ТЕМПЕРАТУРА ЯК ЕКОЛОГІЧНИЙ ФАКТОР

Після надходження сонячної радіації до поверхні Землі значна її частина перетворюється в тепло, тому Сонце є основним і практично єдиним джерелом теплової енергії на планеті. У порівнянні з сонячною радіацією, всі інші джерела тепла мізерні. Наприклад, певна кількість тепла надходить з земних надр. Це складає 54 кал на рік на кожний квадратний сантиметр поверхні, що у 5000 разів менше ніж тепло від Сонця. З глибиною температура надр збільшується на 1 градус на кожні 35 м, що також не дозволяє говорити про її суттєвий вплив на біоту. Таким чином, Сонце – це не лише джерело світла, а й джерело тепла, за рахунок яких формуються наземні екосистеми.

Характеристика температурного режиму фітоценозу

Сонячне випромінювання не лише забезпечує світлом, але й створює температурні умови, необхідні для росту та розвитку рослин. Температурний режим, як і світловий, змінюється на Землі протягом року та доби. Він залежить від широти місцевості, висоти над рівнем моря, відстані від морів, океанів, річок, озер та інших водойм. На нього впливають льодовики, вітри, колір грунту та його структура. Сонячні промені, проходячи крізь атмосферу, нагрівають повітря та ґрунт. Чим чистіше повітря, тим швидше нагрівається грунт, чим воно брудніше, тим швидше нагрівається повітря і повільніше грунт.

Як відмічалося вище, половина сонячної променистої енергії, яка доходить до земної поверхні, припадає на теплові інфрачервоні промені. Чим вище над горизонтом знаходиться Сонце, тим менший шлях цих променів через атмосферу, тим менше вони поглинаються і розсіюються в ній, тим більше їх доходить до Землі та сильніше нагрівається її поверхня. Одночасно з нагрівом поверхні нашої планети відбувається її охолодження за рахунок теплового випромінювання, особливо в нічний час. Частина теплового випромінювання від земної поверхні нагріває внутрішні води, частина – атмосферне повітря, частина – проходить через атмосферу і розсіюється у космосі. В атмосфері теплове випромінювання стикається з пилом, молекулами газів, краплями води, кристалами льоду, відбивається від них і може знову повертатися на земну поверхню. Значна частина теплового випромінювання затримується хмарам, які нагріваються і випромінюють надлишок теплової енергії, повертаючи її на земну поверхню.

Нічна температура залежить від кількості тепла та інтенсивності віддачі, поглиненого наземними об'єктами і атмосферою протягом дня. Наприклад, водойми, завдяки великій теплоємності води, здатні накопичувати значну кількість тепла при нагріванні та поступово віддавати її при охолодженні. Це призводить до згладжування максимальних температур на прилеглій суші під дією повітряних мас над водою. Саме тому для тієї частини Західної Європи, що омивається морями, властиві менш значні коливання температури як протягом доби (день – ніч), так і протягом року (зима – літо), ніж це відмічається у континентальних районах Східної Європи.

Дослідження свідчать, що нагрівання ґрунту і навколишнього повітря залежать від типу грунту. Наприклад, встановлено, що при температурі повітря +38°С багаті темно-забарвлені грунти нагріваються до температури +73 °С, сірі мінеральні – до +64°С, а жовті – до +67°С (Айзек, 1938). Від грунтових умов, в свою чергу, залежить видовий склад фітоценозів і розвиток рослин.

На Землі, в залежності від зміни температури з широтою, починаючи від екватора, виділяють декілька кліматичних зон:

• • Тропічна зона. Мінімальна середня річна температура становить понад +16°С, незначні сезонні коливання температур, вегетаційний період триває протягом року.
• • Субтропічна зона. Температурні коливання дещо більші, ніж у тропічній зоні, вегетаційний період триває весь рік, але протягом 1 – 4 місяців спостерігається деяке зниження температури.
• • Помірно тепла зона. Мінімальна середня річна температура вища 0°С, але нижча +16°С, помітний період пониження температур взимку, перерви у вегетації через нестачу тепла немає, але теплолюбних рослин дуже мало.
• • Помірно холодна зона. Середня річна температура часто нижча 0°С, чітко розрізняються чотири сезони року. Найтепліший місяць – липень, його середня температура понад +10°С. Вегетаційний період триває 7 – 8 місяців і закінчується через нестачу тепла в кінці осені.
• • Холодна полярна зона. Середня річна температура нижча 0°С, середня температура липня нижча +10°С, вегетаційний період короткий – 3,5 – 4 місяці.

Звичайно, таке зонування досить умовне. Чітких меж між окремими кліматичними зонами не існує, навпаки, перехід від однієї зони до іншої поступовий. Але при пересуванні від екватору до полюсу спостерігається наступна закономірність: на один градус широти (111 км) температура зменшується приблизно на 0,5°С. Це середні дані, оскільки існують значні відмінності між зміною температури у континентальній зоні суші та на узбережжі морів та океанів.

Існують також значні відмінності у тепловому режимі, пов'язані з висотою над рівнем моря. Вони характерні для гір і зумовлені тим, що при вертикальному піднятті повітряні маси потрапляють у атмосферні шари з низьким тиском. Там ці маси розширяються і охолоджуються. В горах спостерігається наступна закономірність: з висотою на кожні 100 м температура знижується на 0,5°С. У відповідності до кількості тепла, з висотою спостерігаються закономірні зміни рослинного покриву.

Нестача тепла, як лімітуючого фактору в житті рослин, проявляється у високих широтах (тундрі, лісотундрі) і на високогір'ї. На іншій частині суші зі зменшенням надходження тепла змінюється видовий склад рослинності і її продуктивність.

Закономірна зміна температури повітря в залежності від широти, в першу чергу, відбивається на зональній рослинності. Наприклад, ліси не можуть формуватися, якщо середня температура протягом чотирьох місяців не перевищує +10°С. Саме тому північна межа лісової зони співпадає з середньою ізотермою липня (+10°С). Окремим деревним породам властивий свій граничний температурний режим. Так, ялина зростає там, де період з середньою температурою вище +5°С (ефективні температури) продовжується не менше 100 днів, липа – 150 днів, бук – 210 днів. Відмінності в теплових потребах, які існують для окремих видів, призводять до змін видового складу фітоценозів.

Прикладом вертикальної динаміки складу деревних порід можуть бути навіть такі невисокі гори, як Українські Карпати. У долинах і передгір'ях Карпат зростають дубові ліси з дуба звичайного та дуба скельного з домішками (в залежності від умов зростання) бука, граба, липи, ясена, Ільма, в'яза, ліщини, клену татарського, кизилу тощо. Нижня межа розповсюдження цих порід проходить на висоті 150 – 200 м, а верхня – 600 м над рівнем моря. Поступово дубові ліси переходять у буковий середньогірський пояс мішаних лісів (верхня межа знаходиться на висоті 800 м). Букові ліси також поступово переходять у ялицево-букові, а ті, в свою чергу, у ялицево-буково-смерекові. На висоті 900 м починаються смерекові ліси, які простягаються до субальпійського поясу (1350 – 1500 м). У субальпійському поясі переважають шпилькові (сосновий сланець) та листяні чагарники. Для кожного гірського висотного поясу, окрім деревних порід, властиві характерні чагарникові, чагарничкові та трав'янисті рослини, мохи і лишайники. Полонини Карпат (альпійський пояс) – це площі, розташовані вище 1800 – 1850 м. Вони вкриті різноманітною трав'янистою рослинністю, серед якої найбільш поширені костриця, біловус, польовиця звичайна, щучник.

Температурний режим залежить від рельєфу місцевості. Дослідження показали, що при слабо ввігнутому рельєфі спостерігається швидка віддача тепла в тихі холодні ночі та акумуляція холодного повітря, яке надходить з навколишніх вищих форм рельєфу. Внаслідок чого в таких низинах температура нижча приблизно на 8°С, ніж на довколишніх підвищенях. Відповідно, з більш високих форм рельєфу холодне повітря, по мірі охолодження земної поверхні, стікає в низини. Тому на таких ділянках мінімальні нічні температури залишаються відносно високими. Відмінності в температурному режимі, які формуються під впливом місцевих топографічних особливостей, призводять не лише до змін видового складу фітоценозів, але й умов росту і розвитку рослин. В низинах формуються так звані “морозобійні ями”, в яких ріст рослин уповільнюється.

Температурний режим гірських місцевостей та слабо-хвилястого рельєфу залежить від експозиції схилу. Різниця в середніх температурах між північним та південним схилами може перевищувати 5°С. На схилах південної експозиції, які прогріваються швидше і сильніше, поселяються ранньовесняні та теплолюбні рослини. На північних схилах, де довше затримується сніг та холодніше повітря влітку, формується своєрідний рослинний покрив. Відмінності у видовому складі рослинності, в залежності від експозиції схилу, чітко простежуються на прикладі гірського Криму. На північному схилі гір на висоті 100 – 200 м над рівнем моря починаються розріджені чагарникові зарості дуба пухнастого і грабинника, які на висоті 300 – 400 м поступово переходять у дубові ліси з дуба пухнастого і скельного. Вище 750 м на північних схилах зростають букові та грабові ліси з домішками ясена, липи і клена. Іноді на таких висотах зустрічаються ділянки сосни звичайної. Приблизно на висоті 1100 м букові ліси змінюються чагарниками, які переходять у яйли, вкриті різноманітною трав'янистою рослинністю. На південних схилах до висоти 400 – 450 м зростають дуб пухнастий, граб східний, ялівець високий, держидерево звичайне. Соснові ліси з сосни кримської і гачкуватої та букові ліси ростуть на висоті від 450 до 1100 м. Вище вони переходять у зарості чагарників та сланцеві форми деревних порід (сосни звичайної, ялівця козацького та низькорослого), а потім – у яйли.

Таким чином, видовий склад фітоценозів закономірно змінюється у відповідь на температури умови, пов'язані як з географічними, так і з ландшафтними особливостями місця зростання. Ці зміни відбуваються поступово.

Рослинний покрив не лише залежить від такого екологічного фактора як температура, але й сам впливає на температуру навколишнього середовища. Це особливо чітко просліджується у лісових рослинних угрупованнях. Під впливом лісу температурний режим повітря та грунту змінюється і відрізняється від температурних умов сусідніх земельних угідь. Крайності температур у лісі згладжуються: мінімальні та максимальні величини проявляються менш різко. Середньорічна температура грунту у лісі, за даними Г. Ф. Морозова, нижча, ніж у полі. В ялиновому лісі – на 2 – 3 °С, у дубовому – на 1,5 – 2,5 °С. Влітку температура повітря у лісі на 8 – 10 °С нижча, ніж у відкритому полі. В лісових екосистемах спостерігаються вертикальні відмінності температури повітря. Дослідження професора В. Н. Оболенського показали, що середні температури на поверхні Грунту у лісі і на поверхні крон деревостану відрізняються влітку на 2,9 °С, а максимальні – на 7,1 °С. Тому під наметом деревних порід складається своєрідний мікроклімат, який включає в себе і температурний режим. Втім, ліс впливає не лише на температуру повітря на зайнятій ним території, а й на загальний клімат планети. Саме тому, в епоху глобальних кліматичних змін збереження лісів є надважливою задачею.