Абиотические факторы. Особенности их влияния на условия труда фармацевтов производственной аптеки

    Физические  и химические свойства водной среды обитания

    К физическим свойствам водной среды  относятся: плотность, температура, подвижность, интенсивность света; к химическим – солёность, содержание в воде растворенных газов, кислотность среды.

    Высокая плотность водной среды определяет особый состав и характер изменения  жизнеобеспечивающих факторов. Одни из них те же, что и на суше –  тепло, свет, другие специфические: давление воды (с глубиной увеличивается на 1 атм. на каждые 10 м), содержание кислорода, состав солей, кислотность. Благодаря  высокой плотности среды, значения тепла и света с градиентом высоты изменяются гораздо быстрее, чем на суше.

    Для водной среды характерен меньший  приход тепла, т.к. значительная часть  его отражается, и не менее значительная часть расходуется на испарение. Согласуясь с динамикой наземных температур, температура воды обладает меньшими колебаниями суточных и  сезонных температур. Более того, водоемы  существенно выравнивают ход  температур в атмосфере прибрежных районов. При отсутствии ледового панциря моря в холодное время года оказывают отепляющее действие на прилегающие территории суши, летом – охлаждающее и увлажняющее.

    В связи с разной степенью прогревания  верхних и нижних слоев в течение  года, приливами и отливами, течениями, штормами происходит постоянное перемешивание  водных слоев. Роль перемешивания воды для водных обитателей (гидробионтов) исключительно велика, т.к. при этом выравнивается распределение кислорода  и питательных веществ внутри водоемов, обеспечивая обменные процессы между организмами и средой.

    Интенсивность света в воде сильно ослаблена  из-за его отражения поверхностью и поглощения самой водой. Это  сильно сказывается на развитии фотосинтезирующих  растений. Чем меньше прозрачность воды, тем сильнее поглощается  свет. Прозрачность воды лимитируется минеральными взвесями, планктоном. Уменьшается  она при бурном развитии мелких организмов летом, а в умеренных и северных широтах – еще и зимой, после  установления ледового покрова и  укрытия его сверху снегом.

    Характерная черта водной среды – подвижность. Она обусловлена приливами и  отливами, морскими течениями, штормами, разными уровнями высотных отметок  русел рек.

    Природным водоемам свойствен определенный химический состав. Преобладают карбонаты, сульфаты, хлориды. В пресных водоемах концентрация солей не более 0,5 г/, в морях –  от 12 до 35 г/л (промилле – десятые  доли процента). При солености более 40 промилле водоем называют гипергалинным  или пересоленным.

    В воде кислород важнейший экологический  фактор. Источник его – атмосфера  и фотосинтезирующие растения. При  перемешивании воды, особенно в проточных  водоемах и при уменьшении температуры  содержание кислорода возрастает. Углекислого  газа в воде достаточно – почти  в 700 раз больше, чем в воздухе. Он используется в фотосинтезе растений и идет на формирование известковых скелетных образований животных (раковины моллюсков, покровы ракообразных, каркасы радиолярий и др.).

    В пресноводных водоемах кислотность  воды, или концентрация водородных ионов, варьирует гораздо сильнее, чем в морских – от pH=3,7-4,7 (кислые) до pH=7,8 (щелочные). Кислотностью воды определяется во многом видовой состав растений гидробионтов. Кислотность морской  воды убывает с глубиной.

    Плотность воды

    Плотность воды определяется массой единичного объема в килограммах на метр кубический (кг/м³). В водоеме плотность зависит от таких вещей как: минерализация, температура, количество растворенных солей в воде, давления высших слоев воды. Плотность воды химически чистой (обессоленной) зависит от температуры. Условнойплотностью называется разность между плотностью при некоторой температуре  и самой большой плотностью. По-другому ее еще называют аномалией плотности. При повышении давления и минерализации плотность тоже увеличивается. Незначительные изменения плотности воды от всех этих трех факторов играют важнейшую роль при динамике вод в водоемах, в формировании качества воды и их экосистем.

    При повышении температуры вещества увеличивают свой объем и понижают плотность. Вода обладает точно таким  же свойством, но в интервале от 0 до 4°С, где с возрастанием температуры  объем не повышается, а, наоборот, сокращается, данное свойство не выполняется. Принято  считать максимальную плотность воды при температуре  4°С.

    При температуре ниже 0°С объём увеличивается, при условии переохлаждения. Но переохлаждение всегда требует сложных условий: неподвижность воды, отсутствия мест кристаллизации льда.

    Вода, при замерзании, внезапно увеличивается  в объеме на 11%, так же внезапно и  уменьшается при таянии. Это увеличение объема играет огромную роль, как в  природе, так и в жизни людей. При замерзании воды и ее дальнейшем увеличении объема, происходит расширение, в результате чего возникает сильное давление, равное 2500 кг/см². Поэтому замерзающая вода обладает разрушительной силой в замкнутых пустотах, трещинах гор.

    Максимальная плотность воды отмечается при 4°С, лед оказывается легче жидкости и находится на поверхности. Если бы лед находился внизу водоемов, то они промерзали бы с самого дна, создавая глобальную катастрофу для всех тех, кто обитает в этих водоемах.

    Тепловой  режим.

    Для водной среды характерен меньший  приход тепла, т.к. значительная часть  его отражается, и не менее значительная часть расходуется на испарение. Согласуясь с динамикой наземных температур, температура воды обладает меньшими колебаниями суточных и  сезонных температур. Более того, водоемы  существенно выравнивают ход  температур в атмосфере прибрежных районов. При отсутствии ледового панциря  моря в холодное время года оказывают  отепляющее действие на прилегающие  территории суши, летом – охлаждающее  и увлажняющее.

    Диапазон  значений температуры воды в Мировом  океане составляет 38° (от -2 до +36°С), в  пресных водоемах – 26° (от -0,9 до +25°С). С глубиной температура воды резко  падает. До 50 м наблюдаются суточные колебания температуры, до 400 – сезонные, глубже она становится постоянной, опускаясь до +1-3°С (в Заполярье  близка к 0°С). Поскольку температурный  режим в водоемах сравнительно стабилен, их обитателям свойственна стенотермность. Незначительные колебания температуры  в ту или иную сторону сопровождается существенными изменениями в  водных экосистемах.

    В связи с разной степенью прогревания  верхних и нижних слоев в течение  года, приливами и отливами, течениями, штормами происходит постоянное перемешивание  водных слоев. Роль перемешивания воды для водных обитателей (гидробионтов) исключительно велика, т.к. при этом выравнивается распределение кислорода и питательных веществ внутри водоемов, обеспечивая обменные процессы между организмами и средой.

    В стоячих водоемах (озерах) умеренных  широт весной и осенью имеет место  вертикальное перемешивание, и в  эти сезоны температура во всем водоеме  становится однородной, т.е. наступает  гомотермия. Летом и зимой в результате резкого усиления прогревания или охлаждения верхних слоев перемешивание воды прекращается. Это явление называется температурной дихотомией, а период временного застоя – стагнацией (летней или зимней). Летом более легкие теплые слои остаются на поверхности, располагаясь над тяжелыми холодными. Зимой, наоборот, в придонном слое более теплая вода, так как непосредственно подо льдом температура поверхностных вод меньше +4°С и они в силу физико-химических свойств воды становятся более легкими, чем вода с температурой выше +4°С.

    В периоды стагнаций четко выделяются три слоя: верхний (эпилимнион) с  наиболее резкими сезонными колебаниями  температуры воды, средний (металимнион  или термоклин), в котором происходит резкий скачок температур, и придонный (гиполимнион), в котором температура  в течение года изменяется слабо. В периоды стагнаций в толще  воды образуется дефицит кислорода  – летом в придонной части, а зимой и в верхней, вследствие чего в зимний период нередко происходят заморы рыбы.

    Световой режим.

    Световой  день в воде значительно короче (особенно в глубоких слоях), чем на суше. Количество света в верхних слоях водоемов меняется и от широты местности, и  от времени года. Так, длинные полярные ночи сильно ограничивают время, пригодное  для фотосинтеза в арктических  и приантарктических бассейнах, а ледовый покров затрудняет доступ света зимой во все замерзающие  водоемы.

    В океанах, где вода очень прозрачна, на глубину 140 м проникает 1% световой радиации, а в небольших озерах на глубине 2 м проникает всего  лишь десятые доли процента. Лучи разных частей спектра поглощаются в  воде неодинаково, вначале поглощаются красные лучи. С глубиной становится все темнее, и цвет воды становится вначале зеленым, затем голубым, синим и в конце – сине-фиолетовым, переходя в полный мрак.

    В связи с тем что лучи разных участков солнечного спектра неодинаково  поглощаются водой, с глубиной изменяется и спектральный состав света, ослабляются  красные лучи. Сине-зеленые лучи проникают на значительные глубины. Сгущающиеся с глубиной сумерки  в океане имеют вначале зеленый, затем голубой, синий, сине-фиолетовый цвет, сменяясь в дальнейшем постоянным мраком. Соответственно сменяют друг друга с глубиной и живые организмы.

    Так, растения, живущие на поверхности  воды, не испытывают недостатка света, а погруженные и особенно глубоководные  относят к «теневой флоре». Им приходится адаптироваться не только к недостатку света, но и к изменению его  состава выработкой дополнительных пигментов. Это прослеживается на известной  закономерности окраски у водорослей, обитающих на разных глубинах. В  мелководных зонах, где растениям  еще доступны красные лучи, которые  в наибольшей степени поглощаются  хлорофиллом, как правило, преобладают  зеленые водоросли. В более глубоких зонах встречаются бурые водоросли, имеющие кроме хлорофилла бурые  пигменты фикофеин, фукоксантин и  др. Еще глубже обитают красные  водоросли, содержащие пигмент фико-эритрин. Здесь четко прослеживается способность  к улавливанию солнечных лучей  с разной длиной волны. Данное явление  получило название хроматической адаптации.

    Глубоководные виды имеют ряд физических черт, свойственных теневым растениям. Среди  них следует отметить низкую точку  компенсации фотосинтеза (30-100 лк), «теневой характер» световой кривой фотосинтеза  с низким плато насыщения, у водорослей, например, крупные размеры хроматофоров. Тогда как у поверхности и  плавающих форм эти кривые более  «светлого» типа.

    Нередко листья водных растений, погруженные  в воду, сильно рассечены на узкие  нитевидные доли, как, например, у роголистника, урути, пузырчаток, или имеют тонкую просвечивающую пластинку — подводные  листья кубышек, кувшинок, листья погруженных  рдестов.

    Данные  черты характерны и для водорослей, таких, как нитчатые водоросли, рассеченные  талломы харовых, тонкие прозрачные талломы многих глубоководных видов. Это дает возможность гидрофитам увеличить отношение площади  тела к объему, а следовательно, развивать  большую поверхность при сравнительно небольших затратах органической массы.

    У частично погруженных в воду растений хорошо выражена гетерофилия, т. е. различие строения надводных и подводных листьев у одного и того же растения. Надводные имеют черты, обычные для листьев надземных растений (дорзовентральное строение, хорошо развитые покровные ткани и устьичный аппарат), подводные — очень тонкие или рассеченные листовые пластинки. Гетерофилия отмечена также у кувшинок и кубышек, стрелолиста и других видов.

    Глубина водной среды оказывает влияние  и на животных, их окраску, видовой  состав и т. д. Например, в озерной  экосистеме основная жизнь сосредоточена  в слое воды, куда проникает количество света, достаточное для фотосинтеза. Нижняя граница данного слоя носит  название компенсационного уровня. Выше этой глубины растения выделяют больше кислорода, чем потребляют, то избыточный кислород могут использовать другие организмы. Ниже этой глубины фотосинтез не может обеспечить дыхание, в связи  с этим организмам доступен только кислород, который поступает с  водой из более поверхностных  слоев озера.

    В светлых, поверхностных слоях воды обитают ярко и разнообразно окрашенные животные, глубоководные же виды обычно лишены пигментов. В сумеречной зоне океана обитают животные, окрашенные в цвета с красноватым оттенком, что помогает им скрываться от врагов, так как красный цвет в сине-фиолетовых лучах воспринимается как черный. Красная окраска характерна для таких животных сумеречной зоны, как морской окунь, красный коралл, различные ракообразные и др.