Температура

Тепло - це форма кінетичної енергії, котра може перетворюватися на інші види енергії та передаватися від відносно більш нагрітого тіла до відносно більш холодного. Так, сонячна радіація, доходячи до ґрунту, нагріває його. Нагрітий ґрунт, у свою чергу, віддає частину отриманої енергії атмосфері, яка діє як екран, затримуючи енергію та частково спрямовуючи її назад. Термін "температура" виражає ступінь нагрівання тіла. Надходження тепла на земну поверхню забезпечується сонячними променями і розподіляється залежно від висоти стояння Сонця над горизонтом і кута падіння цих променів.

Екологічним фактором є не лише абсолютна кількість тепла, а і його розподіл у часі - тепловий режим. Саме він визначає добову і сезонну активність організмів. Фактор температури має чітко виражені сезонні та добові коливання. Ця дія має важливе сигнальне значення, оскільки регулює терміни активності організмів, забезпечуючи їх добовий і сезонний ритми життя.

За відношенням до фактора температури всі організми поділяють на теплолюбні (термофіли) і холодолюбні (кріофіли). Температурний оптимум більшості живих істот перебуває в межах 20-25 °С, але деякі організми мають здатність адаптуватися до дуже високої температури, наприклад, верблюжа колючка переносить нагрівання повітря до 70 °С. Більшість термофільних рослин здатні переносити дуже високу температуру. Окремі частини рослини можуть нагріватися до +60-65 °С (інколи протягом тривалого періоду), наприклад, наскельні лишайники. Найвища температура, за якої знайдено живі синьо-зелені водорості у термальних водах, +85 °С, а бактерії--1-88 °С. Вищих рослин у термальних водах немає. У природі вже при 40 °С більшість видів виявляють ознаки пригніченості. Рослини здатні витримувати і гранично низькі температури до -80 °С (водорості у товщі льоду в Антарктиді), Наприклад, у модринових лісах Якутії, де живуть вищі рослини, спостерігалась температура -65 °С.

Для тваринних організмів температурний фактор визначає швидкість перебігу біохімічних реакцій, а відповідно й активності усього організму. Зростання температури середовища може призвести до перегрівання організму й загибелі тварини, тому найважливішими є три аспекти температури як екологічного фактора: загрозливо низькі температури, загрозливо високі та проміжні. Якщо перші два інтервали температур можуть спричинити смерть, то проміжне значення охоплює зону оптимуму.

Характеризуючи температуру як екологічний фактор, слід розрізняти температуру повітря, температуру ґрунту і різницю між ними. Це особливо важливо для рослин, оскільки вони здатні поглинати поживні речовини з ґрунту лише у тому випадку, коли його температура на декілька градусів нижча за температуру повітря.

Ці три екологічних фактори - світло, вода і температура - є дуже важливими лімітуючими факторами на суходолі. А у водному середовищі (море) такими факторами стають світло, температура і солоність. У прісних водоймах головну роль може відігравати вміст кисню.

Клімат

Режим температури та опадів на певній території протягом досить тривалого часу називається кліматом. У різних районах земної кулі клімат різний: річна кількість опадів змінюється від 0 до 2500 мм, при цьому вони випадають або рівномірно протягом року, або їх основна кількість - в певний (вологий) період. Середньорічна температура також коливається від значних від'ємних величин до майже 100 °С. Різні режими температури і опадів поєднуються між собою дуже по-різному.

Температурні ритми разом зі світловими, припливно-відпливними та ритмами зміни вологості контролюють сезонну й добову активність рослин і тварин. Температура формує зональність у наземних та стратифікацію у водних екосистемах. Мінливість температури є дуже важливою з екологічного погляду; так, коливання температури від 10 до 20 °С (при середній температурі 15 °С) не обов'язково діє на організми так само, як постійна температура у 15 °С. Таким чином, життєдіяльність організмів, які підвладні дії мінливих температур, частково або повністю пригнічується або уповільнюється під впливом постійної температури.

Волога також відіграє важливу роль, оскільки змінює ефект температури. Вода, яку рослини отримують з ґрунту, майже повністю (97-99 %) випаровується через листя при транспірації. Якщо вода та елементи живлення не є лімітуючими, то ріст наземних рослин пропорційний загальному надходженню енергії на поверхню Землі. Оскільки більша частина енергії, яка потрапляє на землю у вигляді тепла, майже постійна, то ріст рослин також є пропорційним транспірації.

Дія багатьох абіотичних факторів (рельєф, вітер, тип ґрунтів, геологічна будова тощо) проявляється опосередковано, тобто через температуру та вологість. У результаті на невеликій ділянці земної поверхні кліматичні умови можуть істотно відрізнятися від середніх для регіону в цілому. Ці локальні умови називають мікрокліматом, особливості якого є причиною різноманіття екосистем в межах біому.

Кисень

Для більшості організмів кисень має велике фізіологічне значення, тому розподіл його концентрацій у середовищі і умови доставки до субстратів, які він окиснює, є важливим екологічним фактором. Концентрація 02 в повітрі становить 20,95 % і є доволі постійною. Тимчасове її зменшення на 2-3 % не має помітного фізіологічного впливу на живі організми. Так, у ґрунті та глибоких норах тварин вміст кисню може знижуватися до 15 % і нижче, але мешканці цього середовища адаптовані до таких відхилень. При підйомі угору в зв'язку зі зниженням атмосферного тиску падає і парціальний тиск кисню. Починаючи з певного рівня це може призводити до фізіологічних порушень - тоді активуються механізми акліматизації. Дуже небезпечним є сучасне катастрофічне зменшення вмісту кисню в атмосфері, внаслідок діяльності людини.

Ґрунти

Ці природні утворення, як відомо, характеризуються родючістю, тобто здатністю забезпечувати рослини речовинами, необхідними для їх життєдіяльності. Це також органо-мінеральні утворення, що виникли в результаті тривалої взаємодії живих організмів і субстрату, впливу на них природних вод та атмосферного повітря. Так, дубові ліси домінують на добре дренованих ґрунтах, злакові рослини - на ґрунтах із високою здатністю утримання вологи, а на пісках ростуть тільки пустельні види. Основними лімітуючими факторами можуть бути також засоленість ґрунтів, їх кислотність або лужність.

Ґрунт - зовнішня оболонка земної кори, що розрихлена фізичним і хімічним вивітрюванням і сформована за участю живих організмів. У сучасній біосфері саме ґрунт разом з її поверхнею та приземним шаром повітря є головним середовищем мешкання біоти як за чисельністю видів, так і за біомасою. Його властивості визначають існування вищих і нижчих рослин, багатьох тварин. Життєво необхідний обмін мінеральними речовинами між біосферою та неорганічним світом відбувається саме у ґрунті.

Вогонь

Вогонь (пожежі) - той абіотичний фактор, який певною мірою формує багато наземних екосистем. Організми адаптуються до цього фактора так само, як до температури чи вологості. Пожежі є важливим лімітуючим фактором вже тому, що людина здатна контролювати його значно більше, ніж інші лімітуючі фактори.

Фізичні бар'єри

Фізичні бар'єри є тим абіотичним фактором, який перешкоджає проникненню видів з одних екосистем у інші. Це, наприклад, моря, пустелі, гірські хребти тощо. Тому континенти та недалекі від них острови, які мають схожі абіотичні умови, можуть сильно різнитися за видовим складом. Якщо організми долають такі бар'єри, наприклад, за допомогою людини, то може відбутися або успішне "вторгнення" видів у нові для них спільноти, або екологічна катастрофа у разі порушення усталених харчових ланцюгів.

Їжа

Усі організми потребують їжі, яку вони використовують, по-перше, як джерело енергії для підтримки життя та здійснення своїх функцій, по-друге, як матеріал для побудови і поновлення своїх клітинних структур, для продукування та розмноження. Кількість їжі на Землі визначається чистою первинною продукцією рослин. Це приблизно 200 млрд т сухої речовини фітомаси щорічно, в котрій міститься 3,5х1021 Дж енергії.

Всю цю кількість за рік використовують гетеротрофи, чия біомаса на порядок менша.

Будь-яка їжа є набором різних елементів живлення, частина з яких завжди обов'язкова, незамінна. За відсутності будь-якого з цих елементів (лімітуючого фактора) виникають порушення життєдіяльності, аж до загибелі організму. Для нормального розвитку більшості організмів до складу їхньої їжі мають входити 8-10 незамінних амінокислот, вітаміни та мікроелементи. Впливаючи на фізіологічний стан окремих особин, якісний склад їжі поряд з її кількістю може впливати на стан популяції в цілому, на її структуру та динамічні характеристики - народжуваність, смертність, темпи розвитку і якість потомства.

Отже, процес існування живих організмів у навколишньому середовищі постійно супроводжується пристосуванням, що сприяє збереженню видів. Процес адаптації організмів до змін умов середовища, зокрема до абіотичних екологічних факторів доволі складний, але єдиний. Для того, щоб об'єктивно оцінити роль того чи іншого екологічного фактора і реакцію організмів на його дію, як правило, розглядають і характеризують їх кожний окремо.