Raft Master » Научная библиотека » Биоэкология » Модели рельефа Земли


  • 5-01-2013, 06:59
  • | Views: 1216


Модели рельефа Земли

Модели рельефа Земли

Поясним модельную задачу, позволив себе (без обиды для географов) максимально упростить внешний облик Земли. Представим себе богатый разнообразными формами выпукло-вогнутый земной рельеф в виде комбинации геометрически правильных конусов, расположенных на поверхности шара. В идеальном виде картина будет такой (Рис. 6.7): рельеф условной Земли предстает как геометрически правильная сфера с "популяцией" пространственных структур на ее поверхности. Это выпуклые идеальные конусы (имитация разного рода и размера поднятий - возвышенностей, невысоких гор и вздыбленных вершин). Абстракция и ничего более. Но можно изготовить вещественные модели конусов и с ними реально работать. Из живых существ, для опыта подходят только одноклеточные морские водоросли. Моделировать обитание на вещественных моделях конусов будем на мелководье Черного моря.

Рис. 6.7. Физическая модель упрощенного рельефа Земли - геометрически правильная сфера с "популяцией" конусообразных структур на ее поверхности. Геометрические параметры конусов являются управляющими "геоморфологическими матрицами", информация с которых передается поселившиеся на конусах сообщество одноклеточных водорослей, определяя скорость их роста и стационарную биомассу. Однако, отражая геоморфологическую реальность, такая модель непригодна для поведения опытов в море (пояснения в тексте).

Проводить эксперимент со сферической, как на рис. 6.7, моделью Земли в реальной морской акватории не следует, что и понятно: какие то конусы неизбежно попали бы в тень шара, что в опыте недопустимо. Потому "популяцию" выпуклых конусов разместили на поверхности плоской экспериментальной платформы (рис. 6.8 верхний), установленной на морском мелководье. Конусы для обрастания водорослями были изготовлены в дух морфологических вариантах - с гладкой и ребристой поверхностью. В этой лекции речь пойдет только о гладких конусах, с которыми работал студент Дмитрий Смолев. При размещении на строго горизонтальной поверхности подводного стенда все конусы были в одинаковых условиях подводной температуры, освещения и обтекания водой.

Рис. 6.8. Фото вверху - Фото плоского подводного стенда, горизонтально установленного вблизи поверхности воды в морской прибрежной акватории, защищенной от морского прибоя. На поверхности стенда в случайном порядке расположены конусы разной формы и размера, обрастающие одноклеточными водорослями; Фото внизу - Тот же стенд с конусами в конце эксперимента в руках студента Д. Смолева. Темный слой на поверхности конусов - покров из одноклеточных водорослей. Биомасса водорослей определяется геометрией конусов. По таким же принципам на морских мелководьях водорослями обрастают раковины живых и отмерших моллюсков. По таким же принципам в стометровом фотическом слое воды обрастают крупными водорослями подводные возвышенности и гористые пики.

В подводном положении все физические тела в той или иной мере обрастают разными гидробионтами. Первыми поселяются бактерии и одноклеточные водоросли. Для последующего учета одноклеточного обрастания конусы "популяции" перед размещением на стенде были покрыты предварительно взвешенной жесткой пластмассовой пленкой, которая по окончании опыта была с каждого конуса снята, высушена и снова взвешена (по разности конечного и начального веса определен прирост массы водорослей за время опыта). Под водой конусы пробыли 20 дней и за это время естественным образом обросли тонкой пленкой из одноклеточных водорослей разных биологических видов. На каждом конусе сформировалось свое население, успевшее или не успевшие, что увидим позже, приспособится к геометрии на двух уровнях организации - уровне отдельных клеток (физиологическая адаптация) и на уровне фитоценоза (экологическая адаптация - за счет комбинации разных видов).

Были изготовлены две разные "популяции" выпуклых конусов - 1Д и 2Д, различающихся своей геометрией. Конусы серии 1Д имели одинаковый объем 50 см3, небольшой но разный диаметр основания, т.е. были остроконечны но с разными углами наклона поверхности (имитировали вершины гор). Конусы серии 2Д имели одинаковый объем 5 см3, большой, но разный диаметр основания при небольших углах наклона поверхности (имитировали пологие возвышенности, холмы). На рис. 6.8 (верхнем) обе сери сфотографированы в подводном положении в самом начале опыта, а на рис. 6.8 (нижнем) показаны сразу после опыта. На остроконечных конусах виден тонкий пленочный покров из одноклеточных водорослей (выглядит как темный загар). На плоских конусах водоросли тоже поселились, но слой был тоньше и на фотографии он незаметен.

Рис. 6.9. Соотношение двух базовых параметров обитания - S7S0 и S0 . Соотношение S7S0 отражает геометрический смысл понятий - уплощенные", "распластанные" конусы (серия 1Д, в верхней части рисунка) и "вытянутые", "вздымающиеся" конусы (серия 2Д). Кривые на графике показывают, как в ряду конусов изменяется содержащаяся в них "геоморфологическая информация", передаваемая затем в поселившиеся на конусах сообщества водорослей.

Вычислительная работа состояла в следующем. По разности начального и конечного веса пленок на конусах определена наросшая за время опыта (t) масса (W) фитоценоза. Заранее была вычислена площадь боковой поверхности каждого конуса (S') и площадь его основания (SD), т.е. места на модельной "Земле". Величину плотности водорослевого обрастания отображают два параметра - W/S6oK (обрастание боковой поверхности конусов) и W/SD (условное обрастание "места на Земле"; понятно, что на самом деле эта площадь обрастать не могла). Для каждого конуса была рассчитана скорость роста водорослевой пленки: Р = W/t и интенсивность роста: ц,„ = W/tw, где w среднее значение массы водорослей за время опыта. Для начинающего студента это была довольно серьезная биофизическая задача.

Соотношения между геометрическими параметрами поверхностей конусов показаны на рис. 6.9.

Другой студент, Юрий Юрченко, проводил эксперименты с аналогичной "популяцией" конусов. Он изучал их обтекание в морской воде. Конусы были покрыты медленно растворяющимся составом, высушены и взвешены с большой точностью; по размыванию покрытия в движущейся морской воде можно было судить об интенсивности обтекания конусов. Опыты проводились в море и в гидродинамической трубе без водорослей: изучалось только физико-химическое взаимодействие между конусами и обтекающей их водой. Результаты по биообрастанию конусов в работе Смолева сравнивались на графиках с результатами по обтеканию водой аналогичных конусов в работе Юрченко. Дело здесь в том, что скорость роста водорослей зависит не только от подводной освещенности, но и от скорости и интенсивности обтекания конусов.




  • Вернуться



  • Еще по теме


    Обитание: присвоение земного пространства и владение им


    Обитание растений на тверди, подводной и не только


    Управляющие параметры и их действие в водных объектах типа "искусственный ...


    Адаптивное обитание одноклеточных водорослей на физических моделях подводно ...


    Геометрические характеристики водных растений и адаптации к потоку воды

     

    Последние новости



    Пользовательский поиск

    Партнеры