А. Е. Аствацатуров. Инженерная экология 4 страница

Наша пища нередко содержит и остатки удобрений. Когда в почву вносится удобрение в слишком большом количестве, в растениях может накапливаться азотистое соединение - нитрат. Это приводит к загрязнению растительной пищи, например, овощей - нитратами, которые могут быть превращены бактериями в опасные для здоровья нитриты.

Опасные свойства химикатов, выбрасываемых в природу или попавших в сельскохозяйственный оборот, распознаются зачастую лишь после их длительного использования. Можно предположить, что в недалеком будущем, наряду с известными сейчас вредными загрязнителями, будут выявлены новые, не менее опасные.

Последствия попадания в окружающую среду загрязняющих веществ разнообразны, среди которых на первом месте поражение нервной системы, воздействие на наследственное вещество, вызывающее уродство и высокую смертность новорожденных, онкологические заболевания. По данным Европейского бюро окружающей среды (Брюссель), ежегодно в мире от рака умирает 5 млн. чел. Основным фактором, вызывающим эти заболевания, считается воздействие загрязняющих веществ, содержащихся в воде, воздухе, почве, пище. Согласно некоторым американским исследованиям, до 90% всех раковых заболеваний происходит по этой причине. Перечень канцерогенных веществ постоянно растет в основном по причине синтеза все новых и новых химических соединений. Поэтому цивилизованные страны издают периодически официальные предписания по защите от канцерогенных веществ. Например, в Германии установлены три группы канцерогенных веществ. Немецкий ученый Г.Хефлинг считает, что люди, их использующие, должны быть предупреждены о грозящей опасности. Каждое предприятие, где применяют эти вещества, должно проверить, нельзя ли их заменить другими, безвредными. Если такая замена возможна, использование канцерогенного вещества должно быть запрещено. Предписаны подробные правила упаковки и маркировки всех опасных веществ.

Особо вредные загрязнители, такие, как тяжелые металлы (свинец, кадмий, ртуть), неорганические газы (двуокись серы, угарный газ, окислы азота, озон), нитросоединения и хлорированные углеводороды (ДДТ, хлористый винил), организм человека может получить из окружающей среды через кожу, с дыханием, с пищей. Когда опасные загрязнители встречаются в комбинации с другими веществами, то характер действий их на организм может быть непредсказуем. Иногда совершенно не ядовитые вещества, реагируя между собой, образуют опасный яд. Эти превращения могут происходить не только в окружающей среде, но и в самом организме, оказывая свое вредное действие.

^ Глава 3. ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФАКТОРЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Природу побеждают только

повинуясь ее законам.

Ф. Бэкон

3.1. "Закон минимума" Ю. Либиха

Каждая особь, популяция, сообщество испытывают одновременно воздействие различных факторов, но лишь часть из них являются жизненно важными. Такие жизненно важные факторы называются лимитирующими. Чаще всего хотя бы один фактор лежит вне оптимума. И от этого фактора зависит возможность существования вида в данном месте. Еще в 1840 году Ю. Либих установил, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Ему принадлежит приоритет изучения различных факторов на рост растений и выявление того, что урожай растений можно эффективнее всего повысить, улучшив минимальный фактор (обычно - увеличив количество N и P), а не те элементы питания, которые требуются в больших количествах, такие, как, например, двуокись углерода или вода. Вещества, которые требуются в ничтожнейших количествах, но которых очень мало и в почве, например цинк, эти вещества и становятся лимитирующими. Концепция Либиха о том, что "рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве" стала известна как "закон минимума" Либиха.

Для успешного применения на практике концепции Либиха к ней необходимо добавить два вспомогательных принципа: первый - ограничительный ("закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния, т.е. когда приток и отток энергии и вещества сбалансирован"); второй - принцип взаимодействия факторов, который утверждает, что "высокая концентрация или доступность одного вещества или действие другого (не минимального) фактора могут изменять скорость потребления элемента питания, содержащегося в минимальном количестве".

Для инженера-эколога концепция лимитирующих факторов ценна тем, что она дает отправную позицию при исследовании сложных ситуаций в системе "человек – техника - природа". Взаимоотношения элементов такой системы могут быть весьма сложными. В процессе решения задач новой техники и технологии специалист может выделить вероятные слабые стороны и заострить внимание, хотя бы в начале, на тех характеристиках среды, которые могут оказаться критическими или лимитирующими.

^ Пределы толерантности. Наряду с выводом о том, что "рост растений зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве", ставшим основой либиховского "закона минимума", Ю. Либих указывал на диапазон лимитирующих показателей. Было выяснено, что лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток таких факторов, как свет, тепло и вода. Понятие о лимитирующем влиянии экологического максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд (1913 г.), сформулировавший "закон толерантности". Диапазон между двумя величинами, экологическим минимумом и экологическим максимумом, которым характеризуются так или иначе все живые организмы было принято называть пределом толерантности (от лат. toleratia - терпение, терпимость). Если определенный организм обладает небольшим диапазоном толерантности к одному из изменчивых факторов, то этот фактор заслуживает пристального внимания, ибо он может оказаться лимитирующим. Например, кислород, вполне доступный для организмов, обитающих в наземных частях экосистем, редко может оказаться лимитирующим. Тогда как для организмов, обитающих под водой, кислород может стать важным лимитирующим фактором. В случае экстремального сужения диапазона толерантности живой организм может всю метаболическую энергию затратить на преодоление стресса, связанного с уменьшением пределов лимитирующего фактора, а из-за недостачи энергии на нормальную жизнедеятельность - погибнуть. Если белый медведь в силу каких-либо обстоятельств будет перемещен в теплые края, то ему придеться тратить всю метаболическую энергию на преодоление теплового стресса, и животному не хватит энергии на добывание пищи и сохранение своего вида в природе.

Концепция лимитирующих факторов в общем случае широко распространяется как на биологические, так и на физические факторы, и на изложение всего, что известно по этому вопросу, потребовался бы печатный труд большого объема, что не входит в задачу данной книги. Однако, учитывая, что инженеру-экологу приходится чаще иметь дело с физическими факторами, кратко перечислим основные физические и климатические факторы.

3.2. Температура

В климатических пространствах Вселенной температура колеблется в диапазонах тысяч градусов. По современным данным, жизнь в условиях Земли может существовать примерно в пределах 3000С (от – 200 до + 1000С). Реально подавляющее большинство видов организмов может жить и размножаться при узком диапазоне температур. При этом температурные ритмы входят в круг важнейших планетарных ритмов вместе со световыми, приливно-отливными и ритмами изменения влажности, которые контролируют активность жизнедеятельности растений и животных в течение времен года и суток. Вместе с тем, температура - одна из важных характеристик, входящих в мониторинг природной среды (см. также гл.8, разд.8.4), осуществляющих наблюдение, контроль, прогноз и управление.

Мониторинг температуры выполняется достаточно точными приборами с электронными датчиками, такими, как платиновые термометры сопротивления, термопары и термисторы, предоставляющие возможность измерять температуру в труднодоступных условиях и осуществлять непрерывную (если это необходимо) регистрацию измерений. Этими же приборами легко выполнить измерения характеристик различных объектов, отличающихся устойчивостью температур.

В экологических исследованиях изменчивость температуры является очень важным показателем. Дело в том, что температура, колеблющаяся в пределах 10-300С (при средней 200С), действует на организмы и растения обычно не так, как постоянная температура 200С. Организмы в природных условиях подвергаются воздействию переменных температур. И, как показывает практика, жизнедеятельность организмов угнетается, замедляется, а иногда и подавляется при воздействии постоянной температуры. Экстремальные исследования экологов и зоологов свидетельствуют о более быстром развитии организмов при переменной температуре по сравнению с тем, что происходит в постоянной температурной среде (примеры: яйца, личинки и куколки яблонной плодожорки в колеблющейся температурной среде развиваются на 7-8% быстрее, чем при постоянной температуре; при переменной температуре развитие яиц кузнечика происходит быстрее на 38,6%, а нимф - на 12% по сравнению с развитием в условиях постоянной температуры).

Пока нет достоверных сведений, обусловлен ли этот ускоряющий эффект самим колебанием температуры или усиленным ростом, который вызывается временным повышением температуры и не компенсируется замедлением роста при ее понижении. Стимулирующий эффект переменных температур, по крайней мере в умеренной зоне, можно считать четко установленным, и это необходимо подчеркнуть, поскольку лабораторные эксперименты проводятся обычно при постоянной температуре. Вместе с этим, начинающему экологу рекомендуется при изучении той или иной проблемы или конкретного организма учитывать температуру, но не ограничиваться только этим.

3.3. Излучение

Жизнь на Земле обязана главным образом солнечному лучу. Излучение Солнца в огромном спектре - от коротких волн (невидимых ультрафиолетовых) до длинных (красных, включая все электронные и ионные потоки), - является главным возбудителем жизнедеятельности на нашей планете. Между тем, прямое воздействие света от тех же солнечных излучений на живую клетку смертельно для организма. Таким образом, солнечный свет - это не только главный возбудитель жизни на Земле, но и лимитирующий фактор как на максимальном, так и на минимальном уровнях.

Солнечное излучение, достигающее поверхности Земли, состоит из электромагнитных волн длиной от 0,3 до 10 мкм, что соответствует 300-10 000 нм, или 3000-100000 .

Человеческий глаз воспринимает спектр света в диапазоне волн 3900-7600 или 390-760 нм.

Экологу важно знать качественные признаки света (длина волны, цвет), интенсивность (энергия в калориях) и продолжительность воздействия (длина дня).

Ионизирующие излучения. Главнейшими источниками энергии, питающими жизнедеятельность биосферы, являются как солнечные излучения, так и космические. Корпускулярные, радиоактивные потоки, космическая пыль, газовые молекулы являются чрезвычайно важными вершителями судеб земной жизни. Живые организмы, развиваясь под непрерывными потоками космической радиации, обрели способность использовать ее для своего развития и применять защитные механизмы, которые оградили бы живую клетку от влияния опасных для нее космических сил. Полагают, что ионизация - одна из основных причин радиационного угнетения цитоплазмы. Источником ионизирующего излучения служат радиоактивные вещества, содержащиеся в горных породах, а также они поступают из космоса. Изотопы, испускающие радиоактивные излучения, называются радиоактивными изотопами или радионуклидами.

Важное экологическое значение имеют три вида ионизирующих излучений. Два из них представляют собой корпускулярное излучение (альфа- и бета-частицы), а третье - электромагнитное (гамма-излучение и близкое ему рентгеновское излучение).

Альфа-излучения представляют собой ядра атомов гелия большого (по сравнению с другими частицами) размера, а длина их пробега в воздухе составляет несколько сантиметров. Бета-излучение - быстрые электроны с меньшими размерами и длиной пробега в воздухе до нескольких метров, а в ткани - нескольких сантиметров. Гамма-излучение легко проникает в живые ткани организма и может пройти сквозь него, не оказав воздействия или вызывая ионизацию на большом отрезке пути.

Ионизирующее электромагнитное излучение сходно со световым, только длина волны у него значительно короче.

При радиационных исследованиях следует знать: 1) число распадов, происходящих в определенном количестве радиоактивного вещества; 2) дозу излучения по количеству поглощенной энергии, способной вызвать ионизацию и повреждения. В первом случае основной единицей измерения активности принят в системе СИ беккерель (Бк), а внесистемной единицей является кюри (Кu) - это количество радиоактивного материала, в котором ежесекундно происходит распад 3,71010 атомов (2,21012 расп мин-1).

Учитывая, что активность 1 Кu довольно высокая, на практике пользуются: милликюри (мКu) = 10-3 Кu; микрокюри (мкКu)=10-6 Кu; нанокюри (нКu)=10-9 Кu (старое название миллимикрокюри: ммкКu).

Второй показатель - доза - измеряется в разных шкалах. В Международной системе единиц поглощенная доза излучения измеряется в джоулях на килограмм (1 рад=0,01 Дж/кг). Во всех случаях излучения наиболее удобной считается рад - такая доза излучения, при которой на 1 г ткани поглощается 100 эрг энергии. Старшая "по возрасту" единица дозы - рентген (Р) - используется только для гамма- и рентгеновского излучений. Однако когда рассматриваются случаи воздействия на живые организмы, рад и рентген используются почти как одно и то же. Для учета уровней излучения в окружающей среде удобно оперировать единицей в 103 меньше: миллирентген (мР) или миллирад (мрад). Чрезвычайно важно, за какой промежуток времени организм получает ту или иную дозу, например, если организм получил 10 мР в час, то суммарная доза за сутки (24 часа) составит 240 мР или 0,240 Р. В разделе 6.3 настоящего пособия единицы измерения рассмотрены подробно.

Организм человека особо чувствителен к ионизирующим излучениям. Ионизирующее электромагнитное излучение, как отмечалось выше, сходно со световым, но длина волны у него гораздо короче! Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитное излучение, очень близкое гамма-излучению, однако оно не испускается радиоактивными веществами, рассеянными в окружающей среде. Космическое и ионизирующее излучения, испускаемые природными и радиоактивными веществами, имеющимися в воде и почве, образуют фоновые излучения. К этому виду излучения адаптирована ныне существующая биота. Биота (гр. biote – жизнь) – исторически сложившаяся совокупность растений и животных, объединенных общей областью распространения.

В настоящее время в связи с бурным развитием техносферы ионизирующие излучения представляют серьезную опасность для жизни на Земле. Рассмотрев излучения как лимитирующий фактор, мы вновь вернемся к этой теме при рассмотрении загрязнения окружающей среды и повторим ряд положений в несколько ином ракурсе для лучшего усвоения материала.

^ 3.4. Почва как лимитирующий фактор

Почва - поверхностный слой земной коры, образовавшийся в условиях длительной эволюции взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы. В ее рыхлой среде непрерывно совершаются синтез и разрушение органических веществ, круговороты элементов, представляющих собой лимитирующий экологический фактор.

Почва состоит из исходного материала, содержащего минеральный субстрат и органические элементы, в которых организмы и продукты их жизнедеятельности находятся в измельченном перемешанном состоянии. В образовании почвы особенно важна роль разнообразных живых организмов, способствующих развитию космического свойства почвы - плодородия. Это замечательное свойство почвы поддерживается благодаря закономерной миграции зольных химических элементов в системе "почва - растения - почва", названная биологическим, или малым, круговоротом. С геологическим, или большим, круговоротом связан процесс растворения и выноса питательных элементов из почвы в экосистемы гидросферы реки, озера, моря и океана, где они оседают в виде пластов различного рода пород. Таким образом, почва, постоянно взаимодействуя с другими элементами природы, занимает важное место в общем круговороте веществ. Почвы вместе с организмами (животные, растения, микробы) образуют биогеоценозы, сложные экологические системы, обеспечивающие само существование жизни. Важнейшие функции биогеоценозов заключаются в непрерывно происходящем процессе биогенного накопления, трансформации и перераспределения поступающей на Землю солнечной энергии, а также в поддержании на планете Земля круговорота химических элементов, особенно таких биофилов, как кислород, водород, углерод, азот, фосфор, сера, кальций, медь, цинк, кобальт, йод и другие.

Если рассмотреть разрез почвы (рис.3.1), например, стенку глубокой траншеи или крутой обрыв речного берега, то легко различить хорошо выраженные слои разного цвета - так называемые почвенные горизонты, образующие почвенный профиль.

Рис.3.1. Вертикальный разрез почвенной толщи (профиль почвы)

Верхний горизонт "А", гумусовый, состоит из мелкодисперсного органического материала, образовавшегося в процессе гумификации из отмерших растений и животных. (Гумусовые вещества - устойчивые конечные продукты разложения, которые представляют собой обязательный компонент всех экосистем).

Второй крупный горизонт "В" состоит из минеральной почвы, хорошо перемешанной с измельченной материнской породой.

Третий горизонт "С" - это в основном неизменная материнская порода, представляющая собой коренную породу, распавшуюся на обломки (или перенесенную водой, ледниками, ветром). Это основные составные части почвы. В разделе "Почва и ее загрязнение" мы рассмотрим более широкий спектр почвенных горизонтов.

^ Эрозия почвы (от лат. erosia - разъединение) - многообразные процессы разрушения и сноса почвенного покрова или почвообразующих пород.

Различают эрозии почвы: ветровую, или дефляцию, водную, техническую и ирригационную (разновидность водной). Иногда ветровую эрозию называют эоловой (Эол - греческий бог ветров).

Наиболее распространенной и наносящей особый ущерб фондам почв является водная эрозия, которая возникает в основном на наклонных плоскостях, подверженных разрушению почв при смыве ее талыми, дождевыми и ливневыми водами. Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива на земельных участках, требуемых орошения. Под ветровой эрозией, или дефляцией, понимают развеивание верхних горизонтов почвы в периоды сильных ветров. При этом почва теряет мелкие частицы, с которыми выносятся химические вещества, имеющие большое значение для плодородия.

Разрушение почвы под воздействием транспорта, сельскохозяйственных машин и землеройной техники получило название технической эрозии. Урожаи сокращаются и делаются хуже по качеству из-за уплотнения почвы, вызываемого интенсивной эксплуатацией на полях все более мощной и тяжелой сельскохозяйственной техники: тракторов, хлебоуборочных, овощеуборочных и других комбайнов.

Кроме того, почти половина всех орошаемых земель мира в той или иной степени страдает от засоления почв (накопления соли) или ощелачивания (накопления щелочей), рис.3.2. В нормальных условиях почва содержит различные соли, в том числе угольной кислоты: углекислый натрий (Na2CO3), углекислый магний (MgCO3), углекислый кальций (CaCO3, Na2SO4) и другие. Некоторые из них, особенно натриевые соли, значительно ухудшают плодородие почвы. Основной причиной засоления почв в естественных условиях являются грунтовые воды, насыщенные солями. Если грунтовые воды находятся на небольшой глубине, они в жаркие дни поднимаются по почвенным капиллярам и испаряются, оставляя на поверхности почвы все растворенные до этого в воде соли.

Рис.3.2. Засоленные и заболоченные почвы

Для устранения причин, вызывающих эрозию, необходим комплекс мероприятий, требующих научного, инженерно-экологического и экономического обоснования для каждого конкретного района страны. Экологи считают, что, в конечном счете, судьба почвенной экосистемы зависит от готовности общества отказаться от "сиюминутных" выгод ради создания гармоничных агросистем, ведущих к выгодам долговременным.

^ 3.5. Вода как лимитирующий фактор

Вода, ставшая неотъемлемым спутником жизнедеятельности любого организма как физиологически необходимый компонент, с экологической точки зрения служит лимитирующим фактором как на суше, так и в воде. На первый взгляд, вода представляется как широко распространенное вещество, весьма простое по составу: два атома водорода соединены с одним атомом кислорода. И это, казалось бы, несложное соединение H2O вряд ли таит в себе что-либо необыкновенно новое, а тем более загадочное. Но это, оказывается, далеко не так. В результате накопленных знаний и информации, получаемой в постоянном общении человека с водой, проясняются удивительные, а подчас и совершенно необъяснимые свойства воды. Хорошо известны дискуссии о свойствах свежеталой воды или опыты с водой, расположенной в магнитном поле.

Обыкновенная вода, представленная формулой H2O, состоит из соединения изотопов кислорода и водорода. Эти простые, но своеобразные элементы, как известно, широко распространены на нашей планете и в космосе. Водород имеет простое строение: один протон и один электрон. Атом водорода, соединившись с атомом кислорода, обретает дополнительную возможность притяжения, т.е. создания так называемых водородных связей. Кислород является одним из наиболее активных элементов в природе. Его первая оболочка содержит два электрона, а вторая всего шесть вместо восьми (т.е. для устойчивости кислороду нужно еще два протона). Кислород, взаимодействуя с другими атомами, отдающими электроны, проявляет на редкость активный характер. По системе химических элементов, созданной Д.И. Менделеевым (1834-1907), аналогом кислорода является ряд: сера (S), селен (Se), теллур (Te). Соединения этих элементов с водородом (H2S, H2Se, H2Te) называются гидратами, однако свойства воды резко отличаются от характеристик названных элементов того же ряда, температура кипения и замерзания, например, для трех приведенных гидратов прямо пропорциональна их молекулярным весам, вода же не подчиняется этой закономерности.

При изучении воды как лимитирующего фактора особый интерес представляют свойства воды и ее качественные характеристики. К основным параметрам, по которым оценивается вода, прежде всего относятся: влажность, теплота парообразования, удельная теплоемкость, температура замерзания, количество осадков, запас поверхностных вод и содержание кислорода в водах водоемов.

Влажность характеризуется содержанием водяного пара в воздухе. Максимальная влажность (точка росы) - это параметр, характеризующий максимальное количество влаги, которое может находиться в воздухе при определенной температуре. Абсолютная влажность - количество водяного пара, содержащегося в воздухе и выраженное через массу воды на единицу массы воздуха, или это фактическое количество влаги, находящейся в воздухе при определенной температуре (например, в граммах на килограмм воздуха). Количество пара, удерживаемое воздухом при насыщении, зависит от температуры и давления, поэтому введено понятие относительной влажности. Относительная влажность характеризуется отношением в процентах абсолютной влажности и давления.

В природе существует суточный ритм влажности, который вместе со светом и температурой играет существенную роль в регулировании активности жизнедеятельности организма. Взаимодействие двух важных компонентов микроклимата - температуры и влажности (как и других факторов) - зависит как от относительной, так и от абсолютной их величины.

В природе встречается водород (кроме обычного) с массой 2-дейтерий (D) и с массой 3-дейтерий (T); кислород помимо обычного с атомным весом 16, встречается в виде изотопов с атомными весами 17 и 18. Разница в изотопном составе сказывается на физических свойствах воды.

Температура, к примеру, оказывает на организмы более лимитирующее влияние, если условия влажности близки к критическим, т.е. влажность имеет экстремальные значения (очень велика или очень мала). С другой стороны, влажность играет критическую роль, если температура близка к предельным значениям.

Не менее интересна теплота парообразования воды, которая более чем в два раза превосходит теплоту парообразования веществ с наиболее высокой величиной этого параметра - выше 400103 Дж/кг. На испарение 1 кг воды расходуется 2254103 Дж, т.е. в 7 раз больше количества теплоты, необходимого для плавления льда. Это количество также идет на пользу жизнедеятельности биосферы: крайне медленное испарение воды в самые экстремально знойные годы позволяет сохранять баланс воды в гидросфере. Еще одно необычное свойство воды - ее очень высокая удельная теплоемкость. Для сравнения напомним, что удельная теплоемкость воды 4,1868 кДж/(кгК), растительных масел - 2,094; ацетона - 2,219; фенола - 2,345; метилового спирта - 2,345; глицерина - 2,428; этилового спирта - 2,847; парафина - 2,911 кДж/(кгК).

Как видим, удельная теплоемкость воды почти в два раза превышает этот параметр для любой из указанных жидкостей. Благодаря именно такой высокой удельной теплоемкости на континентах планеты, окруженной огромными водными массивами Мирового океана, не происходит резкого перепада температур ночью и днем, зимой и летом.

Теплоемкость любого вещества увеличивается с нагреванием его. Вода и в этом случае составляет исключение: с повышением температуры воды от 0 до 370С теплоемкость ее падает, а при дальнейшем нагревании от 37 до 1000С теплоемкость повышается. Удивительно и то, что теплоемкость водяного пара значительно меньше - 2,08 кДж/(кгК) и близка к теплоемкости льда - 2,06 кДж/(кгК). Рассматривая температурную зависимость удельной теплоемкости, стоит обратить внимание на интересную связь свойств воды с физиологическим процессом поддержания температуры тела в определенных границах (36,1-36,20С). Действительно, теплоемкость воды достигает максимальных значений при температуре около 370С, совпадающей с нормальной температурой тела человека, поддерживаемой его организмом путем саморегуляции для сохранения установившейся последовательности, взаимосвязанности и скорости биологических процессов, или, иными словами, для нормальной жизнедеятельности. Именно при температуре около 370С сложнейшие биохимические процессы в организме человека обеспечивают наиболее оптимальную жизнедеятельность, т.е. организм человека находится в наивыгоднейшем энергетическом состоянии.

Благодаря своим уникальным свойствам и, прежде всего, устойчивости и широкой распространенности на нашей планете, вода была принята в качестве вещества с эталонными физическими характеристиками измерения температуры, тепла и массы.

Температура замерзания воды при нормальном атмосферном давлении принята за нуль, а температура кипения - за 1000 по шкале Цельсия. За единицу измерения количества тепла принято такое его количество, которое необходимо для нагревания 1 г воды от 15 до 160С. Эту единицу количества тепла назвали калорией. Для определения массы была использована масса 1 см3 дистиллированной воды при температуре ее наибольшей плотности, названная граммом.

Распределение осадков по временам года - крайне важный лимитирующий фактор для организма. Количество осадков, как правило, зависит от характера и путей движения воздушных масс или так называемых "погодных систем". Неравномерное распределение осадков по временам года оказывает значительное влияние на жизнедеятельность растений и животных. Так, если осадки выпадают равномерно по времени года при общем их количестве 900 мм, то экстремальные ситуации не возникают; при выпадении того же количества осадков за один сезон растениям и живым организмам приходится переносить длительные периоды засухи со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.

От количества атмосферных осадков в данном регионе зависит и запас поверхностной воды. Однако в песчаных местах обильные осадки быстро просачиваются сквозь пористую почву, оставляя крайне недостаточное количество воды для нормальной жизнедеятельности растений и животных. И наоборот, иные почвы так прочно удерживают воду, не пропуская ее в подпочвенные слои, что растения не угнетаются отсутствием воды, питаясь водой, накопленной за время дождей. Вода, которая поступает в растения из почвы, почти полностью испаряется (более 95%) через листья. Это уникальное явление энергетики наземных экосистем получило название транспирации. Эффективностью транспирации принято называть отношение роста продукции к количеству транспирированной воды и выражать обычно в граммах сухого вещества на 1000 г транспирированной воды. Содержание кислорода в водах океанов колеблется в пределах 0-10 мл/л и зависит от абсорбции кислорода в атмосферу (т.е. обогащения) и выделения кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза, а также от десорбции кислорода в атмосферу (обеднения), окислительных процессов, потребления биологическим веществом. Концентрация кислорода увеличивается при понижении температуры и уменьшается с повышением температуры и содержания солей. От концентрации солей зависит температура замерзания воды, и по этому показателю легко определить температуру замерзания моря; например: при содержании солей не более 25 г/кг (Белое море) температура замерзания составит 1,350С, при 12 г/кг (Азовское море) температура замерзания - 0,60С.