2.4. Наземно-воздушная среда
Наиболее сложной по экологическим условиям является наземно-воздушная среда. Здесь, на границе двух земных оболочек обитает подавляющее большинство растений и животных. Специфику их местообитаний определяет рельеф местности, характер грунта и атмосферные явления.
Основными особенностями наземно-воздушной среды является большая амплитуда изменения экологических факторов, неоднородность среды, действие сил земного тяготения, низкая плотность воздуха. Комплекс физико-географических и климатических факторов, свойственных определенной природной зоне, приводит к эволюционному становлению морфофизиологических адаптаций организмов к жизни в этих условиях, многообразию форм жизни.
В зависимости от условий увлажнения и плодородия почвы растительные сообщества занимают оптимальные местообитания, характерные для преобладающего древостоя. Характер грунта влияет на специфику передвижения животных. Каменистый грунт предъявляет особые требования к конструкции тела животных. Копытные, страусы, дрофы, живущие на открытых пространствах, приспособили свои конечности к твердому грунту для усиления отталкивания при быстром беге. У животных, обитающих на рыхлых сыпучих песках, пальцы окаймлены бахромкой из роговых чешуй, как у некоторых ящериц. У живущего в пустыне Намиб песчаного геккона лапки напоминают плавательные перепонки водоплавающих птиц. Они выполняют функцию своеобразных лыж, с помощью которых он передвигается. В жаркое время дня с их помощью геккон роет себе норы для укрытия. Другие ящерицы, например, аптечный сцинк в Сахаре и путынная игуана в калифорнийских пустынях прямо-таки «плавают», усиленно загребая лапками и погружаясь в песок.
Условия жизни в наземно-воздушной среде во многом определяется погодными условиями. Многолетний режим погоды характеризует климат местности. Он определяется географическими условиями района.
Для большинства наземных организмов важен не столько климат района, сколько условия их непосредственного обитания. Часто на жизнедеятельность организмов большую роль оказывают местные элементы среды (рельеф, экспозиция, растительность), которые принципиально изменяют в конкретном участке режим температуры, влажности, света, движения воздуха и т.п. Такая локальная модификация климата, складывающаяся в приземном слое воздуха, называется микроклимат. В каждой климатической зоне микроклиматы очень разнообразны, что отражается в неравномерности развития природных явлений. Так, весьма различается микроклимат северной и южной экспозиции холмов и гористых участков. Микроклимат оголенных почв отличается от такового в местах, занятых растительностью (лесной или луговой). Особый микроклимат возникает в норах, гнездах, дуплах, пещерах и других сходных местообитаниях.
Жизнь на суше во многом зависит также и от состояния воздуха. Естественная смесь газов, сложившаяся в ходе эволюции Земли, - это и есть воздух, которым мы дышим. Причем, следует отметить, что воздух представляет собой смесь газов, а не их соединение. Нужно сказать, что атмосфера Земли совершенно уникальна. Современный состав ее мало похож на тот, который был у газо-пылевого облака, из которого миллиарды лет назад образовалась наша планета.
Воздух как среда жизни обладает особенностями, направляющими эволюционное развитие обитателей этой среды. Так, высокое содержание кислорода определяет возможность формирования высокого уровня энергетического метаболизма (обмена веществ между организмом и средой). Атмосферный воздух отличается низкой и изменчивой влажностью, что ограничило возможности освоения воздушной среды, а у ее обитателей направило эволюцию системы водно-солевого обмена и структуру органов дыхания. Также следует отметить низкую плотность воздуха в атмосфере как среде жизни, благодаря чему жизнь сосредоточена вблизи поверхности земли, проникая в толщу атмосферы на высоту не более 50 – 70 м (кроны деревьев тропических лесов).
Основными компонентами атмосферного воздуха являются азот - N2 (78,08%), кислород - O2 (20,9%), аргон - Ar (около 1%) и углекислый газ (0,03%) (табл.1).
Кислород появился на Земле примерно 2 млрд лет тому назад, когда происходило активное формообразование поверхности при активной вулканической деятельности. В настоящее время доля кислорода составляет 21%, и постепенное возрастание этой доли происходило в течение последних 20 млн лет. Главную роль в этом играло развитие растительного мира суши и океана.
С точки зрения планетолога современная атмосфера Земли представляет собой астрономическое чудо. Почему? Да потому, что одна пятая ее часть состоит из химически очень активного газа - кислорода. Кислород в земной атмосфере находится в состоянии динамического равновесия. Если бы не жизнедеятельность растений, то исключительно активные молекулы этого элемента вступили бы в различные химические реакции, а значит, за какие-нибудь 10 000 лет исчезли бы из нашей атмосферы.
Без пищи человек может жить пять недель, без воды - пять дней, без воздуха пять - минут. Избыток же кислорода может угрожать нашему существованию, потому что чистый кислород становится ядом, если дышать им очень долго. К тому же, если бы в атмосфере было слишком много кислорода, то горючие материалы стали бы весьма огнеопасными, и их трудно было бы держать под контролем.
Таблица 1. Газовый состав земной атмосферы
Элементы и газы
|
Содержание в нижних слоях атмосферы, %
| |
по объему | по массе
|
Азот 78,084 75,5
Кислород 20,946 23,14
Аргон 0,934 1,28
Неон 0,0018 0,0012
Гелий 0,000524 0,00007
Криптон 0,000114 0,0003
Водород 0,00005 0,000005
Углекислый газ (в среднем) 0,034 0,0466
Водяной пар:
в полярных широтах 0,2 -
у экватора 2,6 -
Озон:
в тропосфере 0,000001 -
в стратосфере 0,001-0,0001 -
Метан 0,00016 0,00009
Оксид азота 0,000001 0,0000003
Окись углерода Тысячные доли,
в воздухе городов - до
0,000008 0,0000078
Содержание кислорода в воздухе определяет границу распространения жизни для растений и животных. По вертикали это примерно 4000 м.
Из таблицы 2 видно, что процентное содержание кислорода, как и других газов, с высотой изменяется.
Таблица 2. Состав воздуха на разной высоте от земной поверхности
Высота (км) | Кислород | Азот | Аргон | Гелий | Водород | Давление (мм рт.ст.) |
0 20,94 78,09 0,93 - 0,01 760
5 20,94 77,89 0,94 - 0,01 405
10 20,99 78,02 0,94 - 0,01 168
20 18,10 81,24 0,59 - 0,04 41
100 0,11 2,97 - 0,56 96,31 0, 0067
Как известно, кислород образуется в результате фотосинтеза органических продуктов в растениях и поступает затем в атмосферу. Очень упрощенно этот процесс можно представить как химическую реакцию, протекающую за счет энергии солнечных лучей при участии хлорофилла – зеленого пигмента растений:
Таким образом, за счет двуокиси углерода и воды синтезируется органическое вещество и выделяется кислород. Прямыми продуктами фотосинтеза являются различные органические соединения. Весь процесс фотосинтеза носит довольно сложный характер.
При дыхании происходит реакция, обратная фотосинтезу. В настоящее время пока наблюдается примерное сохранение равновесия между производством кислорода и его потреблением. Однако интенсивное потребление кислорода промышленностью и транспортом в последнее время вызывает опасение нарушить баланс кислорода в окружающей среде.
Атмосфера предохраняет Землю от метеоритной бомбардировки. Большинство метеоритов никогда не достигает земной поверхности, потому что они сгорают при вхождении в атмосферу с огромной скоростью, создавая при этом иллюзию падающих звезд. Представьте себе, что бы случилось, если бы вся эта метеоритная масса достигала поверхности Земли?
Кроме того, атмосфера также способствует сохранению тепла на планете, которое в противном случае рассеивалось бы в холоде космического пространства. Сама же атмосфера благодаря силам притяжения Земли не улетучивается.
Атмосфера не только поддерживает жизнь, она служит также защитным экраном. На высоте 20-25 километров от поверхности Земли под воздействием ультрафиолетовой радиации Солнца часть молекул кислорода расщепляется на свободные атомы кислорода. Последние могут вновь вступать в союз с молекулами кислорода и образовывать трехатомную его форму:
О + О2 → О3
Такая трехатомная форма кислорода называется озоном. Озон играет исключительную роль в жизни нашей планеты. Если кислороду мы обязаны тем, что без него невозможно существование жизни, то озон, образуя в высших слоях атмосферы тонкий слой - так называемый озоновый экран, обеспечивает этой хрупкой земной жизни дальнейшее ее существование. Тонкий слой озона отфильтровывает вредный компонент солнечного излучения - ультрафиолетовые лучи, прямое влияние которых губительно для всего живого. Не будь этого озонового слоя, такое излучение могло бы уничтожить жизнь на Земле. К сожалению, в 80-90-е годы нашего века наблюдается негативная тенденция истоньшения и разрушения озонового экрана.
- Основы экологии
- Минск - 2003
- Глава 1. Предмет экологии, ее содержание
- Глава 2. Среда обитания. Основные среды жизни…………… 31
- Глава 3. Экологические факторы………………………………… 62
- Глава 4. Экология популяций……………………………………….. 98
- Глава 5. Биоценозы......................................………………………………….. 132
- Глава 6. Экосистемы. Динамика и стабильность экосистем..……………………………………………………………………… 150
- Глава 7. Биосфера как высший уровень организации живых систем ...........…………………………………………………………………….. 173
- Глава 8. Ресурсы биосферы...............................……………………… 218
- Глава 9. Экология как основа природопользования и охрана окружающей среды................................………………………… 245
- Предисловие
- Глава 1. Предмет и объекты экологии, ее содержание и краткий обзор развития
- 1.1. Что такое экология? Предмет экологии.
- 1.2. Краткая история экологического знания
- 1.3. Уровни организации живой материи
- 1.4. Основные экологические проблемы современности
- Глава 2. Среда обитания. Основные среды жизни
- 2.1. Понятие о среде обитания.
- 2.2. Автотрофные и гетеротрофные организмы
- 2.3. Водная среда
- 2.4. Наземно-воздушная среда
- 2.5. Почва как среда обитания
- 2.6. Живые организмы как среда обитания
- 2.7. Круговорот веществ и биогеохимические циклы
- Глава 3. Экологические факторы
- 3.1. Понятие об экологических факторах
- 3.2. Классификация факторов среды. Абиотические факторы
- Климатические факторы
- Температура
- Влажность
- Эдафические факторы (факторы почвенной среды)
- Орографические факторы
- Пирогенный фактор (пожары)
- 3.3. Биотические факторы
- 3.4. Антропогенные факторы
- 3.5. Концепция лимитирующих факторов
- 3.6. Биологические ритмы и Фотопериодизм
- 3.7. Жизненные формы организмов
- Глава 4. Экология популяций
- 4.1. Определение популяции
- 4.2. Пространственная структура популяций.
- 4.3. Половая структура популяций
- 4.4. Возрастная структура популяций
- 4.5. Динамические характеристики популяций
- 4.6. Взаимодействия между популяциями
- 4.7. Конкуренция, хищничество, паразитизм. Отношения хищник-жертва, паразит-хозяин
- 4.8. Гомеостаз популяций. Регуляция
- 4.9. Цели и задачи популяционной экологии
- Глава 5. Биоценозы
- Виктор Астафьев
- 5.1. Понятие и сущность биоценоза
- 5.2. Видовая структура биоценоза
- 5.3. Пространственная структура биоценоза.
- 5.4. Континуум, экотоны, краевой эффект
- 5.5. Экологическая ниша
- 5.6. Трофическая структура биоценоза
- Восточная пословица
- Глава 6. Экосистемы. Динамика и стабильность экосистем
- 6.1. Биомы. Основные типы сухопутных биомов
- 6.2. Биологическая продуктивность экосистем.
- 6.3. Динамика экосистем
- 6.4. Экологическая сукцессия. Классификация сукцессий. Проблемы стабильности экосистем.
- 6.5. Биогеоценоз. Теория биогеоценологии по в.Н.Сукачеву.
- 6.6. Агроэкосистемы, их особенности
- Глава 7. Биосфера как высший уровень организации живых систем
- 7.1. Состав и строение биосферы
- 7.2. Учение в.И. Вернадского о биосфере
- 7.3. Живое вещество планеты.
- 7.4. Проблема сохранения биологического разнообразия планеты
- 7.5. Биогеохимические циклы важнейших химических элементов в биосфере
- 7.6. Учение в.И. Вернадского о ноосфере
- 7.7. Техносфера
- 7.8. Современные проблемы биосферы
- 7.9. Проблема численности населения планеты
- 7.10. Связь между загрязнением окружающей среды и здоровьем человека
- 7.11. Понятие и причины экологического кризиса
- Глава 8. Ресурсы биосферы
- 8.1. Общая характеристика природных ресурсов
- 8.2. Атмосфера, структура атмосферы
- 8.3. Парниковый эффект
- 8.4. Нарушение озонового экрана
- 8.5. Источники загрязнения атмосферы
- 8.6. Кислотные осадки
- 8.7. Проблема дефицита пресной воды
- 8.8. Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод
- 8.9. Водные ресурсы беларуси и их использование
- 8.10. Состояние почвенных ресурсов беларуси
- 8.11. Деградация почвенного покрова и опустынивание
- 8.12. Ресурсы сырья и энергии
- 8.13. Современное состояние тепловой энергетики, гидроэнергетики и атомной энергетики
- 8.14. Альтернативные источники энергии
- Глава 9. Экология как основа природопользования и охраны окружающей среды
- 9.1. Экология, рациональное природопользование и охрана природы
- 9.2. Основные проблемы охраны окружающей среды беларуси
- 9.3. Охрана флоры и фауны. Красная книга беларуси
- 9.4. Заповедные и другие охраняемые территории
- 9.5. Биосферные заповедники, их цели и задачи
- 9.6. Охраняемые территории беларуси
- 9.7. Охрана и защита лесов
- Шарль Монтескье
- 9.8. Охрана и защита животного мира
- 9.9. Мониторинг окружающей среды
- Е.А.Баратынский
- Терминологический словарь
- Указатель имен
- Рекомендуемая литература