Глава 2. Вода как среда обитания
Животные, о которых идет речь в этой книге, приспособлены к условиям жизни в воде, наложившим определенный отпечаток на их морфологию, физиологию и историю развития. Для того чтобы разобраться в особенностях этих приспособлений, необходимо ясно представлять те качества, которыми обладает вода как среда обитания, знать ее физические и химические свойства.
Дестиллированная химически чистая вода представляет прозрачную жидкость, лишенную цвета и запаха. При 15°С вода в 815 раз тяжелее воздуха при той же температуре.
Плотность воды изменчива. Наибольшего значения она достигает при +4° С; при этой температуре при нормальном напряжении силы тяжести, то есть на уровне моря на 45° географической широты местности, 1 см3 воды весит в пустоте ровно 1 гр., а 1 литр воды - 1 килограмм. При повышении температуры от 4° до 100° или при понижении ее от 4° до 0° плотность воды уменьшается; при t° в 1° один кубический см воды весит 999,9 мг, при 50° - 988,3 мг, при 100°- 958,7 мг. При 100° вода закипает, то есть переходит из жидкого состояния в газообразное. При 0° вода замерзает, то есть переходит из жидкого состояния в твердое. При этом плотность ее резко падает: 1 см3, льда при 0° весит 916,7 мг; объём воды при превращении в лёд увеличивается на 10%. Такого рода аномалия воды имеет большое значение для жизни в ней организмов: лёд, будучи легче воды, не погружается вниз, а всплывает, поэтому при замерзании водоёмы лишь сверху покрываются ледяной корой, а под нею сохраняется вода в жидком состоянии, в которой зимует богатый и разнообразный мир пресноводных организмов.
Лёд, как и вода, являются плохими проводниками тепла; толщина ледяной коры зависит от характера водоёма, от широты места и климата. Лужи, а в суровом климате мелкие пруды, речки и небольшие озера промерзают до дна или почти до дна.
Весной при таянии ледяного покрова и нагревании верхних слоев воды вместе с повышением температуры от 0° до 4° вода по мере нагревания становясь тяжелее, опускается вниз, а на ее место поднимаются более холодные ниже лежащие слои воды. Таким образом, в толще воды возникают конвекционные токи, которые способствуют равномерному ее прогреванию весной. Когда температура поверхности воды поднимется выше 4°, конвекционные токи прекращаются, и в стоячих водоемах возникает летняя температурная слоистость. При этом температура воды понижается от поверхности водоёма к его дну. Ветер часто нарушает температурную слоистость и перемешивает толщу воды водоёма. В реках перемешивание воды непрерывно осуществляется течением.
Осенью по мере падения температуры верхних слоев воды плотность её увеличивается, и в водоёме снова возникают вертикальные тока, которые приводят к равномерному охлаждению всей толщи воды до 4°; после этого вертикальные токи прекращаются, и охлаждаемая ниже 4° вода остается на поверхности, до тех пор, пока водоём на замерзнет.
Теплоёмкость воды очень велика. Чтобы нагреть 1 килограмм воды на 1° требуется тепла в 30 раз больше, чем для 1 кг ртути; поэтому изменения температуры воды отличаются постепенностью, что также представляет очень важную особенность воды, как среды обитания населяющих её организмов.
Несмотря на постепенность, изменения температуры воды её сезонные колебания существенно отражаются на жизни организмов. Летом сильно увеличивается испарение воды. Последнее может повести к полному исчезновению таких водоёмов, как лужи, мелкие пруды и речки и микроводоёмы, образующиеся в дуплах деревьев и в пазухах листвы. Часть обитателей пересыхающего водоёма гибнет вместе с его исчезновением, другая часть сохраняется в виде покоящихся стадий и снова возвращается к деятельной жизни по мере заполнения водоёма, водой.
Благодаря весу вода оказывает на заключающихся в ней животных давление, которое увеличивается с высотой столба воды, находящегося над животным, то есть с глубиною, на которой оно находится. Глубоководные животные, будучи приспособлены к постоянной жизни при высоком давлении, гибнут, если попадают в верхние слои водоема или вовсе будут вынуты на время из воды. В частности у морских глубоководных рыб газы, сдавленные в плавательном пузыре до уравновешивания окружающего давления, расширяются и выдавливают изо рта рыбы часть ее внутренностей; чешуя при этом топорщится. Пресноводные животные не живут на таких глубинах и не испытывают на себе столь высоких давлений, потому что населенные ими водоёмы в большинстве своем мелководны. На земном шаре существует всего 29 озёр с максимальной глубиной 325 м и выше (Из озёр СССР в число этих глубочайших озёр мира входит только четыре (Байкал - 1741 м, Каспийское озеро-море - 946 м, Иссык-куль - 702 м и Телецкое озеро на Алтае - 325 м)). Такие глубины для водных организмов не столь значительны, и у населяющих их животных описанных выше явлений не наблюдается.