Какими свойствами обладает водная среда обитания

Факторы водной среды

Характеристика

Температурный режим

Колебания воды в Мировом океане сравнительно невелики: от -2°С до +36°С. В пресных внутренних водоемах умеренных широт температура поверхностных слоев воды колеблется от -0,9°С до +25°С. Исключением являются термальные источники, теплые, горячие и кипящие, температура воды в которых может достигать +100°С. Благоприятный температурный режим исключает как слишком высокие температуры, которые вызывают свертывание белков, так и слишком низкие, когда прекращается работа ферментов.

Плотность и вязкость.

Плотность воды превышает плотность воздуха в 800раз, поэтому у водных растений очень слабо или вообще не развита механическая ткань, обеспечивающая растению прочность, вследствие чего их стебли эластичны и легко изгибаются. Большинству водных растений присуща плавучесть и способность находиться в толще воды во взвешенном состоянии. Они то поднимаются к поверхности, то вновь опускаются. У многих водных животных покровы обильно смазываются слизью, уменьшающей трение при передвижении, а тело имеет обтекаемую форму. На разных глубинах животные испытывают различное давление. В среднем в водной толще на каждые 10 м глубины давление возрастает на 1 атм. Глубоководные приспособились к высокому давлению (до 1000 атм), обитатели же поверхностных слоев ему не подвержены.

Прозрачность и световой режим

К данным факторам наиболее чувствительны фотосинтезирующие растения. В мутных водоемах они обитают только в поверхностном слое, а там, где прозрачность воды более высока, они проникают на значительные глубины. Мутность воды создается огромным количеством взвешенных в ней частиц минеральных веществ (глина, ил) и мелких организмов, что ограничивает проникновение солнечных лучей. Световой режим обусловлен также закономерным убыванием света с глубиной. При этом лучи солнечного света с разной длиной волны поглощаются неодинаково: быстрее всего поглощаются красные, тогда как сине-зеленые проникают на значительные глубины. Цвет среды с глубиной меняется, постепенно переходя от зеленоватого к зеленому, затем к голубому, синему, сине-фиолетовому, сменяемому постоянным мраком. Соответственно этому с глубиной зеленые водоросли уступают место бурым и красным, пигменты которых приспособлены к улавливанию солнечных лучей с более короткими длинами волн.

Соленость водной среды

В водах Мирового океана содержатся почти все встречающиеся на Земле элементы. Масса минеральных веществ (в граммах), растворенных в 1 л воды, называется соленостью. Единицей солености является промилле (‰), что соответствует содержанию 1г минеральных веществ в 1 литре воды.

В морях, где испарение превышает осадки и сток пресных вод с материков, соленость повышена (до 40-45 %о), а там, где осадки и сток больше испарений, соленость понижена (3-5 %о), и вода становится пресной. В подземных водах с концентрацией солей свыше 270 Ко жизнь отсутствует. Средняя соленость воды близка к 35 %о, т. е. в 1 л воды содержится около 35 г растворенных солей, главным образом, хлоридов, сульфатов и карбонатов. С соленостью растворов связано явление осмоса. Осмос — односторонняя диффузия растворенных в воде веществ через клеточную полупроницаемую мембрану. Мембраны клеток легко проницаемы для воды и почти не прони-цаемы для веществ, растворенных в клеточном соке. Интересен механизм осморегуляции у пресноводных и морских рыб. Из-за разницы в осмотическом давлении вне и внутри тела в организм постоянно проникает вода, и гидробионты пресных вод вынуждены ее интенсивно удалять. В связи с этим у них хорошо выражены процессы осморегуляции. Концентрация солей в тканях морских организмов равна концентрации растворов солей в окружающей среде. Поэтому осморегуляторные функции у них не развиты в такой степени, как у пресноводных, и они не сумели заселить пресные водоемы.

Кислород

Кислород попадает в водную среду двумя путями: во-первых, поступает из атмосферы, во-вторых, образуется в результате фотосинтеза зеленых растений. Разные животные проявляют неодинаковую потребность в кислороде. Например, форель и гольян очень чувствительны к его дефициту, поэтому обитают лишь в быстро текущих, холодных и хорошо перемешиваемых водах. Плотва, ерш, карась неприхотливы в этом отношении, а личинки комаров хирономид и малощетинковые черви трубочники обитают на больших глубинах, где кислород практически отсутствует. С понижением температуры растворимость кислорода, как и других газов, увеличивается.

Углекислый газ

Углекислый газ растворяется в воде примерно в 35 раз лучше кислорода (при 0°С). В воде его почти в 700 раз больше, чем в атмосфере, откуда он поступает. Большая часть углекислоты присутствует в водной среде в виде карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов. Углекислый газ обеспечивает фотосинтез водных растений и принимает участие в формировании известковых скелетных образований беспозвоночных животных.

Кислотность водной среды

Водородный показатель pH — это величина, характеризующая кислотность воды. Он определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода Сн+ в воде при 22°С, выраженный в молях на литр: pH = -lg Сн+. Значение pH воды легко определяется с помощью универсальной индикаторной бумаги. Вода бывает кислая (рН<7), нейтральная (рН=7) и щелочная (рН>7). С глубиной кислотность воды увеличивается (pH уменьшается). Большинство пресноводных рыб выдерживает кислотность со значением водородного показателя от 5 до 9. При рН<5 наблюдается массовая гибель рыб, а если pH выше 10, погибают все рыбы и многие животные.

Вода как среда обитания имеет ряд специфических свойств, таких, как большая плотность, сильные перепады давления, относительно малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и др. Водоемы и отдельные их участки различаются, кроме того, солевым режимом, скоростью горизонтальных перемещений (течений), содержанием взвешенных частиц. Для жизни придонных организмов имеют значение свойства грунта, режим разложения органических остатков и т.п. Поэтому наряду с адаптациями к общим свойствам водной среды ее обитатели должны быть приспособлены и к разнообразным частным условиям. Обитатели водной среды получили в экологии общее название гидробионтов. Они населяют Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды. В любом водоеме можно выделить различные по условиям зоны.

Рассмотрим основные свойства воды как среды обитания.

Плотность воды — это фактор, определяющий условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Плотность природных вод, содержащих растворенные соли, может быть больше, до 1,35 г/см3. Давление возрастает с глубиной примерно в среднем на 101,3 кПа (1 атм) на каждые 10 м.

В связи с резким изменением давления в водоемах гидробионты в целом более легко, чем сухопутные организмы, переносят изменение давления. Некоторые виды, распространенные на разных глубинах, переносят давление от нескольких до сотен атмосфер. Например, голотурии рода Elpidia обитают в районе от прибрежной зоны до зоны наибольших океанических глубин, 6—11 км. Однако большинство обитателей морей и океанов обитают на определенной глубине.

Плотность воды обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм. Плотность среды служит условием парения в воде, и многие гидробионты приспособлены именно к этому образу жизни. Взвешенные, парящие в воде организмы объединяют в особую экологическую группу гидробионтов — планктон («планктос» — парящий). В составе планктона — одноклеточные и колониальные водоросли, простейшие, медузы, разнообразные мелкие рачки, личинки донных животных, икра и мальки рыб и многие другие.

Плотность и вязкость воды сильно влияют на возможность активного плавания. Животных, способных к быстрому плаванию и преодолению силы течений, объединяют в экологическую группу нектона («нектос» — плавающий). Представители нектона — рыбы, кальмары, дельфины. Быстрое движение в водной толще возможно лишь при наличии обтекаемой формы тела и сильно развитой мускулатуры.

1. Кислородный режим. В насыщенной кислородом воде содержание его не превышает 10 мл в 1 л, это в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Поэтому условия дыхания гидробионтов значительно усложнены. Кислород поступает в воду в основном за счет фотосинтетической деятельности водорослей и диффузии из воздуха. Поэтому верхние слои водной толщи, как правило, богаче этим газом, чем нижние. С повышением температуры и солености воды концентрация в ней кислорода понижается.

Дыхание гидробионтов осуществляется либо через поверхность тела, либо через специализированные органы — жабры, легкие, трахеи. При этом покровы могут служить дополнительным органом дыхания. Например, рыба вьюн через кожу потребляет в среднем до 63% кислорода. Многие сидячие и малоподвижные животные обновляют вокруг себя воду, либо создавая ее направленный ток, либо колебательными движениями способствуя ее перемешиванию. Двустворчатым моллюскам для этой цели служат реснички, выстилающие стенки мантийной полости; ракообразным — работа брюшных или грудных ножек. Пиявки, личинки комаров-звонцов (мотыль) колышут тело, высунувшись из грунта.

Млекопитающие, перешедшие в процессе эволюционного развития от сухопутного к водному образу жизни, например, ластоногие, китообразные, водяные жуки, личинки комаров, сохраняют обычно атмосферный тип дыхания и поэтому нуждаются в контактах с воздушной средой.

Нехватка кислорода в воде приводит иногда к катастрофическим явлениям — заморам, сопровождающимся гибелью множества гидро- бионтов. Зимние заморы часто вызываются образованием на поверхности водоемов льда и прекращением контакта с воздухом; летние — повышением температуры воды и уменьшением вследствие этого растворимости кислорода.

• 2. Солевой режим. Поддержание водного баланса гидробионтов имеет свою специфику. Если для наземных животных и растений наиболее важно обеспечение организма водой в условиях ее дефицита, то для гидробионтов не менее существенно поддержание определенного количества воды в теле при ее избытке в окружающей среде. Излишнее количество воды в клетках приводит к изменению в них осмотического давления и нарушению важнейших жизненных функций. Поэтому пресноводные формы не могут существовать в морях, морские — не переносят опреснения. Если соленость воды подвержена изменениям, животные перемещаются в поисках благоприятной среды.
• 3. Температурный режим водоемов, как уже было замечено, более устойчив, чем на суше. Амплитуда годовых колебаний температуры в верхних слоях океана не более 10—15 °С, в континентальных водоемах — 30—35 °С. Глубокие слои воды отличаются постоянством температуры. В экваториальных водах среднегодовая температура поверхностных слоев +26—27 °С, в полярных — около 0 °С и ниже. В горячих наземных источниках температура воды может приближаться к +100 °С, а в подводных гейзерах при высоком давлении на дне океана зарегистрирована температура +380 °С. Но по вертикали температурный режим разнообразен, например, в верхних слоях проявляются сезонные колебания температуры, а в нижних тепловой режим постоянен.
• 4. Световой режим. Света в воде гораздо меньше, чем в воздухе. Часть падающих на поверхность водоема лучей отражается в воздушную среду. Отражение тем сильнее, чем ниже положение Солнца, поэтому день под водой короче, чем на суше. Быстрое убывание количества света с глубиной связано с поглощением его водой. Лучи с разной длиной волны поглощаются неодинаково: красные исчезают уже недалеко от поверхности, тогда как сине-зеленые проникают значительно глубже. Это оказывает влияние на окраску гидробионтов, например, с глубиной происходит смена окраски водорослей: зеленые, бурые и красные водоросли, специализирующиеся на улавливании света с разной длиной волны. Окраска животных меняется с глубиной так же закономерно. Многие глубинные организмы не имеют пигментов.

В темных глубинах океана в качестве источника зрительной информации организмы используют свет, испускаемый живыми существами. Свечение живого организма получило название биолюминесценции.

Таким образом, свойства среды во многом определяют пути адаптации ее обитателей, их образ жизни и способы использования ресурсов, создавая цепи причинно-следственных зависимостей. Так, высокая плотность воды делает возможным существование планктона, а наличие парящих в воде организмов — предпосылка для развития фильтрационного типа питания, при котором возможен и сидячий образ жизни животных. В результате формируется мощный механизм самоочищения водоемов биосферного значения. В нем участвует огромное количество гидробионтов, как бентосных (обитающих на грунте и в грунте дна водоёмов), так и пелагиальных (растений или животных, обитающих в толще или на поверхности воды), от одноклеточных простейших до позвоночных животных. Например, только планктонные морские веслоногие раки (Calanus) за несколько лет способны профильтровать воды всего Мирового океана, т.е. примерно 1,37 млрд км3. Нарушение деятельности фильтраторов различными антропогенными воздействиями создает серьезную угрозу в поддержании чистоты вод.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Перечислите основные свойства водной среды обитания.
• 2. Поясните, как плотность воды определяет форму животных, способных к быстрому плаванию.
• 3. Назовите причину заморов.
• 4. Какое явление называется «биолюминисценция»? Знаете ли вы живые организмы, обладающие подобным свойством?
• 5. Какую экологическую роль играют фильтраторы?

Вода издавна является не только необходимым условием жизни, но и средой обитания многих организмов. Она обладает рядом уникальных свойств, о которых мы расскажем в нашей статье.

Водная среда обитания: характеристика

В каждой среде обитания проявляется действие ряда экологических факторов — тех условий, в которых обитают популяции различных видов. По сравнению с наземно-воздушной, водная среда обитания (5 класс изучает эту тему в курсе биологии) характеризуется высокой плотностью и ощутимыми перепадами давления. Ее отличительной особенностью является небольшое содержание кислорода. Водные животные, которые называются гидробионты, по-разному приспособились к жизни в таких условиях.

Экологические группы гидробионтов

Большая часть живых организмов сосредоточена в толще воды Мирового океана. Их объединяют в две группы: планктонные и нектонные. К первой относятся бактерии, сине-зеленые водоросли, медузы, мелкие ракообразные и т. п. Несмотря на то что многие из них могут самостоятельно плавать, они не способны противостоять сильным течениям. Поэтому перемещаются планктонные организмы с током воды. Приспособленность к водной среде обитания проявляется у них в мелких размерах, небольшом удельном весе и наличии характерных выростов.

К нектонным организмам относятся рыбы, головоногие моллюски, водные млекопитающие. Они не зависят от силы и направления течения и перемещаются в воде самостоятельно. Этому способствует обтекаемая форма их тела и хорошо развитые плавники.

Еще одну группу гидробионтов представляет перифетон. К нему относятся водные обитатели, которые прикрепляются к субстрату. Это губки, некоторые водоросли, коралловые полипы. На границе водной и наземно-воздушной среды обитает нейстон. В основном это насекомые, которые связаны с водной пленкой.

Свойства водной среды обитания

Среди экологических факторов водной среды ведущая роль принадлежит температурному режиму и освещенности. Их можно считать ограничивающими. Так, максимальная глубина, на которой встречаются растения составляет около 270 м. Именно там красные водоросли поглощают рассеянный свет. Глубже условий для осуществления фотосинтеза просто нет.

Водная среда обитания, характеристика которой весьма обширна, отличается еще и таким показателем, как давление. Благодаря его влиянию животные могут обитать только на определенных глубинах.

Температурный режим

Главной особенностью водной среды обитания является то, что по сравнению с воздухом здесь меньше ощутимы перепады температур. К примеру, в поверхностных океанических слоях этот показатель не превышает 10-15 градусов выше ноля. А на глубине температура воды постоянна. Ее нижний предел достигает -2 градусов шкале Цельсия. Такой температурный режим обеспечивается высокой удельной теплоемкостью воды.

Освещенность водоемов

Еще одной главной особенностью водной среды обитания является то, что с глубиной количество солнечной энергии уменьшается. Поэтому организмы, жизнь которых зависит от этого показателя не могут обитать на значительных глубинах. Прежде всего это касается водорослей. Глубже 1500 м свет не проникает вообще. Некоторые ракообразные, кишечнополостные, рыбы и моллюски обладают свойством биолюминесценции. Эти глубоководные животные сами производят свет путем окисления липидов. С помощью таких сигналов они общаются друг с другом.

Давление воды

Особенно сильно с погружением ощущается повышение давления воды. На 10 м этот показатель возрастает на атмосферу. Поэтому большинство животных приспособлены только к определенной глубине и давлению. К примеру, кольчатые черви живут только в приливно-отливной зоне, а латимерия опускается до 1000 м.

Перемещение водных масс

Движение воды может иметь разный характер и причины. Так, изменение положения нашей планеты по отношению к Солнцу и Луне обусловливает наличие в морях и океанах приливов и отливов. Сила земного тяготения и влияние ветра вызывает течение в реках. Постоянное движение воды играет важную роль в природе. Оно вызывает миграционные перемещения различных групп гидробионтов, источников пищи и кислорода, что особенно важно. Дело в том, что содержание этого жизненноважного газа в воде в 20 раз ниже, чем в наземно-воздушной среде.

Откуда вообще кислород появляется в воде? Это происходит благодаря диффузии и деятельности водорослей, которые осуществляют фотосинтез. Поскольку их количество с глубиной уменьшается, сокращается и концентрация кислорода. В придонных слоях этот показатель минимален и создает практически анаэробные условия. Главной особенностью водной среды обитания является и то, что концентрация кислорода уменьшается с повышением солености и температуры.

Показатель солености воды

Всем известно, что водоемы бывают пресными и солеными. К последней группе относятся моря и океаны. Показатель солености измеряется в промиле. Это количество твердых веществ, которые находятся в 1 г воды. Средняя соленость Мирового океана составляет 35 промиле. Самый низкий показатель имеют моря, расположенные у полюсов нашей планеты. Это связано с периодическим таянием айсбергов — огромных замерзших глыб пресной воды. Самым соленым на планете является Мертвое море. В нем нет ни одного вида живых организмов. Его соленость приближается к 350 промиле. Из химических элементов в воде преобладает хлор, натрий и магний.

Итак, главной особенностью водной среды обитания является ее высокая плотность, вязкость, низкий показатель перепада температур. Жизнь организмов с увеличением глубины ограничена количеством солнечной энергии и кислорода. Водные обитатели, которые называются гидробионты, могут перемещаться потоками воды или двигаться самостоятельно. Для жизни в данной среде у них существует ряд приспособлений: наличие жаберного дыхания, плавников, обтекаемая форма тела, небольшая относительная масса тела, наличие характерных выростов.