2. 2. 2. Наземно-воздушная среда жизни

Состав воздуха и его значение для жизни организмов. Воздух - это физическая смесь газов различной химической природы, имеющих для живых организмов главнейшее значение. Состав воздуха, лишенного влаги и твердых примесей, практически одинаков в любых местах земного шара (на высоте уровня моря) (табл.

Кроме компонентов, перечисленных в табл. 2.2, в незначительных количествах в воздухе имеется водород, озон, ксенон, сернистый газ, окись углерода, аммиак. Есть также вода в виде пара, количество которого зависит от температуры, углеводороды и другие выделения растений. Состав воздуха сохраняется относительно постоянным как в течение сучок, так и в течение года. Это связано с высокой диффузией его компонентов и сохраняющимися скоростями их избирательного поглощения и возобновления в биосфере. интенсивным перемешиванием его слоев и огромной массой атмосферы.

Кислород жизненно необходим для абсолютного большинства живых организмов, и лишь анаэробные бактерии могуч развиваться в бескислородной среде. Главным “поставщиком" свободного молекулярного кислорода на Земле являются автотрофные растения, которые образуют его в процессе фотосинтеза. Общее количество кислорода в атмосфере (1,2-2,0) ¦ 1015т. Ежегодно этот запас пополняется на (7-10)* 1010 т, причем 5.5 • 1010 т кислорода продулщруют леса (Сытникидр., 1987).

Содержание основных компонентов воздуха (по: Рамад, 1981)

В верхних слоях атмосферы небольшое количество кислорода образуется из водяных паров, разлагающихся на водород и кислород под действием ультрафиолетового излучения Солнца.

Поглощение организмами кислорода из внешней среды производится либо всей поверхностью тела (у простейших, червей), .либо специальными органами дыхания - трахеями (у насекомых), жабрами (у рыб, моллюсков), легкими (у позвоночных). Организмы, постоянно испытывающие недостаток кислорода, выработали соответствующие приспособления: повышенная кислородная емкость крови, более частые и глубокие дыхательные движения, большой объем легких (у обитателей высокогорий, птиц), повышенное количество миоглобина - аккумулятора кислорода в тканях (например, у надолго погружающихся в глубину воды китов; у активно двигающихся и быстро бегающих наземных животных - лошадей, косуль). Снижение содержания кислорода в воздухе до 14% является критическим для многих млекопитающих.

Углекислый газ (диоксид углерода, СО,) - одна из важнейших и преобладающая форма существования углерода в природе. Более того, в силу физических и химических свойств СО, является циркулирующей формой неорганического углерода в биосфере. Как следует из состава атмосферного воздуха, количество углекислого газа в нем невелико - 0,032 об. %. Поэтому' небольшие колебания в содержании СО, не отражаются заметно на зависящих от него процессах.

Углекислый газ поступает в атмосферу в результате дыхания всех живых организмов, процессов горения, извержения вулканов, дест-

рукционной деятельности почвенных микроорганизмов и грибов, выбросов промышленных предприятий и транспорта. Лес генерирует примерно 300-500, а луг 500-700 мг СО, на 1 м2вчас, что соответствует среди им величинам фотосинтетической ассимиляции углекислого газа в светлое время суток. Припомненные слои атмосферы обычно богаче этим газом, чем слой крон деревьев, благодарящему в некоторой степени компенсируется недостаток света для фитоценоза в зоне нижних ярусов и подроста. Количество СО, в атмосфере изменяется по сезонам - летом и в начале осени из-за активной ассимиляции растениями, особенно в Северном полушарии, где преобладает суша и, соответственно, наземные растения.

Безоблачная атмосфера, содержащая СО,, подобно стеклу в парнике, почти свободно пропускает солнечную радиацию видимого диапазона, нагревающую Землю. Однако длинноволновое инфракрасное излучение, отдаваемое нагретой Землей, она задерживает в значительной степени, способствуя сохранению тепла в атмосфере (парниковый эффект). Кроме этого часть энергии отражается и пе- реизлучается обратно к Земле. При увеличении содержания углекислого газа в атмосфере температура всей системы может повыситься до таких значений, за которыми последуют нежелательные экологические изменения.

Угроза глобального изменения климата обусловлена усилением парникового эффекта, вызванного ростом концентрации СО, в атмосфере. Только в результате сжигания ископаемого топлива ежегодно в атмосферу поступает не менее 3 • 109 т углекислого газа, а с учетом различных технологических процессов - не менее 10 ¦ 10-т(Ли- сеев, Реймерс, 1978).

Азот. Атмосфера представляет собой самый большой резервуар газообразного азота. Для большинства организмов это нейтральный газ, и лишь для определенной группы микроорганизмов-азотфикса- торов (клубеньковых бактерий, азотобактерий, актиномшетов, синезеленых водорослей) он шляется фактором жизнедеятельности. Переведенный этими микроорганизмами в нитратную форму, он включается в азотсодержащие вещества растений - аминокислоты, белки, нуклеотиды, проходя далее все этапы своего круговорота в биосфере. Возвращается азот в атмосферу благодаря бактериям-де- нитрификаторам, восстанавливающим ион N0, до N,.

Процессы азотфиксации и денитрификации уравновешивают друг друга, и накопления азота в естественных условиях не происходит.

Азот растворяется в крови и тканевых жидкостях организмов в количествах, пропорциональных его парциальному давлению (от лат.

partialis - частичный). При резком уменьшении давления избыток азота выделяется в виде пузырьков газа. Проявление этого - кессонная болезнь, знакомая подводникам, вынужденным по каким-либо обстоятельствам резко всплывать на поверхность с большой глубины, не проходя необходимой последовательной декомпрессии.

Озон является одним из важнейших компонентов атмосферы. Значение его для биосферы трудно переоценить, ибо именно он обеспечивает возможность существования жизни на Земле. Озон поглощает коротковолновое (короче 280 нм) ультрафиолетовое (УФ) излучение Солнца и, следовательно, не только влияет на температурный режим атмосферы, но и защищает все живое от жесткого УФ-излуче- ния.

Основное количество озона сосредоточено в стратосфере на высоте 15-25 км (верхняя граница его распространения - 45 км), где он образует озоновый слой. Тактам образом, озоновый экран - это настоящая озоносфера. В тропосфере у поверхности Земли озон образуется во время грозовых разрядов. Его общее количество достигает 3,3 • 10’ т, что составляет б • 10 5% от массы атмосферы. Среднее время жизни молекул озона в атмосфере около 50 сут (Данилов, Король, 1991).

В последние десятилетия установлено, что на озоновый слой оказывают разрушающее воздействие различные вещества и процессы. Среди них наиболее опасны процессы, сопровождающиеся выделением свободного хлора (например, разложение фреоновподдей- ствием солнечного ультрафиолета), а также окислов азота (выбросы реактивных двигателей высотной авиации; ядерные взрывы). Наиболее экологически значимым следствием антропогенного воздействия на озоносферу может быть увеличение потока средневолнового (с длиной волны 240-320 нм) ультрафиолетового излучения к земной поверхности, обладающего сильным и опасным биологическим действием.