Циркуляция воздушных масс

Вода

Морфологические адаптации

- растения: форма – рост: опушение, цвет, подушковидные растения, с прикорневой розеткой листьев стелющиеся формы с незначительным количеством листьев или их полным отсутствием.

- животные: отражательная поверхность тела, пуховой, перьевой и шерстистый покровы; жировые отложения. У млекопитающих в северных условиях наблюдается тенденция к уменьшению площади выступающих частей тела (правило Алена), поскольку они отдают в окружающую среду наибольшее количество тепла. Сокращаются размеры хвоста, конечностей, ушей, лучше развивается волосяной покров. По мере удаления от полюсов к экватору размеры близких в систематическом отношении пойкилотермных животных увеличиваются, а гомойотермных – уменьшаются (правило Бергмана).

Биохимические (физиологические) адаптации:

- растения: интенсивность транспирации, накопление в клетках солей, сахара и др. веществ. Так, у морозостойких растений происходит накопление в клетках сахаров, увеличивающих концентрацию клеточного сока и снижающих обводненность клеток. Испарение воды через устьица регулирует температуру листьев и т.п.

- животные: отложение запаса питательных веществ – жира, масла, гликогена.

Поведенческие адаптации проявляются:

- в перемещениях животных в места с более благоприятными температурами (перелеты, миграции);

- в изменении сроков активности (спячка зимой, ночной образ в пустыне);

- в утеплении убежищ, гнезд пухом, сухими листьями, углубление нор и т.п.

У животных большое значение имеют физиологические адаптации, простейшая из которых – акклиматизация – физиологическое приспособление к перенесению жары или холода. Более радикальным способом защиты от холода является миграция в теплые края, зимовка – впадение в спячку. Большинство животных зимой находятся в неактивном состоянии, а насекомые – вообще останавливаются в своем развитии, наступает период диапаузы.

В связи с тем, что растения и животные исторически приспособлены к определенным тепловым режимам, то температурный фактор имеет непосредственное отношение к их распределению на Земле и обусловливает в той или иной мере заселенность природных зон живыми организмами.

Во всех проявлениях жизнедеятельности организмов первостепенное значение имеют водный обмен между ними и внешней средой.

Вода входит составной частью во все живые организмы и необходима для жизни. С экологической точки зрения выступает как абиотический фактор, влияет на другие факторы при совокупном воздействии на организм, является средой обитания для многих животных и растений. Вода является лимитирующим фактором, как в наземных, так и водных местообитаниях, если там ее количество подвержено резким изменениям (приливы, отливы) или происходит ее потеря организмов в сильно соленой воде осмотическим путем.

В наземно-воздушной среде этот абиотический фактор характеризуется величиной количества осадков, влажности, иссушающими свойствами воздуха, транспирацией и доступной площадью водного запаса.

Количество атмосферных осадков обусловлено физико-географическими условиями и неравномерно распределено на земном шаре.

Осадки влияют на живые организмы прямо и косвенно, через изменения влажности, растительность и температуру почвы. При этом большую роль играют зимние осадки. При высоком снежном покрове создаются неблагоприятные условия для передвижения и добычи пищи многими животными. С другой стороны, глубокий снежный покров благоприятствует перезимовке растений, насекомых и животных, зимующих под снегом и в почве. В годы, когда выпадает снега мало, создаются неблагоприятные условия для зимовки в почве, которая глубоко промерзает.

Влажность воздушной среды зависит от количества выпадающих осадков. В экологических исследованиях обычно пользуются понятием относительной влажности воздуха (процент реального давления водяного пара от давления насыщенного пара при той же температуре). Влажность воздуха и субстрата (почвы, древесины, зерна и овощей в хранилищах) часто является фактором лимитирующим численность и распространение организмов, влияет на их продолжительность жизни, плодовитость и поведение. Например, мокрица предпочитает 100% относительную влажность, комары прекращают питание при падении относительной влажности ниже 40%. Многие короеды тонко реагируют при заселении деревьев на влажность луба.

Иссушающее действие воздуха наиболее важное экологическое значение имеет для растений. Подавляющее большинство растений всасывает воду корневой системой из почвы. Адаптация растений к этим условиям – увеличение всасывающей силы и активной поверхности корней. Величина этой силы у корней умеренной зоны от 2 до 4•106 Па, а у растений сухих областей – до 6•106 Па. Как только выбрана доступная вода в данном объеме, корни растут далее в глубь и стороны и корневая система может достигнуть, например, у злаков длины 13 км на 1000 см3 почвы (без корневых волосков).

Транспирация. На фотосинтез воды расходуется около 0,5%, а 97-99% ее уходит на транспирацию – испарение воды растениями через листья. При достатке воды и питательных веществ рост растений пропорционален транспирации.

В зависимости от способов адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп:

- гигрофиты – наземные растения, живущие на очень влажных почвах и в условиях повышенной влажности (рис, папирус);

- мезофиты – переносят незначительную засуху (древесные растения различных климатических зон, травянистые растения дубрав, большинство культурных растений и др.);

- ксерофиты – растения сухих степе и пустынь, способные переносить хорошо почвенную и воздушную засуху. Ксерофиты разделяются на 2 группы: склерофиты – обладают большой всасывающей силой корней, с узкими мелкими листьями, способные снижать транспирацию и суккуленты – накапливают влагу в мясистых листьях и стеблях .

У животных по отношению к воде выделяются свои экологические группы:

- гигрофилы (влаголюбивые, живут во влажных местообитаниях);

- ксерофилы (сухолюбивые, живут в сухих местообитаниях);

- мезофиллы (промежуточная группа, отличаются умеренной потребностью в воде или влажности атмосферы).

Животные получают воду разными путями: через кишечный тракт, пищу, при окислении жиров, а у растений в основном она поступает через корни и частично впитывается из воздуха. Расход воды происходит с транспирацией, испарением через кожный покров, дыханием, при выделении мочи и экскрементов.

Способы регуляции водного баланса у животных поведенческие, морфологические, физиологические. Поведенческие адаптации – перемещение в более влажные места, периодическое посещение водопоя, переход к ночному образу жизни, и др. Морфологические адаптации – приспособления, задерживающие воду в теле (раковины наземных улиток, роговые покровы у рептилий и др.). Физиологические адаптации направлены на образование метаболической воды (верблюд, овца, собака, насекомые). Пойкилотермные животные более выносливы, так как им не приходится использовать воду на охлаждение, как теплокровным.

Совместное действие температуры и влажности

Температура и влажность, действуя в непрерывном единстве, определяют «качество» климата. Разнообразие климата создает большое разнообразие экологических условий и, как следствие, флора и фауна отличается широким видовым разнообразием.

Для эколога, лесовода, агронома очень важно дать оценку засушливости климата и погоды за отдельные периоды времени. Для этого пользуются гидротермическим коэффициентом Селянинова и построением климограмм. Формула этого коэффициента выведена эмпирически:

 

где К – гидротермический коэффициент; – сумма осадков за вегетационный период, когда температура выше нуля; – сумма положительных температур для данного места.

Чем ниже гидротермический коэффициент, тем засушливее был исследуемый период или (по многолетним данным) определенная местность.

Климат, существующий на уровне среды обитания организмов, называют микроклимат. Особенно большое значение имеет изучение микроклимата или его отдельных элементов в лесу. Можно говорить о микроклимате в норах животных, в гнездах птиц, в дуплах и под корой деревьев, микроклимате листьев, возвышений и понижений лесосек и т.д. Метеорологические показатели будут неодинаковы на разных высотах на насаждения и под его пологом

Причинами возникновения движения воздушных масс (ветра) являются в первую очередь неодинаковый нагрев земной поверхности, что вызывает перепады давления, а так же вращение Земли.

Ветры, взаимодействия с другими факторами, меняют характер температуры и влажности, оказывают влияние на развитие растений и животных.

В районах, где постоянно дует ветер, как правило, беден видовой состав мелких летающих животных, т.к. они не способны сопротивляться мощным воздушным потокам. Сильные ветры, особенно дующие в одном направлении, изгибают ветви, стволы деревьев и служат причиной образования флагообразных форм кроны.

Ветер вызывает изменение интенсивности транспирации у растений. Это особенно сильно проявляется при суховеях, иссушающих воздух, и часто вызывают гибель растений.

Воздушные потоки выполняют, определяют роль в расселении растений и животных. Плоды растений – анемохоров имеют множество приспособлений: хохлатки, крылатки, парашюты, увеличивающих парусность, ветром переносятся споры микроорганизмов, цисты простейших.

Даже крупные животные используют потоки ветра для расселения, для многих видов ветры, определяют направление миграций (саранча, малярийные комары, луговой мотылек).

Ветер способствует снижению околоземной концентрации пыли и газообразных веществ вблизи места их поступления в атмосферу, так и повышению фоновых концентраций в воздушной среде вследствие выбросов далеких источников, включая трансграничный перенос.

Кроме того, ветер, косвенно влияет на все живые организмы суши, участвуя в процессах выветривания и эрозии.