11

11

Лекция 7

Лучевая энергия Солнца и Т среды обитания животных

О₂-запрос пойкилотермов и Т среды. Q₁₀

Температурная компенсация

Лучевая энергия солнца и т среды обитания животных

Температурная среда обитания живых организмов в воде находится в пределах -2^О (океаны) – +50^О (горячие источники). Ниже этого предела происходит разрушение клеток образующимся в них льдом, выше – инактивация ферментов, денатурация белков, разрушение мембран. Однако некоторые термофильные бактерии живут в воде с Т кипения, а некоторые животные могут находиться в состоянии своеобразного переохлаждения и переносить температуры, близкие к абсолютному нулю.

Но для этого выработаны особенности обменных процессов, не всегда нам понятные. Известно, например, что переохлаждение возможно, если в клетках находятся вещества типа антифризов, препятствующие образованию льдинок. Так, если к сперматозоидам добавить глицерин, то их можно хранить очень долго в жидком воздухе и затем использовать через несколько поколений для оплодотворения яйцеклетки [71].

Температурный режим на Земле определяется количеством лучевой энергии Солнца, падающим на нее. Она состоит из потоков света с разной длиной волны: коротковолновая УФ (0.2-0.4 мкм), видимая (0.4-0.76 мкм) и длинноволновая ИК (0.76-десятки мкм) [1], рис. 59.

Рис. 59. Схема теплообмена животного с окружающей средой, показывающая температуру окружающих животное предметов и направление перемещения между ними тепла [13].

УФ радиация оказывает преимущественное влияние на биологические процессы в клетках, например, на синтез витамина D, может влиять на их геном, обладает бактерицидным действием, и действие этой радиации возрастает с высотой.

Потоки видимой радиации состоят из прямых лучей, нагревающих земную поверхность, рассеянных лучей от всего небосвода и лучей, отраженных от всего лежащего на поверхности Земли. Наибольшую часть энергии несет видимая прямая солнечная радиация. Она увеличивается с высотой, так как с высотой растет прозрачность атмосферы, однако при этом снижается доля рассеянной энергии.

Длинноволновую радиацию порождают все нагретые тела. Согласно закону Стефана-Больцмана интенсивность этого излучения пропорциональна абсолютной Т⁴ .Это означает, что чем выше Т тела, тем больше оно излучает. От нагретой атмосферы на Землю падает поток ИК радиации, а нагретая Земля теряется свое тепло через эту радиацию.

В ночные часы, когда поток коротковолновой радиации отсутствует, происходит обмен тепла между разно нагретыми предметами и участками Земли (например, между водой и сушей), но в целом Земля теряет тепло.

Часть солнечной радиации (прямой и рассеянной) отражается, и чем выше отражательная поверхность какой-либо структуры, тем меньше она получает этой энергии. Так, свежевыпавший снег отражает 88% всей падающей на него солнечной энергии, Черное море до 50%, лес 12-17%, коже белого человека 44%. а черного в два раза меньше [1]. Растительный покров частично отражает, частично поглощает поток солнечной энергии. Так, через крону деревьев в лесу проходит только 2-5% его. Даже такие пустынные растения как саксаул пропускают к поверхности земли всего 5-10% этой энергии, создавая на относительно небольшой площади более комфортную среду обитания.

Таким образом, соотношение падающих и отраженных солнечных потоков влияет на Т среды, а в отношении больших областей Земли является важным климатообразующим фактором.

Самое холодное место на Земле - Антарктида со среднегодовой Т –26^О (наименьшая –87^О на станции «Восток»), самое жаркое - Эфиопия со среднегодовой Т 30^О (наибольшая 58^О) [1].

Если Т поверхности Земли напрямую зависит от солнечного излучения, то в почве эта зависимость заметно снижается. На рис. 60 можно видеть, что в безоблачный день на поверхности северного и южного склонов высокогорного перевала перепад Т в самое теплое время дня составляет 35^о, а в почве на глубине 20 см всего 10^О.

Похожая картина наблюдается в песках Каракума, рис. 61. Там в августе в течении суток Т поверхности песка колеблется от 10^О до 70^О, а на глубине 20 см сохраняется в пределах 35^О.

Рис. 60. Температура на поверхности почвы (а) и в глубине на 20 см (б) на перевале в Туркмении на высоте 3200 м в сентябре: 1 – гребень, склоны: 2 – северный, 3 – южный, 4 – восточный, 5 – западный [1].

Рис. 61. Распределение температуры в верхнем слое песка в Каракумах в августе [1]. По оси абсцисс - вверху время суток, внизу - температура песка. Линии сверху вниз показывают время суток: справа налево 26.08 от 6 ч до 13 ч, слева направо - от 13 ч 26.08 до 6 ч 27.08.

Зимой снежный покров, сохраняя Т почвы, создает более комфортные условия для обитания сравнительно мелких животных. При глубине снежного покрова в 40-60 см (типичном для наших широт) Т почвы по сравнению с Т воздуха значительно выше, особенно, при низкой Т среды, табл. 32.

Таблица 32. Минимальная температура почвы на глубине 3 см в зависимости от Т воздуха и высоты снежного покрова

(Шульгин, 1972), по: [1]

Высота снега, см	Температура почвы, СО
	-10	-15	-20	-30	-40	-50
0	-9.0	-11.6	-14.5	-20.0	-24.6	-32.0
10	-6.8	-9.5	-12.0	-15.7	-18.8	-23.5
20	-5.2	-7.8	-9.8	-13.0	-15.2	-18.2
40	-2.8	-4.3	-7.2	-9.2	-10.4	-12.1
60	-1.5	-4.0	-5.6	-7.5	-8.2	-9.0

Важную роль в создании Т сухопутной среды обитания животных и человека играет ее влажность и сила ветра. Ниже мы коротко на них остановимся.