TỰ NHIÊN
SINH HỌC
1.1.1 Khái quát về giới thực vật
Thực vật trong tự nhiên rất đa dạng với khoảng 300.000 - 350.000 loài trên toàn thế giới, trong đó Việt Nam sở hữu khoảng 12.000 loài Tất cả thực vật đều có khả năng tự tổng hợp chất hữu cơ nhờ ánh sáng mặt trời và chất diệp lục, sử dụng nước, muối khoáng và khí cacbonic Hầu hết các loài thực vật không có khả năng di chuyển và phản ứng chậm với các kích thích bên ngoài.
* Sự tiến hóa của giới thực vật:
Giới thực vật có 3 giai đoạn tiến hóa chính:
- Giai đoạn 1: Sự xuất hiện của các thực vật ở nước (chủ yếu là ở đại dương)
Trong giai đoạn 2, các thực vật ở cạn bắt đầu xuất hiện khi các lục địa mới hình thành Sự xuất hiện này đã tạo điều kiện thuận lợi cho thực vật phát triển lên cạn với cấu trúc gồm rễ, thân, lá và hệ thống mạch dẫn, giúp chúng thích nghi tốt hơn với môi trường sống trên cạn.
Giai đoạn 3 đánh dấu sự xuất hiện và chiếm ưu thế của thực vật hạt kín, trong bối cảnh khí hậu khô hơn và ánh sáng Mặt Trời chiếu sáng liên tục Để thích nghi với điều kiện môi trường mới, thực vật hạt kín phát triển nhanh chóng nhờ vào đặc điểm tiến hóa nổi bật, với noãn được bảo vệ trong bầu.
* Thực vật được chia làm 2 nhóm: Thực vật có hoa và thực vật không có hoa Cơ thể của thực vật gồm 2 loại cơ quan:
- Cơ quan sinh dưỡng: Rễ, thân, lá, có chức năng chính là nuôi dưỡng cây.
+ Thực vật có hoa có cơ quan sinh sản là hoa, quả, hạt (cây nhãn, xoài, ổi, bưởi, táo…).
+ Thực vật không có hoa có CQ sinh sản là thân, rễ, lá (cây gừng, ).
Một số thực vật có hoa không chỉ sinh sản qua hoa, quả, hạt mà còn thông qua các bộ phận khác của cây, như cây chuối và bỏng Ngoài ra, một số loại cây như khoai lang và rau muống có khả năng sinh sản bằng cả hoa, quả, hạt lẫn các bộ phận khác của cơ thể.
* Vòng đời của các loài thực vật
Một số loại cây, như lúa, ngô, đậu, và lạc, chỉ sống từ 3 đến 6 tháng từ khi nảy mầm cho đến khi chết, và chúng được gọi là cây một năm.
Nhiều loại cây có tuổi thọ kéo dài từ năm này qua năm khác, như cây mít, xoài, ổi, và nhãn Đặc biệt, một số cây có thể sống hàng nghìn năm, chẳng hạn như cây Chò nghìn năm ở vườn quốc gia Cúc Phương với tuổi thọ khoảng 1000 năm, cây Lá quạt ở Hàn Quốc khoảng 1.100 năm, và cây Bao báp ở châu Phi có tuổi thọ lên tới 4000 năm Những cây này được gọi là cây lâu năm hoặc cây lưu niên.
1.1.2 Các cơ quan sinh dưỡng của thực vật
Rễ là cơ quan sinh dưỡng của thực vật Rễ giữ cho cây mọc được trên đất, giúp cây hút nước và muối khoáng hòa tan.
Thực vật thường có 2 loại rễ chính: Rễ cọc và rễ chùm.
Rễ cọc là loại rễ có cấu trúc đặc trưng với rễ cái to và khỏe mạnh, thâm nhập sâu vào lòng đất, cùng với nhiều rễ con mọc xiên Từ các rễ con này, sẽ phát triển thêm nhiều rễ nhỏ hơn, đặc trưng cho các loại cây như bưởi, hồng xiêm, và nhãn.
- Rễ chùm: Gồm nhiều rễ con, dài gần bằng nhau, thường mọc tỏa ra từ gốc thành một chùm (cây tỏi tây, lúa…).
Rễ củ là loại rễ bên đã biến đổi, phình to để lưu trữ chất dinh dưỡng, mặc dù nguồn gốc khác với thân củ nhưng chức năng và hình dạng tương tự Các ví dụ về thực vật có rễ củ bao gồm khoai lang, sắn và thược dược Cấu trúc này giúp cây lâu năm tồn tại qua các mùa.
- Rễ móc (rễ bám): trầu không, tiêu, vạn niên thanh…
- Rễ thở (rễ hô hấp): bần, mắm, bụt mọc
- Rễ mút (giác mút): dây tơ hồng, các cây trong họ Tầm gửi
Thân là một cơ quan sinh dưỡng của cây, có chức năng vận chuyển các chất trong cây và nâng đỡ tán lá.
* Cấu tạo ngoài của thân
Thân cây gồm các bộ phận:
- Chồi ngọn (ở ngọn thân và cành)
- Chồi nách (ở dọc thân và cành) Chồi nách phát triển thành cành mang lá (chồi lá) hoặc cành mang hoa hoặc hoa (chồi hoa).
Thân non của mọi loại cây bao gồm phần ngọn thân và ngọn cành, thường có màu xanh lục Cấu trúc bên trong của thân non được chia thành hai phần chính.
Với những chuyển biến để thích nghi với điều kiện sinh thái, nhiều loài thực vật đã có những biến đổi phần thân mang các chức năng đặc biệt.
Thân ngầm là hình thái của cây chủ yếu nằm dưới mặt đất, thường là các phần thân khí sinh Loại thân này có thể đóng vai trò là bộ phận dự trữ chất dinh dưỡng quan trọng, như ở cây dong và giềng, hoặc chỉ đơn giản là phân nhánh khí sinh như ở cây tre và trúc.
- Thân củ: Khoai tây, su hào, Khoan môn,
- Thân hành: Các loài Thủy tiên, Hành, Tỏi,
- Thân mọng nước: Xương rồng,
Một số loại thân biến dạng
Lá cây là bộ phận quan trọng của thực vật bậc cao, thực hiện chức năng quang hợp, trao đổi khí và hô hấp Bên cạnh đó, lá còn có vai trò trong sinh sản sinh dưỡng, dự trữ năng lượng và bảo vệ thực vật.
* Đặc điểm bên ngoài của lá
Lá cây bao gồm phiến và cuống, với phiến lá màu lục, dạng bản dẹt, giúp tối ưu hóa việc hứng ánh sáng Phiến lá có nhiều gân, trong đó có ba kiểu chính: gân hình mạng (như lá cây gai), gân song song (như lá cây rẻ quạt) và gân hình cung (như lá cây địa liền).
- Có 2 nhóm lá chính: Lá đơn và lá kép.
Lá cây có ba kiểu sắp xếp chính: mọc cách như lá cây dâu, mọc đối như lá cây dừa cạn, và mọc vòng như lá cây dây huỳnh Sự sắp xếp so le của lá trên các mấu thân giúp tối ưu hóa khả năng nhận ánh sáng, từ đó hỗ trợ quá trình quang hợp hiệu quả hơn.
* Cấu tạo trong của phiến lá
Cấu tạo phiến lá gồm 3 phần: Biểu bì bao bọc bên ngoài, thịt lá ở bên trong và các gân lá xen giữa phần thịt lá.
Quang hợp là quá trình mà lá cây sử dụng chất diệp lục để kết hợp nước, khí cacbonic và năng lượng từ ánh sáng mặt trời, từ đó sản xuất tinh bột và thải ra khí ôxi.
- Các yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng tới quá trình quang hợp:
+ Ánh sáng ảnh hưởng đến quang hợp về 2 mặt: cường độ ánh sáng và quang phổ ánh sáng.
Các tia sáng có độ dài bước sóng khác nhau ảnh hưởng không giống nhau đến cường độ quang hợp.
Quang hợp diễn ra chủ yếu trong miền ánh sáng xanh, tím và đỏ; trong đó, ánh sáng xanh và tím kích thích tổng hợp axit amin và protein, trong khi ánh sáng đỏ thúc đẩy quá trình hình thành carbohydrate.
VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
2.1 Nước và tầm quan trọng của nước
2.1.1 Nguồn nước và sự phân bố nước trong tự nhiên
Nguồn gốc của nước trên Trái Đất vẫn là một chủ đề gây tranh cãi, nhưng có thể phân loại thành hai giả thuyết chính Giả thuyết nội sinh cho rằng khi vỏ bề mặt Trái Đất hình thành, vật chất tách ra bao gồm 92% đá và 8% nước Hơn nữa, dung nham từ các vụ phun trào núi lửa cũng chứa khoảng 4-8% hơi nước, cho thấy khối lượng của thủy quyển có thể chiếm khoảng 7% tổng khối lượng vỏ bề mặt.
Khi Trái Đất mới hình thành, lớp khí bao quanh chủ yếu gồm hydro và oxy ở nhiệt độ rất cao Sau đó, nhiệt độ giảm dần và khi đạt khoảng 1300 độ C, quá trình kết hợp giữa hydro và oxy bắt đầu diễn ra.
O để hình thành nước ở thể hơi, hơi nước đã ngưng tụ rơi xuống để hình thành các đại dương mênh mông và tồn tại cho tới ngày nay.
Nước trong tự nhiên phân bố rộng rãi trong các thành phần của lớp vỏ địa lí, bao gồm thủy quyển, thạch quyển, khí quyển, thổ nhưỡng quyển và sinh quyển Trong số đó, nước chủ yếu tập trung trong thủy quyển, tạo thành một lớp quan trọng cho sự sống và các quá trình tự nhiên.
2.1.2 Tài nguyên nước đối với cuộc sống con người
Nước là tài nguyên tái tạo, có khả năng được sử dụng lại sau một khoảng thời gian nhất định Nó không chỉ là thành phần chính trong sinh quyển mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến thạch quyển.
Nước đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người và thiên nhiên, là dung môi hòa tan các chất dinh dưỡng và tham gia vào quá trình trao đổi chất trong cơ thể sinh vật Nước không chỉ cần thiết cho sinh hoạt hàng ngày mà còn được sử dụng trong sản xuất công nghiệp và nông nghiệp.
2.1.3 Tài nguyên nước ở Việt Nam
Việt Nam sở hữu nguồn tài nguyên nước phong phú với hệ thống sông ngòi vận chuyển 853 tỉ m³ nước mỗi năm, tương đương 27.000 m³/s Trong đó, 317 tỉ m³ nước đến từ lãnh thổ khác Tổng trữ lượng nước dưới đất đạt 1.513 m³/s Tuy nhiên, sự phân bố nguồn tài nguyên nước này không đồng đều trên toàn lãnh thổ.
2.2 Khí quyển, ánh sáng, âm thanh
Khí quyển là lớp không khí bao bọc Trái Đất, có độ cao lên tới 20.000 km, nhưng phần lớn không khí, khoảng 80% khối lượng khí quyển, chủ yếu tập trung ở tầng đối lưu với độ cao dưới 20 km.
Khí quyển đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sự sống trên Trái Đất Lớp Ô zôn giúp hấp thu các tia tử ngoại từ Mặt Trời, ngăn chặn sự tiêu diệt của các sinh vật.
Khí quyển cung cấp oxy cần thiết cho sự hô hấp của động vật và đồng thời cung cấp carbon dioxide (CO2) cho quá trình quang hợp của thực vật.
2.2.2.1 Ánh sáng Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím); ánh sáng Mặt Trăng mà chúng ta thấy được gọi là ánh trăng, thực tế là ánh sáng do Mặt Trời chiếu tới Mặt Trăng phản xạ đi tới mắt người; do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn; do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học. Ánh sáng tương tác với mắt người làm cho chúng ta nhận biết được các màu sắc của mọi vật xung quanh
Các sinh vật khác con người có thể cảm thụ được nhiều màu hơn và ở những vùng quang phổ khác (ong cảm nhận được vùng tử ngoại).
Hầu hết các sinh vật nhạy cảm với bức xạ điện từ có bước sóng từ 300 nm đến 1200 nm, trùng với vùng phát xạ mạnh nhất của Mặt Trời Điều này cho thấy các loài trên Trái Đất đã tiến hóa để tiếp nhận bức xạ tự nhiên mạnh nhất, mang lại lợi thế sinh tồn Không ngẫu nhiên khi bước sóng ánh sáng mà mắt người có thể nhìn thấy cũng nằm trong khu vực bức xạ mạnh này.
2.2.2.2 Ý nghĩa của ánh sáng đối với đời sống sinh vật Ánh sáng là một yếu tố sinh thái, ánh sáng có vai trò quan trọng đối với các cơ thể sống Ánh sáng là nguồn cung cấp năng lượng cho thực vật tiến hành quang hợp. Một số vi sinh vật dị dưỡng (nấm, vi khuẩn) trong quá trình sinh trưởng và phát triển cũng sử dụng một phần ánh sáng Ánh sáng điều khiển chu kỳ sống của sinh vật. Tùy theo cường độ và chất lượng của ánh sáng mà nó ảnh hưởng nhiều hay ít đến quá trình trao đổi chất và năng lượng cùng nhiều quá trình sinh lý của các cơ thể sống. Ngoài ra ánh sáng còn ảnh hưởng nhiều đến nhân tố sinh thái khác như nhiệt độ, độ ẩm, không khí đất và địa hình.
2.2.3 Âm thanh Âm thanh là các dao động cơ học (biến đổi vị trí qua lại) của các phân tử, nguyên tử hay các hạt làm nên vật chất và lan truyền trong vật chất như các sóng Âm thanh, giống như nhiều sóng, được đặc trưng bởi tần số, bước sóng, chu kỳ, biên độ và vận tốc lan truyền (tốc độ âm thanh). Đối với thính giác của người, âm thanh thường là sự dao động, trong dải tần số từ khoảng 20 Hz đến khoảng 20 kHz, của các phân tử không khí, và lan truyền trong không khí, va đập vào màng nhĩ, làm rung màng nhĩ và kích thích bộ não Tuy nhiên âm thanh có thể được định nghĩa rộng hơn, tuỳ vào ứng dụng, bao gồm các tần số cao hơn hay thấp hơn tần số mà tai người có thể nghe thấy, và không chỉ lan truyền trong không khí, mà trong bất cứ vật liệu nào Trong định nghĩa rộng này, âm thanh là sóng cơ học và theo lưỡng tính sóng hạt của vật chất, sóng này cũng có thể coi là dòng lan truyền của các hạt phonon, các hạt lượng tử của âm thanh.
Tiếng ồn và âm nhạc đều thuộc loại âm thanh, nhưng trong việc truyền tín hiệu, tiếng ồn được xem là các dao động ngẫu nhiên không chứa thông điệp.
2.3 Một số chất khí trong khí quyển
Không khí khô và trong sạch, không màu sắc và không mùi vị, chủ yếu được cấu tạo từ hai khí chính là nitơ (N2) và ôxy (O2), với nitơ chiếm hơn 78% và ôxy gần 21% Cả hai khí này chiếm 99,03% tổng thể tích không khí, trong khi argon (Ar) chiếm 0,93% và carbon dioxide (CO2) chiếm 0,03% Các khí khác như nêông (Ne), hêli (He), kripton (Kr), hiđrô (H2), ôzôn (O3) và iốt (I) chỉ chiếm 0,01% Tỉ lệ phần trăm của các khí này không thay đổi theo chiều ngang hay chiều cao trong khí quyển.
Riêng cacbonic và ôdôn, hai chất khí này phân bố không đều và không ổn định do nguồn gốc phát sinh của chúng.
3.1 Vũ Trụ và Hệ Mặt Trời
Vũ Trụ là không gian vô tận bao gồm nhiều thiên hà, mỗi thiên hà chứa hàng triệu thiên thể như ngôi sao, hành tinh, vệ tinh và sao chổi, cùng với khí, bụi và bức xạ điện tử.
- Thiên Hà chứa Mặt Trời và các hành tinh của nó (trong đó có Trái Đất) được gọi là Dải Ngân Hà.
Theo thuyết Big Bang, Vũ Trụ hình thành khoảng 15 tỷ năm trước từ một vụ nổ lớn xuất phát từ một nguyên tử nguyên thủy Nguyên tử này chứa vật chất cực kỳ đặc và nóng trong một không gian nhỏ bé Sự không ổn định đã dẫn đến vụ nổ, phát tán các đám bụi khí khổng lồ vào không gian Qua thời gian, dưới tác động của lực hấp dẫn, các đám bụi khí này tụ tập lại và dần hình thành nên các ngôi sao và thiên hà trong Vũ Trụ.
Vị trí của Mặt Trời trong dải Ngân Hà
3.1.2.1 Sự hình thành Hệ Mặt Trời
Hệ Mặt Trời, hay còn gọi là Thái Dương hệ, là một tập hợp các thiên thể nằm trong thiên hà của chúng ta, bao gồm Mặt Trời ở trung tâm cùng với các hành tinh, vệ tinh, tiểu hành tinh, sao chổi, thiên thạch và đám bụi khí Tất cả các thành viên trong Hệ Mặt Trời được hình thành cách đây khoảng 4,6 tỷ năm từ một đám mây bụi khí lớn có bán kính khoảng một nghìn đơn vị thiên văn.
Mặt Trời, thiên thể duy nhất trong Hệ Mặt Trời tự phát sáng nhờ phản ứng nhiệt hạch, có đường kính 1.329.000 km, gấp 109 lần đường kính Trái Đất Thể tích của Mặt Trời lớn gấp 1,3 triệu lần thể tích Trái Đất và khối lượng của nó chiếm 99,866% tổng khối lượng của toàn bộ Hệ Mặt Trời.
Mặt Trời cấu tạo hoàn toàn bằng chất khí: 75% là khí hiđrô, 23% là khí hêli, 2% là các khí khác, mật độ khí giảm từ tâm ra ngoài.
Mặt Trời bao gồm các lớp khác nhau, từ nhân ở trung tâm đến quang quyển và nhật hoa, với quang quyển và nhật hoa tạo thành khí quyển của Mặt Trời Nhiệt độ của nhân Mặt Trời lên tới khoảng 15 triệu độ K nhờ các phản ứng hạt nhân, mang lại nguồn năng lượng khổng lồ dưới dạng nhiệt, ánh sáng và bức xạ điện từ Bề mặt quang quyển có nhiệt độ khoảng 6000 độ K với mật độ khí thấp, cho phép bức xạ thoát ra không gian vũ trụ Trên bề mặt quang quyển, có những khu vực rộng vài trăm ngàn km² có độ sáng thấp hơn, với nhiệt độ khoảng 4000 độ K, tạo nên các hiện tượng đặc biệt.
Vết đen trên Mặt Trời là nơi phát ra các tai lửa màu đỏ cao hàng vạn kilômet, thường xuất hiện theo chu kỳ khoảng 11 hoặc 12 năm Sự hoạt động mạnh mẽ của các tai lửa này dẫn đến hiện tượng bão từ, gây ảnh hưởng rõ rệt đến thời tiết và khí hậu trên Trái Đất.
Bên ngoài quang quyển, vành nhật hoa là một vạch khí mờ, nơi phát ra các dòng khí nóng với tốc độ từ 400 đến 700 km/s, tạo thành gió Mặt Trời Gió Mặt Trời có khả năng di chuyển xa tới các hành tinh ngoài cùng, nhưng không va chạm với Trái Đất nhờ vào vành đai bảo vệ từ trường của hành tinh này.
Mặt Trời thực hiện hai loại chuyển động: chuyển động quanh trục và chuyển động quanh tâm Ngân Hà Chu kỳ tự quay của Mặt Trời là 25 ngày đêm tại xích đạo và 30 ngày đêm tại cực Đồng thời, Mặt Trời cũng di chuyển quanh tâm Ngân Hà với chu kỳ 180 triệu năm và tốc độ 230 km/s.
3.1.2.3 Các hành tinh và vệ tinh
Hành tinh là thiên thể lạnh hình khối cầu, chuyển động xung quanh Mặt Trời và không tự phát sáng Hệ Mặt Trời có 8 hành tinh
Theo thứ tự từ Mặt Trời ra ngoài là: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên vương tinh, Hải vương tinh.
Các hành tinh vừa chuyển động quanh Mặt Trời theo những quỹ đạo hình elip khác nhau vừa tự quay quanh trục.
Các hành tinh trong hệ Mặt Trời được phân thành hai nhóm chính: nhóm hành tinh kiểu Trái Đất, bao gồm bốn hành tinh gần Mặt Trời, có kích thước nhỏ, tỉ trọng lớn và ít vệ tinh; và nhóm hành tinh kiểu Mộc tinh, bao gồm bốn hành tinh còn lại, với kích thước lớn, tự quay nhanh và nhiều vệ tinh.
Ngoại trừ Thủy tinh và Kim tinh, tất cả các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời đều có vệ tinh quay quanh Hiện tại, tổng số vệ tinh đã được phát hiện trong Hệ Mặt Trời là 59.
Trong Hệ Mặt Trời, bên cạnh 8 hành tinh lớn, còn tồn tại nhiều tiểu hành tinh, là những vật thể đá Đa số tiểu hành tinh nằm giữa quỹ đạo của Hỏa tinh và Mộc tinh, chúng là những mảnh vỡ còn lại của một hành tinh lớn đã từng tồn tại giữa hai hành tinh này.
Trong Hệ Mặt Trời, ngoài các thiên thể, còn có một lượng lớn bụi vũ trụ với kích thước đa dạng Khi bụi này di chuyển gần Trái Đất, chúng bị hút vào khí quyển với tốc độ 70 - 80 km/s và bốc cháy ở độ cao khoảng 300 km do ma sát với không khí, tạo ra hiện tượng sao băng Những khối bụi lớn có thể nặng tới hàng ngàn tấn không hoàn toàn bốc cháy, mà chỉ bị cháy lớp ngoài, phần còn lại rơi xuống bề mặt Trái Đất và được gọi là thiên thạch.
Sao chổi là một thiên thể độc đáo, bao gồm hai phần chính: đầu và đuôi Mặc dù có khối lượng nhỏ, sao chổi lại có kích thước lớn, với nhân thon dài khoảng 15 km và ngang 10 km, được cấu thành từ các khối thiên thạch liên kết bởi tuyết và bụi Bên ngoài nhân là lớp vỏ khí loãng, có đường kính từ hàng chục ngàn đến hàng trăm ngàn km Khi gần Mặt Trời, nhiệt độ cao khiến nhân sao chổi phát ra khí và bụi, tạo ra đuôi kéo dài hàng trăm triệu km, hướng về phía đối diện với Mặt Trời.
3.1.3 Sự vận động của Mặt trăng quanh Trái Đất và hệ quả Địa lí
Mọi thiên thể đều có lực hấp dẫn lẫn nhau, trong đó Mặt Trăng là vệ tinh của Trái Đất, với khoảng cách trung bình khoảng 384.000 km Mặc dù lực hấp dẫn giữa chúng khá mạnh, nhưng do khối lượng Mặt Trăng chỉ bằng 1/81 khối lượng Trái Đất, trọng tâm chung của hệ thống Trái Đất - Mặt Trăng không nằm ở giữa hai vật thể mà lại cách tâm Trái Đất khoảng 0,73 bán kính của nó.
Các hệ quả địa lí của vận động Mặt Trăng - Trái Đất bao gồm:
Mặt Trăng có hình dạng cầu và không tự phát sáng; ánh sáng mà chúng ta thấy từ Mặt Trăng là do sự phản chiếu ánh sáng Mặt Trời Chúng ta chỉ nhìn thấy phần Mặt Trăng được chiếu sáng khi nó hướng về phía Trái Đất, và phần nhìn thấy này sẽ thay đổi liên tục, có lúc tròn, có lúc khuyết Sự thay đổi này diễn ra theo chu kỳ trong một tháng âm – dương lịch, được gọi là các tuần trăng.
* Nhật thực và nguyệt thực
