Вопросы для самоконтроля

1. Какие воды включает гидросфера?

2. Как регулируют водный режим растения и животные?

3. Как классифицируют растения в зависимости от их потребности в воде?

4.Какие поведенческие, морфологические, физиологические приспособления существуют у животных по отношению к водному фактору?

Глава 7. Атмосфера как абиотический фактор

7.1. Общая характеристика атмосферы

Атмосфера — газовая оболочка Земли, сформированная в результате геологической эволюции и непрерывной деятельности живых организмов.

Общая масса а = 5,2 *10¹⁹ т, 90 % сосредоточено в слое толщиной не более 16 км.

Атмосфера делится на три основные части: нижнюю - тропосферу, среднюю — стратосферу, верхнюю - ионосферу.

Тропосфера характеризуется снижением температуры по высоте с градиентом 6 "С на 1 км. Высота слоя тропосферы изменяется от 7 — 10 км над полярными и до 16 - 18 км над экваториальными широтами. В тропосфере вследствие уменьшения плотности воздуха с увеличением высоты сосредоточено примерно 90% массы воздуха, а также основное количество атмосферных примесей. Она содержит практически весь водяной пар, при конденсации которого образуется облачность, а непосредственно у земли -туман [17].

Слой воздуха высотой 50 - 100 м (а иногда и выше) над земной поверхностью называют приземным, в нём наиболее резко изменяются метеорологические факторы. Для этого слоя характерны постоянные по высоте значения скорости потоков воздуха и количества теплоты.

Атмосфере, кроме основного газового состава, свойственны различные примеси; качественные и количественные показатели всех очень изменчивы и непредсказуемы. Значительным экологическим эффектом отличаются аэрозольные и газообразные примеси.

Аэрозоли — твёрдые или жидкие частицы в атмосфере, обладающие малыми скоростями осаждения. Их размеры варьируют от тысячных долей до сотен микрон.

Стратосфера распространяется до высоты 60 км; температура в ней примерно постоянна по вертикали. На высоте 20 — 30 км расположен слой с повышенной концентрацией озона (озоновый слой).

Ионосфера подразделяется на мезосферу и термосферу, имеет вертикальную протяжённость на сотни километров; воздух в ней находится в ионизированном состоянии.

Географическое распределение запылённости атмосферы изучают косвенными методами на основании анализа данных актинометрических наблюдений и определения коэффициентов прозрачности, мутности и т.п. с помощью лазерной техники.

7.2. Состав воздуха и его значение в жизни организмов

Воздух представляет собой физическую смесь газов различной химической природы, имеющих для живых организмов первостепенное значение. С экологической точки зрения, воздух - это не только газовая оболочка Земли, но и газовая компонента почвы, растворенные газы природных вод и тканевых жидкостей организмов. Воздух является материальной средой, с которой тесно связана жизнедеятельность практически всех организмов.

Как и другие экологические факторы, воздух воздействует физически и химически на земную кору, чем обусловливает важнейшие геологические процессы, протекающие на поверхности нашей планеты.

Состав воздуха, лишенного влаги и твёрдых примесей, практически одинаков во всех местностях земного шара и характеризуется следующими показателями (табл. 7.1)[15]:

Таблица 7.1.

Газовый состав атмосферного воздуха

Составляющая	Объемное содержание, %
Азот	78,01
Аргон	0,93
Гелий	5,24 "Ю-4
Закись N	5,0 *105
Кислород	20,95
Криптон	1,14*10"*
Метан	1,4 ПО"*
Неон	1,8 *10'3
Углекислый газ	0,032

Кислород. Для абсолютного большинства живых организмов О₂ является жизненно необходимым. В бескислородной среде могут развиваться только анаэробные бактерии. Кислород обеспечивает осуществление экзотермических реакций, в ходе которых освобождается необходимая для жизнедеятельности организмов энергия. Этот элемент является конечным акцептором электрона, который отщепляется от атома водорода в процессе энергетического обмена. В химически связанном состоянии 0₂ входит в состав многих очень важных органических и минеральных соединений живых организмов. Огромна роль его как окислителя в круговороте отдельных элементов биосферы [13].

Единственными продуцентами свободного молекулярного кислорода на Земле являются зелёные автотрофные растения. Ещё одним источником кислорода являются водяные пары, которые в верхних слоях атмосферы под действием УФЛ разлагаются на О и Н. Не исключено, что часть атмосферного С₂ имеет вулканическое происхождение.

Углекислый газ - один из важнейших и преобладающих форм первостепенного биогенного элемента С. Это соединение обладает особыми физическими и химическими свойствами, благодаря чему является циркулирующей формой неорганическою углерода.

СО₂, который поглощает в инфракрасной области спектра, влияет на оптические параметры и температурный режим атмосферы, следствием чего является известный «парниковый эффект». Он состоит в том, что подобно стеклу в парниках, безоблачная атмосфера, содержащая СО₂, сравнительно мало задерживает солнечную радиацию видимого диапазона, однако в значительно большей степени поглощает длинноволновое ИФИ, возникающее при разогреве поверхности Земли. Тем самым создаются условия для сохранения тепла в атмосфере. Таким образом, происходит разогрев атмосферы и переизлучеиие части энергии обратно к Земле. По мере увеличения [СО₂] в атмосфере температура всей системы может повышаться до значений с нежелательными экологическими показателями. Название «парниковый эффект» не совсем правильное. В действительности, в парниках и теплицах большую роль в сохранении тепла играют изоляция от окружающего воздуха и повышение содержания водяных паров.

СО₂ поступает в атмосферу не только вследствие естественных процессов (извержение вулканов, деятельность почвенных микроорганизмов, дыхание животных и растений), но и в результате сжигания горючих полезных ископаемых (теплоэнергетика, транспорт, индустрия), как побочный продукт химической и микробиологической промышленности.

В океане С0₂ почти в 60 раз больше, чем в атмосфере. Вследствие того, что этот газ лучше растворяется в холодной, а не в тёплой воде. Мировой океан действует как гигантский насос, который, поглощая СО₂ в холодных областях, переносит и отдает его в атмосферу тропиков.

Хорошо растворяясь в воде, С0₂ тем не менее не относится к разряду лимитирующих факторов для водных организмов вследствие связывания его избытка щелочными и щелочноземельными металлами [13].

Азот. Для большинства организмов N₂ является нейтральным газом. Лишь для значительной группы микроорганизмов (клубеньковых бактерий, азотобактерий, актиномицетов, сине-зелёных водорослей) N₂ является фактором жизнедеятельности.

Круговорот азота. Азот растворяется в крови и тканевых жидкостях организмов в количествах, пропорциональных его парциальному давлению. При резком уменьшении давления избыток азота выделяется в виде пузырьков газа. Проявление этого — кессонная болезнь. Постоянно мигрирующие в вертикальном направлении организмы (птицы, рыбы, ластоногие, китообразные) имеют защитные механизмы, уменьшающие процесс дегазации крови и других жидкостей [13].

Аргон, неон, гелий и др. инертные газы атмосферы в экологическом плане считаются индифферентными.

Озон. Несмотря на крайне низкое количественное содержание, этот газ имеет существенное эколого-биологическое значение. Это связано с тем, что озон активно поглощает коротковолновое УФИ Солнца и т.о. определяет не только температурный режим стратосферы, но и является охранным щитом от жёсткого, короче 280 нм, излучения, крайне опасного для всего живого на Земле.

Основное количество озона — на высоте 15 — 25 км (верхняя граница его распространения — до 45 км), где он образует озоносферу.

В последние десятилетия установлено существенное влияние на озоновый слой различных веществ естественного и особенно антропогенного происхождения, приводящих к разрушению озонного экрана. Это вулканические извержения, содержащие хлор; разложение минеральных удобрений, выделяющих закись азота; выбросы реактивными двигателями высотной авиации окислов азота и паров воды: ядерные взрывы, при которых образуется большое количество оксидов азота [18].