Реферат на тему:
Умови існування організмів
Вже у першому відомому визначенні екології (Е. Геккель, 1866 р.), як науки, до навколишнього середовища віднесені усі умови існування в широкому змісті цього слова. Тому поняття "навколишнє середовище" включає соціальні, природні і штучно утворюванні фізичні, хімічні і біологічні фактори. В екології під середовищем розуміють сукупність взаємодіючих змінних, яка підтримує чи припиняє процес життєдіяльності.
Живий організм – рослинний чи тваринний – залежить від середовища, а середовище перетворюється внаслідок діяльності організмів. Зв`язок "організм – середовище" має чіткий двосторонній характер у відповідності до принципу єдності організму і середовища (І.М.Сеченов, 1861 р.).
При цьому, рівні організації життя складають своєрідний біологічний спектр – ген, клітина, орган, організм, популяція, угрупування. На кожному рівні внаслідок взаємодії з навколишнім фізичним середовищем виникають функціональні системи, які містять живі компоненти (біотичні) і неживе навколишнє оточення (абіотичні компоненти), що називаються біосистемами.
Узагальнено основні компоненти фізичного (конкретного) середовища пробування включають: грунт, атмосферу, воду (гідросферу), природні тваринні і рослинні організми, а також об`єкти, речовини, матеріали і організми, що створені людиною. Фізичне середовище є джерелом чи носієм взаємодіючих факторів, сукупність яких і складає поняття середовища в екології. При цьому складність оточення кожного організму настільки велика, що не можна дати не тільки вичерпного опису факторів, але часто, навіть простого їх переліку. Не всі з факторів мають однакове значення і виявляють однаковий вплив на організми. Перелік факторів, що мають істотне значення, називають функціональним середовищем. Контингент факторів, що входять до складу функціонального середовища живих організмів, несталий і специфічний для різноманітних організмів. Дослідженням взаємодій в системі особина – середовище займається факторіальна екологія (аутоекологія).
Найбільш загальна класифікація факторів середовища полягає в їх розподілі на біотичні і абіотичні фактори. В дослідженнях з охорони навколишнього середовища виділяють також групу антропогенних факторів, що пов`язані з діяльністю людини. Вони включають як абіотичні, так і біотичні фактори.
Біотичні фактори складають предмет вивчення динаміки популяцій (демекологія) і біоценології і будуть розглянуті в третьому і четвертому питаннях цієї лекції.
Абіотичні фактори класифікуються на фізичні і хімічні, до яких відноситься цілий ряд факторів, в тому числі і кліматичні.
Саме кліматичні фактори вирішальним чином визначають умови життя в будь-якому місці на Землі, а їх цифрові значення дають порівняльну характеристику середовища. До таких факторів належать: сонячне випромінювання, температура, вода (як фактор, а не фізичне середовище), атмосферний і гідросферний тиск.
А. Випромінювання сонця - служить первинним джерелом енергії, без якого не можливе життя. За деякими даними, на частку цього джерела падає до 99% енергії, що знаходиться в обертанні на Землі. Сонячне випромінювання, що проходить крізь верхні шари атмосфери і досягає поверхні Землі, складається з електромагнітних хвиль довжиною приблизно від 0,3 до 10 мкм. Ділянки спектру цього випромінювання – ультрафіолетовий, видимий і інфрачервоний – несуть різну кількість енергії (табл.. 1).
Таблиця 1
| Ділянка спектру | Довжина хвилі, мкм | Енергія випромінювання, % |
| Ультрафіолетовий | <0,4 | 9 |
| Видимий | 0,4-0,7 | 41 |
| Інфрачервоний | >0,7 | 50 |
Повна кількість сонячного випромінювання, що падає на 1 см2поверхні верхньої межі атмосфери на протязі 1 хвилини, називається СОНЯЧНОЮ постійною. Вона дорівнює приблизно 8,3 Дж/cм2*хв. Ця величина означає, що якби енергія, що досягає із сонячними променями верхньої межі атмосфери, безперешкодно проникала до Землі і повністю нею поглиналась, то температура поверхні одно сантиметрового шару води збільшувалась б зі швидкістю 2° С у хвилину. Проте сонячне випромінювання частково поглинається атмосферою, частково нею же відбивається, а чимала його частина підлягає розсіюванню.
Величина безпосереднього випромінювання, що досягає даної точки поверхні Землі, коливається у межах 0,3 – 2,4 Дж/cм2*хв. і визначається рядом умов: товщиною і оптичними властивостями атмосфери, кутом падіння променів, положенням Сонця. Тобто безпосереднє випромінювання у певному місці земної кулі залежить від географічної широти, пори року, часу дня і погодних умов.
Сонячне випромінювання внаслідок контакту з частками атмосфери підлягає частково розсіюванню і відбиванню. Воно досягає поверхні Землі під різними кутами. Завдяки цьому, сонячна енергія проникає у місця, що закриті для прямого сонячного опромінювання, а у хмарні дні є єдиним джерелом сонячного випромінювання. Протягом доби величина розсіяного випромінювання зростає до полудня, а після цього зменшується. Енергія розсіяного випромінювання зимою в два і більше раз перевищує енергію (для Європи) безпосереднього випромінювання і приблизно дорівнює їй в інші пори року. Розподіл енергії розсіяного випромінювання виявляє зсув у бік ультрафіолетового випромінювання, частка якого в ньому вище, ніж у безпосередньому випромінюванні Сонця. Звідси зрозуміло, чому можна загарати в затінку при цілком безхмарному небі.
Сума безпосереднього і розсіяного випромінювання становить повне випромінювання Сонця. Частина цього випромінювання відбивається і спрямовує до неба, не змінюючи своєї довжини хвилі. Мірою відбитого випромінювання є альбедо, що визначає відношення (у %) відбитого випромінювання до випромінювання, що падає а дану поверхню. Величина альбедо залежить від характеристики поверхні. Альбедо сухого чистого снігу може досягати 95%, а волого темного грунту- тільки 5%. Величина альбедо залежить від висоти Сонця – промені, що падають на поверхню води під гострим кутом, можуть відбиватися на 90%.
Частина повного випромінювання, що поглинено поверхнею Землі, перетворюється в теплову енергі., яка вдруге відбивається у напрямі неба в інфрачервоному діапазоні. Випромінювання поверхні Землі протягом дня збільшується зі збільшенням температури грунту, а уночі зменшується. Довгохвильове випромінювання Землі більшою частиною поглинається вже у нижній частині тропосфери. Поглинання випромінювання поверхні Землі атмосферою призводить до збільшення випромінювання останньої у тому же інфрачервоному діапазоні.
Таким чином, чимала частина випромінювання Землі вертається назад і тепер повністю поглинається. Напруженість довгохвильового випромінювання, що повертається атмосферою, оцінюється в 2,5 Дж/cм2*хв., а незворотні енергетичні втрати у космічний простір, залежно від хмарності, складають 0,4 – 1,3 Дж/cм2*хв. Тобто зворотне випромінювання атмосфери є ефективним засобом повернення енергії, що загублена раніш Землею. Це явище, що відоме під назвою парникового ефекту, істотним чином впливає на тепловий баланс Землі. Середня температура Землі дорівнює 15° С, тоді як без зворотного випромінювання вона повинна становити –23° С. Таким чином, баланс на активній поверхні , тобто на межі між двома елементами системи, у якої відбувається теплообмін (у грунту – його поверхня, у води – її дзеркало), виглядає наступним чином:
S=Sс+Sн+Sа-Sз-Sl, Дж/cм2*хв., (1)
де Sс– безпосереднє випромінювання Сонця;
Sн – розсіяне випромінювання неба;
Sа – зворотнє випромінювання атмосфери;
Sз – випромінювання Землі;
Sl=L(Sс+Sн)/100 – відбивання Землі.
На спектральний склад і напруженість сонячного випромінювання впливають також локальні фактори – передусім, склад повітря. Дим може поглинати до 90% сонячного випромінювання.
Б. Енергія випромінювання у момент поглинання будь-якою речовиною перетворюється на теплову. Механізм транспорту тепла різноманітний у рідин, газів і твердих тіл. У атмосфері теплообмін відбувається через випромінювання, перемішування потоків повітря, а також через випарування і конденсацію водяної пари. У гідросфері перенос тепла відбувається турбулентним способом, завдяки течіям, хвилюванню, конвекцієй тепла і випаруванням. У грунті передача тепла відбувається тільки за рахунок теплопровідності. Ці відмінності є причиною того, що річні коливання температури охоплюють всю тропосферу, у воді – шар до декілька сот метрів, у грунті – шар не більш 10 – 20 м.
В. ВОДА відіграє важливу роль кліматоутворювального фактора. Повна кількість води, що знаходиться на Землі, постійна. Баланс водних ресурсів будується на припущенні, що уся кількість води, що надійшла з атмосферними опадами, дорівнює кількості води, яка випаровувана з поверхні грунту і води.
Гідросфера виробляє 84% водяної пари, що знаходиться в атмосферному кругообігу. Опади над поверхнею океанів менш випарування (77%). Різниця вирівнюється поверхневим стоком. Ріки повертають в моря і океани майже 7% повної кількості води, що знаходиться в кругообігу. Волога зона материків дає 10%, а суха зона – 6% від загального випарування Землі. У вологій зоні випадає 17%, а в сухій – 6% опадів всієї земній кулі.
Повна кількість водяної пари, що знаходиться у даному об'ємі повітря, вимірюється у тих же одиницях, що і атмосферний тиск і називається пружністю водяної пари.
Стан насичення відповідає найбільшій пружності, яка можлива при даній температурі (рівновага випарування і конденсації). Відношення пружності пари е і пружності в стані насичення Е називається відносною вологістю
V = (е/Е) * 100, % (3.2)
Зміна відносної вологості повітря, як правило, зворотна добовому циклу зміни температури. У вологих кліматах коливання вологості невеликі, а в сухих – значні.
У шарі 0 – 0,5 м над поверхнею землі вологість повітря швидко зростає по мірі наближення до поверхні грунту. Тому стандартна висота вимірювання вологості прийнята рівної 2 м.