Table of Contents
Пустыни представляют собой одни из самых экстремальных и динамичных сред на планете. Их суровая красота, от катящихся песчаных дюн до соляных ров, растрескавшихся от солнца, маскирует сложный набор климатических, геологических и биологических процессов, которые создают и поддерживают эти засушливые земли. Для студентов, учителей и всех, кто интересуется наукой о Земле, понимание процессов, лежащих в основе формирования пустынь, имеет важное значение для понимания более крупных моделей глобального климата, тектоники плит и динамики экосистем. В этой статье исследуются научные принципы, которые определяют, где и почему образуются пустыни, различные типы засушливых сред и деятельность человека, которая может их трансформировать.
Что определяет пустыню?
Классическое определение пустыни — это область, которая получает менее 250 миллиметров (около 10 дюймов) осадков в год. Однако засушливость — это больше, чем просто низкие осадки — она также включает в себя высокие показатели испарения, часто превышающие осадки много раз. Эта комбинация создает дефицит воды, который сильно ограничивает жизнь растений и животных. Индекс плотности [FLT: 0], используемый климатологами, сравнивает средние годовые осадки с потенциальным испарением. Пустыни соответствуют регионам, где индекс засушливости ниже 0,20 (гиперзасушливые и засушливые зоны). Важно отметить, что пустыни не являются равномерно горячими: некоторые холодные, с зимним снежным покровом и замороженными почвами, в то время как другие туманны, но без дождя.
Типы пустынь по всему миру
Географы классифицируют пустыни на основе их географического положения и доминирующих климатических факторов, ответственных за их сухость.Понимание этих категорий помогает объяснить, почему пустыни встречаются в таких разных местах.
Субтропические (горячие) пустыни
Это самые известные пустыни, найденные вблизи тропиков Рака и Козерога (между 20 и 30° широты). Они создаются глобальной атмосферной циркуляцией: теплый, влажный воздух поднимается на экваторе, охлаждается и выпускает дождь. Сейчас сухой воздух опускается в субтропиках под системами высокого давления, предотвращая образование облаков. Примеры включают пустыню Сахара , пустыню Сахара , пустыню Соноран и . Эти пустыни часто имеют экстремальные температурные колебания — обжигающие дни и прохладные ночи — и поддерживают специализированную флору, такую как кактусы и засухоустойчивые кустарники.
Дождь теневых пустынь
Когда влажный воздух вытесняется вверх горным хребтом, он охлаждается и теряет свою влагу, когда дождь на наветренной стороне. Подветренная сторона, в «тени» гор, остается сухой. Пустыня Атакама в Чили является классическим примером, лежа в дождевой тени Анд. Аналогично, Великая бассейновая пустыня в западной части Соединенных Штатов образована хребтами Сьерра-Невада и Каскад. Пустыни тени дождя могут быть удивительно холодными, особенно на более высоких высотах.
Прибрежные пустыни
Несмотря на то, что прибрежные пустыни примыкают к океанам, они получают очень мало осадков из-за холодных океанских течений. Холодная вода охлаждает воздух над ним, уменьшая его способность удерживать влагу и подавлять конвекцию. В результате туман является обычным явлением, но дождь чрезвычайно редок. Пустыня Намиб в южной Африке и пустыня Атакама (которая также испытывает прибрежные эффекты) являются яркими примерами. Эти пустыни часто являются домом для уникальных организмов, которые захватывают туман для воды.
Континентальные внутренние пустыни
Расположенные глубоко в больших массивах суши, вдали от океанических источников влаги, континентальные внутренние пустыни испытывают экстремальные сезонные температуры. Зима может быть горько холодной, а лето жарким. Пустыня Гоби в Азии и пустыня Каракум в Центральной Азии типичны. Их образование является результатом расстояния от моря и наличия высоких гор, которые блокируют влажный воздух.
Полярные пустыни
Хотя полярные области покрыты льдом и снегом, они квалифицируются как пустыни, потому что они получают очень мало ежегодных осадков - часто менее 50 миллиметров водного эквивалента. Антарктическая пустыня является самой большой пустыней на Земле, превосходя даже Сахару в области. Холодные температуры означают, что влага остается запертой во льду, создавая среду, которая является как сухой, так и холодной.
Ключевые процессы формирования пустыни
Понимание этих механизмов имеет решающее значение для прогнозирования того, как пустыни могут измениться в будущих климатических сценариях.
1.Глобальная атмосферная циркуляция и системы высокого давления
Наиболее фундаментальным двигателем образования пустынь является общая циркуляция Земли. Воздух, интенсивно нагреваемый на экваторе, поднимается, падая обильные дожди над экваториальными тропическими лесами. Этот воздух затем движется по полюсу на большой высоте, охлаждается и опускается около 30° широты. Нисходящий воздух создает полупостоянные субтропические пояса высокого давления (например, Азорские острова, Тихий океан). Эти системы высокого давления подавляют образование облаков и осадков, создавая основные горячие пустыни в мире. Этот шаблон является причиной того, что пустыни, такие как Сахара и Аравийский полуостров, занимают аналогичные широты по всему миру.
События Эль-Ниньо и Ла-Нинья могут временно изменить эти системы давления, вызывая засухи или редкие дожди в пустынях. Понимание этих телесоединений жизненно важно для управления водными ресурсами в засушливых регионах.
2. Эффект тени дождя и орографические барьеры
Когда преобладающие ветры несут влагозагруженный воздух к горному хребту, воздух вынужден подниматься. По мере его подъема он охлаждается адиабатически, и его способность удерживать водяной пар уменьшается. Это приводит к орографическим осадкам на наветренных склонах. Как только воздух греется на наветренной стороне, он нагревается, сжимается и становится еще более сухим - иногда называемый ветер foehn . Со временем этот стойкий эффект сушки создает суровые засушливые условия всего в нескольких десятках километров от пышных, дождливых гор. Дождевая тень Анд отвечает за гиперзасушливое ядро пустыни Атакама, где некоторые метеорологические станции никогда не регистрировали измеримый дождь.
3. Континентальное положение и расстояние от океанов
Крупные материки, такие как Азия и Северная Америка, как правило, имеют сухие внутренние районы, потому что к тому времени воздушные массы путешествуют за тысячи километров от побережья, они потеряли большую часть своей влаги. Этот континентальный эффект особенно выражен в средних широтах, где преобладающие Вестерли несут воздух внутри страны. Пустыня Гоби и Великий бассейн являются классическими континентальными внутренними пустынями. Наличие высоких горных хребтов, таких как Гималаи и Тибетское плато, далее изолирует эти внутренние районы, делая их одними из самых экстремальных засушливых зон на Земле.
4.Течения холодного океана и апвеллинг
Вдоль западных побережий континентов прохладные океанские течения, приводимые в движение вращением Земли (эффект Кориолиса), приносят холодную воду к экватору. Эти течения охлаждают наводящий воздух, стабилизируя атмосферу и предотвращая подъем, необходимый для образования облаков и дождей. Холодная вода также уменьшает испарение, поэтому мало влаги поступает в воздух. Течение Бенгелы у Намибии и течение Гумбольдта у Перу и Чили отвечают за прибрежные пустыни юго-западной Африки и Южной Америки. Несмотря на сухость, частый туман обеспечивает важнейший источник влаги для специализированных экосистем, включая культовую Welwitschia mirabilis растение.
5. Состав почвы и обратная связь с альбедо
Характер пустынных почв — песчаных, скалистых или соленых — является как следствием, так и фактором засушливости. Разреженное органическое вещество означает, что почвы имеют низкую водонепроницаемость. Грубые песчаные почвы позволяют осадкам быстро просачиваться от корней растений. Кроме того, высокое альбедо (отражательность) ярких пустынных поверхностей отражает солнечный свет обратно в атмосферу, что может дополнительно подавлять конвекцию и осадки — положительная обратная связь, которая помогает поддерживать засушливость. Более темные, скалистые поверхности поглощают больше тепла, создавая локализованные тепловые минимумы, которые иногда могут генерировать грозы, но они, как правило, слишком спорадические, чтобы противостоять общей сухости.
6. Геологические факторы: тектоника плит и вулканизм
На протяжении миллионов лет тектонические процессы создают топографию, формирующую пустыни. Столкновение Индийской и Евразийской плит построило Гималаи и Тибетское плато, которое блокирует влагу из Индийского океана и способствует образованию пустынь Гоби и Такламакан. Аналогично, Андское орогение создало массивную дождевую тень для Атакамы. Вулканический пепел может добавлять питательные вещества в пустынные почвы, но извержения также могут временно изменять местный климат, вводя аэрозоли в атмосферу, иногда вызывая кратковременное охлаждение и уменьшение осадков.
Основные пустыни мира: глубинные тематические исследования
Помимо простого списка, каждая крупная пустыня предлагает уникальную историю процессов формирования и экологической адаптации.
Сахара: самая большая горячая пустыня
Сахара охватывает примерно 9,2 миллиона квадратных километров через Северную Африку. Она сформировалась в течение миллионов лет, когда африканская плита дрейфовала на север и как подъем Атласских гор и Тибетского плато изменил глобальную атмосферную циркуляцию. В Сахаре преобладает Северная африканская система высокого давления. Она испытывает экстремальные суточные температурные диапазоны, от более чем 50°C в дневное время до почти замерзания ночью зимой. Сахара не является монотонным морем песка - только около 20% покрыто песчаными дюнами (эргами); остальное - гравийные равнины (реги) и скалистые плато (хамады). Недавние исследования показали, что Сахара подвергается циклическим периодам озеленения каждые 20 000 - 100 000 лет из-за сдвигов в орбитальных параметрах Земли (циклы Миланковича), которые приносят больше осадков от западноафриканского муссона.
Внешняя ссылка: Обсерватория Земли НАСА: пустыня Сахара
Пустыня Атакама: самая сухая неполярная пустыня
Расположенная на севере Чили пустыня Атакама представляет собой гиперзасушливую тень дождя и прибрежную пустыню вместе взятые. Некоторые районы, такие как регион Юнгай, получают менее 1 миллиметра осадков за десятилетие. Атакама настолько сухая, что она использовалась НАСА в качестве аналога Марса. Его почва почти стерильна в местах, хотя микробная жизнь существует в подземных соляных корках. Крайняя засушливость пустыни является результатом двойного эффекта тени дождя Анд и холодного течения Гумбольдта. Интересно, что Атакама испытывает случайные массовые цветения после редких дождей, вызванных Эль-Ниньо, ковровая ландшафт с полевыми цветами. Эти события подчеркивают тонкий баланс между засушливостью и жизнью.
Пустыня Гоби: холодная континентальная пустыня
Протянувшись через северный Китай и южную Монголию, пустыня Гоби представляет собой холодную пустыню, где зимние температуры могут опускаться до -40 °C. Это континентальная внутренняя пустыня, далекая от любого океана, и находится в дождевой тени Гималаев. Гоби также является источником некоторых из самых мощных пыльных бурь на Земле, которые транспортируют богатую железом пыль через Тихий океан на Гавайи и даже до гор Сьерра-Невада, влияя на продуктивность океана и формирование почвы. Образование Гоби связано с подъемом Тибетского плато за последние 10-15 миллионов лет, что усилило азиатскую систему муссонов и высушенную внутреннюю Азию.
Антарктическая пустыня: самая большая пустыня по площади
Антарктида, площадь которой составляет около 14 миллионов квадратных километров, является крупнейшей пустыней в мире. Она получает менее 50 мм осадков (в виде снега) ежегодно на большей части своей внутренней части. Крайний холод континента и устойчивая система высокого давления над полярным плато запирают влагу в ледяном щите. Несмотря на ледяной покров, Антарктида действительно является пустыней - ее сухие долины, такие как Сухие долины Мак-Мердо, являются одними из самых экстремальных условий на Земле, без снега или льда, и считаются ближайшим аналогом Марса на нашей планете.
Воздействие человека и опустынивание
Хотя пустыни являются природными особенностями, деятельность человека может ускорить их расширение и ухудшить их деликатные экосистемы. Термин опустынивание относится к деградации земель в засушливых районах, вызванной климатическими изменениями и действиями человека, а не к естественному продвижению существующих пустынь. Ключевые факторы включают чрезмерный выпас, обезлесение, неустойчивое орошение и засоление почвы. Например, в регионе Сахеля Сахель в Африке наблюдается сильное опустынивание из-за демографического давления и изменений в землепользовании, усугубляемых засухой. В некоторых районах опустынивание обратимо посредством устойчивых методов управления земельными ресурсами, таких как агролесоводство, контурные траншеи и ротационное выпасы.
Урбанизация в пустынных регионах, таких как Лас-Вегас в пустыне Мохаве или Феникс в Соноране, предъявляет огромные требования к водным ресурсам, часто отводя воду от рек и водоносных горизонтов быстрее, чем они перезаряжаются. Изменение климата также изменяет границы пустыни. Модели предполагают, что субтропические пояса высокого давления расширяются в сторону полюса, потенциально принося более сухие условия в регионы средней широты, которые в настоящее время поддерживают продуктивное сельское хозяйство.
Внешняя ссылка: Всемирный фонд дикой природы: Обзор опустынивания
Вывод: Важность понимания формирования пустыни
Пустыни — это не бесплодные пустоши; это динамические системы, сформированные атмосферными, океаническими и геологическими силами глобального масштаба. От смещающихся песков Сахары до туманного побережья Намиба каждая пустыня рассказывает историю взаимосвязанных процессов Земли. Изучая, как формируются и развиваются пустыни, ученые получают представление о прошлых изменениях климата, прогнозируют будущие модели засушливости и разрабатывают стратегии борьбы с опустыниванием. Для студентов и преподавателей эти ландшафты предлагают естественные лаборатории для изучения концепций в географии, геологии, метеорологии и экологии. Поскольку человеческие популяции продолжают расширяться в засушливые зоны, понимание процессов пустыни становится не просто академическим упражнением, но практической необходимостью для устойчивой жизни на изменяющейся планете.
Внешняя ссылка: Энциклопедия Британника: Наука о пустыне
Далее читать: Для углубленного изучения истории климата Сахары, посетите Национальная географическая Сахара пустыня статья .