Экология пустыни - Desert ecology

Песчаные дюны в пустыня Сахара

Экология пустыни это изучение взаимодействия между обоими биотический и абиотический компоненты пустыня среды. Пустыня экосистема определяется взаимодействием между организмы, то климат в котором они живут, и любые другие неживые влияния на среда обитания. Пустыни - это засушливые регионы, которые обычно связаны с высокими температурами; Однако существуют и холодные пустыни. Пустыни можно найти на всех континентах, а самые большие пустыни расположены в Антарктида, то Арктический, Северная Африка, а Средний Восток.

Климат

Основная статья: Климат пустыни
Температура была 115 ° F, достаточно, чтобы растопить уличные знаки

Пустыни испытывают широкий диапазон температур и погодных условий, и их можно разделить на четыре типа: жаркие, полузасушливые, прибрежные и холодные. Горячие пустыни испытывают теплые температуры круглый год и низкие годовые осадки. Низкий уровень влажности в жарких пустынях способствует высокой дневной температуре 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. Семиаридные пустыни находятся в условиях, аналогичных жарким пустыням, однако максимальные и минимальные температуры, как правило, менее экстремальны и обычно находятся в диапазоне от 10 до 38 ° C. Прибрежные пустыни здесь прохладнее, чем в жарких и полузасушливых пустынях, со средней летней температурой от 13 до 24 ° C. Они также имеют более высокие значения общего количества осадков. Холодные пустыни схожи по температуре с прибрежными пустынями, однако они получают больше годовых осадков в виде снегопадов.[1] Пустыни наиболее известны своим сухим климатом; обычно в результате окружающей их географии. Например, дождь -блокировка гора диапазоны и расстояние от океаны 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, почти не оставляя водяного пара для образования осадков на другой стороне горного хребта.

Пустыни занимают пятую часть поверхности суши Земли 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, опускаемым нисходящими рукавами обеих сторон. Хэдли и Ферелл ячейки атмосферной циркуляции. 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]

Доступности воды в пустынях могут также препятствовать рыхлые отложения. 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. Такое поглощение атмосферной влаги может привести к положительному Обратная связь, что приводит к дальнейшим опустынивание.[4]

Пейзаж

Эрозия, вызванная ветром и дождями, создала в ландшафте красивые каньоны. Каньон Антилопы, Аризона

Пустынные ландшафты могут содержать широкий спектр геологических особенностей, таких как оазисы, выходы 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. Вероятно, самый узнаваемый тип дюн - это поперечные дюны, для которых характерны гребни, поперечные направлению ветра. Многие дюны считаются активный, что означает, что они могут перемещаться и изменяться с течением времени под воздействием ветра. Однако некоторые дюны могут быть закреплены растительностью или рельефом, предотвращая их движение.[6] Некоторые дюны также могут называться липкий. 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 дюн пустыни. 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, чаще встречаются в пустыне Сахара.[8]

Анализ геологических особенностей пустынной среды может многое рассказать о геологической истории этого района. Наблюдая и идентифицируя отложения горных пород, геологи могут интерпретировать порядок событий, произошедших во время формирования пустыни. Например, исследования, проводимые в области геологии поверхности Пустыня Намиб позволили геологам интерпретировать древние движения Река Куисеб на основании возраста горных пород и особенностей, выявленных в этом районе.[9]

Адаптация организма

Высокая температура тела двугорбые верблюды позвольте им сохранить воду.

Животные

Основная статья: Ксерокол

Пустыни поддерживают разнообразные сообщества растений и животных, которые выработали устойчивость и обходят методы экстремальных температуры и засушливые условия. Например, пустынные луга более влажны и немного прохладнее, чем окружающие их экосистемы. Многие животные получают энергию, поедая окружающую растительность, однако растения пустыни намного труднее потреблять организмам.[10] Чтобы избежать высоких температур, большинство мелких пустынных млекопитающих ведут ночной образ жизни и живут в норах, чтобы избежать яркого пустынного солнца в дневное время. Эти норы предотвращают перегревание и обезвоживание, поскольку они поддерживают оптимальную температуру для млекопитающего.[11] Экология пустыни характеризуется засушливостью, щелочной почвы, низкая чистая продукция и оппортунистические схемы питания травоядные животные и плотоядные животные. 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 эндотермический организмы. Однако эндотермические организмы адаптировали механизмы, помогающие удерживать воду в таких средах обитания, как пустынные экосистемы, которые обычно страдают от засухи.[13] В условиях, когда внешняя температура ниже температуры их тела, большинство эндотермов способны уравновешивать выработку тепла и тепловые потери 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 предотвращения, расслабления гомеостаз, и специализации. Ночные грызуны пустыни, такие как кенгуровая крыса, будут проводить день в прохладных норах глубоко под землей, а ночью выходить 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. Верблюды, например, могут поддерживать температуру тела, примерно равную типичной температуре воздуха в пустыне. Эта адаптация позволяет верблюдам удерживать большое количество воды в течение продолжительных периодов времени. Другие примеры более высокой температуры тела у пустынных млекопитающих включают: дневной антилопа суслик, а Орикс. Некоторые эндотермы пустыни развили очень специфические и уникальные характеристики для борьбы с обезвоживанием. Мужской рябчик имеют специальные перья на животе, способные улавливать и переносить воду. Это позволяет рябчикам обеспечивать источник жидкости для своих цыплят, которые еще не могут сами летать к источникам воды.[14]

Волосатая белая щетина кактус старик помогают отражать сильный солнечный свет пустыни.

Растения

Основная статья: Ксерофит

Хотя в пустынях суровый климат, некоторым растениям все же удается расти. Растения, способные выжить в засушливых пустынях, называются ксерофиты, что означает, что они могут пережить длительные засушливые периоды. Такие растения могут закрыть свой устьица днем и снова открывайте их ночью. Ночью температура намного ниже, растения будут меньше терять воду и потреблять большее количество углекислого газа для фотосинтеза.

Адаптация ксерофитов включает устойчивость к теплу и потере воды, увеличение способности удерживать воду и уменьшение площади поверхности листьев. Одним из самых 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, щетинки кактус старик. Некоторые ксерофиты, например олеандр, имеют утопленные устьицы, которые служат формой защиты от жарких и сухих пустынных ветров, что позволяет листьям более эффективно удерживать воду. Еще одну уникальную адаптацию можно найти у ксерофитов, таких как Окотильо, которые «безлистны в течение большей части года, что позволяет избежать чрезмерных потерь 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 этих экосистем. 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 робототехника. В одном из таких экспериментов, проведенных в 1997 году, специализированный робот по имени Кочевник путешествовал через часть Пустыня Атакама. Во время этой экспедиции Nomad проехал более 200 километров и предоставил исследователям множество фотографий мест, которые посещал на своем пути.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Пуллен, Стефани. "Биом пустыни". Музей палеонтологии Калифорнийского университета. Получено 7 ноября 2017.
  2. ^ «Мировые пустыни». Национальный заповедник Мохаве: экология пустыни. Служба национальных парков. Получено 2008-02-22.
  3. ^ Ной-Меир, Имануэль (1 ноября 1973 г.). «Экосистемы пустынь: окружающая среда и производители». Ежегодный обзор экологии и систематики. 4 (1): 25–51. Дои:10.1146 / annurev.es.04.110173.000325. ISSN  0066-4162.
  4. ^ 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. Дои:10.1073 / pnas.101122798. ЧВК  33408. PMID  11353821.
  5. ^ «Особенности пустыни». Геологическая служба США. Получено 7 ноября 2017.
  6. ^ Эджелл, Х. Стюарт (2006). Аравийские пустыни. Springer. С. 201–238. ISBN  978-1-4020-3970-6.
  7. ^ Гессен, Поль (15 ноября 2011 г.). «Липкие дюны во влажной пустыне: формирование, стабилизация и модификация австралийских пустынных полей дюн». Геоморфология. 134 (3–4): 309–325. Bibcode:2011 Geomo.134..309H. Дои:10.1016 / j.geomorph.2011.07.008.
  8. ^ «Что такое форма рельефа пустыни: особенности и основные формы рельефа пустыни». Затмение Земли. 2017-05-31. Получено 2019-02-17.
  9. ^ 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. Дои:10.1111 / geoa.12028.
  10. ^ «Экосистема пустыни». digital-desert.com. Получено 2017-05-03.
  11. ^ Уитфорд, Уолтер Г. (2002). Экология пустынных систем. Сан-Диего, Калифорния: Elsevier Science Ltd., стр. 128, 132. ISBN  978-0127472614.
  12. ^ Клаудсли-Томпсон, Дж. Л. (1996). «Современные тенденции в экологии пустынь». Научный прогресс. 79 (3): 215–232. JSTOR  43423916.
  13. ^ Бакли, Лорен (23 января 2012 г.). «Широкомасштабные экологические последствия экзотермии и эндотермии в изменяющейся окружающей среде». Глобальная экология и биогеография. 21 (9): 873–885. Дои:10.1111 / j.1466-8238.2011.00737.x.
  14. ^ Поу, Ф. Харви; Янис, Кристина М .; Хейзер, Джон Б. (2013). Позвоночные животные (9-е изд.). Пирсон. С. 549–556. ISBN  978-0-321-77336-4.
  15. ^ 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.
  16. ^ "Выживание пустынных растений - DesertUSA". www.desertusa.com. Получено 2019-05-01.
  17. ^ 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. Дои:10.1016 / S0921-8890 (99) 80002-5.