama. Erinevalt kuumarabandusest ei eelda päikesepiste ilmtingimata keha eelnevat ülekuumenemist: kehatemperatuuri tõusu päikesepiste ajal peetakse sekundaarseks teguriks närviliste soojusregulatsioonikeskuste ärrituse tagajärjel. Kõrgemate närvikeskuste düsfunktsioon ja ajukoore stimulatsioon päikesepiste ajal on muutlikumad ja püsivamad kui kuumarabanduse ajal.

Laserkiirgus. Laser on võimeline kiirgama väikese lahknemisnurgaga monokromaatilisi valguskiire. Kiired mõjuvad koele väga lühikest aega (sadatuhandiksekundit), neelduvad pigmenteerunud kudedesse, punastesse verelibledesse, melanoomidesse jne. Laserkiired hävitavad eluskudet, kasvajad on nende suhtes eriti tundlikud. Bioloogilise objekti kahjustused tekivad kiirte termilise mõju tõttu kudedele ja nende soojusenergia neeldumise tagajärjel. Kudedes ja rakkudes tekivad samaaegselt mürgised ained ning muutub koeensüümide toime. Lisaks on mehaaniline toime võimalik tänu tahkete ja vedelate ainete hetkelisele üleminekule gaasilisse olekusse ja rakusisese rõhu tõusule (kuni mitukümmend ja sadu atmosfääri).

Ioniseeriva kiirguse mõju. Ioniseeriva kiirguse peamine allikas on röntgen- ja radioaktiivne kiirgus. Selle kiirguse bioloogiline mõju sõltub paljudest teguritest: kiirguse tüübist, üld- või lokaalse kiirituse doosist, välis- või sisekiirgusest, ühekordsest või korduvast, aga ka organismi individuaalsest ja liigilisest tundlikkusest.

Erinevatel kudedel on kiirguse suhtes erinev tundlikkus. Vastavalt kahjustuse astmele võivad need paikneda järgmiselt: vereloomeorganid, soolenäärmed, suguelundite epiteel, naha ja läätse epiteel, endoteel, kiudkude, siseepiteeli organid, kõhred, luud, lihased, närvikude Närvisüsteemi funktsionaalsed ja struktuursed muutused, mida täheldatakse kiirgusega kokkupuutel, põhjustavad kogu organismi aktiivsuse regulatsiooni häireid, vähendavad selle vastupanuvõimet nakkushaigustele.

Kiirgushaigus on organismi üldine kahjustus suurte ioniseerivate kiirte annuste toimel. See ilmneb nii välise kokkupuute tõttu kiirgusega (õnnetus töö ajal ioniseerivat kiirgust tekitavate generaatoritega, aatomiplahvatuse ajal, kiiritusravi ebaõige kasutamise korral) kui ka sisemise kokkupuute korral (kui toiduga satuvad kehasse mitmesugused radioaktiivsed ained või sissehingatav õhk).

Kiiritushaiguse kulg võib olla äge (kui keha puutub kokku suurtes annustes ioniseeriva kiirgusega) ja krooniline (organismi mõjutavad väikesed doosid, kuid pikka aega).

Ioniseeriva kiirguse pikaajalised tagajärjed on selle kantserogeensed toimed ja sugurakkude kromosoomiaparaadi kahjustused. Raskete kiiritusvigastuste korral täheldatakse organismi vastupanuvõime vähenemise tagajärjel autoinfektsiooni ja mürgiste ainete kuhjumise korral veres toksilisuse nähtust.

Elektri toime.

Elektrienergia patoloogiline mõju looma kehale ilmneb siis, kui see on otseses kontaktis voolu kandva objektiga või kui keha on (äikeselöögi ajal) allutatud atmosfääri elektrilahendustele. Patoloogilised muutused organismis sõltuvad elektrivoolu omadustest, keha ja selle kudede reaktsioonivõimest, aga ka mitmetest konkreetsetest kaasnevatest teguritest. Elektrivoolu mõju kehale määrab selle pinge ja tugevus, kokkupuute kestus, voolu iseloom (otsene, vahelduv), kudede takistus, voolu suund ja looma patogeensus voolutugevuse määrab ka selle keha läbimise kestus, kui voolu kestus suureneb, suureneb ka selle kahjulikkus.

Elektrivoolu mõju sõltub elundite elutähtsusest, mida see läbis. Eluohtlikum on see, kui vool läbib südant, tekib aeglane ja pöördumatu halvatus, tekivad vatsakeste kodade virvendusnähtused ja südameseiskus diastoolis. Mõne loomaliigi närvikeskused on elektrivoolu suhtes vähem tundlikud kui süda.

Elektrivoolul on lokaalne ja üldine mõju. Kohaliku toimega saadakse põletus, millel on mõnikord mõju avaldanud juhi kuju. Kohas, kus vool kehasse siseneb ja väljub, tekivad haavad ja nende ümber naha veresoonte halvatuse tõttu tekivad hargnenud punased kujundid. Mõne aja pärast (mitu päeva, nädalat) pärast kokkupuudet elektrivooluga täheldatakse kahjustuse kohas sageli väliskesta ja selle all olevate kudede nekroosi. Mõnikord jäävad nahale väikesed hallikasvalged tahked ovaalsed või ümarad alad, mida ääristavad rullisarnased kõrgendused. Need on nn elektrimärgid; Histoloogiliselt on neil naha Malpighi kihi palisaadikujulised rakud. Neid samu kudesid iseloomustab rakuline struktuur ja mõnes rakus on gaas, mis on ilmselt tekkinud voolu elektrokeemilise toime tulemusena.

Elektrivoolu üldmõju mõjutab eelkõige närvi- ja kardiovaskulaarsüsteeme. Muutused kesknärvisüsteemis toimuvad kahes faasis: lühiajalise erutuse ja pikemaajalise depressiooni ehk pärssimise näol. Ergastusfaas väljendub järsult väikese voolu mõjul 100 A ja suurema voolu läbimisel on ergastusfaas väga lühike, kuid sellele järgneb kiiresti inhibeerimisfaas, mis sageli väljendub vererõhu langusena ja. hingamise seiskumine. Selle tulemusena saabub nn kujuteldav surm.

Ka vereringe ja hingamise rikkumine elektritrauma ajal toimub kahes faasis. Esimeses faasis suureneb arteriaalne ja venoosne rõhk, hingamine kiireneb. Muutused hemodünaamikas ja hingamisrütmis on põhjustatud retseptorgeeli elektrilisest stimulatsioonist, samuti vöötlihaste konvulsioonilisest kontraktsioonist. Kui vererõhk tõuseb, muutuvad südame kokkutõmbed aeglasemaks vaguse närvi voolu tõttu ärrituse tõttu. Teises faasis, mis tekib üsna kiiresti, langeb vererõhk järsult ja hingamine seiskub.

Elektritrauma saanud loomadel täheldatakse tõsist närvisüsteemi kahjustust, vöötlihaste halvatust, soolte, põie, neerude kahjustusi, turset ja liigeste vesinemist. Elektritrauma tagajärjed sõltuvad ka kesknärvisüsteemi esialgsest funktsionaalsest seisundist, mille tõestuseks on see, et tuimastatud loomadel väheneb elektrivoolu mõju. Tugev elektrivool võib põhjustada kudede parabioosi seisundit; See on suure tõenäosusega tingitud valu puudumisest mõjutatud kudedes.

Elektrivoolu toimemehhanism. Elektrivool mõjub kehale kolmes suunas: elektrokeemiline, elektrotermiline ja elektromehaaniline.

Elektrokeemiline toime väljendub elektrolüüsi protsessis kudedes, nende kolloidstruktuuride katkemises; Eelkõige tekivad rasvhapped rasu lagunemisel. Elektrokeemiline protsess põhjustab elektrimärkide moodustumist elektrivoolu sisenemis- ja väljumispunktides.

Elektrotermiline toime on tingitud asjaolust, et elektrienergia, mis on läbinud kehakudesid, muutub soojusenergiaks (Joule soojus). Eriti palju soojust tekib kõrgepingevoolu läbimisel luukoest, mistõttu luudele tekivad nn luuhelmed; need on valged, sfäärilised või munaja kujuga, hirsitera või herne suurused, koosnevad lubjafosfaadist, mille järgnev muundumine (pärast voolu peatamist ja massi jahutamist) tahkeks aineks. Kudede temperatuuri tõus on eriti märgatav voolu sisenemise ja väljumise kohtades; see põhjustab närviretseptorite ärritust, mille tagajärjeks on valu ja erinevate organite reflekside talitlushäired. Elektrivigastuse korral tõuseb ka kehatemperatuur.

Elektromehaaniline toime mis on põhjustatud elektrienergia otsesest üleminekust mehaaniliseks energiaks, samuti vigastuskohas tekkinud gaasi ja auru toimel; Need tegurid põhjustavad kudedes struktuurseid muutusi, nagu sisselõiked, luumurrud, luutrabekulid jne.

Atmosfääri elektri (välk) toime. Välgulöök pähe põhjustab tavaliselt surma hingamishalvatuse tõttu. Välgulöögist põhjustatud lokaalsed muutused hõlmavad vaskulaarsete närvide ja veresoonte endi halvatuse tõttu punaseid siksakilisi kujundeid. Pikselöögist tekkinud haavandid ei parane hästi. Mittesurmavate välgulöökide hulka kuuluvad teadvusekaotus, krambid ja mõnikord ka püsiv halvatus.

Seotud Informatsioon.

Pole juhus, et alustame ülevaadet selle keskkonnateguriga. Päikesest tulenev kiirgusenergia ehk päikesekiirgus on meie planeedi peamine soojus- ja eluallikas. Ainult tänu sellele võis Maal kauges minevikus tekkida orgaaniline aine, mis evolutsiooni käigus saavutas need täiuslikkuse tasemed, mida me praegu looduses jälgime. Kiirgusenergia kui keskkonnateguri peamised omadused määratakse lainepikkuse järgi. Selle põhjal eristatakse kogu valgusspektri piires nähtavat valgust, ultraviolett- ja infrapunast osa (joonis 10). Ultraviolettkiired mõjuvad elusorganismidele keemiliselt, infrapunakiired aga termiliselt.

Riis. 10. Päikesekiirguse spektrid c. mitmesugused tingimused (pärast: Odum, 1975).
1 - atmosfäär ei muutu; 2 - merepinnal selgel päeval; 3 - läbinud pidevaid pilvi; 4 - läbinud taimestiku võrastiku.

Selle teguri keskkonnamõju peamised parameetrid on järgmised: 1) fotoperiodism - päevavalguse ja pimeda aja loomulik muutus (tundides); 2) valgustuse intensiivsus (luksides); 3) otse- ja hajutatud kiirguse pinge (kalorites pinnaühiku kohta ajaühikus); 4) valgusenergia keemiline toime (lainepikkus).

Päike kiirgab pidevalt tohutul hulgal kiirgusenergiat. Selle võimsus ehk kiirgusintensiivsus atmosfääri ülemisel piiril jääb vahemikku 1,98–2,0 cal/cm 2 -min. Seda indikaatorit nimetatakse päikesekonstandiks. Ilmselt võib päikesekonstant siiski mõnevõrra varieeruda. Märgitakse, et viimastel aastatel on Päikese heledus suurenenud ligikaudu 2%. Maapinnale lähenedes läbib päikeseenergia sügavaid muutusi. Edasi jääb valguslainete teele taimestik ja kui tegemist on mitmetasandilise kinnise puuistandusega, siis mullapinnale jõuab väga väike osa algsest päikeseenergiast. Tiheda pöögimetsa võra all on see kogus 20-25 korda väiksem kui avamaal. Kuid asi pole mitte ainult valguse hulga järsus vähenemises, vaid ka selles, et sügavale metsa tungides muutub valguse spektraalne koostis. Sellest tulenevalt toimub see kvalitatiivsetes muutustes, mis on taimede ja loomade jaoks väga olulised.

Valguse ökoloogilisest tähendusest rääkides tuleb rõhutada, et siin on kõige olulisem tema roll roheliste taimede fotosünteesis, sest tulemuseks on orgaanilise aine, taimse biomassi teke. Viimane esindab esmast bioloogilist produktsiooni, mille kasutamisest ja muundamisest sõltub kõik muu Maal elav. Fotosünteesi intensiivsus on erinevates geograafilistes piirkondades väga erinev ja sõltub aastaajast, samuti kohalikest keskkonnatingimustest. Lisavalgustus võib märgatavalt suurendada isegi puu- ja põõsaliikide kasvu, rääkimata rohttaimedest. I. I. Nikitin idandas tammetõrusid pideva valguse all 10 päeva, seejärel 5 kuud. Kasvatasin seemikud valguses heledusega 4 tuhat luksi. Selle tulemusel saavutasid tammed 2,1 m kõrguse pärast maasse siirdamist kasvas 8-aastane katsetamm aastas 82 cm, kontrollpuudel aga vaid 18 cm.

Tähelepanuväärne on, et kuigi loomade elutegevus ja produktiivsus on otseses (fütofaagide puhul) või kaudses (zoofaagide puhul) sõltuvuses taimede esmasest produktsioonist, ei ole seos viimaste ja loomade vahel siiski kaugeltki ühekülgne. On kindlaks tehtud, et fütofaagilised loomad, näiteks põder, on rohelist taimset süües ja fotosünteetilisi organeid kahjustades võimelised
vähendab oluliselt fotosünteesi intensiivsust ja taimede produktiivsust. Nii sõid põder Kesk-Tšernozemi kaitsealal (Kurski oblastis) vaid 1-2% noorte tammemetsade fütomassist, kuid nende tootlikkus langes 46%. Seega on toidutaime - fütofaagi süsteemis nii otsene kui ka tagasiside.

Fotoperiodism mängib kõigi elusolendite elus tohutut rolli. Seda tegurit uurides selgub, et fotoperioodiline reaktsioon on paljude bioloogiliste nähtuste aluseks, olles neid otseselt määrav või signaalimisfunktsioone täitev tegur. Fotoperioodilise reaktsiooni silmapaistev tähtsus tuleneb suuresti selle astronoomilisest päritolust ja seetõttu ka kõrgest stabiilsusest, mida ei saa näiteks öelda keskkonna temperatuuri kohta, mis on samuti äärmiselt oluline, kuid äärmiselt ebastabiilne.

Asjaolu, et loomad jagunevad tegevusaja järgi kahte suurde rühma - päeval ja öösel - näitab selgelt nende sügavat sõltuvust fotoperioodilistest tingimustest. Sama tõendab 1920. aastal Ameerika teadlaste W. Garneri ja G. Allardi kehtestatud muster, mille järgi taimed jagunevad valguse ja temperatuuri suhtes pika- ja lühikese päevaga liikideks. Hiljem leiti, et sarnane fotoperioodiline reaktsioon on iseloomulik ka loomadele ja on seetõttu üldist ökoloogilist laadi.

Päevavalguse pikkuse regulaarne muutumine aastaaegade lõikes määrab mitmete putukaliikide ja muude lülijalgsete, eriti lestade, diapausi alguse aja. A. S. Danilevski ja tema kolleegid tõestasid peente katsetega, et diapausi stimuleerib just päeva lühenemine, mitte õhutemperatuuri langus, nagu varem arvati (joonis 11). Sellest lähtuvalt on päevavalguse kestuse loomulik pikenemine kevadel selge signaalina diapausi oleku lõppemiseks. Samal ajal erinevad erinevatel laiuskraadidel elavad liigipopulatsioonid spetsiifiliste fotoperioodiliste nõuete poolest. Näiteks dokiliblika (A crony eta rumicis) jaoks on Abhaasias nõutav päeva pikkus vähemalt 14 tundi 30 minutit, Belgorodi oblastis 16 tundi 30 minutit, Vitebski oblastis 18 tundi ja Leningradi lähedal - 19 tundi. Teisisõnu, iga 5° laiuskraadiga põhja poole, pikeneb selle liigi diapausist väljumiseks vajalik päeva pikkus umbes pooleteise tunni võrra.

Riis. 11. Pikapäeva tüüpi - kapsaliblikas (1) ja lühipäevatüübi - siidiuss (2) fotoperioodiline reaktsioon (pärast: Danilevsky, 1961).

Seega on fotoperiodism lülijalgsete hooajalise aktiivsuse peamine tegur. Veelgi enam, sarnased botaanikute uuringud on näidanud, et paljud nähtused taimede hooajalises elus, nende kasvu ja arengu dünaamika on samuti seotud fotoperioodiliste reaktsioonidega. Näiteks on fotoperioodiline tegur signaaliks taimede varajaseks ettevalmistamiseks talveks, olenemata ilmastikutingimustest. Kõik see muudab fotoperiodismi väga oluliseks teguriks põllumajandustaimede juurutamisel uutele aladele, nende kasvatamisel kasvuhoonetes jne.

Lõpuks näitas fütofaagiliste putukate ja nende toidutaimede fotoperiodismi katsete tulemuste võrdlus nende vahel sügavat vastastikust sõltuvust. Mõlemad reageerivad sama keskkonnateguri mõjule sarnaselt, seetõttu on nende troofilistel seostel sügav ökoloogiline ja füsioloogiline alus.

Äärmiselt huvitavaid tulemusi tõi ka kõrgemate selgroogsete fotoperioodiliste reaktsioonide uurimine. Nii tekivad karusloomadel sügisel järjest paksem ja lokkavam karv. Talvel saavutab see oma suurima arengu ja maksimaalsed soojusisolatsiooniomadused. Neid karusnaha kaitsefunktsioone suurendab paks rasvakiht, mis moodustub naha alla suve lõpus ja sügisel. Talvel toimivad mainitud morfofüsioloogilised kohandused täielikult. Pikka aega on arvatud, et karusnaha ja rasva hooajalist arengut määrav peamiseks teguriks on õhutemperatuur, selle langus sügis-talvekuudel. Kuid katsed on näidanud, et selle protsessi käivitusmehhanism ei ole seotud mitte niivõrd temperatuuriga, kuivõrd fotoperiodismiga. Laborivivaariumis ja isegi karusloomafarmis saate Ameerika naaritsaid või muid loomi paigutada kontrollitava valgustusega puuridesse ja alates suve keskpaigast kunstlikult vähendada päevavalgust. Selle tulemusena algab katseloomade sulamisprotsess palju varem kui looduses, kulgeb intensiivsemalt ja lõpeb vastavalt mitte talvel, vaid sügise alguses.

Fotoperioodiline baas on aluseks ka kõige olulisemale hooajalisele nähtusele rändlindude elus - nende ränne ja sellega tihedalt seotud sulestiku sulamine, rasva kogunemine naha alla ja siseorganitele jne. Loomulikult on need kõik kohandused taluma ebasoodsaid temperatuure ja toitumistingimusi, neid "vältides". Kuid sel juhul ei mängi peamist signaalimisrolli mitte temperatuuri muutused, vaid valgustingimused - päeva pikkuse vähenemine, mida on võimalik katsetega tõestada. Laboris ei ole lindude fotoperioodilisele reaktsioonile mõjuvalt keeruline neid konkreetsesse rändeeelsesse olekusse ja seejärel rändeerutusse viia, kuigi temperatuuritingimused jäävad stabiilseks.

Selgub, et ka loomade seksuaalse tegevuse tsüklilisus ja nende paljunemise tsüklilisus on fotoperioodilised. Võib-olla on see eriti üllatav, kuna paljunemisbioloogia kuulub organismi kõige peenemate omaduste hulka, millel on kõige keerulisem suhete koordineerimine.

Paljude linnu- ja imetajaliikidega tehtud katsed on tõestanud, et päevavalguse kestuse suurendamisega on võimalik aktiveerida sugunäärmeid (joonis 12), viia loomad seksuaalse erutuse seisundisse ja saavutada produktiivne paaritumine ka sügistalvel. kuud, kui loomulikult on valgusele positiivne reaktsioon, leiavad mõju mõlemad sugupooled. Samal ajal osutuvad mõnede liikide emased (näiteks varblased) selles osas palju inertsemaks kui isased ja vajavad täiendavat etoloogilist stimulatsiooni.

Riis. 12. Valguse mõju sugunäärmete arengule isas- ja emasvarblastel, kes tapeti pärast eri tingimustes hoidmist (pärast: Polikarpova, 1941).
a - vabadusest 31. jaanuaril; b - toatemperatuuri kambrist 29. jaanuaril; c - lisavalgustusega kambrist 28. jaanuaril.

Mõnedel imetajatel – sooblil, märsil, mitmetel teistel sigiloosiliikidel, aga ka metskivel – on paljunemisbioloogias huvitav omadus. Neis ei istuta viljastatud munarakk esmalt emaka seina, vaid<в течение длительного времени находится в состоянии покоя, так называемой латентной стадии. У соболя эта стадия продолжается несколько месяцев и лишь приблизительно за полтора месяца до рождения щенков происходит имплантация яйца и очень быстрое эмбриональное развитие. Таким образом, беременность распадается как бы на длительный период предбеременности, или латентный, и короткий, порядка 35-45 дней, период вынашивания, т. е. собственно эмбрионального развития. Благодаря этому замечательному приспособлению животные получают возможность с минимальными энергетическими затратами переживать тяжелое зимнее время. Оказывается, что продолжительность латентного периода также регулируется фотопериодической реакцией и, если воспользоваться последней, может быть существенно сокращена.

Valguse ja pimeduse perioodide vahekorra ning valguse intensiivsuse muutumise mõju päeva jooksul loomade aktiivsusele on väga suur. Näiteks ärkavad ööpäevased linnud koidikul teatud intensiivsusega "ärkvelvalgustusega", mis sõltub päikese kõrgusest horisondi suhtes. Õige "äratusvalgustuse" algus on signaal, mis stimuleerib linde aktiivsemaks muutuma. Musträstad hakkavad elumärke näitama 0,1 luksi juures, kui mets on veel peaaegu täiesti pime; Kägu vajab äratamiseks 1 luksi, mustpea-lind - 4, merivarblane - 12, koduvarblane - 20 luksi. Selle kohaselt ärkavad linnud antud piirkonnas hea ilma korral kindlal ajal ja kindlas järjekorras, mis viitab “linnukella” olemasolule. Näiteks Belgorodi oblasti metsatalus "Vorskla mets" kostub mais-juunis lindude esimesi hääli keskmiselt järgmistel aegadel: ööbik - kell 2 tundi 31 minutit, musträstad ja laululinnud - 2 tundi 31 minutit, kägu - 3 tundi 00 minutit, mustpea-lind - 3 tundi 30 minutit, tihane - 3 tundi 36 minutit, puuvarblane - 3 tundi 50 minutit.

Igapäevased muutused valgustingimustes avaldavad sügavat mõju taimede elule ning eelkõige fotosünteesi rütmile ja intensiivsusele, mis pimedal ajal, halva ilmaga ja talvel peatub (joonis 13).

Lõpuks võib päikeseenergia mängida väga olulist rolli soojusallikana, mõjutades elusolendeid otseselt või sügavalt nende keskkonda kohalikul või globaalsel tasandil.

Üldiselt on ülaltoodud fragmentaarsest teabest selgelt näha, et valgusfaktor mängib organismide elus äärmiselt olulist ja mitmekülgset rolli.

Riis. 13. Fotosünteesi sõltuvus valgusenergiast erinevates taimepopulatsioonides (pärast: Odum, 1975).
1 - puud metsas; 2 - päikese poolt valgustatud lehed; 3 - varjutatud lehed.

Päikesest kiirgav energia, mis tuleb Maale, on inimkonnale kõige olulisem energiaallikas. Päike, nagu ka teised tähed, on kuum gaas. Päikese sees on kõrgrõhuala, kus temperatuur ulatub 15 - 20 miljoni kraadini. Päikesel on väike kogus hapnikku ja seetõttu põlemisprotsesse tavalises tähenduses ei toimu märgatavalt. Kergete elementide vesiniku ja heeliumi sünteesi tõttu tekib Päikesel tohutult energiat.

Päikesest kiirgav energia, imendub mulla pinnale, muutub soojuseks ja kandub edasi allolevatesse mullakihtidesse. Osa päikeseenergiast peegeldub mulla pinnal. Kui mullapinna temperatuur on madalam atmosfääri pindmise kihi temperatuurist, siis pinnas eraldab sissetuleva päikesekiirguse toimel kogunenud soojust.

Päikesest kiirgav energia, mis tuleb Maale, on inimkonnale kõige olulisem energiaallikas. Päike, nagu ka teised tähed, on kuum gaas. Päikese sees on kõrgrõhuala, kus temperatuur ulatub 15 - 20 miljoni kraadini.

Päikesest kiirgav energia, mis muundatakse soojuseks, saab elektrolüüsist mööda minnes kasutada otse vee termokeemiliseks lagundamiseks. Varem on näidatud, et kaheastmelised termokeemilised tsüklid on tuumareaktorite soojuse kasutamisel ebatõenäolised. Kuid vee lagunemise kaheastmelise termokeemilise tsükli jaoks vajalikke temperatuure saab saavutada päikeseenergia abil.

Päikesest kiirgav energia, peamiselt päikesespektri ultraviolettkiirguse osal, on oluline bioloogiline mõju. Selle mõjul tekib nahas I-vitamiin, mis on vajalik fosfori ja kaltsiumi, luu- ja ajukoe olulisemate komponentide, õigeks ainevahetuseks organismis.

Kogus kiirgusenergiat päikesest, mis jõuab 1 minutiga 1 cm2 suurusele alale väljaspool Maa atmosfääri, mis on päikesekiirtega risti keskmisel kaugusel Maast Päikesega, nimetatakse päikesekonstandiks. Eeldatakse, et päikese maksimaalse aktiivsuse korral päikesekiirgus veidi suureneb, kuid see ei ületa protsendi murdosa. I Päikese aktiivsus mõjutab oluliselt maapealseid protsesse, mis avalduvad päikese-maa ühenduste kaudu Maa (selle väliskestade, sh biosfääri) reaktsioonis selle tegevuse muutustele.

KOOS päikese kiirgusenergia Maapinna valgustatus on seotud, selle määrab valgusvoo kestus ja intensiivsus. Maa pöörlemise tõttu toimub perioodiline pimedate ja heledate kellaaegade vaheldumine, samuti päevavalguse pikkuse muutumine. Kuna sellel teguril on õige perioodilisus, on selle tähtsus elu jaoks äärmiselt suur.

Fotosünteesi käigus kiirgusenergiat päikesest muundatakse keemiliseks energiaks ja seda leidub potentsiaalse energia kujul taime orgaanilises massis – fotosünteesi produktis.

Kiirgust nimetatakse päikese kiirgusenergia kukkumine kiiritatud pinnale.

Suurenev voo tihedus kiirgusenergiat päikesest, nagu juba märgitud, saab teostada peegli- ja läätsesüsteemidega, kuid edaspidi pööratakse põhitähelepanu peeglite kontsentreerimissüsteemidele, mis ei vähenda väljatöötatud lähenemisviisi põhisätete üldistust peeglite formaliseeritud kirjeldamisel. vaadeldav protsess.

Loodusliku valguse allikas on päikese kiirgusenergia. Looduslik keskmine välisvalgustus kõigub aastaringselt järsult kuude ja kellaaegade lõikes, saavutades maksimumi juunis ja miinimumi detsembris meie riigi keskvööndis.

Ammendamatu soojusenergia allikas on päikese kiirgusenergia, mis põhjustab ka tuule, veevoolude ja muude energialiikide teket. Päikese kiirgusenergia tööstuslik kasutamine soojuse kujul on aga endiselt piiratud.

SOLAR CONSTANT – kogusumma kiirgusenergiat päikesest, mis langeb Maa atmosfäärist väljapoole ühiku pindala, mis asub risti päikesekiirtega, vt.

Loodusliku valguse allikas - oja päikese kiirgusenergia, jõudes maapinnale otsese ja hajutatud valguse kujul. See on kõige hügieenilisem - sellel on soodne spektraalne koostis. Sõltuvalt geograafilisest laiuskraadist, aastaajast ja ilmastikutingimustest võib loomuliku valguse tase dramaatiliselt ja üsna suurtes piirides muutuda.

PÄIKESESÜSTEEM – seade, mis jäädvustab kiirgusenergiat päikesest ja muutes selle praktilistel eesmärkidel mugavaks.

Pinnase peamine soojusallikas on päikese kiirgusenergia. Mullakihi mikroorganismide poolt põhjustatud eksotermiliste reaktsioonide käigus vabanev soojus võib omada teatud tähtsust.

Esimene soojustegur tuleneb ebaühtlasest jaotusest kiirgusenergiat päikesestüle Maa pinna. Polaaraladel peegeldub lumelt ja jäält kuni 95% päikesekiirtest. Seda seletatakse asjaoluga, et kõrgetel laiuskraadidel satuvad kiired atmosfääri kaldnurga all, mis tähendab, et nende valgusenergia jaotub suurele maapinnale. Mitte täisnurga all atmosfääri tungivad libisevad päikesekiired läbivad paksema õhukihi. Seetõttu on siin alati külm ja tekib pidevalt kõrgrõhkkond. Ja vastupidi, ekvatoriaalvööndis langevad päikesekiired Maa pinnale täisnurga all, soojendades seda tugevasti. Selle tulemusena moodustub siin madalrõhuvöönd. Seetõttu liigub õhk polaaraladelt ekvaatori piirkonda, s.o. kõrgrõhu tsoonidest madala rõhuni. Intensiivselt ja kiiresti kuumenevad ekvatoriaalsed õhumassid tõusevad ning atmosfääri kõrgetes kihtides lahknevad põhja ja lõuna suunas ning jahtuvad.

PÄIKESEELEKTRIJAAM – päikesepaigaldis, mis muundab kiirgusenergiat päikesest elektrilises

Oletame, et suudame koguda päikese kiirgusenergia, mis langeb maapinnale aastas; Kui suudame selle kiirgava energia muundada energiaks, mis oleks meile kasulik, siis selgub, et sellise teisendusega katame kõik praegu maa peal eksisteerivad energiaallikad.

Energiaallikate kasutamine nagu kiirgusenergiat päikesest pooljuhtpaigaldistes ja fotoelementides Maa sisesoojuse, loodete energia jne kasutamine. Kõik see koos koos kontrollitavate termotuumareaktsioonide arendamisega võimaldab suurendada genereeritava elektrienergia hulka praeguse tasemega võrreldes kordades.

Seda režiimi (QI konstantsus) rakendatakse tegelikult kasutavates termogeneraatorites päikese kiirgusenergia või radioaktiivsete isotoopide lagunemissoojus.

Kõrge emissiooniväärtusega katteid kasutatakse laialdaselt paigaldistes, mis kasutavad kiirgusenergiat päikesest. Praktiline päikeseenergia tehnoloogia areneb praegu kiires tempos.

Kliimategurite hulgas on taimede elus oluline koht valgusel ja soojusel, millega on seotud päikese kiirgusenergia; vesi; õhu koostis ja liikumine. Atmosfäärirõhk ja mõned muud kliima mõiste alla kuuluvad nähtused ei oma taimede elu- ja levikus tähtsust.

Tulevikus on võimalik ehitada säästlikumaid päikeseelektrijaamu, mis kasutavad pooljuhte (päikesepatareisid) otseseks muundamiseks kiirgusenergiat päikesest elektrienergiasse. ]

Valgus on peamine keskkonnategur, mis määrab taimeorganismi elutegevuse aluse - fotosüntees, roheliste taimede muundumisprotsess päikese kiirgusenergia orgaaniliste ainete keemiliste sidemete energiasse. See protsess toimub süsinikdioksiidi neeldumise ja vaba hapniku vabanemisega. Valgust neelavate pigmentide - klorofülli ja mõnede teiste - osalusel reageerivad süsinikdioksiid ja vesi, moodustades taimede peamise toidu - süsivesikud.]

Oma uurimistöös lähtume kaalutlusest, et mullapinna optilisi omadusi muutes saab neeldumist suurendada kiirgusenergiat päikesest päeval ja vähendada soojusenergia emissiooni öösel. Meie eelmise aasta katsed tselluloosatsetaatkilega näitasid, et see kile võib olla suurepärane kaitse kiirguse eest, kuid siiani on see põlluharimiseks liiga kallis.

Töötatakse ulatuslikult päikeseelektrijaamade loomise suunas, mis põhinevad kas päikesekontsentraatorite kasutamisel koos termodünaamilise (auruturbiini) tsükliga või otsese muundamise tehnoloogia kasutamisega. kiirgusenergiat päikesest elektrisse.

Seega saab Päikese poolt tarnitud energiat tuulikus töö tegemiseks kasutada ainult siis, kui atmosfääri üksikute osade vahel on neeldumisel tekkinud temperatuuride erinevus. kiirgusenergiat päikesest ja selle osaline emissioon kosmosesse. Seega ei kulu tööde tegemiseks ära kogu küttekehast saadud soojus, vaid ainult osa sellest, ülejäänud soojus aga antakse külmikusse.

Atmosfäär määrab valguse ja reguleerib Maa soojusrežiime, aitab kaasa soojuse ümberjaotumisele maakeral. Päikesest kiirgav energia- praktiliselt ainus Maa pinna soojusallikas - neeldub osaliselt atmosfääris. Maa pinnale jõudev energia neeldub osaliselt pinnasesse ja veekogudesse, meredesse ja ookeanidesse ning peegeldub osaliselt atmosfääri.

Elektromagnetiline kiirgus ( kiirgusenergiat päikesest) - elektromagnetlained, mis levivad kiirusega 300 tuhat km/s. Korpuskulaarne kiirgus koosneb peamiselt prootonitest, mis liiguvad kiirusega 300–1500 km/s ja on Maa magnetosfääri poolt peaaegu täielikult kinni püütud.

Päikesekiirgus on kliima kujunemisel oluline tegur. Linnade tolmususe tõttu kiirgusenergiat päikesest tolmuosakeste poolt absorbeeritud. Ameerika ja Inglise teadlaste sõnul saavad suured linnad 15% vähem päikesekiirgust, 10% rohkem vihma, 10% rohkem pilvisemaid päevi ning viimase 80 aasta jooksul on udu sagedus kahekordistunud.

Kiirgus. Kiirgusenergial on tõsine mõju mikroorganismidele. Päikesevalgus soodustab fototroofsete mikroobide rühma elutegevust, milles päikeseenergia mõjul toimuvad biokeemilised reaktsioonid. Enamik mikroorganisme on fotofoobsed, st kardavad valgust. Otsene päikesevalgus mõjub mikroobidele halvasti, nagu tõendab Buchneri kogemus. See seisneb bakterikultuuri inokuleerimises agarplaadile, tumeda paberitükkide asetamises tassi põhjale ja topsi põhjast 1-2 tunniks otsese päikesevalguse kätte panemisest, misjärel seda inkubeeritakse. Bakterite kasvu täheldatakse ainult paberitükkidele vastavates piirkondades. Päikesevalguse hävitav mõju on seotud eelkõige kokkupuutega ultraviolettkiirgusega lainepikkusega 234–300 nm, mis neeldub DNA-sse ja põhjustab tümiini dimeriseerumist. Seda ultraviolettkiirte toimet kasutatakse õhu neutraliseerimiseks erinevates ruumides, haiglates, operatsioonisaalides, palatites jne.

Ioniseeriv kiirgus avaldab kahjulikku mõju ka mikroorganismidele, kuid mikroobid on selle teguri suhtes väga vastupidavad ja on radioresistentsed (10 000 - 100 000 R doosides kiiritades surevad nad). Seda seostatakse sihtmärgi väikese suurusega mikroorganismide vähese nukleiinhapete sisalduse tõttu. Ioniseerivat kiirgust kasutatakse mõnede bioloogiliselt aktiivsete ainete ja toiduainete steriliseerimiseks. Selle meetodi eeliseks on see, et sellise töötlemise käigus töödeldava objekti omadused ei muutu.

Kuivatamine on üks väliskeskkonna mikroorganismide sisaldust reguleerivatest teguritest. Mikroobide suhtumine sellesse toimesse sõltub suuresti tingimustest, milles see ilmneb. Looduslikes tingimustes avaldab kuivatamine kahjulikku mõju bakterite vegetatiivsetele vormidele, kuid praktiliselt ei mõjuta eosed, mis võivad kuivanud olekus püsida aastakümneid. Kuivatamise käigus kaotavad vegetatiivsed rakud vaba vett ja toimub tsütoplasma valkude denaturatsioon. Paljud bakterid, eriti patogeensed, säilivad aga hästi kuivatatuna, olles patoloogilises materjalis, näiteks rögas, mis moodustab bakterirakkude ümber midagi korpuse taolist.

Kuivatades külmunud olekust vaakumis, säilitavad mikroorganismid hästi oma elujõulisuse, mis on seotud üleminekuga peatatud animatsiooni olekusse. Seda külmkuivatamise meetodit kasutatakse laialdaselt mikroorganismide muuseumikultuuride säilitamiseks.

Surve. Mikroorganismid on vastupidavad kõrgele atmosfäärirõhule, tänu millele on nad võimelised eksisteerima ja arenema suurel sügavusel - kuni 10 000 m Mikroorganismid taluvad hästi kõrget hüdrostaatilist rõhku - kuni 5000 atm.

Ultraheli. Kui mikroorganisme töödeldakse ultraheliga, täheldatakse nende lagunemise tõttu rakusurma. Arvatakse, et ultraheli mõjul tekivad rakus kavitatsiooniõõnsused, milles tekib kõrge rõhk, mis viib rakustruktuuride hävimiseni.

Päikese kiiratavast elektromagnetlainete energiast jõuab maapinnani vaid 1% ultraviolettkiirtest, 39% nähtavatest valguskiirtest ja 60% infrapunakiirtest. Ülejäänu peegeldub, hajub või neeldub atmosfääris. Päikesekiirguse pinge sõltub valguse langemisnurgast ja atmosfääri läbipaistvusest, kellaajast ja aastaajast. Atmosfääriõhu saastamisel tolmu ja suitsuga jääb kinni kuni 20-40% ning aknaklaasidest kuni 90% kõige väärtuslikumat ultraviolettkiirgust.

Päikesekiirguse bioloogiline mõju looma kehale on seotud selle kvalitatiivse koostisega Maa pinnal. Päikesekiirtel on termiline ja keemiline mõju. Soojusefektid tulevad rohkem infrapunakiirtest ja keemilised mõjud rohkem ultraviolettkiirtest. Nendel kiirtel on erinev tungimise sügavus loomakeha nahka ja kudedesse. Infrapunakiired tungivad kõige sügavamale (kuni 2–5 cm). Neid kasutatakse teraapias kudede sügavaks soojendamiseks või vastsündinute ja noorloomade soojendamiseks.

Valguskiired tungivad nahka mitme millimeetri ulatuses, ultraviolettkiired aga vaid kümnendiku millimeetri ulatuses nahka.

Päikesevalguse mõju loomadele on väga oluline ja mitmekesine. Selle kiired põhjustavad nägemisnärvi ärritust, samuti naha ja limaskestade tundlikke närvilõpmeid. Lisaks stimuleerivad need närvisüsteemi ja sisesekretsiooninäärmeid ning mõjuvad nende kaudu kogu kehale. Loomadel päikesevalguse mõjul oksüdatiivsete ensüümide aktiivsus suureneb, hingamine süveneb, nad neelavad rohkem hapnikku, eraldavad rohkem süsihappegaasi ja veeauru. Perifeerses veres suureneb punaste vereliblede ja hemoglobiini arv. Samuti paraneb sööda seedimine ning valkude, rasvade ja mineraalainete ladestumine kudedesse.

Valguse puudumisega kogeb keha kerget nälgimist, mis mõjutab oluliselt ainevahetust. Selle tulemusena väheneb oluliselt tootlikkus ja vastupidavus haigustele, täheldatakse haavade aeglast paranemist, nahahaiguste ilmnemist ja noorte loomade kasvu kängumist. Varakevadel suureneb organismi kaitsevõime nõrgenemise tõttu, mis on tingitud päikesevalguse intensiivsuse järsust langusest eelmistel talvekuudel, loomadel hingamisteede haiguste arv, täheldatakse teatud nakkuste levikut. Seetõttu lastakse loomi talvekuudel päeva kõige päikesepaistelisematel tundidel regulaarselt vabas õhus jalutama. Kerget nälgimist täheldatakse kõige harvemini veiste vabalaudas ja sigu vabapidamisel. Valguskiired mõjutavad oluliselt ka loomade paljunemisvõimet.

Väga tugev valgustus pole aga loomadele ükskõikne, seetõttu peetakse nuumloomi mõõdukalt valgustatud ja isegi pimendatud ruumides.

Liiga ere päikesevalgus avaldab ebasoodsat mõju loomadele, kes pole sellega harjunud, põletuste ja mõnikord päikesepistena. Loomade kaitsmiseks päikesepiste eest paigaldatakse varjulised varikatused, kasutatakse puude varju ning päeva kuumematel tundidel kaotatakse raske töö hobustega.

Loomad, eriti linnud, on valgustingimuste kestuse ja intensiivsuse suhtes väga tundlikud. Seetõttu on tööstusliku linnukasvatuse praktikas valgusrežiim selgelt välja töötatud vastavalt linnu füsioloogilisele seisundile.

Päikesespektri ultraviolettkiirgusel on loomade jaoks suur tähtsus. Ultraviolettkiired parandavad hingamis- ja vereringeelundite tööd, kudede hapnikuvarustust. Nad põhjustavad ka üldist ergutavat toimet tänu naha veresoonte laienemisele. Samal ajal kiireneb karvakasv, aktiveerub higi- ja rasunäärmete talitlus, pakseneb sarvkiht, pakseneb epidermis. Sellega seoses suureneb naha vastupanuvõime, paraneb kudede kasv ja taastumine ning haavade ja haavandite paranemine. Ultraviolettkiired normaliseerivad fosfori-kaltsiumi ainevahetust ja soodustavad D-vitamiini teket. Ultraviolettkiirgus on võimas adaptogeenne tegur, mida kasutatakse laialdaselt loomakasvatuses loomade ja kodulindude tervise säilitamiseks ning produktiivsuse tõstmiseks.

Ultraviolettkiirtel on bakteritsiidne – baktereid hävitav toime. Seetõttu on päikesekiirgust pikka aega peetud võimsaks, usaldusväärseks ja tasuta looduslikuks väliskeskkonna desinfektsioonivahendiks. Mõned mikroobide ja viiruste vormid surevad otsese päikesevalguse käes 10–15 minuti jooksul.

Valgusnälja ärahoidmisel on suur tähtsus kunstlikul ultraviolettkiirgusel elavhõbe-kvartslampide abil ja infrapunakiirguslampide kasutamisel loomade soojendamiseks. Nende kasutusviisi, annustamist ja tööprotseduure peavad kontrollima veterinaarspetsialistid. Töötajad, kes teenindavad loomi kiiritamise ajal, peavad järgima asjakohaseid ettevaatusabinõusid. Asjakohased standardid infrapuna- ja ultraviolettkiirguslampide kasutamiseks on välja töötatud ja kasutusel.

Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.