Учебник. Абиотические компоненты

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.

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.

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).

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.