2. Климатические факторы

Главными климатическими переменными в экосистеме являются свет, температура, вода и ветер.

Свет – первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на земле, так как это источник энергии для фотосинтеза, однако есть и другие аспекты его воздействия на живые организмы. Рассматривая эти аспекты, полезно пояснить, что интенсивность света, его качество (длина волны, или цвет) и продолжительность освещения (фотопериод) могут оказывать различное влияние.

Важное значение для организмов имеет интенсивность света. На интенсивность света влияет угол падения солнечных лучей на земную поверхность; она изменяется в зависимости от широты, сезона, времени дня в экспозиции склона.

Длина дня (фотопериод) на экваторе более или менее постоянный (около 12ч.), но в более высоких широтах он изменяется в зависимости от времени года. Для растение и животных таких широт характерна реакция на фотопериод, которая синхронизирует их активность с временами года. Примерами могут служить цветение и прорастание семян у растений, миграция, зимняя спячка и размножение животных. Необходимость света для растений существенно влияет на структуру сообществ. Распространение водных растений ограничено поверхностными слоями воды. В наземных экосистемах в процессе конкуренции за свет у растений выработались определенные стратегии, например быстрый рост в высоту, использование других растений в качестве опоры (у лиан), увеличение поверхности листьев. В лесах это приводит к ярусной структуре сообщества.

Некоторые важные процессы с участием света у растений и животных:

1. Фотосинтез. В среднем 1-5% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Фотосинтез-источник энергия для всей остальной пищевой цепи. Свет необходим также для синтеза хлорофилла

2. Транспирация. Примерно 75% падающей на растения солнечной радиация расходуется на испарение воды и таким образом усиливает транспирацию, это важно в связи с проблемой сохранения воды

3. Фотопериодизм. Важен для синхронизации жизнедеятельности и поведения растений и животных (особенно размножения) с временами года.

4. Движение. Фототропизм и фотонастии у растений; важны для того, чтобы обеспечить растению достаточную освещенность. Фототаксис у животных и одноклеточных растений; необходим для нахождения подходящего местообитания.

5. Зрение у животных. Одна из главных сенсорных функций

6. Прочие процессы. Синтез витамина D у человека. Длительное воздействие ультрафиолетовых лучей может вызывать повреждение тканей, особенно у животных: в связи с этим выработались защитные приспособления - пигментация, поведенческие реакции избегания и т.п.

Температура.

Важнейший из ограничивающих факторов. Главным источником тепла является солнечное излучение; им могут также быть геотермальные источники, но они играют важную роль только в немногих местообитаниях, например в горячих ключах, где развиваются бактерии и сине-зеленые водоросли.

Температура является наиболее важным климатическим фактором. От нее зависит интенсивность обмена веществ организмов и их географическое распространение. Любой организм способен жить в пределах определенного диапазона температур к которым приспособлены его метаболизм и структура. И хотя для разных видов организмов (эвритермных и стенотермных) эти интервалы различны, для большинства из них зона оптимальных температур, при которых жизненные функции осуществляются наиболее активно и эффективно, сравнительно невелика. Диапазон температур, в которых может существовать жизнь, составляет примерно 300 ⁰С : от -200 до +100 ⁰С. Но большинство видов и большая часть активности приурочены к еще более узкому диапазону температур. Определенные организмы, особенно в стадии покоя, могут существовать по крайней мере некоторое время, при очень низких температурах. Отдельные виды микроорганизмов, главным образом бактерии и водоросли, способны жить и размножаться при температурах, близких к точке кипения. Верхний предел для бактерий горячих источников составляет 88 ⁰С, для сине-зеленых водорослей - 80 ⁰С, а для самых устойчивых рыб и насекомых - около 50 ⁰С. Как правило, верхние предельные значения фактора оказываются более критическими, чем нижние, хотя многие организмы вблизи верхних пределов диапазона толерантности функционируют более эффективно. Если температура живой клетки падает ниже точки замерзания, клетка обычно физически повреждается и гибнет в результате образования кристаллов льда. Если же температура слишком высока, происходит денатурация ферментов. Большинство организмов способно в той или иной степени контролировать температуру своего тела с помощью различных ответных реакций и адаптации, которые могут смягчать воздействие экстремальных условий и внезапных изменений среды. Адаптационные процессы у животных по отношению к температуре привели к появлению пойкилотермных и гомойотермных животных. Подавляющее большинство животных являются пойкилотермными, т.е. температура их собственного тела меняется с изменением температуры окружающей среды: земноводные, пресмыкающиеся, насекомые и др. Значительно меньшая часть животных – гомойотермные, т.е. имеют постоянную температуру тела, независящую от температуры внешней среды: млекопитающие (в том числе человек), имеющие температуру тела 36-37 ⁰С и птицы с температурой тела 40 ⁰С.

Не меньшее значение температура играет в жизни растений. При повышении температуры на 10⁰С интенсивность фотосинтеза увеличивается в два раза, но лишь до 30-35⁰С, а затем его интенсивность падает и при 40-45⁰С фотосинтез вообще прекращается. При 50⁰ С большинство наземных растений погибает.

Температура, также как интенсивность света, в большой мере зависит от географической широты, сезона, времени суток и экспозиции склона. Однако, часто встречаются и узкоканальные различия в температуре; это особенно касается микроместообитаний, обладающих собственным микроклиматом.

Количество осадков и влажность - основные величины, измеряемые при изучении этого фактора. Количество осадков зависит в основном от путей и характера больших перемещений воздушных масс. Например, ветры, дующие с океана, оставляют большую часть влаги на обращенных к океану склонах, в результате чего за горами остается "дождевая тень", способствующая формированию пустыни. Двигаясь в глубь суши, воздух аккумулирует некоторое количество влаги, и количество осадков опять увеличивается. Пустыни, как правило, расположены за высокими горными хребтами или вдоль тех берегов, где ветры дуют из обширных внутренних сухих районов, а не с океана, например, пустыня Нами в Юго-Западной Африке. Но для организмов важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. Условия, создающиеся в результате равномерного распределения осадков, совершенно иные, чем при выпадении осадков в течение одного сезона. В этом случае животным и растениям приходится переносить периоды длительной засухи. Как правило, неравномерное распределение осадков по временам года встречается в тропиках и субтропиках, где нередко хорошо выражены влажный и сухой сезоны. В тропическом поясе сезонный ритм влажности регулирует сезонную активность организмов аналогично сезонному ритму тепла и света в условиях умеренного пояса. Роса может представлять собой значительный, а в местах с малым выпадением дождей и очень важный вклад в общее количество осадков.

Влажность - параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе. Абсолютной влажностью называют количество водяного пара в единице объема воздуха. В связи с зависимостью количества пара, удерживаемого воздухом, от температуры и давления, введено понятие относительной влажности - это отношение пара, содержащегося в воздухе, к насыщающему пару при данных температуре и давлении. Так как в природе существуют суточный ритм влажности - повышение ночью и снижение днем, и колебание ее по вертикали и горизонтали, этот фактор наряду со светом и температурой играет важную роль в регулировании активности организмов. Влажность изменяет эффекты высоты температуры. Например, при условиях влажности, близких к критическим, температура оказывает более важное лимитирующее влияние. Аналогично влажность играет более критическую роль, если температура близка к предельным значениям. Крупные водоемы значительно смягчают климат суши, так как для воды характерна большая скрытая теплота парообразования и таяния. Фактически существуют два основных типа климата: континентальный с крайними значениями температуры и влажности и морской, которому свойственны менее резкие колебания, что объясняется смягчающим влиянием крупных водоемов.

Доступный живым организмам запас поверхностной воды зависит от количества осадков в данном районе, но эти величины не всегда совпадают. Так, пользуясь подземными источниками, куда вода поступает из других районов, животные и растения могут получать больше воды, чем от поступления ее с осадками. И наоборот, дождевая вода иногда сразу же становится недоступной для организмов

Наземные растения поглощают воду главным образом из почвы. Быстрый дренаж, небольшое количество осадков, быстрое испарение или сочетание этих факторов могут приводить к иссушению почв, а при изобилии воды, напротив, возможно их постоянное переувлажнение. Таким образом, количество воды в почве зависит от водоудерживающей способности самой почвы и от баланса между количеством выпадающих осадков и совместным результатом испарения и транспирации.

По способности переносить недостаток воды растения можно подразделить на: