Физические факторы

Свет

Условия жизни организмов определяются общим потоком излучения в окружающей среде. Организмы, живущие на поверхности Земли или вблизи нее, воспринимают поток энергии, который состоит из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения от близлежащих тел. Эти два фактора определяют климатические условия среды – температуру, скорость испарения воды, движения воздуха и воды.

Вспомним, что солнечный спектр есть распределение электромагнитного излучения Солнца в диапазоне длин волн от нескольких А (ангстрем) (гамма – излучение) до метровых радиоволн. Продолжительность дня, угол падения солнечных лучей, прозрачность атмосферы определяют количество достигшей Земли радиации. Излучения, доходящие до Земли, состоят из теплового излучения (инфракрасные лучи и небольшая часть видимого спектра), лучей, обладающих химической активностью (ультрафиолетовые лучи) и лучей видимой части спектра.

Та энергия, которая достигает земной поверхности, вместе с вращением Земли вокруг собственной оси и движением ее вокруг Солнца оказывает влияние на океанические течения, на возникновение основных ветров. Перемещения воздушных и водных масс, в свою очередь, влияют на распределение осадков. Все названные явления в целом определяют климат. Климат есть главный экологический фактор, так как он определяет влажность и температуру среды. От взаимодействия двух последних факторов зависит фотосинтез.

Именно фотосинтез – важнейший, ключевой процесс жизни в биосфере – происходит в присутствии видимого солнечного света. Пигменты хлоропластов поглощают излучение примерно между 380 и 740 нм, поэтому данную область называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР).

У растений радиация действует как источник энергии для фотохимических реакций и как раздражитель, регулирующий развитие. Интенсивность фотосинтеза сказывается на продуктивности экосистем.

Свет является важным физическим фактором, интенсивность которого изменяется по сезонам года и в течение суток. У живых существ развились адаптивные реакции фотопериодизма, цикадных ритмов и др.

Температура

Температура – важнейший физический фактор, определяется как солнечным, так и тепловым (длинноволновым) излучением. Оно исходит от всех поверхностей и тел, температура которых выше абсолютного нуля. Температура определяет предпочтительность местообитания, степень активности и жизнедеятельности развития и число поколений в году.

Живое существо получает и теряет тепловую энергию различными путями. Большинство живых организмов могут существовать только в интервале температур между 0 и С, так как именно при этих температурах происходит нормальный обмен веществ. Однако самая низкая температура, при которой обнаружены живые существа, составляет -С, а самая высокая до +С. Большинство видов обитает в еще более узком температурном диапазоне.

Некоторые организмы, особенно в стадии покоя, могут существовать при очень низких температурах, а отдельные виды микроорганизмов способны жить и размножаться в городских источниках при температуре, близкой к точке кипения. Диапазон колебаний температур в воде обычно меньше, чем на суше.

Важное значение имеет не только абсолютное значение температур, но и их распределение во времени. Животные и растения в ходе эволюции приспособились к периодическим изменениям температур и выработали различную потребность к теплу в различные периоды жизни. Например, семена клевера могут прорастать при температуре +1…+С, а хлопчатник - +С. Физиологические процессы у всех организмов наиболее активно протекают при оптимальных температурах. Отклонение от оптимума приводит к нарушениям физиологических процессов и даже к гибели организма. Общий температурный диапозон активной жизни на Земле изменяется в следующих пределах: на суше - +55…-С, в море – собственно +35.6…С, в пресных водах - +…С.

Вода

Физические свойства воды – плотность, удельная теплоемкость, растворенные в ней газы и соли, показатель pH, а также ее движение – являются для обитателей водной среды физическими факторами, определяющими их разнообразные приспособления и выживание. До сих пор мы рассматривали физические факторы, действие которых в наибольшей мере проявляется на суше. Однако большая часть нашей планеты покрыта водой. Водная среда является особым местообитанием, так как жизнь в ней зависит от физических свойств воды, в первую очередь от ее плотности, от количества кислорода и углекислого газа, растворенных в ней, от прозрачности воды, что определяет количество света на данной глубине. Кроме того, для обитателей воды важны скорость ее течения, соленость, показатель кислотности pH.

Так как плотность воды изменяется с температурой, достигая при -С максимума, то лед образуется не на дне водоемов, а на их поверхности. В озерах и прудах совершается сезонная циркуляция воды. Кроме того, вода обладает высокой удельной теплоемкостью, а потому является важным теплорегулятором.

Многие обитатели водоема парят в толще воды, образуя фито – и зоопланктон. Для планктонных организмов проблема состоит в том, чтобы иметь как можно меньший удельный вес. Это достигается разными путями: увеличением жировых пузырьков в цитоплазме (диатомовые водоросли), высоким содержанием воды в тканях (до 95%) у медуз, воздушными вакуолями в цитоплазме (радиолярии). Размеры планктонных организмов невелики, что соответствует правилу: чем мельче организмы и больше отношение поверхности тела к его весу, тем выше способность к парению.

Скорость течения воды повлияла на обитателей водоемов и способствовала появлению особенных приспособлений. Текущие воды выравнивают температуру по всей толще воды и способствуют ее обогащению кислородом. Поэтому главным фактором здесь становится само течение воды.

Форель, подкаменщик, гольян – обитатели текучих вод. Их тело в поперечном разрезе почти округлое, а не сжатое с боков, как у рыб спокойных вод (плотва, окунь, карп).

Из насекомых в текучих водах живот только те, у кого есть жабры. Им не нужно подниматься на поверхность за кислородом. Интересно, что животные текучих вод держатся головой навстречу течению и пытаются его преодолеть.

Содержание кислорода в условиях водоема оказывается лимитирующим фактором. Степень насыщения воды кислородом обратно пропорциональна ее температуре. Кислород составляет в атмосфере 21% (по объему) и около 35% от всех газов, растворенных в воде. Следовательно, водная среда сравнительно бедна кислородом и в ней редко достигается насыщенность.

Распределение кислорода в озере зависит от температуры, перемещения слоев воды, а также от характера живущих организмов.

Кислотность воды влияет на продуктивность водоемов.

Если pH ниже 5, то продуктивность пресных вод резко снижается.

Влажность

Этот параметр характеризует содержание водяного пара в воздухе. В природе существуют сезонный и суточный ритмы влажности, которые вместе со светом и температурой регулируют поведение и активность живых организмов. Влага, поступающая из почвы в растения, почти полностью испаряется через листья.