محیط زیست

همه محیط‌هایی که در آنها زندگی جریان دارد محیط زیست نامیده می‌شود. به عنوان مثال استخر آب ، یک شهر ، اقیانوس و کویر همگی انواعی انواعی از محیط زیست به حساب می‌آیند.

مقدمه
در محیط زیستی عوامل غیر زنده مانند خاک ، آب ، گازها و غیره به همراه جانداران وجود دارند. موجودات زنده با هم و با محیط غیر زنده خود ارتباطی متقابل برقرار می‌سازند. این ارتباط‌ها برای بقای محیط زیست بسیار لازمند. کارشناسان محیط زیست هنگام بررسی ، مناطق زیستی را مورد مطالعه قرار می‌دهند. هر منطقه زیستی شامل موجودات زنده ویژه عوامل غیر زنده است اکوسیستم نام دارد و دانشی که به بررسی اکوسیستم‌ها می‌پردازد. اکولوژی نامیده می‌شود.

عوامل زنده اکوسیستم
جانداران را براساس نقشی که در محیط دارند به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند.

۱٫ موجودات تولید کننده (گیاهان سبز)
۲٫ موجودات مصرف کننده (جانوران)
۳٫ موجودات تجزیه کننده (باکتری‌ها و قارچ‌ها)
ارتباط موجودات زنده با هم دیگر
مهم ترین ارتباط غذایی است که به صورت زنجیره غذایی و شبکه غذایی در جریان است. علاوه بر ارتباط کلی میان جانداران که به صورت زنجیره غذایی نشان داده می‌شود. انواع دیگری از ارتباط نیز میان آنها وجود دارد که در آن الزاما ارتباط غذایی منجر به از بین رفتن طرفین نمی‌شود بلکه در این نوع ارتباط جانداران به زیستن در کنار هم ادامه می‌دهند.

ارتباط غذایی
زنجیره غذایی
اگر وابستگی غذایی یک موجود زنده را با موجود زنده دیگر به صورت A→B نمایش دهیم بدین معنی است که موجود زنده A غذای موجود زنده B است و به عبارت دیگر B از A تغذیه می‌کند. بدین ترتیب می‌توانیم روابط غذایی زیر را که بین چند موجود زنده برقرار می‌شود نشان دهیم. در این روابط هر موجود زنده به صورت حلقه‌ای از یک زنجیر با موجود زنده دیگر مربوط می‌شود. هر یک از این روابط را یک زنجیره غذایی می‌نامند. در تمام این زنجیره‌های غذایی حلقه اول یک گیاه سبز است حلقه دوم یک جاندار گیاهخوار است و حلقه‌های بعدی را موجودات گوشتخوار تشکیل می‌شوند.
شبکه غذایی
چند زنجیره غذایی که با یکدیگر ارتباط داشته باشند یک شبکه غذایی را بوجود می‌آورند.
شبکه حیات
همه شبکه‌های غذایی با یکدیگر ارتباط دارند بطوری که همه موجودات زنده کره زمین یک شبکه غذایی بزرگ را تشکیل می‌دهد این شبکه غذایی بزرگ ، شبکه حیات نام دارد.
نوع دیگر ارتباط جانداران با هم
رقابت
در رقابت یک موجود به چیزهایی که مورد نیاز موجود زنده دیگر نیز هست احتیاج پیدا می‌کند. مثلا جانوران بین یافتن غذا و لانه سازی و غیره با هم رقابت می‌کنند. در عمل رقابت گاهی دو رقیب با یکدیگر با خبر نیستند. بعضی از رقابت‌ها میان جانداران یک گونه و برخی دیگر در بین جاندارانی که از گونه‌های متفاوت است صورت می‌گیرد. موضوع مورد رقابت اغلب جانوران غذاست. رقابت تختصاص به جانوران ندارد. گیاهان نیز برای بدست آوردن نور ، آب و کانی‌ها با هم به رقابت می‌پردازند.
هم زیستی
هم زیستی یعنی زندگی کردن با یکدیگر و با هم زیستن اما در اکولوژی منظور از هم زیستی هر نوع ارتباط نزدیک میان دو نوع موجود زنده است صورت‌هایی از هم زیستی عبارتند از:
هم سفرگی
در این نوع هم زیستی یکی از افراد ، نه سود می‌برند و نه زیان و دیگری سود می‌برد. مانند رابطه چسبیدن ماهی بادکش‌دار ، بدن کوسه ماهی ، که ماهی بادکش دار در این رابطه سود می‌برد.
همیاری
در این نوع هم زیستی دو موجود زنده هر دو از یکدیگر بهره می‌برند- همیاری ممکن است داوطلبانه و یا اجباری باشد. همیاری گل‌سنگها اجباری است و قارچی که در ساختمان گلسنگ بکار رفته بدون جلبک سبز قادر به ادامه حیات است میان باکتری‌ها و گیاهان تیره نخود نیز همیاری است – همیار s شته و مورچه حالت اجباری دارد.
زندگی انگلی
در این نوع همزیستی یک موجود (انگل) سود می‌برند و موجود دیگر (میزبان) زیان.
زندگی صیادی
مستقیم‌ترین رابطه غذایی هنگامی وجود دارد که جاندار دیگر را بخورد. هر مصرف کننده‌ای که جانداری دیگر را بکشد و بخورد یک صیاد است و جانداری که خورده شود صید نام دارد.
عوامل غیر زنده اکوسیستم
گرما
بیشتر از اشعه مادون قرمز بخشی از نور خورشید به دست می‌آید و در فعالیت‌های موجودات زنده نیز انرژی به صورت گرما آزاد می‌شود.
دما
یکی از عوامل غیر زنده محیطی است و تغییرات زیادی دارد و کلیه جانداران به نحوی با این تغییرات سازش پیدا کرده‌اند سازش باعث بقای جانوران می‌شود.
نور
نور نقش مهم در غذاسازی تولید کننده دارد.
گازها
مهم‌ترین گازهایی که در اتمسفر وجود دارند عبارتند از : اکسیژن و دی‌اکسید کربن. که اکسیژن در تنفس و در اکسید کربن در فتوسنتز نقش دارد.
آب
آب به صورت تبخیر شده وارد اتمسفر می‌شود و به صورت برف و باران به زمین برمی‌گردد.
مواد شیمیایی
به دو صورت کانی و آلی در اکوسیستمها وجود دارد مواد آلی ناشی از تجزیه موجودات زنده ، در اکوسیستمهای مختلف مورد استفاده جانداران قرار می‌گیرد. مواد کانی نیز به ترکیبات مختلف مثل نمک خوراکی یا کلریدسدیم که در غذای آدمی مهم است و یا کودهای شیمیایی که در حاصل خیزی خاک اهمیت دارد.

حفظ محیط زیست

گازهای لینده کمک کننده به حفظ پاکیزه گی محیط زیست (آبهای رودخانها- فاضلابهاو هوا) هستند.
برای پاکیزه سازی آب فاضلابها و رودخانها از اکسیژن خالص استفاده می شود. در این روش اکسیژن خالص به وسیله دستگاههای مخصوصی وارد آب می شود.
اکسیژن خالص به صورت غیرمستقیم باعث پاکیزه گی آبها و جلوگیری از مرگ ماهی ها می شود.
ازت – دی اکسید کربن و گازهای صنعتی از دیگر گازهائی هستند که به حفظ پاکیزه گی محیط زیست کمک می کنند.

فیزیک محیط زیست
فیزیک محیط زیست عبارت است از اندازه گیری و تحلیل برهمکنشهای بین موجودات زنده و محیط زیست فیزیکی آنها.

مقدمه
برای اینکه موجودات زنده به نحو مطلوبی رشد و تولید مثل کنند، باید با محیط زیستشان سازش یابند. برخی موجودات زنده کوچک می‌توانند در دماهای بین ۶- و ۱۰۰ درجه سانتیگراد رشد و نمو پیدا کنند و وقتی محیط زندگی آنها خشک شود، می‌توانند حتی تا دمای زیر ˚۲۷۲C- نیز زنده بمانند. از سوی دیگر اشکال عالیتر حیات با بروز دادن پاسخهای فیزیولوژیکی حسی به محرکهای فیزیکی خارجی با گستره نسبتا باریکی از محیطهای زیست سازگار شده‌اند. محیط زیست فیزیکی گیاهان و جانوران دارای پنج جز اصلی است که پایستگی گونه‌ها را تعیین می‌‌کنند:

۱٫ محیط زیست یک منبع انرژی تابشی است که از طریق فرآیند فتوسنتز در یاخته‌های سبز به دام افتاده و بصورت هیدراتهای کربن ، پروتئینها و چربیها ذخیره شده است. این مواد منبع انرژی اولیه انرژی سوخت و ساز (متابولیک) را برای تمام اشکال حیات بر روی زمین و در اقیانوسها تشکیل می‌دهند.
۲٫ محیط زیست یکی از منابع آب ، نیتروژن ، کانیها و عناصر کمیاب مورد نظر برای تشکیل اجزای یاخته‌های زنده است.
۳٫ عواملی چون دما و طول مدت روز ، آهنگ رشد و نمو گیاهان ، نیاز جانوران به غذا و آغاز چرخه‌های تولید مثل در گیاهان و جانوران را تعیین می‌کند.
۴٫ محیط زیست محرکهایی که گیاهان و جانوران ، عمدتا بصورت نور یا گرانش ، دریافت می‌کنند و چارچوبهای مرجعی را هم در زمان و هم در فضا فراهم می‌آورند تأمین می‌کند. این محرکها در تنظیم ساعتهای زیست شناختی ، تأمین احساس توازن ، و مانند اینها ، نقش اساسی دارند.
۵٫ محیط زیست پراکندگی و دوام بیماری زایان و انگلهایی را که به موجودات زنده حمله می‌کنند و حساسیت موجودات زنده به حمله را ، مهیا می‌کند.

حضور هر موجود زنده ، زیست محیطی را که در برابرش قرار می‌گیرد تعدیل می‌کند، بطوری که محرک فیزیکی دریافتی از محیط زیست تا حدودی با پاسخ فیزیولوژیکی به محیط زیست تعیین می‌شود. وقتی یک موجود زنده با محیط زیستش برهمکنش دارد، فرآیندهای فیزیکی دخیل در این برهمکنش ساده نیستند و ساز و کارهای فیزیولوژیکی آن هم اغلب اوقات بطور کامل درک نمی‌شوند. با مشاهده رفتار سیستم بایستی ساده‌ترین شیوه توصیف آن را بر حسب متغیرهای حاکم بر آن توصیف کرد. اغلب اوقات فقدان یک زبان مشترک مانعی در راه پیشرفت مباحث میان رشته‌ای ایجاد می‌کند و برای فیزیکدان یا هواشناسی که زیست شناسی نخوانده است، برقراری ارتباط با متخصص فیزیولوژی یا اکولوژیی که با فرمول بیگانه است و از آن بیم دارد، دشوار است.

مفاهیم و اصولی که فیزیک محیط زیست به آنها وابسته است:
قوانین گازها
خواص فیزیکی گازها (فشار ، حجم ، دما ، گرمای ویژه و …) در بسیاری از تبادلات بین موجودات زنده و محیط زیست آنها دخالت دارند. بنابراین ، معادلات مربوط به هوا نقطه آغاز مناسبی را برای هر متن مربوط به فیزیک محیط زیست تشکیل می‌دهد. این معادلات همچنین شالوده‌ای را برای بحث در باب رفتار بخار آب فراهم می‌آورد، بخار آب گازی است که، علی رغم غلظت بسیار اندک آن در هواشناسی ، آب شناسی و اکولوژی (بوم شناسی) اهمیت بسیار زیادی دارد.

خواص قابل مشاهده هر گاز ، مانند دما و فشار را می‌توان به کمک نظریه جنبش گازها که مبتنی بر قوانین حرکت نیوتن‌اند، به جرم و سرعت مولکولهای تشکیل دهنده آن ارتباط دارد. به عنوان مثال: تبخیر آب در سطح زمین برای تشکیل بخار آب در جو فرآیندی است که اهمیت فیزیکی و زیست شناختی عمده‌ای دارد، زیرا گرمای نهان تبخیر در ارتباط با گرمای ویژه هوا ، زیاد است. گرمایی که از چگالش (میعان) یک گرم بخار آب رها می‌شود، کافیست تا دمای ۱kg هوا را به اندازه K 5.2˚بالا ببرد. بخار آب را به سبب نقشی که در انتقال گرمای کره زمین دارد ماده فعال موتور گرمایی جو نامیده‌اند.
قوانین ترابرد (انتقال(
برای انتقالهایی که در داخل یک گاز بوسیله حاملان صورت می‌گیرد، می‌توان معادله کلی ساده‌ای را استخراج کرد. این مولکولها ممکن است مولکولها یا ذرات یا جریانهای گردبادی باشند که قادرند مقادیری از یک ویژگی P مانند تکانه یا گرما یا جرم را انتقال دهند. چگونگی انتقال یا ترابرد مفاهیمی چون جرم ، تکانه و انرژی به کمک حالت جو و حالت متناظر جو دخیل در مبادله ، چه خاک باشد، چه پوشش گیاهی یا پوست یک جانور ، تعیین می‌شود. حتی وقتی حاملان بطور کاتوره‌ای در حرکت باشند، انتقال خالص ممکن است در هر راستایی صورت پذیرد، به شرط آنکه P در همان راستا بر حسب فاصله کاهش یابد. در این صورت ، حاملان می‌توانند در نقطه‌ای که مقدار کمیت P کمتر ازمقدار نقطه آغاز باشد، بار اضافی‌اش را خالی کند.