Процесс толпления как один из способов выживания животных в экстремальных климатических условиях исследовательская работа по экологии (стр. 1 )

ГБОУ ИЗМАЙЛОВСКАЯ ШКОЛА № 000

Мовсесян

Грант Артакович

10 класс «Б»

Процесс толпления как один из способов выживания

животных в экстремальных климатических условиях

исследовательская работа по экологии

Научный руководитель:

,

учитель географии

Москва 2017

Содержание

Введение. Эффект «толпления» у животных	4
1.	Методологические характеристики исследования	5
2.	Процесс толпления как один из способов выживания животных в экстремальных климатических условиях	7
2.1.	Область с экстремально холодным климатом. Характеристика Антарктиды	7
2.1.1.	Животные и растения Антарктиды	8
2.1.2.	Императорские пингвины	10
2.1.3.	Приспособленность к окружающей среде	11
2.2.	Область с экстремально жарким климатом. Характеристика Сахары	20
2.2.1.	Животные и растения Сахары	22
2.2.2.	Одногорбые верблюды	23
2.2.3.	Приспособленность к окружающей среде	24
2.3.	Методики моделирования процесса измерения температуры внутри группы животных	28
2.4	Моделирование процесса толпления (пингвины)	32
2.4.1.	Измерение температуры в пробирках и анализ результатов	33
2.5.	Моделирование процесса теплового излучения	40
2.5.1. 2.6.	Измерение температуры организмов и анализ результатов Моделирование процесса толпления (верблюды)	40 42
3.	Заключение	44
4.	Библиография	45
5.	Приложение	46
6.	Словарь	48

Вся природа стремится к самосохранению.

Введение. Эффект «толпления» у животных

  В сильный мороз пингвины сбиваются в плотную кучу. Внутри такого скопления температура достигает + 37 oС. Верблюды ведут себя подобным образом в сильную жару: сбиваются вместе, прижимаясь боками друг к другу. Как это объяснить? В суровых климатических условиях животные прижимаются друг к другу скорее всего, чтобы согреться (пингвины) или охладиться (верблюды). Почему животные остаются в таких условиях и не ищут более благоприятные? Как выживают? Меня эти вопросы очень заинтересовали.

Методологические характеристики исследования

Актуальность: так как все компоненты природы тесно и неразрывно взаимосвязаны между собой, то нарушение одного компонента вызывает изменение состояния всех остальных. Изменение естественной среды обитания сегодня может изменить жизнь императорских пингвинов или верблюдов, завтра  - нашу жизнь.

Проблема: выживание животных в экстремальных климатических условиях.

Гипотеза: при процессе толпления организм животного в зависимости от климатических условий теряет или приобретает тепло, что способствует его выживанию.

Объект исследования: толпление животных.

Предмет исследования: процесс толпления как один из способов выживания животных в экстремальных климатических условиях.

Тема: процесс толпления как один из способов выживания

животных в экстремальных климатических условиях

Цель: доказать, что процесс толпления является важным условием выживания животных в экстремальных климатических условиях.

Задачи:

Изучить теоретический материал по теме. Научиться работать с цифровой лабораторией «Архимед». Провести измерения в лабораторных условиях и на улице зимой и летом. Проанализировать полученные результаты и сделать вывод. Оформить исследовательский проект.

Новизна: использование цифровой лаборатории при проведении практической части работы позволяет составить собственную характеристику температурного режима внутри группы живых организмов в холодное и жаркое время года при процессе толпления.

Методы:

Моделирование Анализ Сравнение Обобщение

Теоретические основания: основы теории познания, экология,  физическая география.

Процесс толпления как один из способов выживания

животных в экстремальных климатических условиях

Область с экстремально холодным климатом. Характеристика Антарктиды

Антарктида — самый южный материк, на территории которого находится Южный полюс. Площадь Антарктиды — 14,1 млн. км2, это пятый по величине материк. Антарктида находится только в южном полушарии. Антарктида омывается водами Тихого, Индийского и Атлантического океанов, у ее берегов расположены море Росса, море Амундсена, море Беллинсгаузена и море Уэдделла, два последних разделены Антарктическим полуостровом. Географическое положение Антарктиды уникально - больше нет ни одного материка на Земле, который бы полностью располагался в полярной области планеты. Такое расположение и привело к возникновению на материке постоянного покровного оледенения и очень тяжелых климатических условий. В Центральной Антарктиде располагается полюс холода нашей планеты. На станции Восток 24 августа 1960 г. зарегистрирована температура -88,3°С. Средняя температура зимних месяцев от -60 до -70°С, летних от -30 до -50°С. Даже летом температура никогда не поднимается выше -20°С. На побережье, особенно в районе Антарктического полуострова, температура воздуха достигает летом 10-12°C, а в среднем в самый тёплый месяц (январь) составляет 1°С, 2° осадки выпадают почти исключительно в виде снега: в центре материка их количество достигает в год 30-50 мм, в нижней части материкового склона оно увеличивается до 600-700 мм, несколько уменьшается у его подножия (до 400-500 мм) и снова возрастает на некоторых шельфовых ледниках и на северо-западном побережье Антарктического полуострова (до 700-800 и даже 1000 мм). В связи с сильными ветрами и выпадением обильных снегов очень часты метели.

Животные и растения Антарктиды

Растительный мир: Флора Антарктиды, в силу особых климатических условий, чрезвычайно бедна. Больше всего здесь водорослей – около 700 видов. Побережье материка и его равнины, свободные ото льдов, покрывают мхи и лишайники. А вот цветущих растений всего два вида. Это колобантус кито и антарктический луговик. Колобантус кито относится к семейству гвоздичных Это травянистое растение подушкообразной формы с мелкими белыми и бледно-желтыми цветочками. Рост взрослого растения не превышает 5 см. Луговик антарктический относится к семейству злаковых. Растет он лишь на участках земли, хорошо освещаемых солнцем. Кустики луговика могут вырастать до 20 см. Само растение прекрасно переносит заморозки. Морозы не вредят растению даже во время цветения.

Все растения Антарктиды успешно приспособились к вечному холоду. В их клетках содержится мало воды, а все процессы происходят очень медленно.

Животный мир: Особенность фауны Антарктиды напрямую связана с ее климатом. Все животные обитают лишь там, где есть растительность. Несмотря на суровость климатических условий, в Антарктиде даже родился человек (это произошло в 1978 году). А раскопки показали, что на этом материке некогда обитали динозавры. Условно всех антарктических животных можно разделить на две группы: наземные и водные, причем полностью сухопутных животных в Антарктиде нет. Воды вокруг материка богаты зоопланктоном, который является главной пищей для китов и тюленей, морских котиков и пингвинов. А еще здесь обитают ледяные рыбы – удивительные создания, которые приспособились к жизни в ледяной воде. Из крупных животных чаще всего берега Антарктиды навещают голубые киты, которых привлекает сюда обилие креветок. В пресных водах озер обитают круглые черви и сине-зеленые водоросли, встречаются веслоногие рачки и дафнии. Мир пернатых представлен пингвинами, полярными крачками и поморниками. В Антарктиде обитает 4 вида пингвинов. Самая большая популяция – императорских пингвинов. Залетают на южный материк и буревестники. Млекопитающих также мало. В основном это животные, способные жить на суше и в воде. Больше всего в Антарктиде тюленей. На побережье обитают также морские леопарды, морские слоны и Росса. Из семейства дельфинов встречаются лишь небольшие группы черно-белых или песочного цвета дельфинов, известных среди китобоев под названием "морские коровы".

Императорские пингвины

Импера?торский пингви?н (лат. Aptenodytes forsteri) — самый крупный и тяжёлый из современных видов семейства пингвиновых.

Описание: В среднем рост составляет около 122 см, а вес колеблется между 22 и 45 кг. Голова и задняя часть тела чёрная, брюшная часть — белая, к верху становящаяся жёлтой. Как и все пингвиновые, императорские пингвины не умеют летать. Мускульная масса императорского пингвина также является самой большой из всех видов птиц (в основном за счёт грудных мускулов). Оперение императорского пингвина на спине чёрное, а на груди белое, что делает его в воде менее заметным для врагов. Под шеей и на щеках у них жёлто-оранжевая окраска. Птенцы покрыты белым или серовато-белым пухом.

Распространение: Императорский пингвин из всех видов пингвинов заходит далее всего на юг. Около 300 тысяч особей императорского пингвина живут на льдинах вокруг Антарктиды, но для спаривания и высиживания яиц мигрируют на материк.

Приспособленность императорских пингвинов к окружающей среде

«Приспособленность организмов - относительная целесообразность строения и функций организма, явившаяся результатом естественного отбора, устраняющего неприспособленных в данных условиях существования особей»

Приспособленность	Описание
Организация жизни	Хорошо плавает, ориентируется в океане, выходит на сушу. Лето проводят в море. Из-за долгого срока вывода потомства они зимуют в самом холодном месте Земли - на припае (морской лед на материке). Вдали от хищников и ледяных штормов. Может долго не есть, при этом кормить потомство. В желудке умещается более четырех килограммов. Пингвины пьют в основном морскую воду. Меняет оперение раз в год. Окраска является маскировочной
Плавание	Пингвины перемещаются в воде тремя способами - поверхностное плавание, выпрыгивание из воды и подводный «полет». Для обеспечения движения с наименьшим сопротивлением, плавая под водой, пингвин держит голову втянутой в плечи. Ноги он прижимает близко к телу напротив хвоста, что помогает пингвину в маневрировании. Крылья пингвина - подобные веслу плавники, используемые для плавания. Движение плавников напоминает движения крыльев птицы в полете, обеспечивая пингвинам ощущении полета сквозь толщу воды. Мускулы крыла и груди хорошо развиты и отлично приспособлены для продвижения пингвинов через воду, средняя плотность которой намного больше, чем плотность воздуха. Наличие твердых, плотных костей помогает пингвинам преодолеть плавучесть. Хотя для пингвинов менее энергоемко плавать в толще воды, чем на поверхности, они должны всплывать на поверхность, чтобы дышать. Пингвины вынуждены идти на компромисс - они выпрыгивают из воды, как дельфины или морские свинки. Они могут поддерживать устойчивую скорость 7 - 10 км/ч (4.3-6.2 миль в час) при таком режиме плавания. Выпрыгивание из воды также может помочь смутить хищников. Не все разновидности пингвинов могут двигаться таким образом. Императорские пингвины не были замечены за таким передвижением, а также такое поведение является нечастым у королевских пингвинов но вполне обычным у других пингвинов
Подводное плавание	Большая часть добычи пингвинов населяет верхние водные слои, таким образом, большинству пингвинов вообще не нужно нырять на большую глубину и находиться в этой области  в течение длительного времени. Большинство разновидностей не может находиться под водой даже минуту. Почти половина пингвинов погружается не глубже, чем на 10 м. (33 фута), и то всего лишь на 20 или 30 секунд. Исследования с помощью радиолокаторов и автоматических регистраторов глубины показывают, что императорские пингвины иногда охотятся на больших глубинах. Императорские пингвины охотятся в толще воды на кальмаров и рыб и поэтому имеют тенденцию нырять более глубоко и оставаться под водой дольше чем другие пингвины. Самое глубокое погружение, зарегистрированное для императорского пингвина, составило 535 м. Самое длительное зарегистрированное погружение для императорского пингвина - 21 минута. Оба этих измерения считаются крайностями; большинство погружений происходит в пределах 21 м  от поверхности и длительностью от двух до 8 минут. Во время глубоких погружений замедляется норма сердечных сокращений пингвина. Сердечная норма ныряющего императорского пингвина приблизительно на 15 % ниже его сердечной нормы в состоянии покоя. При исследованиях погружений пингвинов, они показывают уменьшенный поток периферийной крови. Степень перераспределения крови у пингвинов во время глубоких погружений все еще хорошо не изучена.
Дыхание	Плавая, пингвины быстро вдыхают и выдыхают на поверхности.
Сон	Пингвин спит, подвернув клюв под плавник. Как утверждают некоторые источники, это не несет никакой практической пользы, а является пережитком, доставшимся пингвинам от их летающих предков. Другие исследователи полагают, что данный метод помогает пингвинам согреться, уменьшая количество тепла, потерянного через лицо, особенно через ноздри. Чтобы сохранить энергию, потраченную во время голодовки в процессе линьки, пингвины могут увеличить время сна.
Выведение потомства	Выгодное соотношение массы и поверхности тела, препятствующее излишней теплоотдаче. Развитие происходит медленно, гнездовой период растянут на 10 месяцев. Отрыгивая пищу - кормят детеныша. Один птенец, который быстро адаптируется к холоду. Согласованные действия семьи. Яйцо передается от самки – самцу. Яйца у императорских пингвинов крупные: 12 см длины, 8-9 см ширины и около 500 г весом. Птенцы греются в сумке родителей. Группы птенцов образуют «детские сады».
Приспособленность к холоду	После разбивки на пары спокойно стоят, на ночь и при сильном ветре собираясь в плотную группу «черепаху». Императорские пингвины толпятся вместе, чтобы сохранить тепло. Целых 6,000 мужчин будут группироваться и объединяться, выводя яйца в течение середины антарктической зимы. Стоят неподвижно, сутулясь, втянув голову в плечи. Диапазон внутренней температуры пингвинов от 37.8°C до 38.9°C (100°F-102°F). Наложившиеся друг на друга перья  создают поверхность, фактически непроницаемую для ветра или воды. Перья обеспечивают гидроизоляцию, необходимую для выживания пингвинов в воде, температура которой может опускаться до -2.2°C  в Антарктике. Особое строение перьев пингвинов обеспечивают дополнительный слой воздуха. Этот слой воздуха обеспечивает 80-84 % тепловой изоляции пингвинов. Слой пойманного в ловушку воздуха сжимается во время погружений и может рассеяться после подводного плавания. Пингвины следят за своими перьями, прихорашиваясь и перебирая их. Чтобы сохранить высокую температуру, пингвины могут прижать плавники близко к телу. Они также могут дрожать, чтобы обеспечить себе дополнительную высокую температуру. Хороший полный слой воздуха улучшает изоляцию в холодной воде, но, вероятно, недостаточно, чтобы обеспечивать пингвинам устойчивую температуру тела в море долгое время. Пингвины должны оставаться активными во время пребывания в воде, чтобы поддерживать высокую температуру тела. Разновидности, обитающие в более холодном климате, имеют более длинные перья и более толстый слой жира чем те, кто живет в более теплых широтах. Темное оперение спинной поверхности пингвина поглощает излишки тепловой энергии солнца, которые увеличивают температуру тела. Императорские пингвины в состоянии возвратить 80% высокой температуры, покидающей их организм из-за дыхания, через сложную систему обмена тепла в их носовых проходах. На земле перегревание для пингвинов может иногда стать проблемой. Пингвины могут распушать свои перья, разбивая изолирующий воздушный слой рядом с кожей и выпуская избыточную температуру. Если пингвину слишком тепло, то он держит свои плавники далеко от тела, таким образом, обе поверхности плавников выставлены на воздух, выводя излишки тепла.  Циркулирующая система пингвина приспосабливается таким образом, чтобы или сохранить, или понизить высокую температуру тела, а в конечном итоге поддерживать ее постоянной. Чтобы сохранить высокую температуру, кровь, текущая к плавникам и ногам, передает свое тепло крови, возвращающейся к сердцу. Этот, протекающий в обратном направлении обмен теплом, помогает гарантировать, что температура тела не изменится. Если тело становится слишком теплым, кровеносные сосуды в коже расширяются, принося тепло изнутри тела на поверхность, где оно и рассеивается.

Область с экстремально жарким климатом. Характеристика Сахара

Саха?ра — крупнейшая жаркая пустыня на Земле, расположенная на севере Африканского континента. Вытянута примерно на 4800 км с запада на восток и от 800 до 1200 км с севера на юг; имеет площадь около 8,6 млн км? (около 30 % площади Африки, немногим больше площади Бразилии). С запада Сахара омывается Атлантическим океаном, с севера ограничена горами Атлас и Средиземным морем, а с востока — Красным морем. Южная граница пустыни определяется зоной малоподвижных древних песчаных дюн на 16° с. ш., к югу от которой располагается Сахель — переходный регион к Суданской саванне. Сахара частично захватывает территорию более десяти государств — Алжира, Египта, Западной Сахары, Ливии, Мавритании, Мали, Марокко, Нигера, Судана, Туниса и Чада. Обширные пространства Сахары не заселены, оседлый образ жизни ограничен районами оазисов, долинами рек Нил и Нигер. Климат Сахары экстраординарный. Важным фактором является широкое положение Сахары к северу и югу от Северного тропика. Этим объясняется тот факт, что большая часть пустыни в течении всего года находится под воздействием северо-восточного пассата. Дополнительное влияние на климат оказывает расположенный на севере горный барьер Атлас, вытянутый с запада на восток и препятствующий проникновению в пустыню основной массы влажного средиземноморского воздуха. На юге со стороны Гвинейского залива на территорию Сахары беспрепятственно летом поступают влажные массы, которые, постепенно иссушаясь, достигают ее центральных частей. Чрезвычайная сухость воздуха, огромная величина дефицита влажности и соответственно исключительно большая испаряемость характерны для всей Сахары. По режиму осадков в Сахаре можно выделить три зоны: северную, центральную и южную. Для Сахары характерны высокие, можно сказать, рекордсмены температуры воздуха. Средняя температура самого холодного месяца – января почти во всей Сахаре не опускается ниже 10° С. Средняя температура июля в центральной части пустыни составляет 35° С. Во многих местах Сахары отмечены температуры выше 50° С. ночи в Сахаре прохладные, температура понижается до 10-15° С. На равнинах понижение температуры редко достигает минус 5° С. В горах часты заморозки. Очень велики суточные амплитуды температур воздуха – до 30° С, а на поверхности почвы – до 70° С. В начале лета на севере Сахары дуют горячие ветры сирокко, которые приходят из центральной части пустыни. Сильные ветры вызывают пыльные и песчаные бури, скорость ветра во время бури достигает 50 м/с. В воздух поднимаются массы песка и мелких камней, которые очень действуют на людей и животных. Бури возникают также внезапно, как и кончаются, оставляя после себя тучи медленно оседающего сухого пыльного "тумана".