ظاهرة الاحتباس الحراري وعرض عواقبها. عرض تقديمي حول موضوع "الاحتباس الحراري". السمات النموذجية للمشروع

يمكن أن يحدث انتقال النظام المثار (الذرة، الجزيء) من مستويات الطاقة العليا إلى المستويات الأدنى إما تلقائيًا أو مستحثًا.

العفوي هو انتقال عفوي (مستقل) يحدث فقط عن طريق العوامل التي تعمل داخل النظام وخصائصه. تحدد هذه العوامل متوسط ​​الوقت الذي يبقى فيه النظام في الحالة المثارة؛ وفقًا لعلاقة هايزنبرج (انظر الفقرة 11)،

من الناحية النظرية، هذه المرة يمكن أن يكون لها قيم مختلفة ضمن:

أي أن ذلك يعتمد على خصائص النظام - انتشار قيم الطاقة للحالة المثارة (عادة ما يتم أخذ متوسط ​​قيمة الوقت الذي يقضيه في الحالات المثارة كخاصية للنظام، اعتمادًا على متوسط ​​القيمة. واحد) يجب أيضًا أن يأخذ في الاعتبار التأثير على نظام الفضاء المحيط ("الفراغ المادي")، حيث يوجد، وفقًا لنظرية الكم، مجال متقلب ("تقلبات الفراغ")، حتى في حالة عدم وجود موجات كهرومغناطيسية؛ يمكن أن يحفز هذا المجال انتقال النظام المستيقظ إلى مستويات أدنى ويجب إدراجه ضمن العوامل غير القابلة للاختزال التي تسبب التحولات التلقائية.

المستحث هو انتقال قسري (محفز) إلى حالة أقل نشاطًا ناتجة عن بعض التأثيرات الخارجية على النظام المثار: الاصطدامات الحرارية أو التفاعل مع الجزيئات المجاورة أو الموجة الكهرومغناطيسية التي تمر عبر النظام. ومع ذلك، فقد تم وضع تعريف أضيق في الأدبيات: المستحث هو انتقال ناجم فقط عن موجة كهرومغناطيسية، ومن نفس التردد الذي ينبعث من النظام أثناء هذا التحول (مجالات الترددات الأخرى لن يتردد صداها مع التذبذبات الطبيعية للموجات الكهرومغناطيسية). النظام،

وبالتالي فإن تأثيرها التحفيزي سيكون ضعيفا). نظرًا لأن "الحامل" للمجال الكهرومغناطيسي هو الفوتون، فإنه يتبع من هذا التعريف أنه أثناء الإشعاع المستحث، يحفز الفوتون الخارجي ولادة فوتون جديد بنفس التردد (الطاقة).

دعونا نفكر في أهم سمات التحولات التلقائية والمستحثة باستخدام مثال مثالي بسيط. لنفترض أنه في الحجم V ذو الجدران المرآة توجد أنظمة متطابقة (ذرات، جزيئات)، والتي في لحظة زمنية ثابتة أولية يتم نقل بعضها إلى حالة مثارة مع الطاقة التي سيصل إليها إجمالي الطاقة الزائدة في هذا الحجم يكون مساويا للتحولات التلقائية، ما يلي هو المميز:

1) عملية انتقال الأنظمة المثارة إلى الحالات الطبيعية (أي أن إشعاع الطاقة الزائدة يمتد بمرور الوقت. تظل بعض الأنظمة في حالة مثارة لفترة قصيرة ؛ وبالنسبة للآخرين هذه المرة أطول. لذلك فإن التدفق ( (قوة) الإشعاع سوف تتغير مع مرور الوقت، لتصل إلى الحد الأقصى في لحظة ما ثم تنخفض بشكل مقارب إلى الصفر. ومتوسط ​​قيمة تدفق الإشعاع سيكون مساوياً ل

2) اللحظة الزمنية التي يبدأ فيها إشعاع أحد النظامين، ويكون موقع هذا النظام غير مرتبط تمامًا بلحظة الإشعاع وموقع الآخر، أي أنه لا يوجد "تناسق" (ارتباط) بين الأنظمة المصدرة سواء في المكان أو في الزمان. التحولات التلقائية هي عمليات عشوائية تمامًا، متناثرة في الوقت المناسب، في جميع أنحاء حجم الوسط وفي جميع الاتجاهات الممكنة؛ تتمتع مستويات الاستقطاب والإشعاع الكهرومغناطيسي الصادرة عن أنظمة مختلفة بتشتت احتمالي، وبالتالي فإن الباعثات نفسها ليست مصادر لموجات متماسكة.

لتوصيف التحولات المستحثة، لنفترض أن فوتونًا واحدًا له طاقة تساوي تمامًا يتم إدخاله إلى الحجم V قيد النظر في لحظة من الزمن. هناك بعض الاحتمالية أن يمتص هذا الفوتون أثناء إحدى تصادماته مع نظام غير متحمس سيتم أخذ هذا الاحتمال بعين الاعتبار أدناه في حالة أكثر عمومية (عندما يحدث تفاعل الأنظمة قيد النظر مع غاز الفوتون في المجلد الخامس). سنفترض أن الفوتون لا يتم امتصاصه، وينعكس بشكل متكرر من جدران الوعاء، وعندما يصطدم بأنظمة متحمسة، فإنه يحفز انبعاث نفس الفوتونات، أي يسبب التحولات المستحثة. ومع ذلك، فإن كل فوتون جديد يظهر خلال هذه التحولات سوف يثير أيضًا التحولات المستحثة. نظرًا لأن سرعات الفوتونات عالية وأبعاد الحجم V صغيرة، فسوف يستغرق الأمر وقتًا قصيرًا جدًا حتى تضطر جميع الأنظمة المثارة الموجودة في اللحظة الأولى من الزمن إلى الانتقال إلى الحالة الطبيعية. وبالتالي، فإن ما يلي هو سمة التحولات المستحثة:

1) يمكن تعديل الوقت اللازم لإصدار الطاقة الزائدة وجعله صغيرًا جدًا، وبالتالي يمكن أن يكون تدفق الإشعاع كبيرًا جدًا؛

2) بالإضافة إلى ذلك، فإن الفوتون الذي سبب التحول والفوتون الذي له نفس الطاقة (التردد) الذي ظهر أثناء هذا التحول هما في نفس الطور، ولهما نفس الاستقطاب واتجاه الحركة. ولذلك، فإن الموجات الكهرومغناطيسية الناتجة عن الانبعاث المحفز تكون متماسكة.

ومع ذلك، ليس كل تصادم للفوتون مع نظام متحمس يؤدي إلى انتقاله إلى الحالة الطبيعية، أي أن احتمال التحول المستحث في كل "فعل تفاعل" للفوتون مع النظام لا يساوي واحدًا. دعونا نشير إلى هذا الاحتمال من خلال افتراض أنه في لحظة معينة من الزمن توجد فوتونات في الحجم V، وكل منها، في المتوسط، يمكن أن يحدث تصادمات لكل وحدة زمنية. إذن فإن عدد التحولات المستحثة لكل وحدة زمنية، وبالتالي عدد الفوتونات التي تظهر في الحجم V، سيكون مساويًا لـ

دعونا نشير إلى عدد الأنظمة المثارة في المجلد V بواسطة عدد تصادمات الفوتونات مع الأنظمة المثارة سيكون متناسبًا مع تركيز هذه الأنظمة، أي. ثم يمكن التعبير عنها اعتمادًا على:

حيث يأخذ Shind في الاعتبار جميع العوامل الأخرى باستثناء عدد الفوتونات وعدد الأنظمة المثارة

ستحدث أيضًا زيادة في عدد الفوتونات في الحجم V بسبب الانبعاث التلقائي. إن احتمال التحول التلقائي هو مقلوب متوسط ​​الزمن الذي يقضيه في الحالة المثارة، وبالتالي فإن عدد الفوتونات التي تظهر في وحدة الزمن بسبب التحولات التلقائية سيكون مساوياً لـ

سيحدث انخفاض في عدد الفوتونات في الحجم الخامس نتيجة لامتصاصها من قبل الأنظمة غير المثارة (في هذه الحالة، سيزداد عدد الأنظمة المثارة). وبما أنه ليس كل "فعل تفاعل" للفوتون مع نظام ما يكون مصحوبًا بامتصاص، فيجب إدخال احتمالية الامتصاص. إن عدد الاصطدامات لكل وحدة زمنية لفوتون واحد مع أنظمة غير مثيرة سيكون متناسبًا مع عدد هذه الأنظمة؛ لذلك، قياسًا على (2.83)، يمكننا كتابة فقدان الفوتونات:

دعونا نجد الفرق بين شدة عمليتي انبعاث وامتصاص الفوتونات، أي عمليات انتقال الأنظمة من المستويات الأعلى إلى المستويات الأدنى والعكس:

اعتمادًا على القيمة، قد تحدث التغييرات التالية في المجلد قيد النظر؛

1) إذا حدث في هذا الحجم انخفاض تدريجي في كثافة غاز الفوتون، أي امتصاص الطاقة المشعة. الشرط الضروري لذلك هو التركيز المنخفض للأنظمة المثارة: لفوزب

2) إذا تم إنشاء حالة توازن في النظام عند تركيز معين للأنظمة المثارة وكثافة الطاقة الإشعاعية؛

3) إذا (وهو أمر ممكن بالنسبة للقيم الكبيرة)، فستكون هناك زيادة في كثافة غاز الفوتون (الطاقة المشعة) في الحجم قيد النظر.

من الواضح أن انخفاض أو زيادة الطاقة الإشعاعية لن يحدث فقط في الحجم المعزول ذي الجدران العاكسة، ولكن أيضًا في حالة تدفق الطاقة الإشعاعية أحادية اللون (تدفق الفوتونات ذات التردد ينتشر في وسط يحتوي على متحمس جزيئات ذات طاقة زائدة

دعونا نوجد التغير النسبي في عدد الفوتونات لكل فوتون ولكل نظام؛ وباستخدام (2.86) و(2.83) و(2.84) و(2.85) نحصل على

لاحظ أنه في حالة التوازن (والتي تكون ممكنة فقط عند درجة حرارة موجبة وفقًا للصيغة (2.42) الواردة في الفقرة 12، فإن النسبة تساوي

يتكون المجموع الإحصائي في المقام في هذه الحالة من حدين فقط، يتوافقان مع: 1) الأنظمة في الحالات الطبيعية ذات الطاقة و 2) الأنظمة المثارة ذات الطاقة. ومن هذه الصيغة يتبع ذلك عند درجة حرارة موجبة كبيرة بلا حدود. وهذا يعني أن من خلال زيادة درجة الحرارة، من المستحيل تحقيق حالة يكون فيها عدد الأنظمة المثارة أكبر من عدد الأنظمة غير المثارة. كان أكبر من Mneexc، أي أنه من الضروري أن يكون عدد الفوتونات التي تظهر أثناء التحولات إلى المستويات الأدنى أكبر من عدد الفوتونات الممتصة خلال نفس الوقت). وقد ذكر أعلاه أن مثل هذه الحالة لا يمكن تحقيقها عن طريق زيادة درجة الحرارة. لذلك، للحصول على وسيلة قادرة على تعزيز التدفق الإشعاعي الذي يمر عبره، من الضروري استخدام طرق أخرى (غير درجة الحرارة) لإثارة الذرات والجزيئات.

يمكن إثبات أنه يمكن أن يكون هناك المزيد (أي N) فقط عند درجة حرارة سالبة، أي في حالة عدم توازن الوسط قيد النظر. بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت حالة عدم التوازن هذه قابلة للاستقرار (انظر الجزء الثاني، الفقرة 3)، فبمساعدة تأثير خارجي مناسب، من الممكن التسبب في انتقال مفاجئ إلى حالة التوازن من خلال إطلاق الطاقة الزائدة في وقت قصير جدًا. هذه الفكرة تكمن وراء عمل الليزر.

حالة الوسط الذي تحتوي فيه مستويات الطاقة العليا على عوامل تعبئة أكبر مقارنة بالمستويات السفلية تسمى الانقلاب. وبما أن الوسط في هذه الحالة لا يضعف كالعادة، بل يعزز الإشعاع الذي يمر عبره، ثم في صيغة تغيير شدة التدفق الإشعاعي في الوسط

سيكون المعامل قيمة سالبة (وبالتالي سيكون الأس قيمة موجبة). في ضوء ذلك، يُطلق على الوسط الموجود في حالة الانقلاب اسم الوسيط ذو مؤشر الامتصاص السلبي. تم إنشاء وتطوير إمكانية الحصول على مثل هذه الوسائط وخصائصها واستخدامها لتضخيم الإشعاع البصري بواسطة V. A. Fabrikant وزملاؤه (1939-1951).

§ 6 الامتصاص.

الانبعاث التلقائي والمحفز

في الظروف العادية (في غياب المؤثرات الخارجية)، تكون معظم الإلكترونات الموجودة في الذرات في أدنى مستوى غير مستثار ه 1، أي. تمتلك الذرة حدًا أدنى من احتياطي الطاقة الداخلية، وهو المستويات المتبقية ه 2 , ه 3 ....ه ن، تتوافق مع الحالات المثارة، أو تحتوي على عدد قليل من الإلكترونات أو تكون حرة تمامًا. إذا كانت الذرة في الحالة الأرضية مع ه 1، ثم تحت تأثير الإشعاع الخارجي يمكن أن يحدث انتقال قسري إلى حالة مثارة ه 2. ويتناسب احتمال مثل هذه التحولات مع كثافة الإشعاع المسبب لهذه التحولات.

يمكن للذرة، التي تكون في حالة مثارة 2، أن تنتقل تلقائيًا بعد مرور بعض الوقت (دون تأثيرات خارجية) إلى حالة ذات طاقة أقل، مما يعطي طاقة زائدة في شكل إشعاع كهرومغناطيسي، أي. انبعاث الفوتون.

تسمى عملية انبعاث الفوتون من الذرة المثارة دون أي تأثير خارجي الإشعاع العفوي (العفوي).كلما زاد احتمال التحولات التلقائية، كلما قصر متوسط ​​عمر الذرة في الحالة المثارة. لأن إذن فإن التحولات العفوية لا ترتبط ببعضها البعض الانبعاث التلقائي غير متماسك.

إذا تعرضت ذرة في الحالة المثارة 2 لإشعاع خارجي بتردد مرضيحن = ه 2 - ه 1، ثم يحدث الانتقال القسري (المستحث) إلى الحالة الأرضية 1 مع انبعاث فوتون بنفس الطاقةحن = ه 2 - ه 1 . خلال هذا التحول، يحدث الإشعاع من الذرة بالإضافة إلى ذلكإلى الفوتون الذي حدث التحول تحت تأثيره. يسمى الإشعاع الناتج عن التعرض الخارجي قسري. وهكذا، في عملية الانبعاث المستحثهناك فوتونان متورطان: فوتون أولي يتسبب في انبعاث إشعاع من الذرة المثارة، وفوتون ثانوي ينبعث من الذرة. الفوتونات الثانوية لا يمكن تمييزهمن الابتدائي.

أثبت أينشتاين وديراك هوية الإشعاع المحفز مع الإشعاع الدافع: لهما نفس الطور والتردد والاستقطاب واتجاه الانتشار.Þ الانبعاث المستحث متماسكة بدقةمع إجبار الإشعاع.

تتحرك الفوتونات المنبعثة في اتجاه واحد وتلتقي بالذرات المثارة الأخرى، وتحفز المزيد من التحولات المستحثة، وينمو عدد الفوتونات مثل الانهيار الجليدي. ومع ذلك، جنبا إلى جنب مع الانبعاث المحفز، سيحدث الامتصاص. لذلك، لتضخيم الإشعاع الساقط، من الضروري أن يتجاوز عدد الفوتونات في الانبعاث المحفز (الذي يتناسب مع عدد الحالات المثارة) عدد الفوتونات الممتصة. في النظام، تكون الذرات في حالة توازن ديناميكي حراري؛ حيث يسود الامتصاص على الانبعاث المحفز، أي. سيتم تخفيف الإشعاع الساقط عند المرور عبر المادة.

لكي يقوم الوسط بتضخيم الحادث الإشعاعي عليه، من الضروري خلقه حالة عدم التوازن للنظامحيث يكون عدد الذرات في الحالة المثارة أكبر منه في الحالة الأرضية. تسمى هذه الدول الدول مع انقلاب السكان. تسمى عملية خلق حالة عدم التوازن للمادة ضخ. يمكن أن يتم الضخ بالطرق البصرية والكهربائية وغيرها.

في البيئات ذات الكثافة السكانية المقلوبة، يمكن أن يتجاوز الانبعاث المحفز الامتصاص، أي. سيتم تضخيم الإشعاع الساقط عند المرور عبر وسيط (تسمى هذه الوسائط نشطة). لهذه الوسائط في قانون بوغيهأنا = أنا 0 ه - أس ، معامل الامتصاصسلبي.

§ 7. الليزر - مولدات الكم الضوئية

في أوائل الستينيات، تم إنشاء مولد كمي للمدى البصري - ليزر "تضخيم الضوء بواسطة الانبعاث المستحث للإشعاع " - تضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز. خصائص إشعاع الليزر: أحادية اللون عالية (تردد الضوء العالي للغاية)، الاتجاه المكاني الحاد، السطوع الطيفي الضخم.

وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم، فإن طاقة الإلكترون في الذرة ليست اعتباطية: يمكن أن تحتوي فقط على سلسلة معينة (منفصلة) من القيم E 1، E 2، E 3 ... Eن، مُسَمًّى مستويات الطاقة.تختلف هذه القيم باختلاف الذرات. يتم استدعاء مجموعة قيم الطاقة المسموح بها طيف الطاقةذرة. في الظروف العادية (في غياب المؤثرات الخارجية)، تكون معظم الإلكترونات الموجودة في الذرات عند أدنى مستوى متحمس E 1، أي. تمتلك الذرة حدًا أدنى من احتياطي الطاقة الداخلية؛ المستويات الأخرى ه 2، ه 3 ..... هن تتوافق مع طاقة أعلى للذرة وتسمى متحمس.

عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة إلى آخر، يمكن للذرة أن تبعث أو تمتص موجات كهرومغناطيسية ذات ترددن م ن = (ه م - ه ن) ح،

حيث H - ثابت بلانك (ح = 6.62 · 10 -34 ج ث)؛

ه ن - نهائي، ه م - مستوى اول.

يمكن للذرة المثارة أن تتخلى عن بعض طاقتها الزائدة، الواردة من مصدر خارجي أو المكتسبة نتيجة للحركة الحرارية للإلكترونات، بطريقتين مختلفتين.

أي حالة مثارة للذرة تكون غير مستقرة، وهناك دائمًا إمكانية انتقالها تلقائيًا إلى حالة طاقة أقل مع انبعاث كمية من الإشعاع الكهرومغناطيسي. ويسمى هذا التحول تلقائي(تلقائي). إنه غير منتظم وفوضوي. جميع المصادر التقليدية تنتج الضوء عن طريق الانبعاث التلقائي.

هذه هي الآلية الأولى للانبعاث (الإشعاع الكهرومغناطيسي). في الاعتبار مخطط من مستويينانبعاث الضوء، لا يمكن تحقيق أي تضخيم للإشعاع. الطاقة الممتصةح ن تم إطلاقه على شكل كم بنفس الطاقةح ن ويمكننا أن نتحدث عنه التوازن الديناميكي الحراري: إن عمليات إثارة الذرات في الغاز تكون دائمًا متوازنة مع عمليات الانبعاث العكسية.

§2 مخطط ثلاثي المستويات

في ذرات المادة التي تكون في حالة توازن ديناميكي حراري، يحتوي كل مستوى متحمس لاحق على إلكترونات أقل من المستوى السابق. إذا تعرض النظام لإشعاع مثير بتردد يتردد مع الانتقال بين المستويين 1 و 3 (مخطط 1→ 3)، فإن الذرات سوف تمتص هذا الإشعاع وتنتقل من المستوى 1 إلى المستوى 3. إذا كانت شدة الإشعاع عالية بما فيه الكفاية، فإن عدد الذرات التي تنتقل إلى المستوى 3 يمكن أن يكون كبيرا جدا ونحن، من خلال إزعاج توزيع التوازن من سكان المستويات، سيزيد عدد سكان المستوى 3 وبالتالي يقلل عدد سكان المستوى 1.

من المستوى الثالث العلوي 3 التحولات ممكنة→ 1 و 3 → 2. اتضح أن التحول 3→ 1 يؤدي إلى انبعاث الطاقة E3 -E1=ح ن 3-1، والانتقال 3 → 2 ليس إشعاعيًا: فهو يؤدي إلى تعداد السكان "من الأعلى" للمستوى المتوسط ​​2 (يتم إعطاء جزء من طاقة الإلكترون خلال هذا التحول للمادة وتسخينها). ويسمى هذا المستوى الثاني شبه مستقر، وفي النهاية سيكون بها ذرات أكثر من الأولى. وبما أن الذرات تدخل المستوى 2 من المستوى الرئيسي 1 عبر الحالة العليا 3، وتعود مرة أخرى إلى المستوى الرئيسي مع "تأخير كبير"، فإن المستوى 1 "مستنفد".

ونتيجة لذلك، تنشأ انقلاب,أولئك. التوزيع العكسي لمستوى السكان. يتم إنشاء الانعكاس السكاني لمستويات الطاقة بواسطة إشعاع مساعد مكثف يسمى إشعاع المضخةويؤدي في النهاية إلى الناجم عنتضاعف الفوتون (القسري) في وسط معكوس.

كما هو الحال في أي مولد، في الليزر للحصول على وضع الليزر فمن الضروري تعليق. في الليزر، يتم تحقيق ردود الفعل باستخدام المرايا. يتم وضع وسط التضخيم (النشط) بين مرآتين - مسطحتين أو مقعرتين في أغلب الأحيان. إحدى المرايا مصنوعة من مادة صلبة، والأخرى شفافة جزئيًا.

"بذرة" عملية التوليد هي الانبعاث التلقائي للفوتون. ونتيجة لحركة هذا الفوتون في الوسط، فإنه يولد سيلا من الفوتونات المتطايرة في نفس الاتجاه. بعد الوصول إلى المرآة الشفافة، سوف ينعكس الانهيار الجليدي جزئيًا ويمرر جزئيًا عبر المرآة إلى الخارج. بعد الانعكاس من المرآة اليمنى، تعود الموجة وتستمر في التكثيف. بعد أن قطعت المسافةل، يصل إلى المرآة اليسرى، وينعكس ويندفع مرة أخرى إلى المرآة اليمنى.

يتم إنشاء مثل هذه الظروف فقط للموجات المحورية. الكميات ذات الاتجاهات الأخرى غير قادرة على إزالة جزء ملحوظ من الطاقة المخزنة في الوسط النشط.

تتميز الموجة الخارجة من الليزر بواجهة مسطحة تقريبًا ودرجة عالية من التماسك المكاني والزماني على كامل المقطع العرضي للحزمة.

في الليزر، يتم استخدام الغازات المختلفة ومخاليط الغاز كوسائط نشطة ( ليزر الغاز) والبلورات والنظارات التي تحتوي على شوائب من أيونات معينة ( ليزر الحالة الصلبة)، أشباه الموصلات ( ليزر أشباه الموصلات).

تعتمد طرق الإثارة (في نظام الضخ) على نوع الوسط النشط. هذه إما طريقة لنقل طاقة الإثارة نتيجة اصطدام الجسيمات في بلازما تفريغ الغاز (ليزر الغاز)، أو نقل الطاقة عن طريق تشعيع المراكز النشطة بضوء غير متماسك من مصادر خاصة (الضخ البصري في ليزر الحالة الصلبة)، أو حقن ناقلات غير التوازن من خلال ف-ن - الانتقال إما بالإثارة بواسطة شعاع الإلكترون أو الضخ البصري (ليزر أشباه الموصلات).

حاليًا، تم إنشاء عدد كبير جدًا من أجهزة الليزر المختلفة التي تنتج إشعاعًا في نطاق واسع من الأطوال الموجية (200¸ 2·10 4 نانومتر). يعمل الليزر بفترات نبضة ضوئية قصيرة جدًار" 1·10 -12 ثانية، يمكن أن تنتج أيضًا إشعاعًا مستمرًا. تبلغ كثافة تدفق الطاقة لإشعاع الليزر 1010 وات/سم2 (كثافة الشمس 7·103 وات/سم2 فقط).

الطفرات (من اللاتينية mutatio - التغيير) هو تغيير في الجينات والكروموسومات، يتجلى في التغيرات في خصائص وخصائص الكائنات الحية. تم وصفها من قبل العالم الهولندي دي فريس في عام 1901. كما أنه وضع أسس نظرية الطفرات. تسمى عملية تكوين الطفرة في الزمان والمكان الطفرات . المواد التي تسبب الطفرات في الخلايا - المطفرة.

اعتمادا على الأصل، يتم التمييز بين الطفرات العفوية والمستحثة.

الطفرات التوليدية والجسدية.

يمكن أن تحدث الطفرات في جميع مراحل نمو الكائن الحي وتؤثر على الجينات والكروموسومات في كل من الخلايا الجرثومية والخلايا الجسدية. لذلك، وفقا لنوع الخلية، يتم التمييز بين الطفرات التوليدية والجسدية. الطفرات التوليدية تحدث في الخلايا الجرثومية وفي هذه الحالة تنتقل إلى الأجيال اللاحقة. الطفرات الجسدية تحدث في أي خلايا جسدية أخرى في الجسم. فهي تثير السرطان، وتعطل جهاز المناعة، وتقلل من متوسط ​​العمر المتوقع. الطفرات الجسدية ليست موروثة. معظم المواد المسببة للسرطان تسبب طفرات في الخلايا الجسدية.

الطفرات العفوية والمستحثة.

تلقائي الطفرات (التغيرات التلقائية في مجمل جينات كائن حي من نوع معين) - تلك الطفرات التي تحدث في الكائنات الحية في ظل الظروف الطبيعية العادية دون أسباب واضحة؛ فهي تنشأ كأخطاء في استنساخ المادة الوراثية، حيث أن التكاثر لا يحدث بدقة مطلقة. لفترة طويلة كان يعتقد أن الطفرات التلقائية لا سبب لها. لقد توصلوا الآن إلى نتيجة مفادها أنها نتيجة لعمليات طبيعية تحدث في الخلايا. تنشأ في الخلفية المشعة الطبيعية للأرض على شكل إشعاع كوني، وعناصر مشعة على سطح الأرض، ونويدات مشعة في خلايا الكائنات الحية. يمكن أن تحدث طفرة عفوية في أي فترة من مراحل النمو الفردي وتؤثر على أي كروموسوم أو جين. تكرار الطفرات التلقائية هو، على سبيل المثال، 1:100000.

الناجم عن تنشأ الطفرات نتيجة لعمل المطفرات التي تعطل العمليات التي تحدث في الخلية.

إذا قارنا تواتر الطفرات العفوية والمستحثة لخلايا الكائن الحي عند علاجها بالمطفر وبدونه، فمن الواضح أنه إذا زاد تواتر الطفرات 100 مرة نتيجة التعرض للمطفر، فإن طفرة واحدة ستكون عفوية، الباقي يسببه.

عوامل الطفرات.

اعتمادًا على الموقع في الخلية، يتم تمييزها الوراثية والكروموسومات الطفرات . وراثية، أو الطفرات النقطية تتكون من تغييرات في الجينات الفردية (فقد أو إدخال أو استبدال زوج واحد من النيوكليوتيدات. الطفرات الكروموسومية هناك عدة أنواع ويؤثر:

التغيير في بنية الكروموسوم (إعادة ترتيب كبيرة في أجزاء الحمض النووي الفردية):

الحذف (فقدان عدد النيوكليوتيدات)؛

الازدواجية (تكرار أجزاء الحمض النووي، مما يؤدي إلى تطويلها)؛

الانقلابات (دوران قسم الكروموسوم بمقدار 180 0) ؛

الإزفاء (نقل قسم الكروموسوم إلى موضع جديد في كروموسوم أو آخر).

تسمى الطفرات التي تؤثر على بنية الكروموسومات إعادة ترتيب الكروموسومات , أو الانحرافات.

التغير في عدد الكروموسومات:

تعدد الصيغة الصبغية (زيادة في عدد الكروموسومات المتعددة) ؛

هابلويدي (تخفيض مجموعة الكروموسومات بأكملها) ؛

اختلال الصيغة الصبغية (اضطراب في العدد الطبيعي للكروموسومات بسبب إضافة أو حذف واحد أو أكثر من الكروموسومات).

تسمى الطفرات التي تؤثر على تغير عدد الكروموسومات في خلايا الجسم الجينومية . الجينوم - مجموعة من جينات كائن حي من نوع معين.

تحدث عمليات الطفرة ليس فقط في البشر، ولكن أيضا في الحيوانات والنباتات. ولذلك، فإننا نعتبر الأنماط العامة. تحدث الانحرافات الكروموسومية في النباتات والحيوانات والبشر. يؤدي إلى اعتلال الصحة. يعد تعدد الصبغيات أكثر شيوعًا في النباتات، ولكنه نادر في الحيوانات والبشر (يمكن أن يزيد عدد الكروموسومات 3، 4، 5 مرات). تم العثور على هابلويدي أيضًا بشكل رئيسي في النباتات (حوالي 800 نوع نباتي لها هابلويدات)، وهو نادر جدًا في الحيوانات وغير معروف عند البشر. اختلال الصيغة الصبغية شائع في النباتات والحيوانات والبشر. تعد عمليات الحذف أكثر أشكال تلف الكروموسومات شيوعًا وخطورة بالنسبة للبشر. بعض الازدواجية ضارة وحتى مميتة. يمكن أن يكون تكرار قطعة الكروموسوم صغيرًا، مما يؤثر على جين واحد، أو كبيرًا، مما يؤثر على عدد كبير من الجينات. قد تكون هناك أيضًا نسخ غير ضارة. تحدث عمليات النقل نتيجة لانقطاع الكروموسومات. يمكن أن تتراوح في الحجم من صغيرة إلى كبيرة.

قد تمر الطفرات دون أن يلاحظها أحد إذا أثرت على مناطق صغيرة من الهياكل الوراثية، ولكنها يمكن أن تؤدي إلى اضطرابات خطيرة، وحتى موت الكائن الحي.

الضرر الذي يحدث في الحمض النووي لا يؤدي بالضرورة إلى حدوث طفرات. يمكن أن تختفي دون أن يترك أثرا، وذلك بفضل النظام الفعال لاستعادة الضرر الجيني (التعويض) الموجود في الخلية. يمكن قمع التعبير عن الجين الطافر من خلال عمل جين آخر. وفي هذه الحالة يمكن أن ينتقل الجين الطافر من جيل إلى جيل ولا يظهر إلا عند التقاء جينتين طافرتين متطابقتين في الخلية الجرثومية. تظهر بعض الطفرات فقط في ظروف معينة من الوجود. على سبيل المثال، عند درجة حرارة معينة لزراعة الكائنات الحية الدقيقة المتحولة.

الأهداف

1. إظهار أهمية المشكلة البيئية في الوقت الحاضر

2. النظر في الوضع البيئي في العالم

خطة عمل

1. عواقب الكارثة البيئية

2. انجراف الجليد.

3. أرقام وحقائق عن تغير مناخ الأرض.

4. تأثير ظاهرة الاحتباس الحراري على الحيوانات.

5. الصناعات الخطرة بيئياً.

6. إجراءات تحسين الوضع البيئي.

7. الواجبات المنزلية.

طُرق

بحث

1. اقتراح الفرضيات والافتراضات

2. الوعي بهذه المشكلة

3. العثور على المصادر ذات الصلة بالمعلومات المطلوبة

4. عملية حل المشكلات.

المشاكل العالمية للإنسانية

هذه مجموعة من المشاكل الاجتماعية الطبيعية التي يحدد حلها التقدم الاجتماعي للبشرية والحفاظ على الحضارة. وتتميز هذه المشاكل بالديناميكية، وتنشأ كعامل موضوعي في تنمية المجتمع وتتطلب حلها الجهود الموحدة للبشرية جمعاء. إن المشاكل العالمية مترابطة وتغطي جميع جوانب حياة الناس وتؤثر على جميع بلدان العالم.

تصنيف المشاكل العالمية

بيئي

السكانية

منع الحرب النووية العالمية

استخدام محيطات العالم

استكشاف الفضاء السلمي

التغلب على تخلف الدول النامية

طعام

الطاقة والمواد الخام

مشكلة بيئية

التدهور البيئي (إزالة الغابات واستنزاف التربة)

التلوث بالنفايات الصلبة والسائلة والغازية

تسمم البيئة بالمواد الكيميائية التي تنشأ أثناء عملية الإنتاج

العواقب البيئية

الكوارث

إن معظم سيناريوهات نهاية العالم، التي تخرج بانتظام مثير للقلق من أقلام العلماء الأكثر موثوقية، تنطوي على كارثة بيئية رهيبة. في محاولة لمنع تغير المناخ المميت، يخيف أنصار البيئة البشرية باستمرار بفيضانات عالمية ستؤدي إلى ذوبان الأنهار الجليدية، وحركة القطبين، والأعاصير القوية، والجفاف الرهيب وغيرها من الكوارث التي تهدد بدمار هائل و

وقوع ضحايا بين السكان. حتى أن أحدهم أثبت أنه بعد ارتفاع درجة الحرارة ستكون هناك موجة برد شديدة.

لقد حرمت الأبحاث الحديثة التي أجريت تحت رعاية الأمم المتحدة أبناء الأرض تمامًا من فرصة الهروب من كارثة عالمية. يظهر نموذج كمبيوتر جديد

وأن الانحباس الحراري العالمي قد يتجاوز بالفعل عتبة حرجة في هذا القرن ويصبح عملية سريعة لا رجعة فيها.

لم يعد الإنسان قادرًا على وقف ظاهرة الاحتباس الحراري.

أولا وقبل كل شيء، هذا يعني أن لدينا لا توجد طريقة

على الأقل بطريقة أو بأخرى تأخير الكارثة البيئية التي

يهددنا في العقود القادمة.

انفصلت قطعة عملاقة بحجم 11 ألف ملعب كرة قدم عن الجرف الجليدي في القطب الشمالي الكندي.

انجراف الجليد

وبدأت كتلة الجليد بالانجراف منذ 16 شهرا من سواحل جزيرة إليسمير، التي تقع على بعد نحو 800 كيلومتر من القطب الشمالي، لكن بعد ذلك لم يلاحظها أحد.

اكتشف العلماء جزيرة جليدية منجرفة تاركة وراءها سلسلة من الحطام الجليدي في صور الأقمار الصناعية.

وفي غضون أيام قليلة، تم نقل الجرف العائم بعيدًا عن الساحل لعدة أميال. سافر حوالي 60 كيلومترًا إلى الغرب حتى تجمد في الجليد البحري بسبب أوائل الشتاء.

ويخشى الخبراء أن تحمل الرياح السائدة الجزيرة الجليدية وتنجرف جنوبا بشكل لا يمكن السيطرة عليه إلى بحر بوتفورت وإلى منطقة حقول النفط والغاز البحرية.

كان جرف إيليس الجليدي، الذي تبلغ مساحته حوالي 106 كيلومتر مربع، واحدًا من أكبر ستة جرف في القطب الشمالي الكندي. ووفقا للعلماء، يعد هذا أكبر حدث من نوعه في كندا منذ 30 عاما، ويشير بوضوح إلى تغير المناخ نحو الاحتباس الحراري. .

ووفقا للعلماء، فإن مساحة الرفوف الجليدية الكندية المتبقية قد انخفضت بنسبة 90٪ منذ عام 1906.

تتكون الأرفف الجليدية في كندا من الجليد القديم الذي يزيد عمره عن 3000 عام. يسبحون في البحر، لكنهم متصلون بالبر الرئيسي. ويقول العلماء إن الأنهار الجليدية تصبح أكثر هشاشة كل عام بسبب ارتفاع متوسط ​​درجات الحرارة السنوية.

هناك العديد من الرفوف الأكبر حجمًا في القطب الشمالي،