Определение биомов и их классификация

Биомы представляют собой крупнейшие узнаваемые экологические единицы на Земле, определяемые не только жизнью, которую они содержат, но и основной физической средой, которая их формирует. Биом — это основное сообщество растений и животных, которые имеют сходные характеристики в результате общего климата; один и тот же тип биома может происходить на разных континентах, даже если видовой состав может отличаться. Система классификации обычно зависит от двух основных климатических переменных: среднегодовая температура и среднегодовые осадки. Эти факторы определяют потенциальную продуктивность экосистемы и типы форм роста (деревья, травы, кустарники и т. д.), которые могут доминировать в ландшафте.

Широко признанные наземные биомы включают тропические леса, тропические саванны, пустыни, средиземноморские леса и кустарники (чапараль), умеренные луга, умеренные лиственные леса, тайгу (бореальные леса) и тундру. Некоторые системы классификации также признают горные (горные) биомы и различные водные биомы, такие как пресноводные озера, реки и морские зоны. Понимание того, как эти биомы образуют, требует глубокого погружения в климатические двигатели, которые приводят к температуре и характеру осадков по всему миру.

Механизмы влияния климата

Климат не является случайным фоном; он является продуктом систематических глобальных процессов.Формирование различных биомов регулируется тем, как солнечная энергия, атмосферная циркуляция и географические особенности взаимодействуют для создания предсказуемых моделей температуры и влаги.

Температура и солнечное излучение

Основным драйвером температуры на Земле является широта. Угол, под которым солнечный свет попадает на планету, определяет интенсивность солнечного излучения. На экваторе солнечный свет прям и концентрирован, что приводит к высоким температурам круглый год. Двигаясь к полюсам, такое же количество солнечной энергии распространяется на большую площадь, производя более холодные средние температуры. Этот широтный градиент является основной причиной существования тропических биомов вблизи экватора, умеренные биомы занимают средние широты, а полярные биомы доминируют в высоких широтах.

Температура также варьируется с высотой. На каждые 1000 метров, полученных в возвышении, средняя температура падает примерно на 6,5 ° C (скорость провала). Это создает «вертикальные биомы» на горных склонах, где вы можете путешествовать из тропического леса в основании в альпийскую тундру на вершине всего за несколько километров. Континентальность - расстояние от большого водоема - дополнительно изменяет температуру: прибрежные районы испытывают более мягкие зимы и более прохладное лето из-за умеренного эффекта океанов, в то время как внутренние районы страдают от более экстремальных температур.

Осадки и атмосферное циркуляция

Модели осадков в значительной степени продиктованы глобальными ветровыми поясами и положением систем высокого и низкого давления. Межтропическая зона конвергенции (ITCZ) вблизи экватора генерирует восходящий влажный воздух, который охлаждает и выпускает обильные осадки, создавая условия для тропических лесов. По мере того, как этот воздух движется в сторону полюса и опускается примерно на 30° северной и южной широты, он образует субтропические зоны высокого давления. Нисходящий воздух нагревает и подавляет образование облаков, в результате чего возникают засушливые условия, которые производят большую часть пустынь мира.

Далее в сторону полюса, между 30° и 60° широты, преобладающие Вестерли приносят влагу из океанов на континенты, поддерживая луга и леса. В еще более высоких широтах, полярные Пасхали и холодный, сухой воздух уменьшают осадки, приводя к низким осадкам, характерным для тундры и ледяных шапок. Океанские течения добавляют еще один слой сложности: теплые течения, такие как Гольфстрим, приносят влагу и умеренный климат в высокоширотные регионы (например, северо-западная Европа), в то время как холодные течения, такие как Гумбольдтское течение у Южной Америки, создают прибрежные пустыни, стабилизируя атмосферу и подавляя осадки.

Другие климатические факторы

Сезонные колебания являются результатом наклона оси Земли, который вызывает сдвиги угла солнечного излучения в течение года. Биомы в средних широтах испытывают четыре различных сезона, влияя на жизненные циклы растений. Периоды засухи и сезоны муссонов обусловлены сдвигами в поясах давления и миграцией ITCZ. Режимы пожара, хотя и не являются чисто климатическими, сильно зависят от сезонных сухих периодов и являются неотъемлемой частью поддержания биомов, таких как тропические саванны и средиземноморские кустарники.

Основные наземные биомы в деталях

Тропический тропический лес

Тропические тропические леса находятся в узкой полосе вокруг экватора, где температура остается высокой (в среднем 25-28 ° C круглый год) и количество осадков превышает 2000 мм в год, часто без четкого сухого сезона. Эта постоянная теплота и влажность поддерживают самое высокое биоразнообразие любого наземного биома. Лесная структура включает в себя несколько слоев: эмерджентный слой (высокие деревья, превышающие 60 метров), навес (плотный слой листьев и ветвей, который перехватывает большинство солнечного света), подлесок (теневые растения) и лесной пол. Почвы в тропических тропических лесах часто удивительно бедны питательными веществами, потому что сильный дождь быстро выщелачивает минералы; большинство питательных веществ хранятся в живой биомассе. Эпифиты (растения, растущие на других растениях) и лианы характерны. Общая фауна включает ягуаров, ленивцев, туканов и бесчисленные виды насекомых. Обезлесение для сельского хозяйства и лесозаготовок представляет собой самую серьезную угрозу

Тропическая Саванна

Саванны — это луга с разбросанными деревьями, встречающиеся в регионах с отчетливым влажным и сухим сезоном, таких как Серенгети в Африке и Серрадо в Южной Америке. Средняя температура составляет от 500 до 1500 ° C, а годовые осадки колеблются от 500 до 1500 мм, сосредоточенные в 4-8-месячном влажном периоде. Длинный сухой сезон способствует огню, который подавляет рост деревьев и поддерживает травянистую подлесок. Огнеприспособленные деревья, такие как акации, имеют толстую кору и глубокие корневые системы. Крупные травоядные — зебры, гну, слоны — являются знаковыми, наряду с их хищниками, такими как львы и гиены. Почвы Саванны часто плодородны, поддерживают сельское хозяйство, но перевыпас и преобразование в пахотные земли приводят к опустыниванию.

пустыня

Пустыни определяются экстремальной засушливостью, получая менее 250 мм осадков в год. Они могут быть горячими (как Сахара, с летними температурами, превышающими 50°C) или холодными (как Гоби, где зимы падают значительно ниже нуля). Температурные колебания между днем и ночью драматичны, потому что сухому воздуху не хватает изолирующей влаги. Растения и животные демонстрируют замечательные адаптации: кактусы хранят воду в стеблях, суккуленты имеют восковые покрытия для снижения транспирации, и многие животные ночные. Почвы грубые, часто песчаные или каменистые, с низким органическим содержанием. Пустыни расширяются из-за человеческой деятельности и изменения климата. Основные угрозы включают истощение подземных вод и фрагментацию среды обитания от добычи и городского развития.

Средиземноморская Вудленд и Шрубланд (Чапараль)

Этот биом встречается в регионах со средиземноморским климатом: мягкие, влажные зимы и жаркое, сухое лето. Примерами являются Калифорния, Средиземноморский бассейн, Чили, Южная Африка и юго-западная Австралия. Годовые осадки составляют 300-1000 мм. В растительности преобладают засухоустойчивые кустарники и небольшие деревья с твердыми, кожистыми листьями (склерофиллические растения). Огонь является естественной и частой частью этой экосистемы; у многих растений есть семена, которые прорастают только после воздействия тепла. Биоразнообразие высоко, особенно в районе мыса Флорист. Поселение и сельское хозяйство сильно фрагментировали этот биом, а повышенная частота пожара из-за изменения климата угрожает восстановлению.

Умеренная травяная земля

Умеренные луга, известные как прерии в Северной Америке, степи в Евразии и пампасы в Южной Америке, характеризуются глубокими, плодородными почвами и умеренными осадками (250-750 мм в год). Зимы холодные, лето теплое, и эти регионы испытывают периодические засухи. Виды травы доминируют, с небольшим количеством деревьев, за исключением вдоль водных путей. Огонь и выпас крупных травоядных (бизон, пронгхорн) исторически поддерживали структуру лугов. Богатые питательными веществами почвы делают эти районы основными сельскохозяйственными землями; следовательно, большинство умеренных лугов были преобразованы в пахотные земли для пшеницы, кукурузы и сои. Остающиеся местные луга являются одними из наиболее исчезающих экосистем.

Умеренный лес

Обнаруженные в восточной части Северной Америки, Европы и Восточной Азии, умеренно-лиственные леса испытывают четыре различных сезона с умеренными осадками (750-1500 мм), равномерно распределенными в течение года. Деревья, такие как дуб, клен, бук и гикори теряют свои листья осенью, чтобы сохранить воду во время зимнего покоя. Лесной пол весной покрыт полевыми цветами, которые цветут до листьев навеса. Почвы глубоки и плодородны. Дикая природа включает оленей, лис, медведей и перелетных птиц. Эти леса были сильно заготовлены в прошлом, но выросли во многих областях; однако фрагментация, инвазивные виды и изменение климата (влияющие на сроки выпадения листьев) представляют собой постоянные проблемы.

Тайга (Бореальный лес)

Тайга простирается через северную Канаду, Скандинавию и Россию, образуя крупнейший в мире сухой биом. Зимы длинные, холодные и сухие; лето короткое и прохладное. Осадки колеблются от 300 до 800 мм, в основном как снег. Хвойные деревья - ель, пихта, сосна - адаптированы к холоду и низкой доступности питательных веществ; их листья в форме иглы уменьшают потерю воды. Лесной пол покрыт мхами и лишайниками. ] В северных районах может присутствовать мерзлота. Характерны крупные травоядные животные, такие как лоси и карибу, и хищники, такие как волки и рысь. Тайга имеет решающее значение для глобального хранения углерода, но потепление температуры увеличивает частоту и тяжесть лесных пожаров и вспышек насекомых.

Тундра

Тундра встречается на высоких широтах (арктическая тундра) и больших высотах (альпийская тундра). Она характеризуется чрезвычайно низкими температурами, коротким вегетационным периодом (6-10 недель) и низкими осадками (150-250 мм, похожими на пустыни). Определяющей особенностью является вечной мерзлотой , постоянно замороженным слоем почвы, который ограничивает глубину корней и дренаж, создавая ландшафт прудов и болот. Растительность низко растет: травы, осадки, карликовые кустарники и растения подушки. Биоразнообразие низкое - карибу / олени, мускусные, арктические лисы, лемминги и перелетные птицы. Изменение климата непропорционально влияет на тундру, поскольку повышение температуры оттаивает вечную мерзлоту, выпуская метан и углекислый газ, и позволяя кустарникам посягать, изменяя эффект альбедо.

Водные биомы: пресноводные и морские

В то время как наземный фокус доминирует, климат также формирует водные биомы. Пресноводные биомы (озера, реки, водно-болотные угодья) подвержены влиянию температурного расслоения и сезонных осадков. Морские биомы (океаны, коралловые рифы, эстуарии) подвержены воздействию температуры воды, солености и океанических течений. Например, коралловые рифы требуют теплых, прозрачных, олиготрофных вод (23-29 °C) и очень чувствительны к повышению температуры, что приводит к широкому обесцвечиванию. Обстановка зон подъема обусловлена ветровыми моделями, которые приносят богатую питательными веществами воду на поверхность, поддерживая продуктивные экосистемы. Последствия изменения климата для подкисления океана, повышения уровня моря и изменения течений глубоки.

Влияние человека и изменение климата на биомы

Деятельность человека ускорила темпы изменения биомов далеко за пределами естественных процессов. Изменение землепользования — превращение лесов в сельское хозяйство, осушение водно-болотных угодий и расширение городских районов — непосредственно разрушает среду обитания и фрагментирует популяции. Переэксплуатация видов (например, чрезмерный вылов рыбы, браконьерство) истощает ключевые организмы. Загрязнение, особенно сток питательных веществ из удобрений, создает мертвые зоны в водных биомах и нарушает наземные питательные циклы.

Изменение климата действует как мультипликатор угрозы. Повышение глобальных температур сдвигает климатические оболочки, которые определяют биомы. Виды движутся в сторону полюса или к более высоким высотам; некоторые не могут идти в ногу, приводя к местным вымираниям. Измененные модели осадков вызывают засухи в некоторых регионах и наводнения в других. Например, тропические леса Амазонки сталкиваются с переломным моментом, когда обезлесение в сочетании с изменением климата может превратить большие площади в саванну. В Арктике потеря морского льда изменяет весь морской биом, затрагивая водоросли, рыбу, тюленей и белых медведей. Частота и интенсивность лесных пожаров возросли во многих биомах, особенно в бореальных лесах и средиземноморских кустарниках, вызванных более жаркими и сухими условиями.

Инвазивные виды часто процветают в нарушенных условиях, превзойдя местные виды и изменяя функцию экосистемы. Вместе эти воздействия снижают устойчивость биомов, делая их менее способными восстанавливаться после естественных нарушений.

Сохранение и перспективы будущего

Защита биомов мира требует многогранного подхода. Создание и управление охраняемыми территориями (национальные парки, природные заповедники) остается краеугольным камнем сохранения, но должно дополняться планированием на уровне ландшафта , которое поддерживает связь (коридоры дикой природы) и буферы против изменения климата. Экология восстановления может помочь восстановить деградировавшие биомы, такие как пересадка лесов или пересев осушенных торфяников. Устойчивое управление ресурсами — сокращение обезлесения, принятие регенеративного сельского хозяйства и переход на возобновляемые источники энергии — устраняет коренные причины.

Международные соглашения, такие как Парижское соглашение, направлены на ограничение глобального потепления, но реализация отстает. Местные действия, включая сохранение на уровне общин и управление земельными ресурсами коренных народов, доказали свою эффективность. Образование и осведомленность, такие как содержание в этой статье, дают студентам и учителям возможность выступать за информированную политику. Будущее биомов зависит от нашей коллективной способности признать, что благополучие человека неразрывно связано со здоровьем этих экосистем.

Для дальнейшего чтения о климатических факторах и распределении биомов см. Обсерватория Земли НАСА и Национальная географическая энциклопедия о биомах Подробный анализ воздействия изменения климата доступен из Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) . Для стратегий сохранения, изучите работу Всемирного фонда дикой природы и МСОП .

Заключение

Образование биомов — это динамичное взаимодействие глобальных климатических моделей, геологической истории и биологической эволюции. От пышного навеса тропического леса до суровых просторов тундры каждый биом представляет собой уникальное решение экологических условий своего региона. По мере того, как студенты и преподаватели углубляют свое понимание этих отношений, они получают инструменты для оценки разнообразия Земли и ответственного поведения перед лицом беспрецедентных изменений. Сохранение биомов — это не просто экологическая проблема; это фундаментальное требование устойчивого будущего.