Роль углекислого газа в жизни пчел

Зимовка пчел — самый тяжелый период в жизни пчелиных семей и даже для хорошо подготовленных. Во-первых, продолжительное время (до семи месяцев) пчелы не имеют возможности вылетать из ульев и очищать кишечник; во-вторых, необходимо противостоять холоду и, в-третьих, семьи должны выйти из зимовки сильными и здоровыми, чтобы выполнить основную задачу — выкормить 1–2 поколения пчел.

Жизнь пчелиной семьи, находящейся в зимнем покое, можно описать в рамках термодинамических законов. Внутренняя энергия меда, поедаемого пчелами, расходуется на жизнедеятельность и на поддержание теплового режима. Предположим, что зимовка длится 6 месяцев, в среднем каждая семья за это время израсходует 12 кг меда, при этом выделит 1,62.108 Дж тепловой энергии, 17,4 кг углекислого газа и 7,4 кг паров воды. Для того чтобы противостоять холоду, пчелы образуют клуб радиусом около 10–20 см сферической формы. Его корка имеет температуру положительную, но близкую к температуре окружающей среды.

С точки зрения физики клуб пчел представляет собой тепловой источник, средняя мощность которого равна примерно 5–10 Вт. Тепло клуб излучает в окружающее пространство в виде инфракрасного излучения с длиной волны 10–20 микрон. (Столь малой мощности недостаточно для обогрева клуба пчел в зимний период, когда внешняя температура близка к 0°С или даже отрицательная, но пчелы-то зимуют.)

Экспериментально установлено, что концентрация углекислого газа в клубе составляет 4–8% (в атмосфере — 0,03%), кислорода — 18% (в атмосфере — 21%). Температура в его центре 27–34°С и на периферии остается положительной. Так как плотность углекислого газа значительно выше плотности воздуха, а водяных паров меньше, то СО₂ уходит из клуба через нижнюю часть, а пары воды — через верхнюю. У находящихся в зимнем покое пчел нижняя часть корки клуба — всегда плотная, чтобы препятствовать уходу углекислого газа, а верхняя — рыхлая, через нее уходят пары воды и поступает кислород. Углекислый газ за счет парникового эффекта поглощает инфракрасное излучение — тепло, выделяемое при поедании пчелами меда, и нагревает воздух, находящийся в клубе пчел. При его разрушении зимой (неосторожное обращение с семьей) из летка начинает течь вода: корка клуба становится рыхлой, теплый углекислый газ опускается на дно улья, на котором всегда имеются кристаллики льда, которые тают. Учитывая вышесказанное, следует по-другому взглянуть на жизнь пчелиной семьи во время зимовки.

Рассмотрим это на примерах.

1. В зиму пошла слабая семья, но корма в ней достаточно. Грубо говоря, для поддержания оптимальной температуры в клубе необходимо наличие СО₂ и теплового источника мощностью 10 Вт. Чтобы это реализовать, каждая пчела поедает больше меда, что, естественно, приводит к быстрому переполнению кишечника каловыми массами. Следствие — распад клуба, понос и гибель семьи.

2. В зиму пошла полноценная, хорошо подготовленная семья: достаточной силы с достаточными кормовыми запасами. Поедая мед, пчелы выделяют углекислый газ, пары воды и тепло. Для сохранения последнего семья формирует клуб. При изменении внешней температуры плотность его корки автоматически изменяется: с ее понижением — увеличивается, с повышением — понижается (корка становится более рыхлой).

В первом случае концентрация углекислого газа в клубе повышается, а во втором — уменьшается. В результате температура клуба поддерживается на необходимом для жизни пчел уровне, при этом кишечник не переполняется, так как на каждую особь приходится меньшая нагрузка.

Согласно молекулярно-кинетической теории если в объеме V, занимаемом смесью газов, создать градиент температуры, то равномерное распределение газа по объему нарушается. В большинстве случаев в более теплых областях увеличивается концентрация более легкого компонента смеси, а в более холодных — тяжелого. Это явление называется термической диффузией. Очевидно, что оно наблюдается в клубе пчел. Как упоминалось выше, в нем находится смесь газов: азот — 78%, кислород — 18, углекислый газ — 4, пары воды — 2%. Молярная масса углекислого газа больше молярной массы кислорода, азота и паров воды в 1,37; 1,57 и 2,4 раза соответственно. Температура в центре клуба 28–34 и 10–12°С в корке. То есть налицо градиент температуры, а отсюда и все необходимые условия для протекания термодифузии.

Учитывая способность углекислого газа полностью поглощать инфракрасное излучение, можно утверждать, что пчелы в клубе защищены от внешней среды «одеялом» из углекислого газа. Не менее важным является и то, что в его центре концентрация кислорода близка к оптимальной для пчел, а это значит, что особь, ныряющая из корки в центр клуба, попадает в комфортные условия: подходящая температура, подогретый корм, необходимая влажность и присутствие главы семьи — матки, контакт с которой необходим.

Естественно, высокая концентрация СО₂ в клубе зимующих пчел угнетает их жизнедеятельность, а поэтому при повышении температуры корка клуба разрыхляется и концентрация СО₂ уменьшается, условия жизни пчел становятся более комфортными.

Руководствуясь вышесказанным, можно в период зимовки пчел рекомендовать применять искусственный обогрев. Нагреватель (мощность 2–4 Вт) размещают под рамками, на которых находится зимний клуб. Это уменьшает расход меда примерно в два раза, при этом клуб пчел будет менее агрегирован, концентрация углекислого газа и кислорода близка к оптимальной, пчелы менее угнетены, находятся в комфортных условиях и, как следствие, менее изнашиваются, их кишечник менее загружен каловыми массами, и они легко переносят зимовку.

На наш взгляд, парниковый эффект широко используется в живой природе. Так, в сильные холода стадные животные скучиваются, образуя что-то похожее на клуб, и тем самым спасаются от стужи. Можно привести еще массу примеров использования парникового эффекта в живой природе, однако цель нашей работы — обратить внимание на роль углекислого газа в жизни биосферы нашей планеты.

В.КОРИШЕВ

«

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

»