Насаждения и процесс газообмена

Наиболее важной для жизнедеятельности человека частью воздуха является кислород, имеющий биологическое происхождение и появившийся в атмосфере благодаря растениям. Жизнь на земле возникла и развивалась при участии обычного молекулярного кислорода О2, озона О3 и атомарного кислорода О.

Около 18 млрд. лет назад в атмосфере начал накапливаться свободный кислород. Первые признаки жизни появились в местах, защищенных от разрушительных ультрафиолетовых лучей водой или слоем осадка.
 
Появление многоклеточных организмов было вызвано накоплением в атмосфере уже достаточного для их существования количества кислорода. Растения обладают ценным свойством непрерывно расщеплять укглекислый газ, извлекать из него углерод и обогащать воздух кислородом.
 
До XVII в. было распространено мнение, что растения питаются «соками земли» наподобие питания животных. Вплотную удалось приблизиться к раскрытию тайны процессов, происходящих в растениях, Ван Гельмонту, который провел любопытный эксперимент. В бочку, наполненную высушенной землей массой 80 кг, он посадил иву (2,25 кг), которую в течение 5 лет поливал дождевой водой. Когда дерево было выкопано и взвешено, то оказалось, что за этот срок его масса увеличилась до 66 кг (с учетом опавших за эти годы листьев), а масса почвы практически осталась без изменения (снизилась на 56 г). К сожалению, Ван Гельмонт сделал ошибочный вывод, что весь прирост произошел за счет воды.
 
В последующем ученым удалось установить, что в листьях растений из углекислого газа, поступающего из воздуха, и воды, получаемой из почвы, за счет энергии солнечных лучей образуются углеводы (сахар) и в атмосферу выделяется свободный кислород. Процесс этот был назван ассимиляцией углерода, или фотосинтезом, от греческих слов «фотос» — свет и «синезис» — образование сложных химических соединений из простых.
 
При создании каждой молекулы сахара в ней оказываются законсервированными 674 большие калории солнечной энергии, перехваченные листьями растений. Поглощает солнечные лучи зеленый пигмент — хлорофилл. В течение только одного года солнечная энергия, запасенная растениями за счет фотосинтеза, достаточна для обеспечения энергией 100 000 больших городов в течение 100 лет. Сжигая каменный уголь, нефть, торф, горючие сланцы, мы используем не что иное, как продукты фотосинтеза. Клетки животных, человека получают необходимую жизненную энергию за счет пищи, которая представляет собой также законсервированную энергию солнечных лучей.
 
Дыхание человека позволяет насытить его организм кислородом и удалить углекислый газ, углекислоту СО2. Каждый год растения извлекают из атмосферного воздуха 16•10\10 углекислоты, а выделяют около 5•10\11 т свободного кислорода. Состав атмосферы относительно постоянен. Содержание кислорода в воздухе около 20, 95 % (по объему), концентрация СО2 в разных районах Земли тоже практически одинакова за счет турбулентного перемешивания атмосферы и составляет 0,03 %. Кроме того, в составе атмосферного воздуха содержится 78,09 % азота и 0,93 % аргона.
 
Тонкая пластина листа по своему строению и внутренней структуре удивительно приспособлена для фотосинтеза. Углекислый газ проникает в лист через устьиничные щели, размещенные в основном на нижней стороне листа, которая представляет собой мякоть (губку) из рыхло расположенных клеток с большими промежутками, заполненными воздухом.
 
По ткани углекислый газ попадает к каждой клетке и растворяется в, пропитывающей оболочку воде, которая подается разветвленной сетью жилок. В результате получается раствор угольной кислоты, поглощаемый в клетках хлоропластами. Накопившиеся в течение дня углеводы- (сахар) оттекают по жилкам листьев, ветвям и стволам к местам их потребления и, как правило, ночью. Потоки передвигаются навстречу, не мешая друг другу. Передвижение углеводов из листьев вниз по стволу к корням осуществляется по коре дерева. Сахара, образуемые в листьях, используются растущими побегами и корнями для построения тканей; расходуются при дыхании — процессе, за счет которого растение получает энергию; откладываются в нерастворимой форме в ветвях, стволе, корнях на будущее. Эти запасы крахмала весной переходят в сахар, растворяются в воде древесины и с нею по сосудам передвигаются к распускающимся почкам, где служат материалом для построения молодого побега, и способствуют зацветанию растения. Весной из пораженного ствола березы выделяется сладковатая жидкость «березовый сок». Это и есть раствор сахара. В то время когда для растения особенно дорога вода, мы нередко отбираем ее у дерева. Следует категорически возразить против бесконтрольной, бессистемной добычи березового сока в лесах и запретить ее в условиях города.
 
На создание весеннего побега уходит не весь запас веществ. Часть их сохраняется на случай, если листва будет уничтожена сильными морозами или насекомыми. Если же восстановленная листва погибнет вновь, то растение, как правило, гибнет. У лиственных деревьев молодые побеги создаются только за счет прошлогодних запасов, а у хвойных эти запасы очень малы, именно поэтому потеря хвои для них оканчивается гибелью растения.
 
Взрослый здоровый лес на площади 1 га поглощает 220—280 кг углекислого газа, выделяет в атмосферу 180—220 кг кислорода. В среднем 1га зеленых насаждений поглощает за 1 ч около 8 л углекислоты (столько выделяют за это время 200 человек). На выделение кислорода влияют количество листвы дерева и ее состояние. Дерево средней величины может обеспечить дыхание трех человек.
 
Показатели газообмена в течение вегетационного периода у разных деревьев неодинаковы. Если эффективность газообмена у ели обыкновенной принять за 1, то у лиственницы она будет 1,18, у сосны обыкновенной — 1,64, у липы крупнолистной — 2,54, у дуба чешуйчатого — 4,5, у тополя берлинского — 6,91. Зная интенсивность фотосинтеза, а следовательно и эффективность газообмена и количество выделяемого у разных видов растений кислорода, следует подбирать оптимальные сочетания и количество деревьев и кустарников, необходимых для озеленения городских территорий.
 
Источником поступления углекислого газа в атмосферу являются: дыхание людей и животных, брожение микроорганизмов, вулканические газы, горячие ключи, хозяйственная деятельность человека (особенно сжигание горючих ископаемых) и т. д.
 
Развитие промышленности, уничтожение лесов, сокращение площади зеленых насаждений и сельскохозяйственных угодий привели к тому, что с начала XX в. в атмосфере происходит постепенное увеличение содержания углекислого газа. В настоящее время оно возросло на 10—15 % и продолжает расти примерно на 0,4 % ежегодно. По подсчетам ученых, за последние 100 лет человечество использовало 250 млрд. т кислорода и выбросило в атмосферу 360 млрд. т углекислого газа. Около половины всего количества CO2 накапливается в атмосфере, четверть поглощает мировой океан и оставшуюся часть—биомасса. Воздух в городе имеет CO2 на 0,01 — 0,02 % больше, чем вне города. Растения уже не в состоянии полностью использовать в процессе фотосинтеза углекислоту, попадающую в атмосферу.
 
Схема взаимовлияния растений и среды
Схема взаимовлияния растений и среды
 
Хорошо известно, что углекислый газ действует в атмосфере, как стекло в оранжерее: он пропускает солнечную радиацию и не пропускает инфракрасное (тепловое) излучение земли, создавая так называемый «парниковый эффект», последствия которого трудно предсказуемы.
 
На процессы в атмосфере оказывает заметное влияние аэрозоль — взвешенные в воздухе частицы размером от десятков нанометров до нескольких десятков микрометров. Возникает он под влиянием «засорений», поступающих от предприятий, при вулканических извержениях и т. п. Каждый кубический сантиметр воздуха, которым мы должны дышать в городе, содержит от 10 до 100 тыс. мельчайших частиц, в горах и сельской местности около 5 тыс., над океаном еще меньше. С высотой его концентрация убывает.
 
Около 10 % СО2 и примерно 15 % аэрозолей, содержащихся в атмосфере, являются результатом хозяйственной деятельности человека, и ежегодные выбросы их составляют соответственно около 15 млрд. и 30 млн. т.
 
Озон — активный газ, всегда присутствующий в воздухе. Он может неблагоприятно воздействовать на живые организмы, но, так как его концентрация у земной поверхности незначительна (в среднем она составляет 10-6 %), он безопасен.
 
По мере накопления кислорода часть его в верхних слоях атмосферы под влиянием солнечной радиации превращалась в озон. Тонкий слой озона (озоновый экран) надежно защищает нас от ультрафиолетовых лучей и поглощает около 20 % излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы. Если бы этот газ сосредоточить на поверхности земли, то он образовал бы пленку лишь в 2—4 мм толщиной.
 
Огромное влияние на баланс газов в атмосфере оказывает гидросфера. Если в атмосфере соотношение между азотом и кислородом равно 4, то в водоемах относительная доля кислорода примерно в два раза выше, чем в атмосфере. Это позволяет говорить о чрезвычайно важной роли растительности океанов и морей в поддержании постоянного газового состава атмосферы. На фитопланктон мирового океана оказывают неблагоприятные воздействия нефть и пестициды. Убыль кислорода в водоемах, морях и океанах может значительно ускорить процесс нарушения газового баланса в атмосфере.
 
Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Но при все прогрессирующем росте загрязнений становится очевидным, что природные системы самоочищения и прежде всего растения рано или поздно не смогут выдержать этот натиск, что приведет к нарушению газового баланса атмосферы и прежде всего к сокращению кислорода — источника жизни всего живого.

«Городское зеленое строительство». Горохов В.А. 1991

Добавить комментарий

CAPTCHA
Подтвердите, что вы не спамер