Климатические воздействия. Глобальное потепление.

Одно из наиболее значимых воздействий на биосферу и ее подсистемы, связанные с антропогенной активностью, — глобальное потепление. Оно проявляется в изменении климата: изменении продукционного процесса в экосистемах, сдвиге границ растительных формаций, изменении урожайности сельскохозяйственных культур. Особое значение эти воздействия имеют для высоких и средних широт северного полушария. Эти регионы оказываются одними из главных источников и одновременно объектов подобных воздействий. Здесь глобальное потепление проявится особенно сильно: по расчетам, температура атмосферы наиболее значительно повысится именно в высоких и средних широтах. Кроме того, природа высоких широт особенно восприимчива к различным воздействиям и крайне медленно восстанавливается. С другой стороны, процессы в Арктике могут оказать заметное влияние на глобальные изменения. Это, например, динамика и оптические свойства снега и льда, участие вечной мерзлоты в биогеохимических циклах и т.д. Оценка роли Арктики в формировании глобальных изменений должна учитывать взаимодействия следующих факторов: глобальный цикл диоксида углерода, гидрологический режим, вечная мерзлота, снежный покров и ледники, прибрежные процессы, циркуляция океана и структура донных вод, динамика, тепловой баланс и состав атмосферы, солнечные и геомагнитные воздействия. Все это свидетельствует о важности математического моделирования климата и крупномасштабных процессов в экосистемах высоких и средних широт Северного полушария. Мы попытаемся рассказать о моделировании природных процессов, основанном на разработке и модификации системы различных математических моделей.

Отмечаемые ныне и прогнозируемые на ближайшие десятилетия повышение содержания СО2 в атмосфере и потепление ведут к серьезным изменениям в таежных и тундровых экосистемах Арктики и Субарктики: изменению продуктивности, смене видового состава, сдвигу границы между лесом и тундрой. Авторы предприняли попытку с помощью модели оценить, как повлияют изменения климата на продукционный процесс в лесной экосистеме и насколько сдвинутся северная и южная границы лесных экосистем умеренной зоны Северного полушария. Растения - это связующее звено между абиотической средой и животными, поскольку они продуценты органического вещества Через растение осуществляется химическая связь животных с почвами ,материнскими породами , почвенной влагой . Поэтому изучение сложных взаимосвязей баланса между продуцентами и консументами - один из важнейших вопросов современной экологии и биоценологии.

Воздействие климата на хвойные леса Тундры.

Растения - это связующее звено между абиотической средой и животными, поскольку они продуценты органического вещества Через растение осуществляется химическая связь животных с почвами, материнскими породами, почвенной влагой. Поэтому изучение сложных взаимосвязей баланса между продуцентами и консументами - один из важнейших вопросов современной экологии и биоценологии.

Модель продукционного процесса экосистем хвойного леса описывает динамику углерода и воды, а также основные биотические и абиотические факторы в них. В модели учтены следующие процессы, протекающие в растениях: фотосинтез, дыхание, рост и отмирание органов, распределение усваиваемых питательных веществ между органами. Модель учитывает динамику влажности почвы и потока воды по ее профилю, интенсивность осадков и испарения, гидродинамическое сопротивление и водный потенциал почвы, действие гравитации на транспорт воды. После проверки модели по результатам наблюдений над ельниками в южной тайге на Валдае и другими участками в хвойно-широколиственных лесах и северной тайге ее использовали для описания глобальных процессов в высоких и средних широтах Северного полушария.

В частности, оценивалось влияние возможных изменений климата на продукционный процесс экосистем еловых лесов в различных климатических зонах (на разных широтах и меридианах). Было получено распределение изменений годовой продукции и испарения воды в экосистемах при условии, что температура воздуха в течение вегетационного периода выше на 1°С. Оказалось, что продукция еловых лесов увеличивается севернее 60° (с широтой все больше — у 66° рост достигает 3%) и уменьшается южнее этой широты. С ростом количества осадков продуктивность экосистем повышается, причем к югу — все сильнее. Так, увеличение количества осадков на 6% на широте 62° влечет за собой рост продуктивности на 0,1%, а на широте 58° – 3,4%.Отмечаемые ныне и прогнозируемые на ближайшие десятилетия повышение содержания СО2 в атмосфере и потепление ведут к серьезным изменениям в таежных и тундровых экосистемах Арктики и Субарктики: изменению продуктивности, смене видового состава, сдвигу границы между лесом и тундрой. Ученые предприняли попытку с помощью модели оценить, как повлияют изменения климата на продукционный процесс в лесной экосистеме и насколько сдвинутся северная и южная границы лесных экосистем умеренной зоны Северного полушария.

По мере проявлений абиотических факторов в данном биоме установились различные адаптации к этим факторам.

Влияние температуры.

У подавляющего числа животных температура тела меняется с изменением температуры окружающей среды. Таких животных, не способных регулировать температуру своего тела, называют пойкилотермными животными. Для каждого вида существуют летальные температуры, а также имеется узкая область оптимальных температур. Она охватывает тот благоприятный диапазон температурной шкалы, температуру комфорта, которые отыскивают себе передвигающиеся животные. Активная жизнь при температуре окружающей среды значительно ниже точки замерзания воды возможна лишь для животных с постоянной температурой тела. Рекордсменом в этом отношении является императорский пингвин, который высиживает птенцов в условиях антарктической зимы. Температура кладки яиц в среднем от –15С до –20С, а иногда достигает даже –40С. Подобное зимнее высаживание имеет свой смысл: птенцы вылупляются тогда уже в начале весны. Для того чтобы осуществить такой «рекорд» при столь низких температурах, необходимо, чтобы этому предшествовало накопление питательных веществ, благодаря сгоранию которых в организме поддерживается постоянная температура тела.

Для холодных зон довольно широко климатического ареала, где обитают теплокровные животные, часто характерно появление наиболее крупных форм (правило Бергмана), так как чем животные крупнее, тем меньше отношение поверхность/объем и меньше потери тепла через теплоотдачу, благодаря чему снижается опасность переохлаждения. Животные с переменной температурой тела выдерживают гораздо большее охлаждение. Правда, при этом лишь немногие организмы сохраняют подвижность при температурах тела ниже точки замерзания воды.

Жидкости, находящиеся в теле животных, не являются чистой водой. Это растворы белков и солей. Поэтому они превращаются в лед не при нуле, а при температуре на несколько градусов ниже точки замерзания воды. Кроме того, беспозвоночные животные в большей или меньшей степени могут переносить замерзание, при этом, не погибая, однако в способности противостоять холоду они все же не могут сравниваться с растениями. Замерзание межклеточных тканевых жидкостей у таких организмов наступает раньше, чем образование льда в самих клетках. В целом можно сказать, что животные тем лучше переносят холод, чем меньше в их теле влаги, и в первую очередь чем меньше свободной воды, не связанной с белком. Поэтому с приближением зимы в теле многих насекомых содержание влаги понижается. Сопротивляемость холоду зависит от вида животного, от длительности действия холода и от скорости замерзания и оттаивания, так здесь вряд ли можно вывести общие правила.