Почему пустыни занимают свои уникальные позиции

Пустыни, определяемые их крайней засушливостью и редкими осадками — обычно менее 250 мм в год — далеки от случайного распределения по всему миру. Их расположение, размеры и климатические границы являются результатом сложного взаимодействия между постоянными географическими особенностями, атмосферными циркуляционными моделями и океаническими влияниями. Понимание этих географических факторов не только объясняет, почему обширные пустыни, такие как Сахара, доминируют в Северной Африке, в то время как пустыня Атакама цепляется за западное побережье Южной Америки, но также проливает свет на динамику расширения и сокращения пустыни перед лицом современных экологических давлений, таких как изменение климата и деятельность человека. В этой статье рассматриваются ключевые географические факторы, формирующие мировые климатические зоны пустыни, включая широту, горные хребты, океанские течения, континентальность, высоту, растительный покров и антропогенные воздействия.

Широта и солнечное излучение

Субтропический пояс высокого давления

Широта является наиболее фундаментальным географическим контролем глобального распределения пустынь. Большинство горячих пустынь мира сосредоточены в субтропической широтной полосе между примерно 15° и 35° к северу и югу от экватора. Именно здесь циркуляция Хэдли — основной компонент атмосферной циркуляции Земли — создает устойчивые зоны высокого поверхностного давления, известные как субтропические максимумы.

В этой циркуляции теплый влажный воздух поднимается около экватора, выпуская дождь по мере охлаждения. Сейчас более сухой воздух движется по полюсу на больших высотах, опускаясь около 30° широты. По мере того, как этот воздух опускается, он нагревается адиабатически (без теплообмена), уменьшая относительную влажность, подавляя образование облаков и создавая ясное небо с интенсивным солнечным излучением. Эти условия создают чрезвычайно засушливый климат, идеально подходящий для формирования великих жарких пустынь мира, таких как Сахара, Аравийская, Иранская, Тар, Калахари и австралийские пустыни.

Интенсивное солнечное излучение в этих широтах, особенно в летние месяцы, усугубляет сухость за счет повышения температуры поверхности и испарения. Например, пустыня Сахара регулярно испытывает температуры поверхности, превышающие 50 ° C (122 ° F), при этом годовые осадки часто ниже 50 мм во многих областях. Сочетание стойкого атмосферного оседания и интенсивного солнечного нагрева гарантирует, что потенциальное испарение намного превышает осадки, отличительная черта гипераридного климата.

Для визуального представления, карты земной обсерватории НАСА температуры поверхности земли показывают, как самые горячие зоны выравниваются с субтропическими поясами пустыни, усиливая прочную связь между широтой, солнечной радиацией и образованием пустыни.

За пределами субтропиков: Средняя широта и полярные пустыни

В то время как широта преимущественно контролирует горячие пустыни, пустыни также встречаются в более высоких широтах при различных климатических механизмах. Пустыни средней широты, такие как Гоби и Такламакан в Центральной Азии, образуются в основном из-за континентальности и эффектов тени дождя, а не только солнечного нагрева. Эти пустыни лежат глубоко внутри континентов, где влага из океанов в значительной степени истощается до достижения внутренней части.

Полярные пустыни, в том числе большая часть Антарктиды и части Арктики, испытывают засушливость не от жары, а от экстремального холода. Холодный воздух содержит очень мало влаги, ограничивая осадки, несмотря на наличие льда. Таким образом, эти полярные пустыни определяются низкой влажностью и скудным снегопадом, отличая их от горячих пустынь, но все же отвечающих критериям экстремальной сухости. Это разнообразие иллюстрирует, как широта взаимодействует с другими географическими факторами для создания разнообразных типов пустынь во всем мире.

Близость к горным хребтам: эффект тени дождя

Орографический подъем и удаление влаги

Горные хребты, ориентированные перпендикулярно преобладающим ветрам, значительно влияют на формирование пустыни через эффект дождевой тени.По мере того, как влажные воздушные массы сталкиваются с горным хребтом, они вынуждены подниматься по наветренным склонам.Восходящий воздух охлаждается и конденсируется, в результате чего осадки наветренной стороне.Потеряв влагу, теперь сухой воздух опускается на подветренную сторону, адиабатически нагреваясь и создавая сухие, теплые условия, подавляющие образование облаков и осадков, порождая пустыни или засушливые зоны.

  • Пустыня Атакама (Чили): Самая сухая неполярная пустыня на Земле находится в дождевой тени возвышающихся Анд. Влажные восточные ветры выделяют осадки на восточных склонах и бассейне Амазонки, оставляя опускающийся воздух на западной стороне практически безвлажным. Некоторые регионы Атакамы десятилетиями не фиксировали измеримых осадков, что делает его гиперзасушливой средой.
  • Пустыня Мохаве (Калифорния, США): Горы Сьерра-Невада создают эффект суровой тени дождя.В то время как западная Сьерра-Невада получает до 2000 мм осадков в год, такие районы, как Долина Смерти, всего в 150 км к востоку, в среднем менее 50 мм. Этот контраст иллюстрирует значительную роль орографии в формировании местной пустыни.
  • Пустыня Гоби (Монголия/Китай): Эта холодная пустыня лежит в дождевой тени Гималаев и Тибетского плато, которые блокируют влагу муссонов Индийского океана от достижения Внутренней Азии.В сочетании с континентальностью это создает один из крупнейших засушливых регионов в мире.

Эффект дождевой тени может простираться на сотни километров за пределы горных хребтов, влияя не только на основные пустынные районы, но и на прилегающие полузасушливые и степные районы. Это географическое явление имеет решающее значение для понимания того, как меняющиеся модели ветра и изменение климата могут изменить границы пустыни в будущем. Для более подробной информации см. Национальное географическое объяснение пустынь дождевой тени .

Океанские течения и ветровые узоры

Стабилизация холодного течения и туманные пустыни

Холодные океанические течения вдоль западных континентальных окраин в субтропических широтах играют решающую роль в формировании прибрежных пустынь. Эти течения — такие как Бенгельский поток у Намибии, Гумбольдтский поток вдоль Чили, Канарский поток вблизи Западной Сахары и Калифорнийский поток — охлаждают верхний воздух, стабилизируя нижнюю атмосферу и ингибируя конвекцию, необходимую для осадков. Результатом является сухая прибрежная зона с очень небольшим количеством осадков.

Интересно, что эти холодные течения увеличивают относительную влажность вблизи поверхности, часто производя густые прибрежные туманы.Хотя туман обеспечивает некоторую влажность, его недостаточно, чтобы компенсировать крайнюю засушливость, в результате чего появляются уникальные экосистемы, адаптированные к туманоуборке, такие как эндемичные виды пустыни Намиб.Эти туманные пустыни являются одними из самых сухих и специализированных на Земле.

Преобладающие ветровые модели еще больше модулируют этот эффект. В субтропиках торговые ветры обычно дуют с востока на запад. На восточных континентальных окраинах (например, северо-восток Бразилии, восточная Африка) эти ветры приносят влагу внутри страны, поддерживая влажный климат. И наоборот, на западных окраинах торговые ветры часто дуют в море, усиливая сухое влияние холодных течений. В средних широтах Вестерли несут влагу на западные побережья, поэтому дождевые тени пустыни часто образуются на восточных сторонах прибрежных горных хребтов, как видно в регионе Большого бассейна США.

Теплые течения и внутренние пустыни

Теплые океанские течения, такие как Гольфстрим в Северной Атлантике и Куросио-Токвэн в северной части Тихого океана, текут вдоль восточного континентального побережья. Эти течения усиливают испарение и доступность влаги на шельфе, но парадоксальным образом могут способствовать сухим условиям вдоль прилегающих земельных массивов. Это связано с тем, что преобладающие ветры часто переносят влагу от побережья, оставляя ее либо далеко внутри страны, либо над океаном. Например, сомалийское побережье испытывает засушливые условия, несмотря на близость к теплому сомалийскому течению, в основном из-за ветровых моделей, которые переносят влагу в другом месте.

Континентальное положение и расстояние от океанов

Континентальность и внутренняя засушливость

Положение суши относительно океанических источников влаги существенно влияет на формирование пустынь.Большие континентальные интерьеры, особенно в средних широтах, часто имеют континентальный климат, характеризующийся жарким летом, холодными зимами и низкими осадками.Это явление, известное как континентальность, возникает из-за того, что влагозагруженные воздушные массы теряют большую часть своих водяных паров, пересекающих прибрежные и горные районы, прежде чем достичь внутренних районов.

Центральная Азия является ярким примером, в которой находятся обширные пустыни, такие как Гоби, Такламакан, Каракум и Кызылкум. Эти пустыни лежат в тысячах километров от ближайших океанов (Тихоокеанский, Атлантический, Индийский), а окружающие высокие горные хребты (Тибетское плато, Алтай, Тянь-Шань) еще больше блокируют влажность. В результате воздух, поступающий в эти пустыни, сухой, создавая обширные засушливые зоны вдали от прибрежных влияний.

В отличие от субтропических пустынь, континентальные пустыни демонстрируют экстремальные колебания температуры - зимние минимумы могут опускаться до -40 ° C, в то время как летние максимумы превышают 40 ° C. Их засушливость в основном вызвана не атмосферным оседанием, а географической реальностью, что влага истощается задолго до достижения этих внутренних регионов.

Деятельность человека, такая как ирригация и орошение, может локально увеличить влажность и растительный покров, но в геологических масштабах континентальность остается доминирующим детерминантом формирования внутренней пустыни. Для получения дополнительной информации см. Encyclopaedia Britannica entry on continentality.

Высота, орография и высокогорные пустыни

Холодные пустыни плато

Высота играет двоякую роль в пустынном климате: 1) снижение температуры воздуха и, следовательно, его способность удерживать влагу; 2) создание орографических барьеров, которые изолируют регионы от источников влаги. На высокогорных плато часто находятся холодные пустыни, где осадки остаются низкими, несмотря на относительно близость к богатым влагой районам.

Примечательным примером является Тибетское плато, в среднем около 4500 метров в высоту, где большие площади получают менее 250 мм ежегодных осадков. Холодный, тонкий воздух содержит мало водяного пара, а высота плато выступает в качестве барьера для влажного муссонного воздуха из Индийского океана, создавая обширную холодную пустынную среду. Аналогично, Патагонская пустыня Южной Америки лежит на омраченном дождем плато к востоку от Анд, где высота сочетается с континентальностью, чтобы создать засушливую холодную пустыню.

Высота и растительность

Высотные пустыни характеризуются редкой растительностью, специализированной для того, чтобы противостоять как засушливости, так и интенсивному солнечному излучению, особенно ультрафиолетовому свету. Типы растительности варьируются географически - от подушки растений и выносливых кустарников в Андах до засухоустойчивых трав и небольших кустарников в тибетской степи. Эти экосистемы очень чувствительны к изменениям температуры; даже небольшое потепление может увеличить испарение и таяние вечной мерзлоты, потенциально расширяя пустынные районы или изменяя растительные узоры.

Растительный покров, альбедо и механизмы обратной связи

Пустыня-Альбедо Feedback Loop

Географические факторы выходят за рамки физической топографии и климата и включают поверхностные характеристики, такие как растительный покров и альбедо (отражательность поверхности). Пустыни обычно имеют высокое альбедо из-за их светлых песков и скал, отражая значительную часть поступающего солнечного излучения обратно в космос. Хотя это отражение может иметь локализованный охлаждающий эффект, общее воздействие минимально из-за сухой, тонкой атмосферы.

Ключевым эффектом высокого альбедо пустынь является их роль в самоусиливающейся петле обратной связи. Разреженная растительность снижает эвапотранспирацию, приводя к снижению атмосферной влажности и уменьшению количества облаков. Это позволяет большему количеству солнечного излучения достигать поверхности, дополнительно высушивая почву и подавляя рост растений. Эта обратная связь стабилизирует и часто обостряет границу между пустыней и прилегающими более влажными зонами.

И наоборот, густонаселенные районы, такие как леса, имеют низкое альбедо и высокое эвапотранспирацию, способствующие удержанию влаги и осадков.Переход из пустынных районов в непустынные районы часто представляет собой переломный момент в этой системе обратной связи, где небольшие изменения климата или землепользования могут вызвать быстрые сдвиги в растительном покрове и масштабах пустыни.

Деятельность человека, такая как чрезмерный выпас скота, обезлесение и плохая сельскохозяйственная практика, может нарушить этот баланс и привести к опустыниванию — расширению условий пустыни в ранее продуктивные земли. Регион Сахель к югу от Сахары является классическим примером, где потеря растительности взаимодействует с географическими факторами, такими как широта и ветровые модели, чтобы стимулировать расширение пустыни. Для получения дополнительной информации см. статью НАСА об опустынивании .

Антропогенное и климатическое воздействие на пустыню

В то время как природные географические факторы, такие как широта, горные хребты, океанские течения, континентальное положение и возвышение, сформировали пустыни в течение геологических временных рамок, деятельность человека и изменение климата в настоящее время активно изменяют их границы и динамику.

Изменения в землепользовании , включая чрезмерный выпас, обезлесение, неустойчивое орошение и расширение городов, могут ухудшить почву и уменьшить растительный покров, увеличив альбедо поверхности и способствуя опустыниванию. Например, чрезмерный выпас в некоторых частях Центральной Азии и Сахеля ускорил эрозию почвы, что усугубило естественную засушливость.

Изменение климата добавляет еще один уровень сложности, изменяя модели атмосферной циркуляции, океанские течения и режимы осадков. Потепление повышает скорость испарения, потенциально расширяя засушливые зоны в сторону полюса и в сторону возвышения. Изменения динамики муссонов могут увеличить частоту засухи в чувствительных регионах, таких как Ближний Восток и Центральная Азия.

И наоборот, некоторые пустыни могут сокращаться, если влажные условия развиваются из-за изменений в ветровых моделях или увеличения осадков, хотя такие изменения являются весьма специфичными для региона и неопределенными. Продвинутые климатические модели и спутниковые наблюдения являются важными инструментами для мониторинга этих тенденций и прогнозирования будущей динамики пустынь.

Понимание сложных географических и климатических факторов, влияющих на пустыни, имеет решающее значение для управления водными ресурсами, биоразнообразием и средствами к существованию человека в засушливых и полузасушливых регионах по всему миру.