К абиотическим факторам среды относят субстрат и его состав, влажность, свет и другие виды излучений в природе, и его состав, и микроклимат. Следует отметить, что температуру, состав воздуха, влажность и свет можно условно отнести к «индивидуальным», а субстрат, климат, микроклимат и др. - к «комплексным» факторам.
Субстрат (буквально) - это место прикрепления. Например, для древесных и травянистых форм растений, для почвенных микроорганизмов это почва. В ряде случаев субстрат можно считать синонимом среды обитания (например, почва - это эдафическая среда обитания). Субстрат характеризуется определенным химическим составом, который оказывает влияние на организмы. Если субстрат понимается как среда обитания, то он в этом случае представляет собой комплекс характерных для него биотических и абиотических факторов, к которым приспосабливается тот или иной организм.
Характеристика температуры как абиотического фактора среды
Температура - это экологический фактор, связанный со средней кинетической энергией движения частиц и выражающийся в градусах различных шкал. Наиболее распространенной является шкала в градусах Цельсия (°С), в основу которой положена величина расширения воды (температура кипения воды составляет 100°С). В СИ принята абсолютная шкала температур, для которой температура кипения воды Т кип. воды = 373 К.
Очень часто температура является лимитирующим фактором, определяющим возможность (невозможность) обитания организмов в той или иной среде обитания.
По характеру температуры тел а все организмы разделяют на две группы: пойкилотермные (температура их тела зависит от температуры окружающей среды и является практически такой же, как и температура среды) и гомойотермные (температура их тела не зависит от температуры внешней среды и является более или менее постоянной: если и колеблется, то в небольших пределах - доли градуса).
К пойкилотермным относятся растительные организмы, бактерии, вирусы, грибы, одноклеточные животные, а также животные с относительно низким уровнем организации (рыбы, членистоногие и т. д.).
К гомойотермным относятся птицы и млекопитающие, включая человека. Постоянная температура тела уменьшает зависимость организмов от температуры внешней среды, дает возможность расселения по большему числу экологических ниш как в широтном, так и в вертикальном расселении по планете . Однако и помимо гомойотермности организмы вырабатывают приспособления для преодоления воздействия низких температур.
По характеру перенесения низких температур растения разделяют на теплолюбивые и холодостойкие. К теплолюбивым относят растения юга (бананы, пальмы, южные сорта яблонь, груш, персики, виноград и др.). К холодостойким относят растения средних и северных широт, а также растения, произрастающие высоко в горах (например, мхи, лишайники, сосна, ель, пихта, рожь и т. д.). В средней полосе России выращивают сорта морозостойких фруктовых деревьев, которые специально выводят селекционеры. Первые большие успехи в этой области были достигнуты И. В. Мичуриным и другими народными селекционерами.
Норма реакции организма на температурный фактор (для отдельных организмов) часто узка, т.е. конкретный организм может нормально функционировать в достаточно узком интервале температур. Так, морские позвоночные гибнут при повышении температуры до 30-32°С. Но для живого вещества в целом границы температурного воздействия, при котором сохраняется жизнь, очень широки. Так, в Калифорнии в горячих источниках живет вид рыб, нормально функционирующий при температуре 52°С, а термостойкие бактерии, обитающие в гейзерах, выдерживают температуру до 80°С (это «нормальная» температура для них). В ледниках при температуре -44°С обитают некоторые и т. д.
Роль температуры как экологического фактора сводится к тому, что она влияет на обмен веществ: при низких температурах скорость биоорганических реакций сильно замедляется, а при высоких - значительно увеличивается, что приводит к нарушению равновесия в протекании биохимических процессов, а это вызывает различные заболевания, а иногда и летальный исход.
Влияние температуры, на растительные организмы
Температура не только является фактором, определяющим возможность обитания растений на той или иной территории, но она для некоторых растений оказывает влияние на процесс их развития. Так, озимые сорта пшеницы и ржи, которые при прорастании не подверглись процессу «яровизации» (воздействию низких температур), не дают семян при их произрастании в самых благоприятных условиях.
Для перенесения воздействия низких температур растения имеют различные приспособления.
1. В зимний период цитоплазма теряет воду и накапливает вещества, обладающие эффектом «антифриза» (это моносахара, глицерин и другие вещества) - концентрированные растворы таких веществ замерзают только при низких температурах.
2. Переход растений в стадию (фазу), устойчивую к воздействию низких температур - стадия спор, семян, клубней, луковиц, корневищ, корнеплодов и т. д. Древесные и кустарниковые формы растений сбрасывают листья, стебли покрываются пробкой, обладающей высокими теплоизоляционными свойствами, а в живых клетках накапливаются вещества-антифризы.
Влияние температуры на животные организмы
Температура по-разному влияет на пойкилотермных и гомойотермных животных.
Пойкилотермные животные активны только в период оптимальных для их жизнедеятельности температур. В период низких температур они впадают в спячку (земноводные, пресмыкающиеся, членистоногие и др.). Некоторые насекомые перезимовывают или в виде яиц, или в виде куколок. Нахождение организма в спячке характеризуется состоянием анабиоза, при котором процессы обмена очень сильно заторможены и организм может длительное время обходиться без пищи. В спячку пойкилотермные животные могут впадать и под воздействием высоких температур. Так, животные в нижних широтах в жаркое время дня находятся в норах, а период их активной жизнедеятельности приходится на раннее утро или поздний вечер (либо они ведут ночной образ жизни).
В спячку животные организмы впадают не только за счет воздействия температуры, но и за счет других факторов. Так, медведь (гомойотермное животное) впадает в спячку зимой из-за недостатка пищи.
Гомойотермные животные в меньшей степени в своей жизнедеятельности зависят от температуры, но температура влияет на них с точки зрения наличия (отсутствия) кормовой базы. Эти животные имеют следующие приспособления к преодолению воздействия низких температур:
1) животные перемещаются из более холодных областей в более теплые (перелеты птиц, миграции млекопитающих);
2) изменяют характер покрова (летний мех или оперение заменяются на более густой зимний; накапливают большой слой жира - дикие свиньи, тюлени и др.);
3) впадают в спячку (например, медведь).
Гомойотермные животные имеют приспособления для снижения воздействия температур (как повышенных, так и пониженных). Так, у человека имеются потовые железы, которые изменяют характер секреции при повышенных температурах (количество секрета увеличивается), изменяется просвет кровеносных сосудов в коже (при низких температурах он уменьшается, а при высоких - увеличивается) и т. д.
Излучения как абиотический фактор
И в жизни растений, и в жизни животных огромную роль играют различные излучения, которые или попадают на планету извне (солнечные лучи), или выделяются из недр Земли. Здесь рассмотрим в основном солнечные излучения.
Солнечные излучения неоднородны и состоят из электромагнитных волн разной длины, а следовательно, обладают и различной энергией. Поверхности Земли достигают лучи как видимого, так и невидимого спектра. К лучам невидимого спектра относятся инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, а лучи видимого спектра имеют семь наиболее различимых лучей (от красного до фиолетового). квантов излучений увеличивается от инфракрасного до ультрафиолетового (т. е. ультрафиолетовые лучи содержат кванты наиболее коротких волн и наибольшей энергии).
Солнечные лучи имеют несколько экологически важных функций:
1) благодаря солнечным лучам на поверхности Земли реализуется определенный температурный режим, имеющий широтный и вертикальный зональный характер;
При отсутствии воздействия человека состав воздуха, тем не менее, может различаться в зависимости от высоты над уровнем моря (с высотой содержание кислорода и углекислого газа уменьшается, так как эти газы тяжелее азота). Воздух приморских районов обогащен парами воды, в которых содержатся морские соли в растворенном состоянии. Воздух леса отличается от воздуха полей примесями соединений, выделяемых различными растениями (так, воздух соснового бора содержит большое количество смолистых веществ и эфиров, убивающих болезнетворные микроорганизмы, поэтому этот воздух является целебным для больных туберкулезом).
Важнейшим комплексным абиотическим фактором является климат.
Климат - это совокупный абиотический фактор, включающий в себя определенный состав и уровень солнечной радиации, связанный с ним уровень температурного и влажностного воздействия и определенный режим ветров. Климат зависит также от характера растительности, произрастающей на данной территории, и от рельефа местности.
На Земле наблюдается определенная широтная и вертикальная климатическая зональность. Различают влажный тропический, субтропический, резко континентальный и другие разновидности климата.
Повторите сведения о различных видах климата по учебнику физической географии. Рассмотрите особенности климата той территории, на которой вы живете.
Климат как совокупный фактор формирует тот или иной тип растительности (флоры) и тесно связанный с ним тип фауны. Большое влияние на климат оказывают поселения людей. Климат больших городов отличается от климата пригородных зон.
Сравните температурный режим города, в котором вы живете, и режим температур области, где находится город.
Как правило, температура в черте города (особенно в центре) всегда выше, чем в области.
С климатом тесно связан микроклимат. Причиной возникновения микроклимата являются различия в рельефе на данной территории, наличие водоемов, что приводит к изменению условий на разных территориях данной климатической зоны. Даже на относительно небольшой территории дачного участка на отдельных его частях могут возникать различные условия для произрастания растений из-за разных условий освещения.
Абиотические факторы. Температура
Абиотические факторы — все компоненты и явления неживой природы.
Температура относится к климатическим абиотическим факторам среды. Большинство организмов приспособлены к довольно узкому диапазону температур, так как активность клеточных ферментов лежит в пределах от 10 до 40 °С, при низких температурах реакции идут замедленно.
Различают животные организмы:
- с постоянной температурой тела (теплокровные , или гомойотермные );
- с непостоянной температурой тела (холоднокровные , или пойкилотермные ).
У растений и животных существуют специальные приспос
обления, позволяющие адаптироваться к колебаниям температуры.
Организмы, температура тела которых меняется в зависимости от температуры окружающей среды (растения, беспозвоночные животные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся), имеют различные приспособления для поддержания жизнедеятельности. Такие животные называются холоднокровными , или пойкилотермными . Отсутствие механизма терморегуляции обусловлено слабым развитием нервной системы, низким уровнем обмена веществ и отсутствием замкнутой системы кровообращения.
Температура тела пойкилотермных животных всего на 1—2 °С выше температуры среды или равна ей, однако она может увеличиваться в результате поглощения солнечного тепла (змеи, ящерицы) или мышечной работы (летающие насекомые, быстро плавающие рыбы). Резкие колебания температуры среды могут привести к гибели.
С наступлением зимы растения и животные погружаются в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко падает. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетчатке уменьшается, накапливаются сахара, глицерин, препятствующий замерзанию.
Виды с непостоянной температурой тела при понижении температуры способны переходить в неактивное состояние. Замедление обмена веществ в клетках сильно увеличивает устойчивость организмов к неблагоприятным погодным условиям. Переход животных в состояние оцепенения, как и переход растений в состояние покоя, позволяет им переносить зимние холода с наименьшими потерями, не тратя много энергии.
Для защиты организмов от перегрева в жаркое время года включаются специальные физиологические механизмы: у растений усиливается испарение влаги через устьица, у животных усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожу.
У пойкилотермных организмов внутренняя температура тела следует за изменениями температуры среды. Скорость обмена веществ у них то возрастает, то понижается. Таких видов - большинство на Земле.
Организмы с постоянной температурой тела называются теплокровными , или гомойотермными . К ним относятся птицы и млекопитающие.
Температура тела таких животных устойчива, она не зависит от температуры среды, благодаря наличию механизмов терморегуляции. Постоянство температуры тела обеспечивается регуляцией теплопродукции и теплоотдачи.
При угрозе перегревания организма происходит расширение кожных сосудов, увеличиваются потоотделение и теплоотдача. При угрозе охлаждения кожные сосуды сужаются, шерсть или перья поднимаются — теплоотдача ограничивается.
При значительных перепадах внешней температуры и резких изменениях теплопродукции температура внутренних органов у теплокровных животных может отклоняться от обычных значений от 0,2—0,3 до 1—3 °С.
Потоотделение свойственно только человеку, обезьянам и непарнокопытным. У других гомойотермных животных наиболее эффективный механизм теплоотдачи — тепловая одышка. Способность к повышению теплопродукции наиболее выражена у птиц, грызунов и некоторых других животных.
Гомойотермные способны поддерживать постоянную температуру тела при любых условиях среды. Их обмен веществ всегда идет с высокой скоростью, даже если наружная температура постоянно меняется. Например, белые медведи в Арктике или пингвины в Антарктиде выдерживают 50-градусные морозы, что составляет разницу в 87-90° по сравнению с их собственной температурой.
Приспособления организмов к разным температурным режимам. Как теплокровные, так и холоднокровные животные в процессе эволюции выработали различные приспособления к изменяющимся температурным условиям среды. Главный источник поступления тепловой энергии у организмов с непостоянной температурой тела — внешнее тепло.
Перезимовавшим змеям требуется две-три недели, чтобы довести обмен веществ до достаточной интенсивности. Обычно змеи выползают и греются на солнце неоднократно в течение всего дня, а на ночь возвращаются в норы.
С наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается. При подготовке к зиме в тканях запасается много жиров и углеводов.
Осенью растения сокращают расход веществ, запасая сахара и крахмал. Их рост прекращается, резко замедляется интенсивность всех физиологических процессов, опадают листья. В первые морозы растения теряют значительное количество воды, становясь устойчивыми к морозу и переходя в состояние глубокого покоя.
В жаркое время года включаются механизмы защиты от перегрева. У растений усиливается испарение воды через устьица, а у животных — через дыхательную систему и кожные покровы.
Если растения достаточно обеспечены водой, устьица открыты днём и ночью. Однако у многих растений устьица открыты только днём на свету, а ночью закрываются. В сухую жаркую погоду устьица растений закрываются даже днём, и выделение водяного пара из листьев в воздух прекращается. Когда наступают благоприятные условия, устьица раскрываются и нормальная жизнедеятельность растений восстанавливается.
Наиболее совершенная терморегуляция наблюдается у животных с постоянной температурой тела. Регуляция теплоотдачи кожными сосудами, хорошо развитая высшая нервная деятельность позволили птицам и млекопитающим сохранять активность при резких перепадах температур и освоить практически все места обитания.
Полное разделение крови на венозную и артериальную, интенсивный обмен веществ, перьевой или волосяной покров тела, способствующий сохранению тепла.
Большое значение для теплокровных имеет не только способность к терморегуляции, но и адаптивное поведение, постройка специальных убежищ и гнёзд.
Постоянно эволюционируя, человечество не особенно задумывается о том, насколько абиотические факторы – прямо или косвенно влияют на человека. Что такое абиотические условия и почему их, казалось бы, незаметное влияние так важно учитывать? Это определенные физические явления, не относящиеся к живой природе, которые оказывают тем или иным способом влияние на жизнь или среду обитания человека. Грубо говоря, свет, степень влажности, магнитное поле Земли, температура, воздух, которым мы дышим – все эти параметры и называют абиотическими. Под это определение не попадает никоим образом влияние живых организмов, в том числе, бактерии, микроорганизмы и даже простейшие.
Быстрая навигация по статье
Примеры и виды
Мы уже выяснили, что это совокупность явлений неживой природы, которые могут быть климатическими, водными или почвенными. Классификация абиотических факторов условно подразделяется на три вида:
- Химические,
- Физические,
- Механические.
Химическое влияние оказывают органический и минеральный состав почвы, атмосферного воздуха, грунтовых и других вод. К физическим можно отнести естественное освещение, давление, температуру и влажность окружающей среды. Соответственно, механическими факторами считаются циклоны, солнечная активность, почвенное, воздушное и водное движение в природе. Совокупность всех этих параметров, оказывает колоссальное влияние на размножение, распространение и качество жизни всего живого на нашей планете. И если современный человек думает, что все эти явления, буквально управляющие жизнью его древних предков, сейчас удалось приручить с помощью прогрессивных технологий, то, к сожалению, это вовсе не так на самом деле.
Нельзя выпускать из виду биотические факторы и процессы, которые неизбежно привязаны к абиотическому влиянию на все живое. Биотическими называют формы воздействия живых организмов друг на друга, практически любое из них вызывают именно абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы.
Какое влияние могут оказать факторы неживой природы?
Для начала, нужно обозначить, что попадает под определение абиотические экологические факторы? Какие из параметров можно отнести сюда? К абиотическим факторам среды относят: свет, температуру, влажность, состояние атмосферы. Рассмотрим какой фактор как именно влияет более подробно.
Свет
Свет — один из экологических факторов, который использует буквально каждый объект в геоботанике. Солнечный свет – важнейший источник тепловой энергии, отвечающий в природе за процессы развития, роста, фотосинтеза и многие, многие другие.
Свет, как абиотический фактор имеет ряд специфических характеристик: спектральный состав, интенсивность, периодичность. Наиболее важны эти абиотические условия для растений, основной жизни которых является процесс фотосинтеза. Без качественного спектра и хорошей интенсивности освещения, растительный мир не сможет активно размножаться и полноценно расти. Важна и продолжительность светового воздействия, так, при коротком световом дне значительно уменьшается рост растений, угнетаются функции размножения. Не зря для хорошего роста и получения урожая, в тепличных (искусственных) условиях обязательно создают максимально возможный по длительности световой период, так необходимый для жизни растений. В таких случаях кардинально и умышленно нарушаются природные биологические ритмы. Освещение – является важнейшим природным фактором для нашей планеты.
Температура
Темпертура — также один из мощнейших среди абиотических факторов. Без нужного температурного режима, жизнь на Земле действительно невозможна – и это не преувеличение. Тем более, что, если световой баланс человек может умышленно поддерживать на определенном уровне, и сделать это довольно просто, то с температурой ситуация гораздо труднее.
Конечно, за миллионы лет существования на Планете, и растения, и животные приспособились к некомфортной для них температуре. Процессы терморегуляции здесь различные. Например, у растений различают два способа: физиологический, а именно - увеличение концентрации клеточного сока, за счет интенсивного накопления сахара в клетках. Такой процесс обеспечивает нужный уровень морозоустойчивости растений, при котором они могут не погибать даже при очень низких температурах. Второй способ – физический, он заключается в особенном строении листвы или ее редуцирование, а также способы роста – приземистые или стелющиеся по земле – во избежание замерзания на открытом пространстве.
Среди животных различают эвритермные – такие, которые свободно существуют при значительном колебании температур, и стенотермные, для жизни которых важен определенный температурный диапазон не слишком большого размера. Эвритермные организмы существуют при колебании температуры окружающей среды в пределах 40-50 градусов, обычно, это условия близкие к континентальному климату. Летом высокие температуры, зимой – мороз.
Ярким примером эвритермного животного можно считать зайца. В теплое время года он комфортно чувствует себя в жаре, а в морозы, превращаясь в беляка, прекрасно подстраивается под температурные абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы.
Много существует и представителей фауны – это и животные, и насекомые, и млекопитающие, которые обладают другим видом терморегуляции – с помощью состояния оцепенения. В этом случае, обмен веществ замедляется, но температуру тела удается удерживать на прежнем уровне. Пример: для бурого медведя абиотическим фактором является зимняя температура воздуха, и его метод приспособленности к морозам - это зимняя спячка.
Воздух
К абиотическим факторам среды относят также и воздушную среду. В процессе эволюции, живым организмам пришлось освоить воздушную среду обитания после выхода из воды на сушу. Некоторые их них, особенно это отразилось на насекомых и птицах, в процессе развития видов, передвигающихся наземно, приспособились к передвижению по воздуху, освоив технику полета.
Не следует исключать и процесс ансмохории – миграция видов растений с помощью воздушных потоков – подавляющее большинство растений именно так заселило те территории, на которых сейчас произрастает, путем опыления, переноса семян птицами, насекомыми и тому подобное.
Если задаться вопросом, какие абиотические факторы влияют на растительный и животный мир, то атмосфера, по степени своей влиятельности, окажется явно не на последнем месте – роль ее в процессе эволюции, развития и численность популяции, нельзя преувеличить.
Однако, важен не сам воздух, как параметр, влияющий на природу и на организмы, но и его качество, а именно, химический состав. Какие факторы важны в данном аспекте? Их два: кислород и углекислый газ.
Значение кислорода
Без кислорода существовать могут только анаэробные бактерии, остальным живым организмам он в крайней степени необходим. Кислородная составляющая воздушной среды относится к тем видам продуктов, которые только потребляются, а вот вырабатывать кислород способны только зеленые растения, методом фотосинтеза.
Кислород, поступая в организм млекопитающего, связывается в химическое соединение гемоглобином крови и в таком виде переносится с кровью по всем клеткам и органам. Данный процесс обеспечивает нормальное функционирование любого живого организма. Влияние воздушной среды на процесс жизнеобеспечения велико и непрерывно в течение всей жизни.
Значение углекислого газа
Углекислый газ – продукт, выдыхаемый млекопитающими и некоторыми растениями, также он образуется в процессе горения и жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Однако, все эти естественные процессы выделяют насколько ничтожное количество углекислот, что их даже нельзя сравнивать с настоящим бедствием экосистемы, имеющим прямое и косвенное отношение ко всем природным процессам – промышленные выбросы и продукты отработки технологических процессов. И, если еще какие-нибудь сто лет назад, подобная проблема в основном наблюдалась бы в крупном промышленном городе, таком, как например, Челябинске, то на сегодняшний день, она распространена практически по всей территории планеты. В наше время углекислый газ, вырабатываемый повсеместно: предприятиями, транспортными средствами, различными приборами, упорно расширяет группу своего воздействия, включая и атмосферу.
Влажность
Влажность, как абиотический фактор, представляет собой содержание воды, в чем бы то ни было: растение, воздух, почва или живой организм. Из экологических факторов, именно влажность первейшее условие необходимое для зарождения и развития жизни на Земле.
Абсолютно все живое на планете нуждается в воде. Уже один только факт что любая живая клетка на восемьдесят процентов состоит из воды, говорит сам за себя. А для многих живых существ идеальными условиями обитания природной среды являются именно водоемы или влажный климат.
Самое влажное место на земле Урека (остров Биоко, Экваториальная Гвинея)
Конечно, существуют и типы местностей, где количество воды минимально или она присутствует с какой-либо периодичностью, это пустыня, высокогорный рельеф, и тому подобные местности. На природу это оказывает очевидное влияние: отсутствие или минимум растительности, пересыхающий грунт, нет плодоносящих растений, выживают только те типы флоры и фауны, которые смогли приспособиться к подобным условиям. Приспособленность, в какой бы степени она не была выражена, не является пожизненной и, в случае, когда характеристика абиотических факторов по каким-то причинам изменяется, может также изменяться или исчезать вовсе.
В степени влияния на природу, влажность важно учитывать не только как единичный параметр, а и в сочетании с каждым из перечисленных факторов, так как вместе они формируют тип климата. Каждая определенная территория со свойственной ей абиотическими факторами среды, имеет свои особенности, свою растительность, виды и численность популяции.
Влияние абиотических факторов на человека
Человек, как составляющая экосистемы, точно также относится к объектам, поддающимся влиянию абиотических факторов неживой природы. Зависимость здоровья и поведения человека от солнечной активности, лунного цикла, циклонов и тому подобных влияний, было отмечено еще несколько веков назад, благодаря наблюдательности наших предков. И в современном обществе неизменно фиксируется присутствие группы людей, на перемены настроения и самочувствия которых, имеют косвенное воздействие именно абиотические факторы окружающей среды.
Например, исследования солнечного влияния, показали, что эта звезда обладает одиннадцатилетним циклом периодической активности. На этой почве происходят колебания электромагнитного поля Земли, что и оказывает на человеческий организм. Пики солнечной активности способны ослаблять иммунную систему, а патогенные микроорганизмы, наоборот, делать более живучими и приспособленными к обширному распространению в пределах сообщества. Печальные последствия такого процесса представляют собой вспышки эпидемий, появлению новых мутаций и вирусов.
Эпидемия неизвестной инфекции в Индии
Другим важным примером абиотического влияния является ультрафиолет. Всем известно, что в определенных дозах, этот вид излучения даже полезен. Этот фактор среды имеет антибактериальное действие, замедляет развитие спор, вызывающих заболевания кожи. А вот в больших дозах ультрафиолетовое излучение негативно влияет на численность популяции, вызывая такие смертельные заболевания, как рак, лейкоз или саркома.
К проявлениям действия абиотических факторов среды на человека напрямую относятся и температура, давление и влажность воздуха, коротко говоря – климат. Повышение температуры приведет к торможению физической активности и развитию проблем с сердечнососудистой системой. Низкие же температуры опасны переохлаждением, а значит, воспалительными процессами органов дыхания, суставов и конечностей. Здесь необходимо отметить, что параметр влажности еще больше усиливает влияние температурного режима.
Повышение атмосферного давления угрожает здоровью обладателей слабых суставов и ломких сосудов. Особенно опасны, бывают резкие перепады этого климатического параметра – может возникать внезапная гипоксия, закупорка капилляров, обмороки и даже кома.
Из экологических факторов нельзя не отметить также и химический аспект влияния на человека. Относятся к таковым все химические элементы, содержащиеся в воде, атмосфере или почве. Существует понятие региональных факторов – превышение или, наоборот, недостаток тех или иных соединений или микроэлементов в природе каждого отдельно взятого региона. Например, из перечисленных факторов, вреден как недостаток фтора – он вызывает поражения зубной эмали, так и его переизбыток – ускоряет процесс окостенения связок, нарушает работу некоторых внутренних органов. Особенно заметны по частоте заболеваемости населения колебания содержания таких химических элементов, как хром, кальций, йод, цинк, свинец.
Конечно, многие абиотические условия, из вышеперечисленных, хотя и являются абиотическими факторами природной среды, на самом деле очень сильно зависят от жизнедеятельности человека — разработка шахт и месторождений, изменения русел рек, воздушной среды, и тому подобные примеры вмешательства прогресса в природные явления.
Развернутая характеристика абиотических факторов
Почему действие на популяцию большинства абиотических факторов так огромно? Это логично: ведь для обеспечения жизненного цикла какого бы то ни было живого организма на Земле, важна совокупность всех параметров, влияющих на качество жизни, ее продолжительность, определяющим численность объектов экосистемы. Освещение, состав атмосферы, влажность, температура, зональность распространения представителей живой природы, соленость воды и воздуха, эдафические ее данные – важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов проходит положительно или отрицательно, но в любом случае, она неизбежна. Убедиться в этом легко: достаточно просто взглянуть вокруг!
Абиотические факторы водной среды обеспечивают зарождение жизни, составляют три четверти каждой живой клетки на Земле. В лесной экосистеме к биотическим факторам относятся все те же параметры: влажность, температура, почва, свет – они обуславливают тип лесного массива, насыщенность растениями, приспособленность их к тому или иному региону.
Кроме очевидных, уже перечисленных, важными абиотическими факторами природной среды также следует назвать соленость, почву и электромагнитное поле Земли. Вся экосистема эволюционировала сотни лет, видоизменялся рельеф местностей, степень приспособленности живых организмов к тем или иным условиям обитания, появлялись новые виды и мигрировали целые популяции. Однако, эту природную цепочку уже давно нарушили плоды жизнедеятельности человека на планете. Работа экологических факторов кардинально нарушена из-за того, что воздействие абиотических параметров происходит не целенаправленно, как факторы неживой природы, а уже как вредное воздействие на развитие организмов.
К сожалению, влияние абиотических факторов на качество и продолжительность жизни человека и человечества в целом, было и остается огромным и может нести как положительные, так и отрицательные последствия для каждого отдельно взятого организма для всего человечества в целом.
К абиотическим факторам относятся факторы космические (солнечная радиация)климатические (свет, температура, влажность, атмосферное давление, осадки, движение воздуха),эдафические или почвенные факторы (механический состав почвы, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность почвы),орографические факторы (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона),химические факторы (газовый состав воздуха, солевойсостави кислотность воды и почвенных растворов). Абиотические факторы воздействуют на живые организмы (прямо или косвенно) через те или иные стороны обмена веществ. Их особенностью является односторонность воздействия: организм может к ним приспособиться, но не оказывает на них существенного влияния.
I . Космические факторы
Биосфера, как среда обитания живых организмов, не изолирована от сложных процессов, протекающих в космическом пространстве, причем связанных непосредственно не только с Солнцем. На Землю попадает космическая пыль, метеоритное вещество. Земля периодически сталкивается с астероидами, сближается с кометами. Через Галактику проходят вещества и волны, возникающие в результате вспышек сверхновых звезд. Разумеется, наша планета наиболее тесно связана с процессами, происходящими на Солнце, – с так называемой солнечной активностью. Суть этого явления состоит в превращении энергии, накапливающейся в магнитных полях Солнца, в энергию движения газовых масс, быстрых частиц, коротковолнового электромагнитного излучения.
Наиболее интенсивные процессы наблюдаются в центрах активности, называемых активными областями, в которых наблюдается усиление магнитного поля, возникают области повышенной яркости, а также так называемые солнечные пятна. В активных областях могут происходить взрывоподобные выделения энергии, сопровождающиеся выбросами плазмы, внезапным появлением солнечных космических лучей, усилением коротковолнового и радиоизлучения. Известно, что изменения уровня вспышечной активности имеют циклический характер с обычным циклом, равным 22 годам, хотя известны колебания периодичностью от 4,3 до 1850 лет. Солнечная активность влияет на ряд жизненных процессов на Земле – от возникновения эпидемий и всплесков рождаемости до крупных климатических преобразований. Это было показано еще в 1915 г. русским ученым А. Л. Чижевским, основателем новой науки – гелиобиологии (от греч. хелиос - Солнце), рассматривающей воздействие изменений активности Солнца на биосферу Земли.
Таким образом, к числу важнейших космических факторов относится связанное с солнечной активностью электромагнитное излучение с широким диапазоном длин волн. Поглощение атмосферой Земли коротковолнового излучения приводит к образованию защитных оболочек, в частности озоносферы. Из других космических факторов следует назвать корпускулярное излучение Солнца.
Солнечная корона (верхняя часть солнечной атмосферы), состоящая в основном из ионизированных атомов водорода - протонов - с примесью гелия, непрерывно расширяется. Покидая корону, этот поток водородной плазмы распространяется в радиальном направлении и достигает Земли. Его и называют солнечным ветром. Он заполняет всю область солнечной системы; и постоянно обтекает Землю, взаимодействуя с ее магнитным полем. Понятно, что это связано с динамикой магнитной активности (например, магнитные бури) и непосредственно сказывается на жизни на Земле.
Изменения ионосферы в полярных областях Земли также связаны с солнечными космическими лучами, которые вызывают ионизацию. При мощных вспышках солнечной активности воздействие солнечных космических лучей может кратковременно превышать обычный фон галактических космических лучей. В настоящее время наукой накоплено много фактических материалов, иллюстрирующих влияние космических факторов на биосферные процессы. Доказана, в частности, чувствительность беспозвоночных животных к изменениям солнечной активности, установлена корреляция ее вариаций с динамикой нервной и сердечно-сосудистой систем человека, а также с динамикой заболеваний – наследственных, онкологических, инфекционных и др.
Особенности воздействия на биосферу со стороны космических факторов и проявлений солнечной активности состоят в том, что поверхность нашей планеты отделена от Космоса мощным слоем вещества в газообразном состоянии, т. е. атмосферой.
II . Климатические факторы
Важнейшая климатоформирующая функция принадлежит атмосфере как среде, воспринимающей космические и связанные с Солнцем факторы.
1. Свет. Энергия солнечного излучения распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Около 99 % ее составляют лучи с длиной волны 170-4000 нм, в том числе 48 % приходится на видимую часть спектра с длиной волны 400-760 нм, а 45 % - на инфракрасную (длина волны от 750 нм до 10" 3 м), около 7 % - на ультрафиолетовую (длина волны менее 400 нм). В процессах фотосинтеза наиболее важную роль играет фотосинтетически активная радиация (380-710 нм).
Количество энергии солнечного излучения, поступающего к Земле (к верхней границе атмосферы), практически постоянно и оценивается значением 1370 Вт/м2. Эта величина называется солнечной постоянной.
Проходя через атмосферу, солнечное излучение рассеивается на молекулах газов, на взвешенных примесях (твердых и жидких), поглощается водяными парами, озоном, диоксидом углерода, пылевидными частицами. Рассеянное солнечное излучение частично доходит до земной поверхности. Его видимая часть создает свет днем при отсутствии прямых солнечных лучей, например при сильной облачности.
Энергия солнечного излучения не только поглощается поверхностью Земли, но и отражается ею в виде потока длинноволнового излучения. Более светло окрашенные поверхности отражают свет более интенсивно, чем темные. Так, чистый снег отражает 80-95 %, загрязненный - 40-50, черноземная почва - 5-14, светлый песок - 35-45, полог леса - 10-18%. Отношение отражаемого поверхностью потока солнечного излучения к поступившему называется альбедо.
С лучистой энергией Солнца связана освещенность земной поверхности, определяющаяся продолжительностью и интенсивностью светового потока. У растений и животных в процессе эволюции выработались глубокие физиологические, морфологические и поведенческие адаптации к динамике освещенности. У всех животных, включая человека, существуют так называемые циркадные (суточные) ритмы активности.
Требования организмов к определенной продолжительности темного, и светлого времени носят название фотопериодизма, причем особенно важное значение имеют сезонные колебания освещенности. Прогрессивная тенденция к уменьшению продолжительности светового дня от лета к осени служит информацией для подготовки к зимовке или спячке. Поскольку фотопериодические условия зависят от широты, у ряда видов (в первую очередь у насекомых) могут образовываться географические расы, различающиеся по пороговой продолжительности дня.
2. Температура
Температурная стратификация – это изменение температуры воды по глубине водного, объекта. Непрерывное, изменение температуры характерно для любых экологических систем. Часто для обозначения такого изменения используют слово "градиент". Однако температурная стратификация воды в водоеме – специфическое явление. Так, в летний период поверхностные воды нагреваются сильнее, чем глубинные. Поскольку более теплая вода имеет меньшую плотность и меньшую вязкость, то ее циркуляция происходит в поверхностном, нагретом слое и с более плотной и более вязкой холодной водой она не смешивается. Между теплым и холодным слоем образуется промежуточная зона с резким градиентом температуры, которую называют термоклиной. Общий температурный режим, связанный с периодическими (годовыми, сезонными, суточными) изменениями температуры, также является важнейшим условием обитания живых организмов в воде.
3. Влажность. Влажность воздуха – это содержание в воздухе водяного пара. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 1,5-2,0 км), где концентрируется примерно 50 % всей атмосферной влаги. Содержание водяного пара в воздухе зависит от температуры последнего.
4. Атмосферные осадки – это вода в жидком (капли) или твердом состоянии, выпадающая на земную поверхность из облаков или осаждающаяся непосредственно из воздуха вследствие сгущения водяного пара. Из облаков могут выпадать дождь, снег, морось, ледяной дождь, снежные зерна, ледяная крупа, град. Количество выпавших осадков измеряется толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах.
Осадки тесно связаны с влажностью воздуха и представляют собой результат конденсации водяных паров. Вследствие конденсации в приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги. Конденсация и кристаллизация паров воды в более высоких слоях атмосферы образуют облака различной структуры и являются причиной атмосферных осадков. Выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) зоны земного шара. Максимальное количество осадков выпадает в зоне тропических лесов (до 2000 мм/год), в то время как в аридных зонах (например, в пустынях) – 0,18 мм/год.
Атмосферные осадки – важнейший фактор, оказывающий влияние на процессы загрязнения природной среды. Присутствие водяных паров (тумана) в воздухе при одновременном поступлении в него, например, диоксида серы приводит к тому, что последний превращается в сернистую кислоту, которая окисляется до серной. В условиях застоя воздуха (штиль) образуется устойчивый токсичный туман. Подобные вещества могут вымываться из атмосферы и выпадать на поверхность суши и океана. Типичным результатом являются так называемые кислотные дожди. Твердые примеси в атмосфере могут служить ядрами конденсации влаги, вызывая разные формы осадков.
5. Атмосферное давление. Нормальным давлением принято считать 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). В пределах поверхности земного шара существуют области высокого и низкого давления, причем наблюдаются сезонные и суточные минимумы и максимумы давления в одних и тех же точках. Различаются также морской и континентальный типы динамики атмосферного давления. Периодически возникающие области низкого давления носят название циклонов и характеризуются мощными потоками воздуха, движущегося по спирали и перемещающегося в пространстве к центру. Циклоны связаны с неустойчивой погодой и большим количеством осадков.
В противоположность им, антициклоны характеризуются устойчивой погодой, низкими скоростями ветра, в ряде случаев температурными инверсиями. При антициклонах могут возникать неблагоприятные с точки зрения переноса и рассеивания примесей метеорологические условия.
6. Движение воздуха. Причиной образования ветровых потоков и перемещения воздушных масс является неравномерный нагрев разных участков земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, но и вращение Земли также влияет на циркуляцию воздушных масс в глобальном масштабе. В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на все метеорологические факторы окружающей среды, т.е. на климат, включая режимы температуры, влажности, испарения с поверхности суши и моря, а также транспирацию растений.
Особенно важно знать, что ветровые потоки – важнейший фактор переноса, рассеивания и выпадения загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий, теплоэнергетики, транспорта. Сила и направление ветра определяют режимы загрязненности окружающей среды. Например, штиль в сочетании с инверсией температуры воздуха рассматривается как неблагоприятные метеорологические условия (НМУ), способствующие длительному сильному загрязнению воздуха в районах промышленных предприятий и проживания людей.
Общие закономерности распределения уровней и региональных режимов экологических факторов
Географическая оболочка Земли (как и биосфера) неоднородна в пространстве, она дифференцирована на отличающиеся друг от друга территории. Ее последовательно делят на физико-географические пояса, географические зоны, внутризональные горные и равнинные области и подобласти, подзоны и т. д.
Физико-географический пояс – это крупнейшая таксономическая единица географической оболочки, слагающаяся из ряда географических зон, близких по тепловому балансу и режиму увлажнения.
Выделяют, в частности, арктический и антарктический, субарктический и субантарктический, северные и южные умеренные и субтропические, субэкваториальный и экваториальный пояса.
Географическая (она же – природная, ландшафтная) зона – это значительная часть физико-географического пояса с особым характером геоморфологических процессов, с особыми типами климата, растительности, почв, животного и растительного мира.
Зоны имеют преимущественно (хотя далеко не всегда) вытянутые в широком плане очертания и характеризуются сходными природными условиями, определенной последовательностью в зависимости от широтного положения – это широтная географическая зональность, обусловленная главным образом характером распределения солнечной энергии по широтам, т. е. с уменьшением ее прихода от экватора к полюсам и неравномерностью увлажнения.
Наряду с широтной существует также типичная для горных районов вертикальная (или высотная) зональность, т. е. смена растительности, животного мира, почв, климатических условий, по мере подъема от уровня моря, связанная в основном с изменением теплового баланса: перепад температуры воздуха составляет 0,6-1,0 °С на каждые 100 м высоты.
III . Эдафические или почвенные факторы
Согласно определению В. Р. Вильямса, почва – рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать органическое и минеральное питание растений. Плодородие зависит от физических и химических свойств почвы, которые в совокупности представляют собой эдафогенные (от греч. эдафос - почва), или эдафические, факторы.
1. Механический состав почвы . Почва – продукт физического, химического и биологического преобразования (выветривания) горных пород, является трехфазной средой, содержащей твердые; жидкие и газообразные компоненты. Она формируется в результате сложных взаимодействий климата, растений, животных, микроорганизмов и рассматривается как биокосное тело, содержащее живые и неживые компоненты.
В мире существует множество типов почв, связанных с различными климатическими условиями и спецификой процессов их образования. Почвы характеризуются определенной поясностью, хотя пояса далеко не всегда имеют сплошной характер. Среди главнейших типов почв России можно назвать тундровые, подзолистые почвы таежно-лесной зоны (самые распространенные), черноземы, серые лесные почвы, каштановые почвы (к югу и востоку от черноземных), бурые почвы (характерны для сухих степей и полупустынь), красноземы, солончаки и др.
В результате перемещения и превращения веществ почва обычно расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых на разрезе образует профиль почвы (рис. 2), который в общем виде выглядит следующим образом:
самый верхний горизонт (А 1 ), содержащий продукты перегнивания органики, является наиболее плодородным. Он называется гумусовым или перегнойным, имеет зернисто-комковатую или слоистую структуру. Именно в нем происходят сложные физико-химические процессы, в результате которых образуются элементы питания растений. Гумус имеет разную окраску.
Над гумусовым горизонтом располагается слой растительного опада, который принято называть подстилкой (А 0 ,). Он состоит из еще не разложившихся растительных остатков.
Ниже гумусового горизонта расположен малоплодородный белесый слой толщиной 10-12 см (А 2). Питательные вещества вымыты из него водой или кислотами. Поэтому его называют горизонтом вымывания или выщелачивания (элювиальным). Собственно он и является подзолистым горизонтом. Слабо растворяются и остаются в этом горизонте кварц и оксид алюминия.
Еще ниже залегает материнская порода (С).