Основными (экологически важными) факторами среды для наземных экосистем являются свет, температура и влажность (осадки). В водной среде - это свет, температура, содержание кислорода и соленость. В любой среде большое значение имеют химическая природа и скорость биогеохимического оборота основных элементов питания. Все эти физико-химические условия существования могут быть не только лимитирующими, «вредными» факторами, но и регулирующими жизнедеятельность. организмов, влияющими благотворно. Живые организмы не только приспосабливаются к физическим факторам среды обитания, т. е. переносят их воздействие, но и используют естественную периодичность изменений этих факторов для распределения своих функций во времени.
Свет. Это - один из важнейших абиотических факторов, так как служит первоисточником энергии в биосфере. Эволюция биосферы в целом была направлена главным образом на «укрощение» поступающего солнечного излучения (использование его полезных составляющих и ослабление вредных).
Почти вся энергия, получаемая поверхностью Земли, исходит от Солнца. Солнце излучает в космическое пространство громадное количество энергии. На верхней границе атмосферы Земли солнечная радиация составляет около 2 кал/см2 в мин (так называемая солнечная постоянная). Проходя через облачный покров, воду и растительность, солнечный свет ослабляется, и в нем значительно изменяется распределение энергии по разным участкам спектра излучения. Энергия солнечного электромагнитного излучения варьирует в диапазоне длин волн от 60 до 4000 нм.
Среди солнечной энергии, поступающей в атмосферу Земли, на видимый сеет (табл. 5.1) приходится приблизительно 50 % от всей солнечной энергии. Остальные 49 % составляют тепловые - инфракрасные и около 1% - ультрафиолетовые лучи.
Таблица 5.1.
| Излучение | Длина волны (нм) |
| Ультрафиолетовое | 60-390 |
| Видимое | 390-700 |
| Инфракрасное (тепловое) | 700-4000 |
Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 300 нм, губительное для всех живых клеток, почти не проходит через озоновый слой, находящийся в верхних частях атмосферы на высоте около 25 км. Поэтому наличие озонового «экрана» - одно из важных условий существования жизни на Земле.
Излучение в оптической области (видимый свет) ослабляется в атмосфере равномерно, а инфракрасное излучение поглощается неодинаково, в зависимости от длины волны.
В среднем из той части солнечного излучения, которое доходит до верхних слоев атмосферы, около 42 % отражается атмосферой в космическое пространство, 15 % поглощается атмосферой и идет на ее нагревание (превращается в тепловую энергию) и только 43 % достигает поверхности Земли, поступая в распоряжение биосферы. Эта доля состоит из прямой солнечной радиации (27 %) и рассеянной (диффузной) радиации (16 %).
Для нормального существования водных и наземных экосистем важнее всего суммарное солнечное излучение, попадающее на автотрофный ярус экосистемы, т. е. солнечная энергия, получаемая зелеными растениями за недели, месяцы, весь год. Большая часть биосферы получает ежедневно около 3000...4000 ккал/м в сутки или 1,1... 1,5 млн ккал/м2 в год. Часть потока солнечной энергии (в видимой части спектра) трансформируется в ходе фотосинтеза в энергию химических связей органического вещества и приводит в действие все биологические системы биосферы.
Судьба солнечной энергии, поступающей в биосферу, кратко рассмотрена в табл 5.2. Всего около 1 % энергии переходит в пищу и другую биомассу (процесс фотосинтеза). Однако большая часть энергии (69,2 %), которая преобразуется в тепло, расходуется на испарение, осадки, ветер и т. д., не теряется для биосферы зря, так как эта энергия поддерживает оптимальную температуру, и приводит в действие системы погоды и круговорота воды, необходимые для жизни на Земле.
Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и животных протекают следующие важнейшие процессы:
• фотосинтез - образование органического вещества за счет энергии света в клетках растений, микроскопических водорослей хлорофиллсодержаших бактерии;
• транспирация - испарение воды листьями растений, на что расходуется примерно 75 % падающей на растения солнечной радиации, что обеспечивает восходящий поток воды от корней к листьям;
• фотопериодизм - осуществление биологических ритмов (суточных, сезонных) как реакция организмов на длину дня (сигнальное или регулирующее значение света):
• зрение у животных - одна из главных сенсорных функций, позволяющая животным вести активный образ жизни;
• синтез пигментов и витаминов - витамин D у человека, витамины и фитопигменты у растений и т. д.
Таблица 5.2