Биомы являются основными экологическими сообществами планеты, классифицированными по их преобладающей растительности и характеризующимися адаптацией организмов к этой конкретной среде. Они представляют собой крупномасштабные выражения того, как география - взаимодействие широты, высоты и рельефа - формирует климат, который, в свою очередь, диктует, какие растения и животные могут выживать и процветать. Понимание биомов - это не просто академическое упражнение; это имеет основополагающее значение для прогнозирования последствий изменения климата, руководства приоритетами сохранения и устойчивого управления природными ресурсами. В этой статье исследуется тесная связь между географией и биомами, исследуется, как климат управляет биоразнообразием, и обсуждается неотложность защиты этих жизненно важных систем в быстро меняющемся мире.

Что такое биомы?

Биом — это большая географическая область, определяемая её климатом, почвой и сообществами растений и животных, которые приспособились к этим условиям. В отличие от экосистем, которые могут быть такими же маленькими, как пруд или такими же большими, как лес, биомы — это широкие категории, которые охватывают многие экосистемы с аналогичными условиями окружающей среды. Ученые обычно признают несколько крупных биомов, каждый из которых имеет характерный набор форм жизни:

  • Тропический тропический лес (FLT: 1) — жаркий, влажный, с круглогодичным осадком.
  • Пустыня — очень низкие осадки, экстремальные перепады температуры.
  • Температурный лес — умеренный климат с различными сезонами.
  • Тундра — холодная, безлесная, с вечной мерзлотой.
  • Грассленд — преобладают травы, сезонные засухи.
  • Тайга (Борский лес) — холодный, хвойный лес.
  • Саванна — тропические луга с разбросанными деревьями.
  • Средиземноморье (Чапараль) — мягкие, влажные зимы и жаркое, сухое лето.
  • Снежная вода и морская — водные биомы, покрывающие большую часть Земли.

Каждый биом представляет собой уникальное решение проблем, связанных с его географией.Границы между биомами часто постепенны и зависят от местных условий, таких как тип почвы, высота и история возмущений.

Роль географии в формировании биомов

География является основным фактором распределения биомов. Четыре ключевых географических фактора взаимодействуют для создания климатических условий, которые определяют биомы:

широта

Расстояние от экватора определяет количество солнечной радиации, которую получает регион. Рядом с экватором солнечный свет является интенсивным и последовательным, что приводит к теплым температурам и высоким скоростям испарения - идеально для тропических лесов. К полюсам поступающая солнечная энергия слабее и более сезонна, что приводит к холодному тундровому или тайге климатов. Широта также влияет на преобладающие модели ветра и океанских течений, которые перераспределяют тепло и влагу во всем мире.

высота

По мере повышения высоты температура обычно падает примерно на 6,5 ° C на 1000 метров (скорость провала). Это означает, что высокие горы могут имитировать климатические условия гораздо более высоких широт. Например, тропическая гора может иметь тропический лес у основания, облачный лес в середине подъема и альпийскую тундру вблизи вершины - все в пределах нескольких километров. Высота также влияет на осадки: наветренные склоны получают больше дождя (орографический подъем), в то время как подветренные стороны часто создают дождевые тени, создавая пустыни, подобные тем, которые находятся в восточной тени Анд.

Близость к большим водоемам

Океаны и крупные озера умеренного климата, поглощая и выпуская тепло медленно. Прибрежные области, как правило, имеют более мягкие зимы и более прохладное лето по сравнению с континентальными интерьерами на той же широте. Это морское влияние позволяет умеренным тропическим лесам процветать в таких местах, как Тихоокеанский Северо-Запад и Новая Зеландия. Напротив, внутренние регионы испытывают большие экстремальные температуры, предпочитая луга или пустыни.

Топография и почва

Горы, долины и плато создают микроклиматы. Долины могут задерживать холодный воздух, приводя к морозным карманам, в то время как склоны, обращенные на юг, получают больше солнечного света и теплее и суше, чем склоны, обращенные на север. Тип почвы, полученный из подстилающей породы и климатического выветривания, дополнительно ограничивает растительность: бедные питательными веществами песчаные почвы поддерживают различные растительные сообщества, чем плодородные суглинки. Вечная мерзлота, географическая особенность высоких широт, диктует структуру экосистем тундры.

Вместе эти географические факторы создают климатические модели — температуру, осадки, сезонность, которые определяют каждый биом. Климатологи используют систему классификации Кёппена-Гейгера для картирования этих отношений во всем мире.

Как климат влияет на биоразнообразие

Климат является единственным наиболее важным абиотическим фактором, формирующим биоразнообразие в биоме. Взаимодействие температуры и доступности воды создает экологические возможности и ограничения, которые определяют, сколько видов может сосуществовать и насколько сложными становятся пищевые сети.

Температура и метаболические показатели

Вся жизнь управляется температурно-зависимыми биохимическими реакциями. Более теплый климат обычно позволяет быстрее скорость метаболизма, рост и размножение, что может поддерживать более высокое богатство видов при условии, что другие ресурсы (особенно вода) не ограничивают. Это объясняет, почему тропические леса с их неизменно теплыми температурами содержат больше видов, чем любой другой земной биом. В холодных биомах, таких как тундра и тайга, низкие температуры замедляют метаболизм, ограничивая продуктивность и видовое разнообразие. Большинство организмов неактивны в течение долгих зим, и выживают только адаптированные к холоду специалисты.

Осадки и доступность воды

Вода необходима для фотосинтеза, транспортировки питательных веществ и клеточной функции. Образцы осадков — общее годовое количество осадков и его сезонное распределение — непосредственно формируют растительность. Тропические тропические леса получают > 2000 мм осадков в год, поддерживая пышные многослойные леса. Пустыни получают < 250 мм, заставляя растения и животных разрабатывать экстремальные стратегии сохранения воды. Травы занимают промежуточную зону, где осадков достаточно для трав, но не для лесов, в то время как частые пожары предотвращают посягательство древесины.

Сезонность и режимы беспокойства

Сезонные изменения температуры и осадков создают предсказуемые циклы, к которым организмы должны адаптироваться. Умеренные леса испытывают спящие зимы и активное лето, с лиственными деревьями, линяющими листья для сохранения воды и энергии. Саванны имеют различные влажные и сухие сезоны; многие животные мигрируют, чтобы следовать за водой и кормом. Огонь является естественным нарушением во многих биомах (например, луга, средиземноморские чапараль, бореальные леса) и сформировал эволюцию адаптированных к огню видов. Частота и интенсивность нарушений тесно связаны с климатом.

Изменение климата и изменение биоразнообразия

Изменение климата, обусловленное деятельностью человека, изменяет температуру и режимы осадков быстрее, чем многие виды могут адаптироваться или мигрировать. Биомы смещаются в сторону полюса и вверх по склону. Например, линия деревьев в Арктике продвигается в тундру, сокращая среду обитания для таких видов, как карибу и арктические лисы. Коралловые рифы (морские биомы) отбеливаются по мере повышения температуры океана. Виды с ограниченной способностью к рассеиванию или узкими климатическими допусками сталкиваются с повышенным риском исчезновения. В докладе МГЭИК 2022 предупреждает, что даже при сценариях умеренного потепления 14% видов подвергаются высокому риску исчезновения.

Биомы в деталях: география, климат и жизнь

Тропический тропический лес

Найденные вблизи экватора (0°-10° широты) в Южной Америке, Африке, Юго-Восточной Азии и Океании. Ежегодное количество осадков превышает 2000 мм, а температура в среднем 25-28°C круглый год. Почвы, как правило, бедны питательными веществами, потому что быстрое разложение и выщелачивание удаляют органическое вещество. Несмотря на плохие почвы, тропический лес поддерживает приблизительно 50-80% земного биоразнообразия в мире. Сложная вертикальная структура - появляющиеся деревья, навес, подлесок и лесной пол - создает бесчисленные ниши. Иконические виды включают ягуаров, гарпийских орлов, орангутанов и ядовитых лягушек-дротиков. Эти леса также являются жизненно важными поглотителями углерода, храня 250 миллиардов тонн углерода.

пустыни

Покрыть приблизительно 20% поверхности земли. Пустыни определяются засушливостью (менее 250 мм осадков в год) и часто испытывают экстремальные перепады температуры - жаркие дни и холодные ночи в субтропических пустынях (Сахара, Аравийский), или холодные зимы в высокогорных пустынях (Гоби, Большой Бассейн). Адаптации включают хранение воды (кактусы, суккуленты), ночное поведение (кенгуру крысы, лисы фенхека) и уменьшенную поверхность листьев (кустарник креозота). Биоразнообразие низкое, но высокоспециализированный; многие виды являются эндемичными. Опустынивание, вызванное изменением климата и чрезмерным выпасом, угрожает экосистемам засушливых земель и средствам к существованию 2 миллиардов человек.

Умеренный лес

Обнаруженные в средних широтах (30°-50°) с умеренными осадками (750-1500 мм) и четырьмя различными сезонами. Лиственные леса (дуб, клен, бук) доминируют там, где зимы холодные; хвойные леса (сосна, пихта) встречаются в более прибрежных или горных районах. Почвы плодородны из-за ежегодного подстилки листьев и более медленного разложения. Дикая природа включает в себя белохвостых оленей, черных медведей, лисиц и перелетных птиц. Эти леса были в значительной степени вырублены для древесины и сельского хозяйства; сегодня вторичные леса покрывают большую часть первоначального ареала.

Тайга (Бореальный лес)

Крупнейший в мире наземный биом, простирающийся через Канаду, Аляску, Скандинавию и Россию. Зимы длинные и суровые (в среднем −20°C), с коротким вегетационным периодом. Осадки низкие (300—800 мм), в основном как снег. Хвойные деревья — ель, пихта, сосна — адаптированы к холодным и бедным, кислым почвам. Млекопитающие включают лося, волков, рысь и зайца-подкова. Тайга хранит огромное количество углерода в своих торфяниках и вечной мерзлоте; оттаивание из-за потепления выделяет CO2 и метан.

Тундра

Арктическая тундра окружает Северный полюс; альпийская тундра встречается на высоких высотах во всем мире. Средняя годовая температура ниже −10 ° C; только мхи, лишайники и низкие кустарники растут над вечной мерзлотой. Биоразнообразие низкое, но включает в себя карибу, арктических лисиц, птармиганов и снежных сов. Тундра является хрупким биомом; ее медленное разложение означает очень медленный цикл питательных веществ. National Geographic отмечает, что изменение климата уменьшает протяженность вечной мерзлоты, вызывая «озеленение» тундры по мере расширения кустарников, но это также может увеличить риск лесных пожаров.

пастбища

Возникают в регионах с 250-900 мм годовых осадков - слишком сухие для лесов, но достаточные для трав. Умеренные луга (прерии, пампасы, степи) имеют холодные зимы и жаркое лето; тропические луга (саванны) имеют различные влажные / сухие сезоны. Глубокие, плодородные почвы сделали луга хлебными корзинами в мире, но местное биоразнообразие было резко уменьшено сельским хозяйством. Виды кейстоуна включают бизонов (Северная Америка), зебры (Африка) и кенгуру (Австралия). Огонь и выпас являются естественными процессами, которые поддерживают структуру лугов.

Влияние человека на биомы

Деятельность человека изменяет биомы беспрецедентными темпами. Основными факторами изменений являются:

  • Переработка земли в землепользование — Обезлесение для сельского хозяйства, лесозаготовок и урбанизации очистило около 50% тропических лесов и большинства умеренных лесов.
  • Изменение климата (FLT:0) Изменение климата (FLT:1) Повышение температуры, изменение осадков и увеличение частоты экстремальных погодных явлений меняют границы биома и подчеркивают экосистемы. Тропический лес Амазонки приближается к переломному моменту, когда он может стать саванной.
  • Загрязнение — Отложение азота из удобрений и ископаемого топлива обогащает почвы, отдавая предпочтение инвазивным видам над аборигенами. Пластиковое загрязнение достигло даже самых глубоких океанских траншей. Токсичные химические вещества накапливаются в пищевых цепях, нанося вред главным хищникам.
  • Инвазивные виды — Глобализация переносит виды за пределы их родных ареалов. Инвазивные виды могут конкурировать, охотиться или изменять места обитания для местных видов, иногда приводя к вымиранию. Примеры включают мидии зебры в Великих озерах и кудзу на юго-востоке США.
  • Чрезмерная эксплуатация (FLT:0) — Чрезмерный вылов рыбы разрушил многие морские промыслы; браконьерство уничтожило популяции слонов, носорогов и тигров. Неустойчивая вырубка леса удаляет ключевые структурные компоненты лесов.

Комбинированные эффекты создают «новые экосистемы» с видовыми составами, которых никогда не было раньше, и многие традиционные биомы теряют свою характерную идентичность.

Сохранение: защита мозаики жизни

Для сохранения биомов необходим многогранный подход, учитывающий как местные, так и глобальные факторы.

Охраняемые территории

Создание национальных парков, заповедников дикой природы и морских охраняемых районов (МОР) защищает критически важные места обитания. Сегодня около 17% земель и 8% океанов защищены, но многие районы недофинансированы или плохо управляются. WWF подчеркивает, что эффективное управление и связь между охраняемыми районами необходимы для того, чтобы позволить видам перемещаться по мере изменения климата.

Экологическое восстановление

Проекты по лесовосстановлению, восстановлению водно-болотных угодий и рериилдингу направлены на возвращение деградировавших экосистем. Bonn Challenge обязуется восстановить 350 миллионов гектаров деградированных земель к 2030 году. Восстановление может улучшить биоразнообразие, секвестрировать углерод и повысить безопасность воды. Однако это должно быть сделано с местными видами и тщательным планированием, чтобы избежать непредвиденных последствий.

Устойчивое землепользование

Такие виды практики, как агролесоводство, ротационное выпас скота и охранное сельское хозяйство, снижают воздействие производства продовольствия. Устойчивое лесное хозяйство (например, лесозаготовки с пониженным воздействием, сертификация Лесным попечительским советом) помогает поддерживать структуру лесов. В морской среде управление рыболовством на основе экосистем устанавливает ограничения на вылов на основе здоровья всей экосистемы.

Смягчение климата и адаптация

Даже при амбициозном смягчении некоторые изменения климата заперты, поэтому необходимы также меры по адаптации, такие как помощь в миграции видов, создание климатической рефугии и восстановление природных буферов (например, мангровых зарослей против штормовых нагонов).

Участие и политика сообщества

Коренные народы и местные общины управляют примерно 25% земель в мире, часто с высокими результатами в области биоразнообразия. Признание прав на землю и включение традиционных экологических знаний повышает эффективность сохранения. Более сильные международные соглашения (КБР, РКИКООН, КБОООН) и обеспечение соблюдения природоохранных законов имеют решающее значение для прекращения незаконной вырубки леса, браконьерства и загрязнения.

Заключение

Биомы не являются произвольными ярлыками; они являются живым выражением географических и климатических сил Земли. От влажных глубин тропических лесов до замерзших просторов тундры, каждый биом - это уникальная эволюционная история, сформированная широтой, высотой, водой и почвой. Климат - продукт этих географических факторов - определяет, какая жизнь может сохраняться, и, в свою очередь, биоразнообразие, которое мы наблюдаем, является прямым отражением этого климата. Тем не менее, человеческая деятельность быстро переписывает эти древние отношения. Обезлесение, загрязнение, изменение климата и инвазивные виды разрушают целостность биомов, угрожая услугам, которые они предоставляют: чистый воздух и вода, еда, медицина и регулирование климата.

Защита биомов - это защита основ человеческой цивилизации. Расширяя охраняемые территории, восстанавливая деградированные земли, применяя устойчивые методы и резко сокращая выбросы парниковых газов, мы можем сохранить богатый гобелен жизни, который география и климат сплелись на протяжении тысячелетий. Срочность никогда не была большей, но инструменты - научное понимание, международное сотрудничество и местные действия - находятся под рукой. Будущее биомов и наше собственное место в них зависит от выбора, который мы делаем сегодня.