КОНСТАНТИН ДМИТРИЕВИЧ ПАЩЕНКО
Пчёлы выбирают металл
Осенью достаточно и одной, вторая контрольная.
Что касается моей пасеки, то вот уж как два года я пчёл не обрабатываю. Меняйте свою технологию.
10.01.2022.
Дополнительно хочу проинформировать. В пчеловодческом сообществе очень часто освещается и обсуждается мысль о том, что осенью пчелиные семьи слетают от клеща варроа. Причём в этом почему-то все поголовно уверены, никто не пытается даже возражать. Пользуясь случаем, позвольте возразить, что это не так.
Клещ варроа на пасеках Старого Света появился чуть более пятидесяти лет тому. До этого момента клеща варроа в гнёздах пчёл в ульях не было. В гнёздах природных пчёл клещ варроа присутствует только на уровне природного фона, клещ в природном пчелином гнезде не размножается и не развивается.
Слёт пчёл – это механизм биологической защиты колонии, это природный инстинкт самосохранения, которому соответствует последовательная линейка групповых рефлексов. В природе у животных каждого вида, типа, класса инстинкты формируются в течении многих лет (100 тысяч, миллион) и необходимо отметить, что этот процесс никогда не заканчивается, меняются внешние условия меняется и инстинкт. Не счесть количество особей и поколений каждого вида, которые принимали и принимают участие в этом процессе. Положительная динамика выживаемости вида в природной среде, доминантные признаки фиксируются в генотипе вида и таким образом передаются потомкам. Иными словами, не мог, никак не мог за столь бесконечно короткий промежуток времени у Apis mellifera сформироваться инстинкт защиты путём слёта от воздействия клеща варроа.
Но это второстепенное, а главное то, что для того чтобы такой инстинкт сформировался, в природе в пчелиных колониях должен постоянно развиваться клещ варроа, но такое априори невозможно. Если бы это имело место, то понятие Apis mellifera у разумных существ планеты Земля отсутствовало. Списать слёт пчёл от клеща варроа очень удобно, клещ во всём виноват.
Слёт пчелиных семей, механизм слёта пчёл рассмотрим далее.
Чтобы тема была полностью раскрыта, следует также рассмотреть термический метод обработки пчёл от клеща варроа.
Термический метод борьбы с клещами варроа исторически сложился опытным путём, но именно такой подход вписался в природу членистоногих.
Самки клеща варроа, а именно они пакостят в пчелиной семье, трутни пчелиной семьи и оплодотворённые пчелиные матки являются носителями сперматозоидов. Все они представители членистоногих, класс паукообразные и класс насекомые. Для этих особей температура жизненного верхнего предела составляет 35,5оС* (* – потому что граничным пределом служит не конкретная величина температуры, а температурный интервал).
Как отмечалось ранее, по исследованиям проф. Е. К. Еськова трутни и расплод трута начинает гибнуть при температуре 36оС. Это касается и самок всех видов клещей и пчелиных маток.
Из всего населения улья только рабочая пчела без последствий может выдержать температуру выше 36оС. Она не является носителем сперматозоидов и при определённых условиях откладывает только неоплодотворённые яйца, яйца трута. При термообработке, повышении температуры более45оС, однозначно гибнут самки клеща варроа и пчелиные трутни. Эффективность при термообработке достигает 98%.
Особо следует рассмотреть состояние пчелиных маток. При термообработке с температурным интервалом от 45оС до 50оС и временном интервале до 10 минут пчелиные матки не теряют своих функциональных способностей. Природа, ход эволюции вида привели маток к способности кратковременно выдерживать повышенную температуру. Если бы такой способности не было, то в зимний период, находясь в клубе, при первом же повышении температуры матки бы теряли свои функциональные способности, чего не наблюдается.
На основании вышеизложенного несомненно термообработка, это весьма эффективный способ борьбы с клещами варроа.
НО! При длительном нагреве термообработка влияет на качество пчелиных маток, против природы не попрёшь.
Происходит процесс стерилизации пчелиной матки у которого два исхода, либо матка гибнет, либо становится трутовкой. Что и наблюдаем в некоторых случаях по исходу зимовки.
По факту термообработки можно только допустить, что семяприёмник матки не прогревается до критической температуры.
8. РЕГУЛЯТОР АКТИВНОСТИ ПЧЁЛ
1949 год, профессор Г.А. Аветисян в докладе Академии Наук СССР отметил наличие обратной связи между концентрацией углекислого газа в зимнем клубе пчёл и количеством потреблённого корма. Этой заметкой учёный положил начало многолетним и масштабным экспериментам по изучению влияния концентрации диоксида углерода на жизнь пчелиных семей в ульях, эксперименты продолжаются и в наши дни.
Под руководством профессора Г.Ф. Таранова, исследовалось состояние пчелиных семей в ульях, продуваемых углекислым газом. Профессор Е. К. Еськов наркотизировал пчёл разной концентрацией диоксида углерода и при этом изучал физиологическое состояние пчёл. Учёные разных стран исследовали влияние концентрации двуокиси углерода на яйцекладку маток, на развитие расплода, зимостойкость пчёл и прочее. Усилия учёных не привели науку о пчелах к конкретному открытию, это ложное направление научных исследований. На самом деле влияние диоксида углерода на количество кормов имеет косвенное значение, да и сам диоксид углерода является продуктом жизнедеятельности пчелиной семьи, а его концентрация в гнезде полностью контролируется пчёлами.
Рассмотрим цепочку дыхательной системы пчёл:
Продольное отверстие (всас) – дыхательная камера (фильтр) – запирающий аппарат (вентиль) – трахея (трубопровод) – воздушный мешок (резервуар) – трахея (трубопровод) – трахеола (капилляр).
Как видим, на лицо система трубопроводной разводки воздуха от забора с внешней среды до всех клеток организма. Изменяя концентрацию газовых составляющих воздуха, можно быстро и эффективно влиять на работу клеток, замедлять или ускорять клеточные процессы.
Поэтому учёным необходимо было исследовать не влияние на пчёл концентрации диоксида углерода, а влияние концентрации атмосферного кислорода в зоне нахождения пчелы.
В 1946 году доценты МГУ А.Ф. Губанов и Н.П. Смарагдова высказали робкое предположение, что именно атмосферный кислород является источником активности пчёл.
Диоксид углерода – источник жизни и регенератор функции организма, а кислород – окислитель, энергетик, изменяя концентрацию вдыхания кислорода, пчёлы контролируют энергетические ресурсы организма. Например, в физиологии человека давление углекислого газа влияет на кору головного мозга, дыхательный и сосудодвигательный центры, углекислый газ отвечает за тонус сосудов, бронхов, обмен веществ, секрецию гормонов, электролитный состав крови и тканей и прочее. Кислород же служит необходимой составляющей для осуществления химических реакций проходящих в клетках организма. Увеличение или снижение концентрации кислорода в воздухе относительно нормы приводит к неизменному коллапсу организма.
Как отмечалось ранее, наглядным примером влияния концентрации кислорода на пчёл являются опыты А.Д. Комисcара (1994), когда в смотровом улье рамка с пчёлами, помещалась в зону атмосферной проточной вентиляции. Постоянное нахождение пчёл в потоке воздуха с нормальной концентрацией атмосферного кислорода заставляло их быть постоянно активными и для поддержания оптимальной температуры непрерывно работать летальными мышцами непрямого действия. Пчёлы за короткий срок вырабатывали свой ресурс, и семейка погибала. К месту следует заметить, что в данном эксперименте у пчёл абсолютно отсутствовала возможность потреблять воду, но об этом далее.
Другой пример, мы находим в лекциях на занятиях профессора В. Г. Кошковского, когда ульи пасеки Всесоюзного НИИ пчеловодства в городе Рыбное, Рязанской области (СССР), ввиду наступления фашистских орд на Москву, были зарыты в траншеи и засыпаны землёй на срок более двух месяцев! Обеднённый на кислород состав воздуха, допустимая концентрация диоксида углерода и стабильная внешняя температура тормозили клеточные процессы и помогли пчёлам выжить в таких условиях. Пасека существует и поныне.
Многие из пчеловодов, в силу своей любознательности, осматривают пчёл зимой. Пчеловоды из собственного опыта знают, когда тихо, без стука, осматриваешь снизу или сбоку зимующий клуб, пчёлы ведут себя спокойно и смирно, но как только при красном свете фонаря поднимаешь потолочены и открываешь улочки, пчёлы резко активизируются, начинают шуметь и выскакивают на рамки. Открытие улочек приводит к улетучиванию воздушной тепловой ловушки и уходу вверх (вытеканию) пояса углекислого газа. В этом случае атмосферный кислород из подрамочного пространства заполняет гнездо и активизирует боковую и нижнюю части пчелиного клуба. Пчёлы же верхней части клуба, находясь над поясом повышенной концентрации диоксида углерода, активизировались сразу, как только начала изменятся температура воздуха надклубного пространства. После такого пчеловодного демарша, семья долго гудит, нагоняя тепло и стабилизируя пояс воздуха с повышенной концентрацией диоксида углерода. “Выключит” этот гул только факт снижения концентрации кислорода в углекислотном поясе тепловой ловушки, а это длительный период.
Таким образом, пчёлы, для того чтобы контролировать уровень кислорода, потребляемого клетками их организма, создают условия для контроля, за уровнем двуокиси углерода в окружающем их пространстве.
В зимнем клубе, уменьшение потребления клетками кислорода переводит пчёл в состояние циклического анабиоза.
Природные условия зимовки пчелиного клуба, отчасти слёт пчёл при чрезмерном повышении уровня углекислого газа в гнезде, не выход роя в ненастную погоду или выход роя к моменту повышения дневной температуры воздуха всё это проявления воздействия повышенной концентрации углекислого газа на пчелиную семью. Замете, все эти проявления у пчёл отлаживались бесконечно длительным течением времени и направлены на сохранение энергетического потенциала пчелиной семьи.
В контексте этой темы рассмотрим работу пчеловодческого дымаря. Среди пчеловодов ходит сказка, что дым от дымаря успокаивает пчёл, и они перестают жалить, потому что дым воспринимается пчёлами, как результат лесного пожара. Пчёлы набирают в зобик мёда, брюшко выправляется, и пчела не в состоянии ужалить. В соответствии с этим возникает два вопроса. Первый. Почему, когда развеется дым, пчёлы, начинают жалить снова? Второй. Пчела сборщица, когда возвращается со взятка, с полным зобиком нектара, выходит тоже обезоружена?
Дым из дымаря имеет высокую концентрацию углекислого газа. На концах усиков пчелы находятся рецепторы, отвечающие за контроль концентрации углекислого газа в окружающем воздушном пространстве. Малые концентрации в воздухе диоксида углерода деактивируют пчёл. При этом импульс от рецепторов обрабатывается нервным центром, и сигнал на закрытие дыхалец не поступает. Но при высокой концентрации, нервный центр закрывает дыхальца и губительного влияния углекислого газа на пчелу не происходит. Дым из дымаря наркотизирует пчёл углекислым газом, и пчёлы временно теряют активность, уходят из зоны влияния газа. Это в частности пример перехода пчёл в анабиозное состояние под действием углекислого газа.
9. ПЧЁЛЫ, ПЧЕЛОВОДЫ И ЗАКОН ДАЛЬТОНА
Очень часто в специализированной периодической печати для пчеловодов авторы заметок, пытаясь раскрыть физику пчелиного гнезда, ссылаются на действие в улье закона Д. Дальтона. При этом весомое имя и постулат используются для попрания любого иного взгляда и мнения. Прикрываясь авторитетом и общепризнанным действием закона о парциальном давлении газов, писцы, не разобравшись в особенностях процессов, протекающих в пчелином гнезде, твердолобо настаивают на действии этого закона внутри объёма пчелиного гнезда.
Немного истории.
Джон Дальтон (1766 – 1844) жил и творил в эпоху первой промышленной революции. За период с конца восемнадцатого века до конца девятнадцатого века, немногим более ста лет, учёными были исследованы и установлены все законы молекулярно-кинетической теории газов. В этот период были сформулированы первое и второе начало термодинамики. На основании вновь открытых физических законов, а порой, предшествующие им, были созданы паровая машина, пароход, автомобиль, двигатель внутреннего сгорания, пневматический перфоратор и прочие механизмы, машины и транспортные средства. В этот период в физике установлена связь между традиционными макропараметрами (давлением, объёмом и температурой) и микропараметрами (массой молекулы (атома), скоростью молекулы (атома) и концентрацией частиц).
Закон Д. Дальтона установлен для закрытого объёма. Только в закрытом объёме суммарное давление газов во всех точках объёма имеет одно, и тоже значение.
Как трактуется закон Джона Дальтона:
Давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме их парциальных давлений.
В тексте значение словосочетания “… химически не взаимодействующих…” предполагает отсутствие возможности вступления газов между собой в химическую реакцию и отнюдь никоим образом не утверждает, что молекулы всех газов равномерно распределены по всему объёму. А именно так знатоки закона Д. Дальтона подсовывают идею действия закона о парциальном давлении в пчелиных ульях.
В закрытом объёме, в случае взаимодействия газов, образуется другое количество нового вещества, которое имеет своё значение молярной массы, при этом изменяется давление и температура, но остаются постоянным объём, масса вещества и действие гравитационного поля Земли.
Если исследуемый закрытый объём находится в гравитационном поле Земли, то на молекулы газов, согласно, закона сэра Исаака Ньютона, действует сила тяжести, а, следовательно, никто не отменял действие силы Архимеда. Поэтому в закрытом объёме в гравитационном поле Земли газы располагаются, согласно, их плотностей. Кто будет утверждать, что при заполнении закрытого объёма порциями водорода и углекислого газа внутренний объём станет однородным? Но, газы, имеющие сходный молярный вес, например, азот и кислород, имеют и сходную кинетическую энергию молекул. Разделение по плотностям таких веществ возможно только при специальных условиях, понижение температуры до абсолютного нуля, но это уже область действия законов квантовой механики.
Каждый, хоть один раз в жизни, надувал шар, мяч или накачивал камеру, факт поднятия давления в закрытом объёме и есть воочию проявление действия закона о парциальном давлении Д. Дальтона.
В частности, можно с натяжкой утверждать, что в пустом улье действует закон Д. Дальтона, но вот беда, улей заселили пчёлами. Если соблюдать условия применения закона Д. Дальтона, то, сколько бы мы порций газа не добавляли в объём улья, давление от этого в улье не изменится, может меняться только газовый состав воздуха. С появлением в улье пчёл улей превращается в открытую термодинамическую систему, в которой закон о парциальном давлении газов Джона Дальтона не действует. Повторяю, в улье с пчёлами закон о парциальном давлении газов Джона Дальтона не действует!
Если бы в заселённом улье закон Д. Дальтона имел место, то он перечёркивал бы действие сразу трёх законов:
Закон Архимеда, который определяет величину выталкивающей или подъёмной силы, действующей на газы в зависимости от их плотности.
Закон Блеза Паскаля, который определяет величину давления на стенки и потолок улья в зависимости от высоты над поверхностью Земли.
Закон Леонарда Эйлера для статики газов, который определяет величину давления нагретого газа на стенки улья в зависимости от атмосферного и избыточного давления внутри улья.
В крайнем случае, если у кого-то из пчеловодов и возникнут сомнения по этому вопросу, то обратитесь к задачам в статической физике с применением распределения молекул и атомов по скоростям по Д. Максквеллу и распределения молекул и атомов в пространстве по С. Больцману.
Но это ещё не все законы, силы и давления, которые имеют место в улье, заселённом пчёлами. На основании химического закона М. В. Ломоносова и А. Лавуазье о сохранении массы, в результате химической реакции окисления мёда в организме пчёл продукты жизнедеятельности, метаболическая вода и углекислый газ, имеют больший объём, чем начальные продукты, кислород воздуха и мёд. То есть, в улье имеет место не только избыточное давление от теплового нагрева, но и избыточное давление от продуктов жизнедеятельности пчелиной семьи. Вот почему зимой от действия избыточного давления внутри дупла леток у диких пчёл не замерзает, а меняется только площадь его сечения.
И только теперь, после уяснения роли влияния углекислого газа на пчелу и распределения газовых химических веществ внутри улья можно рассматривать действие закона тепловой ловушки пчелиного роя. Рассмотрим его в следующем разделе.
10. ЗАКОН ТЕПЛОВОЙ ЛОВУШКИ ПЧЕЛИНОГО РОЯ
Окончание пчеловодческого сезона, на дворе осенняя пора, желтеет листва, ночные температуры стремятся к нулю, иногда случаются заморозки. Пчелиные семьи в ульях обработаны от клеща варроа, ужаты и обеспечены кормом, поставлены, как внутренние, так и наружные утепления. Каждый пчеловод для себя отметил готовность к зимовке, но где-то в подсознании затаился страх: “ А перезимуют?”. Страх рождённый неопределённостью, нет точных рекомендаций, советов и знаний, как зимуют пчелиные семьи. Учёные, на основании гипотез и эмпирического опыта, накопленного столетиями, предлагают рецепты, но в них нет уверенности, не всегда себя оправдывают. В результате пчеловод сам на сам оказывается перед выбором, по какому идти пути. Конечно, в данном случае большое значение имеет личный практический опыт, добытый за многолетний период путём проб и ошибок, или советы дяди Васи. Вот только вопрос: ” А хватит ли опыта на двоих с дядей Васей, ведь раз на раз не всегда приходится?”.
За многие лета учёные и пчеловоды хорошо усвоили, что пчелиный клуб начинает формироваться осенью при среднесуточной температуре ниже 14оС. В это время клуб рыхлый и не имеет устойчивой формы. С колебаниями суточной температуры относительно 14оС меняется и наличие клуба. При устойчивом похолодании, клуб окончательно сформирован и готов к зимовке. Все пчеловоды в течение зимы на себе замечали маниакальный синдром к погодным условиям, постоянный контроль температуры, осадков, направление ветра, завывание вьюги и каждый переживает: ”Как там они?”. Самые несдержанные или малоопытные пчеловоды непосредственно контролируют зимовку, прослушивают, постукивают, а то и залазят посмотреть. Ближе к весне ажиотаж у пчеловодов возрастает, начинаются подкормки, постановка дополнительных рамок и одно в голове: “ Только бы дожили”, но много и таких, которые уже считают убытки, минус один, минус два, минус три, минус полпасеки.
Приближается весна, солнышко поднимается всё выше и выше, прогревается воздух, столбики термометров поднимаются всё ближе и ближе к заветной отметке в 12оС. У каждого пчеловода, за окном в квартире или на точку в тени, имеется наружный термометр. Всякий раз, когда чистое небо и пригревает солнышко, возбуждённый пчеловод бежит к градуснику и контролирует. И наконец: “Вот, вот они заветные 12оС и солнышко!”. Пчёлы пошли на облёт и все пчеловоды: “Слава Господу! Перезимовали!”.
В пасмурную погоду, когда солнце закрыто тучами, и на термометре 12оС, пчёлы никогда не пойдут на облёт. То есть, солнце, нагревая улей, дополнительно повышает температуру внутри улья на два – три градуса. Следовательно, значение температуры 14оС для пчёл имеет магическое содержание, это граница формирования и распада клуба.
А почему так? Почему 14оС?
Ранее мы рассмотрели внешнюю температуру, влияющую на формирование и распад пчелиного клуба. С другой стороны, многочисленные исследования зимнего клуба учеными, утверждают интервал температур в клубе от 20 до 28оС, а со средины зимовки в пчелиных семьях с расплодом и до 36оС. Некоторые оппоненты могут вступить в дискуссию, приводя в пример результаты температуры также многих исследований с вариацией нижней границы пространства возле клуба от 6 до 20оС. Хочу заметить, все, абсолютно все исследования и замеры температур в зимнем клубе производились в гнёздах ульевых пчёл, подчёркиваю, ульевых пчёл. Как отмечалось мною ранее, улей представляет собой систему с нарушенной действительностью, в которой невозможно познать истину, а значит невозможно установить температурные закономерности, соответствующие природному порядку. Со всего вороха исследований и экспериментов по температуре в зимнем клубе, произведённых за последнее столетие, достойны внимания единицы, одним из которых являются эксперименты немецкого исследователя Гарольда Эша. Гарольд Эш, используя электрофизиологический метод с помощью усовершенствованных термоэлементов, проводил замеры всех частей тела пчелы, которые находились в разных точках пчелиной семьи и в клубе.
Г. Эш (1961) в одном из экспериментов установил, температура тела пчелы на поверхности клуба не опускается ниже 20оС.
В природном жилище пчёл, идеальном дупле, пчёлы клуба полностью контролируют площадь нижнего сечения. Следовательно, суммарная температура пчёл в нижней части клуба всегда поддерживается на уровне 20оС. Это не случайность, в процессе эволюции частая смена климатических условий заставила вид медоносных пчёл выработать механизм выживания при низких температурах. Этот механизм мы сейчас и рассматриваем.
Значения 14оС и 20оС не являются точными, у каждого из них есть своё поле допуска, поэтому для наглядности и простоты восприятия примем соответственно 14оС и 21оС. Найдём отношение температуры нижней части клуба к температуре внешней среды при формировании клуба. В результате мы получим число 1,5, запомним эту цифру.
Чтобы наглядно понять процесс, происходящий в гнезде пчёл, перенесёмся в Китай (КНР). В этой стране любят запускать летящие фонарики. Светящийся фонарик на фоне тёмного неба весьма красивое зрелище.
Первоначально, расправив конструкцию фонарика, если его отпустить, то он просто упадёт. Но, когда снизу зажечь свечу и устройство немного подержать, фонарик начнёт подниматься вверх. В безветренную погоду, светящиеся огоньки парят на весьма почтенной высоте.
Свеча затухает и если в это время понаблюдать за полётом, то фонарик продолжает подниматься, затем останавливает подъём, висит некоторое время, а далее медленно с нарастающей скоростью идёт на снижение.
Уважаемый читатель, чтобы понять какие природные процессы происходят в пчелином гнезде, крайне необходимо обратиться к элементарной прикладной физике, поэтому наберитесь терпения.
Какие законы описывают полёт фонарика? Обратимся к школьному курсу физики и вспомним закон Архимеда:
На всякое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила Архимеда равная произведению ускорения свободного падения на плотность жидкости или газа и на объём тела.
Fa = g pв Vф,
Fа – сила Архимеда,
g – ускорение силы тяжести,
рв – плотность окружающего фонарик воздуха,
Vф – внутренний объём фонарика.
Примем во внимание, что продуктами горения свечи есть газообразные вещества с высокой степенью нагрева. Среди продуктов горения, наибольшим по количеству и самым тяжёлым по молярному весу (44) есть диоксид углерода. При чём, более нагретые порции газа станут заполнять верхний объём фонарика, выдавливая остывшие порции через нижнее отверстие.
С другой стороны, из второго закона сера Иссака Ньютона на фонарик действует сила тяжести:
Fт = g m = g pсо2 Vф,
где Fт – сила тяжести,
g – ускорение силы тяжести,
m – масса тела,
рсо2 – плотность диоксида углерода,
Vф – внутренний объём фонарика.
Разность между силой Архимеда и силой тяжести будет подъёмная сила нагретого газа СО2.
Fп = Fa – Fт = g pв Vф – g pсо2 Vф = ( pв – рсо2) g Vф.
Рассмотрим ситуацию, когда подъём фонарика остановился, и он завис. Следовательно, в этот момент подъёмная сила равна нулю, а значит, плотность воздуха сравнялась с плотностью углекислого газа.
рв – рсо2 = 0 или рсо2/рв = 1.
Эта формула описывает граничное условие подъёма фонарика.
При этом на плоскости среза нижнего отверстия фонарика установилось кратковременное равновесие плотностей диоксида углерода и воздуха. При дальнейшем остывании диоксида углерода, газ начнёт вытекать из отверстия фонарика, как более тяжёлый, а воздух станет заполнять образовавшуюся зону разряжения. Изменению газового состояния внутри фонарика будет соответствовать медленное опускание, по нарастающей вниз, самого фонарика. Когда воздух полностью заполнит внутренний объём, фонарик начнёт падать с ускорением свободного падения (за вычетом силы сопротивления и влияния ветровой нагрузки).
В формуле граничного условия при равенстве плотностей диоксида углерода и воздуха найдём зависимость их температур. Обратимся к молекулярно-кинетической теории газов и, используя формулу Менделеева – Клапейрона для идеального газа, распишем плотности диоксида углерода и воздуха.
P V = m R T/ М , m = p V, следовательно, р = М Р/ R T.
рв = Мв Р/ R Tв, рсо2 = Мсо2 Р/ R Tсо2,
где рв – плотность воздуха в граничной зоне,
Мв – молярная масса воздуха 29
Р – давление в граничной зоне,
R – универсальная газовая постоянная,
Тв – температура воздуха на границе соприкосновения,
рсо2 – плотность диоксида углерода в граничной зоне,
Мсо2 – молярная масса диоксида углерода 44,
Тсо2 – температура диоксида углерода на границе соприкосновения.
Подставим в формулу граничного условия полученные значения плотностей воздуха и диоксида углерода, имеем:
Tсо2 / Тв = Мсо2 / Мв = 44 / 29 = 1,51!
Выходит, для того чтобы диоксид углерода стал легче воздуха его необходимо нагреть до температуры более чем в полтора раза превышающей температуру окружающей среды.
Но, “ вернёмся к нашим баранам”, а не то ли это число 1,5, которое нам необходимо было запомнить?
По данным Г. Эша (1961) температура тела пчелы (груди) в активном состоянии выше температуры зоны её нахождения на 8-12оС. Тогда, если рассматривать значение верхнего интервала температур в клубе (28оС), когда пчёлы в активном состоянии, каждая пчела выдыхает воздух с температурой 37оС. Выдохнутый тёплый воздух и тёплый воздух от разогретого тела пчёл поднимаются вверх и заполняют все пустоты, находящиеся над пчелиным клубом, а также окунают в эту теплоту и сам клуб. Таким образом, создаётся тепловая ловушка пчелиного роя.
Пчёлы выдыхают воздух с большим содержанием диоксида углерода и парами метаболической воды. По справочной литературе, сильная семья за сутки при съедании 60 грамм мёда выделяет 40 литров СО2 и 40 грамм Н2О. При стабильной температуре воздуха, в объёме тепловой ловушки, концентрация составляющих воздуха распределена по всему объёму, но с понижением температуры градиент концентрации молекул СО2 увеличивается к нижней границе тепловой ловушки. Следовательно, в нижней части зимнего пчелиного клуба на нижней границе тепловой ловушки соприкасаются молекулы диоксида углерода (сверху) и свежего воздуха (снизу).
Как мы уже установили, условием равновесного существования двух газовых сред, нагретого диоксида углерода и воздуха, является уравнение
рсо2 / рв = 1,
тогда условием циклического существования в тепловой ловушке пчелиного роя пояса диоксида углерода станет неравенство
рсо2 / рв ≤ 1.
Плотность газа является функцией от температуры, следовательно, гарантом, выполнения условия циклического существования пояса диоксида углерода, в пчелином гнезде, есть температурное неравенство:
Т со2 ≥ 1,5 Тв.
Таким образом, в дупле и при правильной сборке пчелиного гнезда в улье, падение температуры наружного воздух ниже 14оС приводит к образованию, в нижней части тепловой ловушки, циклически устойчивого воздушного пояса с повышенной концентрацией диоксида углерода. Я написал “устойчивого”, потому что условия для выполнения неравенств, с плотностями и температурами, всегда были в гнезде и ранее, но имели неустойчивый кратковременный характер, и воздушный пояс диоксида углерода находился выше зоны расплода, но об этом далее.
Окунание пчёл в воздух с повышенной концентрацией диоксида углерода и низким содержанием атмосферного кислорода, как уже рассматривалось, затормаживает активность пчёл на клеточном уровне и пчелиная семья, снижая энергетические затраты, собирается в клуб.
Группа украинских исследователей под руководством В. А. Гайдара (1993), при непрерывном наблюдении за пчелиными семьями в зимний период, установила циклический характер кратковременной активности пчёл. Активность пчёл наблюдалась в разных ульях с интервалом от 10 до 19 часов.
Этот факт подтверждает циклический характер существования в тепловой ловушке воздушного пояса диоксида углерода. Временные различия, отличие интервальной активности пчёл в разных ульях, указывают на разные условия, созданные пчеловодом для зимовки каждой из семей. Чем длиннее временной интервал покоя пчелиной семьи, тем лучше условия зимовки.
Как функционирует цикл воздушного пояса диоксида углерода в тепловой ловушке? Каждый цикл делится на две фазы, активная и пассивная. Активная фаза проходит в воздушной среде при воздействии на пчёл атмосферного кислорода. В активной фазе все пчёлы семьи нарабатывают тепло для заполнения объёма тепловой ловушки, естественным путём происходит заполнение объёма гнезда воздухом с повышенным содержанием углекислого газа. В конце активной фазы клуб пчёл, погружённый в воздух с повышенной концентрацией диоксида углерода, прекращает выработку тепла и переходит в состояние пассивного покоя.
Выработка тепла пчёлами клуба в активной фазе имеет две составляющих, с одной стороны это непосредственно тепло от дыхательного процесса, а с другой, согласно, исследованиям Г. Эша (1961), выделение тепла телом пчелы от работы грудных летальных мышц непрямого действия. В пассивной фазе, как более длительной, пчёлы находятся в состоянии покоя, периоде постоянного ожидания. Постоянное ожидание потому, что любой стук, любое изменение внешних условий в окружении пчелы активизирует её деятельность, иначе не выживешь, плоды эволюции. За время интервала пассивной фазы (от 0 до нескольких десятков часов, всё зависит от тепловых потерь жилища пчёл) молекулы СО2 теряют свою кинетическую энергию и воздушный пояс диоксида углерода, снизив температуру, по периферии гнезда вытекает в подклубное пространство, а в образовавшийся разрежённый объём через центр гнезда из подклубного пространства устремляется воздух с атмосферным кислородом. Здесь также следует отметить, что вместе с вытеканием воздушного пояса с СО2 вытечет и вся газовая составляющая тепловой ловушки вместе с остывшими парами метаболической воды, это окончание цикла.