ПОНЯТТЯ ПРО МЕГА-, МЕЗО- І МІКРОКЛІМАТ

Мегаклімат (від грецьк. мега — великий) — клімат великих територій суші, океану, частини півкулі (континентальний, морський, аридний тощо) Основні особливості мегаклімату визначаються надходженням сонячно радіації, процесами циркуляції повітряних мас, характером підстилаючої поверхні.

Mera-, або макроклімат (регіональний клімат, за Мартонном, і вели­кий клімат — за Гейгером), є наслідком географічного й орографічного місцерозташування. Можна говорити про мега- чи макроклімат Західного Лісостепу або Прикарпаття, Полісся чи Карпат. Але цей мегаклімат зна­ходиться під впливом деяких власних компонентів, які визначають мезоклімат (місцевий клімат Мартонна і малий клімат Гейгера). Клімат лісу, долини, схилу чи вершини гори — це мезоклімат (рис.3.7).

Мікроклімат (за Уваровим — екоклімат) — це клімат на рівні орга­нізмів. Його вивчення на противагу мега- і мезоклімату має виявити зна­чення середовища для організму чи угруповання організмів. Ці власти­вості можуть бути виявлені лише за допомогою спеціальної апаратури.

Рис. 3.7. Мезоклімати різних місцезростань:

1 — болота з Lasius flavus∖ 2— вологі луки з L. підег; 3 — річні схили із заростями L. emargιnatus, Dolichoderus, Componotus aethiops∖ 4 — листяний ліс із видами, що належать до родів Myrmica і Formica', 5 — листяний ліс із F. Hgniperda-. 6 — хвойний ліс з C. herculaneus, F. rufa;

7 — зарості C. aethiops; 8 — степова рослинність вершини гори з Tetramorium, L. alienus.

Рис. 3.8. Схема зміни температури повітря в масштабах мегаклімату (/), мезоклімату (2) та мікроклімату (3) на прикладі середньої максимальної температури повітря в червні.

Залежно від величини досліджуваного біоценозу розглянуті кліма­тичні фактори можуть бути віднесені до мега-, мезо- і мікроклімату (рис.3.8).

3.2.2.1. Мезоклімат гірських ландшафтів

Розрізняють (Госсен, 1955) дві основні категорії гірського клімату: ксе- ротермальний і гідротермальний. У першому випадку в окремих районах в горах спостерігається сухий період, протягом якого середньомісячна кількість опадів (у міліметрах) нижча подвійного ходу температур. У

Рис. 3.9. Схема взаємозв’язків між різноманітними кліматичними факторами в горах, другому випадку сухий період не виражений. Першу категорію спосте­рігаємо, наприклад, поблизу тропіків або в Північній Африці (Атлаські гори в межах Марокко), другу — в помірному поясі Європи (Карпати).

Атмосферний тиск зумовлює всі інші фактори (рис.3.9), що зміню­ються з висотою над рівнем моря (висота, м) — 0, атмосферний тиск (в мм рт. ст.) — 760, відсоток кисню порівняно з рівнем моря — 100, для 1000 м відповідно: 674 і 89; для 2000 м: 595 і 89. В зв’язку з тим, що в основному хімічний склад повітря (4/5 азоту і 1/5 кисню) практично постійні, з висотою спостерігається значне падіння парціального тиску кисню. Це особливо відчувають люди і теплокровні тварини, які тому і не можуть підніматися порівняно з комахами і рослинами на значну висоту.

Розрідження повітря на великій висоті впливає на інші кліматичні фактори й особливо на сонячну радіацію, температуру і відносну воло­гість. Як відомо, сонячна радіація з висотою дещо підвищується. Одночасно сильно зростає частка ультрафіолетового та інфрачервоного проміння. Крім того, на висоті спостерігається триваліша інсоляція, що пояснює підвищену температуру ґрунту альпійських лук: на висоті 1800 м вона на 2~3^oC вища, ніж температура повітря.

Температура повітря на кожні 100 м висоти над рівнем моря зни­жується на 0,5°C. Підйом у гори на 1000 м в зміні температури

рівноцінний переміщенню на 1000 км на північ. Якщо взяти до уваги, що сніг на висоті 2500 м (Альпи) тане лише в кінці червня і навіть в липні, то зрозуміло, що період вегетації й активності тварин тут скорочується до трьох місяців.

У високих горах, починаючи з певної висоти, не існує такої чіткої сезонної зміни, як на рівнині. Зауважимо, що річна амплітуда, тобто різ­ниця між найвищими і найнижчими середніми значеннями найтеплішого і найхолоднішого місяців, з висотою зменшується: на висотах 460 м — 19,4^oC, 880 - 17,1, 1800 - 14,5, 2500 - 13,8, на 7700 м - усього 2^oC.

У горах дуже велика різниця між температурами дня і ночі. За ніч відбувається сильне охолодження. Ці температурні скачки, які періодично в липні призводять до заморозків, відіграють важливу роль в житті організмів. Своєрідний морфологічний габітус високогірних рослин (со­сна гірська сланка) вчені пояснюють впливом нічних заморозків.

Високо в горах спостерігаються часті зміни вологості і сухості повітря, причому сухість буває майже абсолютною. Цим можна поясни­ти ксерофільні адаптації гірських рослин і той факт, що багато комах ховаються під камінням, де не так сухо. На висоті 2000 м вологість повітря в 2 рази менша, ніж на рівнині, а на висоті 4000 м вона становить лише 1/4 частину від неї.

Значну роль у горах відіграє експозиція. Наприклад, різниця в рослинності добре освітленого південного і слабше північного схилів доводить це твердження. В Карпатах південні мегасхили вкривають букові ліси, а північні — ялицеві. Наприклад, межа вічних снігів в Аль­пах на південних схилах вища, ніж на північних.

Сніг у горах є важливим екологічним фактором. Сніговий покрив охороняє ґрунт від промерзання: під метровим шаром снігу температу­ра -0,6°C, а на поверхні -33,7⁰C (Швейцарія). Різниця між нижньою ме­жею вічних снігів і верхньою межею деревної рослинності становить приблизно 800 м. Межа вічних снігів залежить від широтності. В Аль­пах і Піренеях вона проходить приблизно на висоті 2500 м, а в горах тропічної зони піднімається до 5000 м.

Вітер є суттєвим кліматичним фактором, який часто досягає вели­кої сили. Особливо це характерно для гірсько-долинних вітрів, які утво­рюються внаслідок стікання в гірські долини холодних мас повітря.

3.2.2.2. Поняття про мікроклімат лісу

Клімат підпологового простору лісу називають мікро-, або фітокліматом. Які ж фактори формують лісовий фітоклімат?

По-перше, світло, а точніше його кількість, яка проходить крізь кро­ни дерев (рис.3.10). У лісах помірної зони освітлюваність поверхні ґрунту може становити до 2% освітленості відкритої ділянки; в тропіч­ному лісі вона може коливатися у межах 0,1-1%. Інтенсивність освітлення підпологового простору в хвойному лісі майже не змінюється, а в лис­тяному має в основному сезонний характер.

Ажурність крон

Рис. 3.10. Залежність напруження і спектрального складу світла від ступеня зімкнутості крони:

А —при розсіяному світлі; Б — при повному освітленні; 1 — червоне проміння, 2 — зелене, З — голубе.

По-друге, термічний режим. Середньорічна температура в лісі ниж­ча, ніж на сусідніх територіях, не покритих лісом. Різниця між мікро­кліматом сосняків і відкритого простору наведена в табл.3.2.

Таблиця 3.2

Мікроклімат сосняків і відкритого простору (Брюховицький лісопарк поблизу Львова, липень)

Рис. 3.11.

Рис. 3.12. Розподіл відносної вологості повітря у лісі.

Рис. 3.13. Вертикальний розподіл вітру у хвойному лісі як функція його швидкості на відкритому місці.

T₁ —ранковий тип із сильним пересиханням зони крон у верхній частині; T₂ — полуден­ний тип із значним пересиханням зони крон і нижче розташованих шарів; T₃ — вечірній тип, пересихання повітря досягає підстилки.

Рис. 3.14. Добова динаміка поля концентрації вуглекислого газу у внутрішній атмосфері мішаного лісу. Показані ізолінії об’ємної концентрації CO₂ в повітрі, вираженої в частинах на мільйон (ppm).

Розрізняють денний і нічний типи температур. Удень найтеплішими є крони дерев. Внаслідок зімкнутості вони утворюють “ефективну по­верхню”, аналогічну наземній підстилаючій поверхні (луки, газону, поля). Термічний максимум протягом дня поступово переміщується і на сході сонця він зареєстрований на самих верхів’ях дерев, в 14 год — в їх середній частині, а ввечері — знову на верхів’ях дерев (рис.3.11). Вночі температура практично однакова на всіх рівнях, якщо не брати до ува­ги ґрунт і нижній двометровий шар повітря, де вона дещо вища. Крім того, вночі в лісі порівняно з відкритим простором температура вища. Коли листя опадає, температурна інверсія майже повністю зникає і мак­симум спостерігається на рівні ґрунту. Відносна вологість у лісі завж-

ди вища, ніж на відкритому просторі. Характерний розподіл відносної вологості у лісі зображено на рис. 3.12.

По-третє, швидкість вітру (рис.3.13), який зменшує контрастність температур у насадженнях, створених із різних порід.

По-четверте, це власне лісовий фітоценоз, зокрема його породний склад, повнота, вік, а також рельєф, на якому він розміщений.

У лісі вміст вуглекислого газу в повітрі завжди дещо вищий, ніж в полі. Вночі, завдяки інтенсивному диханню мікроорганізмів і припиненню процесу фотосинтезу, концентрація CO₂ збільшується. Найменша його кількість у полудень (рис.3.14).

Дощі відіграють незначну роль у формуванні відносної вологості, оскільки крони дерев затримують значну частину опадів (2/3 в хвой­ному лісі, а в листяному значно більше). Збереження підвищеної вологості пояснюється, головним чином, низьким випаровуванням, що частково пов’язане зі зменшенням у лісі швидкості вітру (рис.3.15).

В загальному у лісі порівняно з відкритим простором тварини жи­вуть в умовах більш помірного клімату: нижча середня температура, підвищена в середньому вологість повітря, невелика циркуляція повітря і незначна освітленість. При цьому вони отримують велику кількість червоних та інфрачервоних променів і мало жовтих та зелених.

Рис. 3.15. Добова динаміка поля відносної вологості повітря W(z, t)τs літній день (А) і вертикальний розподіл коефіцієнта турбулентності -R_w(∙f>) в екосистемі складного ялинника.

Водночас в лісі є окремі місцезростання з відмінними від згаданого вище мікроклімату: галявини, вікна, стовбури дерев, дупла. На малих галявинах часто спостерігаємо застій теплого повітря, а також пізньо- весняні морозобоїни. Взимку на великих галявинах застоюється мороз­не повітря. Влітку галявини вирізняються посушливістю.

Цікаві мікрокліматичні особливості стовбура дерева. Наприклад, тем­пература під корою верхньої частини стовбура зрубаного дерева досяг­ла максимально 37^oC, а середня становить 20,1°С, на нижній частині стов­бура максимальна температура не перевищує 24,2°C, а середня — 20,1 °С. Максимальна температура повітря в цей час сягала 26,7⁰C, а середньо­добова 19,3°C. Це стосується також і відносної вологості: під щільною корою, покритою мохом, відносна вологість досягає 100%. У дуплах відносна вологість вища, ніж оточуючого середовища. Вночі тут тепліше, вдень прохолодніше.

3.2.2.3. Мікроклімат ґрунту

Лісівнику, який створює лісові культури та лісові розсадники, доводиться мати справу з особливістю мікроклімату ріллі. Тут спостерігається ве­лика різниця між денними і нічними температурами. З глибиною ця різниця поступово зменшується. Удень температура сильно зростає в міру наближення до поверхні ґрунту. Тому часто на поверхні теплої землі можна спостерігати рої розпластаних мушок, полюбляють нагріту зем­лю ящірки і гадюки. В інтервалі від 1 мм до 1 см над поверхнею ґрунту часто спостерігаємо зниження температури, яке перевищує 6°С.

Незадовго до заходу сонця настає інверсія температур, в міру набли­ження до землі повітря стає холоднішим. Оскільки ґрунт є добрим про­відником тепла, то він сильно нагрівається вдень і так само сильно охо­лоджується вночі. Якщо теплопровідність (спушений ґрунт) зменшується, то температурна різниця стає меншою.

З глибиною добова різниця температури ґрунту швидко зменшуєть­ся: на глибині 40 см вона зникає. Річні температурні коливання також зменшуються: на глибині 7,5 м різниця температур влітку і взимку не перевищує 1,5°C.

Зміна вологи також сильно виражена поблизу поверхні ґрунту. Як правило, повітря буває вологішим удень і сухішим вночі, коли випадає роса.

3.2.2.4. Горизонтальні та вертикальні температурні градієнти Радченка

На кожну частину рослини в різні пори року і доби впливають різні температури внаслідок майже постійної динаміки тепла і світла, що надходить із оточуючого середовища. Амплітуду цих коливань російський вчений С.І.Радченко назвав температурними градієнтами в часі — сезонними і добовими (рис.3.16). Різниця температур коріння, листя та

Рис. 3.16. Схема взаємозв’язку градієнтів в часі і просторі.

Добові коливання температури повітря (П) і ґрунту (Г); криві над горизонтальними лініями — денна температура; криві під лінією — нічна температура; CP — сезонні та річні коливання температури повітря і ґрунту; ГВ — горизонтально-вертикальна динамі­ка температури повітря і надземних органів рослин; ге — горизонтально-вертикальна динаміка температури ґрунту і кореневої системи.

інших органів, які розташовані в різних точках дерева, одержали назву температурних градієнтів — вертикальних і горизонтальних (рис.3.17). Оскільки температура тіла рослин не завжди відповідає температурі ґрунту або повітря, то вчений виділяє дві основні групи гра­дієнтів — середовища і рослини. Останні, в свою чергу, поділяються на фізичні і біологічні.

Рис. 3.17. Схема вертикального і горизонтального профілю температурних градієнтів рослин (за С.І. Радченком, 1966):

А — від’ємний, Б — позитивний градієнт, T₁-T₃, t,-t₁ — температура повітря і надземної частини рослин,

T₃-T_b, t_a-ζ — температура ґрунту та коріння.

3.2.3.