Table of Contents
Биом тундры представляет собой одну из самых экстремальных и хрупких сред Земли. Существующую в основном в высоких широтах Северного полушария, этот обширный, безлесный ландшафт определяют вечная мерзлота, мучительно холодные температуры и удивительная степень биологической специализации. Часто неправильно понимаемую как бесплодная пустошь, тундра является критическим компонентом глобальной климатической системы, действуя как массивный поглотитель углерода и поддерживая уникальную сеть жизни, тонко настроенную на ее сложные ритмы. Понимание местоположения тундры, климатических движущих сил и экологической динамики имеет важное значение, особенно когда этот биом стоит на переднем крае антропогенного изменения климата.
Название: Больше, чем холодная пустыня
Слово «тундра» происходит от слова «тундар» Килдин Сами, означающего «высокие земли» или «безлесный горный узел». Эта этимология указывает на определяющую характеристику биома: отсутствие деревьев. Это безлесие не случайное, а прямое следствие суровых климатических условий, в первую очередь низких годовых температур и очень короткого вегетационного периода. Однако наиболее важной определяющей чертой тундры, особенно арктической тундры, является вечной мерзлоты — земля, которая остается замороженной в течение как минимум двух лет подряд. Этот подземный слой льда диктует все от типа почвы, которая образуется, до гидрологии ландшафта. Поскольку вечная мерзлота непроницаема, она препятствует сливу воды вниз, создавая уникальную среду насыщенных почв, мелководных озер и обширных водно-болотных угодий в течение короткого летнего оттепели. В то время как часто по сравнению с пустыней из-за ее низких осадков (обычно 150-250 мм в год), заболочен
Глобальное распространение биома тундры
Тундра обычно классифицируется на три различных типа в зависимости от ее географического положения: Арктика, Антарктика и Альпийские.В то время как общие черты, такие как низкие температуры и простая структура растительности, специфические экологические давления и биологические сообщества значительно различаются в этих регионах.
Арктическая тундра
Арктическая тундра является наиболее обширным и хорошо известным тундровым регионом. Она образует циркумполярный пояс вокруг Северного полюса, простирающийся на юг до бореальных лесов (тайга). Ключевые регионы включают северные побережья Аляска (Северный склон), обширные пространства северной Канады (включая архипелаг), прибрежную окраину Гренландии (в первую очередь западное и восточное побережья), северные районы Скандинавии (Финнмарксвидда в Норвегии, Лапландия через Швецию и Финляндию]] Сибирь Сибирь в России (Ямал, Гыдан и Таймыр) Эти места испытывают всю силу арктического климата, с экстремальными сезонными колебаниями дневного света и температуры. Переходная зона
Альпийская тундра
Альпийская тундра встречается на высоких высотах в горах по всему миру, на высотах над линией деревьев, где окружающая среда становится слишком холодной и ветреной для роста деревьев. В отличие от арктической тундры, альпийская тундра не имеет вечной мерзлоты в качестве определяющей особенности, хотя вечная мерзлота может существовать на очень больших высотах. Ключевое различие здесь заключается в том, что дни не подвержены тем же экстремальным фотопериодам (24-часовой дневной свет / темнота) полярных регионов. Альпийская тундра испытывает высокую солнечную радиацию, интенсивные суточные колебания температуры (холодная ночью, относительно теплая днем) и сильные, высыхающие ветры. Значительные альпийские тундры включают Скалистые горы , Анды , Гималаи , Тибетское плато [[FLT:
Антарктическая тундра
Антарктическая тундра существует на субантарктических островах (например, Южная Георгия, Южные Шетландские острова и острова Кергелен) и небольших свободных ото льда прибрежных участках материковой Антарктиды, таких как Сухие долины Мак-Мердо. Это одна из самых экстремальных сред на Земле. Климат определяется свирепыми катабатическими ветрами, чрезвычайно низкими температурами и очень небольшим количеством осадков. Биоразнообразие удивительно низкое. В растительности преобладают криптогамы: мхи, печеночники, лишайники и несколько видов специализированных водорослей. Только два вида сосудистых растений являются родными для всего региона Антарктического полуострова: антарктическая шерсть (Deschampsia antarctica) и антарктическая жемчужина (Colobanthus quitensis). Окружающий Южный океан обеспечивает критически важные питательные вещества, поддерживая большие популяции морских птиц, пингвинов и тюленей, которые полагаются на морскую среду.
Климат и сезоны Тундры
Всеобъемлющим драйвером тундровой экосистемы является ее экстремальный климат, характеризующийся долгой, суровой зимой и коротким прохладным летом. Переходные периоды (весна и осень) мимолетны, но являются временами интенсивной биологической активности.
Долгая, жестокая зима
В Арктике зима длится от 8 до 10 месяцев. Средняя температура может упасть до 30 ° C (-22 ° F) и может упасть намного ниже во внутренних регионах, таких как Сибирь, где температура -50 ° C (-58 ° F) не редкость. Солнце либо не поднимается в течение нескольких недель или месяцев за один раз (полярная ночь) или появляется только кратко, низко на горизонте. Пейзаж заморожен. Снежный покров обеспечивает критический изолирующий слой для почвенных организмов и зимующих животных, в то время как сильные ветры создают эффект охлаждения ветра, что делает выживание исключительно трудным для жизни.
Краткое, насыщенное лето
Лето в тундре — это замечательный взрыв жизни. Обычно он длится всего 6-10 недель. В течение этого времени солнце может светить 24 часа в сутки (полуночное солнце). Средняя летняя температура находится между 3 °C и 12 °C (37 °F до 54 °F) . Этот период постоянного дневного света и относительно теплых температур вызывает быстрый рост растений, появление насекомых и массовый приток перелетных птиц. Оттаивание активного слоя — верхний метр или около того почвы над вечной мерзлотой — превращает замерзшую пустыню в заболоченный, яркий ландшафт болот и прудов.
Осадки и эвапотранспирация
Тундра получает очень мало осадков, как правило, менее 250 мм в год, конкурируя со многими пустынями. Большинство осадков выпадает в виде снега зимой. Однако тундра не считается засушливой пустыней с точки зрения функции экосистемы, поскольку скорости испарения и испарения чрезвычайно низки из-за низких температур. Почва эффективно заболочена в течение всего лета, создавая насыщенные, анаэробные условия, которые приводят к образованию торфа и медленному разложению.
Солнечный свет и фотопериодизм
Крайний сдвиг между 24-часовым дневным светом летом и 24-часовой темнотой зимой является мощной избирательной силой. Растения эволюционировали, чтобы эффективно фотосинтезировать при низкоугольном непрерывном свете. Животные полагаются на изменение фотопериода, чтобы вызвать миграцию, размножение и изменения цвета меха (например, арктическая лиса и птармиган, которые становятся белыми зимой). Эти драматические сезонные часы являются центральными для жизни в тундре.
Адаптация флоры и фауны
Жизнь в тундре требует экстраординарных приспособлений.Процветающие здесь организмы — это специализированные выжившие, использующие комбинацию физиологических, поведенческих и морфологических стратегий, чтобы справиться с холодными, короткими вегетационными периодами и ограниченными ресурсами.
Оригинальное название: Plant Life: Masters of Survival
Тундровые растения преимущественно низкорослые, решающая адаптация для поглощения тепла из темной почвы и избегания высыхающих зимних ветров. Многие растения растут в сгустках (подушки) для создания более теплого, более влажного микроклимата. Они часто темного цвета для поглощения большего количества солнечного излучения.
Животные: выносливость и миграция
Животную жизнь тундры можно разделить на постоянных жителей и сезонных мигрантов. Ключевой травоядной является карибу (олень) , который предпринимает массовые ежегодные миграции, самые длинные из любых наземных млекопитающих, для использования сезонных источников пищи. Их копыта широки для прогулок по снегу и рытья лишайников (кретер).
Постоянные жители, такие как Арктическая лиса (Vulpes lagopus) и лемминг , являются хозяевами холодного выживания. Арктическая лиса имеет самый теплый мех из всех млекопитающих, меняя цвет с сезонами для маскировки. Она также имеет компактную форму тела (короткие уши, морда и ноги), чтобы минимизировать потерю тепла (правило Аллена). Лемминги являются важным компонентом пищевой сети; их знаменитые, часто неправильно понятые, циклы популяции приводят к репродуктивному успеху хищников, таких как снежная сова, арктическая лиса и ягер.
Полярный медведь (Ursus maritimus) (FLT:0) является главным хищником, в основном ограничен прибрежными тундрой и морским льдом. Он превосходно приспособлен к холоду с черной кожей (поглощает тепло), прозрачным полым мехом (изолирует и направляет солнечный свет) и массивным телом для хранения жира.
В течение короткого лета тундра становится питомником для миллионов перелетных птиц, включая снежных гусей, песочников, плевел и крачек, которые используют обильную пищу насекомых и 24-часовой дневной свет, чтобы вырастить своих детенышей, прежде чем летать на юг на зиму. Даже насекомые адаптировались: комары и черные мухи появляются в ошеломляющем количестве, их личинки выживают зимой, замороженные во льдах мелких прудов.
Критическая роль вечной мерзлоты в тундре
Вечная мерзлота является буквальной основой арктической тундры. Эта постоянно замерзшая земля, которая может простираться на сотни метров глубоко под поверхностью, содержит массивный резервуар органического углерода — по оценкам, примерно в два раза больше углерода, в настоящее время находящегося в атмосфере Земли. В течение тысячелетий холод предотвращал полное разложение этого материала, эффективно блокируя его.
Как вечная мерзлота формирует ландшафт
Наличие вечной мерзлоты приводит к уникальным геологическим и гидрологическим процессам. Когда активный слой оттаивает летом, насыщенная почва может течь, создавая такие особенности, как доли солифлюкции. Замораживание и оттаивание воды вызывает тряску мороза, которая сортирует камни в сложные узоры, известные как , узорчатые грунты (круги, полигоны, полосы]. Когда массивные ледяные клинья внутри таяния вечной мерзлоты, земля разрушается, создавая термокарстовые ландшафты неровной местности, воронки и новые озера. Эти процессы очень чувствительны даже к незначительному повышению температуры.
Углеродная обратная связь Пермафроз
Наибольшую глобальную озабоченность, связанную с тундровым биомом, вызывает обратная связь углерода в вечной мерзлоте . Поскольку Арктика прогревается более чем в два раза по сравнению со средним показателем в мире (арктическая амплификация), вечная мерзлота тает. Эта оттепель подвергает ранее замороженное органическое вещество микробному разложению. Микробы разрушают этот материал, высвобождая парниковые газы двуокись углерода (CO2) и метан (CH4) в атмосферу. Метан, который выделяется из анаэробного (без кислорода) разложения в заболоченных почвах, является гораздо более мощным парниковым газом, чем CO2. Этот выброс ускоряет глобальное потепление, что, в свою очередь, вызывает более мощную, самоподкрепляющуюся петлю обратной связи. Научное сообщество активно отслеживает температуру почвы, толщину активного слоя и выбросы парниковых газов по всей тундре, чтобы лучше предсказать величину и скорость этого выброса. Понимание динамики вечной мерзлоты имеет решающее
Экологические угрозы и будущее Тундры
Тундра, которая когда-то считалась отдаленной и нетронутой пустыней, сейчас находится под огромным давлением многочисленных стрессоров, вызванных человеком. Последствия этих изменений не только локальны, но и имеют глобальные последствия.
Изменение климата: общая угроза
Быстрое потепление Арктики вызывает широкомасштабные изменения. Наиболее заметным эффектом является озеленение Арктики: спутниковые данные показывают, что тундра становится более кустарниковой, поскольку более крупные древесные растения, такие как ольха и береза, расширяются на север. Это расширение кустарников изменяет местный климат, поглощая больше солнечной радиации (эффект Альбедо), который также поглощает больше солнечного излучения и ускоряет местное потепление. Линия деревьев также продвигается на север, превращая тундру в бореальный лес, который вытесняет уникальную экосистему тундры. Теплое лето также приводит к увеличению лесных пожаров в таких регионах, как Аляска и Сибирь, которые сжигают богатые органическими веществами торфяные почвы, высвобождая огромное количество углерода и дальнейшую дестабилизацию вечной мерзлоты. Для получения дополнительной информации о последних результатах по озеленению Арктики, посетите Обсерваторию Земли НАСА .
Промышленное развитие и инфраструктура
Нефтегазовая и горнодобывающая промышленность являются основными экономическими драйверами в тундровых регионах. Эксплуатация ресурсов в таких местах, как залив Прудхо (Аляска) и полуостров Ямал (Россия) привела к значительной фрагментации среды обитания, загрязнению и внедрению инвазивных видов. Ледовые дороги, используемые для зимней разведки, становятся менее надежными из-за более теплых зим, что требует строительства постоянных гравийных дорог и трубопроводов, которые выступают в качестве барьеров для движения животных. Трансаляскинская трубопроводная система является ярким примером инженерной инфраструктуры, предназначенной для борьбы с вечной мерзлотой, но ее долговечность и воздействие являются постоянными проблемами.
Загрязнение и загрязнители большой дальности
Тундра выступает в качестве поглотителя глобального загрязнения. «Арктическая дымка» является видимым явлением, возникающим в результате промышленных загрязнителей (сажа, сера), перемещающихся из средних широт в Арктику. Более тревожным является биоаккумуляция стойких органических загрязнителей (СОЗ) и тяжелых металлов, таких как ртуть. Эти токсины транспортируются атмосферными и океаническими течениями, попадают в пищевую сеть и концентрируются в высших хищниках, таких как белые медведи и коренные человеческие популяции. Ведущим ресурсом по этой теме является Программа мониторинга и оценки Арктики (AMAP) [FLT: 1] .
Уязвимость коренных общин
Коренные народы, такие как саамы Скандинавии, ненцы Сибири, гвичины Аляски и Канады и инуиты, тысячелетиями жили в тундровых регионах. Их традиционный образ жизни, особенно оленеводство и охота, глубоко переплетаются со здоровьем тундровой экосистемы. Изменение климата и промышленное развитие напрямую угрожают их продовольственной безопасности, культурному наследию и образу жизни. Оттаивание вечной мерзлоты разрушает здания и инфраструктуру. Изменение погодных условий делает опасными путешествия. Пропаганда и традиционные экологические знания этих общин бесценны для понимания и реагирования на изменения окружающей среды.
Биом тундры — это гораздо больше, чем замороженные внутренние районы. Это тесно связанная система климата, геологии и биологии, где жизнь работает на грани своих физических ограничений. Его обширные открытые ландшафты хранят значительную долю земного углерода в мире, регулируют региональный и глобальный климат и поддерживают уникальную совокупность высоко адаптированных видов и ярких человеческих культур. Быстрые изменения, происходящие в настоящее время в арктической и альпийской тундре, служат в качестве колокольчика для глобальных экологических сдвигов. Судьба тундры по своей сути связана с траекторией глобального изменения климата. Продолжение научных исследований, международное сотрудничество по сокращению выбросов и уважительное партнерство с обладателями знаний коренных народов будут иметь важное значение для решения проблем, которые стоят перед этим хрупким и критически важным биомом.