Абиотические факторы водной среды

Классификация экологических факторов

биотические, или биогенные. Но по своему проис­хождению обе группы могут быть как природными, так и антропогенными, т. е. связанными с влиянием человека. Человек в своей деятельности не только меняет режимы природных экологических факторов, но и создает новые, например, синтезируя новые химические соединения - ядо­химикаты, удобрения, лекарства, синтетические материалы и др. В числе факторов неживой природы присутствуют фи­зические (космические, климатические, орографические, почвенные) и химические (компоненты воздуха, воды, ки­слотность и иные химические свойства почвы, примеси промышленного происхождения). К биотическим факторам относятся зоогенные (влияние животных), фитогенные (влияние растений), микробогенные (влияние мик­роорганизмов). В некоторых классификациях к биотическим факторам относят и все антропогенные факторы, включая физические и химические.

Абиотические факторы

Абиотические факторы воздушной среды

Космические факторы

Биосфера, как среда обитания живых организмов, не изолирована от сложных процессов, протекающих в космическом простран­стве, причем связанных непосредственно не только с Солн­цем. На Землю попадает космическая пыль, метеоритное вещество. Земля периодически сталкивается с астероидами,
сближается с кометами. Через Галактику проходят вещества
и волны, возникающие в результате вспышек сверхновых
звезд. Разумеется, наша планета наиболее тесно связана с
процессами, происходящими на Солнце, - с так называемой
солнечной активностью. Суть этого явления состоит в превращении энергии, накапливающейся в магнитных по лях Солнца, в энергию движения газовых масс, быстрых частиц, коротковолнового электромагнитного излучения.

Наиболее интенсивные процессы наблюдаются в центрах активности, называемых активными областями, в которых наблюдается усиление магнитного поля, возникают области повышенной яркости, а также так называемые солнечные пятна. В активных областях могут происходить взрывоподобные выделения энергии, сопровождающиеся выбросами плазмы, внезапным появлением солнечных космических лу­чей, усилением коротковолнового и радиоизлучения. Извест­но, что изменения уровня вспышечной активности имеют циклический характер с обычным циклом, равным 22 годам, хотя известны колебания периодичностью от 4,3 до 1850 лет. Солнечная активность влияет на ряд жизненных процессов на Земле - от возникновения эпидемий и всплесков рождае­мости до крупных климатических преобразований. Это было показано еще в 1915 г. русским ученым А. Л. Чижевским, основателем новой науки - гелиобиологии (от греч. хелиос -Солнце), рассматривающей воздействие изменений активно­сти Солнца на биосферу Земли.

Особенности воздействия на биосферу со стороны косми­ческих факторов и проявлений солнечной активности состо­ят в том, что поверхность нашей планеты (где сосредоточена "пленка жизни") как бы отделена от Космоса мощным слоем вещества в газообразном состоянии, т. е. атмосферой. Абиотическая компонента наземной среды включает совокупность климатических, гидрологических, почвенно-грунтовых усло­вий, т. е. множество динамичных во времени и пространстве элементов, связанных между собой и влияющих на живые организмы. Атмосфере как среде, воспринимающей космические и связанные с Солнцем факторы, принадлежит важнейшая климатоформирующая функция.

Лучистая энергия Солнца.

Энергия солнечного излуче­ния распространяется в пространстве в виде электромагнит­ных волн. Количество энергии солнечного излучения, поступающе­го к Земле (к верхней границе атмосферы), практически по­стоянно и оценивается значением 1370 Вт/м². Эта величина называется солнечной постоянной. Однако приход энергии солнечного излучения к поверхности самой Земли существенно колеблется в зависимости от ряда условий: высоты Солнца над горизонтом, широты, состояния атмо­сферы и др. Форма Земли (геоид) близка к шарообразной. Поэтому наибольшее количество солнечной энергии по­глощается в низких широтах (экваториальный пояс), где температура воздуха у земной поверхности, как правило, выше, чем в средних и высоких широтах. Приход энергии солнечного излучения в разные районы земного шара и ее перераспределение определяют климатические условия этих районов.

Проходя через атмосферу, солнечное излучение рассеи­вается на молекулах газов Рассеянное солнечное излучение частично доходит до земной поверхно­сти. Его видимая часть создает свет днем при отсутствии прямых солнечных лучей, например при сильной облачно­сти. Антропогенная деятельность существенно влияет на кли­матические факторы, изменяя их режимы. Так, массовые вы­бросы в атмосферу твердых и жидких частиц от промышлен­ных предприятий могут резко изменить режим рассеивания солнечного излучения в атмосфере и уменьшить приход тепло­ты к поверхности Земли. Уничтожение лесов и иной расти­тельности, создание крупных искусственных водохранилищ на бывших территориях суши увеличивает отражение энергии, а загрязнение пылью, например, снега и льда - наоборот, увели­чивает поглощение, что приводит к их интенсивному таянию. Таким образом, мезоклимат может резко измениться под воз­действием человека: понятно, что климат Северной Африки в отдаленном прошлом, когда она была огромным оазисом, су­щественно отличался от сегодняшнего климата пустыни Сахара.

Влажность воздуха

Это содержание в воздухе водяного пара. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 1,5-2,0 км), где концентрируется примерно 50 % всей атмосферной влаги. Содержание водяного пара в возду­хе зависит от температуры последнего: при каждой кон­кретной температуре существует определенный предел на­сыщения воздуха парами воды, называемый максимальным насыщением.

Обычно содержание паров воды в воздухе не достигает возможного максимума. Разница между максимально воз­можным и данным конкретным насыщением называется дефицитом влажности, или недостатком насыщения. Это важнейший экологический показатель, широко исполь­зуемый в сельском и лесном хозяйстве, и поэтому метеоро­логические станции обязательно его учитывают.

Фактическое содержание водяных паров в воздухе в данный момент времени, выраженное в паскалях, в милли­метрах ртутного столба или в килограммах влаги на 1 кг (или 1 м³) сухого воздуха, называют абсолютной влаж­ностью, а выраженное в процентах по отношению к макси­мально возможному -относительной.

Атмосферные осадки.

Это вода в жидком (капли) или твердом состоянии, выпадающая на земную по­верхность из облаков или осаждающаяся непосредственно из воздуха вследствие сгущения водяного пара. Из облаков мо­гут выпадать дождь, снег, морось, ледяной дождь, снежные зерна, ледяная крупа, град. Количество выпавших осадков измеряется толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах. Осадки тесно связаны с влажностью воздуха и представ­ляют собой результат конденсации водяных паров. Вследст­вие конденсации в приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги. Конденсация и кристаллизация па­ров воды в более высоких слоях атмосферы образуют облака различной структуры и являются причиной атмосферных осадков. Осадки - важнейшее звено в круговороте воды на Земле, причем в разных широтах количество осадков резко колеблется. Выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) зоны земного шара. Максимальное количество осадков выпадает в зоне тропических лесов (до 2000 мм/год), в то время как в аридных зонах (например, в пустынях) -0,18 мм/год.

Атмосферные осадки - важнейший фактор, оказывающий влияние на процессы загрязнения природной среды. Присутствие водяных паров (тумана) в воздухе при одновременном поступлении в него, например, диоксида серы приводит к тому, что последний превращается в сернистую кислоту, которая окисляется до серной. В условиях застоя воздуха (штиль) образуется устойчивый токсичный туман. Подобные вещества могут вымываться из атмосферы и выпадать на поверхность суши и океана. Типичным результатом являются так называемые кислотные дожди. Твердые примеси в атмосфере могут служить ядрами конденсации влаги, вызывая разные формы осадков.

Движение воздушных масс (ветер). Как известно, причиной образования ветровых потоков и перемещения воздушных масс является неравномерный нагрев разных участков земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, но и вращение Земли также влияет на циркуляцию воздушных масс в глобальном масштабе. В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на все метеорологические факторы окружающей среды, т. е. на климат, включая режимы температуры, влажности, испарения с поверхности суши и моря, а также транспирацию растений.

Абиотические факторы водной среды

Гидросферой называется водная оболочка Земли – совокупность океанов, морей, озёр, водохранилищ, болот, рек и ручьев, а также подземных вод, включая поверхностные и глубинные. Существуют точки зрения, согласно которым к гидросфере следует относить только океан и связанные с ним водоемы. Однако В. И. Вернадский считал, что все воды планеты исторически едины.

На заре существования нашей планеты воды на ней не было, а примерно 4 млрд. лет назад объем гидросферы составлял лишь 20 млн. км³. Процесс формирования гидросферы (образование свободной воды) связывается с дегазацией мантии Земли в ходе общего уплотнения ее массы. При этом происходило высвобождение части химически связанной воды. Содержание воды в мантии оценивается в 20 млрд. км³, что в 15 раз больше всего объема гидросферы. Именно эти воды, связанные с минералами и горными породами физически и химически, в составе изливавшихся на поверхность базальтов магмы конденсировались и выпадали в виде атмосферных осадков. Вода находится в непрерывном круговороте, причем различают малый и большой круговороты. Испаряясь с поверхности суши и океана, вода поступает в атмосферу и переносится с воздушными массами. Водяной пар конденсируется и дает атмосферные осадки, выпадающие в виде дождя, снега, тумана. Дождевые и снеговые воды частично впитываются в почву и образуют грунтовый сток, а частично - стекают по поверхности со склонов, накапливаясь в естественных углублениях (оврагах, впадинах и т. п.) и в дальнейшем оказываются в мелких водотоках, откуда попадают в реки. Кроме того, реки подпитываются и за счет грунтового стока. При этом считается, что постоянный приток воды реки получают за счет устойчивого питания подземными водами. Воды водоемов и океана в целом пополняются из двух источников: атмосферных осадков и речного стока. Почвенная влага, кроме того, расходуется на испарение и транспирацию растений, обогащая воздух водяным паром.

Круговорот воды - отражение водного баланса. В активном балансе участвует около 525,1 тыс. км³ воды в год, причем для всего земного шара существует только один источник притока воды - атмосферные осадки - и один источник ее расходования - испарение.

Подвижность, т. е. постоянное перемещение и перемешивание водных масс в пространстве, способствует поддержанию относительной гомогенности (однообразию) их физических и химических характеристик.

Температурная стратификация - это изменение температуры воды по глубине водного, объекта. Непре­рывное, или клинальное (от греч. клино - наклонять), изменение температуры характерно для любых экологических систем. Часто для обозначения такого изменения ис­пользуют слово "градиент". Однако температурная страти­фикация воды в водоеме - специфическое явление. Так, в летний период поверхностные воды нагреваются сильнее, чем глубинные. Поскольку более теплая вода имеет мень­шую плотность и меньшую вязкость, то ее циркуляция про­исходит в поверхностном, нагретом слое и с более плотной и более вязкой холодной водой она не смешивается. Между теплым и холодным слоем образуется промежуточная зона с резким градиентом температуры, которую называют термоклиной. Вполне понятно, что температурная стратификация воды оказывает решающее влияние на размещение в воде живых организмов и на перенос и рассеивание примесей, поступающих от предприятий промышленности, сельского хозяйства, быта.

Общий температурный режим, связанный с периодическими (годовыми, сезонными, суточными) изменениями температуры, также является важнейшим условием обитания живых организмов в воде.

Прозрачность воды определяет проникновение в ее толщу солнечного света и световой режим. От прозрачности (и обратной ей характеристики — мутности) зависит фотосинтез фитопланктона, высших водных растений, а следовательно, и накопление биомассы (продукция), которое возможно лишь в пределах так называемой эвфотической (от греч. эв - пере, сверх, фотос - свет) зоны, т. е. в освещенной толще воды, где процессы фотосинтеза преобладают над процессами дыхания.

Мутность связана с содержанием в воде взвешенных веществ, в том числе и поступающих в водные объекты с промышленными и иными стоками.

Соленость также является важнейшим фактором для обитающих в воде организмов. Соленость связана с содержанием в воде растворенных карбонатов, сульфатов, хлоридов. В пресных водах их содержание невелико, причем до 80 % составляют карбонаты. Воды открытого океана содержат в среднем 35 г/л солей, Черного моря - 19, Каспийского - около 13, Мертвого - 260 г/л с преобладанием хлорцдов кальция, калия, натрия, магния.

Растворенные газы также являются важной характеристикой воды. Первоочередное значение имеют кислород и углекислый газ, от которых зависят фотосинтез и дыхание водообитающих организмов. Перерасход кислорода на дыхание водных обитателей и окисление поступающих в воду загрязняющих веществ ведет к преобладанию анаэробных процессов, "загниванию" воды, избытку мертвой органики, т. е. к процессам эвтрофирования (от греч. эв -пере, сверх, трофе - питаюсь).

Распространение и жизнедеятельность организмов в воде зависят от кислотности среды. Каждый вид гидробионта адаптирован (приспособлен) к определенному значению рН: одни предпочитают кислую среду, другие - щелочную, третьи - нейтральную. Промышленные, сельскохозяйственные, бытовые стоки существенно изменяют этот показатель, что приводит к смене одних групп водных обитателей другими, а в сооружениях биологической очистки сточных вод оказывает решающее влияние на активность входящих в состав ила водорослей, бактерий, коловраток и др.