Абиотические факторы наземной среды

Со́лнечная радиа́ция (солнечное излучение) – это электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца.

Количество солнечного излучения, поступающего к верхней границе атмосферы Земли, практически постоянно и оценивается значением 8,3 Дж/(см² ∙ мин.) и называется солнечной постоянной. Поступление энергии солнечного излучения к поверхности самой Земли существенно колеблется, в зависимости от ряда условий: высота солнца над горизонтом, широты, состояния атмосферы и т.д.

42 % всей падающей радиации отражается атмосферой в космическое пространство, 15 % поглощается толщей атмосферы и идет на ее нагревание и только 43 % достигает земной поверхности. Эта доля радиации состоит из прямой и рассеянной (диффузной) радиации (16 %). Общую сумму прямой и рассеянной радиации называют суммарной радиацией.

Общий приход теплоты зависит от суммы прямого и рассеянного излучения, который увеличивается от полюсов к экватору: полярные широты – 46∙10⁵Дж/год; тропические широты – (116…120)∙10⁵Дж/год.

Лучистая энергия Солнца обеспечивает все жизненные процессы на Земле. Для организмов она служит первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь. С другой стороны, прямое воздействие света на протоплазму смертельно для организма.

Основные свойства лучевой энергии Солнца как экологического фактора определяются длиной волн. Волны, которые проходят атмосферу и достигают Земли, измеряются в пределах от 0,3 до 10 мкм.

По характеру действия на живые организмы спектр солнечной радиации разделяют на три части: ультрафиолетовое излучение (длина волны менее 400 нм) – около 7%, видимый свет с длиной волны 400 – 750 нм – около 48 % и инфракрасное излучение (длина волны от 750 нм до 10^-3 м) – около 45%.

С областью видимой радиации, воспринимаемой человеческим глазом, почти совпадает ФР – физиологическая радиация (длина волны 300 – 800 нм), в пределах которой выделяют ФАР – область фотосинтетически активной радиации (380 – 710 нм).

Наибольшее влияние на организм оказывает видимый свет с длиной волны 0,38 – 0,75 мкм. Видимый свет неблагоприятно влияет на живые клетки и их функции в целом: изменяет вязкость протоплазмы, величину электрического заряда цитоплазмы, нарушает проницаемость мембран и меняет движение цитоплазмы. Свет влияет на состояние коллоидов белков и протекания энергетических процессов в клетках. Но, несмотря на это, видимый свет одним из важнейших источников энергии для всего живого.

Энергия видимого света используется в процессе фотосинтеза и накапливается в виде химических связей в продуктах фотосинтеза, а затем передается как еда всем другим живым организмам.

Коротковолновые ультрафиолетовые лучи UVC (100 – 280 нм) почти полностью и 90 % UVB (280 – 315 нм) поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA (315 – 380 нм) достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле – UVB. Длина их волн лежит в пределах 0,3 – 0,4 мкм.

Коротковолновые лучи могут вызвать изменения наследственного материала – мутации. Для защиты от ультрафиолетовых лучей в покровных тканях у многих организмов производится дополнительное количество черного пигмента – меланина, который защищает от проникновения нежелательных лучей.

В небольших дозах ультрафиолетовые лучи необходимы животным и человеку. Под их воздействием в организме образуется витамин D.

Инфракрасные лучи повышают температуру тканей растений и животных, хорошо поглощаются объектами неживой природы, в том числе водой.

Освещенность земной поверхности связана с лучистой энергией Солнца и определяется продолжительностью и интенсивностью светового потока, географическими факторами, характером рельефа, состоянием атмосферы и т. д.

С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение у животных, прочие процессы.

Каждое местообитание характеризуется определенным световым режимом, соотношением интенсивности (силы), количества и качества света.

Вследствие вращения Земли происходит периодическое чередование темного и светлого времени суток, изменение продолжительности светового дня. Данный фактор имеет правильную периодичность. У растений и животных в процессе эволюции выработались физиологические, морфологические и поведенческие адаптации к динамике освещенности. У всех животных, включая человека, существуют циркадные (суточные) ритмы активности.

Требования организмов к определенной продолжительности темного и светлого времени носят название фотопериодизма. Особенно большое значение имеют сезонные колебания освещенности.

Энергия солнечного излучения не только поглощается поверхностью Земли, но и отражается ею в виде потока длинноволнового излучения.

Для определения светового режима необходимо учитывать и количество отражаемого света. Более светло окрашенные поверхности отражают свет более интенсивно, чем темные.

Отношение отражаемого поверхностью потока солнечного излучения к поступившему называется альбедо.

Альбедо = (Ф_отр/Ф_пост)∙100 %.

Влажность воздуха – это содержание в воздухе водяного пара. Больше всего влаги в нижних слоях атмосферы до высоты 1,5…2 км, где концентрируется 50 % всей влаги.

Колебания влажности воздуха наряду со светом и температурой регулируют активность организмов. Влажность как экологический фактор важна и тем, что изменяет реакцию организма на температурные колебания.

Осадки тесно связаны с влажностью воздуха и представляют собой результат конденсации водяных паров. В случае конденсации в приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги – иней. Конденсация и кристаллизация паров воды в более высоких слоях атмосферы образует облака различной структуры и является причиной атмосферных осадков.

Атмосферные осадки – это вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая на земную поверхность из облаков или непосредственно из воздуха в случае сгущения водяного пара. Из облаков может выпадать дождь, снег, морось, ледяной дождь, снежные зёрна, ледяная крупа, град. Количество выпавших осадков измеряется толщиной слоя выпавших осадков в миллиметрах.

Осадки – важное звено в круговороте воды на земле, причём в разных широтах количество осадков резко колеблется. Выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) зоны земного шара.

Атмосферные осадки – важный фактор, определяющий перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. Присутствие водяных паров (тумана) в воздухе при одновременном поступлении в него вредных веществ, (например диоксида серы), приводит к образованию токсичного тумана. Загрязняющие вещества могут вымываться из атмосферы и выпадать на поверхность суши и океана в виде кислотных дождей. Твердыё примеси в атмосфере могут служить ядрами конденсации влаги, вызывая разные формы осадков.

Движение воздушных масс (ветер). Причинами возникновения движения воздушных масс (ветра) являются неравномерный нагрев разных участков земной поверхности, вызывающий перепады давления, а также вращение Земли (в глобальном масштабе). Ветровой поток направлен в сторону более прогретого воздуха (меньшего давления).

В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на все метеорологические факторы окружающей среды, включая режимы температуры, влажности, испарения с поверхности суши и моря.

Ветер ускоряет транспирацию, что особенно ухудшает условия существования при низкой влажности. Кроме того, он косвенно влияет на все живые организмы суши, участвуя в процессах выветривания и эрозии.

Ветер – важнейший фактор распространения на большие расстояния влаги, семян, спор, химических примесей и т.п.

Ветровые потоки – важнейший фактор переноса, рассеивания и выпадения загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от различных предприятий. Штиль в сочетании с инверсией температуры воздуха (инверсия – аномальное повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы) рассматривается как неблагоприятныеметеорологическиеусловия (НМУ). НМУ способствуют сильному длительному загрязнению воздуха.

Давление.

Нормальным атмосферным давлением считается абсолютное давление на уровне поверхности Мирового океана 101,3 кПа (101325 Па).

В атмосферном воздухе давление меняется посезонно, в зависимости от состояния погоды и высоты над уровнем моря. По мере увеличения высоты относительно уровня океана давление уменьшается, снижается парциальное давление кислорода, усиливается транспирация у растений.

Давление в водной среде растет примерно на 1 атм. на каждые 10 м.

Для многих организмов есть свои пределы изменения давления, к которым они приспособились.

Живые организмы суши и водной среды четко реагируют на изменения давления.

Периодически в атмосфере образуются области пониженного давления с мощными воздушными потоками, перемещающимися по спирали к центру, которые называются циклонами. Циклоны связаны с неустойчивой погодой и большим количеством осадков. Противоположные природные явления называются антициклонами. Они характеризуются устойчивой погодой, слабыми ветрами и в ряде случаев температурной инверсией. При антициклонах возможны неблагоприятные метеорологические условия (НМУ), способствующие накоплению в приземном слое атмосферы загрязняющих веществ.

Орографические (геоморфологические) факторы, или факторы рельефа, – это влияние характера и специфики рельефа на жизнь организмов.

Основной фактор – высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние температуры, увеличивается суточный перепад температур, возрастает количество осадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижается давление. В результате в горной местности по мере подъёма наблюдается вертикальная зональность распределения растительности, соответствующая последовательности смены широтных зон от экватора к полюсам.

Горные цепи могут служить климатическими барьерами.

Горы могут играть роль изолирующего фактора в процессе видообразования, так как служат барьером для миграции организмов.

Экспозиция (освещённость склона) – положения местности по отношению к сторонам света.

Крутизна склона – угол наклона местности к горизонту влияет на дренаж. Крутизна склона и особенности его поверхности могут сказываться на развитии корневых систем растений, их внешнем строении.

Рельеф местности является одним из важнейших факторов, от которых зависит перенос, рассеивание и накопление вредных примесей в атмосферном воздухе.

Температура. Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает температура на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение.

Понижение температуры ниже точки замерзания в клетке ведет к физическому расстройству самой структуры клетки и ее гибели.

Живой организм способен регулировать температуру в определенных пределах, но резкие перепады температурного режима могут привести к нарушению функционирования организма, а иногда даже к гибели.

Газовый состав атмосферы. Состав ее практически постоянен и включает: N₂ – 78%, О₂ – 20,9%, СО, аргон и другие газы, частицы воды, пыль.

Ионизирующие излучения. Как экологический фактор ионизирующие излучения представляют собой потоки частиц и электромагнитных квантов, прохождение которых через живую клетку и организм в целом приводит к ионизации и возбуждению составляющих их атомов или молекул. Источниками ионизирующих излучений служат космос, радиоактивные вещества, содержащиеся в горных породах, а также в биосфере, куда они могут попадать и вследствие антропогенной деятельности.

Различают три вида ионизирующего излучения: альфа-, бета- и гамма-излучения.

Космическое и ионизирующее излучение природных радиоактивных веществ горных пород, почвы и воды образует фоновое излучение, к которому адаптирована органическая жизнь на Земле.

Интенсивность ионизирующего излучения в окружающей среде значительно повысилась в результате попыток человека использовать атомную энергию.

Дата добавления: 2014-01-04