Важнейшие абиотические факторы

Лучистая энергия солнца. Количество энергии солнечного излучения, падающего на 1 см² верхней границы атмосферы Земли в течение 1 мин, практически не изменяется, оно равно 8,29 Дж/см² • мин. Эту величину называют солнечной постоянной. Но распределение этой энергии по поверхности Земли зависит от широты местности, состояния атмосферы, высоты Солнца над горизонтом и т.д.

Около 99 % энергии солнечного излучения составляют лучи с длиной волны 170—4000 нм, в том числе:

- 48 % — видимая часть спектра (400-750 нм);

- 45 % — инфракрасные лучи (более 750 нм);

- 7 % — ультрафиолетовые лучи (менее 400 нм). Лучи различных участков спектра по-разному воздействуют на живые организмы. Фотосинтетически активная радиация соответствует диапазону 380—710 нм (44 % всей лучистой энергии), остальная часть солнечного спектра не является источником энергии для зеленых растений. Видимый свет влияет на скорость роста и развития растений, на интенсивность фотосинтеза, на активность животных. Инфракрасные лучи с длиной волны более 1,05 мкм принимают участие в теплообмене растений.

С лучистой энергией связанаосвещенность местности. Вследствие вращения Земли происходит смена времени суток, изменяется продолжительность светового дня. Растения и животные в процессе эволюции выработали особые механизмы адаптации к смене освещенности. У них существуют суточные ритмы активности, каждый вид приспособлен к определенной продолжительно­сти светлого и темного времени.

Влажность воздуха — содержание в воздухе водяных паров. 50 % всей влаги содержится в нижних слоях атмосферы, до высот 1,5— 2,0 км. Абсолютная влажность воздуха — это масса водяного пара в 1 м³ воздуха. Влажность воздуха является функцией температуры:

при каждой конкретной температуре существует максимальное насыщение воздуха водяными парами. Отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной влажности при данной температуре называется относительной влажностью, она выражается в процентах.

Дефицит влаги (разница между максимальным и данным насыщением) играет существенную роль в процессах развития и размножения растений, оказывает влияние на урожайность. Чем боль­ше дефицит влаги, тем суше воздух, тем интенсивнее развиты процессы испарение и транспирация. Растительные организмы приспособились жить при различных колебаниях влажности, однако переувлажнение воздуха они переносят, как правило, легче, чем длительную засуху. Животные, в отличие от растений, имеют возможность выбирать оптимальные условия влажности, обладают более совершенными механизмами регуляции водного обмена. Но и среди них есть такие, которые не выносят либо дефицит влаги (комары, мокрицы, моллюски), либо чрезмерное увлажнение (например, обитатели пустынь).

Осадки тесно связаны с влажностью воздуха и представляют собой результат конденсации водяных паров. Она становится возможной благодаря снижению температуры с удалением от поверхности Земли и переходом на высоте 1—2 км через точку росы. Одним из условий конденсации водяных паров является наличие центров конденсации или кристаллизации (морской соли, минеральной пыли, твердых частиц, образующихся при сгорании органического топлива). Осадки могут быть в виде дождя, снега, града, мороси и т.д. Суточное и годовое распределение осадков, а также их форма зависят от типа климата в данном регионе. Максимальное количество осадков выпадает в тропиках — до 2000 мм/год, минимальное — в пустынях — до 0,18 мм/год.

Движение воздушных масс (ветер). Причиной образования воздушных потоков является неравномерный нагрев разных участков земной поверхности, связанный с радиационными характеристиками Земли. За счет подъема нагретых масс воздуха у поверхности Земли формируется область пониженного давления, в которую и устремляется ветровой поток. На воздух также действует и сила Кориолиса, обусловленная вращением Земли. Она равна нулю на экваторе и максимальна на полюсах. В северном полушарии сила Кориолиса отклоняет воздух вправо от направления его движения, в южном полушарии — влево.

Движение воздуха является одним из главных факторов, определяющих климат, температурный режим, испарение влаги, транспирацию растений.

Давление атмосферы. Находящийся над Землей воздух оказывает давление на ее поверхность и на населяющие ее живые организмы. Нормальным атмосферным давлением считается давление в 101,3 кПа или 760 мм рт. ст. По мере увеличения высоты над поверхностью давление уменьшается. На границе вечных снегов в горах давление составляет всего 300 мм рт. ст. На поверхности Земли существуют области нормального, повышенного или пониженного давления. Кроме того, имеются суточные флуктуации давления, максимумы давления наблюдаются обычно в 3-4 и 15—16 часов.

Состав почвы. Почва как среда обитания живых организмов обладает особым химическим составом. Свыше 50 % минерального состава почвы образовано кремнеземом (SiO₂), 1—25 % приходится на глинозем (Al₂O₃), 1—10 % — на оксиды железа, 0,1—5,0 % — оксиды магния, калия, фосфора и кальция (MgO, К₂О, Р₂О₅, СаО).

Органические вещества, находящиеся в почве или поступающие в нее, включают углеводы, белки, жиры, а также различные смолы, воск, дубильные вещества. Органические вещества в почве минерализуются с образованием гумуса (плодородного слоя, перегноя) и более простых веществ — воды, СО₂ и др. Большое значение для роста и развития растений имеет содержание микроэлементов в почве (железа, цинка, никеля и других).

Соотношение твердых частиц различных размеров определяетмеханический состав почв. Различают песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые почвы (содержание песка в них изменяется от 90 % в первых до 20 % в последних). Механический состав и структура определяют воздухе- и водопроницаемость почв, теплоемкость, влажность, а следовательно, и условия жизни в почве животных, распределение корней растений и т.д.

Рельеф местности оказывает влияние на процессы почвообразования, степень увлажнения почвы и воздуха, температуру поверхности, на развитие корневых систем растений. Большое значение имеет ориентировка склонов по отношению к сторонам света, от чего зависит освещенность местности и характер биоценозов. Рельеф существенно влияет на процессы переноса и рассеива­ния вредных примесей в атмосферном воздухе.

Факторы водной среды. Для жизни организмов наиболее важны такие характеристики водной среды, как температурная стратификация, прозрачность, соленость, количество растворенных в воде газов, кислотность.

Температурная стратификация (изменение температуры по высоте водоема) оказывает влияние на размещение организмов в воде, на перенос и рассеивание примесей. Она зависит от времени года, от географического расположения водоема, прозрачности воды. В летнее время наиболее теплые воды располагаются у поверхности, а холодные — у дна. Зимой наблюдается обратная картина: поверхностные холодные воды с температурой ниже 4 °С располагаются над сравнительно более теплыми, имеющими, как правило, температуру около 4 °С. Это приводит к временному прекращению вертикальной циркуляции воды и позволяет водным организмам выжить в зимнее время.

Прозрачность воды определяет количество солнечного света, поступающего в воду, а следовательно, и интенсивность процесса фотосинтеза в водных растениях. В мутных водоемах фотосинтезирующие растения обитают только у поверхности, а в прозрачной воде проникают на большие глубины. Прозрачность воды зависит от количества взвешенных в ней минеральных частиц (глины, ила, торфа), от наличия мелких животных и растительных организмов.

Соленость воды связана с содержанием в ней растворенных карбонатов, сульфатов и хлоридов. В пресных водах их содержание невелико, причем до 80 % составляют карбонаты. Океанические воды имеют соленость до 35 г/л, воды Черного моря — 19, а Мертвого — до 260 г/л с преобладанием хлоридов калия, натрия, кальция и магния. Количество и состав солей в водоеме определяют видовой состав живых организмов, поскольку большинство организмов приспособлено к тому или иному значению солености воды и погибает при перемещении из морской воды в пресную или наоборот.

Из газов, растворенных в воде, первоочередное значение имеют кислород и углекислый газ, от которых зависят фотосинтез и дыхание растений. Накопление кислорода в воде происходит вследствие поступления его из атмосферы, а также благодаря деятельности фотосинтезирующих растений. Чем выше температура воды, тем ниже растворимость в ней кислорода. Недостаток кислорода ведет к процессам эвтрофикации, т.е. избытку мертвой органики, заиливанию водоема. Диоксид углерода, содержащийся в воде, обеспечивает процессы фотосинтеза. Его количество в воде значительно больше, чем в атмосфере, благодаря высокой растворимости.

Кислотность среды. Каждый вид организма, обитающий в воде, приспособлен к определенной кислотности среды, оцениваемой показателем рН. Кислые воды имеют показатель рН = 3,7—4,7, щелоч­ные — более 7,8. Большинство пресноводных рыб выдерживают показатель рН от 5 до 9. При изменении кислотности за пределы этого диапазона наблюдается массовая гибель живых организмов.