Lumina ca factor ecologic

Lumina naturală

Lumina naturală este un factor abiotic, care are o importanță deosebită pentru viața plantelor și animalelor. În funcție de prezența, absența, durata, intensitatea și lungimea de undă a sa, populațiile și chiar indivizii din cadrul unei populații în urma adaptării sau acomodării, își schimbă aspectul, comportamentul sau alte însușiri.

Viața organismelor este influențată de lumină prin trei aspecte: durată, intensitate și lungime de undă. În natură, lumina provine de la Soare, ale cărei radiații globale sunt formate din radiații solare directe și radiații solare difuze.

În ceea ce privește durata luminii, aceasta variază în diverse zone geografice din cauza inegalității zilelor și nopților. Pe măsură ce ne apropiem de poli, perioadele zilelor și nopților continui cresc și sfârșesc prin a predomina.

După cantitatea de lumină tolerantă, organismele se grupează în: fitofile ( care trăiesc în lumină puternică), mezofotofile sau fotosciafile (care se dezvoltă la o cantitate moderată de lumină) și fotofobe sau sciafile ( ce evită lumina).

Lumina exercită o acțiune importantă asupra zooplanctonului marin, care efectuează migrații verticale de la zi la noapte; seara se apropie de suprafața apei, apoi, ziua coboară până la o anumită adâncime. În regiunile arctice, când lumina este constantă timp de 24 de ore, zooplanctonul nu migrează.

Alternanța zi-noapte şi mai ales variaţia duratei relative a zilei şi a nopţii în cursul anului determină reacții complexe atât la plante cât şi la animale, reacţii care în ansamblu poartă numele de fotoperiodism.

La plante, durata perioadei luminoase a zilei influențează procese ca: înflorirea, căderea frunzelor, formarea bulbilor, a tubercuililor. În funcţie de durata zilei, unele plante sunt „de zi lungă" altele „de zi scurtă". Primele înfloresc primăvara şi vara (zi lungă), ultimele - toamna. În funcţie de lungimea perioadei de vegetație avem plante de zi lungă (ex. Crinul, unele cereale, cepa, spanacul, salata, morcovul) și plante de zi scurtă (ex. Brandușa de toamnă, crizantemele, orezul, meiul, cânepa).S-a constatat faptul că, durata perioadei de iluminare influenţează la animale migrarea păsărilor, intrarea în diapauză.

Această deplasare se explică probabil prin reacția organismelor planctonice la intensitatea luminii. Ele devin fotopozitive la lumina atenuată și fotonegative la lumină puternică.

La păsări, lumina joacă un rol important pentru speciile din climatul temperat și subarctic, influențând primăvara funcțiile glandelor sexuale.

Lumina joacă un rol important în viaţa insectelor, determinând declanşarea sau stoparea unor procese biologice, îndeosebi al celora legate de reproducere. Mişcarea şi deplasarea unor insecte, este de asemenea influenţată şi orientată de către lumină ( fototropism). Intensitatea luminii, pentru multe insecte, reprezintă principalul factor fizic de care depinde declanşarea,

desfăşurarea şi încheierea zborului. Radiaţiile solare, prin faptul că ridică sau coboară temperatura, influenţează de asemenea, foarte mult dezvoltarea acestor vietăţii.  La păsările din clima temperată, lumina (prin creşterea duratei şi intensităţii), influenţează primăvara funcţiile glandelor sexuale. Culorile de avertizare, precum şi cele care imită mediul ambiant, la animale, sunt influenţate mult de către lumină. Coloraţia sau depigmentarea anumitor peşti este în directă corelaţie cu intensitatea luminii, deci cu adâncimea habitatului acvatic. În funcţie de lumină sau de întuneric, se petrec numeroase alte fenomene, ca: atrofierea ochilor speciilor care îşi duc traiul în galerii sau în peşteri (lilieci, cârtiţa, etc.), declanşarea perioadei de reproducere (peşti, păsări, unele mamifere), eclozarea ouălor, etc

Ținând seama de faptul că poziția în ecosferă a fiecărui ecosistem este constantă, variația factorului lumină în fiecare punct al planetei noastre depinde atât de poziția Pământului față de Soare, cât și de mișcările sale, fenomene cu strictă periodicitate. Variațiile ritmice ale intensității luminii, determină o anumită ritmicitate metabolică, fiziologică și comportamentală a lumii vii.

Funcțiile luminii

Funcția informațională se referă în general la regnul animal, iar cea energetică este folosită de plante pentru desfășurarea fenomenului de fotosinteză. Fără lumină, viața plantelor verzi nu poate exista. Lumina solară este indispensabilă plantelor ca să se poată realiza la nielul frunzelor fotosinteza. În absența luminii plantele se etiolează.

Efectul informațional cel mai general al luminii, pentru animale, constă în perceperea formelor, culorilor, mișcărilor, distanțelor, obiectelor înconjuratoare. Pe această bază devine posibilă dezvoltarea unei serii întregi de mijloace de apărare sau de atac la diferite animale.

Mimetismul constă în imitarea coloritului, desenului și a formei generale a.corpului unor animale ce posedă mijloace eficiente de apărare, ace cu venin, mușcături veninoase, gusturi sau mirosuri neplacute etc.) de către alte animale care nu poseda asemenea mijloace. De exemplu, o serie întreagă de diptere imită diferite himenoptere. Dușmanii (mai ales păsarile), evitând consumul insectelor bine aparate, evită și imitatorii lor.

Homocromia - constă în asemanarea coloritului general al unui animal cu acela al substratului. Când sta în nemișcare, animalul poate scapa neobservat de dușman sau invers, victima poate să nu sesizeze prezența dușmanului. Lipsa luminii în condițiile vieții subterane (pești, galerii) duce la depigmentarea animalelor, atrofierea ochilor.

Plantele acvatice , cum sunt algele marine, au pigmenți care le permit să utilizeze din mediu cantitatea de lumină necesară. Ele folosesc lumina din ce în ce mai puțin pe măsură ce adâncimea apei crește. Datorită acestor cerințe față de factorul lumină, algele verzi și brune nu trăiesc mai jos de 30 de metri, în timp ce algele roșii, adaptate la o luminozitate mai redusă, se întâlnesc până la 60-80 de metri.

Polenizarea plantelor în funcție de lumină

 Pentru a fi polenizate, plantele numite entomofile, au nevoie de prezenţa insectelor. Majoritatea vegetalelor, care îşi asigură răspândirea polenului cu ajutorul insectelor, îşi deschid florile ziua, nectarul sau mirosul lor, atrăgând albinele, bondarii, fluturii şi unele coleoptere. Însă, după cum există insecte nocturne - îndeosebi fluturi, tot aşa sunt şi specii vegetale care se polenizează noaptea, dintre care, cele mai cunoscute sunt regina nopţii (Nicotiana affinis) şi crinul de pădure (Lilium martagon). Plantele cu polenizare nocturnă, fie că îşi deschid corola odată cu lăsarea întunericului, fie emit substanţe volatile parfumate, doar atunci când intensitatea luminii se diminuează.

Surse de lumină

Sursele de lumină diferă în funcție de cum distribuie energia particulelor încarcate (electroni) ale căror mişcare produc lumina. Dacă energia vine de la caldură atunci sursa se numește incandescentă. Daca energia provine din altă sursă chimică sau electrică, sursa se numește luminescentă.

Sursa Incandescentă. La sursa incandescentă atomii se ciocnesc unii cu alții. Aceste coliziuni transferă energie spre electroni împingându-i pe aceștia spre nivele superioare. Când electronii eliberează aceasta energie, ei emit fotoni. Unele coliziuni sunt mai puternice, iar altele mai puțin puternice astfel sunt eliminți fotoni de energie diferită. Lumina lumânării este incandescentă și rezultă din excitarea atomilor de funingine în flacăra încinsă. Lumina dintr-un bec incandescent provide din excitarea atomilor dintr-un fir subțire numit filament care este încălzit de curentul ce trece prin el. Aproape 75% din radiațiile ce provin de la lumina incandescentă a unui bec sunt infraroșii. Oamenii de știință au invatat despre proprietățile luminii incandescente reale și le-au comparat cu o incandescență teoretică numita „Black Body”. Un „Black Body” este o sursă ideală de lumină incandescenă cu o emisie a spectrului ce nu depinde din ce material provine lumina, ci numai de temperatura acestuia.

Sursa Luminescentă. Absoarbe energie din altă sursă decât caldura, și este deobicei mai rece decat sursa incandescentă. Culoarea unei surse luminescente nu este raportată la temperatura sa. O lumină fluorescentă este un tip de lumină luminescentă care face uz de un element chimic numit fosfor. Tuburile fluorescente sunt umplute cu vapori de mecur și amestecate cu fosfor. Cand electricitatea trece prin tub, vaporii de mercur se excită și emit lumina albastră, verde, violetă și ultravioletă. Componentele cu fosfor sunt folosite în convertirea energiei elecronilor în lumină la tuburile cinescopice ale televizoarelor. Razele electronilor din tub se ciocnesc cu atomii de fosfor în mici puncte pe ecran, excitând electronii din atomul de fosfor spre nivele mai înalte de energie. Cand electronii se întorc la nivelul original de energie, ei emit lumina vizibilă. Lumina de la toți electronii de fosfor creează imaginea. Dacă întârzierea dintre absorția și emisia de energie este mai mare decat 1 secundă, atunci sursa se numește fosforescentă. Materialele fosforescente pot lumina întunericul în cateva minute daca au fost expuse la soare.

Aurora boreală și aurora australiană (ce apar în cerul nopții la latitudini mari) sunt surse luminescente. Electronii, din vântul solar ce se îndepartează de soare, sunt atrași de câmpul gravitațional al pământului și sunt aruncați în atmosfera superioară aprape de polul nord și sud. Aici ei se ciocnesc cu moleculele și asta produce lumina în cerul nopții.

Chimioluminescența este procedeul prin care o reacție chimică produce molecule cu electroni ce au un nivel ridicat al energiei și pot radia lumina. Culoarea luminii depinde de reacția chimică. Când chimioluminescența apare la plante sau animale se numește bioluminescența.

LASER-ulUn laser este un tip special de lumină produs de unde foarte regulate care permit luminii să

fie foarte atent concentrată. Sursele LASER au atomi ai caror electroni radiază pe rând sau sincronizat. Laserele au multiple aplicații în medicină, cercetare științifică, tehnologie militară și comunicații. Ele oferă o foarte și controlabilă sursă de energie care poate fi folosită în rezolvarea celor mai complicate acțiuni. Lumina LASER poate fi folosită la găurirea diamantelor și în fabricarea de componente de microelectronică. Precizia LASER-ului ajută pe doctori să facă operații fără a vătama țesutul epitelial. LASER-ele sunt foarte folositoare și în comunicații pentru

că lumina LASER-ului poate transporta o cantitate însemnată de informație și să călătorească pe distanțe mari fără a-și pierde ținta.

Lumina și sursele ei reprezintă unul dintre cei mai importanți factori fără de care viața pe Terra Nu ar fi posibilă.

Bibliografie

Dr.GH. Mohan, Dr. A. Ardelean, Ecologie și Protecția mediului- manual preparator, Editura ,,Scaiul’’ 1993, București

Berca M., Ecologie generală, Editura Ceres, București 2000.www.preferate.rowww.bioterapi.rowww. chimie-biologie.ubm.ro