Кліматичні чинники зовнішнього середовища

Лекція 3. Екологія і її прогнози майбутнього.

ЕКОЛОГІЯ І ЇЇ ПРОГНОЗИ МАЙБУТНЬОГО

ТЕМА 3.

ЛЕКЦІЯ

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ «ЕКОЛОГІЯ»

НАВЧАЛЬНИЙ ПОРТАЛ «ГОТУЄМОСЯ ДО ЗАНЯТЬ»

План лекції:

1. Кліматичні чинники зовнішнього середовища.

2. Чинники водного середовища.

3. Едафічні (грунтові) чинники.

Абіотичні чинники, тобто властивості неживої природи, які прямо або побічно впливають на живі організми, підрозділяється на эдафические (грунтові), кліматичні, топографічні і інші фізичні чинники, у тому числі дію хвиль, морських течій і вогню.

Температура є найважливішим кліматичним чинником. Від неї залежить інтенсивність обміну речовин організмів і їх географічне розповсюдження.

Будь-який організм здатний жити в межах певного діапазону температур. І хоча для різних видів організмів ці інтервали різні (эвритермные і стенотермные організми), для більшості з них зона оптимальних температур, при яких життєві функції здійснюються найбільш ефективно, порівняно невелика. Діапазон температур, в яких може існувати життя, складає приблизно 300°С - від -200°С до +100°С. Але більшість видів і велика частина активності приурочена до ще більш вузького діапазону температур. Нижня межа витривалості по відношенню до температури лімітується точкою замерзання внутріклітинної рідини, досягши якої клітка звичайно фізично ушкоджується і гине в результаті утворення кристалів льоду. Верхня межа накладає процес денатурації ферментів. Певні організми, особливо у стадії спокою можуть існувати, принаймні, якийсь час, при дуже низьких температурах, окремі види мікроорганізмів, головним чином, бактерії і водорості здатні жити і розмножуватися при температурах, близьких до точки кипіння. Верхня межа для бактерій гарячих джерел складає 88°С, для синьо-зелених водоростей - 80°С, а для найстійкіших риб і комах - біля 50°С. Між цими крайніми крапками швидкість реакцій, контрольованих ферментами, а значить і інтенсивність метаболізму подвоюються з підвищенням температури на кожні 10°. Тому, не дивлячись на те, що, верхні граничні значення чинника часто виявляються більш критичними, ніж нижні, багато організмів поблизу верхніх меж діапазону толерантності функціонують більш ефективно.

З погляду дії на живі організми украй важлива мінливість температури. Життєдіяльність організмів, які в природі звичайно піддаються дії змінних температур, пригнічується повністю або частково або сповільнюється під дією постійної температури.

Більшість організмів здатний в тому або іншому ступені контролювати температуру свого тіла у відповідь за допомогою різних реакцій і адаптацій, які можуть пом'якшувати дію екстремальних умов і раптових змін середовища. У водному середовищі через високу теплоємність води не відбувається різких змін температури, так що в цьому відношенні умови тут більш стабільні, ніж на суші і діапазон толерантності до температури у водних організмів звичайно більш вузький в порівнянні з наземними тваринами.

Температура, як втім і інтенсивність світла, великою мірою залежить від географічної широти, сезону, часу доби і експозиції схилу. Проте зустрічаються і узколокальные відмінності в температурі; це особливо торкається мікромісцепроживань, що володіють власним мікрокліматом. Рослинність теж робить деякий вплив на температуру. Наприклад, інша температура буває під запоною лісу або у меншій мірі усередині окремих груп рослин, а також під листям окремої рослини.

Таким чином, температура є важливим і часто лімітуючим чинником. Температурні ритми в значній мірі контролюють сезонну і добову активність рослин і тварин. Температура часто створює зональну і стратификацию у водних і наземних місцепроживаннях.

Випромінювання: світло є електромагнітними хвилями різної довжини. Світло необхідне для життя, оскільки це джерело енергії для фотосинтезу, проте є і інші аспекти його дії на живі організми. Розглядаючи ці аспекти, необхідно пам'ятати, що інтенсивність світла, його якість (довжина хвилі, або колір) і тривалість освітлення (фотоперіод) можуть робити різний вплив.

Земна атмосфера, включаючи озоновий шар, селективно, тобто вибірково по частотних діапазонах, поглинає енергію електромагнітного випромінювання Сонця і до поверхні Землі доходить в основному випромінювання з довжиною хвилі від 300 до 10000 нм. Більш длинно- і короткохвильове випромінювання поглинається атмосферою. Із збільшенням зенітної відстані Сонця зростає відносний зміст інфрачервоного випромінювання (від 50 до 72%).

Спектр електромагнітного випромінювання Сонця вельми широкий і його частотні діапазони різним чином впливають на живу речовину. Не відомо, чи мають екологічне значення довгі радіохвилі, хоча на думку деяких дослідників, ці хвилі мають певне значення для перелітних птахів і інших організмів. Роль ультрафіолетового (з довжинами хвиль менше 390 нм), видимого (діапазон хвиль від 390до 760 нм) і інфрачервоного (з довжинами хвиль більше 760 нм) випромінювання частково була розглянута в розділі “Енергія в екосистемах”.

Інтенсивність фотосинтезу дещо варіює із зміною довжини хвилі світла. В наземних екосистемах якісні характеристики сонячного світла не настільки мінливі, щоб це сильно впливало на інтенсивність фотосинтезу, але при проходженні світла через воду червона і синя частини спектру фільтруються і зеленувате світло, що виходить, слабо поглинається хлорофілом. Проте червоні водорості мають додаткові пігменти (фикоэритрины), що дозволяють їм використовувати цю енергію і жити на більшій глибині, ніж змогли б зелені водорості.

На інтенсивність світла впливає кут падіння сонячного проміння на земну поверхню; вона змінюється залежно від широти, сезону, часу дня і експозиції схилу. Інтенсивність світла, падаючого на автотрофный ярус, управляє всією екосистемою, впливаючи на первинну продуктивність. І у наземних, і у водних рослин фотосинтез пов'язаний з інтенсивністю світла лінійною залежністю до оптимального рівня світлового насичення, за яким у багатьох випадках слідує зниження інтенсивності фотосинтезу при високих интенсивностях прямого сонячного світла. Придушення фотосинтезу пояснюється фотоокисленням ферментів, що ослабляє синтез, головним чином, синтез білка і збільшує частку вуглеводів в продукті; а активне дихання веде до витрачання продукту фотосинтезу. У деяких рослин, наприклад, у евкаліпта, фотосинтез не ингибируется прямим сонячним світлом. В даному випадку відбувається компенсація чинників, оскільки окремі рослини і цілі співтовариства пристосовуються до різних интенсивностям світла, стаючи адаптованими до тіні (диатомовые, фітопланктон) або адаптованими до прямого сонячного світла (хлібні злаки).

Тривалість світлового дня (фотоперіод), відносно постійна на екваторі (близько 12 ч), в більш високих широтах змінюється залежно від пори року. Для рослин і тваринних таких широт характерна реакція на фотоперіод, яка синхронізує їх активність з порами року. Фотоперіод виступає своєрідним “реле часу” або пусковим механізмом, що включає послідовність фізіологічних процесів, що приводять до зростання, цвітіння багатьох рослин, линьке і накопиченню жиру, міграції і розмноженню у птахів і ссавців і до настання диапаузы у комах.

Необхідність світла для рослин істотно впливає на структуру співтовариств. Розповсюдження водних рослин обмежено поверхневими шарами води. В наземних екосистемах в процесі конкуренції за світло у рослин виробилися певні стратегії, наприклад, швидке зростання у висоту, використовування інших рослин як опора (у ліан), збільшення поверхні листя. В лісах це приводить до ярусної структури співтовариства.

Вода фізіологічно необхідна для будь-якої протоплазми. З екологічної точки зору вона служить лімітуючим чинником як в наземних місцепроживаннях, так і у водних, де її кількість схильна сильним коливанням, або там, де висока солоність сприяє втраті води організмом через осмос. Всі живі організми, залежно від потреби їх у воді, а отже, і по відмінностях місцепроживань, підрозділяються на ряд екологічних груп: водні або гидрофильные, постійно що живуть у воді; гигрофильные, що живуть в дуже вологих місцепроживаннях; мезофильные, відмінні помірною потребою у воді, і ксерофильные, що живуть в сухих місцепроживаннях. Кількість опадів і вогкість - основні величини, що виміряються при вивченні цього чинника.

Кількість опадів залежить в основному від шляхів і характеру великих переміщень повітряних мас. Наприклад, вітри, що ддмуть з океану, залишають велику частину вологи на звернених до океану схилах, внаслідок чого за горами залишається “дощова тінь”, сприяюча формуванню пустелі. Рухаючись углиб суші, повітря акумулює деяку кількість вологи, і кількість опадів знову збільшується. Пустелі, як правило, розташовані за високими гірськими хребтами або уздовж тих берегів, де вітри ддмуть з обширних внутрішніх сухих районів, а не з океану, наприклад, пустеля Наміб в Південно-західній Африці. Розподіл опадів по порах року - украй важливий лімітуючий чинник для організмів. Умови, що створюються в результаті рівномірного розподілу опадів, абсолютно інші, ніж при випаданні опадів протягом одного сезону. В цьому випадку тваринним і рослинам доводиться переносити періоди тривалої засухи. Як правило, нерівномірний розподіл опадів по порах року зустрічається в тропіках і субтропіках, де нерідко добре виражені вологий і сухий сезони. В тропічному поясі сезонний ритм вогкості регулює сезонну активність організмів аналогічно сезонному ритму тепла і світла в умовах помірного пояса. В помірному кліматі осідання звичайно розподілені по сезонах більш рівномірно (хоча існує багато виключень). В таблиці 4 приблизно вказані типи климаксных биотических співтовариств, які можна чекати при різній річній кількості опадів, рівномірно розподіленому по порах року, в помірних широтах.

Таблиця 4 Типи биотических співтовариств помірного пояса залежно від річної кількості опадів

Насправді тип біоти визначається не однією кількістю опадів, але рівновагою між осіданнями і потенційними эвапотранспирацией.

Вогкість - параметр, що характеризує зміст водяної пари в повітрі. Абсолютною вогкістю називають кількість водяної пари в повітрі, виражене через масу води на одиницю маси повітря. У зв'язку із залежністю кількості пари, утримуваної повітрям, від температури і тиску, введено поняття відносної вогкості, тобто відношення що міститься в повітрі пари до насищаючої пари при даних температурі і тиску. Оскільки в природі існує добовий ритм вогкості - підвищення вночі і зниження вдень, а також її коливання по вертикалі і горизонталі, цей чинник разом з світлом і температурою грає важливу роль в регулюванні активності організмів. Вогкість змінює ефекти висоти температури. Наприклад, за умов вогкості близьких до критичних, температура робить більш важливий лімітуючий вплив. Аналогічно, вогкість грає більш критичну роль, якщо температура близька до граничних значень. Крупні водоймища значно пом'якшують клімат суші, оскільки для води характерна велика прихована теплота паротворення і танення. Фактично існують два основні типи клімату: континентальний з крайніми значеннями температури і вогкості, і морський, якому властиві менш різкі коливання, що пояснюється пом'якшувальним впливом крупних водоймищ.

Доступний запас поверхневої води залежить від кількості опадів в даному районі, але ці величини не завжди співпадають. Так, користуючись підземними джерелами, куди вода поступає з інших районів, тварини і рослини можуть одержувати більше води, ніж її поступає з осіданнями. І навпаки, дощова вода іноді зразу ж стає неприступною для організмів.

Газовий склад атмосфери також є важливим кліматичним чинником. Приблизно 3 -3,5 млрд. років тому атмосфера містила азот, аміак, водень, Метан і водяну пару, а вільний кисень в ній був відсутній. Склад атмосфери в значній мірі визначався вулканічними газами. Через відсутність кисню не існувало озонового екрану, що затримує ультрафіолетове випромінювання Сонця. З часом за рахунок биотических і абиотических процесів в атмосфері планети став нагромаджуватися кисень; почалося формування озонового шару. Приблизно в середині палеозою споживання кисню порівнялося з його освітою, в цей період вміст О2 в атмосфері був близький до сучасного - близько 20%. Далі, з середини девона, спостерігаються коливання в змісті кисню. В кінці палеозою відбулося помітне, приблизно до 5% сучасного рівня, зниження змісту кисню і підвищення змісту вуглекислого газу, що супроводилося змінами клімату і, мабуть, що послужило поштовхом до рясного “автотрофному цвітіння”, що створило запаси викопного вуглеводневого палива. Потім послідувало поступове повернення до атмосфери з низьким змістом вуглекислого газу і високим - кисню, після чого відношення О2/СО2 залишається в стані так званої коливальної стаціонарної рівноваги.

Хімічний склад сучасної атмосфери представлений в таблиці 5.

Таблиця 5 Концентрація і загальна кількість газів в атмосфері

З таблиці виходить, що атмосфера складається в основному з азоту, кисню і щодо меншої кількості аргону і вуглекислого газу. Вся решта є в атмосфері газів міститься лише в кількостях слідів. Особливе значення для біоти має відносний зміст кисню і вуглекислого газу. Ці біогенні гази надають регулюючу дію на процес фотосинтезу і є лімітуючими для багатьох вищих рослин. У багатьох рослин вдається підвищити ефективність фотосинтезу, підвищивши концентрацію вуглекислого газу; зниження концентрації кисню також інтенсифікує цей процес. В дослідах на рослинах бобів і багатьох інших експериментально доведено, що пониження змісту кисню в повітрі до 5% підвищує інтенсивність фотосинтезу на 50%. Украй важливу роль грає також азот. Це найважливіший біогенний елемент, що бере участь в утворенні білкових структур організмів.

Велике значення мають також фізичні властивості атмосфери: повітря чинить лише незначний опір руху і не може служити опорою для наземних організмів, і це безпосередньо позначилося на їх будові. В той же час деякі групи тварин сталі використовувати політ як спосіб пересування. В атмосфері, так само як в океані, постійно відбувається циркуляція, енергію для якої поставляє Сонце. Великомасштабним результатом циркуляції повітряних мас є перерозподіл водяної пари, оскільки атмосфера захоплює їх в одному місці (де вода випаровується), переносить і віддає у іншому місці (де випадають осідання), вирівнювання температури, перерозподіл інших газів, що поступають в атмосферу, у тому числі забруднюючих, з подальшим вимиванням їх з атмосфери з осіданнями.

Вітер надає лімітуючу дію на активність і навіть розповсюдження організмів. Вітер здатний навіть змінювати зовнішній вигляд рослин, особливо в тих місцепроживаннях, наприклад в альпійських зонах, де лімітуючу дію надають інші чинники. У відкритих гірських місцепроживаннях вітер лімітує зростання рослин, приводить до викривлення рослин з навітряного боку. Крім того, вітер усилює эвапотранспирацию в умовах низької вогкості.

Велике значення мають бурі, хоча їх дія суто локально. Урагани, та і звичайні вітри, здатні переносити тварин і рослини на великі відстані і тим самим змінювати склад співтовариств.

Барометричний тиск, мабуть, не є лімітуючим чинником безпосередньої дії, проте воно має пряме відношення до погоди і клімату, які надають безпосередню лімітуючу дію.

Дата добавления: 2014-01-07