< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Теоретичні аспекти екології (основні екологічні поняття та закономірності)

Аутекологія (факторіальна екологія)

На Землі мешкає близько 3 млн видів живих організмів, які пристосувалися до різноманітних умов існування. В будь-якому регіоні нашої планети організми, які там мешкають, зазвичай взаємодіють з певними умовами існування: сприймають вплив середовища на себе та відповідно реагують на будь-які його зміни. Можна тільки дивуватися надзвичайній здатності організмів пристосовуватися до найекстремальніших умов життя на суходолі, у воді, під землею, у високогір'ї чи в повітрі.

Розділ екології, що вивчає взаємодію екологічних факторів з живими організмами, називають факторіальною екологією, або аутекологією.

Основні середовища існування організмів

Середовище - одне з основних екологічних понять. Воно охоплює весь комплекс природних тіл та явищ, з якими організм перебуває в безпосередніх чи непрямих взаємозв'язках. Широко вживаними є поняття природне та навколишнє середовища.

Природне середовище - вся сукупність природних та змінених діяльністю людини факторів живої і неживої природи, які можуть проявляти вплив на організм. Усі сили та явища природи, походження яких не пов'язане із життєдіяльністю сучасних організмів, становлять абіотичне середовище. Ті самі явища та сили природи, які своїм походженням зобов'язані життєдіяльності нині наявних організмів, відносять до середовища біотичного.

Під навколишнім середовищем розуміють сукупність зовнішніх умов живої та неживої природи, при яких існує організм і які прямо чи опосередковано впливають на стан, розвиток та розмноження як окремих організмів, так і популяцій. Розрізняють наземне, прісноводне, морське, підземне та повітряне середовища, які значно відрізняються за специфікою умов.

Існує також більш конкретне поняття середовища як безпосереднього оточення організмів - середовище існування. Середовище існування - це сукупність умов, у яких мешкають певні особини, популяції, угруповання організмів. Воно охоплює сукупність абіотичних та біотичних факторів окремого організму чи їх угруповань в цілому, тобто все те, серед чого вони живуть. Живі організми нашої планети населяють чотири основні середовища існування: водне, наземно-повітряне, ґрунти, а також організми інших істот. Постійний взаємозв'язок між живими істотами і навколишнім середовищем, обмін речовиною та взаємоперетворення енергії, пристосування організмів до мінливих умов існування є невід'ємними умовами існування життя на Землі.

Повітряне середовище існування - атмосфера - це газоподібна оболонка Землі, що складається із суміші різних газів, водяної пари та пилу і утримується навколо нашої планети завдяки земному тяжінню. Атмосфера обертається разом із Землею як одне ціле. Маса атмосфери становить 5,15х1015т. Вона має неоднорідний склад та будову.

Газовий склад повітря. Хімічний склад атмосферного повітря (в об'ємних відсотках) такий:

  • - нітроген - 78,1%;
  • - оксиген - 20,85%;
  • - аргон - 0,93%;
  • - двооксид карбону - 0,033%;
  • - неон, гелій, криптон, ксенон, озон, гідроген тощо - 0,087%;
  • - водяна пара - 0,01-4%.

Найбільше в атмосферному повітрі газоподібного азоту (нітрогену). Для більшості організмів він є нейтральним газом. Лише для незначної групи мікроорганізмів (бульбочкові бактерії, актиноміцети, ціанобактерії) азот повітря є фактором життєдіяльності. Засвоюючи молекулярний азот, мікроорганізми після відмирання та мінералізації забезпечують рослини доступними формами цього елемента їхнього живлення.

Для абсолютної більшості живих організмів кисень (оксиген) є життєво необхідним. У безкисневому середовищі можуть існувати лише анаеробні бактерії. Єдиним продуцентом вільного молекулярного кисню на Землі є зелені рослини, які утворюють його в процесі фотосинтезу. Доросле дерево за добу виділяє до 180 л кисню. Людина ж вдихає впродовж дня до 180 л, а при інтенсивній роботі - до 900 л. Реактивний лайнер на переліт з Європи до Америки витрачає 35 т кисню. З цього прикладу видно, наскільки актуальна проблема збереження лісів, які можна назвати "легенями" планети.

Вуглекислий газ (диоксид карбону) - одна з найважливіших форм циркулюючого біогенного елемента - неорганічного вуглецю (карбону). Головні джерела надходження його в атмосферу - дихання тварин і рослин, діяльність ґрунтових мікроорганізмів, грибів, процеси горіння, виверження вулканів, промислові підприємства, транспортні засоби тощо. Через незначну кількість у повітрі навіть невеликі коливання його вмісту мають істотне значення для фотосинтезуючих організмів. Крім того, вуглекислий газ, який поглинає довгохвильові інфрачервоні промені, що виникають при нагріванні поверхні Землі, створює умови для збереження тепла в атмосфері.

В океані вуглекислого газу майже в 60 разів більше, ніж в атмосфері.

Досить важливим компонентом атмосфери є газ озон (О3). Основна кількість озону зосереджена в стратосфері на висоті 15-25 км, де він утворює озоновий шар, який має велике еколого-біологічне значення. Озон поглинає короткохвильові ультрафіолетові промені Сонця, чим визначає не лише температурний режим стратосфери, а й захищає все живе від їхньої шкідливої дії. Біля поверхні землі його дуже мало.

Аргон, неон, гелій та деякі інші гази атмосфери вважаються екологічно нейтральними.

Атмосферу поділяють на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу та екзосферу.

Екзосфера, або сфера розсіювання, є найбільш віддаленим від Землі прошарком атмосфери (від 700-800 до 1600 км від її поверхні), з мізерною щільністю повітря та досить високою температурою, що за певних фізичних особливостей атомів газів сприяє їхньому витоку (втраті) за межі атмосфери у відкритий космос. Розсіювання газів (в основному водню та гелію) атмосфери йде досить інтенсивно. Окрім атомів водню та гелію, в космічний простір витікає й кисень - до 50 тис. т на рік.

Термосфера, або іоносфера - розріджений шар атмосфери над мезосферою в межах від 80 до 700-800 км від поверхні Землі. Вона характеризується швидким наростанням температури до висот 200-300 км (до 1500° С) та збереженням її такою практично до зовнішніх меж атмосфери.

Шар мезосфери розташовується на висоті в межах 50-80 км від поверхні Землі й характеризується зниженням температури з висотою (приблизно від 0° С до -90° С).

Стратосфера розташовується на різних висотах: над полюсами починається на висоті 8-10 км, над екватором - 16-18 км і продовжується до висоти у 50 км над поверхнею Землі. Характеризується в помірних та полярних широтах майже постійною температурою в нижній своїй частині (-45° С, -75° С залежно від пори року) і різким зростання температури з висотою у верхній частині (від -20° С до +20° С, в середньому до 0° С). Також для стратосфери характерна наявність максимальної концентрації озону на висоті 22-25 км, тобто озонового екрану. Нижні межі стратосфери мінливі, вони залежать від пори року та циклонічної діяльності.

Тропосфера - це нижній шар атмосфери (до 8-10 км над полюсами, 10-12 км над помірними широтами та 16-18 км - над екватором), де вміщується 90% усієї маси атмосферного повітря (включаючи водяну пару) та відбуваються основні метеорологічні процеси. Тропосфера характеризується температурним градієнтом: з підняттям на кожний кілометр температура рівномірно знижується на 6-6,5° С. У ній турбулентний обмін створює помітний вплив на розподіл вітру та добовий хід метеорологічних процесів. Декілька десятків метрів атмосфери, що прилягають до Землі, називають приземним шаром атмосфери. В ньому найбільше проявляється безпосередній вплив поверхні літосфери та гідросфери (як природної, так і зміненої завдяки діяльності людини). У тропосфері зосереджене все наземне життя планети.

Загалом атмосфера відіграє велику роль у формуванні основних кліматичних факторів завдяки своїм глобальним функціям, а саме:

  • - вона пропускає тільки частку сонячної радіації (функція розсіювання);
  • - утримує тепло в приземних шарах (функція терморегуляції);
  • - через атмосферу не проникає згубне для всього живого ультракоротке випромінювання завдяки озоновому екрану, та не так часто досягають поверхні Землі метеорити, тому що згорають у середніх шарах атмосфери (захисна функція).

Над усією атмосферою розташовується простір, в якому формується магнітне поле Землі - магнітосфера. Вона захищає біосферу від впливу на неї сонячної плазми, що має надзвичайно високу температуру.

Водне середовище.

Жива природа зобов'язана воді своїм походженням. Адже колискою перших організмів на нашій планеті був стародавній Океан. Та вода не лише колиска життя, а й основа усього живого, його середовище. В більшості клітин вода становить 70-80% їхнього складу, вона - основне середовище для багатьох реакцій у процесі обміну речовин. Усі процеси на рівні клітини, тканини, організму неможливі без достатнього водозабезпечення. Як речовина життя, вода забезпечує наше повсякденне існування, а також приносить величезне естетичне задоволення.

Вода займає 71% площі земної кулі, що в 2,5 рази більше за площу суходолу. До гідросфери - водяної оболонки Землі - належать води Світового океану (93,6%), підземні води (4%), льодовики (2%), води річок, озер та болот (0,4%). Проте основна маса її недоступна для широкого використання, тому що 97,5% усіх вод - солоні. Прісної води на земній кулі значно менше. Ось із чого складаються запаси прісних вод (у тис. км3):

  • - вода льодовиків та постійного снігового покриву - 24064;
  • - підземні прісні води 10530;
  • - води прісних озер - 91;
  • - ґрунтова волога - 16,5;
  • - волога атмосфери - 12,9;
  • - вода болот - 11,5;
  • - вода рік - 2,1;
  • - біологічна вода - 1,1.

Як видно, майже 70% прісної води знаходиться в льодовому та сніговому покровах Землі. До того ж, вода розподілена на поверхні земної кулі досить нерівномірно.

Водний фактор середовища складається із таких елементів - опадів, вологості ґрунту та вологості повітря. При вивченні екологічної ролі води враховується не лише кількість опадів, а й особливості їхнього розподілу впродовж року. Крім того, екологічно значущим є співвідношення величини опадів та випаровування води. Ділянки, в яких випаровування перевищує річну суму опадів, називають сухими (аридними). Ділянки ж суші, де забезпеченість водою достатня, називають вологими (гумідними). Головним джерелом води для рослинних організмів є ґрунт. Вода - одна з головних умов формування біомаси рослин. З водою пов'язане і ґрунтове живлення рослин, і повітряне (фотосинтез). Продукти метаболізму розчиняються та транспортуються також за участю води.

Важливим фактором гідросфери є її солоність. У природних водах концентрація солей досить різноманітна. За наявністю розчинених солей у воді розрізняють: прісні, солонуваті, морські та пересолені води. Концентрація солей у воді вимірюється в проміле - десята частина відсотка (10%о = 1%). Таким чином, вказаним категоріям вод відповідає певна концентрація розчинених солей (табл. 1.2.1):

Таблиця 1.2.1. Типи категорій води за солоністю

Категорія води

Солоність (у %о)

Прісна

До 0,5

Солонувата

0,5-30

Морська

30-40

Пересолена

40-100

Ропа

Понад 100

До типових морських водойм належать такі, вода яких має постійний та різноманітний хімічний склад. Тут знаходять майже усі відомі хімічні елементи, а деякі з них представлені в значних кількостях. Частка хлориду натрію становить близько 78% усіх розчинених солей.

Водойми, солоність яких більша за 40%о, поділяють на два типи залежно від походження їхнього ложа. Перший тип є результатом відокремлення ділянок моря. Завдяки малому надходженню прісної води, великому випаровуванню, солоність їх сильно зростає. Прикладом такої водойми є Сиваш (затока Азовського моря) із солоністю в західній частині понад 200%о. Другий тип формується в непроточних котловинах, у регіонах із посушливим істматом та в умовах певного сольового складу ґрунту в басейні водозбору. Такі водойми є в Центральній Австралії, в Південній Америці та в пустелях Азії. Мертве море (Аравійський півострів) є найбільш глибокою водоймою такого типу, глибиною 300 м та солоністю 275%о. Вода, солоність якої перевищує 100%о та близька до насичення, має назву ропи. Ропа часто буває рожевого чи червонуватого кольору через масове розмноження бактерій Serratia salinaria. Водойми з ропою мають велике господарське значення як джерела мінеральної сировини. Вони поділяються залежно від хімічного складу ропи на хлоридні, карбонатні та сульфатні. Широко відомі в Євразії озера Баскунчак та Ельтон (Росія) належать до хлоридних. Тільки в одному Ельтоні міститься понад 500 млн т кухонної солі. Затока Каспійського моря - Карабугаз-Гол - належить до сульфатних водойм, запаси солі мірабіліту (Na2S04. 10Н2О) якої оцінюються 3,5 млрд т.

Ґрунтове середовище існування.

Ґрунти виникли в результаті взаємодії гірських порід, живих та мертвих організмів (тваринних, рослинних та мікроорганізмів) під впливом сонячного випромінювання та атмосферних опадів. Це зовсім окреме і особливе природне утворення, якому властиві своя будова, склад та властивості. Найціннішою властивістю ґрунту є родючість, що забезпечує ріст та розвиток рослин.

Часто 1 м3 ґрунту може мати безліч різноманітних організмів: сотні мільйонів мікроорганізмів-бактерій, актиноміцетів, грибів, одноклітинних тварин-протистів; десятки мільйонів фотосинтезуючих водоростей; мільйони нематод, коловерток; сотні тисяч кліщів, комах; десятки червів та молюсків тощо.

Ґрунтовий покрив утворює зону максимальної концентрації життя рослин і тварин. У межах цієї зони зароджуються всі найважливіші процеси обміну речовин та енергії, що відбуваються в біосфері.

Екологічні функції ґрунтового покриву.

Найважливіша біосферна функція ґрунтового покриву - забезпечення життя на Землі. Вона полягає у концентруванні в ґрунті необхідних для всіх організмів біофільних елементів (насамперед вуглецю, азоту, кисню) в доступних для них формах хімічних сполук.

Ґрунт здатний накопичувати потрібний для організмів запас води теж у доступній для них формі. Він виступає своєрідним з'єднувальним ланцюгом і регулювальним механізмом у системі геологічної та біологічної циркуляції елементів у біосфері.

Ґрунтовий покрив регулює склад атмосфери й гідросфери завдяки своїй високій пористості і щільному заселенню організмами (мікроорганізми, корені рослин, тварини). При цьому відбувається постійний газообмін між ґрунтом і приземною атмосферою. У системі ґрунт-атмосфера він є також виробником одних газів і резервуаром стоку для інших. У наземній частині глобального кругообігу води він вибірково віддає в поверхневий стік розчинні у воді хімічні сполуки, визначаючи, таким чином, їхній вміст як на суходолі, так і в прибережних водах.

Ґрунт регулює й інтенсивність біосферних процесів через регулювання щільності і продуктивності організмів на земній поверхні.

Дуже важлива біосферна функція ґрунтового покриву полягає в накопиченні на земній поверхні специфічно активної речовини - гумусу. В біологічних циклах синтезу й розкладу органічної речовини, які постійно відбуваються на поверхні землі, ґрунт виступає акумулятором залишкових продуктів цих циклів.

Ґрунтовий покрив виконує також захисну функцію стосовно літосфери нашої планети, оберігаючи її від інтенсивної дії екзогенних факторів, а отже, від руйнування. Він є ніби буферною зоною між атмосферою та літосферою. Ще одна з важливих екологічних функцій ґрунту полягає в тому, що для рослин і мікроорганізмів він є головним джерелом елементів живлення. Ґрунтовий покрив має у своєму складі відповідний резерв елементів живлення, енергії та вологи, тобто є своєрідним їхнім депо. Наявність цього важливого резерву життєдіяльності забезпечує існування організмів, незважаючи на можливі періодичні перерви в надходженні у ґрунт вологи, свіжої органічної речовини та інших поживних речовин.

Можна також говорити про інформаційну функцію ґрунту, адже він регулює кількісний склад та структуру біоценозів, володіє здатністю сигналізувати про початок сезонних біологічних процесів. Так, в умовах помірного клімату України температура ґрунту є важливим фактором весняного включення процесів сезонної активації і вегетації рослин. Крім того, температурні умови ґрунту не лише сигналізують про початок і закінчення сезонних циклів життєдіяльності організмів, а й визначають хід обміну речовин.

Специфічна функція ґрунтового покриву щодо людини. Для людини ґрунт є найважливішим природним ресурсом, головним засобом сільськогосподарського виробництва і фізичним місцем проживання. Завдяки живим організмам він забезпечує матеріальну основу нашого існування (продукти харчування, одяг, будівельні матеріали, сировина для багатьох видів промисловості тощо).

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >