Table of Contents

Пустыня Атакама является одной из самых необычных природных лабораторий Земли, обширным пространством гипераридной местности, которая десятилетиями пленяла ученых, геологов и исследователей климата. Пустыня Атакама является самой сухой неполярной пустыней в мире, и второй самой сухой в целом, за некоторыми конкретными пятнами в сухих долинах Мак-Мердо. Этот замечательный ландшафт, простирающийся вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки на севере Чили, представляет собой гораздо больше, чем просто засушливую пустошь. Это свидетельствует о глубоком влиянии, которое длительные засухи оказали на формирование и расширение пустыни в течение миллионов лет. Понимание сложной взаимосвязи между засухой и развитием Атакамы дает решающее понимание климатической динамики, геологических процессов и пределов жизни на Земле.

Древнее происхождение гипераридности

История пустыни Атакама начинается не тысячи, а миллионы лет назад Пустыня Атакама может быть самой старой пустыней на Земле, и пережила гиперзасушливость, по крайней мере, со времен среднего миоцена, с момента установления прото-Гумбольдтского течения в сочетании с открытием Тасманийско-Антарктического прохода около 33 миллионов лет назад Это геологическое событие коренным образом изменило океанические циркуляции вокруг Южной Америки, заложив основу для одной из самых экстремальных пустынных сред на планете.

Учитывая его расположение на западной границе Южной Америки, между 17 и 28 °S, его климат был охарактеризован как засушливый до гиперарида в течение по крайней мере последних 10 миллионов лет. Однако данные свидетельствуют о том, что засушливые условия могли сохраняться гораздо дольше. Геологические данные свидетельствуют о том, что этот регион испытывал засушливый до полузасушливых условий в течение чрезвычайно долгого времени, возможно, с конца юрского периода, примерно 150 миллионов лет назад. Этот чрезвычайный временной масштаб делает Атакаму не просто пустыней, но окном в древние климатические системы и долгосрочные изменения окружающей среды.

Переход от просто засушливых условий к гипераридным представляет собой критическую фазу в эволюции пустыни. Научные данные свидетельствуют о том, что в то время как Атакама испытывала засушливые условия к полузасушливым условиям в течение 150 миллионов лет, крайняя гипераридность началась гораздо позже. Переход к вечно сухому состоянию тесно связан с заключительными крупными фазами подъема Анд и полным установлением системы холодного течения Гумбольдта. Геологические данные указывают на то, что гипераридные условия были распространены во внутреннем ядре пустыни в течение по крайней мере последних 8-15 миллионов лет.

Географические и атмосферные механизмы, создающие экстремальную засуху

Крайняя засушливость Атакамы обусловлена уникальным сближением географических и атмосферных факторов, которые эффективно создают идеальные условия для шторма засухи. Понимание этих механизмов имеет важное значение для понимания того, как засухи сформировали и продолжают влиять на этот замечательный ландшафт.

Эффект тени двойного дождя

Наиболее засушливый регион пустыни Атакама расположен между двумя горными цепями, Андами и Чилийским побережьем, которые достаточно высоки, чтобы предотвратить адвекцию влаги из Тихого или Атлантического океана, создавая двусторонний эффект тени дождя.Эта географическая конфигурация создает исключительно эффективный барьер для осадков со всех направлений.

На востоке возвышающиеся Андские горы образуют грозную стену, которая блокирует влагозагруженные воздушные массы из бассейна Амазонки. Одной из основных географических особенностей, способствующих сухости Атакамы, является массивная стена Анд на востоке. Эти горы стоят прямо на пути влагозагруженных воздушных масс, переносимых на запад от бассейна Амазонки. Когда этот влажный воздух сталкивается с высотой Анд, он вынужден резко подниматься, процесс, известный как орографический подъем. По мере того, как воздух поднимается и охлаждается, он выпускает свою влагу на восточных склонах, оставляя западную сторону глубоко сухой.

Этот процесс в сочетании с высоким чилийским побережьем, действующим как второй барьер ближе к Тихому океану, создаёт двойной эффект дождевой тени, отгораживая центральную пустыню практически от всех источников влаги.Эта двойная барьерная система гарантирует, что центральное ядро Атакамы остаётся изолированным от источников осадков с обеих сторон, создавая условия экстремальной и устойчивой засухи.

Инверсия тока и температуры Гумбольдта

Тихий океан играет не менее важную роль в поддержании гипераридных условий Атакамы под влиянием холодного течения Гумбольдта.Постоянная инверсия температуры, вызванная прохладным северотекущим океанским течением Гумбольдта и сильным тихоокеанским антициклоном, способствует крайней засушливости пустыни.Это океаническое явление создает атмосферные условия, активно подавляющие осадки.

Второй механизм образования пустыни лежит в Тихом океане, где холодное течение Гумбольдта течет на север вдоль побережья. Это течение приносит холодную воду на поверхность через подъем, охлаждая воздух непосредственно над ним. Это поддерживает прибрежные температуры намного холоднее, чем ожидалось для субтропической широты. Это охлаждение создает стабильное атмосферное состояние, известное как температурная инверсия, захватывая слой холодного, плотного воздуха под более теплым воздухом выше.

Гумбольдтское течение создает температурную инверсию в атмосфере из-за охлаждения слоев воздуха, контактирующих с океаном.Холодный воздух не может подняться достаточно, чтобы вызвать облачность и осадки, поэтому он порождает плотные, почти постоянные прибрежные туманы.Хотя эти туманы обеспечивают минимальную влажность в некоторых прибрежных районах, они не производят значительных осадков, способствуя вместо этого постоянным условиям засухи, которые определяют регион.

Тихоокеанский антициклон и атмосферное субсайданс

Системы высокого давления над Тихим океаном создают ещё один слой атмосферного контроля, который увековечивает условия засухи в Атакаме. Стойкие системы высокого давления также являются фактором, стремящимся блокировать надвигающиеся штормы. Эти антициклонические системы генерируют нисходящие воздушные массы, которые нагреваются и сжимаются по мере их опускания, активно подавляя образование облаков и предотвращая развитие осадков-производящих погодных систем.

По мере опускания воздуха он нагревается и сжимается, что активно подавляет образование облаков и препятствует развитию крупных штормовых систем. Присутствие этого антициклона большую часть года держит небо ясным. Циркуляционные узоры этой ячейки высокого давления также вызывают южные ветры, которые приводят к холодному прибрежному подъему течения Гумбольдта, связывая океанические и атмосферные драйверы. Эта комбинация тонущего воздуха и стабильных прибрежных условий поддерживает состояние вечной атмосферной засухи.

Оригинальное название: Quantifying Extreme Aridity: Precipitation Patterns and Records

Репутация Атакамы как самого сухого места на Земле подтверждается замечательной статистикой осадков, которая иллюстрирует тяжесть засухи в регионе. Места по всей пустыне Атакама получают менее 0,2 дюйма (5 мм) в год! Некоторые утверждают, что части пустыни Атакама никогда не получали дождя в зарегистрированной истории человечества. Эти экстраординарные цифры представляют собой не случайные засухи, а нормальный климатический фон для этой гипераридной среды.

Среднее количество осадков составляет около 15 мм (0,6 дюйма) в год, хотя некоторые места получают только от 1 до 3 мм (0,04 до 0,12 дюйма) в год. Более того, некоторые метеостанции в Атакаме никогда не получали дождя. Периоды до четырех лет были зарегистрированы без осадков в центральном секторе, ограниченном городами Антофагаста, Калама и Копиапо.

Гипераридное ядро Атакамы представляет собой наиболее экстремальное проявление этих засух. Пустыня Атакама, самая сухая и старая пустыня на Земле, расположенная в северной части Чили, скрывает гипераридное ядро, в котором за последние 500 лет не было зарегистрировано дождей. Этот полумиллионный период без измеримых осадков представляет собой один из самых длительных задокументированных периодов засухи на Земле, создавая среду, которая бросает вызов нашему пониманию пределов земной жизни.

Широко считается самым сухим местом в мире, в нем в среднем выпадает всего 0,04 дюйма осадков в год, а осадков в среднем около 1,5 дюйма (достаточно, чтобы оставить непродолжительные мелкие лагуны) только один раз в столетие. Даже такое количество воды было трудно найти, а климатические данные свидетельствуют о том, что за последние 500 лет не выпало значительных дождей. Эти статистические данные подчеркивают глубокий и стойкий характер засухи в формировании ландшафта Атакама.

Палеоклиматические данные: реконструкция древних моделей засухи

Понимание того, как засухи повлияли на формирование и расширение Атакамы, требует глубокого изучения геологической и палеоклиматической летописи.Ученые разработали сложные методы реконструкции прошлых климатических условий, раскрывающие сложную историю изменчивой засушливости на протяжении тысяч и миллионов лет.

Почва и минеральные доказательства долгосрочной засушливости

Почвы пустыни Атакама сохраняют замечательный отчет о древних условиях засухи. Наш анализ почв на реликтовых ландшафтных поверхностях Пампа-де-Тана указывает на то, что этот ландшафт был чрезвычайно сухим и нерастительным с момента его образования ~ 10 миллионов лет назад. Почвы различных возрастов, от >8 Ма до современных, не показывают никаких доказательств накопления глинистых минералов или накопления карбоната кальция, четких показателей полузасушливых условий в растительном ландшафте.

Минеральный состав этих древних почв дает дополнительные доказательства увеличения засушливости в течение геологического времени. Химический и минералогический анализ этих почв показывает, что они содержат гипс, но также содержат более высокие концентрации галитовых и других солевых минералов, которые более растворимы, чем гипс. Это может свидетельствовать о том, что эта область Атакамы стала более засушливой за последние несколько миллионов лет. Наличие высокорастворимых солей указывает на то, что осадков было недостаточно для растворения и удаления этих минералов, указывая на устойчивые гипераридные условия.

Кроме того, в этом новом исследовании отмечается, что крупные залежи нитратов в пустыне Атакама свидетельствуют о длительных периодах экстремальной сухости в прошлом. Нитраты были сосредоточены на долинах и бывших озерах спорадическими дождями около 13 миллионов лет назад и могут быть пищей для микробов. Эти залежи нитратов представляют собой как свидетельства древней засухи, так и уникальный ресурс, который поддерживал минимальную микробную жизнь в этой экстремальной среде.

Реконструкция Rodent Middens и Rainfall

Один из самых инновационных подходов к реконструкции прошлых моделей осадков в Атакаме включает анализ окаменевших грызунов. Палеомиддены представляют собой объединения растительных и животных обломков, заключенных в кристаллизованную мочу (амберат), что усиливает их сохранение в течение десятков тысяч лет в пещерах и скальных укрытиях засушливых сред и широко изучалось для вывода о прошлом климате в засушливых регионах западной части Северной и Южной Америки.

Недавние исследования показали, что вариации размеров фекальных гранул грызунов могут служить прокси для прошлых уровней осадков. Изменения размеров фекальных гранул грызунов из ископаемых грудей показывают прошлые эпизоды осадков в центральной пустыне Атакама. Эта инновационная техника позволила ученым реконструировать модели осадков, простирающиеся на тысячи лет, предоставляя беспрецедентные детали о том, как условия засухи менялись с течением времени.

Динамика осадков в центральной части Анд связана как с высоко-, так и с низкоширотными атмосферными телесвязями.Это исследование показывает, что на характер засухи в Атакаме влияют сложные взаимодействия между региональными и глобальными климатическими системами, включая как тропическую, так и полярную атмосферную динамику.

Потоковые депозиты и история флювиалов

Геологические данные, сохранившиеся в древних ручьевых отложениях, дают еще одно окно в прошлые модели засухи. Мы теперь считаем, что можем использовать эти ручьевые отложения для реконструкции истории крупных засух в этом районе и, возможно, выявления возможных изменений в океанской и атмосферной циркуляции, которые ответственны за возникновение крупных засух в Атакаме.

Анализ речных террас и морфологии потоков показывает периоды, когда поток воды был более существенным, чередуясь с продолжительными засухами. Сравнение изменений палеоосадков и морфологии потоковых каналов (рисунок адаптирован из Rech et al., 2003). Осадки реконструируются из грызунов (Latorre et al., 2002; 2006). Периоды агградации и разреза потока получены из радиоуглеродного датирования речных террас и картирования речной стратиграфии. Эти исследования показывают, что, хотя Атакама была последовательно засушливой в течение миллионов лет, интенсивность засухи значительно колебалась в более короткие сроки.

Физическое воздействие засухи на формирование ландшафта

Длительные засухи глубоко сформировали физические характеристики пустыни Атакама, создав ландшафт, непохожий ни на какой другой на Земле.Отсутствие воды в качестве эрозионного агента привело к сохранению древних рельефов и развитию уникальных геологических особенностей.

Сохранение реликтовых ландшафтов

Исключительно сухая пустыня Атакама, примыкающая к Центральным Андам на севере Чили, содержит много реликтовых ландшафтов (ландшафты, сформированные в прошлом, но сохранившиеся на нынешней поверхности; Рисунок 1). Эти древние поверхности, некоторые из которых датируются миллионами лет, остаются в значительной степени неизменными из-за крайней нехватки водной эрозии.

Сохранение реликтовых ландшафтных поверхностей в пустыне Атакама является результатом поднятия Центральных Анд и гипераридного климата в Атакаме. Поднятие Центральных Анд вызвало глубокий разрез ручьев и отказ от прежних ручьевых рельефов. После удаления от речной модификации ручьями, осушающими Анды, эти ландшафты сохранились, поскольку засушливые среды подвержены значительно меньшей эрозии и выветриванию, чем влажные, влажные среды. Поэтому крайняя засушливость пустыни Атакама оставила многие из этих ландшафтов неизменными с момента их формирования.

Эта древняя и устойчивая сухость привела к уникальным геологическим и биологическим условиям. Крайне низкие темпы эрозии сохранили топографию ландшафта. В большинстве сред на Земле вода выступает в качестве основного агента эрозии и модификации ландшафта. В Атакаме почти полное отсутствие воды существенно заморозило ландшафт во времени, создав естественный музей древних геологических процессов.

Минерально богатые поверхности и солевые образования

Недостаток воды для растворения и транспортировки минералов привел к накоплению замечательных минеральных отложений на поверхности и вблизи нее.Особенно сухие климатические условия пустыни Атакама были связаны с подъемом Анд и, как полагают, сыграли важную роль в развитии наиболее отличительных особенностей этой пустыни, включая: (i) нитраты и йодные отложения в Центральной депрессии, (ii) вторичное обогащение порфировыми медными отложениями в Прекордильерах, (iii) обогащение ли в соляных плоскостях Альтиплано и (iv) жизнь в экстремальных средах обитания.

Образование обширных соляных ров, или саларов, представляет собой ещё одно последствие длительной засухи. Эти особенности образуются в закрытых бассейнах, где быстро испаряется минимальный ввод воды, оставляя после себя концентрированные солевые отложения. Салар-де-Атакама, одна из крупнейших соляных квартир в Чили, иллюстрирует этот процесс и содержит некоторые из самых богатых в мире литиевых отложений, прямой результат миллионов лет испарения в гипераридных условиях.

Гипсовые образования особенно распространены по всей пустыне. Почвы в гиперзасушливом ядре пустыни Атакама (Чили) содержат значительное количество растворимых солей, включая сульфаты и нитраты. Гипс (CaSO4•2H2O) является распространенным минералом в регионе Атакама. Он проявляется как поверхностные корки толщиной ~10 см, напоминающие полигоны, в смесях с другими минералами под поверхностью (глубина 3 м) или растущие в рассольных прудах саларов. Эти гипсовые корки образуются через сложные взаимодействия между атмосферной влагой, химией почвы и крайней засушливостью, которая предотвращает их растворение.

Эрозия почв и потеря растительности

В то время как отсутствие воды сохранило древние формы суши, засуха также привела к потере стабильности почвы и растительного покрова.В районах, где растительность когда-то существовала в более влажные периоды, начало более сильной засухи привело к гибели растений, подвергая почвы эрозии ветра.Без корней растений, связывающих частицы почвы, ветер становится доминирующей эрозионной силой, создавая обширные просторы бесплодной, каменистой местности, перемежающейся песчаными дюнами.

Крайняя засуха создала условия, при которых даже минимальная растительность борется за выживание. Климат пустыни Атакама ограничивает количество животных, постоянно живущих в этой экстремальной экосистеме. Некоторые части пустыни настолько засушливы, что ни одна растительная или животная жизнь не может выжить. Это почти полное отсутствие биологической активности еще больше снижает образование почвы и накопление органических веществ, создавая самоусиливающийся цикл засушливости и бесплодия.

Климатические факторы и вызывающие засуху явления

На возникновение и тяжесть засух в пустыне Атакама влияют многочисленные взаимодействующие климатические системы, работающие в различных пространственных и временных масштабах. Понимание этих факторов имеет важное значение для понимания как исторических моделей засухи, так и потенциальных будущих изменений в этой экстремальной среде.

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO)

Эль-Ниньо-Южное колебание представляет собой одно из наиболее значительных климатических явлений, влияющих на характер засухи в регионе Атакама. Это периодическое колебание температуры Тихого океана и атмосферного давления создает чередующиеся фазы Эль-Ниньо (теплых) и Ла-Нинья (холодных) условий, которые могут резко влиять на характер осадков в Южной Америке.

Основные сдвиги режима ENSO также были связаны с гидроклиматической изменчивостью во время средневековой климатической аномалии (MCA) и Малого ледникового периода (LIA) между 1,0 и 0,8 ка до н.э. и 0,75 и 0,55 ка до н.э., соответственно. Однако существуют расхождения в том, преобладали ли Эль-Ниньо или Ла-Нинья во время MCA с противоположной стадией ENSO после этого во время LIA. Эти исторические изменения показывают, что ENSO играла значительную роль в модуляции интенсивности засухи на протяжении веков и тысячелетий.

Более поздние «исторические» плувиали в течение начала 19-го и середины 20-го веков, описанные в записях Альтиплано и Атакамы, были отнесены к доминирующим условиям Ла-Нинья.В то время как Ла-Нинья обычно приносит более прохладные, более сухие условия во многие регионы, его влияние на Атакаму может быть сложным, иногда способствуя редким событиям осадков в сочетании с другими атмосферными факторами.

Во время сильных Эль-Ниньо потепление тихоокеанских вод может нарушить нормальные атмосферные циркуляции, которые поддерживают гипераридность Атакамы, однако даже во время этих событий фундаментальные географические барьеры пустыни и атмосферные условия обычно предотвращают значительные осадки, поддерживая характерные условия засухи региона.

Текущие изменения Тихого океана

Изменения в силе и положении течения Гумбольдта имеют глубокие последствия для условий засухи в Атакаме. Открытие Тасманийско-Антарктического прохода позволило холодным течениям двигаться вдоль западного побережья Южной Америки, что повлияло на доступность теплого влажного воздуха для путешествий из бассейна Амазонки в Атакаму. Этот фундаментальный сдвиг океанической циркуляции, произошедший миллионы лет назад, установил исходные условия для крайней засушливости пустыни.

Изменения интенсивности подъема прибрежных районов, обусловленные изменениями в ветровых моделях и океанских течениях, могут модулировать силу инверсии температуры, которая подавляет осадки. Более сильный подъем усиливает охлаждающий эффект на прибрежные воздушные массы, усиливая условия засухи. И наоборот, периоды пониженного подъема могут позволить немного больше атмосферной влаги, хотя и достаточно редко, чтобы произвести значительные осадки в гипераридном ядре.

Системы атмосферного давления и схемы циркуляции

Масштабные модели циркуляции атмосферы играют решающую роль в поддержании и модуляции условий засухи в Атакаме.Положение и сила Южно-Тихоокеанского максимума, полупостоянной системы высокого давления, напрямую влияет на засушливость пустыни, способствуя атмосферному оседанию и блокируя штормовые системы.

Современные осадки в центральных Андах происходят преимущественно (80%) в течение австралийского лета, с двумя различными механизмами воздействия верхних слоев воздуха, вызывающими противофазный характер в северных и южных районах этого региона.Эти сложные атмосферные динамики создают пространственные изменения в степени засухи по всей Атакаме, причем некоторые районы получают немного больше влаги, чем другие в определенные сезоны.

Взаимодействие между высокоширотными и низкоширотными атмосферными системами создает дополнительную сложность в засушливых моделях. Сдвиги в положении Южных Вестерли, пояса сильных ветров в средних широтах, могут влиять на доступность влаги в южных частях Атакамы. Аналогичным образом, изменения в тропической атмосферной циркуляции могут влиять на северные пустынные районы, хотя фундаментальные географические барьеры обычно предотвращают значительное проникновение влаги.

Глобальное изменение климата и будущие модели засухи

Современное изменение климата добавляет еще один уровень сложности к пониманию динамики засухи в Атакаме. Региональные климатические модели в условиях экстремальных сценариев потепления в результате парникового эффекта указывают на сокращение летних осадков на 30% в течение следующего столетия, что приводит к серьезным последствиям для экосистем и человеческих обществ. Центральные Анды, однако, являются отдаленными и топографически сложными с редкими метеорологическими наблюдениями, что затрудняет различение различных климатических результатов от независимых линий доказательств. Точное выявление эпизодов прошлой изменчивости осадков и их бесчисленных факторов может улучшить прогнозы будущей гидроклиматической изменчивости, а также помочь пониманию прошлых взаимодействий человека и окружающей среды в этом регионе.

Парадоксально, но в то время как глобальное потепление может увеличить испарение и усилить засуху в уже засушливых регионах, недавние наблюдения задокументировали беспрецедентные события осадков в гипераридном ядре Атакамы. Но эта ситуация изменилась за последние три года. Впервые осадки были зарегистрированы в гипераридном ядре Атакамы, и вопреки тому, что ожидалось, водоснабжение вызвало большое опустошение среди местной жизни. Эти редкие события, связанные с изменением климата над Тихим океаном, предполагают, что глобальное изменение климата может изменить динамику атмосферы, которая поддерживала экстремальную засушливость пустыни в течение миллионов лет.

Редкие осадки: когда засуха ломается

Хотя Атакама определяется ее экстремальной и постоянной засухой, редкие осадки дают важную информацию об атмосферных условиях, необходимых для преодоления огромных барьеров пустыни для осадков. Эти исключительные явления также показывают глубокие последствия, которые внезапная доступность воды может оказать на ландшафты и экосистемы, адаптированные к вечной засушливости.

События 2015 и 2017 годов Rainfall

Последние годы стали свидетелями некоторых из наиболее значительных осадков в истории Атакамы. 25 марта 2015 года сильные осадки затронули южную часть пустыни Атакама. Результатом наводнений стали селевые потоки, которые затронули города Копиапо, Огненная Амарилья, Чанарал и Диего-де-Альмагро, вызвав гибель более 100 человек. Это катастрофическое событие принесло осадки в течение нескольких лет, подавив ландшафт и инфраструктуру, совершенно неподготовленную к таким объемам воды.

В период с 24 по 26 марта система низкого давления, извивающаяся в северную/центральную часть Чили с юго-запада, приводящая к одному-двум дюймам осадков за 24 часа 25 марта. На станции к югу от пустыни зарегистрировано более 2 дюймов. Дюйм дождя представляет собой многолетний дождь для Атакамы. Масштабы этого события, относительно нормальных условий, не могут быть переоценены - это представляет собой полный отход от многовековой засухи, которая определяет регион.

Аналогичное событие произошло в 2017 году, снова принеся беспрецедентные осадки в гипераридное ядро. Чтобы выяснить роль влаготранспортерных лент и отслеживать воздушные массы, исследователи изучили событие осадков 2017 года, которое принесло более 50 миллиметров дождя в некоторые регионы Атакамы. Моделирование, которое отслеживало пути воздушных масс, предположило, что большая часть влаги возникла в бассейне Амазонки, удивительный результат, учитывая высокие Анды, которые разделяют дождевой лес от пустыни.

Атмосферные механизмы за редким осадком

Понимание того, как эти редкие осадки преодолевают грозные барьеры Атакамы для осадков, требует изучения конкретных атмосферных конфигураций, которые делают их возможными. Известно, что интенсивные дождевые события, подобные тем, которые наблюдаются в Атакаме, связаны с так называемыми влаготранспортными лентами, которые являются высотными атмосферными явлениями, известными тем, что переносят большие объемы водяного пара. Однако, отвечают ли влаготранспортные ленты за интенсивные дождевые события Атакамы, еще предстоит показать.

Недавние исследования подтвердили роль этих атмосферных рек в доставке влаги в пустыню. Прослеживая, как вода движется в влаготранспортёрных лентах по всему континенту, исследователи предполагают, что в наиболее влажных из этих экстремальных явлений влага берет начало в тропическом бассейне Амазонки, а не над Тихим океаном, который лежит к западу от пустыни. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы уверенно показать, что Амазонка является источником влаги, приносимой некоторыми из конвейерных лент.

Влажность, прибывавшая в обычно крайне засушливую пустыню Атакама, фактически была вытащена на юг из тропиков.25 марта, когда выпало большинство дождей, атмосфера была идеально настроена для доставки влажного воздуха в регион. На рисунке ниже северо-западные ветры смогли дуть воздухом с высокими осадочными значениями воды в сторону пустыни Атакама. Эти события требуют точного выравнивания атмосферных условий, в том числе разрушения нормальных систем высокого давления и установления путей для достижения тропической влаги в пустыню.

Разрушительное воздействие на гипераридные ландшафты

Когда в Атакаме после многих лет или столетий засухи наконец наступает дождь, результаты могут быть катастрофическими. Области, где этот сухой просто не может справиться с большим количеством дождя за короткий промежуток времени. Скалистая твердая почва не поглощает воду. Отсутствие растительности приводит к быстрой эрозии и массовому появлению грязи. Сухие русло реки становятся стремительными потоками воды, способными уничтожить что-либо на своем пути.

В 2015 году это событие стало ярким примером таких воздействий. В данном случае река Копиапо, которая, по словам правительственных чиновников Чили, была практически сухой в течение 17 лет, быстро заполнилась дождевой водой и переполнила ее берега. В городах Копиапо и Антофагаста в районах Атакама и Антофагаста на севере Чили наблюдались внезапные наводнения, которые проходили через их центр города. Внезапное превращение сухих каналов в бушующие потоки демонстрирует глубокую разобщенность между адаптацией ландшафта к засухе и его уязвимостью к редким осадкам.

Возможно, самым удивительным является то, что эти редкие осадки оказались разрушительными для микробной жизни, которая адаптировалась к экстремальной засушливости пустыни. Наша группа обнаружила, что, вопреки тому, что можно было бы ожидать интуитивно, никогда ранее не наблюдавшиеся осадки не вызвали расцвета жизни в Атакаме, но вместо этого дожди вызвали огромные разрушения у микробных видов, населявших регион до сильных осадков. Этот нелогичный вывод показывает, что организмы, адаптированные к экстремальной засухе, могут быть убиты самой водой, которая требуется большинству жизни, подчеркивая специализированный характер стратегий выживания в гипераридных средах.

Биологические адаптации к вечной засухе

Несмотря на репутацию Атакамы как одного из самых негостеприимных мест на Земле, жизнь нашла способы сохраниться в этой гипераридной среде.Выжившие здесь организмы разработали замечательные приспособления, чтобы справиться с постоянными засухами, предлагая понимание пределов жизни и потенциала для выживания в экстремальных условиях в других частях Вселенной.

Микробная жизнь в ядре гиперарида

Хотя Атакама действительно является почти стерильным местом, есть некоторые организмы, которым удается там существовать. Известно, что по крайней мере шестнадцать видов микробов населяют глубокие почвы длинносухих озерных русла, используя нитраты - солевую форму азотной кислоты - в качестве пищи. Что чрезвычайно минимальная влажность там происходит от следовых осадков, а также от того, что известно как альтиплановая зима, между декабрем и мартом, когда сравнительно влажный воздух дрейфует над Андами на востоке.

Эти микроорганизмы представляют собой одни из самых засухоустойчивых форм жизни на Земле. Микробы, которые могут воспроизводить эти безжалостные условия в жизнь, пишут авторы, «изысканно адаптированы к экстремальным условиям высыхания». Это помогает тому, что помимо способности обходиться на таком небольшом количестве воды, они также являются радиационно-устойчивыми, способными выживать в интенсивной ультрафиолетовой энергии от солнца, которое омывает пустыню. Их стратегии выживания включают вхождение в спящие состояния в самые сухие периоды и быстрое метаболизм, когда влажность следов становится доступной.

Туманозависимые экосистемы

В некоторых прибрежных районах Атакамы стойкий туман обеспечивает достаточно влаги для поддержки специализированных растительных сообществ.Несмотря на суровые условия, Атакама поддерживает специализированные биологические сообщества, особенно в районах, где прибрежные туманы проникают внутрь страны.Здесь «образование лом Атакама» является заметной экосистемой, в которой обитают уникальные флоры, такие как воздушные растения и эндемичные кактусы.Эти зависящие от тумана экосистемы представляют собой острова относительного биологического изобилия в в противном случае бесплодном ландшафте.

Растения в этих ломах развили замечательные приспособления для сбора влаги из тумана. Некоторые виды имеют специализированные листовые структуры, которые эффективно конденсируют капли воды из воздуха, в то время как другие имеют обширные корневые системы, которые могут получить доступ к влаге глубоко в почве. Эти приспособления позволяют им выжить в среде, где традиционные осадки практически отсутствуют, полагаясь вместо этого на минимальную влагу, обеспечиваемую прибрежными туманами.

Феномен цветения пустыни

Одним из самых эффектных биологических ответов на редкие события осадков в Атакаме является явление, известное как цветение пустыни. Цветение пустыни Атакама (испанский: desierto florido) можно наблюдать с сентября по ноябрь в годах с достаточным количеством осадков, как это произошло в 2015 году. Во время этих редких событий внезапно прорастают спящие семена, которые ждали годы или даже десятилетия, пока влага внезапно прорастет, превращая части бесплодной пустыни в ковры красочных полевых цветов.

События дождя, связанные с влаготранспортными лентами, могут быть разрушительными для местных микробных видов, адаптированных к сухим условиям, говорят авторы, но они могут сыграть роль в прорастании цветущей пустыни — взрыве красочных полевых цветов, который происходит в Атакаме каждые 5-7 лет. Это циклическое явление демонстрирует, что даже в одном из самых сухих мест Земли жизнь сохраняет способность быстро реагировать, когда условия засухи временно ослабевают.

Взаимодействие человека с засухой в Атакаме

Несмотря на свою крайнюю засушливость, пустыня Атакама поддерживала население на протяжении тысяч лет. Понимание того, как древние и современные общества адаптировались к постоянным условиям засухи и формировались ими, дает ценную информацию о человеческой устойчивости и проблемах жизни в гипераридных условиях.

Древние цивилизации и управление водными ресурсами

Археологическая история, окружающая город Сан-Педро-де-Атакама, насчитывает около 10 000 лет, когда различные кочевые группы поселились вокруг соляных квартир, которые мы сегодня называем Салар-де-Атакама. Эти люди стали известны как Атакаменьос. «К 900 году до нашей эры в оврагах в районе Сан-Педро-де-Атакама, на берегах реки Лоа и в оазисах возле Салар-де-Атакама были деревни», — рассказывает нам книга Атакаменьо: исторические серии введения и истории коренных народов Чили.

Эти древние популяции разработали сложные системы управления водой, чтобы справиться с крайней нехваткой воды. Около 1900 года была система орошения пукио, распространяющаяся через оазисы пустыни Атакама. Пукио известны из долин Азапы и Сибая и оазисов Ла Калера, Пика-Матилья и Пукио-де-Нуньес. Эти подземные акведуки и колодцы позволили общинам получить доступ к подземным водам и эффективно распределять их, что позволило сельскому хозяйству и постоянному поселению в иной непригодной для жизни среде.

Успех этих древних цивилизаций перед лицом вечной засухи демонстрирует замечательную изобретательность и адаптацию. Они сосредоточили свои поселения вблизи нескольких надежных источников воды — рек, питаемых андским снегопадом, источниками и оазисами, — и разработали сельскохозяйственные методы, подходящие для крайней нехватки воды. Их способность процветать в таких условиях на протяжении тысячелетий является свидетельством человеческой адаптируемости перед лицом экологических крайностей.

Современные проблемы добычи ресурсов и воды

Минеральные богатства Атакамы, сконцентрированные в течение миллионов лет засухи и испарения, сделали её центром горной деятельности.Пустыня имеет богатые месторождения меди и других полезных ископаемых и крупнейшее в мире природное снабжение нитратом натрия, которое добывалось в больших масштабах до начала 1940-х годов.Переговор на границе Атакамы по этим ресурсам между Чили и Боливией начался в 19 веке и закончился войной на Тихом океане.

Современные горнодобывающие предприятия сталкиваются со значительными проблемами, связанными с нехваткой воды. Медная добыча, в частности, требует значительных водных ресурсов для переработки руды, создавая интенсивную конкуренцию за ограниченные запасы воды в регионе. Это привело к конфликтам между горнодобывающими компаниями, сельскохозяйственными общинами и коренным населением, все из которых конкурируют за доступ к дефицитным водным ресурсам в условиях, когда засуха является постоянным условием.

Добыча лития из соляных площадей Атакамы представляет собой еще одну водоемкую отрасль. По мере роста глобального спроса на литиевые батареи возрастает и давление на ограниченные водные ресурсы пустыни. Сбалансировка экономического развития с устойчивым использованием воды в гипераридной среде создает постоянные проблемы для будущего региона.

Атакама как аналог Марса

Экстремальные условия засухи и уникальные характеристики пустыни Атакама сделали ее бесценным аналогом для понимания потенциальной жизни на Марсе и тестирования технологий для исследования космоса. Район использовался в качестве экспериментального участка для моделирования марсианской экспедиции из-за его сходства с марсианской средой. Эта связь между самой сухой пустыней Земли и Красной планетой дает представление о том, как жизнь может сохраняться в экстремальных условиях за пределами нашей планеты.

Сходство между Атакамой и марсианскими условиями

Для учёных, изучающих гипотетическую жизнь на других мирах, Атакама считалась хорошим аналогом марсианской среды. Как и Атакама, Марс когда-то был очень влажным местом. И как и Атакама, планета потеряла почти всю свою воду, хотя в случае с Марсом она исчезла в космосе, а Атакама высохла из-за изменения климатических моделей.

Обе среды имеют ключевые характеристики, которые делают сравнение ценным: экстремальная засушливость, интенсивное ультрафиолетовое излучение, окисляющие поверхностные условия и присутствие перхлоратов и других солей.Микробная жизнь, которая выживает в гипераридном ядре Атакамы, обеспечивает модель для понимания того, как жизнь может сохраняться в аналогично суровых условиях на Марсе, особенно в недрах, где может сохраняться некоторая влажность.

Вода Марса просуществовала только около первого миллиарда из 4,5 миллиарда лет, но этого было бы достаточно для образования по крайней мере микробной жизни. Даже когда планета высохла, самые выносливые из этих микробов могли бы выжить, как это было на Атакаме. Высыхание на Марсе было неравномерным, однако, с случайными местными наводнениями, когда подземные водоносные горизонты опустошались или были нарушены местные стенки каналов. «Вследствие этого, — пишут авторы, — гипотетические местные экосистемы ... позже эпизодически подвергались бы еще более сильным осмотическим стрессам, чем те, которые мы сообщали здесь для микроорганизмов Атакамы».

Последствия для астробиологии

Открытие того, что редкие осадки могут опустошить микробные сообщества, адаптированные к экстремальной засухе, имеет важные последствия для поиска жизни на Марсе.Если марсианские микробы эволюционировали в течение более влажной ранней истории планеты, а затем адаптировались к увеличению засушливости, случайная доступность воды из таяния льда или других источников может нанести вред, а не помочь этим организмам, так же, как недавние дожди нанесли вред микробам Атакамы.

Нитраты Атакамы могут представлять собой убедительный аналог месторождений нитратов, недавно обнаруженных на Марсе марсоходом Curiosity (и сообщенных в исследовании 2015 года под названием «Доказательства наличия местного марсианского азота в твердых образцах из исследований марсохода Curiosity в кратере Гейла», в Трудах Национальной академии наук). Наличие аналогичных месторождений минералов в обоих мирах предполагает сопоставимые процессы долгосрочной засушливости и испарения, укрепляя ценность Атакамы как наземного аналога для марсианских условий.

Будущие направления исследований и мониторинг климата

Понимание роли засух в формировании и продолжающейся эволюции Атакамы остается активной областью научных исследований. Последние технологические достижения и новые сети мониторинга дают беспрецедентное представление об этой экстремальной среде.

Расширение сетей наблюдения за климатом

Пустыня Атакама на севере Чили - самое сухое место на Земле. В этом регионе климатические модели подвержены большим перекосам, особенно сильно завышены осадки. Метеорологические наблюдения в регионе редки и ограничены населенными пунктами на побережье или предгорьях Анд. Для заполнения этого пробела с апреля 2017 года создана новая сеть из 15 автоматических метеостанций.

Эти новые станции мониторинга предоставляют подробные данные о температуре, влажности, характере ветра, возникновении тумана и редких осадках. Данные за первый год работы этой сети показывают очень регулярную картину ветра с восточными ветрами в течение ночи и утра и западными ветрами с полудня до вечера. Этот ветер переносит влагу из Тихого океана в пустыню, которая образует туман в течение ночи, что может учитывать влагоснабжение в порядке редких событий осадков. Эта информация имеет решающее значение для понимания тонких изменений влажности, которые влияют на биологические сообщества и ландшафтные процессы.

Улучшение климатических моделей и прогнозов

Более глубокое понимание исторических моделей засухи и их факторов имеет важное значение для улучшения климатических моделей и прогнозирования будущих изменений. Сложная взаимосвязь океанических, атмосферных и географических факторов, которые создают и поддерживают гипераридность Атакамы, создает значительные проблемы для моделирования климата. Современные модели часто переоценивают осадки в регионе, подчеркивая необходимость лучшего представления уникальных процессов, которые поддерживают экстремальные условия засухи.

Исследования прошлых климатических изменений с использованием палеоклиматических прокси продолжают совершенствовать наше понимание того, как менялись модели засухи на протяжении тысяч и миллионов лет. Эта долгосрочная перспектива имеет решающее значение для отличия естественной изменчивости климата от антропогенного изменения климата и для прогнозирования того, как пустыня может реагировать на будущее потепление.

Сохранение и устойчивое развитие

По мере активизации деятельности человека в Атакаме понимание динамики засухи становится все более важным для устойчивого развития и сохранения. Уникальные экосистемы пустыни, адаптированные к миллионам лет крайней засушливости, сталкиваются с новым давлением со стороны горнодобывающей промышленности, сельского хозяйства, туризма и изменения климата. Защита этих сред при поддержке экономического развития требует тщательного управления дефицитными водными ресурсами региона и признания экологической ценности экстремальных условий.

За последние десятилетия площадь охраняемых районов в пустыне Атакама значительно расширилась, хотя экстремальные условия и удаленность экосистемы исторически ограничивали как воздействие человека, так и формальные усилия по сохранению. Основные охраняемые районы включают Национальный парк Лаука, который защищает водно-болотные угодья и популяции диких животных, и Национальный парк Пан-де-Азукар, который сохраняет прибрежные пустынные экосистемы. Национальный парк Льянос-де-Шалье защищает некоторые из наиболее значительных в мире зависящих от тумана экосистем, обеспечивая среду обитания для многочисленных эндемичных видов растений. Расположение парка в прибрежной туманной зоне делает его особенно важным для сохранения видов, адаптированных к этому уникальному режиму влажности.

Засуха как определяющая сила

Пустыня Атакама является самым экстремальным примером того, как продолжительная засуха может формировать ландшафты, экосистемы и даже возможности для самой жизни.От ее истоков миллионы лет назад, когда сдвиг океанических течений и поднимающиеся горы впервые создали условия крайней засушливости, до наших дней засуха была определяющей характеристикой этого замечательного региона.

Образование пустыни было результатом уникального сближения географических и атмосферных факторов: эффектов дождевой тени Анд и чилийского побережья, охлаждающего влияния течения Гумбольдта и устойчивых систем высокого давления над Тихим океаном, которые объединились, чтобы создать и поддерживать одну из самых сухих сред на Земле, где некоторые места не испытывали измеримых осадков в течение веков.

Последствия этой вечной засухи видны во всех аспектах ландшафта Атакама.Древние формы суши сохранялись миллионы лет из-за отсутствия водной эрозии. На поверхности накапливаются минеральные отложения, создавая уникальные геологические особенности и экономически ценные ресурсы. Биологические сообщества, сведенные к их самому минимальному выражению, демонстрируют абсолютные пределы способности жизни сохраняться в отсутствие воды.

Понимание роли засух в формировании и расширении Атакамы дает понимание, которое простирается далеко за пределы этой единственной пустыни. Механизмы, которые создают и поддерживают экстремальную засушливость здесь, действуют в различных комбинациях, в других пустынных регионах по всему миру. Биологические адаптации, которые позволяют жизни сохраняться в Атакаме, информируют наше понимание пределов и возможностей жизни, как на Земле, так и потенциально на других мирах, таких как Марс.

Поскольку изменение климата изменяет атмосферные и океанические циркуляции во всем мире, Атакама служит чувствительным показателем того, как экстремальные среды могут реагировать на эти изменения. Недавние беспрецедентные события осадков в гипераридном ядре предполагают, что даже самая сухая пустыня в мире может не иметь иммунитета к климатическим сдвигам. Являются ли эти события временными аномалиями или началом долгосрочных изменений, остается открытым вопросом, на который потребуется продолжить мониторинг и исследования, чтобы ответить.

Пустыня Атакама в конечном итоге напоминает нам, что засуха — это не просто отсутствие дождя, но мощная сила, которая формирует геологию, биологию и человеческие общества. В этой самой экстремальной среде мы видим как разрушительную силу нехватки воды, так и замечательную устойчивость жизни перед лицом, казалось бы, непреодолимых проблем. По мере того, как мы сталкиваемся с растущим дефицитом воды во многих регионах мира, уроки, извлеченные из Атакамы — об адаптации, сохранении и фундаментальной важности воды для всей жизни — становятся все более актуальными для нашего коллективного будущего.

Для тех, кто заинтересован в изучении более подробной информации об экосистемах пустыни и динамике климата, ресурсы доступны через такие организации, как Всемирный фонд дикой природы , который работает для защиты уникальных экосистем пустыни, и NOAA Climate.gov , который предоставляет обширную информацию о климатических моделях и экстремальных погодных явлениях. NASA веб-сайт предлагает понимание того, как Атакама служит аналогом Марса для астробиологических исследований, в то время как Геологическая служба США предоставляет ресурсы по геологии пустыни и исследованиям палеоклимата. Академические учреждения и исследовательские центры в Чили продолжают проводить передовые исследования по Атакаме, способствуя нашему растущему пониманию этой необычной среды и ее роли в климатической системе Земли.