Температура окружающей среды

В процессе длительной эволюции живые организмы адаптировались к определенному температурному интервалу, верхнее и нижнее значения которого определяются летальным исходом. За пределами данного интервала организм погибает от высокой или низкой температуры.

Температурный интервал в общем случае определяется свойствами живой клетки и находится в пределах от 0 до 60 °C. При 0 °C вода, входящая в состав клетки, замерзает и процессы жизнедеятельности в ней становятся невозможными. Если температура превышает 60 °C, то начинается процесс разрушения белковых молекул, который завершается гибелью клетки.

Следует отметить, что некоторые организмы приспособились к более высоким температурам. Так, некоторые виды бактерий могут существовать в горячих термальных водах с температурой до 85 °C, что определяется химическими особенностями протоплазмы, обладающей высокой термоустойчивостью. У большинства животных тепловая смерть наступает при температуре 42—43 °С из-за нарушений деятельности нервной системы, т. е. значительно раньше, чем начинается свертывание белков. Более простые организмы, например растения, могут выдерживать температуру до 60 °C.

Нижний температурный порог жизнедеятельности для различных организмов также неодинаков. При температуре тела ниже 19 °C прекращается деятельность почек у млекопитающих. У насекомых при низких температурах затормаживается приток кислорода к клеткам.

Морозоустойчивые растения выдерживают полное промерзание в зимний период, что связано с сезонной перестройкой структуры клеток, которая направлена на устойчивость их к обезвоживанию. Сухие семена выдерживают охлаждение почти до абсолютного нуля.

Растения южных широт при температуре, близкой к 0 °C, как правило, погибают. При замерзании внутриклеточной и внеклеточной жидкостей образуются кристаллы льда, которые механически повреждают ткани, вызывая зачастую гибель организма. При низких температурах снижается активность ферментов и нарушаются обменные процессы в организме.

Тепловой режим Земли закономерно изменяется от полюсов к экватору. В этой связи различают полярную, умеренно холодную, умеренно теплую, субтропическую и тропическую зоны. Каждой из зон свойствен определенный видовой состав живых организмов, приспособленных к определенному интервалу температур. Температура измеряется всеми метеостанциями мира, одинаковые ее значения наносятся на карту и соединяются линиями — изотермами (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Годовые изотермы земного шара.

В каждой из зон есть не только годичный ритм изменения температур, но и суточный. В полярной и умеренно холодной зонах годовой диапазон изменения температур, достигающий 90 °C, значительно выше суточного, поэтому организмы должны в первую очередь приспосабливаться к неблагоприятному зимнему периоду, когда активная жизнь сильно затруднена или невозможна вообще. В южных широтах суточные колебания температур иногда больше годовых, поэтому организмы в первую очередь приспосабливаются к высоким температурам в дневное время суток. Животные прячутся в норы, пещеры. Листья растений, как правило, мелкие и жесткие бледно-зеленой окраски с блестящей или глянцевитой поверхностью.

Температура суши изменяется не только по горизонтали, но и, но вертикали. Чем выше место над уровнем моря, тем ниже температура. В южных широтах летом высоко в горах наблюдаются отрицательные температуры. Соответственно изменяется животный и растительный мир: чем выше — тем он беднее.

Атмосферные осадки — это вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая на поверхность Земли из облаков или конденсирующаяся из влажного воздуха при достижении точки росы. В основном для всех живых организмов вода является одним из главных экологических факторов. Без воды невозможно существование жизни на Земле, гак как процессы в живых клетках протекают в водной среде. Достаточно длительное время жизнь развивалась в воде. Видимо, поэтому вода — это основной компонент, входящий в состав живых организмов.

Эволюционное освоение суши организмами начиналось по берегам мелководных водоемов. В более поздний период благоприятный теплый и влажный климат позволил растениям постепенно освоить достаточно удаленные от водоемов участки суши. Дальнейшие эволюционные изменения растений привели практически к повсеместному их распространению на материках. Беспозвоночные животные также постепенно отрывались от водной среды, осваивая вначале болота и переувлажненные почвы, поэтому в почве в настоящее время встречаются организмы как с водным, так и с воздушным типом дыхания. Первые шаги у позвоночных при освоении суши связаны с перестройкой органов дыхания на воздушный тип, так как водное дыхание в мелководных водоемах становилось все более затруднительным из-за кислородного дефицита.

Тела сухопутных животных, как правило, состоят более чем на половину из воды. Для человека этот показатель находится в пределах 65—68%. В листьях наземных растений содержится 73—86% воды, а в верхушках молодых побегов — до 93%. Для организмов гидросферы данный показатель еще выше. Рыбы примерно на 70% состоят из воды, медузы — на 95—98%, водоросли — на 92—98%. Все обменные процессы в организмах протекают в водной среде, без воды невозможно создание первичной органической продукции растениями. Живые организмы добывают воду из почвы, воздуха и водоемов, т. е. из своей среды обитания.

В почве вода содержится в пустотах между почвенными частицами. Влажность почвы увеличивается после выпадения дождя или таяния снега и уменьшается в результате подсыхания и поглощения влаги корнями растений. Наличие у сосудистых растений корневой системы и системы транспирации (испарения) дает возможность поддерживать в них количество воды в достаточно малом объеме.

В отличие от растений все животные в основном обладают высокой мобильностью, поэтому они меньше зависят от наличия воды в почве и воздухе. Животные по-разному пополняют неизбежные потери воды при дыхании и потоотделении. Млекопитающие пьют воду из водоемов, амфибии всасывают ее через покровы тела. Некоторые животные пустынь добывают воду путем поедания растений с большим содержанием влаги, например кактусов. Верблюды частично удовлетворяют потребности в воде за счет окисления жиров. Есть животные, которые при недостатке воды впадают в спячку (суслики) или переходят к временным формам существования, образуя при этом плотные защитные оболочки (инфузории, корненожки). Животные, обладающие высокой мобильностью, в сухой период мигрируют в районы с достаточным количеством воды (птицы, антилопы).

Среднегодовое количество атмосферных осадков, выпадающих на поверхность планеты, для определенных территорий иногда различается в несколько раз, что влияет на концентрацию живого вещества. Так, более 2000 мм осадков в год выпадает в экваториальной части Индийского, Тихого и Атлантического океанов и Южной америки, а также в западной части Канады. Незначительное количество осадков наблюдается в Антарктиде, Северном Ледовитом океане, Сахаре (менее 250 мм), для живых организмов более важным является сочетание температуры и количества атмосферных осадков, т. е. гидротермический режим определенной территории. Так, для образования лесных фитоценозов (совокупности растений) необходимы обильные осадки, а для роста деревьев в высоту — определенное количество тепла. Переход от тропической зоны к арктической связан с понижением температуры и соответственно с уменьшением высоты деревьев, что наиболее ярко проявляется при смене тайги тундрой. Увеличение аридности (засушливости) в пределах одной и той же температурной зоны приводит к смене лесов редколесьем и травяными фитоценозами, затем — к колючим редколесьям и кустарникам и в конечном итоге — к пустыням.

Атмосферные осадки — один из важнейших экологических факторов, влияющих на процессы загрязнения окружающей среды. При наличии в воздухе водяных паров и загрязнителей (диоксида серы, сероводорода и т. д.) образуется кислотный туман, который повышает кислотность выпадающих на поверхность суши и океана атмосферных осадков.