Александр Челноков - Общая и прикладная экология

Макроклимат в большой степени определяет распространение организмов, положение и размеры их ареалов, формирование ландшафтной структуры территорий, облик глобальных природных зон – биомов. Экосистемы и вся биота Земли оказывают заметное влияние на макроклимат, участвуя в преобразованиях энергии и круговоротах веществ в атмосфере.

Мезоклимат – климат сравнительно небольших территорий, достаточно однородных по природным условиям (лесной массив, поляна, долина, город, побережье и пр.), накладывающийся на общеклиматические (макроклимат) условия.

Микроклимат – климат на уровне организма.

Все виды климата формируются климатическими факторами . К основным климатическим факторам относятся свет, температура и влажность.

Свет.В узком смысле это электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (4,0·10 14–7,5·10 14Гц), в широком смысле – электромагнитные волны с длиной в диапазоне от 1 нм до 1 мм. Свет является первичным источником энергии в биосфере. Без света не возможно существование жизни на Земле.

Поток солнечной энергии определяет продуцирование живой материи. Поэтому свет – не только необходимый, но и лимитирующий фактор как на минимальном, так и на максимальном уровне диапазона его действия.

Солнце излучает огромное количество энергии. Световое излучение представляет собой электромагнитные волны различной длины.

Лучистая (световая) энергия Солнца необходима для осуществления фундаментального процесса биосферы, который происходит в листьях автотрофных зеленых растений нашей планеты, – фотосинтеза.

Фотосинтез – это процесс образования органического вещества из неорганических веществ – углекислого газа и воды на свету в хлоропластах листьев зеленых растений с выделением кислорода. В процессе фотосинтеза лучистая энергия Солнца трансформируется (превращается) в энергию химических связей органических веществ, которые при этом образуются. За счет энергии Солнца, заключенной в энергии химических связей органических веществ (продуктов фотосинтеза), происходит питание растений и осуществляется жизнедеятельность всех живых организмов. Источником энергии для человека является пища, в которой также заключена энергия Солнца. Количество пищи на Земле определяется чистой первичной продукцией растений.

Космическая роль фотосинтеза состоит в консервации солнечной энергии в макроэргических химических связях и использовании ее для построения разнообразных органических веществ. Фотосинтез является источником свободного кислорода для дыхания человека, животных и растений. Благодаря фотосинтезу образовался защитный озоновый экран Земли. Фотосинтез поддерживает баланс углекислого газа и кислорода в атмосфере.

Процесс фотосинтеза описывается суммарным уравнением

6СO 2+ 6Н 2О + энергия солнечного света = С 6Н 12О 6+ 6O 2.

Это общее уравнение фотосинтеза показывает начальные и конечные продукты реакции, но не отражает всей сложности данного процесса. На самом деле восстановление СO 2и образование углеводов происходит многоступенчато, через множество промежуточных реакций в хлоропластах зеленых растений.

Помимо участия в фотосинтезе свет оказывает непосредственное влияние на рост и развитие растений, процессы дифференциации в клетках и тканях, образование органов. Для жизни растений очень важно, что в процессе фотосинтеза они продуцируют больше веществ, чем им необходимо расходовать для дыхания. За счет этого образуется положительный баланс веществ, без которого невозможно осуществление роста и развития организмов.

От светового режима зависит характер роста и развития растений. При полном освещении подавляются ростовые процессы и ускоряются процессы развития.

Свет (в отличие от тепла) оказывает огромное формирующее влияние на облик растения. Деревья, выросшие в лесу, сильно отличаются по строению ствола и кроны от свободно стоящих деревьев. Лесные деревья имеют ровный, хорошо очищенный от сучьев, почти цилиндрический ствол и небольшую высокоподнятую крону. Деревья, растущие на свету, имеют конический ствол, близко от земли разветвляющийся на толстые сучья, и широкую крону. При одностороннем освещении крона дерева получает флагообразное развитие.

Свет влияет на структуру растительных сообществ. Морфология листьев и структура растительного покрова приспособлена для наиболее эффективного восприятия солнечной энергии. Светопоглощающая поверхность листьев земной флоры колоссальна: она в четыре раза больше поверхности Земли.

При создании группировок разных видов растений в зеленом строительстве необходимо строго учитывать их отношение к свету. Без такого учета растительная группировка будет нежизнеспособной.

Свет влияет на активность разных таксонов животных. Распространение водных растений, океанических животных и планктона ограничено областью проникновения солнечных лучей. Животные и растения реагируют на изменение длины волны света. Свет вызывает изменение влажности и температуры окружающей среды. Он является важным сигнальным фактором, обеспечивающим протекание суточных и сезонных биологических циклов (фотопериодизм).

Поток солнечной энергии – единственный источник энергии для биосферы. Почти всю радиационную энергию от Солнца Земля получает на верхней границе атмосферы (90 %). Длина световых волн, достигающих атмосферы, варьирует от 200 до 4000 нм.

Единицами измерения длины световых волн в международной системе единиц (СИ) являются микрометр (мкм) и нанометр (нм):

• 1 мкм = 10 –3мм = 10 –4 см = 10 3нм;

• 1 нм = 10 –6мм = 10 –7 см = 10 ангстремам (А) = 10 –10 м.

Солнце излучает в космическое пространство огромное количество электромагнитных волн разной длины и частоты. Спектр распределения энергии Солнца за пределами земной атмосферы показывает, что около 50 % солнечной энергии излучается в инфракрасной области, 40 % – в видимой и 10 % – в рентгеновской и ультрафиолетовой областях. Земная атмосфера, включая озоновый слой, избирательно по частотным диапазонам поглощает энергию электромагнитного излучения Солнца, поэтому до поверхности Земли доходит в основном излучение с длиной волны от 200 до 4000 нм.

Огромное количество световой энергии Солнца уходит за пределы солнечной системы. До поверхности атмосферы Земли, пройдя путь более 150 млн км, доходит только одна двухмиллиардная часть лучистой энергии, испускаемой Солнцем.

Плотность потока солнечного излучения, достигающего пределов земной атмосферы, составляет 1360 Вт/м 2. Эта величина называется солнечной постоянной . Часть поступившей солнечной энергии отражается в космическое пространство, другая часть поглощается толщей атмосферы и используется на ее нагрев (44 %). Около 50 % солнечной радиации идет на испарение воды и осуществление большого геологического круговорота воды. При конденсации влаги выделяемая теплота используется на нагрев воздуха, воды, почвы, на обусловленные этим нагревом конвективные процессы в атмосфере и гидросфере (ветры, течения). На образование озона используется 5 % солнечной радиации. В процессе фотосинтеза все растения нашей планеты улавливают в среднем около 1 % энергии приходящего солнечного излучения, причем на создание органического вещества в процессе фотосинтеза затрачивается всего 0,1–0,2 % падающей на Землю солнечной энергии.