1.3.3. Экологические факторы и их действие
Экологический фактор ‑ это любое условие среды обитания, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые существа.
Организмы живых существ реагируют на изменение экологических факторов соответствующими приспособительными реакциями.
Классификация экологических, факторов приведена на рис.2.2.
Рис.2.2. Классификация экологических факторов.
Все экологические факторы могут быть сгруппированы в две крупные категории: факторы неживой (косной) природы, называемые абиотическими или абиогенными, и факторы живой природы, называемые биотическими, или биогенными.
Воздействие человека на окружающую среду проявляется, именно в изменении режима множества биотических и абиотических факторов. И часто эти изменения выходят за те пределы, которые отвечают экологическим требованиям живых организмов.
Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества, а их определенные значения, т.е. существуют верхние и нижние границы амплитуды допустимых колебаний этих факторов.
Чем шире пределы какого-либо экологического фактора, не вызывающие нарушений в функуионировании организма, тем выше устойчивость этого организма, т.е. его толерантность (от лат. толеранция ‑ терпение) по отношению к условиям внешней среды.
1.3.3.1. Абиотические факторы
Земля является космическим объектом и Космос оказывает существенное влияние на биосферу Земли, предопределяя ее абиотические факторы.
На Землю попадает космическая пыль, метеоритное вещество и астероиды.
От Солнца и других звезд на Землю поступает энергия электромагнитных излучений в широком диапазоне длин волн.
Эти обстоятельства влияют на совокупность климатических и почвенно-грунтовых условий нашей планеты.
К важнейшим абиотическим климатическим факторам относятся: лучистая энергия Солнца, освещенность земной поверхности, влажность воздуха, осадки, движение воздушных масс, давление атмосферы.
В солнечном излучении 48 % энергии приходится на видимую часть спектра с длиной волны от 400 до 760 нм. и 45 % - на инфракрасную область с длиной волны от 750 нм до 0,001 м. Около 7 % составляет ультрафиолетовая область с длиной волны менее 400 нм.
Преимущественное значение для теплового баланса на Земле имеют инфракрасные лучи, а в процессах фотосинтеза очень важную роль играют оранжево-красные и УФ-лучи.
Солнечная энергия не только поглощается поверхностью Земли, но и частично ею отражается. От того какую долю солнечной энергии поглощает земная поверхность, а какую она возвращает обратно в Космос, зависит общий режим температуры и влажности на континентах.
Чистый снег отражает от 80 до 95 % энергии солнечной радиации, загрязненный снег от 40 до 50 %, черноземная почва - до 5%, а сухая светлая почва – 35‑45%, хвойные леса – 10‑15 %.
Поэтому освещенность земной поверхности, связанная с лучистой энергией Солнца, играет важнейшую роль для всего живого на нашей планете.
Такую же роль играет и влажность атмосферного воздуха. Она зависит от насыщения воздуха водяными парами.
Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до 1,5 ‑2 км). Там находится примерно 50 % всей атмосферной влаги.
Атмосферные осадки, тесно связаны с влажностью воздуха. Они представляют собой результат конденсации водяных паров.
Режим осадков предопределяет миграцию веществ в биосфере и условия существования земной флоры и фауны.
На земле выделяют гумидные (влажные) и аридные (засушливые) зоны.
Максимальное количество осадков выпадает в зоне тропических лесов (до 2000 мм в год). А в аридных зонах (например, в пустынях) количество осадков не превышает ‑ 0,18 мм в год.
Атмосферные осадки могут быть фактором загрязнения природной среды. Так, кислотные дожди являются результатом смешения в атмосфере паров воды и диоксида серы с их последующей конденсацией в капли сернистой кислоты, которая и создает кислотный дождь.
Ветер представляет собой движение воздушных масс. Он возникает при не одинаковом нагреве разных участков земной поверхности.
Ветровые потоки - важнейший фактор переноса, рассеивания и выпадения загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий, теплоэнергетики, транспорта, вулканов и т.д.
Сила и направление ветров, то есть роза ветров, предопределяют режим загрязнения окружающей среды.
Мощные потоки воздуха, движущегося по спирали от периферии к центру носят название циклонов. Циклоны связаны с неустойчивой погодой и большим количеством осадков.
В противоположность циклонам, антициклоны характеризуются устойчивой безветренной погодой и малым количеством осадков.
При антициклонах возникают неблагоприятные метеорологические условия с точки зрения переноса и рассеивания примесей.
Массовые выбросы в атмосферу аэрозолей и пыли от промышленных предприятий меняют прохождение солнечного излучения в атмосфере и тем самым уменьшают поступление тепла к поверхности Земли.
Уничтожение лесов и иной растительности, создание крупных искусственных водохранилищ увеличивает отражение солнечной энергии от поверхности земли, а загрязнение пылью, например, снега и льда - наоборот, увеличивает поглощение энергии и приводит к их интенсивному таянию.
Глобальные последствия интенсивной антропогенной деятельности человека могут реализоваться в парниковом эффекте и в ядерной зиме.
Суть парникового эффекта состоит в том, что по мере накопления в атмосфере диоксида углерода, оксидов азота, фторхлоруглеродов (фреонов) происходит накопление избыточной теплоты в приземном слое атмосферы, т.е. нарушается тепловой баланс планеты. Эффект подобен тому, что наблюдается в покрытых стеклом или пленкой теплицах. В результате парникового эффекта температура воздуха у земной поверхности возрастает.
Прогнозируется, что если содержание С02 увеличится с нынешних 336 частей на миллион до 400 - 500 частей на миллион, то температура воздуха поднимется на 1,0 ‑ 1,5°С. Это может привести к катастрофическим изменениям климата, и, в частности, к массовому таянию ледников и подъему уровня Мирового океана.
Ядерная зима считается возможным следствием ядерных (в том числе и локальных) войн. В результате ядерных взрывов и неизбежных пожаров тропосфера может оказаться насыщенной твердыми частицами пыли и пепла в таком количестве, что станет экраном для солнечных лучей. Экранирование Земли от солнечного излучения приведет к сильному понижению температуры с неизбежным снижением урожаев, массовой гибелью живых организмов, включая человека, от холода и голода.
Процессы, связанные с последствиями ядерной зимы, в настоящее время являются предметом математического моделирования. Но человечество располагает и природным примером подобных явлений, который заставляет отнестись к нему очень серьезно.
В 1883 году произошло сильнейшее извержение (взрыв) вулкана Кракатау, в Зондском проливе (между островами Ява и Суматра).
В атмосферу были выброшены миллионы тонн пепла, которые в течение нескольких лет оставались взвешенными в атмосфере и подвергались глобальному переносу с воздушными массами. В результате в течение трех лет после извержения вулкана наблюдалось сильное глобальное похолодание климата и снижение урожаев сельскохозяйственных культур.
Рельеф местности также является одним из важных факторов, от которых зависит перенос, рассеивание и накопление вредных примесей в атмосферном воздухе. Расположенные в низинах населенные пункты подвергаются сильному застойному загрязнению, а растительность ‑ угнетению вплоть до гибели.
Весьма велика роль абиотических факторов водной среды, т.к. она занимает преобладающую часть биосферы Земли.
Из 510 млн км2 общей площади земной поверхности на Мировой океан приходится 361 млн. км2 (71 %).
Океан ‑ главный приемник и накопитель солнечной энергии, т.к. вода обладает высокой теплоемкостью. Водная оболочка Земли наряду с океанами включает и пресные воды, сосредоточенные в пределах суши (горные льды, реки, болота, озера), и внутренние моря.
Важнейшими физическими особенностями водной среды являются:
Подвижность, т.е. постоянное перемещение водных масс в пространстве, которое стабилизирует физические и химические характеристики водного объема.
Температурная стратификация, т.е. изменение температуры воды по глубине водного объекта.
Годовые, суточные и сезонные изменения температуры. Самыми низкими температурами воды считают -2°С, а самыми высокими 35 ‑ 37°С.
(В данном случае не имеется в виду температура геотермальных вод). В целом на Земле динамика колебаний температуры воды существенно меньше, чем воздуха.
Прозрачность воды, которая определяет световой режим под ее поверхностью.
От прозрачности (и обратной ей характеристики ‑ мутности) зависит работа фотосинтезирующих организмов в водной среде а следовательно, и накопление биомассы в пределах так называемой эвфотической (от греч. эв - пере-, сверх-, фотос ‑ свет) зоны, т.е. освещенной толщи воды, где процессы фотосинтеза преобладают над процессами дыхания.
Мутность обусловлена содержанием в воде взвешенных веществ, в том числе и поступающих в водные объекты с промышленными и иными стоками.
Соленость воды также является важным экологическим фактором. Соленость воды связана с содержанием в ней растворенных карбонатов, сульфатов и хлоридов.
В пресных водах содержание солей невелико, причем до 80 % составляют карбонаты.
Воды мирового океана содержат в среднем 35 г/л солей, Черного моря ‑ 19, Каспийского ‑ около 13, Азовского ‑ 10, Балтийского ‑ 5, Мертвого – 260 г/л с преобладанием хлоридов кальция, калия, натрия и магния.
Растворенные газы и в первую очередь кислород контролируют процессы жизнедеятельности в водной среде. От их концентрации зависят фотосинтез и дыхание водных организмов. Перерасход кислорода на дыхание водных обитателей и окисление поступающих в воду загрязняющих веществ ведет к преобладанию анаэробных процессов, т.е. к "загниванию" воды, из-за избытка в ней мертвой органики. Это явление называется эвтрофированием (от греч. эв ‑ пере-, сверх-, трофее ‑- питаюсь).
Распространение и жизнедеятельность организмов в воде зависят от её кислотности. Каждый вид гидробионта адаптирован (приспособлен) к определенному значению рН : одни предпочитают кислую среду, другие ‑ щелочную, третьи ‑ нейтральную.
Промышленные, сельскохозяйственные и бытовые стоки существенно меняют этот показатель, что приводит к смене одних групп водных обитателей на другие.