تبلیغات
منابع طبیعی - فیزیک محیط زیست
منابع طبیعی
سه شنبه 1 دی 1388

فیزیک محیط زیست

سه شنبه 1 دی 1388

نوع مطلب :
نویسنده :مهدی صامتی

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

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 6- و 100 درجه سانتیگراد رشد و نمو پیدا کنند و وقتی محیط زندگی آنها خشک شود، می‌توانند حتی تا دمای زیر ˚272C- 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:


img/daneshnameh_up/d/d4/treeIR.jpg




  1. 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.

  2. محیط زیست یکی از منابع آب ، نیتروژن ، کانیها و عناصر کمیاب مورد نظر برای تشکیل اجزای یاخته‌های زنده است.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.




img/daneshnameh_up/a/ab/treeReal.jpg




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 1kg 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.



img/daneshnameh_up/b/b4/sun_shine_md_clr.gif



img/daneshnameh_up/3/3e/tulipsblu.gif




تابش در محیط زیست

تمامی انرژی لازم برای فرآیندهای فیزیکی و زیست شناختی در سطح زمین از خورشید تأمین می‌شود و قسمت اعظم مبحث فیزیک محیط زیست به طریقه های پراکنده و ذخیره شدن این انرژی بصورتهای گرمایی ، مکانیکی یا شیمیایی ارتباط پیدا می‌کند. چرخش زمین حول محور خودش و مدار بیضویش به دور خورشید، جنبه‌های عمده تابش در سطح زمین را تعیین می‌کند. قسمت اعظم اندازه گیریهای انرژی خورشیدی در سطح زمین به نوارهای موجی مرئی و فروسرخ نزدیک محدود می‌شوند که حاوی انرژی به نسبتهای تقریبا مساوی‌اند.

تضعیف در جو

کمیت ، کیفیت و جهت پرتو نور خورشید، در طی عبورش از جو زمین ، بر اثر پدیده‌های پراکندگی و جذب تغییر می‌کند.

پراکندگی

  • کوانتومهای منفرد در حالی که به مولکولهای گازی در جو برخورد می‌کنند کم و بیش بطور یکنواخت در تمام جهات انحراف پیدا می‌کنند، این پدیده را به افتخار ریلی ، فیزیکدانی که بطور نظری نشان داد تأثیرگذاری پراکندگی مولکولی با عکس توان چهارم طول موج متناسب است، پراکندگی ریلی می‌گویند.

  • دومین فرآیند تضعیف عبارت است از جذب بوسیله اوزون (مخصوصا در طیف فرابنفش) ، بوسیله بخار آب (با نوارهای قوی در فرو سرخ) ، بوسیله دی اکسید کربن و اکسیژن. بر عکس پراکندگی ، که صرفا جهت تابش را تغییر می‌دهد، جذب انرژی را از باریکه تابشی می‌گیرد بطوری که جو گرم می‌شود.

تابش خورشیدی در سطح زمین

وقتی تابش به سطح زمین می‌رسد، به عنوان یکی از پیامدهای تضعیف ، دو خاصیت جهت را متمایز دارد. تابش مستقیم از جهت قرص خورشیدی وارد می‌شود و مولفه کوچکی را در بر می‌گیرد که مستقیما به جلو پراکنده شده است. تمامی تابش پراکنده دیگر دریافت شده از آسمان آبی (از جمله هاله بسیار درخشان پیرامون خورشید) و از ابرها ، چه بواسطه بازتابش و چه بوسیله تراگسیل ، با اصلاح تابش پخشی توصیف می‌شود مجموع چگالیهای شار انرژی مربوط به تابش مستقیم و پخشی را تابش کلی یا سراسری گویند و برای مقاصد اقلیم شناختی روی یک سطح افقی اندازه گیری می‌شود.

خرد اقلیم شناسی تابش

برخورد

در مسائلی که معمولا در قلمرو اقلیم شناسی پیش می‌آید، شارهای تابش در سطح زمین با انرژی دریافتی اتلافی هر واحد مساحت از صفحه افقی اندازه گیری و مشخص می‌کنند. برای محاسبه مقدار تابش که بر سطح گیاهان یا جانوران برخورد می کند، باید چگالی شار تابشی افقی در یک ضریب شکل ضرب شود که بستگی دارد به:


  1. هندسه سطح
  2. خواص جهتی تابش

    برای اینکه عملی تر باشد، غالبا از اجسامی چون کره یا استوانه که هندسه نسبتا ساده‌ای دارند، بهره می‌گیرند تا اشکال نامنظمتر گیاهان و جانوران را مجسم یا بازنمایی کنند. تابشی را که به یک موجود زنده یا مشابه آن برخورد می‌کند، بصورت متوسط شار تابشی بر واحد مساحت سطح بیان می‌شود.

جذب و بازتابش

وقتی نور خورشید به خاک ، آب ، یا شی مانند برگ یا یک جانور برخورد می‌کند، انرژی آن جذب ، بازتابیده و گاهی هم منتقل می‌شود. در طول موج کوتاه ، یعنی انتهای پر بسامد طیف خورشیدی ، رفتار تابشی مواد زیستی را عمدتا وجود رنگدانه‌هایی تعیین می‌کند که تابش را در طول موجهای توام با گذارهای الکترونی در میان بسیاری از مواد طبیعی به شمار می‌آید، زیرا آب دارای نوارهای جذبی پر قدرتی در این ناحیه است. بازتابندگی خاکها عمدتا به محتوی ماده آلی آنها ، محتوی آبشان ، ابعاد ذره و زاویه فرود تابش بسپتگی دارد.

آن کسری از تابش که برگها می‌تابانند و عبور می‌دهند، به زاویه فرود بستگی دارد. شباهت طیفهای تراگسیلی و بازتابی که بوسیله بسیاری از برگها نموده شده‌اند، حاکی از آن است که تابش میان آنها بوسیله بازتابش و شکست در دیواره یاخته‌ها ، در تمام جهات پراکنده می‌شود. تنها تابش فرودی که به این طریق پراکنده نشد، عبارت است از مولفه‌ای (حدود 1%) که از سطح کوتیکول (روپوست یا بشره) بدون داخل شدن در بافت درونی برگ بازتاب پیدا می‌کند.

انتقال گرما

سه ساز و کار انتقال گرما در محیط گیاهی و جانوری مهم‌اند.
  • تابش: که اصول حاکم بر بطور خلاصه ذکر شد.
  • همرفت: عبارت است از انتقال گرما بوسیله حرکت هوا.
  • رسانش: در جامدات و گازهای آرام که به تبادل انرژی جنبشی بین مولکولها بستگی دارد.

از همه این ساز و کارهای انتقال در سیستمهای گرمایش خانگی بهره برداری می‌کنند. گرمکنهای بادبزن دار ، گرمکنهای همرفتگر و رادیاتورها و ... .

انتقال جرم

دو مد پخش عامل تبادل ماده میان موجودات زنده و هوای اطراف آن به شمار می‌آیند. پخش مولکولی در داخل موجودات زنده (مثلا در ریه‌های جانور یا در منفذهای ریز یک برگ) و در پوسته نازک هوا که لایه مرزی موجودات زنده را بطور کامل در بر می‌گیرد عمل می‌کند. در جو آزاد ، آثار پخش متلاطم فرآیندهای انتقال را تحت الشعاع قرار می‌دهند، هر چند که عمل پخش مولکولی مداوم و ضریب زوال نهایی انرژی متلاطم در تبدیل به گرماست. تلاطم در همه جای جو ، جز




Cialis 20 mg
شنبه 4 فروردین 1397 08:33 ق.ظ

Whoa lots of great info.
how does cialis work cialis kamagra levitra how do cialis pills work cialis tablets for sale we choice cialis uk cialis generika viagra vs cialis the best choice cialis woman enter site natural cialis cialis generique 5 mg
Cialis online
دوشنبه 28 اسفند 1396 02:19 ب.ظ

Very good facts, Appreciate it.
callus effetti del cialis cialis daily link for you cialis price cost of cialis per pill cialis daily new zealand cialis en mexico precio generic cialis soft gels cialis 200 dollar savings card cialis with 2 days delivery
imvu credits hack
سه شنبه 15 اسفند 1396 11:21 ب.ظ
چطوری آیا می دانید اگر هر پلاگین برای حفاظت در برابر آن ها ایجاد کند
هکرها من در مورد از دست دادن همه چیزهایی که به سختی کار کرده ام، منفعلانه هستم.
هر گونه پیشنهاد؟
angry birds go cheats
جمعه 4 اسفند 1396 05:45 ب.ظ
That is a great tip particularly to those new to the blogosphere.
Short but very precise info… Appreciate your sharing this one.

A must read post!
How you can increase your height?
دوشنبه 27 شهریور 1396 05:58 ق.ظ
Spot on with this write-up, I truly believe this website needs a great deal more attention.
I'll probably be back again to read more, thanks for the advice!
Foot Pain
دوشنبه 16 مرداد 1396 12:35 ب.ظ
I know this if off topic but I'm looking into starting my own weblog and was
curious what all is required to get setup? I'm assuming
having a blog like yours would cost a pretty penny? I'm not very internet savvy
so I'm not 100% certain. Any suggestions or advice would be greatly appreciated.

Kudos
foot pain identifier
پنجشنبه 15 تیر 1396 05:19 ق.ظ
Hi i am kavin, its my first occasion to commenting anyplace, when i
read this piece of writing i thought i could also make comment due
to this good post.
michelle1shepard89.jimdo.com
چهارشنبه 3 خرداد 1396 07:20 ب.ظ
Hey I am so delighted I found your web site, I really found you by
accident, while I was browsing on Yahoo for something else, Anyhow I am here now and would
just like to say many thanks for a remarkable post and a
all round interesting blog (I also love the theme/design), I don’t have time to look over it all at the
minute but I have book-marked it and also added in your RSS
feeds, so when I have time I will be back to read more, Please do keep
up the awesome jo.
BHW
پنجشنبه 7 اردیبهشت 1396 05:00 ق.ظ
Do you have a spam issue on this website; I also am a blogger,
and I was wondering your situation; we have created some nice practices and we are looking
to swap techniques with other folks, please shoot me an email if
interested.
BHW
جمعه 25 فروردین 1396 01:17 ب.ظ
Interesting blog! Is your theme custom made or did you download
it from somewhere? A design like yours with a few simple
adjustements would really make my blog stand out.
Please let me know where you got your design. Thanks
محمد حسین رفیعی
سه شنبه 4 اسفند 1388 01:42 ب.ظ
بنده دانشجوی رشته فیزیك هستم این ترم فیزیك محیط زیست برداشتم و از مطلب شما نهایت استفاده را كردم بسیار عالی بود
ممنون
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر