Организмите съществуват в диалектическо единство

Одум (1975) категорично посочва, че организмите не са роби на физичните условия на средата, те се приспособяват сами и изменят условията на средата така, че да се отслаби лимитиращото въздействие на топлината, светлината и др.

Съществуват разнообразни класификации на физиологичните адаптации. Според класификацията на Харт има три типа приспособителни процеси: аклимация - остър и обратим процес; аклиматизация - процес, който е непрекъснат и продължава през целия индивидуален живот; адаптация - много продължителен процес, чийто механизми се предават от поколение на поколение.

Хензел и Хилдебранд (1964) в зависимост от продължителността на въздействието им върху организма разделят адаптациите на три категории:

1. Остри изменения във функционалните системи, които възникват в отговор на външни или вътрешни промени и имат продължителност от няколко секунди до няколко часа.

2. Слаби адаптивни реакции на организма вследсвие измененията във външната среда с продължителност от часове до месеци и години. Тук е включена и аклиматизацията.

3. Адаптация в еволюционен аспект, която обхваща продължителен период (милиони години) и довежда до форми, наследствено закрепени чрез селекция на адаптираните типове.

Меерсон (1963) отбелязва, че за бързо възникващите реакции животното разполага с готови, напълно формирани механизми, чрез които организмът му реагира на съответния фактор незабавно, но и възникващите при това приспособителни изменения са за кратко време. Такъв е характерът на промените, които настъпват в организма под влияние на високи или ниски температури (промени в топлообразуването и топлоотдаването), при болка и др.

За дълготрайните адаптации в организма няма формирани напълно готови механизми, а съществуват само генетично детерминирани предпоставки за появата им при наличие на достатъчно продължително или повтарящо се въздействие на даден афектор. Това са качествено по-сложни приспособителни изменения, които включват образуването на условни рефлекси и цяла поредица от реакции с нарастваща сложност. Съществено и общозначимо за всички дълготрайни адаптации е това, че в резултат на продължителното и многократно действие на един и същ фактор на средата, съответното изменение във физиологичните функции е не само трайно, но и поражда качествено ново явление - остава следа. Тази следа се състои в развитие на конкретни структурни изменения във физиологичните системи, които са с подчертано значение в реализирането на адаптационната реакция.

Тук ще акцентираме върху реакциите на организма, които според Меерсон (1973) са бързо възникващи. Реакцията-отговор на организма на висшите животни спрямо промените в средата има две основни форми: специфична и неспецифична.

Двата типа реакции не се изключват взаимно. Те могат дори да протекат едновременно.

1. Тропосфера - долната част на атмосферата, която се характеризира с понижение на температурата пропорционално на височината (средно с 6^о С на 1 кm височина). В отделни участъци се наблюдава повишаване на температурата при увеличаване височината и това е известно като температурна инверсия. Височината на тропосферата е от 7 до 10 кm над полюсите и от 16 - 18 кm над екваториалните зони. В тропосферата са концентрирани около 80% от масата на въздуха, а също така и преобладаващата част от атмосферните замърсители. Тя съдържа всички водни пари. При кондензация на парите се образуват облаци с различна форма, а при кондензация непосредствено до земната повърхност се образуват мъгли.

2. Стратосфера - достига височина до 60 кm. Тя се характеризира с приблизително постоянна температура във височина. На височина 20 - 30 кm съществува слой с повишено съдържание на озон, който се нарича озонов екран или озонов щит. Екологичното значение на този екран е да предпазва живото вещество от смъртоносните ултравиолетови лъчи на слънцето с малка дължина на вълната.

3. Йоносфера - разделя се на мезосфера и термосфера, и на височина достига до стотици километри. Въздухът в нея е в йонизирано състояние.

Въздушният слой на височина 50 - 100 m над земната повърхност се нарича приземен. В него най-силно са изразени колебанията в метео-рологичните фактори.

Атмосферата не е подходяща среда за развитие на живото вещество. В нея не живеят специфични организми, но някои животни (птици, насекоми) прекарват част от живота си във въздуха. Освен това в приземния слой на атмосферата се съдържат семена на растения, бактерии, вируси, спори на гъбички и др. Обикновено активно летящите, както и пасивно летящите организми достигат максимална височина 50 - 100 m, но спори на бактерии и гъбички са откривани на височина 22 кm.

Значението на атмосферата за съществуването на живото вещество е изключително голямо. За осъществяване на дишането (един от най-важните биологични процеси) е необходим кислород. Кислородът играе роля и при много други процеси в биосферата (например при окисляване на органичната материя, при което тя се минерализира, и др.).

От другите съставки на атмосферата съществено значение за живото вещество има въглеродният диоксид. Той е основният източник на въглерод, който в процеса на фотосинтезата се включва в състава на сложните органични съединения. Тъй като тези органични съединения са носители на енергия за останалите звена в екосистемата (хетеротрофни организми), въглеродният диоксид е материален субстрат и за техния синтез.

Атмосферата е непосредствено свързана с геологичните и геохимичните процеси, протичащи в земната кора, както и с непрекъснатите биологични процеси, които са мощна геологична сила. Атмосферата влияе върху литосферата чрез процеса на изветряне на скалите и оформяне релефа на сушата въобще. Тя въздейства като химичен фактор и като носител на определени температурно-влажностни и други параметри, в резултат на които възниква съчетаното въздействие на кислорода и атмосферната влага. Тези изменения оказват влияние и върху по-нататъшните еволюционни процеси в литосферата. Например в резултат на изветрянето и на жизнената дейност на организмите се формира почвата.

Атмосферата оказва влияние и върху еволюционните процеси, които протичат във водните екосистеми. Известно е, че кръговратът на много химични елементи с подчертано биологично значение се осъществява в хидросферата и атмосферата. Освен това посредством валежите и изпаренията на водите от световния океан също се въздейства върху еволюцията. Тези процеси са особено силно изразени в някои сладководни екосистеми с ограничени размери. Водният режим, дължащ се на промените във валежите, е довел до еволюционно отделяне на клас Земноводни от водните организми.

Атмосферата оказва влияние върху еволюцията на живото вещество. Съдържанието на кислород и въглероден диоксид в атмосферата, което се е изменяло в течение на геологичното време, определя характера и интензивността на обменните процеси на представителите на живото вещество в биосферата. Озоновият екран ограничава неблагоприятното въздействие на ултравиолетовите лъчи с малка дължина на вълната, а съдържанието на аерозоли и водни пари определя до голяма степен количеството на падащата върху земята слънчева енергия.

В световния океан се различават четири зони:

1. Брегова (литорална) зона, която се намира в зоната на приливите и отливите. Тя е оптимална за развитие на водните обитатели (хидробионти) и се предполага, че именно тук се е зародил животът на земята. В тази зона има предимно водорасли и много малко тревисти растения. Характерно е, че биотичните взаимоотношения в много случаи придобиват характер на конкуренция, което е причина за формиране на специфични морфологични и функционални особености.

2. Дънно-брегова (сублиторална) зона, която също е богата на хранителни вещества и светлина. Достига на дълбочина до 150 m. В нея съществуват благоприятни условия за живота на много видове растения и животни.

3. Зона на откритите води (пелагична зона), в която слънчевата светлина прониква на дълбочина до 200 m. Живеещите в нея видове са родствени на обитателите на другите зони, но са преминали вторично в пелагичната, като са се приспособили към по-суровите условия на живот. В нея освен едноклетъчни водорасли и низши животни се срещат и по-големи риби и водни бозайници - китове, делфини и др.

4. Дълбоководна (абисална) зона, в която не прониква слънчева светлина. В нея не живеят фотосинтезиращи растения. Животните имат силно развити сетивни органи. При много видове съществуват и светещи органи.

От екологично гледище хидросферата и по-конкретно световният океан, моретата, естуарите, реките и блатата представляват жизнена среда за много видове растения и животни. Водната среда е местообитание на повече от 150000 вида животни и на около 10000 растения. Броят на видовете растения и тяхната биомаса са значително по-малки от тези, образуващи растителните съобщества на земните екосистеми.

Влиянието на воднатa среда върху организмите е значително. Като абиотичен екологичен фактор тя има определящо значение за съществуването на всички организми и с това се заключава прякото влияние. Освен това хидросферата формира климатичния режим на много екосистеми, с което въздейства върху организмите косвено.

Организмите от своя страна също въздействат върху хидросферата. Водата на планетата е въвлечена в непрекъснат кръговрат, който се осъществява от живото вещество. Установено е, че всичката вода на планетата за 2 млн. години преминава през биогеохимичен кръговрат.
Литосферата е твърдата обвивка на Земята. Горната й част образува земната кора, а долната - горната част на мантията на Земята. Границата между тези две части е неравномерна.

Земната кора представлява обвивката на Земята, която се състои главно от съдържащи силиций и алуминий скали със средна плътност около 2,7 g/сm³. Земната кора за разлика от хидросферата представлява цялостна обвивка, но за нея е характерна нееднородност както в хоризонтално, така и в дълбочинно измерение. В зависимост от дълбочината и от плътността на скалите се разграничават три слоя (по Вернадски и сътр., 1976):

1. Утаечен слой със средна плътност 1,8 - 2,5 g/сm³.

2. Гранитен слой със средна плътност 2,5 - 2,75 g/сm³.

3. Базалтов слой със средна плътност 2,75 - 3,00 g/сm³.

1. Континентална земна кора, която се характеризира с наличието на трите слоя и със значителна дебелина, която достига до 70 - 75 кm при средна дебелина 35 кm.

2. Океанска земна кора, която се характеризира с липса на гранитен слой и с относително по-малка дебелина - средно около 5 - 10 кm.

През последните години като самостоятелна категория се посочва и преходният тип земна кора, която представлява сложно съчетание на особеностите на първите два типа. Тя обхваща периферните области на океаните, подводните океански хребети и островите.

Биосферата включва само горната част на земната кора в зоната, която е с подходящи за живите организми условия за живот. Разпространението на живото вещество поради хетерогенността на литосферата в дълбочина е неравномерно. Характерно е, че при увеличаване на дълбочината намалява количеството на живото вещество. Значителна част от организмите на литосферата се установяват до дълбочина няколко десетки метра, но с подпочвените води е възможно микроорганизмите да се разпространят на дълбочина 2-4 кm. В отделни случаи са намерени живи микроорганизми в нефтени залежи на дълбочина над 5-6 кm. Тази граница на разпространение на живото вещество е променлива и зависи от геологическия строеж на местността, от хидрогеоложките условия и геотермалния градиент.
Геотермалният градиент характеризира увели-чаването на температурата в зависимост от дълбочината. В различните райони той има различни стойности, но обикновено се променя в диапазона между 0,5 и 20^оС и средно е 3^оС на 100 m. Основният ограничаващ фактор, който определя съществуването на живота на дълбочина, е температурата. Повечето от микроорганизмите не могат да издържат продължително време при температура, близка до 100^оС, поради което като долна граница за разпространение на живото вещество, т.е. като долна граница на биосферата следва да се приеме хипотетичната равнина, в която температурата е 100^оС. При естествени условия въздейства множество от екологични фактори, поради което реалната дълбочина, до която достига живото вещество, е над границата, определена от геотермалния градиент.

Въздействието на литосферата върху живото вещество е многостранно. Голяма част от химичните елементи, влизащи в състава на живите организми, произхождат от литосферата. Освен това литосферата и образуваната от нея почва са жизнена среда на много видове растения и животни. Тя има определено значение и за формиране на климатичния режим и на другите абиотични екологични фактори, които са характерни за конкретните наземни и водни екосистеми.

От своя страна и живото вещество въздейства върху литосферата чрез:

1. Промяна на интензивността на ерозионните процеси.

2. Пренос на химични елементи посредством растенията.

3. Промяна в интензивността на процесите на изветряне на скалите.

4. Образуване на утаечни скали.

Най-значимо и уникално е въздействието на живите организми върху литосферата в резултат на което се формира почвата.

Това сборно понятие включва условията на неорганичната среда, които въздействат върху организмите и техните съобщества. Екологията изучава предимно условията на средата, които са биологично активни по отношение на живите организми.

1. Климатични или атмосферни абиотични фактори

а) Светлина и лъчиста енергия

б) Температура

в) Влажност на въздуха, валежи

г) Снежна покривка

д) Атмосферно налягане, газов състав и движение на въздуха

е) Атмосферно електричество

2. Почвено - грунтово (едафични) фактори

3. Орогеографски (геоморфологични) фактори

4. Хидрологични фактори

Понятието атмосферно електричество включва йонизация на въздуха, въздействие на електричното поле и въздействие на магнитното поле. В някои ръководства тези три елемента се разглеждат самостоятелно, тъй като имат различно биологично въздействие.

Абиотични екологични фактори са пожарите и съдържанието на биогенни соли (макроелементи и микроелементи). Биогенните соли най-често са ограничаващи фактори във водите и почвата.

Според Одум (1975) в наземните екосистеми определящо значение имат светлината, температурата и водата (валежите), а в морските екосистеми - “голямата тройка” - светлина, температура и съдържание на соли. Дрьо (1974) посочва, че за наземните животни определящо значение имат климатичните фактори, за почвените животни - факторите, включени в сборното понятие “едафични”, а за водните - факторите, определящи абиотичните условия във водна среда.

При изучаването на абиотичните фактори трябва да се имат предвид два основни принципа:

1. Необходимо е да се изучава както самостоятелното, така и съчетаното им въздействие върху организмите, но определящо значение има изучаването на интегралния ефект на определящите фактори.

2. Съществуването на организмите зависи от поносимостта им към различните фактори и техните изменящи се параметри.

Въз основа на получените данни е възможно да се прогнозира преживяемостта, продуктивността и т.н. на отделните видове и на съобществото като цяло в зависимост от променящите се абиотични фактори. Този подход дава възможност да се интродуцират видове, приспособителните възможности на които съответстват на конкретните условия на средата, преценени интегрално. При антропогенни изменения на абиотичните фактори без проучвания върху поносимостта на видовете може да се предизвикат съществени промени в биоценозите. Приема се, че на първо място намаляването на видовото разнообразие се дължи на промените в жизнената среда, резултат от антропогенни въздействия.

Климатичните фактори имат определящо значение за наземните екосистеми. Те включват светлина, температура, влажност и скорост на движение на въздуха, валежи, снежна покривка, атмосферно налягане, атмосферно електричество и др.

Климат. Понятието “климат” е сборно и включва редица абиотични екологични фактори. Климатът представлява статистичен режим на атмосферни условия в даден район, които са в зависимост от неговото географско положение. Захариев (1998) дава следната дефиниция на климата: характерен за дадена местност многогодишен режим на времето, който се определя от слънчевата радиация, нейното преобразуване в активния слой на земната повърхност и свързаната с тях циркулация на атмосферата и океаните. Този режим претърпява известни промени, които в исторически аспект се преценяват като колебания. Според Монин (1956) климатът е статистически режим на колебанията в състоянието на атмосферата през сравнително кратки периоди (до една година), които са в зависимост от колебанията през продължителните периоди (десетилетия, столетия, хилядолетия).

Климатообразуващите процеси на нашата планета включват три цикъла: топлооборот (който създава топлинния режим на атмосферата), влагооборот (постоянния обмен на влага между земната повърхност и атмосферата и между атмосферните слоеве) и атмосферна циркулация (неравномерното разпределение на температурата в атмосферата довежда до неравномерно разпределение и на атмосферното налягане, което определя въздушните течения). По-важни географски фактори, които оказват влияние върху климата, са географска ширина, надморска височина, релеф, разпределение на континенти и океани на Земята, океански течения, ледена и снежна покривка, вид и строеж на почвата, характер на растителността.

Берг (1945) определя климата като средно състояние на метеорологичните явления, атмосферните процеси или особеностите на въздушните маси, доколкото това средно състояние се отразява върху живите организми, а също така и върху почвената покривка.

Димитров (1974) отбелязва, че България се намира в умерения климатичен пояс на Европа. Наблюдава се и пренасяне на тропичен въздух от по-малки ширини. Под влиянието на тези фактори в България се формира умерен климат с различни нюанси поради местни причини, като планински релеф и надморска височина, а също така и средиземноморското климатично влияние, което е по-силно изразено в южната част на страната, но се чувства и в планинските райони.

От друга страна, голямо влияние оказват климатичните колебания и особено екстремалните условия на дадения тип климат, които в отделни години нанасят огромни поражения на селското стопанство. Това са продължителните суши, силните застудявания, прекомерните валежи.

България има благоприятни условия за за използване на слънчева енергия. Територията на страната влиза в т. нар. “слънчев пояс” /между 45 с.ш. и 45 ю.ш./ и получава значително количество слънчева енергия. Годишната продължителност на слънчевото греене за нашата страна е от 2000 до 2500h. Най-подходящ географски район у нас за използване на слънчевата енергия е Черноморското крайбрежие, както и редица места в южните части на страната.

Потенциалните енергийни ресурси на вятъра у нас са големи. В миналото ветровата енергия се е използвала много повече, главно в Добруджа, за нуждите на вятърните мелници. Ветровата енергия на дадено място ще зависи от ветровия режим, което трябва да се отчита при конструирането и поставянето на ветроенергийните устройства.

Използването на слънчевите и ветрови ресурси за получаване на енергия е изключително екологично чисто и икономически изгодно. Наред с ядрената енергия те ще станат основата на бъдещата енергетика на човечеството.

Свързването на климатичните фактори с човешкия организъм и възможността да се определи биологичния потенциал на климата е основата за оценка на биоклиматичните ресурси. В България е направено физиолого-климатично райониране и са категоризирани биоклиматичните ресурси за нуждите на климато-терапията,климато-профилактиката и курортното строителство. В същност това е и оценката на рекреационните ресурси. Според В. Маринов България се разделя на 5 физиолого-климатични зони:

- високопланинска зона - над 2000m

- среднопланинска зона - от 1200 до 2000m

- преходна зона - от 800 до 1200m

- равнинно-котловинна зона - до 800m

- крайбрежна Черноморска зона - до 800m

От гледна точка на балнеологията най-благоприятни са среднопланинската и Черноморската крайбрежна зона.

Мезоклиматът зависи не само от климатичната област, в която е разположен, но и от конкретните особености на ландшафта. Върху мезоклимата оказва влияние релефът на местността, водоемите, растителността, интензивността на слънчевата радиация и климатичните особености на района. Особено подчертано е влиянието на зелените растения, които променят качествата на въздуха - през лятото повишават влажността и намаляват въздействието на слънчевите лъчи, което понижава температурата на въздуха със 7-13^oС. Растенията поглъщат съдържащите се във въздуха газообразни замърсители, а върху повърхността на листата им се отлагат твърдите съставки на аерозола, т. е. изпълняват ролята на биологични пречистватели. Интензивността на поглъщането на газове зависи от техния химичен състав и концентрацията им, от продължителността на въздействието и физиологичните и биохимичните особености на растителните видове. Дървесните видове с голяма обща повърхност на листата изпълняват най-ефектно ролята на филтри. Твърдите съставки, които се отлагат върху листата, се отмиват от валежите или се отстраняват от въздушните течения, при което се възстановява пречистващата способност на дърветата. Капацитетът на зелените растения е различен. Например за един вегетационен период едно тополово дърво може да отстрани от въздуха 53 кg прах, а една върба - до 34 кg. Освен това зелените растения променят и биотичните фактори в екосистемата. Доказано е, че въздухът, преминаващ през горски пояси, значително се пречиства от микроорганизми. Бактерицидното действие на дърветата е не само резултат от механичното отстраняване на микроорганизмите, които се отлагат върху листата, но се дължи и на фитонцидите. Най-висока е бактерицидната активност на младите листа. Растенията променят и атмосферното електричество в екотопа.
Микроклиматът е климат на организмово равнище, т.е. климатът, в който съществува определен индивид в дадена екосистема. Микроклиматът въздейства на организма непосредствено, докато екоклиматът характеризира климатичните особености на малка част от биотопа, в която живеят повече индивиди или видове. Според Радкевич (1977) резки граници между екоклимата и микроклимата не съществуват. Той посочва, че екоклиматът е климатът на относително големи територии (т.е. мезоклимат), докато микроклиматът включва климатичните особености на малки участъци от екотопа.

Микроклиматът зависи от климатичните особености на дадения екотоп, от характера на растителното съобщество и от жизнената дейност на животните. Например с устойчив микроклимат се характеризират убежищата на някои животни под земята. Наличието в един екотоп на много различни микроклиматични комплекси позволява съществу-ването на видове с много диференцирани изисквания към факторите на средата.

Най-голямо значение имат температурата, влажността и светлината. Те имат сезонни и денонощни колебания и са в зависимост от географската зоналност.

Периодичността в жизнената дейност на растенията и животните е резултат от приспособяването им към измененията на климатичните фактори и най-вече към смяната на сезоните. Връзката между климатичните фактори и периодичните (сезонните процеси) в жизнената дейност на животните и растенията се изучава от науката фенология. В резултат на еволюцията при растенията и животните са се формирали анатомо-морфологични, физиологични, биохимични и други приспособления към сезонните изменения на средата. При всеки вид съществува годишен цикъл с определена последователност и продължителност на периодите на интензивно развитие и растеж, размножаване, подготовка за презимуване. Съвпадането на всяка от фазите на жизнения цикъл с измененията на климатичните фактори и съответната реакция спрямо тези изменения имат решаващо значение за съществуването на вида.

Слънчева радиация. Тя е най-важният абиотичен фактор, който има пряко и косвено въздействие върху всички организми в биосферата, е светлината. Според Одум (1975) ограничаващ фактор за съществуването на живите организми е енергията, 99,99% от която се осигурява от Слънцето. Той отбелязва, че еволюцията на биосферата като цяло е била насочена главно към “укротяване” на достигащата до Земята слънчева енергия за ефективното използване на нейните полезни за организмите съставки и отслабване на неблагоприятните последици на вредните. Светлината в ежедневния смисъл е субективното усещане, породено от възприемането на електромагнитно излъчване с дължина на вълната, която е видима за човешкото око. В по-общ научен и технически контекст светлината е самото електромагнитно излъчване, независимо от дължината на вълната.Трите основни характеристики на светлината (и на всяко електромагнитно излъчване) са яркост (възприемано от човешкото око като интензитет), дължина на вълната (или честота, възприемана от човешкото око като цвят) и поляризация (при нормални обстоятелства човешкото око не може да я регистрира).

Според съвременната физика светлината представлява вълново-корпускулярно лъчение, т.е едновременно се проявява като поток от частици (фотони), които могат например да избиват електрони (фотоелектричен ефект), а в друг случай се държат като вълна - наблюдават се явленията дифракция и интерференция. Скоростта на светлината във вакуум е теоретично най-голямата възможна скорост в природата, приблизително равна на 300 000 km/s.

Според квантовата механика фотоните нямат маса, което следва непосредствено от теорията на относителността:

поради това, че за да се ускорят до тази скорост би им била необходима безкрайно много енергия (знаменателят е нула).

• 
  географската ширина;
  
• 
  месецът и сезона;
  
• 
  времето в денонощието.
  

Светлата част на денонощието на екватора е постоянна - около 12 часа, в тропическия пояс разликата между най-дългия и най-късия ден в годината е 1-2 часа, в субтропиците тя достига 3-4 часа и се увеличава по посока на полярния кръг, където през периода на най-дългия ден слънцето залязва за съвсем кратко време (така нар."бели нощи").В различните географски ширини часът и продължителността на изгряването и залязването на слънцето е различен. За летния сезон на географската ширина на България, както и в района близко до екватора слънцето изгрява бързо, в обедните часове то се намира високо и след това бързо залязва. Нощта преминава много бързо в ден и денят в нощ. В най-северните райони то изгрява бавно над хоризонта, стои ниско в обедните часове и след това бавно залязва. В тези ширини растенията се намират дълго време под въздействието на продължителна, но по-малко интензивна слънчева радиация, докато в южните ширини растенията са под въздействието на голяма мощност на светлинния поток за по-кратко време.

.