Общая и прикладная экология - Александр Челноков

2.4.1. Абиотические факторы

Абиотические факторы среды – это такие силы и явления природы, происхождение которых прямо не связано с жизнедеятельностью ныне живущих организмов.

Абиотические факторы в значительной мере определяют свойства и качество биосферы. В своем взаимодействии со средой все организмы должны поддерживать известное равновесие, или гомеостаз.

Потребность того или иного вида, например в тепловой или лучистой энергии, расходуемой на процессы жизнедеятельности, должна находиться в строгом соответствии с наличием данного ресурса в данном месте в данное время и поступлением его извне или образованием внутри организма. Нарушение баланса между поступлением и расходованием необходимого ресурса неизбежно ведет к летальным последствиям для организма.

Абиотические факторы действуют на организм разными путями. В самом простом случае имеет место простое влияние: без прямого воздействия солнечного света в зеленом растении прекращается фотосинтез, солнечные лучи действуют на лежащую на камне ящерицу, и ее тело нагревается и т. д. Чаще абиотические факторы влияют на организмы опосредованно или косвенно, причем порой через многие промежуточные звенья. Например, длительное сочетание высокой температуры воздуха с его низкой влажностью и отсутствием осадков приводит к засухе, что не раз наблюдалось практически во всех широтах планеты. В результате засухи на обширных пространствах выгорает травянистая растительность, гибнут деревья и кустарники. Травоядные животные либо погибают, либо вынуждены мигрировать на значительные расстояния. Это, в свою очередь, сказывается на состоянии популяций хищников и трупоедов, их поведении и образе жизни.

Результаты влияния абиотических факторов могут сильно различаться в зависимости от того, как они действуют – раздельно или в совокупности. Например, зимой даже не очень сильный мороз при высокой влажности воздуха и наличии ветра становится весьма ощутимым, а во многих случаях опасным, так как такое сочетание климатических факторов ведет за собой повышенное излучение теплоты с поверхности тела и может привести к значительному переохлаждению организма вплоть до его гибели. Даже летом во время дождя мелкие хищные животные с интенсивным обменом веществ после полного намокания шерсти нередко погибают от переохлаждения.

Основными абиотическими факторами принято считать:

• химические (химический состав атмосферы, воды, почвы, донных отложений, засоление почвы, кислотность почвы и др.);

• физические, или климатические (свет, температура, влажность, осадки и др.);

• эдафические (факторы почвы: механическая структура и химический состав, влагоемкость, уровень грунтовых вод, воздушный и тепловой режим, газовый состав, влажность, кислотность и др.);

• орографические (рельеф местности, экспозиция склона, высота над уровнем моря и др.);

• гидрографические (факторы воды: прозрачность, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и др.);

• атмосферные (факторы атмосферы: газовый состав, влажность, ингредиенты загрязнения и др.);

• пирогенные (воздействие огня).

2.4.1.1. Климатические (физические) факторы

Климат является результатом физических климатообразующих процессов, непрерывно протекающих в атмосфере и в деятельном слое жизни (приток, преобразование, отдача и перенос тепловой, кинетической и других форм энергии; испарение, конденсация, перенос влаги и т. п.).

На климат влияют, прежде всего, такие естественные основные факторы, как географическая широта, высота над уровнем моря, распределение суши и воды, горы, морские течения, общая циркуляция атмосферы, местные ветры, циклоны. Дополнительными факторами, влияющими на климат, могут быть местный рельеф суши, характер обработки и использования селитебной территории человеком, наличие и характер растительного покрова, снежный покров и др. В настоящее время существенным климатообразующим фактором является функционирование человеческой цивилизации.

В эколого-климатическую характеристику местности входят: среднегодовые величины и сезонные (помесячные) колебания температуры, ее суточный ход, абсолютные минимумы и максимумы; сроки перехода температуры через 0°; количество осадков, испаряемость влаги; сила и направление ветров; влажность воздуха; число дней солнечного сияния, суммарная солнечная радиация, радиационный баланс и др.

Выделяют макроклимат, мезоклимат и микроклимат.

Макроклимат – это климат обширных территорий и акваторий с известной целостностью и однородных по условиям циркуляции атмосферы (материки, океаны, Земля в целом). Например, тропический, арктический климат и др.

Макроклимат в большой степени определяет распространение организмов, положение и размеры их ареалов, формирование ландшафтной структуры территорий, облик глобальных природных зон – биомов. Экосистемы и вся биота Земли оказывают заметное влияние на макроклимат, участвуя в преобразованиях энергии и круговоротах веществ в атмосфере.

Мезоклимат – климат сравнительно небольших территорий, достаточно однородных по природным условиям (лесной массив, поляна, долина, город, побережье и пр.), накладывающийся на общеклиматические (макроклимат) условия.

Микроклимат – климат на уровне организма.

Все виды климата формируются климатическими факторами. К основным климатическим факторам относятся свет, температура и влажность.

Свет. В узком смысле это электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (4,0·1014–7,5·1014 Гц), в широком смысле – электромагнитные волны с длиной в диапазоне от 1 нм до 1 мм. Свет является первичным источником энергии в биосфере. Без света не возможно существование жизни на Земле.

Поток солнечной энергии определяет продуцирование живой материи. Поэтому свет – не только необходимый, но и лимитирующий фактор как на минимальном, так и на максимальном уровне диапазона его действия.

Солнце излучает огромное количество энергии. Световое излучение представляет собой электромагнитные волны различной длины.

Лучистая (световая) энергия Солнца необходима для осуществления фундаментального процесса биосферы, который происходит в листьях автотрофных зеленых растений нашей планеты, – фотосинтеза.

Фотосинтез – это процесс образования органического вещества из неорганических веществ – углекислого газа и воды на свету в хлоропластах листьев зеленых растений с выделением кислорода. В процессе фотосинтеза лучистая энергия Солнца трансформируется (превращается) в энергию химических связей органических веществ, которые при этом образуются. За счет энергии Солнца, заключенной в энергии химических связей органических веществ (продуктов фотосинтеза), происходит питание растений и осуществляется жизнедеятельность всех живых организмов. Источником энергии для человека является пища, в которой также заключена энергия Солнца. Количество пищи на Земле определяется чистой первичной продукцией растений.

Космическая роль фотосинтеза состоит в консервации солнечной энергии в макроэргических химических связях и использовании ее для построения разнообразных органических веществ. Фотосинтез является источником свободного кислорода для дыхания человека, животных и растений. Благодаря фотосинтезу образовался защитный озоновый экран Земли. Фотосинтез поддерживает баланс углекислого газа и кислорода в атмосфере.

Процесс фотосинтеза описывается суммарным уравнением

6СO2 + 6Н2О + энергия солнечного света = С6Н12О6 + 6O2.

Это общее уравнение фотосинтеза показывает начальные и конечные продукты реакции, но не отражает всей сложности данного процесса. На самом деле восстановление СO2 и образование углеводов происходит многоступенчато, через множество промежуточных реакций в хлоропластах зеленых растений.

Помимо участия в фотосинтезе свет оказывает непосредственное влияние на рост и развитие растений, процессы дифференциации в клетках и тканях, образование органов. Для жизни растений очень важно, что в процессе фотосинтеза они продуцируют больше веществ, чем им необходимо расходовать для дыхания. За счет этого образуется положительный баланс веществ, без которого невозможно осуществление роста и развития организмов.

От светового режима зависит характер роста и развития растений. При полном освещении подавляются ростовые процессы и ускоряются процессы развития.

Свет (в отличие от тепла) оказывает огромное формирующее влияние на облик растения. Деревья, выросшие в лесу, сильно отличаются по строению ствола и кроны от свободно стоящих деревьев. Лесные деревья имеют ровный, хорошо очищенный от сучьев, почти цилиндрический ствол и небольшую высокоподнятую крону. Деревья, растущие на свету, имеют конический ствол, близко от земли разветвляющийся на толстые сучья, и широкую крону. При одностороннем освещении крона дерева получает флагообразное развитие.