CIEPŁO

I

TEMPERATURA

www.appserv.pace.edu

CIEPŁO

• Oznacza energi

ę

wewn

ę

trzn

ą

(zwan

ą

te

ż

energi

ą

ciepln

ą

)

• W fizyce: podobnie jak praca oznacza

form

ę

zmian energii

• Jest to sposób przekazywania

(wymiany) energii mi

ę

dzy uk

ł

adami

• Cia

ł

a mog

ą

pobiera

ć

lub oddawa

ć

ciep

ł

o

• Ciep

ł

o przep

ł

ywa pomi

ę

dzy cia

ł

ami, które

nie znajduj

ą

si

ę

w równowadze termicznej

– maj

ą

one ró

ż

ne

temperatury

TEMPERATURA

• Jedna z podstawowych wielko

ś

ci

fizycznych

• Suma

ś

rednich energii kinetycznych

ruchów i drga

ń

wszystkich

cz

ą

steczek w danym uk

ł

adzie (ciele)

• Jest miar

ą

stopnia nagrzania cia

ł

a oraz

parametrem stanu

0

-17,78

255,37

Zero

Fahrenheita

212

100

373,15

Wrzenie

wody

32

0

273,15

Zamarzanie

wody

-459,67

-273,15

0

Zero

absolutne

Fahrenheit

Celsjusz

Kelvin

Skale temperatury

Temperatura jest czynnikiem reguluj

ą

cym

tempo procesów

ż

yciowych:

• Fotosyntezy

• Oddychania

• Transpiracji

• Wzrostu i rozwoju

Temperatura wpływa na tempo reakcji
chemicznych zachodz

ą

cych w ekosystemach

W warunkach klimatycznych Europy

Ś

rodkowej zmienno

ść

temperatury

w po

łą

czeniu z fotoperiodem jest wa

ż

n

ą

przyczyn

ą

rytmiki sezonowej ro

ś

lin

Podstawowe pojawy fenologiczne:

• otwieranie p

ą

ków

• rozwój li

ś

ci

• kwitnienie

• owocowanie

• przebarwianie i opadanie li

ś

ci

• Drzewa:

równolegle do pojawów

fenologicznych zaznacza si

ę

periodyczno

ść

wzrostu na wysoko

ść

i grubo

ść

• Od temperatury zale

ż

y

geograficzne

rozmieszczenie ro

ś

lin

• Ka

ż

dy gatunek ro

ś

liny ma okre

ś

lone

wymagania wzgl

ę

dem temperatury

•

Ś

rednia roczna temperatura wyznacza

zasi

ę

g wyst

ę

powania okre

ś

lonych

formacji ro

ś

linnych (np. lasów)

Podział stref ro

ś

linnych

ze wzgl

ę

du na temperatur

ę

Oparty jest na izotermach rocznych

Izoterma

– izolinia*

łą

cz

ą

ca punkty na mapie

klimatycznej o takiej samej temperaturze
powietrza (w danej chwili lub punkty o takiej
samej

ś

redniej rocznej temp.)

* Izolinia – w kartografii krzywa na mapie

łą

cz

ą

ca punkty

o jednakowych warto

ś

ciach liczbowych danej cechy

<0 ºC

arktyczny,

alpejski

Heksitotermy

0 - 14 ºC

umiarkowanie

chłodny

Mikrotermy

15 - 20 ºC

umiarkowanie

ciepły

Mezotermy

>20ºC

Okres obni

ż

onych

temp. 1 – 4 miesi

ą

ce

subtropikalny

(suchoro

ś

la)

Kserotermy

>20ºC

tropikalny

Megatermy

Ś

REDNIA ROCZNA

TEMPERATURA

KLIMAT

STREFA

www.en.wikibooks.org

Okres wegetacyjny

• Ro

ś

liny s

ą

najbardziej aktywne, gdy temperatura

dobowa przkracza 10ºC

•

5ºC

– graniczna temperatura pocz

ą

tku

i ko

ń

ca sezonu wegetacyjnego w warunkach

klimatycznych Europy

Ś

rodkowej

• Tzw.

meteorologiczny okres wegetacyjny

• W naszej szeroko

ś

ci geograficznej trwa on

ok.

6 miesi

ę

cy

(ok.

180 dni

)

• 10ºC

– zaczyna si

ę

zielenienie ro

ś

lin

drzewiastych oraz produkcja asymilatów
wiosn

ą

• Jesie

ń

-

ż

ó

ł

kni

ę

cie li

ś

ci i zako

ń

czenie

procesu asymilacji nast

ę

puje przy

ś

redniej temperaturze dziennej

10ºC

• Wielu badaczy przyjmuje temp.

10ºC

za progow

ą

dla pocz

ą

tku i ko

ń

ca okresu

wegetacyjnego dla lasu w naszych
warunkach klimatycznych

Przedzia

ł

y temperatur dla ro

ś

lin

• Temperatura minimalna:

0 - 5ºC

• Temperatura optymalna:

20 - 30ºC

• Temperatura maksymalna:

40 - 50ºC

Uszkodzenia ro

ś

lin powodowane

przez niskie i wysokie temperatury

Adaptacja ro

ś

lin do niskich

i wysokich temperatur

Odporno

ść

drzew na wysokie i niskie

temp. jest zmienna i zale

ż

na od:

• Gatunku

• Ekotypu (pochodzenia)

• Okresu rozwojowego

(najbardziej wra

ż

liwe: siewki i sadzonki)

Wysokie temperatury

www

www

.

.

thedukeofallawesomeness

thedukeofallawesomeness

.

.

blogspot

blogspot

.

.

com

com

Temperatury maksymalne

• W naszym klimacie maj

ą

niewielkie

znaczenie

• Najbardziej

szkodliwe

dla ro

ś

lin s

ą

du

ż

e wahania

temperatur

Uszkodzenia

•

Ś

cinanie bia

ł

ek

• Wysuszenie – zniszczenie protoplazmy

komórek

• Zakłócenia w procesie fotosyntezy

i oddychania

• Zahamowanie wzrostu, inaktywacja

enzymów

• Nasiona szybciej zu

ż

ywaj

ą

substancje

zapasowe w podwy

ż

szonej temperaturze

• Aparaty szparkowe otwieraj

ą

si

ę

w wysokiej

temperaturze nawet wtedy, gdy ro

ś

lina jest

zwi

ę

dni

ę

ta

• Zgorzel słoneczna (oparzelina) siewek sosny

- przy temp. powy

ż

ej 45ºC

• Zgorzel u buka i jodły – przy temp.powy

ż

ej

45ºC (cienka kora wystawiona na
bezpo

ś

redni

ą

insolacj

ę

)

• Zaburzenie bilansu wodnego u młodych

ś

wierków rosn

ą

cych na brzegu drzewostanu

Drzewa

Adaptacje

Kseromorfizm –

ogół zmian morfologicznych

i anatomicznych przystosowuj

ą

cych organizm

do

ż

ycia w warunkach suszy lub niskiej

wilgotno

ś

ci

Kseromorfozy:

• Drobnolistno

ść

• Zdrewnienie p

ę

dów

• Rozwini

ę

cie tkanki korkowej

• Kolce
• Ciernie
• Owłosienie li

ś

ci, p

ę

dów (kutner)

• Nalot woskowy
• Wysoki stosunek masy korzenia

do cz

ęś

ci nadziemnej

Niskie temperatury

www.clipartof.com

Temperatury minimalne

• Rodzime gatunki drzew znosz

ą

temp.

do - 30ºC

• Zim

ą

temp. minimalne s

ą

mniej

szkodliwe dla drzew ni

ż

w pozostałych

porach roku

Uszkodzenia

• Tworzenie si

ę

lodu w przestrzeniach

mi

ę

dzykomórkowych (odwodnienie

i deformacja komórek –

ś

mier

ć

)

• Szybkie zamro

ż

enie – tworzy si

ę

lód

wewn

ą

trz protoplastu, co prowadzi

do jego rozerwania

• P

ę

kanie pni drzew

• Wypychanie ro

ś

lin z gleby

Adaptacje

• Ro

ś

liny wy

ż

sze:

odporno

ść

na niskie

temperatury zmienia si

ę

w zale

ż

no

ś

ci

od zawarto

ś

ci cukrów w komórkach

• Cukry działaj

ą

osmotycznie zmniejszaj

ą

c

ilo

ść

lodu powstaj

ą

cego w wakuolach

• Niektóre alkohole tak

ż

e wzmacniaj

ą

mrozoodporno

ść

(np. u jabłoni, u jarz

ę

biny)

• Proces „hartowania” ro

ś

lin z nastaniem

zimy – ochrona przed

susz

ą

fizjologiczn

ą

• Susza fizjologiczna –

okres, w którym

ro

ś

lina nie mo

ż

e pobiera

ć

wody z

otoczenia, mimo i

ż

woda tam wyst

ę

puje

• Przekszta

ł

canie skrobi w cukry proste

i tłuszcze, dzi

ę

ki czemu powstaj

ą

tzw.

koloidy hydrofilne i zwi

ę

ksza si

ę

potencjał

osmotyczny komórek

Przymrozk

i

Spadki temperatury poni

ż

ej 0ºC w

czasie, w którym

ś

rednia temperatura

dobowa utrzymuje si

ę

powy

ż

ej 0ºC

Rodzaje przymrozków

• Jesienne (wczesne)

• Wiosenne (pó

ź

ne)

Przymrozki jesienne

• Nie s

ą

cz

ę

ste i wyst

ę

puj

ą

nieregularnie

• Mniej szkodliwe dla drzew

• Cierpi

ą

od nich gatunki introdukowane:

robinia i daglezja

• D

ą

b szypułkowy – obmarzanie

tegorocznych p

ę

dów

Przymrozki wiosenne

• Pojawiaj

ą

si

ę

periodycznie

• Szczególnie niebezpieczne mi

ę

dzy

12 a 15 maja („zimna Zo

ś

ka”)

• Wyrz

ą

dzaj

ą

czasami du

ż

e szkody w lesie –

drzewa b

ę

d

ą

ce na pocz

ą

tku okresu

wegetacyjnego s

ą

bardzo na nie wra

ż

liwe

• M

ł

ode li

ś

cie łatwo ulegaj

ą

zmarzni

ę

ciu

• Kwiaty mog

ą

ulec ca

ł

kowitemu zniszczeniu

Przymrozki wiosenne

• Adwekcyjne (napływowe)

• Radiacyjne (z wypromieniowania)

Przymrozki adwekcyjne

• Powstawanie: napływ zimnego

powietrza nad ogrzan

ą

powierzchni

ę

• Najcz

ęś

ciej wyst

ę

puj

ą

: w północnej

i

ś

rodkowej Polsce

• Napływ zimnego powietrza z pn – wsch

lub z pn

• Pojawiaj

ą

si

ę

zarówno przy

zachmurzonym, jak i pogodnym niebie

• Cz

ę

sto towarzysz

ą

im opady

ś

niegu

lub „krupy”

Przymrozki radiacyjne

• Powstawanie: ozi

ę

bianie si

ę

powierzchni na

skutek silnego wypromieniowania ciepła
z gleby i ro

ś

linno

ś

ci

• G

ł

ównie w pobli

ż

u gruntu: maksymalnie

do wysoko

ś

ci 1 – 2 m

• Warunki sprzyjaj

ą

ce: bezchmurne noce

przed wschodem sło

ń

ca, bezruch powietrza

• Najbardziej nara

ż

one: m

ł

ode uprawy

i zbyt wcze

ś

nie odsłoni

ę

te podrosty

• Silny wiatr, zachmurzenie, mgła:

uniemo

ż

liwiaj

ą

powstawanie przymrozków

radiacyjnych

• Obecno

ść

traw – mo

ż

e zwi

ę

kszy

ć

ryzyko powstawania przymrozków
radiacyjnych

Dlaczego?

• Ze wzgl

ę

du na ich du

żą

powierzchni

ę

wypromieniowania

• St

ą

d mgły nad ł

ą

kami

• Przymrozki s

ą

szczególnie

niebezpieczne na

zr

ę

bie zupe

ł

nym

• Je

ś

li chwasty przerastaj

ą

nieco

sadzonki, to mo

ż

e to by

ć

korzystne

dla uprawy

• Zbyt silne przyci

ę

cie chwastów –

wierzcho

ł

ki sadzonek znajduj

ą

si

ę

w strefie nara

ż

onej na silny przymrozek

Zmrozowisko

• powierzchnia, w na której gromadzi si

ę

zimne (ci

ęż

kie) powietrze, a jego odpływ

jest utrudniony, co sprzyja powstawaniu
przymrozków

• najcz

ęś

ciej: zasłoni

ę

te od wiatru

zagł

ę

bienia terenu

www.fao.org

• Równie

ż

: powierzchnie niedu

ż

ych

zr

ę

bów lub gniazd otoczonych

wy

ż

szymi drzewostanami

• Gniazda: zimne powietrze nie ma

odpływu ze wzgl

ę

du na g

ę

sty podszyt

zamykaj

ą

cy brzeg drzewostanu

• Drzewa, które przekrocz

ą

wysoko

ść

2 m s

ą

mniej nara

ż

one na szkody od przymrozków

• W płytkich zmrozowiskach

jodła

i

ś

wierk

rozwijaj

ą

p

ą

ki boczne szybciej ni

ż

szczytowy

• Tereny bagienne: zawsze wyst

ę

puj

ą

zmrozowiska

(niskie poło

ż

enie tych powierzchni)

Ochrona młodych drzew

przed przymrozkami

W szkółce...

www.state.nj.us

• Przykrywanie drzewek matami, chrustem

• Zadymianie

• Stosowanie naturalnych os

ł

on –

ż

ywopłoty

• Stosowanie odpornych ekotypów drzew

Na uprawie...

www.lasy.com.pl

• Wybór miejsca na upraw

ę

– uwzgl

ę

dnienie

kierunku napływu zimnych mas powietrza

• Uprawa drzew na pó

ł

nocnej stronie stoku –

aby opó

ź

ni

ć

kwitnienie

• Stosowanie odpornych ekotypów drzew

Mrozoodporno

ść

(zimotrwało

ść

)

Zespó

ł

mechanizmów i procesów, dzi

ę

ki

którym ro

ś

liny mog

ą

prze

ż

y

ć

epizodyczne

lub długotrwa

ł

e okresy mrozu.

• Ro

ś

liny s

ą

najbardziej mrozoodporne na

pocz

ą

tku zimy (grudzie

ń

, pocz

ą

tek stycznia)

• Wraz ze zbli

ż

aniem si

ę

wiosny ich

mrozoodporno

ść

spada

• Ro

ś

liny m

ł

ode s

ą

mniej mrozoodporne

ni

ż

ro

ś

liny starsze (s

ą

bardziej wra

ż

liwe

na niskie temperatury)

• Znaczne ró

ż

nice w mrozoodporno

ś

ci

wyst

ę

puj

ą

pomi

ę

dzy poszczególnymi

organami ro

ś

lin

• Li

ś

cie i korzenie s

ą

bardziej wra

ż

liwe ni

ż

łodygi

• Kwiaty s

ą

bardziej wra

ż

liwe ni

ż

owoce i li

ś

cie

• Nasiona i zarodki s

ą

do

ść

odporne na mróz

www.e-ogrody.com

Strefy mrozoodporno

ś

ci

www.garden-open.com

DRZEWOSTAN

• Zmiany temperatury o du

ż

ej intensywno

ś

ci

odbywaj

ą

si

ę

nad pułapem koron

• Wn

ę

trze lasu bierze udział w zmianach

ilo

ś

ci ciepła, jednak z pewnym opó

ź

nieniem

Przed wschodem sło

ń

ca:

• Najni

ż

sze temperatury panuj

ą

w strefie koron

• Najcieplej jest w przygruntowej warstwie

powietrza

• Ró

ż

nice mog

ą

si

ę

ga

ć

nawet 10ºC

Po południu:

• Spadek temperatury zaczyna si

ę

najszybciej w strefie koron

• Najpó

ź

niej nast

ę

puje w przygruntowej

warstwie powietrza

Pionowe zró

ż

nicowanie temperatury

w lesie zale

ż

y od:

• Zwarcia

• Składu gatunkowego

• Wieku

• Budowy pionowej

Równowiekowy las nasienny

Drzewostany iglaste z gatunkami

cieniozno

ś

nymi i cieniolubnymi

• Jodła,

ś

wierk, daglezja

• Zim

ą

nieco cieplej, latem znacznie

chłodniej ni

ż

w d-stanach zło

ż

onych

z gat.

ś

wiatło

żą

dnych

• „Klimat oceaniczny”

Drzewostany li

ś

ciaste zło

ż

one

z gatunków cieniolubnych

• Buk

• Niskie temperatury zim

ą

(brak li

ś

ci)

• Niewysokie temperatury latem

• „Klimat umiarkowany”

Fot

Fot

.

.

Rados

Rados

ł

ł

aw

aw

Sk

Sk

ó

ó

rkowski

rkowski

Drzewostany zło

ż

one

z gatunków

ś

wiatło

żą

dnych

• Sosna, modrzew, brzoza

• Zim

ą

wn

ę

trze d-stanu bardzo si

ę

ozi

ę

bia

• Latem w d-stanie panuj

ą

do

ść

wysokie

temperatury (w porównaniu z d-stanami
z

ł

o

ż

onymi z gat. cieniolubnych)

• „Klimat kontynentalny”

www.organic-finland.com

• Do d-stanów zło

ż

onych z gat.

ś

wiatło

żą

dnych wprowadza si

ę

podszyt

• Cel:

aby ociepli

ć

przygruntow

ą

warstw

ę

powietrza

Las przer

ę

bowy

• Rozkład temperatury zale

ż

y od

pi

ę

trowo

ś

ci

drzewostanu

• Nie ma szybkiej wymiany ciepła pomi

ę

dzy

poszczególnymi pi

ę

trami

• St

ą

d temperatury

ś

rednie s

ą

podobne

jak

w d-stanie jednopi

ę

trowym

• Jednak ró

ż

nice pomi

ę

dzy temperaturami

skrajnymi

s

ą

niewielkie

Porównanie warunków termicznych

lasu i przestrzeni otwartej

• Las nieznacznie

obni

ż

a temperatur

ę

powietrza

• Las

łagodzi temp. skrajne:

amplitudy s

ą

mniejsze

• Lato:

temp. ni

ż

sza o kilka stopni w lesie

w porównaniu z polem

• Zima:

temp. wy

ż

sza w lesie

w porównaniu z polem

• Najwi

ę

ksze ró

ż

nice:

w dni słoneczne,

mro

ź

ne i bezwietrzne

• W dni pochmurne ró

ż

nice s

ą

mniejsze

BRZEG DRZEWOSTANU

Na rozkład temperatur brzegu drzewostanu

maj

ą

przede wszystkim wpływ:

• Wystawa

• Insolacja słoneczna

• Wiatr

• Brzegi południowe (

SE

i

SW

) s

ą

cieplejsze

• Brzegi północne (

NE

i

NW

) s

ą

chłodniejsze

• Uszkodzenia młodych drzewek na

cieplejszych brzegach podczas upalnego lata

• Odbicie

ś

wiatła od drzew brze

ż

nych

powoduje podwy

ż

szenie temperatury

•

Ś

ciana drzewostanu chroni przed

nadmiernym wypromieniowaniem ciepła

• Mniejsze zagro

ż

enie powstawania

przymrozków na brzegu drzewostanu

GNIAZDA

• Im wi

ę

ksza

ś

rednica gniazda, tym wi

ę

cej

promieniowania do niego dociera

• Jednocze

ś

nie wi

ę

ksze jest tak

ż

e

wypromieniowanie ciepła, szczególnie w nocy

• Ze zwi

ę

kszaj

ą

c

ą

si

ę ś

rednic

ą

ro

ś

nie

niebezpiecze

ń

stwo pojawienia si

ę

przymrozków

• Niebezpiecze

ń

stwo to maleje w miar

ę

zbli

ż

ania si

ę

do granicy gniazda

• Najcieplejszy

jest z reguły

pó

ł

nocny

bok

gniazda,

najzimniejszy

jest

południowy

• Boki wschodni i zachodni wykazuj

ą

temperatury po

ś

rednie

• Najlepsze s

ą

gniazda, których

ś

rednica

nie przekracza wysoko

ś

ci d-stanu

• Prawdopodobie

ń

stwo powstawania

zmrozowisk jest wtedy najmniejsze

SZEREGI

Szereg drzew ze wzgl

ę

du na

wymagania cieplne –

klimat nizinny

Du

ż

e wymagania:

• Lipa szerokolistna

• Jodła pospolita

• Buk pospolity

• Klon jawor

• D

ą

b bezszypułkowy

Ś

rednie wymagania:

• Grab pospolity
• D

ą

b szypu

ł

kowy

• Lipa drobnolistna
• Klon zwyczajny
• Jesion wyniosły
• Olsza czarna
• Olsza szara
• Wi

ą

z górski

Małe wymagania:

•

Ś

wierk pospolity

• Sosna zwyczajna

• Modrzew europejski

• Topola osika

• Brzoza brodawkowata

Szereg drzew ze wzgl

ę

du na

wymagania cieplne –

klimat górski

Du

ż

e wymagania:

• Olsza czarna

• Grab pospolity

• D

ą

b szypułkowy

• Sosna zwyczajna

Ś

rednie wymagania:

• Olsza szara

• Jesion wyniosły

• Lipa drobnolistna

• Lipa szerokolistna

• Brzoza brodawkowata

• Wi

ą

z górski

• Klon zwyczajny

• Jod

ł

a pospolita

• Buk pospolity

• Topola osika

• Klon jawor

Małe wymagania:

• Modrzew europejski

• Sosna limba

•

Ś

wierk pospolity

• Jarz

ą

b pospolity

Szereg gatunków drzew ze

wzgl

ę

du na ich

wra

ż

liwo

ść

na przymrozki

Bardzo wra

ż

liwe:

• Jesion wyniosły

• Buk pospolity

• D

ą

b

• Robinia akacjowa

• Jod

ł

a pospolita

Mniej wra

ż

liwe:

• Klon zwyczajny

• Lipa drobnolistna

• Modrzew europejski

•

Ś

wierk pospolity

• Daglezja zielona

Najmniej wra

ż

liwe:

• Brzoza brodawkowata

• Topola osika

• Olsza czarna

• Wi

ą

z

• Grab pospolity

• Wierzba

• Jarz

ą

b

• Sosna zwyczajna