3.1.1.1. Основные климатические факторы
Энергия Солнца. Она распространяется в пространстве
в виде электромагнитных волн. Для организмов важны длина
волны воспринимаемого излучения, его интенсивность и продолжительность
воздействия.
Около 99% всей энергии солнечной радиации составляют
лучи с длиной волны X = 170 ... 4000 нм, в том числе 48% приходится
на видимую часть спектра (А. = 390 ... 760 нм), 45% —
на близкую инфракрасную (X = 760 ... 4000 нм) и около 7% —
на ультрафиолетовую (X < 400 нм).
Преимущественное значение для фотосинтеза имеют лучи
с X = 380 ... 710 нм. Длинноволновая (дальняя инфракрасная)
солнечная радиация (X > 4000 нм) незначительно влияет на
процессы жизнедеятельности организмов.
3.1. Экологические факторы и их действие 51
Ультрафиолетовые лучи с X > 320 нм в малых дозах необходимы
животным и человеку, так как под их действием в организме
образуется витамин D. Излучение с X < 290 нм губительно
для живого, но до поверхности Земли оно не доходит,
поглощаясь озоновым слоем атмосферы.
При прохождении через атмосферный воздух солнечный
свет (рис. 3.2) отражается, рассеивается и поглощается. Чистый
снег отражает примерно 80—95% солнечного света, загрязненный
— 40—50%, черноземная почва — до 5%, сухая
светлая почва — 35—45%, хвойные леса — 10—15%. Однако
освещенность земной поверхности существенно колеблется
в зависимости от времени года и суток, географической широты,
экспозиции склона, состояния атмосферы и т. п.
Вследствие вращения Земли периодически чередуются
светлое и темное время суток. Цветение, прорастание семян у
растений, миграция, зимняя спячка, размножение животных
и многое другое в природе связаны с длительностью фотопериода
(длиной дня). Необходимость в свете для растений обусловливает
быстрый их рост в высоту, ярусную структуру леса.
Водные растения распространяются преимущественно в поверхностных
слоях водоемов.
Рис. 3.2. Баланс солнечной радиации на поверхности
Земли в дневное время
52 Глава 3. ФАКТОРЫ СРЕДЫ
Температура. Температура главным образом связана с солнечным
излучением, но в ряде случаев определяется энергией
геотермальных источников.
При температуре ниже точки замерзания живая клетка
физически повреждается образующимися кристаллами льда и
гибнет, а при высоких температурах происходит денатурация1
ферментов. Абсолютное большинство растений и животных не
выдерживает отрицательных температур тела. Верхний температурный
предел жизни редко поднимается выше 40—45 °С.
В диапазоне между крайними границами скорость ферментативных
реакций (следовательно, и интенсивность обмена веществ)
удваивается с повышением температуры на каждые
10 °С. Значительная часть организмов способна контролировать
(поддерживать) температуру тела, причем в первую очередь
наиболее жизненно важных органов. Такие организмы
называют гомойотермными — теплокровными (от греч. homoios
— подобный, therme — теплота), в отличие от пойкило-
термных — холоднокровных (от греч. poikilos — различный,
переменчивый, разнообразный), имеющих непостоянную температуру,
зависящую от температуры окружающей среды.
В водной среде благодаря высокой теплоемкости воды изменения
температуры менее резкие и условия более стабильные,
чем на суше. Известно, что в регионах, где температура
в течение суток, а также в разные сезоны сильно меняется, разнообразие
видов меньше, чем в регионах с более постоянными
суточными и годовыми температурами.
Температура, как и интенсивность света, зависит от географической
широты, сезона, времени суток и экспозиции
склона. Действие экстремальных температур (низких и высоких)
усиливается сильными ветрами.
Изменение температуры по мере подъема в воздушной среде
или погружения в водную среду называют температурной
стратификацией. Обычно и в том и в другом случае наблюдается
непрерывное снижение температуры с определенным градиентом.
Тем не менее существуют и иные варианты. Так, в летний
период поверхностные воды нагреваются сильнее глубинных.
В связи со значительным уменьшением плотности воды
по мере нагрева начинается ее циркуляция в поверхностном
нагретом слое без смешения с более плотной, холодной водой
Денатурация (лишение природных свойств) — изменение естественных
свойств белков при изменениях физических и химических условий
среды.
3.1. Экологические факторы и их действие 5 3
нижерасположенных слоев. В результате между теплым и холодным
слоями образуется промежуточная зона с резким градиентом
температуры. Все это влияет на размещение в воде
живых организмов, а также на перенос и рассеивание поступающих
примесей.
Подобное явление встречается и в атмосфере, когда охлажденные
слои воздуха смещаются вниз и располагаются под
теплыми слоями, т. е. имеет место температурная инверсия1,
способствующая накоплению загрязняющих веществ в приземном
слое воздуха.
Инверсии способствуют некоторые особенности рельефа,
например, котлованы и долины. Она возникает при наличии
на определенной высоте веществ, например аэрозолей, нагреваемых
непосредственно за счет прямого солнечного излучения,
что вызывает более интенсивное прогревание верхних
воздушных слоев.
В почвенной среде суточная и сезонная стабильность (колебания)
температуры зависят от глубины (рис. 3.3). Значительный
градиент температур (а также влажности) позволяет обитателям
почвы обеспечивать себе благоприятную среду путем
незначительных перемещений.
Рис. 3.3. Уменьшение годового колебания
температуры почвы с глубиной
1 Инверсия (от лат. inversio — перестановка). Инверсия температуры
— повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы
вместо обычного понижения.
54 ГлаваЗ. ФАКТОРЫ СРЕДЫ
Наличие и численность живых организмов могут влиять
на температуру. Например, под пологом леса или под листьями
отдельного растения имеет место иная температура.
Осадки, влажность. Вода обязательна для жизни на Земле,
в экологическом плане она уникальна (см. разд. 2.1, 2.2). При
практически одинаковых географических условиях на Земле
существуют и жаркая пустыня, и тропический лес (рис. 3.4).
Различие состоит только в годовом количестве осадков: в первом
случае 0,2—200 мм, а во втором 900—2000 мм.
Осадки, тесно связанные с влажностью воздуха, представляют
собой результат конденсации и кристаллизации водяных
паров в высоких слоях атмосферы. В приземном слое воздуха
образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается
кристаллизация влаги — выпадает иней.
Одна из основных физиологических функций любого организма
— поддержание на достаточном уровне количества воды
в теле. В процессе эволюции у организмов сформировались
разнообразные приспособления к добыванию и экономному
расходованию воды, а также к переживанию засушливого
периода. Одни животные пустыни получают воду из пищи,
другие за счет окисления своевременно запасенных жиров (например,
верблюд, способный путем биологического окисления
из 100 г жира получить 107 г метаболической воды); при этом
у них минимальна водопроницаемость наружных покровов тела,
преимущественно ночной образ жизни и т. д. При периоди-
Рис. 3.4. Зависимость типа растительности от климатических условий
3.1. Экологические факторы и их действие 55
ческой засушливости характерно впадание в состояние покоя
с минимальной интенсивностью обмена веществ.
Наземные растения получают воду главным образом из почвы.
Малое количество осадков, быстрый дренаж, интенсивное
испарение либо сочетания этих факторов ведут к иссушению,
а избыток влаги — к переувлажнению и заболачиванию почв.
Баланс влаги зависит от разницы между количеством выпавших
осадков и количеством воды, испарившейся с поверхностей
растений и почвы, а также путем транспирации1. В свою
очередь процессы испарения непосредственно зависят от относительной
влажности атмосферного воздуха. При влажности,
близкой к 100%, испарение практически прекращается, и если
дополнительно понижается температура, то начинается обратный
процесс — конденсация (образуется туман, выпадают
роса, иней).
Помимо отмеченного, влажность воздуха как экологический
фактор при своих крайних значениях (повышенной и пониженной
влажности), усиливает воздействие (усугубляет)
действие температуры на организм.
Насыщение воздуха парами воды редко достигает максимального
значения. Дефицит влажности — разность между
максимально возможным и фактически существующим насыщением
при данной температуре. Это один из важнейших экологических
параметров, поскольку характеризует сразу две
величины: температуру и влажность.