Table of Contents

Пустыни, характеризующиеся в первую очередь их экстремальной сухостью и часто значительными колебаниями температуры между днем и ночью, покрывают приблизительно одну треть поверхности Земли. Определяемое получением менее 250 миллиметров осадков ежегодно, их пространственное распределение зависит от сложного взаимодействия глобальных физических процессов, а не от случайного. Две из наиболее влиятельных систем, формирующих, где формируются пустыни, - это океанские течения и атмосферные циркуляции. Эти планетарные механизмы работают вместе, чтобы создать разнообразные пустынные среды, наблюдаемые во всем мире - от гипераридной пустыни Атакама вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки до обширной пустыни Сахара через Северную Африку и отдаленные, холодные пустыни Центральной Азии, такие как Гоби. Эта статья углубляется в научные принципы, лежащие в основе океанских течений и атмосферных клеток, иллюстрируя, как их взаимодействие создает глобальный пустынный ландшафт и влияет на местные экосистемы.

Океанские течения: климатические конвеиры планеты

Океанские течения — это крупномасштабные движения морской воды, которые непрерывно циркулируют по всему земному шару, обусловленные в основном поверхностными ветрами, вращением Земли (эффект Кориолиса), изменениями плотности воды (термохалинная циркуляция) и температурными градиентами. Эти течения перераспределяют тепло от экваториальных регионов к более высоким широтам, смягчая климат и влияя на погодные условия вдоль береговых линий. Теплые течения переносят тепло в сторону полюса, нагревая прилегающие к земле районы, в то время как холодные течения приносят более прохладную воду из полярных зон к экватору, охлаждая прибрежный климат.

Холодные океанские течения и их роль в формировании пустынь

Холодные океанские течения оказывают глубокое влияние на прибрежный климат, снижая температуры поверхности моря. Когда холодные течения протекают рядом с континентальными массивами суши, они охлаждают наводненный воздух, уменьшая его влагоудерживающую способность. Это приводит к стабильному морскому слою, ограниченному температурными инверсиями - где более холодный воздух пойман под более теплым воздухом в воздухе - подавляя вертикальные движения воздуха, необходимые для образования облаков и осадков. Хотя туман и облака с низким стратом могут образовываться, воздух остается слишком сухим для осадков, способствуя развитию некоторых из самых сухих пустынь Земли.

  • Бенгельский поток, происходящий из Южного океана и протекающий на север вдоль юго-западного побережья Африки, охлаждает воздух, воздействующий на Намибию и Анголу. Это приводит к образованию пустыни Намиб, одной из старейших и самых сухих пустынь на Земле, где годовое количество осадков может быть менее 10 миллиметров.
  • Humboldt (Peru) Current — Этот холодный поток движется на север вдоль берегов Чили и Перу. Его охлаждающий эффект в сочетании с дождевой тенью, отбрасываемой возвышающимися Андами, создает пустыню Атакама. Атакама признана самой сухой неполярной пустыней в мире, при этом некоторые метеорологические станции не сообщают о измеримых осадках в течение десятилетий.
  • Калифорнийское течение — Протекая на юг вдоль западного побережья Северной Америки, Калифорнийское течение охлаждает прибрежные районы Калифорнии и Нижней Калифорнии.Это способствует засушливости прилегающих пустынных регионов, таких как пустыни Соноран и Мохаве, посредством аналогичной стабилизации морской атмосферы.
  • Канарское течение — Это течение течет на юг вдоль северо-западного побережья Африки, охлаждая прибрежные районы, прилегающие к пустыне Сахара, и усиливая засушливые условия в западном регионе Сахеля.

Во всех этих сценариях холодные течения поддерживают стойкую температурную инверсию, которая закрывает морской пограничный слой, подавляя конвекцию и осадки. В то время как интенсивное солнечное отопление в летние месяцы может иногда нарушать эту инверсию, общее количество осадков остается минимальным. Эти прибрежные пустыни, как правило, представляют собой узкие полосы суши, где охлаждающее влияние океана действует как климатический барьер, создавая уникальные зависящие от тумана экосистемы, несмотря на отсутствие осадков.

Теплые океанские течения и их косвенное влияние на засушливость

Теплые океанские течения, напротив, способствуют образованию пустынь более косвенно. Эти течения переносят теплый, влажный воздух в более высокие широты и прибрежные районы. Когда этот влажный воздух сталкивается с горными хребтами, он вынужден вверх - процесс, известный как орографический подъем, приводящий к сильным осадкам на наветренных склонах. Подветренная сторона этих гор, защищенная от влажного воздуха, становится дождевой тенью, характеризующейся засушливыми или полузасушливыми условиями. Это явление объясняет многие внутренние пустыни, прилегающие к теплым течениям и горным регионам.

  • Поток залива приносит теплый, влажный воздух в Западную Европу, но также влияет на характер осадков в Северной Америке. Горы, такие как Сьерра-Невада и Аппалачский хребет, создают дождевые тени, которые помогают формировать пустыни и полузасушливые регионы внутри страны.
  • Вдоль восточного побережья Южной Америки, Бразильское течение несет теплые воды на юг.Взаимодействие с Андами создает дождевые тени на западных склонах, способствуя образованию пустынь в частях Аргентины и Чили.
  • В Центральной долине Калифорнии теплый влажный воздух из Тихого океана блокируется прибрежными хребтами и Сьерра-Невадой, что способствует пустынным и полузасушливым условиям в интерьере.

В то время как теплые течения увеличивают атмосферную влагу, их роль в формировании пустыни в первую очередь зависит от топографии. Без горных барьеров теплые течения имеют тенденцию усиливать осадки, а не подавлять их. Таким образом, орографические эффекты в паре с теплыми течениями являются неотъемлемой частью понимания пространственной изменчивости внутренних пустынь.

Атмосферная циркуляция: двигатель глобального воздушного движения

Климатическая система Земли обусловлена неравномерным нагревом поверхности планеты солнечным излучением. Экваториальные области получают больше прямых солнечных лучей круглый год, что приводит к более теплым температурам, чем полюса. Этот температурный градиент устанавливает различия давления, которые приводят в движение клетки атмосферной циркуляции. Эффект Кориолиса, вызванный вращением Земли, отклоняет движущиеся воздушные массы, создавая характерную трехклеточную циркуляцию в каждом полушарии: клетки Хэдли, Ферреля и Полярные клетки. Среди них ячейка Хэдли играет наиболее важную роль в формировании пустыни.

Клетка Хэдли и формирование субтропических зон высокого давления

Возле экватора интенсивное солнечное излучение нагревает поверхность, вызывая повышение теплого, влажного воздуха. По мере того, как этот воздух поднимается, он остывает адиабатически, что приводит к конденсации и сильным осадкам, которые поддерживают тропические леса. После высвобождения большей части его влаги этот теперь сухой воздух движется по полюсу на больших высотах. Около 30°N и 30°S широты воздух опускается, сжимается и нагревается. Эта нисходящая конечность клетки Хэдли образует полупостоянные зоны высокого давления, известные как субтропические максимумы или хребты.

Нисходящий воздух препятствует образованию облаков, поскольку он подавляет вертикальное движение, что приводит к ясному небу, интенсивному солнечному излучению и минимальным осадкам. Этот процесс создает атмосферную основу для многих крупнейших в мире субтропических пустынь, в том числе:

  • Пустыня Сахара (Северная Африка, приблизительно 30°N)
  • Арабская пустыня (Ближний Восток, около 25°N)
  • Великие пустыни Виктория и Гибсон (Австралия, около 30°С)
  • Пустыня Калахари (Южная Африка, около 25°S)
  • Соноран и пустыни Мохаве (Северная Америка, приблизительно 30°N)

Эти пустыни символизируют влияние клетки Хэдли, где постоянное высокое давление и опускающийся сухой воздух подавляют осадки и создают экстремальную засушливость.

Межтропическая зона конвергенции (ITCZ) и сезонная изменчивость

Межтропическая зона конвергенции (ITCZ) — это почти экваториальная полоса, где сходятся торговые ветры из обоих полушарий, вынуждая теплый, влажный воздух подниматься и генерировать сильные дожди. Положение ITCZ меняется сезонно, близко к зениту Солнца. Эта миграция глубоко влияет на влажные и сухие сезоны регионов, прилегающих к пустыням, особенно в тропиках и субтропиках.

В летние месяцы ИТЦ движется в сторону полюса, принося на окраины пустынь, таких как Сахельская область к югу от Сахары и части Индийского субконтинента, увеличение осадков зимой, отступление ИТЦ в экваторе, и субтропические максимумы усиливаются, приводя к сухим условиям и засухе.Этот сезонный колебание формирует полузасушливые степные климаты, которые часто граничат с настоящими пустынями, создавая переходные зоны с переменным количеством осадков.

В то время как клетка Хэдли доминирует в тропическом и субтропическом формировании пустынь, феррели и полярные клетки влияют на среднеширотные и полярные пустынные регионы.Например, холодные пустыни Центральной Азии, такие как Гоби и Такламакан, находятся под влиянием сложных взаимодействий между этими клетками и региональной топографией.

Синергетические эффекты: когда океанские течения и атмосферная циркуляция совпадают

Наиболее экстремальные и стойкие пустыни часто встречаются там, где холодные океанские течения географически совпадают с нисходящей ветвью ячейки Хэдли, эта комбинация производит вдвойне стабилизированную атмосферу, которая подавляет осадки как на море, так и на суше, что приводит к почти постоянной засушливости.

Пустыня Атакама и текущая система Гумбольдта

Пустыня Атакама, протянувшаяся вдоль побережий северного Чили и южного Перу, иллюстрирует эту синергию.Холодное течение Гумбольдта течет на север вдоль тихоокеанского побережья, охлаждая морской воздух и создавая температурный инверсионный слой, который закрывает морской пограничный слой.В то же время юго-восточная тихоокеанская субтропическая система высокого давления, проявление нисходящего воздуха ячейки Хэдли, держит находящуюся над ней атмосферу чрезвычайно сухой.

Это взаимодействие производит одно из самых сухих мест на Земле, где в некоторых местах не было осадков более 50 лет, несмотря на это, прибрежные туманы, известные на местном уровне как «каманчака», обеспечивают необходимую влагу для специализированной флоры и фауны, адаптированной для сбора воды из воздуха, демонстрируя, как жизнь может сохраняться в экстремальных климатических условиях.

Пустыня Намиб и Бенгельский поток

Аналогичным образом, пустыня Намиб вдоль побережья Намибии находится под сильным влиянием северного течения Бенгела, которое охлаждает прилегающий воздух, создавая частый туман и стабильный морской слой, в то время как субтропический высокий уровень в Южной Атлантике обеспечивает спуск сухого воздуха над головой, что приводит к засушливой прибрежной пустыне со средним годовым количеством осадков ниже 20 миллиметров.

Здесь также развились уникальные биологические адаптации, такие как жук Намиб, который собирает капли воды из тумана на спине, чтобы выжить в этой гипераридной среде.

Другие системы прибрежных пустынь

Другие прибрежные пустыни возникают из-за аналогичных взаимодействий океан-атмосфера, в том числе пустыни вдоль запада Соединенных Штатов и Мексики под влиянием Калифорнийского течения и субтропического высокогорья в северной части Тихого океана. Канарское течение и высокое Азорское море способствуют засушливости на западных окраинах Сахары. В каждом случае выравнивание холодных прибрежных течений с субтропическими системами высокого давления создает узкие, но последовательно сухие прибрежные пустыни.

Внутренние и дождевые тени пустыни: роль континентальности и топографии

Не все пустыни расположены рядом с океанами; многие значительные пустыни лежат глубоко внутри континентов, где океаническая влага не проникает из-за расстояния и географических барьеров.Эти внутренние пустыни часто обязаны своей засушливостью комбинации континентальности - эффект того, что они далеки от источников влаги - и орографические влияния, которые создают дождевые тени.

Континентальность: сухой воздух вдали от источников влаги

По мере того, как влажные воздушные массы перемещаются внутри страны из океанов, они постепенно теряют влагу из-за осадков. К тому времени, когда эти воздушные массы достигают внутренних районов крупных земель, таких как Азия или Северная Америка, они значительно суше. Этот эффект «континентальности» способствует засушливости пустынь, таких как Гоби и Такламакан в Центральной Азии.

Эти пустыни также испытывают холодные зимы из-за их континентального местоположения, далекого от умеренного влияния океанов, поэтому они иногда классифицируются как холодные пустыни.

Дождевые тени: горы как климатические барьеры

Горные хребты играют важнейшую роль в формировании регионального пустынного климата посредством орографического подъема.Когда влажный воздух сталкивается с горами, он вынужден подниматься вверх, охлаждаясь и теряя влагу в виде осадков на наветренной стороне. Наветренная сторона, защищенная от влаги, остается сухой, создавая дождевую тень пустынь.

  • Пустыня Такламакан в Китае находится в дождевой тени Гималаев и Тибетского плато, получая скудные осадки, несмотря на то, что она находится относительно близко к Индийскому океану.
  • Патагонская пустыня в Аргентине образует к востоку от Анд, где возвышающийся хребет блокирует влажный тихоокеанский воздух.
  • Великая пустыня бассейна (FLT:0) в западной части Соединенных Штатов расположена в дождевой тени хребтов Сьерра-Невада и Каскад.

Направление преобладающих ветров, диктуемое глобальными атмосферными циркуляционными моделями, определяет, какая сторона горного хребта становится засушливой.Эти локальные топографические эффекты сочетаются с более широкой атмосферной динамикой для создания разнообразных пустынных сред, далеких от океанических влияний.

Более широкие последствия: изменение климата и динамика пустынь

Нежное равновесие между океанскими течениями и атмосферной циркуляцией, которая управляет местами и характеристиками пустыни, уязвимо для нарушений от изменения климата. Повышение глобальных температур, по прогнозам, расширит ячейку Хэдли в сторону полюса, потенциально толкая субтропические пустыни в полузасушливые или даже влажные регионы. Это расширение угрожает увеличить глобальную область, затронутую опустыниванием, со значительными последствиями для сельского хозяйства, водных ресурсов и экосистем.

Кроме того, изменение климата может изменить силу и пути океанских течений. Например, ослабление Атлантической меридиональной циркуляции может охладить Североатлантический регион, воздействуя на Канарское течение и, возможно, смещая местоположение и протяженность пустыни Сахара. В Тихом океане изменения в течение Гумбольдта могут изменить частоту тумана и прибрежную засушливость вдоль западного побережья Южной Америки, влияя на экосистему пустыни Атакама и населенные пункты.

Понимание этих сложных взаимодействий имеет решающее значение для прогнозирования будущих климатических сценариев и разработки адаптивных стратегий для уязвимых пустынных и полузасушливых регионов во всем мире. Это также подчеркивает важность сохранения уникальных пустынных экосистем, которые зависят от взаимодействия океанских и атмосферных процессов.

Заключение

Глобальная картина распределения пустынь является прямым следствием фундаментальных планетарных физических процессов. Холодные океанические течения стабилизируют прибрежные атмосферы и подавляют осадки, в то время как теплые течения в сочетании с топографическими барьерами способствуют образованию дождевых теней внутри страны. Нисходящие конечности клеток Хэдли создают устойчивые зоны высокого давления, которые подавляют образование облаков и осадки над субтропиками. Там, где эти силы выравниваются, например, в пустынях Атакама и Намиб, развивается одна из самых экстремальных засушливостей на Земле. Там, где доминирует только один фактор, пустыни могут все еще образовываться, но с меньшей степенью тяжести, как видно в Гоби и Большом бассейне.

Разобрав роль океанских течений и циркуляции атмосферы, ученые могут лучше понять не только пустыни, которые мы наблюдаем сегодня, но и предвидеть, как эти хрупкие среды могут измениться в будущем в условиях меняющегося климата. Эти знания жизненно важны для управления природными ресурсами, сохранения биоразнообразия и поддержки человеческих популяций, живущих в или вблизи пустынных регионов.

Для дальнейшего изучения этих тем посетите Океанскую службу NOAA для получения всеобъемлющей информации об океанских течениях и Обсерваторию Земли НАСА для спутниковых климатических данных. Подробное представление о клетке Хэдли и субтропической засушливости можно найти в Энциклопедия Британника Для специализированных исследований уникальных климатических взаимодействий пустыни Атакама, см. исследование, опубликованное издательством Кембриджского университета .