Абіотичні фактори

    ЗМІСТ 

    Вступ……………………………………………………………………3                             

    1   Загальна характеристика екологічних факторів………………….4          

    2. Характеристика абіотичних компонентів екосистем……………7

    2.1 Територія ………………………………………………………..10                                                

    2.2 Температура …………………………………………………….10                                               

    2.3 Вологість ………………………………………………………...15                                          

    2.4 Солоність…………………………………………………………19                                                       

    2.5 Реакція середовища (рН) ……………………………………….23                                

    2.6 Газовій склад середовища ……………………………………...25                           

    3. Вплив абіотичних факторів на здоровя людини ………………27    

           3.1  Космічні, геліо- й геофізичні фактори………………………….28

       3.2  Кліматичні й метеорологічні фактори………………………….29

           3.3  Едафічні й гідрологічні фактори………………………………..30

    Висновки 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Вступ

    Тема  даної роботи: „ Абіотичні фактори”.

    Мета  написання даної курсової роботи полягає в дослідженні питань, пов’язаних із сутністю біотичних  та абіотичних екологічних факторів.

    Актуальність  обраної теми полягає в тому, що екологічні фактори – це всі складові (елементи) природного середовища, які впливають на існування й розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування. Екологічні дослідження, пов’язані з вивченням впливу екологічних факторів на існування й розвиток окремих видів організмів. взаємозв’язків з довкіллям сьогодні набувають важливого значення в зв’язку з постійним погіршенням екологічного стану.

    Основними завданнями при написанні роботи стали: підбір та аналіз літературних та наукових джерел з екології, біології, природознавства тощо; узагальнення отриманих даних; оформлення результатів дослідження у вигляді дійсної курсової роботи.

    В роботі розкриті наступні питання: поняття, сутність та види екологічних факторів; абіотичні фактори середовища та їхній вплив на живі організми.

1.Загальна характеристика екологічних факторів 

    Екологічні  фактори – всі складові (елементи) природного середовища, які впливають  на існування й розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями  пристосування (за межами здатності  пристосування настає смерть).

    Раніше  виділяли три групи екологічних  факторів – абіотичні (неорганічні  умови: хімічні й фізичні, такі, як склад повітря, води, ґрунтів, температура, світло, вологість, радіація, тиск тощо), біотичні (форми взаємодії між  організмами – хазяїн – паразит) та антропогенні (форми діяльності людини).

    Сьогодні  розрізняють десять груп екологічних  факторів (загальна кількість –  близько шістдесяти), об’єднаних у  спеціальну класифікацію: за часом  – фактори часу (еволюційний, історичний, діючий), періодичності (періодичний і неперіодичний), первинні та вторинні; за походженням (космічні, абіотичні, природноантропогенні, техногенні, антропогенні);за середовищем виникнення (атмосферні, водні, геоморфологічні, фізіологічні, генетичні, екосистемні); за характером (інформаційні, фізичні, хімічні, енергетичні, термічні, біогенні, комплексні, кліматичні) за об’єктом впливу (індивідуальні, групові, видові, соціальні);  за ступенем впливу (летальні, екстремальні, обмежуючі, мутагенні, тератогенні); за умовами дії (залежні чи незалежні від щільності); за спектром впливу (вибіркової чи загальної дії).

    Одній й ті ж екологічні фактори неоднаково впливають на організми різних видів, які живуть разом. Для деяких вони можуть бути сприятливими, для інших  – ні. Важливим елементом є реакція організмів на силу впливу екологічного фактора, негативна дія якого може виникати у разі надлишку або нестачі дози. Тому є поняття сприятлива доза, або зона оптимуму фактора й зона песимуму (доза фактора, за якої організми почуваються пригнічено).

    Діапазон  зон оптимуму й песимуму є критеріями для визначення екологічної валентності  – здатності живого організму  пристосовуватися до змін умов середовища. Кількісно вона виражається діапазоном середовища, в межах якого вид  нормально існує. Екологічна валентність різних видів відрізняється одна від одної (північний олень витримує коливання температури повітря від –55 до 25-30оС, а тропічні корали гинуть вже при зміні температури на 5-6оС).

    За  екологічною валентністю організми  поділяють на: стенобіоти – з малою пристосованістю до змін середовища (орхідеї, форель, далекосхідний рябчик, глибоководні риби) та еврибіонти – з великою пристосованістю до змін довкілля (колорадський жук, миші, пацюки, вовки, таргани, очерет, пирій). У межах еврибіонтів і стенобіонтів залежно від конкретного фактора організми поділяють на евритермні та стенотермні (за реакцією на температуру), евригалінні й стеногалінні (за реакцією на солоність водного середовища), еврифоти та стенофоти (за реакцією на освітлення). Слід наголосити, що в природі екологічний фактори діють комплексно. Особливо важливо пам’ятати це, оцінюючи вплив хімічних забруднювачів, коли “сумаційний” ефект (на негативну дію однієї речовини накладається негативна дія інших, до чого додається вплив стресової ситуації, шумів, різних фізичних полів – радіаційного, теплового, гравітаційного чи електромагнітного) дуже змінює умовні значення ГДК, наведені в довідниках. Це питання на сьогодні ще мало вивчене, але через актуальність і велике значення перебуває в стані активного дослідження в усіх розвинених країнах. Важливим є також поняття лімітуючи фактори, тобто такі, рівень (доза) яких наближається до межі витривалості організму, концентрація якого нижча або вища оптимальної. Це поняття започатковане законами мінімуму Лібіха (1840 р.) і толерантності Шелфорда (1913 р.). Найчастіше лімітуючи ми факторами є температура, світло, біогенні речовини, течії та тиск у середовищі, пожежі тощо.

    Найбільше поширені організми з широким  діапазоном толерантності щодо всіх екологічних факторів. Найвища толерантність характерна для бактерій і синьо-зелених водоростей, які виживають у широкому діапазоні температур, радіації, солоності, рН. Екологічні дослідження, пов’язані з вивченням впливу екологічних факторів на існування й розвиток окремих видів організмів. взаємозв’язків з довкіллям, е предметом науки аутекології.

1. Характеристика абіотичних компонентів екосистем

         Абіотичні  фактори визначають  можливість існування всіх  групп організмів  у тому чи іншому середовищі, впливаючи на  географічне поширення  рослин,  тварин та мікроорганізмів.  Вони  важливі  для розмноження  живих істот та мають велике значення  для  загального рівня  життєдіяльності організмів. В екосистемах абіотичні фактории виступають  як  ланка,  що зв'язує різні групи  організмів  і  Тим забезпечує структурно-функціональну цілісність екосистем (рис.). За   своїм   значенням   абіотичні  фактори   поділяються  в екосистемах на дві групи:

         1.  Ресурси,  тобто такі фактори,  що використовуються  живими організмами  та  розподіляються між  ними.  Це,  наприклад, вода, поживні речовини тощо.

         2.  Умови існування, тобто неподільні абіотичні фактори, які не  витрачаються  в процесі життєдіяльності та  в  однаковій  мірі впливають  на всі живі організми в даній екосистемі. Але,  дійсно, такі  фактори  під впливом процесів життєдіяльності змінюються  та можуть  служити каналом взаємовпливу організмів. Типовим прикладом умов існування є температура та рН грунту.

         У  плані дії абіотичних  факторів на живу матерію існує чимало загальних  закономірностей. Жива речовина  реалізує  свої  функції тільки  в  єдності з факторами середовища існування.  Це  загальне правило,  що було сформульоване в 1927 році К.Фрідріхом,  отримал назву принципу голоцену. Усі види живих організмів пристосовані дожиття  лише в межах певної амплітуди ресурсів та умов існування  ітому підкоряються дії закону толерантності.

         Кожний із факторів життя та  кожна умова мають свою специфічнузначущість    для    живих    організмів.    Вони    не     можуть взаємозамінюватись.  Хоча відоме правило  відносної  замінюваності факторів.  Наприклад,  на південних схилах  пагорбів  грунт  більш сухий,   що обмежує  ріст  рослин,  але  він  раніше   та   краще прогрівається  і  цим компенсує нестачу води, дозволяючи  рослинам пройти основні фази росту та розвитку в більш ранні терміни,  коли

    забезпечення  вологою в усіх місцях краще.

         Аналізуючи абіотичні фактори,  їх підрозділяють на три групи:

         а)  кліматичні  фактори  —  температура,  режим  освітленості, повітря та деякі інші;

         б)  едафічні фактори, що включають  у себе ресурси  та  умови, пов'язані   з   грунтом:  це  тип  грунту,   його   фізико-хімічні особливості, склад ґрунтового розчину тощо;

         в)  фактори,  що  діють у товщі  води та  мають  значення  для водних екосистем.

         Групи факторів за їхньою дією  на живі організми екосистеми:

         а)  такі,  що стабільно діють  у даній екосистемі та  протягом тривалого часу не змінюють свого значення;

         б)   осциляторно-імпульсні   з   багаторазовими   коливаннями значення даного фактору протягом одного вегетаційного сезону;

         в) флуктуаційні, які коливаються  упродовж років;

         г) багаторічно-циклічні з періодичністю  дії, що складає цикли тривалістю в десятки та сотні років.

    Усі середовища життя можна розділити на чотири головні категорії:

         1) що сприятливі для накопичення  біомаси та розмноження;

         2)  що сприятливі для накопичення  біомаси та несприятливі для розмноження;

         3)   що  сприятливі  для   розмноження  та  несприятливі   для накопичення біомаси;

         4)  що  однаково  несприятливі  для  накопичення  біомаси   та розмноження.

         З  погляду  життєдіяльності  організмів  найбільш  важливим  єдоступність  території,  температурний   режим,  сонячна  радіація,забезпеченість вологою , газовий склад атмосфери      

    Інші  екологічні класифікації і групи організмів 

    Виділення різних груп організмів у біоценозі  особливо важливо для практики моніторингу  екосистем. При аналізі видового складу біоценозу звичайно обмежуються  визначенням такого в конкретній групі організмів. Насамперед поділяють населення на флору і фауну. Потім використовують самі різноманітні критерії для виділення груп. Так, наприклад, враховують кількість фотосинтезуючих організмів, рослинноядних, облігатно хижих видів або кількість видів у трав'яному ярусі лісу, кількість видів планктону в стовпі води під 1 м2 площі і т.п.

    Групи організмів у межах біоценозу, що виділяють на основі трофічних і  топічних взаємозв'язків, складають  так називані консорції, а на основі функціональних зв'язків - гільдії.

    Консорцією  називають сукупність видів, зв'язаних харчовими, топічними й іншими зв'язками між собою і з видом, що вважають видом-едифікатором. Звичайно це рослина-автотроф. Наприклад, ялина (вид-едифікатор) із всіма  організмами, що зв'язані з нею топічними, речовинними, енергетичними зв'язками, за якими забезпечується можливість трансформації (або навіть кругообігу) речовин у цій одиниці біоценозу, є консорціумом.

    Гільдія - це група видів, що використовують той самий клас ресурсів середовища однаковим способом. Сюди входять види, екологічні ніші яких істотно перекриваються в їхніх потребах, тобто види одного трофічного угруповання. Гільдія, власне кажучи, є синонімом поняття "трофічне угруповання".

    Топічні взаємини включають боротьбу за територію перебування і полювання, конкуренцію через притулки і т.п. Таким чином, групи організмів, які виділяють по ознакою трофіки або просторового положення, беруть участь у різних процесах круговороту речовини й енергії, але тісно пов'язані один з одним. Ю. Одум називає їх "функціональними царствами природи", підкреслюючи, що їх не слід плутати з таксономічними категоріями, прийнятими в біології.   

2.1 Територія

         Для  живих організмів, певно,  на першому місці стоїть фактор,що  часто  випускається з поля зору, — доступний життєвий простір.«Реальне  життя  починається  з  відмірювання  власного  простору»(К.М.Хайлов,  1992).  Наявність  необхідного  простору  є   досить важливим фактором для мешканців тієї чи іншої екосистеми.  Зайняти стійку   позицію  в  просторі  —  це  означає  не  тільки   вільно користуватися всіма ресурсами та умовами екотопу, що  проявляються на  даній діляносты простору, але ще й контролювати доступність цієї ділянки  простору для конкурентів. У рослин боротьба  за  життєвий простір  здається не чітко вираженою, хоча вона може  бути  досить напруженою.  Зате  всім  відомо,  як  ревносно  охороняють  «свою» територію більшість видів тварин. 

2.2 Температура 

       Головним  джерелом  тепла для екосистем є  сонячна  радіація.Живі  організми  можуть  існувати тільки  в  певних  температурних межах.  Життя  неможливе  при  такій  низькій  температурі,   коли замерзає  вода в клітинах і там утворюються кришталики  льоду,  що пошкоджують  цитоплазму.  Занадто  висока  температура   веде   до денатурації  білків. У зв'язку із зональністю  тепловий  режим  на Земній  Кулі  є  провідним  фактором щодо географічного  поширення рослин та тварин.

         За  переважаючим температурним  режимом Земної Кулі  виділяють чотири кліматичні пояси:

         —   тропічний  пояс  —   визначається  середньою  температурою найхолоднішого  місяця, не нижчою, ніж 15 — 20°С. Температура  тут bg`c`k3  не  опускається нижче 0°. Вегетація рослин  продовжується весь рік;

        —  субтропічний  пояс  — лежить на  північ  та  південь від тропічного  поясу. Температура найхолоднішого місяця тут  вища  за температуру  плюс  4°С.  Зниження  температури  нижче   0°   рідко спостерігається;

         —  помірний пояс — лежить  відповідно північніше та південніше субтропічного. У його межах добре виражена сезонна зміна пір року.Тривалість  вегетаційного періоду рослин  не  менша  2—3  місяців.Зимою випадає сніг, для осені та весни характерні приморозки;

         —  холодний  пояс  —   прилягає до  Північного  та  Південного полюсів. Вегетаційний період тут триває всього 1,5—2 місяці.

         Для   повної   характеристики  теплового  режиму   екосистеми використовують три показники:

         а) річний хід температури,

         б) сума температур за той  чи інший проміжок часу,

         в) максимальні й мінімальні  температури, що спостерігалися.

           Досить  важливим  для живих  організмів є сезонний  характер розподілу тепла. Він визначає пори року. Хоча у фенології звичайно періодизують  сезони  за станом рослин, до  них  пристосовані  всі етапи життєдіяльності тварин: поява потомства, зимівля тощо.Для живих організмів важливі як середні значення температури, так і крайні значення, що можуть призвести до загибелі. Мадрепорові корали живуть тільки в тих морях, де температура не знижується нижче 21 °С, а муха цеце, небезпечний переносник сонної хвороби, мешкає в Африці тільки в районах із середньорічною температурою більше, ніж 200 С. Є види рослин та тварин, які можуть існувати при широких амплітудах температурного режиму.

    Температура є важливим і часто лімітуючим фактором середовища. Поширення різних видів і чисельність популяцій  істотно залежать від температури. З чим це пов'язано і які  причини такої залежності? Діапазон температур, що зареєстровані у Всесвіті, дорівнює тисячам градусів, але межі перебування живих істот на Землі значно вужче: найчастіше від - 200°С до + 100 °С. Велика частина організмів має набагато більш вузький діапазон температур, причому найбільший діапазон мають найбільш низькоорганізовані істоти - мікроорганізми, зокрема, бактерії. Бактерії мають здатність жити в умовах, де інші організми гинуть. Так, їх виявляють у гарячих джерелах при температурі близько 90°С и навіть 250 °С, тоді як самі стійкі комахи гинуть, якщо температура навколишнього середовища перевищує 50°С. Існування бактерій у широкому діапазоні температур забезпечується їхньою здатністю переходити в такі форми, як спори, що мають міцні клітинні стінки, що витримують несприятливі умови середовища.

    Діапазон  толерантності в наземних тварин у цілому більше, ніж у водних (не вважаючи мікроорганізмів). Мінливість температури, тимчасова і просторова, є могутнім екологічним фактором середовища. Живі організми пристосовуються до різних температурних умов; одні можуть жити при постійній або відносно постійній температурі, інші краще адаптовані до коливань температури.

    Вплив температурного фактора на організми  зводиться до його впливу на швидкість  обміну речовин. Якщо виходити з правила  Вант-Гоффа для хімічних реакцій, то варто зробити висновок, що підвищення температури викликає пропорційне зростання швидкості біохімічних процесів обміну речовин. Однак у живих організмах швидкість реакцій залежить від активності ферментів, що мають свої температурні оптимуми. Швидкість ферментативних реакцій залежить від температури нелінійно. З огляду на все різноманіття ферментативних реакцій у живих істот, варто зробити висновок, що ситуація в живих системах істотно відрізняється від порівняно простих хімічних реакцій ( що протікають в неживих системах ).

    При аналізі взаємозв'язків між організмами і температурою навколишнього середовища всі організми поділяють на два типи: гомойотермні і пойкилотермні. Такий поділ відноситься до тваринного світу; іноді тварин підрозділяють на теплокровних і холоднокровних.[2]

    Гомойотермні організми мають постійну температуру і підтримують її, незважаючи на зміну температури в навколишнім середовищі. Навпроти, пойкилотермні організми не витрачають енергію на підтримку постійної температури тіла, і вона змінюється в залежності від температури навколишнього середовища.

    Такий поділ має трохи умовний характер, тому що багато організмів не є абсолютно  пойкилотермними або гомойотермними. Багато риб і комах (бджоли, метелика, бабки), плазуючих можуть протягом визначеного  часу регулювати температуру тіла, а ссавці при незвичайно низьких температурах послабляють або припиняють ендотермічну регуляцію температури тіла. Так, навіть у таких "класичних" гомойотермних тварин, як ссавці, під час зимової сплячки температура тіла знижується.

    Незважаючи на відому умовність розподілу всіх живучих на Землі організмів на ці дві великі групи, він показує, що існує два стратегічних варіанти адаптації до умов температури середовища. Вони склалися в ході еволюції й істотно відрізняються по ряду принципових властивостей: за рівнем і стійкістю температури тіла, за джерелами теплової енергії, за механізмами терморегуляції.

    Пойкилотермні тварини є ектотермними, вони мають  відносно низький рівень метаболізму. Температура тіла, швидкість фізіолого-біохімічних  процесів і загальна активність прямо залежать від температури середовища. Адаптації (компенсації) у пойкилотермних організмів відбуваються на рівні обмінних процесів: оптимум активності ферментів відповідає режиму температур.

    Стратегія пойкилотермії полягає в тому, що організми не витрачають енергію на активну терморегуляцію і забезпечують стійкість в інтервалі середніх температур, що зберігаються досить тривалий час. При виході параметрів температури за визначені межі організми припиняють свою діяльність. Пристосування до мінливих температур у цих тварин носять приватний характер.

    У гомойотермних організмів існує  комплекс пристосувань до мінливих умов температури середовища. Температурні адаптації пов'язані з підтримкою постійного рівня температури тіла і зводяться до одержання енергії для забезпечення високого рівня метаболізму. Інтенсивність останнього в них на 1 - 2 порядки вище, ніж у пойкилотермних. Фізіолого-біохімічні процеси в них протікають в оптимальних температурних умовах. В основі теплового балансу лежить використання власної теплопродукції, тому їх відносять до ендотермних організмів. Регулюючу роль у підтримці постійної температури тіла відіграє нервова система.

    Стратегія гомойотермії зв'язана з великими енергетичними витратами на підтримку  постійної температури тіла. Гомойотермія характерна для вищих організмів. До них відносять два класи вищих хребетних тварин: птахів і ссавців. Еволюція цих груп була спрямована на ослаблення залежності від зовнішніх факторів середовища шляхом підвищення ролі центральних регулюючих механізмів, зокрема, нервової системи. Більшість видів живих організмів є пойкилотермними. Вони широко розселені на Землі і займають різноманітні екологічні ніші.

    Реакція конкретного виду на температуру  не постійна і може змінюватися в  залежності від часу впливу температури навколишнього середовища і ряду інших умов. Іншими словами, організм може пристосовуватися до зміни температурного режиму. Якщо таке пристосування реєструють у лабораторних умовах, то процес звичайно називають акклімаціей, якщо ж у природних - акліматизацією. Однак розходження між цими термінами лежить не в місці реєстрації реакції, а в її суті: у першому випадку мова йде про так називану фенотипічну, а в другому - генотипічну адаптацію, тобто адаптацію на генетичному рівні. У тому випадку, якщо організм не може пристосуватися до зміни температурного режиму, він гине. Причиною загибелі організму при високих температурах є порушення гомеостазу й інтенсивності обміну речовин, денатурація білків і інактивація ферментів, зневоднювання. Необоротні порушення структури білків виникають при температурі близько 60°С. Саме такий поріг "теплової смерті" у ряду найпростіших і деяких нижчих багатоклітинних організмів. Адаптації до зміни температур виражаються в них в утворенні таких форм існування, як цисти, спори, насіння. У тварин "теплова смерть" настає раніше, ніж відбувається денатурація білків, унаслідок порушень діяльності нервової системи й інших регуляторних механізмів.

    При низьких температурах обмін сповільнюється або навіть припиняється, відбувається утворення кристалів льоду усередині кліток, що приводить до їх руйнування, підвищення внутрішньоклітинної концентрації солей, порушенню осмотичної рівноваги і денатурації білків. Морозотривкі рослини витримують повне зимове промерзання завдяки ультраструктурним перебудовам, спрямованим на зневоднювання кліток. Семена витримують температури, близькі до абсолютного нуля. 

    2.3 Вологість 

    З погляду еколога вода, тобто її кількість і якість у навколишньому  середовищі, є фізичним фактором, що лімітує, як у наземних, так і у водних екосистемах. Вода являє собою ресурс, що відноситься до всієї екосистемі. Вона складає основну масу організмів тварин і рослин. Тканини більшості живих організмів на 50 - 80 % складаються з води. У ряду організмів зміст води ще вище: у тілі медузи, наприклад, утримується близько 95 % води, у тканинах молюсків - 92 %. Внутрішнє середовище практично усіх відомих організмів є водним, і всі обмінні процеси протікають саме тут. Найбільш древній шлях регуляції функцій - гуморальний, тобто "рідинний"; нервова система і нервові шляхи регуляції з'явилися в ході еволюції пізніше.

    Водний  обмін протікає в двох напрямках: надходження води в організм і  виділення води з організму.

    У вищих рослин він являє собою  насасування води з ґрунту кореневою системою, проведення її разом з розчиненими речовинами до окремих органів і кліток і виведення шляхом транспірації. У водному обміні у вищих рослин близько 5 % води використовується в ході фотосинтезу, інша частина йде на компенсацію випару і підтримку осмотичного тиску.

    Тварини одержують воду у виді питва і  з їжею. Виводиться вода із сечею  й екскрементами, а також шляхом випару. Багато організмів здатні одержувати і віддавати воду через шкірні покриви або спеціалізовані ділянки  шкіри. В наземних екосистемах це багато рослин, безхребетні тварини, амфібії, що одержують вологу з роси, тумана, дощу. У водних екосистемах цією здатністю володіють практично всі організми.

    Виділяють наступні характеристики, важливі для  опису води як лімітуючого фактора в екосистемі: вологість, кількість опадів, висушуючі властивості повітря, доступна площа водного запасу.

    Кількість опадів залежить в основному від  переміщення повітряних мас. Вологі вітри, що дують з океану, залишають  велику частину своєї вологи на звернених до океану схилах, у результаті за горами створюється "дощова тінь", що сприяє формуванню пустелі. Як правило, чим вище гори, тим сильніше висушується повітря. Рухаючись всередину суші, повітря акумулює деяку кількість вологи, і кількість опадів знову трохи збільшується. Так, пустелі звичайно розташовані за високими гірськими хребтами або уздовж тих берегів, де вітри дують з великих внутрішніх сухих районів, а не з океану.