Экология пустыни - это изучение взаимодействия как биотических, так и абиотических компонентов окружающей среды пустыни . Экосистема пустыни определяется взаимодействием между организмами , климатом, в котором они живут, и любыми другими неживыми факторами, влияющими на среду обитания . Пустыни - это засушливые регионы, которые обычно связаны с высокими температурами; однако существуют и холодные пустыни. Пустыни можно найти на каждом континенте, самые большие пустыни расположены в Антарктиде , Арктике , Северной Африке и на Ближнем Востоке .
Климат
В пустынях наблюдается широкий диапазон температур и погодных условий, и их можно разделить на четыре типа: жаркие, полузасушливые, прибрежные и холодные. В жарких пустынях круглый год наблюдаются теплые температуры и небольшое годовое количество осадков. Низкий уровень влажности в жарких пустынях способствует высоким дневным температурам и значительным потерям тепла в ночное время. Средняя годовая температура в жарких пустынях составляет примерно от 20 до 25 ° C, однако экстремальные погодные условия могут привести к температурам от -18 до 49 ° C.
Обычно идут дожди, за которыми следуют длительные периоды засухи. В полузасушливых пустынях условия аналогичны жарким пустыням, однако максимальные и минимальные температуры имеют тенденцию быть менее экстремальными и обычно составляют от 10 до 38 ° C. Прибрежные пустыни более прохладны, чем жаркие и полузасушливые пустыни, со средней летней температурой от 13 до 24 ° C. Они также имеют более высокие значения общего количества осадков. Холодные пустыни похожи по температуре на прибрежные пустыни, однако они получают больше годовых осадков в виде снегопадов. [1] Пустыни наиболее известны своим засушливым климатом; обычно в результате окружающей их географии. Например, горные хребты, защищающие от дождя , и удаленность от океанов - две географические особенности, которые способствуют засушливости пустыни. Защищающие от дождя горные хребты создают тени дождя. По мере того, как воздух поднимается и охлаждается, его относительная влажность увеличивается, и некоторая или большая часть влаги выпадает, практически не оставляя водяного пара для образования осадков на другой стороне горного хребта.
Пустыни занимают пятую часть поверхности суши и расположены в двух поясах: между 15 ° и 35 ° широты как в южном, так и в северном полушариях. [2] Эти полосы связаны с высокой солнечной интенсивностью, которую получают все области в тропиках, и с сухим воздухом, сброшенным нисходящими рукавами как ячеек атмосферной циркуляции Хэдли, так и Ферелла . Сухой ветер удерживает в этих местах мало влаги, а также испаряет имеющуюся воду.
Многие пустынные экосистемы ограничены доступным уровнем воды, а не уровнем радиации или температуры. Водный поток в этих экосистемах можно представить себе как поток энергии; Фактически, при изучении экосистем и экологии пустынь часто бывает полезно рассматривать потоки воды и энергии вместе. [3]
Доступность воды в пустынях также может быть затруднена из-за рыхлых наносов. Облака пыли обычно образуются в ветреном и засушливом климате. Ученые ранее предполагали, что облака пыли в пустыне увеличивают количество осадков, однако некоторые более поздние исследования показали, что это явление фактически сдерживает выпадение осадков за счет поглощения влаги из атмосферы. Это поглощение атмосферной влаги может привести к положительной обратной связи , что приведет к дальнейшему опустыниванию . [4]
Пейзаж
Пустынные ландшафты могут содержать широкий спектр геологических особенностей, таких как оазисы , обнажения горных пород , дюны и горы . [5] Дюны - это структуры, образованные ветром, перемещающим отложения в холмы. Дюны пустыни обычно классифицируются на основании их ориентации относительно ветра. Возможно, самый узнаваемый тип дюн - это поперечные дюны, для которых характерны гребни, поперечные направлению ветра. Многие дюны считаются активными , что означает, что они могут перемещаться и изменяться со временем из-за влияния ветра. Однако некоторые дюны могут быть закреплены растительностью или рельефом, препятствуя их перемещению. [6] Некоторые дюны также называют липкими. Эти типы дюн возникают, когда отдельные песчинки цементируются вместе. Липкие дюны, как правило, более устойчивы и устойчивы к ветру, чем рыхлые дюны. [7] Дюны Бархан и Сейф являются одними из самых распространенных среди пустынных дюн. Барханные дюны образуются из-за того, что ветры постоянно дуют в одном и том же направлении, и имеют форму полумесяца на вершине дюны. Дюны Сеиф длинные и узкие, с острым гребнем и чаще встречаются в пустыне Сахара. [8]
Анализ геологических особенностей пустыни может многое рассказать о геологической истории этого района. Наблюдая и идентифицируя отложения горных пород, геологи могут интерпретировать порядок событий, произошедших во время образования пустыни. Например, исследования, проведенные в области геологии поверхности пустыни Намиб, позволили геологам интерпретировать древние движения реки Куйсеб на основе возраста горных пород и особенностей, выявленных в этом районе. [9]
Адаптация организма
Животные
Пустыни поддерживают разнообразные сообщества растений и животных, которые выработали устойчивость и обходятся без экстремальных температур и засушливых условий. Например, пустынные луга более влажны и немного прохладнее, чем окружающие их экосистемы. Многие животные получают энергию, поедая окружающую растительность, однако растения пустыни гораздо труднее потреблять организмам. [10] Чтобы избежать высоких температур, большинство мелких пустынных млекопитающих ведут ночной образ жизни и живут в норах, чтобы избежать яркого солнца пустыни в дневное время. Эти норы предотвращают перегревание и обезвоживание, поскольку они поддерживают оптимальную температуру для млекопитающего. [11] Экология пустыни характеризуется сухими щелочными почвами, низкой продуктивностью и условно-патогенными режимами питания травоядных и плотоядных животных . Тактика выживания других организмов основана на физиологии. Такая тактика включает завершение жизненных циклов перед ожидаемыми сезонами засухи и накопление воды с помощью специализированных органов. [12]
Климат пустыни особенно требователен к эндотермическим организмам. Однако эндотермические организмы адаптировали механизмы, помогающие удерживать воду в таких средах обитания, как пустынные экосистемы, которые обычно страдают от засухи. [13] В средах, где внешняя температура ниже температуры их тела, большинство эндотермов способны уравновешивать выработку тепла и теплопотери для поддержания комфортной температуры. Однако в пустынях, где температура воздуха и земли превышает температуру тела, эндотермы должны быть способны рассеивать большое количество тепла, поглощаемого в этих средах. Чтобы справиться с экстремальными условиями, эндотермы пустыни адаптировались с помощью средств избегания, ослабления гомеостаза и специализации. Ночные грызуны пустыни, такие как крыса-кенгуру , проводят день в прохладных норах глубоко под землей, а ночью выходят на поиски пропитания. Птицы гораздо более подвижны, чем наземные эндотермы, и поэтому могут избежать обезвоживания, вызванного высокой температурой, летая между источниками воды. Чтобы предотвратить перегрев, температура тела многих пустынных млекопитающих стала намного выше, чем у непустынных млекопитающих. Например, верблюды могут поддерживать температуру тела, примерно равную типичной температуре воздуха в пустыне. Эта адаптация позволяет верблюдам удерживать большое количество воды в течение длительных периодов времени. Другие примеры более высокой температуры тела у пустынных млекопитающих включают дневного суслика-антилопы и орикса . Некоторые эндотермы пустыни развили очень специфические и уникальные характеристики для борьбы с обезвоживанием. У самцов рябчиков есть специальные перья на брюшке, которые способны улавливать и переносить воду. Это позволяет рябчикам служить источником жидкости для своих цыплят, которые еще не могут сами летать к источникам воды. [14]
Растения
Хотя в пустынях суровый климат, некоторым растениям все же удается расти. Растения, способные выжить в засушливых пустынях, называются ксерофитами , что означает, что они способны пережить длительные засушливые периоды. Такие растения могут закрывать устьица днем и открывать их снова ночью. Ночью температура намного ниже, и растения будут меньше терять воду и потреблять большее количество углекислого газа для фотосинтеза.
Адаптации ксерофитов включают устойчивость к теплу и потере воды, повышенную способность удерживать воду и уменьшенную площадь поверхности листьев. Одним из наиболее распространенных семейств пустынных растений являются кактусы , которые покрыты острыми шипами или щетиной для защиты от травоядных. Щетинки некоторых кактусов также обладают способностью отражать солнечный свет, например, кактусы старого человека . У некоторых ксерофитов, таких как олеандр , устьица утоплены как форма защиты от жарких сухих ветров пустыни, что позволяет листьям более эффективно удерживать воду. Еще одно уникальное приспособление можно найти у ксерофитов, таких как окотилло , которые «лишены листьев в течение большей части года, что позволяет избежать чрезмерной потери воды». [15]
Есть также растения, называемые фреатофитами, которые приспособились к суровым условиям пустыни, развив чрезвычайно длинные корневые системы, некоторые из которых достигают 80 футов в длину; достичь уровня грунтовых вод, обеспечивающего подачу воды к растению. [16]
Разведка и исследования
Суровый климат большинства пустынных регионов является серьезным препятствием для проведения исследований в этих экосистемах. В окружающей среде, требующей специальных приспособлений для выживания, исследователям часто бывает трудно или даже невозможно тратить длительные периоды времени на изучение экологии таких регионов. Чтобы преодолеть ограничения, налагаемые климатом пустыни, некоторые ученые использовали технологические достижения в области дистанционного зондирования и робототехники . В одном из таких экспериментов, проведенном в 1997 году, специализированный робот по имени Кочевник путешествовал через часть пустыни Атакама . Во время этой экспедиции Nomad проехал более 200 километров и предоставил исследователям множество фотографий посещенных на его пути мест. [17]
Смотрите также
- Аридизоли
Рекомендации
- ^ Пуллен, Стефани. «Биом пустыни» . Музей палеонтологии Калифорнийского университета . Проверено 7 ноября 2017 года .
- ^ «Мировые пустыни» . Национальный заповедник Мохаве: экология пустыни . Служба национальных парков . Проверено 22 февраля 2008 .
- ^ Ной-Меир, Имануэль (1 ноября 1973 г.). «Экосистемы пустынь: окружающая среда и производители». Ежегодный обзор экологии и систематики . 4 (1): 25–51. DOI : 10.1146 / annurev.es.04.110173.000325 . ISSN 0066-4162 .
- ^ Розенфельд, Даниэль; Рудич, Йинон; Лахав, Ронен (22 мая 2001 г.). «Пыль пустыни, подавляющая осадки: возможная обратная связь по опустыниванию» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (11): 5975–5980. Bibcode : 2001PNAS ... 98.5975R . DOI : 10.1073 / pnas.101122798 . PMC 33408 . PMID 11353821 .
- ^ «Особенности пустыни» . Геологическая служба США . Проверено 7 ноября 2017 года .
- ^ Эджелл, Х. Стюарт (2006). Аравийские пустыни . Springer. С. 201–238. ISBN 978-1-4020-3970-6.
- ^ Гессен, Поль (15 ноября 2011 г.). «Липкие дюны во влажной пустыне: формирование, стабилизация и модификация австралийских пустынных дюнных полей». Геоморфология . 134 (3–4): 309–325. Bibcode : 2011Geomo.134..309H . DOI : 10.1016 / j.geomorph.2011.07.008 .
- ^ «Что такое форма рельефа пустыни: особенности и основные формы рельефа пустыни» . Затмение Земли . 2017-05-31 . Проверено 17 февраля 2019 .
- ^ Eckardt, Frank D .; Ливингстон, Ян; Сили, Мэри; Фон Холдт, Йоханна (17 октября 2013 г.). «Геология поверхности и геоморфология вокруг Гобабеба, пустыня Намиб, Намибия». Geografiska Annaler . 95 (4): 271–284. DOI : 10.1111 / geoa.12028 . S2CID 128387707 .
- ^ «Экосистема пустыни» . digital-desert.com . Проверено 3 мая 2017 .
- ^ Уитфорд, Уолтер Г. (2002). Экология пустынных систем . Сан-Диего, Калифорния: Elsevier Science Ltd., стр. 128, 132. ISBN 978-0127472614.
- ^ Клаудсли-Томпсон, JL (1996). «Современные тенденции в экологии пустынь». Научный прогресс . 79 (3): 215–232. JSTOR 43423916 .
- ^ Бакли, Лорен (23 января 2012 г.). «Широкомасштабные экологические последствия эктотермии и эндотермии в изменяющейся окружающей среде» . Глобальная экология и биогеография . 21 (9): 873–885. DOI : 10.1111 / j.1466-8238.2011.00737.x .
- ^ Поу, Ф. Харви; Янис, Кристина М .; Хайзер, Джон Б. (2013). Жизнь позвоночных (9-е изд.). Пирсон. С. 549–556. ISBN 978-0-321-77336-4.
- ^ Рис, Джейн Б.; Урри, Лиза А .; Каин, Майкл Л .; Вассерман, Стивен А. (2012). Кэмпбелл Биология Канадское издание . Пирсон. п. 835. ISBN 978-0-321-77830-7.
- ^ «Выживание пустынных растений - DesertUSA» . www.desertusa.com . Проверено 1 мая 2019 .
- ^ Веттергрин, Дэвид; Бапна, Дипак; Маймон, Марк; Томас, Геб (28 февраля 1999 г.). «Разработка Nomad для роботизированного исследования пустыни Атакама». Робототехника и автономные системы . 26 (2–3): 127–148. CiteSeerX 10.1.1.92.7152 . DOI : 10.1016 / S0921-8890 (99) 80002-5 .