Исследовательская работа "Роль атмосферного давления в жизни живых организмов"

Роль атмосферного давления в жизни живых организмов

Автор: Абдулов Артем, 8 класс, 14 лет, МОУ «ТШИ СОО», с.Толька

Красноселькупский р-н, ЯНАО

Руководитель: Евсевлеева Ольга Владимировна, учитель физики, МОУ «ТШИ СОО», с.Толька Красноселькупский р-н, ЯНАО

Актуальность

Земля существует вместе с воздушной оболочкой, атмосферой. Атмосфера неотделима от планеты и вращается вместе с ней. Воздух имеет вес, который на уровне земной поверхности равен 1,033 кг/м3. Учитывая высоту атмосферы, можно понять, что на поверхность планеты воздействует огромный вес воздуха. На тело человека,  площадь поверхности которого при массе 60 кг и росте 160 см примерно равна 1,6 м2, действует сила 160 000 Ньютонов, обусловленная атмосферным давлением. Для сравнения - вес десятитонного КАМАЗа равен 100 000 Ньютонов.

Проблема:  Как же мы живем под таким гигантским давлением?

        Гипотеза: В процессе эволюции живые организмы смогли приспособиться к давлению земной атмосферы.

        Цель:  Изучить, как  живые организмы смогли  приспособиться  к жизни на дне  воздушного  океана.

        Задачи:

1. Изучить литературу по теме.
2. Узнать, как организмы смогли приспособиться к атмосферному давлению.
3. Изучить, как влияют колебания атмосферного давления на самочувствие коренных  жителей и людей, недавно переехавших на Север.

Объект: Атмосферное давление.

Предмет: Влияние атмосферного давления на живые организмы. 

Как же мы живем под таким гигантским давлением?

Изучив литературу по теме, я смог ответить на этот вопрос. Подобно глубоководным рыбам, мы просто не замечаем этой сжимающей гигантской силы, поскольку она  компенсируется равной расширяющей силой, создаваемой давлением воздуха внутри земных организмов. Это получается за счет того, что давление жидкостей, заполняющие сосуды тела, стабилизирует  внешнее давление.

Живые организмы не только приспособились к атмосферному давлению и давлению жидкости, но и активно его используют.

Организм человека (как и многих представителей фауны) хорошо приспособлен к атмосферному давлению, при нём развились все органы, и только при нём они могут нормально функционировать. Люди, живущие на уровне моря, имеют меньший объём лёгких, чем люди, живущие на большой высоте. Это связано с тем, что атмосферное давление меньше на большой высоте, в результате диффузия кислорода в кровь затруднена. Тело, адаптируясь к этой ситуации, повышает проводимость кислорода тканями.

Поэтому, люди, живущие обычно на высоте, близкой к уровню моря, попадая высоко в горы или на большую высоту, развивают высотную болезнь. Это связано с тем, что лёгкие выдыхают достаточное количество углекислого газа, но не могут извлечь достаточное количество кислорода. У здорового человека уровень углекислого газа является фактором, регулирующим дыхательный процесс. При систематической и долгой тренировке человек может приспособиться и жить при пониженном давлении.

С этим же вопросом тесно связана возможность нахождения под водой на большой глубине. Причина в том, что переход организма на новый уровень вызывает расстройство его функций. Это происходит за счёт деформации стенок сосудов, рассчитанных на определение давление изнутри и снаружи. Кроме того меняется давление и скорость многих химических реакций, вследствие этого меняется и химическое равновесие организма.

Абсолютно все живые организмы смогли приспособиться к земному атмосферному давлению. Например, у рыб за счёт сокращения мышц языка и нёба создаётся разрежение в ротовой полости, и под действием атмосферного давления туда поступает жидкость. По тому же принципу происходит и процесс дыхания живых организмов. При вдохе за счёт расширения лёгких возникает разрежение и всасывание воздуха. При выдохе лёгкие сжимаются, в них возрастает давление, и воздух выходит наружу.

Некоторые животные, например кальмары, имеют присоски, с помощью которых удерживают свою добычу. Присоска краями прижимается к добыче, затем с помощью мышечного усилия её объём увеличивается, и давление внутри неё уменьшается. За счёт разности давления на присоску снаружи и изнутри она прижимается к добыче. Подобным же образом действует рыба-прилипала, которая имеет присоску почти во всю длину головы. Она так прочно присасывается к другим рыбам, лодкам, кораблям, что её легче разорвать, чем отцепить.

Как работают органы, действующие за счет атмосферного давления?

        Механизм сосания. Мышечным усилием (сокращением мышц языка, неба и др.) создаются отрицательное давление (разрежение) в ротовой полости, и атмосферное давление вталкивает туда порцию жидкости.

        Механизм действия разного рода присосок. Присоски имеют форму либо полушарий чаши с липкими краями и сильно развитой мускулатурой, края прижимаются к добыче, затем объем присосок увеличивается (например присоски пиявок и головоногих). Либо состоят из ряда складок кожи в виде узких карманов.        Края прикладываются к поверхности, на которой надо держаться; при попытке оттянуть присоску глубина кармана увеличивается, давление в них уменьшается, и атмосферное давление сильнее прижимает присоску к поверхности.

Ходьба по вязкой почве. Влияние атмосферного давления сказывается весьма заметно при ходьбе по вязкой почве (засасывающее действие болота). При поднятии ноги под нею образуется разреженное пространство; избыток внешнего давления препятствует поднятию ноги.

Как влияют колебания атмосферного давления на самочувствие коренных  жителей и людей, недавно переехавших в село Толька?

Это следующий вопрос, на который мне пришлось ответить. Каждое утро в 7.00 ч Толькинская метеостанция передает жителям села в сводке погоды данные температуры и атмосферного давления. Я собрал данные об атмосферном давлении с 1 по 25 декабря 2022 года.  На диаграмме 1 представлен ход атмосферного давления за 25 дней декабря 2022 года в селе Толька. 

Диаграмма 1

Далее я провел опрос среди учителей моей школы (диаграмма 2). Были опрошены две группы, первая группа из числа коренных жителей Севера – народ селькупы, которые проживают на территории нашего Красноселькупского района с 17 века; и вторая группа из числа переехавших на Крайний север несколько лет назад из других регионов.  

          Диаграмма 2  

Каждой группе,  предлагалось ответить на следующие вопросы:

1. Как долго вы живете на Крайнем Севере?
2. Есть ли у вас проблемы с артериальным давлением?
3. Если есть проблемы, то какие?

Результаты ответов на первый вопрос приведены на диаграмме 3. Все люди из числа коренных жителей ответили, что родились и всю жизнь живут в с.Толька. Вторая группа - ответили, что проживают на Севере несколько лет, средняя продолжительность  жизни на Севере в этой группе 5,9 лет.

Диаграмма 3 

Результаты ответов на второй вопрос приведены на диаграмме 4. Из числа коренных жителей проблем с артериальным давлением никто не испытывают. Среди пришлого населения проблемы с артериальным давлением отмечают 86 %.

Диаграмма 4  

Все  кто отмечают проблемы с артериальным давлением, жалуются и на понижение, и на повышение артериального давления.

Диаграмма 5  

Выводы: 1. Мониторинг погоды показал наличие резкого колебания атмосферного давления в течение всего периода наблюдений. Амплитуда колебаний  составила  32 мм ртутного столба,  минимальное значение – 748 мм. рт. ст., максимальное  – 780 мм. рт. ст. Нормой на Земле считается показатель 760 мм рт. ст. на местности, лежащей на уровне моря. Наше село находится на высоте 23 метра над уровне моря.

2. Согласно опросу, коренные жители нашего села абсолютно не ощущают на своем здоровье перепада атмосферного давления, в отличие от пришлого населения. Причем  некоторые даже в молодом возрасте или прожив на севере всего один год, испытывают недомогание.

Оптимальным значением давления, при котором человек не испытывает дискомфорта, считается показатель в 760 мм ртутного столба. Изменение в большую или меньшую сторону всего на 10 мм оказывает негативное влияние на самочувствие.

Незримое для человеческого глаза атмосферное давление легко ощущают органы и сосуды. Такое действие объясняет физика, ведь эти процессы подпадают под физические законы.

              При низком давлении тело начинает расширяться и давить на близко находящиеся ткани. В организме это клетки и кровеносные сосуды. Согласно закону физики, при снижении атмосферного давления понижается температура кипения жидкости. В кровеносных сосудах также она присутствует, хоть и в другом виде, но тоже попадает под закон физики.

              В момент высокого атмосферного давления в сосудах азот растворяется в жидкости, а при резком переходе на низкое он превращается в пузырьки и может тромбировать сосуды. Это приводит к многочисленным кровоизлияниям. Такое происходит у аквалангистов, когда они быстро поднимаются на поверхность из глубины.

              При смене атмосферных фронтов давление понижается и повышается. Если изменения происходят медленно, на протяжении нескольких дней, то организм успевает подстроиться под них. Небольшие отклонения в самочувствии будут практически незаметны.

Заключение

Атмосферное давление является одним из основных факторов, определяющих состояние погоды и климата, поэтому знания об атмосферном давлении необходимы в прогнозировании погоды и здоровья.

 В атмосфере не бывает постоянного давления. Перепады атмосферного давления оказывают на организм человека существенное влияние. Отклонения в сторону повышения или понижения нарушают нормальное функционирование некоторых систем и органов. Это становится причиной ухудшения общего самочувствия и вызывает необходимость обращаться за помощью к лекарственным препаратам. Подобная реакция организма известна как метеорологическая зависимость. 

 Несмотря на жесткий климат, некоторые люди способны быстро в нем акклиматизироваться. Это определяется физиологическими особенностями, которые называются полярным метаболическим типом. Человек становится стойким и в меньшей степени подверженным заболеваниям.

Считается, что коренные народы Крайнего Севера, обладают врожденной приспособленностью, которая позволяет им чувствовать себя здесь относительно комфортно. Мое исследование это подтвердило.

Повлиять на погоду мы не в состоянии, но помочь своему организму пережить этот тяжелый период возможно.

С целью облегчения остроты проявления симптомов могу посоветовать следующие методы терапии:

1. Регулярный прием в период межсезонья витаминных комплексов и препаратов, укрепляющих иммунную систему.

2. Гипо- и гипертонические проявления корректируются при помощи правильного подхода к питанию, физической нагрузки и полноценного отдыха.
        3. Рекомендуется применение успокоительных средств. При серьезных отклонениях артериального давления, особенно в сторону повышенных значений, необходимо обратиться к врачу.

Универсальных препаратов от метеозависимости не существует. Лечение предусматривает индивидуальный подход в каждом конкретном случае.

Литература

1. Физика 7 класс. Перышкин А.В.
2. Физика в живой природе. Варикаш В.М., кимбар Б.А., Варикаш И.М.
3. Биофизика на уроках физики. Кац Ц.Б.
4. Интернет ресурс http://old.семашко62.рф/naucno-popularnye/terapia/kak-atmosfernoe-davlenie-vliaet-na-arterialnoe-davlenie-celoveka
5. Интернет ресурс https://farm.tatarstan.ru/index.htm/news/2037896.htm
6. Как народы Крайнего Севера приспособились к суровому климату

https://lenta.ru/articles/2016/09/20/chucha/

7. Полярная одышка. Величковский Б.  https://teplomaska.ru/stati/polyarnaya-odyshka-2/
8. Медицинская география. Кучер Т.В., Колпащикова И.Ф.