|
|
Важнейшими составляющими абиотического компонента экосистемы помимо почв являются климатические и топографические факторы. Кроме того, в абиотический компонент может входить наличие волн, гейзеров, вулканов и прочие экзотические факторы.
К климатическим факторам относят свет, температуру, влажность и т. п. На интенсивность света влияет широта местности, время дня и года, а также наклон поверхности по отношению к горизонтали. Под действием света в растениях происходят фотосинтез и транспирация, благодаря свету животные видят. Организмы, живущие в областях с выраженной сменой времён года, выработали различные реакции на периодические изменения освещённости (у растений – цветение, опадание листьев, у животных – миграция, зимняя спячка). Необходимость света для нормальной жизнедеятельности приводит к ярусной структуре наземных сообществ, а в водных экосистемах ограничивает распространение большинства организмов поверхностными слоями воды.
|
| Рисунок 12.1.4.1. Прохождение солнечных лучей сквозь атмосферу |
Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 290 нм губительны для всего живого. Жизнь на Земле возможна только потому, что это излучение задерживается озоновым слоем атмосферы, и до поверхности доходит только длинноволновая часть УФ-излучения (300–400 нм). Но даже она обладает высокой активностью и может вызывать повреждение кожного покрова.
Каждый организм может существовать только в определённом диапазоне температур. При понижении температуры до 0 °C происходит замерзание воды, и клетка погибает. При высоких температурах белки денатурируют, теряя свои функции, и жизнь также становится невозможной.
У организмов с непостоянной температурой тела повышение температуры окружающей среды вызывает ускорение метаболических реакций. Млекопитающие и птицы развили способность к терморегуляции – поддержанию постоянной температуры тела. Наземные организмы выработали различные адаптационные механизмы, позволяющие уменьшить неблагоприятное воздействие температурных колебаний. В воде изменения температуры относительно невелики, и проблема приспособления организмов к колебаниям так остро не стоит.
Вода, как необходимое условие жизни, также является ограничивающим фактором в экосистемах. Водный баланс определяется выпадением осадков, дренажем и испарением воды; его смещение приводит к засухе либо, наоборот, к переувлажнению. Растения и животные, обитающие в засушливых местностях, приспособились к неблагоприятным условиям: они уменьшают потери воды (например, сбрасывают листья, снижают потоотделение или транспирацию, уменьшают площадь поверхности тела), увеличивают её потребление (длинные, глубоко проникающие корни), переживают неблагоприятный период в виде луковиц и клубней или в летней спячке.
Ветер увеличивает скорость испарения воды. Он влияет на рост растений на открытых участках, переносит семена и споры неподвижных растений и животных. Перемещения воздушных масс вызывают перераспределение осадков на поверхности Земли.
В некоторых местах (например, под корой гниющего дерева) климатические условия могут отличаться от климата окружающей среды. В этом случае говорят о микроклимате. Микроклимат играет важную роль при распространении организмов, способных обитать в ограниченном диапазоне условий.
|
| Рисунок 12.1.4.2. Горы могут являться барьером на пути дождевых туч |
Исключительно важную роль играет и рельеф местности. Во-первых, топография сильно сказывается на климатических; горы могут являться климатическим барьером. Во-вторых, при изменении высоты местности над уровнем моря меняются температура, влажность, атмосферное давление. Крутизна склона и его ориентация по частям света (экспозиция) также оказывают большое влияние на экосистему.
Абиотический компонент – это динамическая система. Циклические процессы перемещения и превращения веществ называются круговоротами веществ. Важнейшими из них являются круговорот воды (гидрологический цикл), кислорода, углерода, азота, фосфора, кальция и других элементов.
Вода испаряется с поверхности океанов и морей, переносится ветром в виде туч и осадками выпадает на сушу. Часть воды испаряется с суши обратно в атмосферу, другая часть через грунтовые воды даёт начало рекам, третья часть поглощается организмами. По пути сквозь горные породы вода вымывает минеральные вещества; в конце концов они попадают в океан, изменяя с течением времени его состав. На круговорот воды в природе тратится огромная энергия: 10,5 ∙ 1032 Дж в год (10 % всей получаемой Землёй от Солнца энергии).
 |
|
Модель 12.1.
Круговорот веществ в природе
|
Углерод поглощается из атмосферы растениями, растения поедаются животными. Скорость усваивания углерода растениями составляет 1,5 ∙ 1011 т в год (для сравнения общая масса углерода в растениях составляет около 5 ∙ 1011 т, в животных – 5 ∙ 109 т, в атмосфере – 6,4 ∙ 1011 т). В результате дыхания часть углерода возвращается обратно в атмосферу. Из остаков мёртвых организмов углерод попадает в почву и накапливается там, образуя гумус, торф, каменный уголь, нефть, природный газ. В активном круговороте углерода участвует лишь небольшое количество этого элемента; огромные запасы углерода законсервированы в известняках и других породах. Сжигание этих веществ увеличивает содержание углекислого газа в атмосфере, что по некоторым данным увеличивает парниковый эффект.
Кратко остановимся на круговоротах других важнейших веществ.
Кислород выделяется в процессе фотосинтеза в атмосферу и поглощается из неё организмами во время дыхания, связываясь при этом в углекислом газе. Используется кислород и редуцентами – при разложении мёртвой органики. В верхних слоях атмосферы происходит взаимное превращение кислорода в озон и обратно под действием солнечных лучей. Небольшое количество кислорода фиксируется в полезных ископаемых.
Человек вносит заметные изменения в круговорот кислорода. Всё больше и больше кислорода связывается за счёт сжигания органического топлива (каменного угля, нефти, газа). Использование хлорфторуглеводородов (например, фреона) истончает озоновый слой, который защищает всё живое на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей.
Большинство живых организмов не могут усваивать азот в газообразной форме. Исключением являются только некоторые бактерии и сине-зелёные водоросли (при этом некоторые бактерии наоборот восстанавливают нитраты до молекулярного азота). В растениях азотсодержащие соли преобразуются в органические соединения, которые передаются дальше по цепям питания. Обратно в среду соединения азота попадают с мочой или уже после гибели организма.
Чрезмерное использование азотистых удобрений приводит к увеличению содержания нитратов в пищи. Кроме того, растения усваивают лишь часть (меньшую часть) удобрений, а остальное смывается дождями в водоёмы, что в конечном итоге приводит к зарастанию водоёмов водорослями.
Сера поступает в пищевые цепи через растения. Сера содержится в любом организме как составная часть протеинов. После гибели организма сера редуценты разлагают серосодержащие соединения до сульфатов и сероводорода (последний является причиной характерного запаха, например, от тухлых яиц). Окисление и восстановление серы также производится с участием бактерий-продуцентов.
Накапливаясь в горных породах и полезных ископаемых, сера постепенно выводится из круговорота. Обратно она возвращается с вулканическими газами и в процессе выветривания горных пород.
Сжигание полезных ископаемых приводит к выбросу в атмосферу оксида серы SO3. Растворяясь в дождевой воде, это вещество вызывает кислотные дожди, губительно действующие на наземные и водные экосистемы.
В отличие от других макроэлементов из круговорота фосфора исключена газообразная форма; в атмосфере он может присутствовать только в виде пыли. В пищевую цепь фосфор поступает в виде фосфатов, преобразуясь в продуцентах в органические вещества. После гибели организма редуценты разлагают органику с выделением фосфатов, замыкая круговорот фосфора. Часть фосфора изымается из круговорота в осадочных породах; обратно этот фосфор возвращается в процессе выветривания.
Человек вносит на поля фосфатные удобрения; большая часть из них смывается в водоёмы. При изобилии фосфатов начинается взрывообразный рост одноклеточных водорослей – водоёмы «цветут». Редуценты перестают справляться с разложением отмерших водорослей, и над водоёмом появляется характерный запах. Кроме того, при разложении отмерших водорослей расходуется большое количество кислорода; его перестаёт хватать рыбам и другим водным животным.
|
|
 |
