2. Погода и окружающий нас мир растений и животных

Все люди в той или иной мере интересуются состоянием погоды. В зависимости от характера их занятий интерес этот постоянный или эпизодический. Сельские жители, рыбаки, водители автомобилей, поездов, пилоты самолетов и вертолетов, так же как и люди других профессий, работающие на открытом воздухе, повседневно связаны с погодой, которая определяет непосредственно условия их производственной деятельности, а в некоторой степени - и быта. Зависимость от погоды - удел не только человека, но и всего живого на Земле.

На погоду реагируют едва ли не все живые организмы, но с разной степенью "оперативности" и с разной степенью очевидности для наблюдателя. При удивительном разнообразии животного и растительного мира реакция на изменения погоды также удивительно разная: одни организмы откликаются на изменение состояния неба, освещенности, солнечного сияния, другие - на изменение влажности и температуры воздуха, выпадение осадков, третьи - на изменение ветра, атмосферного давления и т. д.

За многие тысячи лет своего существования человечество накопило солидный багаж наблюдений за погодой и ее изменениями и за связанным с нею поведением животных и растений. Результаты таких наблюдений нашли отражение в сказках, песнях, пословицах и поговорках различных народов. Многое из этого фольклора дошло до наших дней. Научный анализ сохранившегося наследства показывает, что некоторые представления,

бытующие в народе, действительно являют собой плод вдумчивых сопоставлений и поразительной наблюдательности наших предков, стоявших несравненно ближе к природе, чем современный человек; но иные из них порождены просто-напросто вымыслом и воображением и находятся в непримиримом противоречии с фактами и действительностью.

Одно из самых устойчивых и укоренившихся заблуждений - вера в чудесную способность растений и животных предвидеть изменения погоды. На самом же деле все живое лишь реагирует на уже свершившиеся изменения погоды. "Прогностические" же возможности живых организмов очень невелики, хотя и ими не следует пренебрегать...

2.1. Почему один из самых древних метеорологических приборов - флюгер украшался фигурой петуха, а в английском языке он даже носит название "погодный петух" (weather cock)?

В Европе обычай украшать указатель направления ветра фигурой петуха (рис. 5) берет свое начало с IX века, когда по указу папы римского шпиль каждой церкви должно было венчать изображение этой птицы - эмблема апостола Петра, который, по преданию, отрекся от Христа трижды, прежде чем дважды прокричал петух. Это одна версия. По другой версии, петух на шпиле церкви служил напоминанием о том, что "церковь божия бдит над душами верующих".

2.2. Почему перед ненастьем из канав и болот начинает исходить резкий запах, слышно бульканье?

Ненастье приносит циклон, а он, как правило, сопровождается значительным понижением атмосферного давления. В водоемах при этом повышается уровень воды, из почвы выходят наружу накопившиеся там газы - продукты гниения листвы, травы и водорослей в канавах и болотах.

При высоком давлении газы держатся у самой поверхности земли, а при низком - выходят наружу, распространяются вширь и вверх.

2.3. Можно ли по поведению чаек судить о предстоящей погоде?

Чайки действительно чутко реагируют на изменения погоды. Возможно, это объясняется особенностями строения их тела: трубчатые кости чаек, полые внутри, чувствительны к изменению давления, как вакуумные коробочки приборов-анероидов. Давно замечено, что при хорошей устойчивой погоде чайки садятся на воду, при ухудшении погоды бродят по берегу и прибрежным отмелям, при ветреной - летают над водой. Все это свидетельствует об умении чаек быстро приспосабливаться к сложившейся в данный момент погоде, но никак не о способности их предвидеть ее изменения: метеорологическим процессам присуща инерция, то есть свойство сохранять некоторое время установившийся тип погоды. При устойчивой антициклонической погоде ветер обычно слабый, в воздухе тепло, вода прохладнее воздуха и над ней нет восходящих потоков. Чтобы держаться в воздухе, чайкам надо интенсивно работать крыльями, они быстро устают и потому охотно садятся на воду и, плавая, продолжают охотиться за рыбой. Перед штормом рыба, чувствительная к изменению давления, уходит на глубину, и чайки вынуждены искать пищу на берегу. При сильном ветре чайки могут подолгу парить в воздухе, используя для набора высоты подъемную силу встречного потока воздуха; они в состоянии продолжать охоту, летая над водой.

5. Флюгер с петухом

Как видим, все значительно проще, чем может показаться при некотором воображении. Дело не в способности предвидеть изменения погоды, а в умении использовать эти изменения.

2.4. Могут ли существовать живые организмы во льдах?

Могут. В период полярного дня во льдах Арктики и Антарктики и летом на ледниках горных стран можно наблюдать прослойки розового цвета. Это под воздействием солнечных лучей идет развитие микроорганизмов, окрашивающих льды в розовые тона. В ледниках горных районов выявлено более полусотни разновидностей растений, окрашивающих льды в различные оттенки красного, розового и желтого цветов. Случается, что снег становится черным благодаря массе осевших на него не боящихся холода насекомых. Однако окрашенность льда или снега не всегда связана с живыми организмами - иногда причиной ее может быть пыльца хвойных деревьев золотистого либо желтого цвета или частицы пыли.

6. Антарктический ландшафт. Вулкан Эребус (3794 м) на о. Росса. Фото Б. Втюрина

2.5. Есть ли растения, способные "сигнализировать" об изменениях погоды?

Многие растения активно реагируют на изменение освещенности. В большинстве случаев в сторону светила обращены цветы, некоторые из них "провожают" солнце при его движении по небосклону (например, подсолнечник). У ряда растений на положение солнца на небе реагируют и листья (правда, в районах недостаточного увлажнения они занимают положение, наиболее выгодное не с точки зрения получения солнечного тепла, а с точки зрения условий испарения). Из тропической растительности можно указать на листья эвкалипта, из растений средних широт - на бобовые.

В средних широтах растения в большинстве своем реагируют на освещенность - цветы и листья многих из них поворачиваются к свету, обеспечивая получение максимума возможного количества лучистой энергии Солнца. Многие цветы раскрываются навстречу утренним лучам Солнца и закрываются с вечерней зарей или при затягивании небосклона плотной облачностью. Последнее случается чаще всего перед дождем, и в этом смысле поведение цветов может служить сигналом к ухудшению погоды, которое, впрочем, с не меньшим успехом может быть замечено и при внимательном наблюдении за состоянием неба. Некоторые же растения, как, например, душистый табак, наоборот, раскрывают цветки, когда уменьшается освещенность, наступают сумерки или появляются плотные облака. В сухих и полусухих субтропиках есть растения, реагирующие на количество влаги в почве и в воздухе,- их листья при недостатке влаги скручиваются, чем достигается уменьшение испарения, а при уменьшении жары и восстановлении достаточного уровня влаги - распрямляются вновь.

Таким образом, растения чутки к изменениям погоды, но своим поведением они не столько предваряют ее изменения, сколько следуют за ними.

2.6. Дышат ли растения?

Да, дышат и при этом, как и животные, используют для дыхания кислород воздуха, перерабатывая его в углекислый газ, который они "выдыхают". Однако кроме дыхания у растений при дневном свете под действием солнечных лучей в листьях происходит процесс, обратный дыханию,- соединение воды с углекислым газом и образование углеводов, а также кислорода, выделяемого в воздух. Процесс этот называется фотосинтезом. При фотосинтезе энергия Солнца превращается в энергию химических связей органических веществ. Условно этот процесс может быть выражен формулой:

солнечный свет + СO₂ + Н₂O ↔ СН₂O + O₂.

При дыхании растений, наоборот, происходит выделение тепла, и формула дыхания имеет вид:

СН₂O ↔ CO₂ + Н₂O + тепло.

На дыхание расходуется некоторая часть органического вещества растения - уменьшается масса активно участвующих в процессе дыхания молодых его частей (верхушек стеблей, кончиков корней, которые могут терять до 1% своей массы в сутки). Интенсивность дыхания практически не зависит от освещенности, она изменяется при колебаниях внешней температуры: при очень высокой температуре (45 - 50°С) она уменьшается и дыхание может прекратиться совсем; при низкой температуре интенсивность дыхания у растений ослабевает, но оно не прекращается даже при отрицательной температуре, а у почек лиственных и игл хвойных деревьев оно происходит и при сильных морозах.

2.7. Как много кислорода и органических веществ создает растительность нашей планеты?

Ежегодно растительность, состоящая приблизительно на 90% из водорослей и одноклеточной "зелени" океанов, запасает около 100 млрд. т органических веществ и выделяет около 145 млрд. т кислорода. При этом растениями усваивается около 200 млрд. т углекислого газа.

Цифры, указанные нами, следует рассматривать как приблизительные. Так, по другим расчетам, количество кислорода, ежегодно выделяемое растениями земного шара, составляет 200 млрд. т. Расход кислорода на дыхание растениями и животными, по данным советских ученых М. Будыко и А. Бронова, немного меньше его прихода, и, таким образом, в настоящее время на Земле существует положительный кислородный баланс (равный сотым долям процента массы кислорода в атмосфере).

2.8. Когда и сразу ли в нынешнем количестве возник кислород в земной атмосфере?

Большинство исследователей объясняют присутствие кислорода в атмосфере сложившимися на Земле сотни миллионов лет назад благоприятными условиями для фотосинтеза. М. Будыко и А. Бронов высказывают такую точку зрения на эволюцию содержания кислорода в земном воздухе: уже в докембрийскую эпоху на Земле существовали многоклеточные организмы, требующие для своего развития значительного содержания кислорода в воздухе; таким образом, уже 500 млн. лет назад масса кислорода в атмосфере составляла примерно одну треть его современной массы. Она постепенно увеличивалась. В последующие эпохи было несколько "всплесков" количества кислорода и несколько "спадов", регулировавших развитие живой природы. Резкие "всплески" содержания кислорода были в девоне - карбоне (450 - 300 млн. лет назад) и во второй половине мезозоя (150 млн. лет назад). Уменьшение содержания кислорода наблюдалось в триасе (200 млн. лет назад).

2.9. Как изменялся животный мир Земли с изменением содержания кислорода в воздухе?

На этот вопрос можно ответить лишь предположительно, исходя из данных геологии, палеонтологии и наших представлений о потребности в кислороде живых организмов. Известно, например, что больше других расходуют кислород подвижные организмы, для которых характерны большие энергозатраты. Много кислорода расходуют птицы, несколько меньше - наземные животные, еще меньше - водные животные, так как в воде сравнительно невелико влияние силы тяжести. Теплокровные животные потребляют больше кислорода, чем холоднокровные, а при прочих равных условиях крупные животные больше нуждаются в кислороде, чем мелкие. Можно предположить, что в девоне, при первом "кислородном всплеске", позвоночные вышли из воды на сушу, а в триасе, при спаде содержания кислорода в воздухе, вымерли многие наземные животные палеозоя. При втором "кислородном всплеске" возникли млекопитающие, а затем, в середине юрского периода,- и птицы, потребляющие значительное количество кислорода в связи с огромным расходом энергии в полете.

2.10. Какие атмосферные условия способствуют развитию болезней растений?

Основные элементы, от которых зависит здоровье или нездоровье растений,- это температура и влажность воздуха. Толчком для развития некоторых видов болезней, распространяемых, в частности, спорами, служат появление влаги на поверхности растений и ветер, который разносит споры. Так, болезнь картофеля - фитофтора - вызывается грибком, зимующим в клубнях, а после их прорастания перебирающимся в стебли. Развитие спор фитофторы начинается при установлении теплой погоды (10°С) с высокой влажностью воздуха. Заражение происходит, когда листья растений остаются мокрыми 8 ч подряд. Споры превращаются в грибок быстро - в течение всего 4 ч. В средней полосе условия, благоприятные для развития фитофторы, наступают обычно в июне.

2.11. Почему некоторые насекомые-вредители распространены лишь в определенных климатических зонах?

Распространение насекомых-вредителей определяется условиями внешней среды, благоприятными или неблагоприятными для их размножения. Для ряда насекомых приемлемые условия существуют только в районах с определенным климатом. Так, например, муха цеце встречается в тропической Африке между 15° с. ш. и 20° ю. ш. Она обитает в кронах деревьев, где транспирация и тень обеспечивают высокую влажность и умеренную температуру - оптимальные условия для ее размножения. В условиях высокой влажности муха цеце может обходиться без пищи больше недели, но в сухой сезон погибает за три дня.

В тропических областях на Ближнем Востоке и в Африке огромный вред сельскохозяйственным культурам эпизодически приносит пустынная саранча. Развитие последней происходит в условиях повышенной влажности после выпадения в пустынях дождей (саранча откладывает яйца во влажную землю, и ее потомство, пока у него не вырастут крылья, питается зеленой травой). Миграция стай крылатой саранчи происходит по районам выпадения дождей в направлении преобладающих ветров, при температуре воздуха от 20 до 40°С. Как раз такие условия существуют вблизи внутритропической зоны конвергенции - узкой зоны сходимости воздушных течений в низких широтах, которая характеризуется резкими контрастами влажности воздуха, направлений ветра, иногда и температуры. В соответствии с сезонными смещениями этой зоны перемещаются и массы саранчи, поедающей на своем пути огромное количество растений.

2.12. Может ли ветер способствовать распространению инфекций?

Может, хотя перенос инфекций ветром - явление сравнительно редкое. Возбудители ряда болезней распространяются не только посредством диффузии, но и с помощью ветра. Так, распространению ящура - очень опасной заразной болезни, поражающей крупный рогатый скот, овец и свиней, в 1967/68 году в Англии и континентальной Европе, как показали исследования, способствовал ветер.

Ветром могут переноситься и споры вредителей растений, в частности головни, поражающей пшеницу. В Великобритании в 1955 году потери урожая пшеницы достигли 75% из-за поражения посевов головней, облака спор которой были занесены ветром из Северной Африки и континентальной Европы.

2.13. Могут ли осадки переносить инфекции?

Обильные осадки в сочетании с высокими температурой и влажностью воздуха действительно способствуют распространению некоторых видов заболеваний. Эпидемии малярии, холеры, дизентерии и чумы в прошлом вспыхивали в некоторых районах земного шара с умеренным климатом именно в наиболее жаркие годы, а также после больших наводнений. Но повинны в этом вовсе не осадки, а высокие влажность и температура воздуха, которые создают благоприятные условия для развития и быстрого распространения носителей болезней.

2.14. Связаны ли с метеорологическими условиями инфекционные заболевания домашних животных?

Метеорологические условия часто способствуют распространению инфекционных заболеваний. Иногда, впрочем, прямая причинно-следственная связь здесь отсутствует: большинство широко распространенных вирусов разносится насекомыми, благоприятные для размножения насекомых внешние условия могут привести к возникновению эпизоотии. В других случаях переносчиком заразных болезней являются другие живые организмы и растительность, поедаемая животными. Так, виновницей заражения овец печеночным глистом является одна из разновидностей улитки. Для массового размножения этих улиток, как и яиц паразита, нужны высокая влажность и тепло: при температуре ниже 10°С паразит не развивается ни в яйце, ни в промежуточном организме улитки.

Некоторые инфекционные заболевания домашней птицы распространяются по воздуху с ветром на расстояние до 100 км; с ветром, как говорилось выше, может распространяться и очень заразная болезнь - ящур, поражающий домашний скот.

2.15. Связаны ли с погодой случаи массовой гибели урожая кофе?

Болезнь кофейных деревьев вызывается грибком, который селится на ветках с созревающими семенами. Оптимальная температура распространения грибка около 22°С. При затяжных дождях и увеличении испарения, сопровождающихся длительным понижением температуры воздуха, как это имело место в Кении в 1966/67 году, возможно широкое распространение грибка, поражающего кофейные деревья.

2.16. Что такое радиационный баланс?

Это важная характеристика потоков лучистой энергии, поглощаемой и излучаемой атмосферой. Алгебраическая сумма поглощаемой атмосферой солнечной радиации, длинноволнового излучения земной поверхности и собственного излучения атмосферы в мировое пространство и к земной поверхности - это и есть радиационный баланс атмосферы.

2.17. Каким образом полиэтиленовая пленка, покрывающая землю, защищает растения, высаженные в проделанные в ней отверстия?

Когда грунт накрыт полиэтиленовой пленкой, растения развиваются лучше, так как под пленкой создается искусственный микроклимат. Этому способствуют три положительных свойства пленки: она практически полностью преобразует лучистую энергию Солнца, достигающую Земли, в тепловую, что существенно повышает температуру воздуха под пленкой; она уменьшает испарение с поверхности почвы, стабилизирует ее водный баланс; она угнетает рост сорняков, получающих меньше света под пленкой, тогда как культурные растения имеют в этом отношении заметное преимущество - стебли и листья их, развиваясь над пленкой, получают максимум возможного солнечного света.

2.18. Почему под мхом почва всегда холоднее, чем под обычной растительностью?

Мох плохо проводит тепло и в то же время испаряет много влаги, а это влечет за собой дополнительный расход тепла на испарение. Поэтому в северных районах под толстым слоем мха почва летом зачастую оттаивает плохо и только на небольшую глубину. На северо-востоке страны мхи способствуют сохранению многолетней мерзлоты.

2.19. Как влияет температура внешней среды на жизнедеятельность животных с разным тепловым режимом?

Температура внешней среды решающим образом влияет на жизнь всех животных, но возможности активной деятельности при неблагоприятном температурном режиме у высших животных - млекопитающих и птиц - значительно большие, чем у низших. В то же время последние способны переносить, впадая в спячку или в неподвижное, лишенное признаков активности состояние, гораздо более низкие температуры внешней среды, чем высшие классы животных. У некоторых животных при высокой способности к выживанию в неблагоприятных условиях весьма ограниченная активная деятельность, так как она лимитируется узким диапазоном температуры, в пределах которого эта деятельность возможна. Это заставляет многих животных, не обладающих механизмом терморегуляции тела, приспосабливаться к складывающимся условиям внешней среды - перемещаться на освещенные солнцем участки, занимать положение, обеспечивающее наибольший нагрев их тела, а при чрезмерном нагреве земной поверхности солнцем, наоборот, искать укрытия - под ветвями растений, в норах и т. п.

7. Гадюка обыкновенная - представитель холоднокровных животных. Фото Б. Тимофеева

Впрочем, всем животным присуща способность использовать микроклиматические особенности ландшафта для приближения температуры их тела к оптимальной в условиях неблагоприятного режима температуры внешней среды. Однако животные, обладающие механизмом терморегуляции тела, меньше зависят от термического режима, чем животные, которые таким механизмом не обладают.

8. Морской котик - представитель теплокровных животных. Фото Л. Воробьева

2.20. У всех ли животных температура тела приблизительно постоянна?

Нет, далеко не у всех. По тепловому режиму тела животные делятся на две группы: пойкилотермные животные (беспозвоночные, рыбы, пресмыкающиеся, то есть холоднокровные), не обладающие механизмом терморегуляции, который способствует поддержанию температуры тела на некотором относительно постоянном уровне, и гомойотермные (большинство млекопитающих, птицы, то есть все теплокровные), обладающие таким механизмом. Температура тела пойкилотермных животных колеблется в очень широких пределах, следуя в общем температуре окружающей среды. На температуру тела пойкилотермных животных, кроме внешней среды, значительное влияние оказывают процессы обмена веществ (метаболизма), связанные с выделением тепла. Температура тела таких животных может повышаться под воздействием солнечной радиации и понижаться за счет потерь тепла на испарение с поверхности тела.