IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние различных факторов среды на прирост древесных колец
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
Лес является не просто скоплением деревьев, а сложной экосистемой, объединяющей растения, животных, грибы, микроорганизмы и воздействующий на климат, состояние питьевой воды, чистоту воздуха. Однако, на сегодняшний день лес- это самый не защищённой природный ресурс. С ростом численности людей, их активным освоением земель под хозяйственные нужды начался процесс обезлесивания.
В настоящее время ведется интенсивное строительство МЦД. Такое строительство привело к вырубке большого количества деревьев. Большинство из нас обычно не придает этому большого значения, поскольку нам кажется, что лес и деревья они повсюду, однако, для полного восстановления лесосырьевых ресурсов после проведения таких работ необходимо десятки и даже сотни лет. При чем на быстроту роста и развития деревьев оказывают влияние многие факторы – это погодные условия, солнечная активность, загрязнение среды, вредители, болезни, порода дерева и т.п. Наблюдая за строительством МЦД на территории нашего города, мы решили определить возраст спиленных деревьев и определить влияние природных факторов на их развитие.
Цель исследований: определить возраст спиленных при строительстве МЦД деревьев, установить влияние различных факторов среды на рост и развитие деревьев.
Задачи: 1) используя литературные источники ознакомиться с особенностями роста и развития деревьев;
2) определить возраст спиленных деревьев;
3) определить, какие факторы среды оказывают наибольшее влияние на рост деревьев.
Место проведения исследований:МБОУ школа № 4 г. Долгопрудный
Время проведения исследований: сентябрь-декабрь 2019 года.Методы исследований: 1) аналитический; 2) исследовательский;
3) статистический.
Объект исследований: спилы березы, ивы, клена, тополя.
Предмет исследований: возраст и толщина годичных колец в зависимости от активности солнца, количества осадков и температуры воздуха.
2.Литературный обзор
Годичные кольца — зоны прироста древесины у растений, возникающие в связи с сезонными изменениями темпа роста тканей. Размеры годичных колец зависят от особенностей окружающей среды в конкретном году [1].
Существует много данных о влиянии солнечной активности на рост и развитие растений. Это влияние можно разделить на две группы – прямое и опосредственное. Прямым является такое влияние, при котором лучистая энергия Солнца действует на клетки растения непосредственно. Растения переводят энергию солнечного волнового излучения непосредственно в химическую энергию органических веществ.
Примером опосредствованного влияния является зависимость толщины годичного прироста деревьев от солнечной активности. В данном случае, по мнению учёных, космические факторы изменяют атмосферную циркуляцию (количество осадков и температуру воздуха), что приводит к изменению климата, а эти изменения, в свою очередь, влияют на развитие растений. Если влажный период, ширина колец больше. Если сухой период, ширина колец меньше. Мы же видим только конечный результат - толщину годичного кольца данного дерева [2].
Солнечная активность — комплекс явлений и процессов, связанных с образованием и распадом в солнечной атмосфере сильных магнитных полей. Наиболее изученный вид солнечной активности (СА) — изменение числа солнечных пятен.
Пятна на Солнце – темные участки на поверхности земного светила, имеющие низкую температуру в сравнении с окружающими областями фотосферы. Их можно заметить с поверхности Земли вооруженным глазом. Они представляют собой зоны, в которых в фотосферу выходят сильные магнитные поля. Количество таких образований выступает в качестве основного показателя активности на диске.
Количество солнечных пятен характеризуется с помощью числа Вольфа, которое известно также как цюрихское число. Этот индекс использует комбинированное число пятен и число групп пятен [3]. Именно с этими пятнами связаны солнечные вспышки, которые часто доходят до Земли.
Солнечная вспышка представляет собой взрыв на поверхности Солнца гигантских размеров, который возникает, когда силовые линии магнитного поля, выходящие из солнечных пятен, переключаются и обрываются, что сопровождается переходными процессами в магнитном поле группы с резким выделением гигантского количества энергии в сравнительно небольшой объем пространства за короткий промежуток времени [4].
Последние исследования дают основание считать, что вспышка — это единое сложное явление, захватывающее все слои солнечной атмосферы и оказывающее разнообразное воздействие на околосолнечное пространство, Землю и другие планеты. Плазменные облака, выбрасываемые во время вспышек, приводят к возникновению геомагнитных бурь, которые определенным образом влияют на технику и на все живые организмы на Земле.
Появление пятен на Солнце носит циклический характер. Наиболее известен и лучше всего изучен солнечный цикл с длительностью около 11 лет.
Одиннадцатилетний цикл, также называемый цикл Швабе или цикл Швабе-Вольфа — это заметно выраженный цикл солнечной активности, длящийся примерно 11 лет. Он характеризуется довольно быстрым (примерно за 4 года) увеличением числа солнечных пятен, и затем более медленным (около 7 лет), его уменьшением. Длина цикла не равна строго 11 годам: в XVIII - XX веках его длина составляла 7 - 17 лет, а в XX веке — примерно 10,5 года [5].
3.Экспериментальная часть. 3.1. Методика исследований
Мы исследовал спилы деревьев Московской области. Эти деревья были спилены в августе – октябре 2019 года. Для исследования были взяты деревья:
три тополя, береза и ива. Для определения ширины годичных голец я использовал лупу, линейку.
3.2. Результаты исследований
Подсчет возраста деревьев показал, что самым долгоживущим и самым медленно растущим из всех изучаемых деревьев оказалась береза. Ее возраст составил 84 года, диаметр спила – 390 мм. Самым молодым и быстрорастущим деревом была ива, ее возраст – 24 года, диаметр спила равнялся 330 мм. Возраст трех тополей и американского клена был соответственно 28, 47, 48 лет и 39 лет, диаметр спила деревьев соответственно – 327, 365, 390 и 335 мм.
В течение жизни березы наблюдались 8 циклов активности Солнца (с 17 по 24 циклы). Наши графики (диаграмма 1) построены по результатам наблюдений нескольких солнечных обсерваторий, которые приводятся в интернет источниках [6, 7]. На графике видно, что 19 цикл является одним из супервысоких циклов и продолжался он с 1954 по 1964 года. 1958 году активность солнца составила 201 чисел Вольфа. Циклы 18, 21 и 22 являются высокими, средней величины были циклы 20, 23. Самая низкая активность солнца была отмечена в 24 цикле В 2019 году активность солнца достигла своего минимума. Это год с самой низкой солнечной активностью за прошедшие 19 лет 21 века.
Самым продолжительным был 23 цикл, длился он с 1996 по 2008 год, что составило 12,6 лет. Продолжительность 18, 19, 21, 22 и 24 циклов составила 10 лет.
Влияние солнечной активности на погоду метеорологи не отрицают, однако тема эта сложная и еще не изученная. Напрямую связать 11-летние солнечные циклы с погодой не получается. Не потому, что влияния нет. Просто эти циклы накладываются на другие, более длинные. Они сглаживают друг друга либо усиливаю [8].
На основании данных, полученных с сайта «Погода и климат», нами было отмечено, что с 1935 по 2019 годы произошло увеличение среднегодовой температуры воздуха в Московском регионе. Так, если в 1935 году она составила 4,70 С, то в 2019 году – 7,80С. Наиболее влажные годы, по нашему мнению, отмечались в годы с меньшей активностью солнца. Так, 2013 год является рекордным по количеству осадков (891 мм), СА в этом году составила 95W.
Изучая толщину годичных колец деревьев, мы заметили, что толщина колец зависела не только от активности солнца, но и от температуры, количества осадков, наличия вредителей, возраста и породы дерева.
У березы наиболее интенсивный рост отмечался в первые годы ее жизни (диаграмма 3).
При этом в некоторые годы максимальная толщина колец была отмечена при максимальных значениях СА. С 1950 года толщина колец березы не превышала 3 мм. Мы не знаем в каких условиях росло это дерево. На толщину колец могут влиять не только перечисленные факторы, но еще и затененность дерева другими деревьями. Возможно так это и было, поэтому проследить влияние изучаемых факторов на рост березы затруднено.
Наиболее изученным циклом активности солнца является одиннадцатилетний цикл («цикл Швабе»). Выделяют также удвоенный цикл длиной около 22 лет («цикл Хейла»). Наибольшая толщина колец у тополя, которому 48 лет, нами была отмечена в удвоенный цикл, который состоит из супервысокого 19-го и высокого 20-го 11-летних циклов, причем в максимальные пики активности солнца толщина была минимальной (диаграмма 4).
Наибольшая толщина колец отмечена в периоды, когда активность солнца составила 54-66 W, среднегодовое количество осадков в эти годы было равно 701 и 832 мм Толщина колец достигала 8 мм.
Это можно объяснить тем, что активность солнца определяется числом Вольфа, которое показывает количество пятен на Солнце. На развитие растений количество пятен не оказывает влияние, а оказывает влияние характер атмосферной циркуляции, а конкретно — количество осадков и температура воздуха, которое в свою очередь зависят от той солнечной энергии, которая переносится от Солнца в верхнюю атмосферу Земли потоками заряженных частиц. Если бы определяли солнечную активность не числами Вольфа, а величиной этой энергии, то получили бы на графике, что солнечная активность имела бы в течении 11 лет не один, а два максимума. Поэтому и возможна ситуация, что солнечная энергия, переносимая заряженными частицами от Солнца к Земле, довольно велика, а солнечная активность низка, минимальна [9].
У 47-летнего тополя наибольшая толщина кольца наблюдалась в 1975 год, когда СА равнялась всего 15 W, влажность при этом была в пределах нормы. Начиная с 1998 года толщина колец тополя увеличивалась каждый год только на 1 мм. На коре этого дерева были видны следы короеда, очевидно это и повлияла на толщину колец. В 1998 году был очень жаркий июнь, видимо это способствовало росту этого вредителя (диаграмма 5).
Толщина колец 28-летнего тополя (диаграмма 6), 39-летнего американского клена (диаграмма 7) и 24-летней ивы (диаграмма 8) определялась в большей степени погодными условиями (влажностью и температурой).
При самых больших значениях числа Вольфа толщина колец была в основном минимальной, при средних значениях наоборот – максимальной. Эти годы были более благоприятными для роста деревьев.
4.Выводы
Толщина годичных колец деревьев зависела не только от активности солнца, но и от температуры, количества осадков, наличия вредителей, возраста и породы дерева.
Наибольшая толщина колец была отмечена в периоды с минимальной или средней величиной СА, при этом погодные условия (температура и влажность) были благоприятными для роста растений.
5.Заключение
Сохранение лесного массива на текущий момент одна из наиболее главных экологических проблем. 1 гектар леса в среднем в течение дня поглощает 150-170 литров углекислого газа и вырабатывает путем фотосинтеза 180-200 литров кислорода. На всей планете на каждого человека приходится всего 61 дерево.
Экологи боятся за сохранение лесов и запускают всевозможные акции, посади дерево и так далее. Однако вырубка лесов производится ежедневно и в огромных количествах. Для того, чтобы вырастить дерево надо затратить много сил и времени, при этом рост растений зависит от многих факторов среды. Поэтому нам надо охранять деревья!Нам достаточно лишь начать бережно относиться к природе и не забывать о том, что мы являемся ее частью. И перемены начнут проявляться сами по себе, изменяя этот мир к лучшему.
6.Литература
1. Годичные кольца древесины [Электронный ресурс].-Режим доступа:
https://ru-ecology.info/term/28055/ (дата обращения 9.11.2019)
2. Влияние солнечной активности на растения [Электронный ресурс].-Режим доступа:https://vuzlit.ru/736627/vliyanie_solnechnoy_aktivnosti_rasteniya (дата обращения 19.11.2019)
3. Солнечная активность [Электронный ресурс].-Режим доступа: https://dik.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1334569(дата обращения 11.11.2019)
4. Что представляют собой солнечные вспышки? [Электронный ресурс].-Режим доступа:https://www.spaceweatherlive.com/ru/pomoshch/chto-predstavlyayut-soboy-solnechnye-vspyshki (дата обращения 11.11.2019)
5. Солнечные циклы [Электронный ресурс].-Режим доступа: http://light-science.ru/kosmos/solnechnaya-sistema/solnechnye-tsikly.html(дата обращения 9.11.2019)
6. Белецкий Е.Н. Связь, взаимодействие и синхронизация солнечных, климатических, трофических и популяционных циклов:
Циклы солнечной активности [Электронный ресурс].-Режим доступа:https://agromage.com/stat_id.php?id=97 (дата обращения 19.11.2019)
7. Цикл солнечной активности [Электронный ресурс].-Режим доступа: https://spaceworlds.ru/solnechnaya-sistema/solnce/cikl-aktivnosti.html (дата обращения 11.11.2019)
8.В погодных аномалиях виновато... незапятнанное Солнце [Электронный ресурс].-Режим доступа: https://www.kp.ru/daily/26639.5/3658609/(дата обращения 12.11.2019)
9.Влияние космоса на растения [Электронный ресурс].-Режим доступа:http://mirtajn.com/earth/801-vliyanie-kosmosa-na-rasteniya.htm(дата обращения 9.11.2019)