Физико-химические свойства воды
Из огромного количества физико-химических факторов, влияющих на население гидросферы, сравнительно немногие име¬ют ведущее экологическое значение. К таким факторам прежде всего относятся физико-химические свойства воды и грунта, растворенные и взвешенные в воде вещества, температура и свет, а в последнее время загрязнение водоемов, вызванное деятельностью человека.
Вода как физико-химическое тело оказывает непрерывное воздействие на жизнь гидробиоитов. Она не только удовлетво¬ряет физиологические потребности организмов, но и служит им опорой, доставляет кислород и пищу и уносит метаболиты, пе¬реносит половые продукты и самих гидробиоитов. Благодаря подвижности воды в гидросфере возможно существование прик¬репленных животных, которых, как известно, нет на суше. Поэ¬тому свойства воды -важнейший фактор абиотической среды вод¬ного населения.
На первый взгляд, изменение плотности воды с повышением температуры не так существенно. Однако следует учесть, что плотность гидробиоитов отличается от единицы лишь во вто¬ром-третьем знаке после запятой. Поэтому температурные коле¬бания означают очень многое в смысле изменения условийплава¬ния (различная опорность среды).
По сравнению с другими жидкостями вода имеет сравни¬тельно небольшую вязкость, что обуславливает ее подвижность и облегчает плавание гидробиоитов. С повышением водной тем¬пературы вязкость заметно снижается. С увеличением солености вязкость воды несколько возрастает. Изменение вязкости осо¬бенно сильно влияет на передвижение мелких организмов. С од¬ной стороны, они обладают сравнительно маломощной локомотор¬ной системой, в то время как относительная поверхность, про¬порционально которой действуют силы трения, очень велика. С другой стороны, вязкость тормозит движение тем больше, чем ближе находятся смещаемые относительно друг друга слои воды. Для мелких организмов они располагаются на очень небольших расстояниях и поэтому преодоление сил трения сопряжено со значительными затратами энергии.
Вода обладает сравнительно высоким коэффициентом по¬верхностного натяжения, который в зависимости от температуры и солености лежит в пределах 0,771-0,765 Н/м2. Поверхностная пленка предоставляет организмам своеобразную опору, для использования которой вырабатываются специфические адапта¬ции, в частности смачиваемость или несмачиваемость телесного покрова. Организмы с несмачивающимися покровами, находясь на поверхности воды, поддерживаются ею, и, будучи тяжелее воды, не тонут. Гидробиоиты более легкие, чем вода удерживаются в ней, упираясь в находящуюся над ними пленку.
По сравнению с почвой и воздухом вода отличается гораз¬до большей термостабильностью, что благоприятно для сущест¬вования жизни. Когда вода начинает нагреваться, возрастает испарение, вседствие чего повышение температуры замедляется. При охлаждении воды ниже 0'С и образовании льда, выделяюще¬еся тепло тормозит дальнейшее понижение температуры.
По сравнению с воздухом вода гораздо менее прозрачна, и падающий в нее свет довольно быстро поглощается и рассеива¬ется.
Цвет воды, ее прозрачность зависят от избирательности поглощения и рассеивания различных лучей. От цвета воды сле¬дует отличать цвет поверхности, который в отличие от первого зависит от погодных условий и угла зрения.
Из отдельных физико-химических свойств грунтов наиболь¬шее экологическое значение для водного населения имеют раз¬меры частиц, плотность их прилегания друг к другу и стабись¬ность взаиморасположения, степень смыва течениями и темп ак¬камуляции за счет оседания взвешенного материала. Физические свойства грунтов прежде всего характеризуются их механи¬ческим и гранулометрическим составом, под которым понимают размер зерен, образующих данные складки.
С переходом от каменистых грунтов к песчаным и гли¬нистым численность водных животных обычно увеличивается, а их средняя масса снижается в результате мельчания представи¬телей гидрофауны (уменьшение опорности грунта).
Условиями движения внутри грунта с различными грануло¬метрическим составом объясняется разница в размерах организ¬мов, обитающих в песке морских пляжей. Крайне неблагоприятна для существования данного населения недостаточная стабиль¬ность грунтов: оседание частиц, снос поверхностных слоев то¬ками воды и перемещение частей относительно друг друга. В первом случае обитатели грунта засыпаются слоем наносов, во втором -вымываются и уносятся течением, в третьем -перетира¬ются и не могут укорениться.
Многие донные животные питаются, пропуская через себя грунт, и поэтому важное значение приобретает нахождение в нем органического вещества, которое образуется в результате попадания в грунт остатков организмов на тех или иных стади¬ях разложения.
Данные отложения тесно взаимодействуют с водой. Из грунта в воду непрерывно поступают различные соли, газы, твердые компоненты, навстречу этому потоку идет другой, несущий в донные отложения различные минеральные и органи¬ческие вещества из толщи воды. Процессы взаимодействия между ложем водоема и его водной массой имеют большое значение для жизни гидробиоитов.
Природная вода существует и не в виде химического сое¬динения, состоящего из водорода и кислорода, а представляет собой сложное тело, в состав которого помимо молекул воды входят самые различные вещества. Все они играют ту или иную роль в жизни водного населения. Наибольшее экологическое значение имеют для него степень насыщения воды различными газами, концентрация ионов минеральных солей, водородных ио¬нов и органических веществ, состав и концентрация взвешенных веществ.
Из отдельных газов наибольшее значение для водного населения имеют кислород, углекислый газ, сероводород и ме¬тан.
Для водного населения кислород представляет собой реша¬ющий фактор. На суше количество кислорода велико, кроме то¬го, в силу подвижности атмосферного воздуха, некоторой от¬дельный, могущий возникать дефицит быстро ликвидируется за счет диффузии и воздушных течений. В воде также происходит выравнивание концентрации кислорода, но процесс диффузии протекает в 320 раз медленнее, чем на суше. По отношению к кислороду организмы делятся на эври- и стеноксидные формы, способные соответственно жить в пределах широких и узких ко¬лебаний концентрации кислорода. В случае, когда адаптация гидробиоита к данной кислородосодержащей среде оказывается недостаточной, он погибает. Если подобное явление приобрета¬ет массовый характер, то это называется замором.
Обогащение воды углекислым газом происходит в результа¬те дыхания водных организмов. Снижение концентрации угле¬кислого газа происходит преимущественно при потреблении последнего фотосинтезирующими организмами. Высокие концент¬рации углекислого газа смертельно опасны для животных и поэ¬тому многие родники лишены жизни. Только некоторые двусто¬ронние моллюски и рачки могут сравнительно долго выносить высокие концентрации СО2, нейтрализуя его путем растворения извести раковин в своей телесной жидкости. Для растений высокие концентрации СО2 безвредны.
Сероводород в водоеме образуется почти исключительно биологическим путем, за счет деятельности различных бакте¬рий. Для водного населения он вреден как косвенно, так и не¬посредственно. Для многих гидробиоитов он смертелен даже в самых малых концентрациях. Образование больших количеств Н2S может вызвать заморы. Помимо серных бактерий Н2S окисляют фотосинтезирующие пурпурные и некоторые виды зеленых бакте¬рий, использующие сероводород в качестве донора водорода и спасающие тем самым население водоема.
Ионы минеральных солей играют в жизни гидробиоитов са¬мую различную роль: одни из них используются растениями для построения тела и получившие название биогенов. На других они оказывают физиологическое влияние, вызывая резкие сдвиги в процессах обмена веществ. Виды, выносящие большие колеба¬ния солености, называются эвриолинными, в отличие от стено¬линных, не выдерживающих такие перепады. Большое экологи¬ческое значение для гидробиологов имеет не только суммарное количество ионов, но также и их состав, соотношение. Сущест¬венное значение имеет тот факт, что с увеличением солености понижается точка замерзания воды.
Взвешенные в воде вещества с известной степенью услов¬ности могут быть подразделены на возмущенный грунт , содер¬жащий небольшее количество органического вещества, и детрит, в котором его сравнительно много. Присутствие в воде большо¬го количества взвешенных частиц оказывает на водное населе¬ние самое разнообразное влияние. Снижение прозрачности воды в результате возмущения грунта с одной стороны уменьшает освещение донных растений, а с другой -сопровождается увели¬чением концентрации биогенов. Неблагоприятное воздействие оказывает минеральная взвесь на животных, отфильтровывающих свой корм в толще воды, и засыпая организмы, обитающие на грунте.
Температура, свет, звук и другие колебания воздействуют на водное население или непосредственно или играют роль условных сигналов. К первому случаю относится, например, влияние температуры на протекание многих биологических про¬цессов, значение света для фотосинтеза и т.п.
Термический режим отдельных водоемов определяется их географическим положением, глубиной, особенностью циркулиро¬вания водных масс и многими другими факторами. Поступление тепла в водоем зависит главным образом от проникновения сол¬нечной радиацией и и контакта с менее нагретой атмосферой. Известную роль играет тепло выпадающих осадков. В последние годы тепловой режим многих водоемов претерпевает существен¬ные изменения под влиянием поступления в них подогретых вод из охлаждающих контуров тепловых и атомных станций. Темпера¬турный водный баланс безусловно зависит от времени года.
У многих гидробиоитов, периодически подвергающихся действию отрицательных температур вырабатываются адаптации, предупреждающие замерзание соков тела. В основном они сво¬дятся к снижению точки замерзания соков и повышению их способности к переохлаждению. Благодаря этим адаптациям не¬которые организмы переносят понижение температуры до -10'С, например, мидии. Чем чаще и сильнее периодические изменения температуры в естественных местах обитания гидробиоитов, тем выше их устойчивость к холодовым и тепловым повреждениям.
Большое экологическое значение температура имеет как фактор влияющий на скорость протекания процессов, в част¬ности дыхания, роста и развития. Повышение температуры обыч¬но сопровождается ускорением всех процессов.
Во всех случаях оптимальные для роста амплитуды и ско¬рости изменения температуры оказались сходными с теми пере¬падами, какие рыбы испытывают в природных местах обитания. По-видимому, для организмов неблагоприятно стационарное состояние фактора, если в естественных условиях оно динамич¬но. Организмы, исторически адаптированные к экологическому разнообразию, не только ризестентны к нему, но и нуждаются в нем; экологическое однообразие в своем предельном выражении, создаваемом в искусственных условиях, не соответствует физи¬ческим потребностям организмов, уменьшает их жизнедеятель¬ность.
Особенно большое экологическое значение свет имеет для фотосинтезирующих растений. Из-за его недостатка они отсутствуют на многокилометровой глубине океанических вод. Реже растения страдают от избытка света и отсутствуют в по¬верхностном слое воды, если его освещенность становится че¬резмерной.
Большинству животных свет нужен для распознания среды и ориентации движений. Под контролем светового фактора про¬исходят грандиозные миграции, когда каждые сутки миллиарды тонн живых организмов перемещаются на сотни метров с поверх¬ности в глубину и обратно. В очень большой степени от света зависит окраска гидробиоитов, которая у ряда животных может даже меняться, обеспечивая маскировку.
Ориентируясь на свет, гидробиоиты находят для себя наи¬более выгодное положение в пространстве. Особенно большое значение свет имеет для организмов, совершающих суточные миграции. В большинстве случаев начало подъема и спуска оп¬ределяется временем наступления той или иной освещенности.
Восприятие звука у водных животных развито относительно лучше, чем у наземных. Звук быстрее и дольше распространя¬ется в воде, чем на суше. Известное значение в жизни гидро¬биоита имеют шумовые нагрузки, связанные с деятельностью че¬ловека -работой лодочных и корабельных моторов, турбин, под¬водным бурением и т.д. У гидробиоитов одновременно снижается скорость дыхания, темп роста и доля яйценосных самок; привы¬кание к шуму не наблюдается даже после месячного содержания рыб в таких условиях.
Очевидно,весьма значительную, но еще малоизученную роль играют в жизни гидробиоитов электрические и магнитные поля. Благодаря высокой чувствительности электрорецепторов, многие гидробиоиты способны воспринимать богатейшую информацию, в частности различают особей своего вида и врагов, скорость и направление течений, температуру, солевые и газовые ингреди¬енты, а также устанавливают симптомы, предшествующие ано¬мальным природным явлениям.
Вода как физико-химическое тело оказывает непрерывное воздействие на жизнь гидробиоитов. Она не только удовлетво¬ряет физиологические потребности организмов, но и служит им опорой, доставляет кислород и пищу и уносит метаболиты, пе¬реносит половые продукты и самих гидробиоитов. Благодаря подвижности воды в гидросфере возможно существование прик¬репленных животных, которых, как известно, нет на суше. Поэ¬тому свойства воды -важнейший фактор абиотической среды вод¬ного населения.
На первый взгляд, изменение плотности воды с повышением температуры не так существенно. Однако следует учесть, что плотность гидробиоитов отличается от единицы лишь во вто¬ром-третьем знаке после запятой. Поэтому температурные коле¬бания означают очень многое в смысле изменения условийплава¬ния (различная опорность среды).
По сравнению с другими жидкостями вода имеет сравни¬тельно небольшую вязкость, что обуславливает ее подвижность и облегчает плавание гидробиоитов. С повышением водной тем¬пературы вязкость заметно снижается. С увеличением солености вязкость воды несколько возрастает. Изменение вязкости осо¬бенно сильно влияет на передвижение мелких организмов. С од¬ной стороны, они обладают сравнительно маломощной локомотор¬ной системой, в то время как относительная поверхность, про¬порционально которой действуют силы трения, очень велика. С другой стороны, вязкость тормозит движение тем больше, чем ближе находятся смещаемые относительно друг друга слои воды. Для мелких организмов они располагаются на очень небольших расстояниях и поэтому преодоление сил трения сопряжено со значительными затратами энергии.
Вода обладает сравнительно высоким коэффициентом по¬верхностного натяжения, который в зависимости от температуры и солености лежит в пределах 0,771-0,765 Н/м2. Поверхностная пленка предоставляет организмам своеобразную опору, для использования которой вырабатываются специфические адапта¬ции, в частности смачиваемость или несмачиваемость телесного покрова. Организмы с несмачивающимися покровами, находясь на поверхности воды, поддерживаются ею, и, будучи тяжелее воды, не тонут. Гидробиоиты более легкие, чем вода удерживаются в ней, упираясь в находящуюся над ними пленку.
По сравнению с почвой и воздухом вода отличается гораз¬до большей термостабильностью, что благоприятно для сущест¬вования жизни. Когда вода начинает нагреваться, возрастает испарение, вседствие чего повышение температуры замедляется. При охлаждении воды ниже 0'С и образовании льда, выделяюще¬еся тепло тормозит дальнейшее понижение температуры.
По сравнению с воздухом вода гораздо менее прозрачна, и падающий в нее свет довольно быстро поглощается и рассеива¬ется.
Цвет воды, ее прозрачность зависят от избирательности поглощения и рассеивания различных лучей. От цвета воды сле¬дует отличать цвет поверхности, который в отличие от первого зависит от погодных условий и угла зрения.
Из отдельных физико-химических свойств грунтов наиболь¬шее экологическое значение для водного населения имеют раз¬меры частиц, плотность их прилегания друг к другу и стабись¬ность взаиморасположения, степень смыва течениями и темп ак¬камуляции за счет оседания взвешенного материала. Физические свойства грунтов прежде всего характеризуются их механи¬ческим и гранулометрическим составом, под которым понимают размер зерен, образующих данные складки.
С переходом от каменистых грунтов к песчаным и гли¬нистым численность водных животных обычно увеличивается, а их средняя масса снижается в результате мельчания представи¬телей гидрофауны (уменьшение опорности грунта).
Условиями движения внутри грунта с различными грануло¬метрическим составом объясняется разница в размерах организ¬мов, обитающих в песке морских пляжей. Крайне неблагоприятна для существования данного населения недостаточная стабиль¬ность грунтов: оседание частиц, снос поверхностных слоев то¬ками воды и перемещение частей относительно друг друга. В первом случае обитатели грунта засыпаются слоем наносов, во втором -вымываются и уносятся течением, в третьем -перетира¬ются и не могут укорениться.
Многие донные животные питаются, пропуская через себя грунт, и поэтому важное значение приобретает нахождение в нем органического вещества, которое образуется в результате попадания в грунт остатков организмов на тех или иных стади¬ях разложения.
Данные отложения тесно взаимодействуют с водой. Из грунта в воду непрерывно поступают различные соли, газы, твердые компоненты, навстречу этому потоку идет другой, несущий в донные отложения различные минеральные и органи¬ческие вещества из толщи воды. Процессы взаимодействия между ложем водоема и его водной массой имеют большое значение для жизни гидробиоитов.
Природная вода существует и не в виде химического сое¬динения, состоящего из водорода и кислорода, а представляет собой сложное тело, в состав которого помимо молекул воды входят самые различные вещества. Все они играют ту или иную роль в жизни водного населения. Наибольшее экологическое значение имеют для него степень насыщения воды различными газами, концентрация ионов минеральных солей, водородных ио¬нов и органических веществ, состав и концентрация взвешенных веществ.
Из отдельных газов наибольшее значение для водного населения имеют кислород, углекислый газ, сероводород и ме¬тан.
Для водного населения кислород представляет собой реша¬ющий фактор. На суше количество кислорода велико, кроме то¬го, в силу подвижности атмосферного воздуха, некоторой от¬дельный, могущий возникать дефицит быстро ликвидируется за счет диффузии и воздушных течений. В воде также происходит выравнивание концентрации кислорода, но процесс диффузии протекает в 320 раз медленнее, чем на суше. По отношению к кислороду организмы делятся на эври- и стеноксидные формы, способные соответственно жить в пределах широких и узких ко¬лебаний концентрации кислорода. В случае, когда адаптация гидробиоита к данной кислородосодержащей среде оказывается недостаточной, он погибает. Если подобное явление приобрета¬ет массовый характер, то это называется замором.
Обогащение воды углекислым газом происходит в результа¬те дыхания водных организмов. Снижение концентрации угле¬кислого газа происходит преимущественно при потреблении последнего фотосинтезирующими организмами. Высокие концент¬рации углекислого газа смертельно опасны для животных и поэ¬тому многие родники лишены жизни. Только некоторые двусто¬ронние моллюски и рачки могут сравнительно долго выносить высокие концентрации СО2, нейтрализуя его путем растворения извести раковин в своей телесной жидкости. Для растений высокие концентрации СО2 безвредны.
Сероводород в водоеме образуется почти исключительно биологическим путем, за счет деятельности различных бакте¬рий. Для водного населения он вреден как косвенно, так и не¬посредственно. Для многих гидробиоитов он смертелен даже в самых малых концентрациях. Образование больших количеств Н2S может вызвать заморы. Помимо серных бактерий Н2S окисляют фотосинтезирующие пурпурные и некоторые виды зеленых бакте¬рий, использующие сероводород в качестве донора водорода и спасающие тем самым население водоема.
Ионы минеральных солей играют в жизни гидробиоитов са¬мую различную роль: одни из них используются растениями для построения тела и получившие название биогенов. На других они оказывают физиологическое влияние, вызывая резкие сдвиги в процессах обмена веществ. Виды, выносящие большие колеба¬ния солености, называются эвриолинными, в отличие от стено¬линных, не выдерживающих такие перепады. Большое экологи¬ческое значение для гидробиологов имеет не только суммарное количество ионов, но также и их состав, соотношение. Сущест¬венное значение имеет тот факт, что с увеличением солености понижается точка замерзания воды.
Взвешенные в воде вещества с известной степенью услов¬ности могут быть подразделены на возмущенный грунт , содер¬жащий небольшее количество органического вещества, и детрит, в котором его сравнительно много. Присутствие в воде большо¬го количества взвешенных частиц оказывает на водное населе¬ние самое разнообразное влияние. Снижение прозрачности воды в результате возмущения грунта с одной стороны уменьшает освещение донных растений, а с другой -сопровождается увели¬чением концентрации биогенов. Неблагоприятное воздействие оказывает минеральная взвесь на животных, отфильтровывающих свой корм в толще воды, и засыпая организмы, обитающие на грунте.
Температура, свет, звук и другие колебания воздействуют на водное население или непосредственно или играют роль условных сигналов. К первому случаю относится, например, влияние температуры на протекание многих биологических про¬цессов, значение света для фотосинтеза и т.п.
Термический режим отдельных водоемов определяется их географическим положением, глубиной, особенностью циркулиро¬вания водных масс и многими другими факторами. Поступление тепла в водоем зависит главным образом от проникновения сол¬нечной радиацией и и контакта с менее нагретой атмосферой. Известную роль играет тепло выпадающих осадков. В последние годы тепловой режим многих водоемов претерпевает существен¬ные изменения под влиянием поступления в них подогретых вод из охлаждающих контуров тепловых и атомных станций. Темпера¬турный водный баланс безусловно зависит от времени года.
У многих гидробиоитов, периодически подвергающихся действию отрицательных температур вырабатываются адаптации, предупреждающие замерзание соков тела. В основном они сво¬дятся к снижению точки замерзания соков и повышению их способности к переохлаждению. Благодаря этим адаптациям не¬которые организмы переносят понижение температуры до -10'С, например, мидии. Чем чаще и сильнее периодические изменения температуры в естественных местах обитания гидробиоитов, тем выше их устойчивость к холодовым и тепловым повреждениям.
Большое экологическое значение температура имеет как фактор влияющий на скорость протекания процессов, в част¬ности дыхания, роста и развития. Повышение температуры обыч¬но сопровождается ускорением всех процессов.
Во всех случаях оптимальные для роста амплитуды и ско¬рости изменения температуры оказались сходными с теми пере¬падами, какие рыбы испытывают в природных местах обитания. По-видимому, для организмов неблагоприятно стационарное состояние фактора, если в естественных условиях оно динамич¬но. Организмы, исторически адаптированные к экологическому разнообразию, не только ризестентны к нему, но и нуждаются в нем; экологическое однообразие в своем предельном выражении, создаваемом в искусственных условиях, не соответствует физи¬ческим потребностям организмов, уменьшает их жизнедеятель¬ность.
Особенно большое экологическое значение свет имеет для фотосинтезирующих растений. Из-за его недостатка они отсутствуют на многокилометровой глубине океанических вод. Реже растения страдают от избытка света и отсутствуют в по¬верхностном слое воды, если его освещенность становится че¬резмерной.
Большинству животных свет нужен для распознания среды и ориентации движений. Под контролем светового фактора про¬исходят грандиозные миграции, когда каждые сутки миллиарды тонн живых организмов перемещаются на сотни метров с поверх¬ности в глубину и обратно. В очень большой степени от света зависит окраска гидробиоитов, которая у ряда животных может даже меняться, обеспечивая маскировку.
Ориентируясь на свет, гидробиоиты находят для себя наи¬более выгодное положение в пространстве. Особенно большое значение свет имеет для организмов, совершающих суточные миграции. В большинстве случаев начало подъема и спуска оп¬ределяется временем наступления той или иной освещенности.
Восприятие звука у водных животных развито относительно лучше, чем у наземных. Звук быстрее и дольше распространя¬ется в воде, чем на суше. Известное значение в жизни гидро¬биоита имеют шумовые нагрузки, связанные с деятельностью че¬ловека -работой лодочных и корабельных моторов, турбин, под¬водным бурением и т.д. У гидробиоитов одновременно снижается скорость дыхания, темп роста и доля яйценосных самок; привы¬кание к шуму не наблюдается даже после месячного содержания рыб в таких условиях.
Очевидно,весьма значительную, но еще малоизученную роль играют в жизни гидробиоитов электрические и магнитные поля. Благодаря высокой чувствительности электрорецепторов, многие гидробиоиты способны воспринимать богатейшую информацию, в частности различают особей своего вида и врагов, скорость и направление течений, температуру, солевые и газовые ингреди¬енты, а также устанавливают симптомы, предшествующие ано¬мальным природным явлениям.
