Н.М. Чернова, А.М. Былова
Общая экология. Учебник
М.: Дрофа, 2004
Глава 3. Важнейшие абиотические факторы и адаптации к ним организмов
3.2. Свет
3.2.1. Солнечная радиация
Всем живым организмам для осуществления процессов жизнедеятельности
необходима энергия, поступающая извне. Основным источником ее является
солнечная радиация, на которую приходится около 99,9 % в общем балансе
энергии Земли.
Если принять солнечную энергию, достигающую Земли, за 100 %, то
примерно 19 % ее поглощается при прохождении через атмосферу, 34 %
отражается обратно в космическое пространство и 47 % достигает земной
поверхности в виде прямой и рассеянной радиации (рис. 23). Прямая
солнечная радиация – это континуум электромагнитного излучения с длинами волн
от 0,1 до 30000 нм. На ультрафиолетовую часть спектра приходится от 1 до
5 %, на видимую – от 16 до 45 % и на инфракрасную – от 49 до
84 %.
Рис. 23. Пути расходования солнечной энергии на
поверхности Земли (по Э. Оорту, 1972)
Распределение энергии по спектру существенно зависит от массы атмосферы и
меняется при различных высотах Солнца. Количество рассеянной радиации
(отраженные лучи) возрастает с уменьшением высоты стояния Солнца и увеличением
мутности атмосферы. Спектральный состав радиации безоблачного неба
характеризуется максимумом энергии в 400–480 нм.
Действие разных участков спектра солнечного излучения на живые
организмы. Среди ультрафиолетовых лучей (УФЛ) до поверхности Земли доходят
только длинноволновые (290–380 нм), а коротковолновые, губительные для всего
живого, практически полностью поглощаются на высоте около 20–25 км
озоновым экраном – тонким слоем атмосферы, содержащим молекулы О3.
Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, обладающие большой энергией фотонов,
имеют высокую химическую активность. Большие дозы их вредны для организмов, а
небольшие необходимы многим видам. В диапазоне 250–300 нм УФЛ оказывают мощное
бактерицидное действие и у животных вызывают образование из стеролов
антирахитичного витамина D; при длине волны 200–400 нм вызывают у человека
загар, который является защитной реакцией кожи. Инфракрасные лучи с длиной
волны более 750 нм оказывают тепловое действие.
Видимая радиация несет приблизительно 50 % суммарной энергии. С
областью видимой радиации, воспринимаемой человеческим глазом, почти совпадает
ФР – физиологическая радиация (длина волны 300–800 нм), в пределах которой
выделяют ФАР – область фотосинтетически активной радиации (380–710 нм). Область
ФР можно условно разделить на ряд зон: ультрафиолетовую (менее 400 нм),
сине-фиолетовую (400–500 нм), желто-зеленую (500–600 нм), оранжево-красную
(600–700 нм) и дальнюю красную (более 700 нм).
Видимый свет для фототрофных и гетеротрофных организмов имеет разное
экологическое значение.
Зеленым растениям свет нужен для образования хлорофилла, формирования
гранальной структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата,
влияет на газообмен и транспирацию, активизирует ряд ферментов, стимулирует
биосинтез белков и нуклеиновых кислот. Свет влияет на деление и растяжение
клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и
плодоношения, оказывает формообразующее воздействие. Но самое большое значение
имеет свет в осуществлении процесса фотосинтеза. С этим связаны основные
адаптации растений по отношению к свету.
Фотоавтотрофы способны ассимилировать СО2, используя лучистую
энергию Солнца и преобразуя ее в энергию химических связей в органических
соединениях. Пурпурные и зеленые бактерии, имеющие бактериохлорофиллы, способны
поглощать свет в длинноволновой части (максимумы в области 800-1100 нм). Это
позволяет им существовать даже при наличии только невидимых инфракрасных лучей.
Водоросли и высшие зеленые растения поглощают свет в диапазоне, близком к видимому
человеческим глазом.
Водоросли обитают в водоемах, но встречаются и на суше на поверхности
разных предметов – на стволах деревьев, на заборах, на скалах, на снегу, на
поверхности почвы и в ее толще.
В почве находят водоросли на глубине до 2,7 м, но большая часть их
обитает в самых верхних слоях (до 1 см). Здесь они являются типичными фототрофами, однако в глубине почвы, в полной темноте, могут переходить на
гетеротрофное питание.
В Мировом океане водоросли обитают в освещаемой зоне. Глубже всех
проникают красные водоросли. Чаще они обитают на глубинах до 20–40 м, но
если прозрачность воды велика, то встречаются до 100 и даже 200 м.
На суше для высших фотоавтотрофных растений условия освещения практически
везде благоприятны, и они растут повсюду, где позволяют климатические и
почвенные условия, приспосабливаясь к световому режиму данного местообитания.
|