Экология пустыни
Экология пустыни — это изучение взаимодействия между биотическими и абиотическими компонентами пустынной среды. пустыни Экосистема определяется взаимодействием между организмами , климатом , в котором они живут, и любыми другими воздействиями неживой природы на среду обитания . Пустыни — это засушливые регионы, которые обычно ассоциируются с теплыми температурами; однако существуют и холодные пустыни. Пустыни можно найти на каждом континенте, самые большие из них расположены в Антарктиде , Арктике , Северной Африке и на Ближнем Востоке .
Климат
[ редактировать ]
Пустыни подвержены широкому диапазону температур и погодных условий, и их можно разделить на четыре типа: жаркие, полузасушливые, прибрежные и холодные. В жарких пустынях круглый год теплые температуры и небольшое годовое количество осадков. Низкий уровень влажности в жарких пустынях способствует повышению дневных температур и значительным потерям тепла в ночное время. Средняя годовая температура в жарких пустынях составляет примерно от 20 до 25 °C, однако в экстремальных погодных условиях температура может колебаться от -18 до 49 °C.
Обычно выпадают дожди, за которыми следуют длительные периоды засухи. В полузасушливых пустынях условия аналогичны жарким пустыням, однако максимальные и минимальные температуры, как правило, менее экстремальные и обычно колеблются от 10 до 38 °C. В прибрежных пустынях прохладнее, чем в жарких и полузасушливых пустынях, средняя температура летом колеблется от 13 до 24 °C. Они также имеют более высокие значения общего количества осадков. Холодные пустыни по температуре аналогичны прибрежным пустыням, однако ежегодно получают больше осадков в виде снегопадов. [1] Пустыни наиболее примечательны своим сухим климатом; обычно это результат окружающей их географии. Например, дождю хребты, препятствующие горные , и удаленность от океанов — это две географические особенности, которые способствуют засушливости пустынь. Горные хребты, блокирующие дождь, создают дождевые тени. По мере того, как воздух поднимается и охлаждается, его относительная влажность увеличивается, и некоторая или большая часть влаги выпадает дождем, практически не оставляя водяного пара для образования осадков на другой стороне горного хребта.
Пустыни занимают одну пятую поверхности суши Земли и встречаются в двух поясах: между 15° и 35° широты как в южном, так и в северном полушариях. [2] Эти полосы связаны с высокой интенсивностью солнечного света, который получают все районы тропиков, а также с сухим воздухом, приносимым нисходящими рукавами ячеек атмосферной циркуляции Хэдли и Ферелла . Сухие ветры удерживают мало влаги в этих районах, а также имеют тенденцию испарять имеющуюся воду.
Многие пустынные экосистемы ограничены доступным уровнем воды, а не уровнем радиации или температуры. Поток воды в этих экосистемах можно рассматривать как аналог потока энергии; на самом деле, часто бывает полезно рассматривать потоки воды и энергии вместе при изучении экосистем и экологии пустынь. [3]
Доступность воды в пустынях также может быть затруднена из-за рыхлых отложений. Пылевые облака обычно образуются в ветреном и засушливом климате. Ранее ученые предполагали, что пылевые облака в пустыне будут увеличивать количество осадков, однако некоторые недавние исследования показали, что это явление на самом деле препятствует выпадению осадков за счет поглощения влаги из атмосферы. Такое поглощение атмосферной влаги может привести к возникновению петли положительной обратной связи , которая приводит к дальнейшему опустыниванию . [4]
Пейзаж
[ редактировать ]
Пустынные ландшафты могут содержать самые разнообразные геологические особенности, такие как оазисы , обнажения горных пород , дюны и горы . [5] Дюны – это структуры, образованные ветром, переносящим отложения в насыпи. Пустынные дюны обычно классифицируются в зависимости от их ориентации непосредственно относительно ветра. Вероятно, наиболее узнаваемым типом дюн являются поперечные дюны, характеризующиеся гребнями, поперечными направлению ветра. Многие дюны считаются активными , а это означает, что они могут перемещаться и изменяться со временем под воздействием ветра. Однако некоторые дюны могут быть закреплены растительностью или топографией, препятствуя их движению. [6] Некоторые дюны также можно назвать липкими. Эти типы дюн возникают, когда отдельные песчинки сцементируются вместе. Липкие дюны, как правило, более стабильны и устойчивы к воздействию ветра, чем рыхлые дюны. [7] Дюны Бархан и Сейф являются одними из самых распространенных пустынных дюн. Барханные дюны образуются, когда ветры постоянно дуют в одном направлении, и характеризуются формой полумесяца на вершине дюны. Дюны Сейф длинные и узкие, с острым гребнем и чаще встречаются в пустыне Сахара. [8]
Анализ геологических особенностей пустынной среды может многое рассказать о геологической истории этой местности. Путем наблюдения и идентификации отложений 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 Куисеб на основе возраста горных пород и особенностей, выявленных в этом районе. [9]
Адаптация организма
[ редактировать ]
Животные
[ редактировать ]Пустыни поддерживают разнообразные сообщества растений и животных, которые выработали устойчивость и способны избегать экстремальных температур и засушливых условий. Например, пустынные луга более влажные и немного прохладные, чем окружающие их экосистемы. Многие животные получают энергию, поедая окружающую растительность, однако растения пустыни потреблять организмами гораздо труднее. [10] Чтобы избежать высоких температур, большинство мелких млекопитающих пустыни ведут ночной образ жизни и живут в норах, чтобы избежать палящего солнца пустыни в дневное время. Эти норы предотвращают перегрев и обезвоживание, поскольку поддерживают оптимальную температуру для млекопитающего. [11] Экология пустыни характеризуется сухими, щелочными почвами, низкой чистой продуктивностью и оппортунистическими моделями питания травоядных и плотоядных животных . Тактика выживания других организмов физиологически обоснована. Такая тактика включает завершение жизненного цикла до ожидаемых сезонов засухи и накопление воды с помощью специализированных органов. [12]
Климат пустыни особенно требователен к эндотермным организмам. Однако эндотермные организмы адаптировали механизмы, способствующие удержанию воды в средах обитания, таких как пустынные экосистемы, которые обычно страдают от засухи. [13] В средах, где внешняя температура ниже температуры их тела, большинство эндотермических животных способны сбалансировать теплопродукцию и теплоотдачу 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 этой среде. Чтобы справиться с экстремальными условиями, эндотермы пустыни адаптировались посредством избегания, ослабления гомеостаза и специализации. Ночные пустынные грызуны, такие как кенгуровая крыса , проводят дневное время в прохладных норах глубоко под землей и выходят ночью в поисках пищи. Птицы гораздо более подвижны, чем наземные эндотермы, и поэтому могут избежать обезвоживания, вызванного жарой, перелетая между источниками воды. Чтобы предотвратить перегрев, температура тела многих пустынных млекопитающих стала намного выше, чем у непустынных млекопитающих. Верблюды , например, 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 дневной антилоповый суслик и сернобык . Некоторые эндотермы пустыни приобрели очень специфические и уникальные характеристики для борьбы с обезвоживанием. У самцов рябчика есть специальные перья на брюшке, которые способны улавливать и переносить воду. Это позволяет рябчикам обеспечивать источник жидкости для своих птенцов, которые еще не имеют возможности самостоятельно летать к источникам воды. [14]
Растения
[ редактировать ]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 снова открывать их 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, увеличение способности удерживать воду и уменьшение площади поверхности листьев. Одним из наиболее распространенных семейств пустынных растений являются кактусы , которые покрыты острыми шипами или щетинками для защиты от травоядных животных. Щетинки некоторых кактусов также обладают способностью отражать солнечный свет, например, кактуса-старика . Некоторые ксерофиты, такие как олеандр , имеют устьица, которые утоплены в качестве защиты от жарких и сухих ветров пустыни, что позволяет листьям более эффективно удерживать воду. Еще одну уникальную адаптацию можно найти у ксерофитов, таких как окотилло , которые «большую часть года не имеют листьев, 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 на завод. [16]
Разведка и исследования
[ редактировать ]Суровый климат большинства пустынных регионов является серьезным препятствием для проведения исследований этих экосистем. В условиях, требующих специальной адаптации для выживания, исследователям часто бывает трудно или даже невозможно тратить продолжительные периоды времени на изучение экологии таких регионов. Чтобы преодолеть ограничения, налагаемые пустынным климатом, некоторые ученые использовали технологические достижения в области дистанционного зондирования и робототехники . В одном из таких экспериментов, проведенном в 1997 году, специализированный робот по имени Номад путешествовал по части пустыни Атакама . За время этой экспедиции «Кочевник» преодолел более 200 километров и предоставил исследователям множество фотографий мест, посещенных на его пути. [17] В другом эксперименте 2004 года, получившем название «Единый аэрозольный эксперимент Объединенных Арабских Эмиратов», исследователи использовали спутники и компьютерные модели для изучения выбросов и их влияния на климат Аравийской пустыни. [18]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пуллен, Стефани. «Пустынный биом» . Музей палеонтологии Калифорнийского университета . Проверено 7 ноября 2017 г.
- ^ «Мировые пустыни» . Национальный заповедник Мохаве: экология пустыни . Служба национальных парков . Проверено 22 февраля 2008 г.
- ^ Ной-Меир, Имануэль (1 ноября 1973 г.). «Экосистемы пустыни: 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, Дэниел; Рудич, Йинон; Лахав, Ронен (22 мая 2001 г.). «Пыль пустыни подавляет осадки: возможная петля обратной связи по опустыниванию» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (11): 5975–5980. Бибкод : 2001PNAS...98.5975R . дои : 10.1073/pnas.101122798 . ПМК 33408 . ПМИД 11353821 .
- ^ «Особенности пустыни» . Геологическая служба США . Проверено 7 ноября 2017 г.
- ^ Эджелл, Х. Стюарт (2006). Аравийские пустыни . Спрингер. стр. 201–238. ISBN 978-1-4020-3970-6 .
- ^ Гессен, Пол (15 ноября 2011 г.). «Липкие дюны во влажной пустыне: формирование, стабилизация и изменение дюн австралийской пустыни». Геоморфология . 134 (3–4): 309–325. Бибкод : 2011Geomo.134..309H . дои : 10.1016/j.geomorph.2011.07.008 .
- ^ «Что такое форма рельефа пустыни: особенности и основные формы рельефа пустыни» . Земное затмение . 31 мая 2017 г. Проверено 17 февраля 2019 г.
- ^ Экардт, Фрэнк Д.; Ливингстон, Ян; Сили, Мэри; Фон Хольдт, Йоханна (17 октября 2013 г.). «Геология поверхности и геоморфология вокруг Гобабеба, пустыня Намиб, Намибия». Географический Анналер . 95 (4): 271–284. дои : 10.1111/geoa.12028 . S2CID 128387707 .
- ^ «Экосистема пустыни» . digital-desert.com . Проверено 3 мая 2017 г.
- ^ Уитфорд, Уолтер Г. (2002). Экология пустынных систем . Сан-Диего, Калифорния: Elsevier Science Ltd., стр. 128, 132. ISBN. 978-0127472614 .
- ^ Клаудсли-Томпсон, Дж.Л. (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. дои : 10.1111/j.1466-8238.2011.00737.x .
- ^ Пауф, Ф. Харви; Дженис, Кристин М.; Хейзер, Джон Б. (2013). Жизнь позвоночных (9-е изд.). Пирсон. стр. 549–556. ISBN 978-0-321-77336-4 .
- ^ Рис, Джейн Б.; Урри, Лиза А.; Каин, Майкл Л.; Вассерман, Стивен А. (2012). Канадское издание Campbell Biology . Пирсон. п. 835. ИСБН 978-0-321-77830-7 .
- ^ «Выживание пустынных растений — DesertUSA» . www.desertusa.com . Проверено 1 мая 2019 г.
- ^ Веттергрин, Дэвид; Бапна, Дипак; Маймоне, 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 . дои : 10.1016/S0921-8890(99)80002-5 .
- ^ «Ученые изучают воздух пустыни, чтобы понять погоду и климат» . Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL) . Проверено 9 марта 2024 г.
