Пустыни представляют собой некоторые из самых экстремальных и увлекательных условий на Земле, охватывающих примерно одну треть поверхности суши планеты. Эти засушливые регионы определяются минимальными осадками, отличительными экосистемами и драматическими ландшафтами, сформированными в течение тысячелетий сложным взаимодействием атмосферных, географических и геологических сил. В то время как многие представляют пустыни исключительно как обширные пространства песчаных дюн, на самом деле пустыни широко варьируются в климате, топографии и биоразнообразии - от палящих горячих песчаных морей до холодных полярных пустынь, запертых во льду. Изучение того, как образуются пустыни, углубляет наше понимание естественной истории Земли и имеет решающее значение для решения насущных экологических проблем, таких как опустынивание и изменение климата.

Определение пустынь: климат и особенности

В своей основе пустыня определяется засушливостью, обычно получая менее 250 миллиметров (10 дюймов) осадков в год. Однако этот простой порог маскирует большую изменчивость. Некоторые пустыни могут годами обходиться без измеримых осадков, прерывистых редкими, интенсивными штормами, в то время как другие испытывают частый туман или росу, которая поддерживает определенные формы жизни. Важно отметить, что на засушливость влияют не только осадки, но и скорость испарения - когда потенциальное испарение намного превышает осадки, почвы и воздух остаются чрезвычайно сухими.

Общие характеристики пустынь включают:

  • Экстремальные колебания температуры: Горячие пустыни могут достигать дневных максимумов выше 50°C (122°F) и опускаться до почти замерзания ночью из-за отсутствия влажности и облачности.Наоборот, холодные пустыни, такие как Антарктида, остаются ниже замерзания круглый год, но получают минимальные осадки, квалифицируя их как пустыни.
  • Разрозненная и специализированная растительность: Растительная жизнь приспособлена для сохранения воды и выживания при длительных засухах.Эти адаптации включают глубокие корневые системы, суккулентные ткани для хранения воды и уменьшенные поверхности листьев, чтобы минимизировать транспирацию.
  • Дискригирующие профили почв: Пустынные почвы имеют тенденцию быть грубыми, песчаными или каменистыми с низким органическим содержанием и высокими концентрациями минералов. Такие особенности, как калич (богатый карбонатом кальция твердый лист) и пустынный лак (темное покрытие из оксидов железа и марганца) являются общими.
  • Эфемерные гидрологические особенности: флеш-наводнения и временные озера, известные как Playas, происходят после редких ливней, но быстро испаряются, часто оставляя соляные корки и минеральные отложения.

Классификация пустынь: типы и механизмы формирования

Пустыни классифицируются на основе их климатических режимов и геологических и атмосферных процессов, которые приводят к их засушливости. К основным типам пустынь относятся:

Субтропические пустыни

Субтропические пустыни в основном формируются глобальной атмосферной циркуляцией, известной как клетка Хэдли. Около 30° северной и южной широты теплый, влажный воздух поднимается вблизи экватора, охлаждается и осадки. Сейчас сухой воздух опускается, нагревается и подавляет образование облаков, создавая стабильные зоны высокого давления с минимальным количеством осадков. Эти пустыни характеризуются жаркими температурами и ясным небом. Иконические примеры включают Сахару в Африке, Аравийскую пустыню на Ближнем Востоке и австралийскую пустыню Симпсон.

Дождь теневых пустынь

Дождевые тени пустынь развиваются на подветренной (снизу) стороне горных хребтов. Влажный воздух вынужден подниматься по наветренным склонам, охлаждая и опуская осадки. Когда воздух опускается с подветренной стороны, он нагревается и высыхает, создавая засушливые условия. Этот процесс производит пустыни, такие как Великая бассейновая пустыня в западных Соединенных Штатах, Патагонская пустыня в Аргентине и пустыня Гоби в Азии.

Прибрежные пустыни

Прибрежные пустыни встречаются вдоль западных окраин континентов, где холодные океанские течения охлаждают надводный воздух, уменьшая его влагоудерживающую способность и ограничивая осадки. Хотя осадков мало, частые туманы обеспечивают влагу, которая поддерживает специализированные экосистемы. Пустыня Атакама в Чили, одно из самых сухих мест на Земле, и пустыня Намиб Намиб Намиб иллюстрируют этот тип.

Континентальные внутренние пустыни

Расположенные глубоко в больших массивах суши, континентальные внутренние пустыни далеки от влажных океанических воздушных масс, что приводит к низкой влажности и осадкам. На эти пустыни могут не влиять тени горных дождей, но страдать от их удаленности от источников воды. Примерами являются пустыня Такламакан в Китае и пустыня Великая Виктория в Австралии.

Полярные пустыни

Полярные пустыни — это холодные пустыни, характеризующиеся чрезвычайно низкими осадками, в основном в виде снега, и постоянно замороженными условиями.Несмотря на минимальную влажность, эти регионы квалифицируются как пустыни из-за их сухости и отсутствия жидких осадков. Антарктида и части границы ледяного покрова Гренландии — классические полярные пустыни.

Глобальные распределительные и атмосферные драйверы формирования пустынь

Пустыни не распределены случайным образом, а тесно связаны с глобальной атмосферной циркуляцией и поясами давления. Возле экватора поднимается теплый влажный воздух, образуя тропические леса. По мере того, как этот воздух движется в сторону полюса, он охлаждается и опускается около 30° широты, образуя зоны высокого давления, которые препятствуют образованию облаков и осадков. Эти субтропические максимумы ответственны за многие из крупнейших пустынь мира, включая пустыни Сахара, Калахари и Симпсон.

К числу дополнительных факторов, влияющих на распределение пустынь, относятся:

  • Континентальность: Крупные материки, такие как Азия, имеют внутренние пространства, удаленные от источников океанической влаги. Пустыни Гоби и Такламакан обязаны своей сухостью этому «континентальному эффекту».
  • Топографические барьеры:] Горные хребты, такие как Анды и Гималаи, блокируют влажные воздушные массы.Анды вызывают крайнюю засушливость пустыни Атакама, перехватывая влажный амазонский воздух, в то время как Гималаи ограничивают влагу муссонов, создавая холодные пустыни на Тибетском плато.
  • Океанские течения: Холодные океанские течения, такие как Бенгела (в юго-западной Африке) и Гумбольдт (в Южной Америке), охлаждают прибрежный воздух, ограничивая осадки и способствуя прибрежным пустыням.

Геологические процессы, формирующие пустынные ландшафты

Геологические силы действуют на протяжении тысячелетий, чтобы вылепить разнообразные формы рельефа, найденные в пустынях. Эти процессы тесно связаны с климатической засушливостью региона и наличием неконсолидированных осадков.

выветривание

Физическое выветривание доминирует в пустынях из-за больших перепадов температуры и минимальной растительности. Инсоляционное выветривание включает в себя повторное нагревание и охлаждение поверхности пород, вызывая расширение и сокращение, что приводит к отшелушиванию и разрыву. Выветривание соли происходит, когда солевые растворы испаряются, оставляя кристаллы соли, которые расширяются в порах и трещинах, постепенно разрушая породу. Хотя химическое выветривание ограничено скудной влагой, оно может происходить в прибрежных пустынях, где туман или роса обеспечивает влагу, или во время эпизодических осадков.

эрозия

Ветер, или эоловая эрозия, является ключевой силой, формирующей пустынную местность. Ветер удаляет мелкие частицы в процессе, называемом дефляцией, часто оставляя после себя поверхностный слой грубой гальки, известной как пустынное тротуар. Ветер-выдув песчаные абрады скальных поверхностей, скульптуры поразительных рельефов, таких как ярданы - обтекаемые хребты, ориентированные параллельно преобладающим ветрам - и вентифакты, которые являются скалами, отполированными и ограненными ветровой истиранием. Хотя вода нечастая, эпизодические внезапные наводнения могут вырезать глубокие долины, вади и каньоны, транспортируя осадок и перераспределяя материалы для формирования аллювиальных вентиляторов и плей.

Смещение

Ветровые отложения песка в дюны различной формы - барханные, поперечные, линейные и звездные дюны - каждая отражает местные ветровые режимы и снабжение осадками. Лёсс, мелкий ил, может покрывать районы под ветром пустынь, влияя на формирование почвы. Вода, временно накапливающаяся в пустынных бассейнах, испаряется, концентрируя соли и образуя испаряющиеся минералы, такие как гипс и галит, создавая соляные равнины или плеяды, примером которых является боливийский Салар де Уюни.

Тектоническая активность

Тектонические силы формируют пустынные ландшафты, поднимая горные хребты, создавая дождевые тени, которые способствуют засушливости. Разлом и рифтинг могут образовывать бассейны, которые улавливают отложения и воду, облегчая развитие плейя. Вулканизм иногда откладывается потоки лавы и слои пепла, которые изменяют свойства почвы и способствуют геологическому разнообразию пустынных регионов.

Физическая география Особенности пустынь

Пустынные ландшафты удивительно разнообразны, состоящие из знаковых и уникальных рельефов, сформированных взаимодействием климата и геологии. Ключевые особенности включают:

  • Песчаные дюны:] Динамичные и подвижные скопления песка, дюн различаются по размеру и форме в зависимости от силы ветра, направления и подачи осадка. Высокие дюны пустыни Намиб и обширный Руб аль-Хали («Пустой квартал») иллюстрируют эту форму.
  • Плато и Месас: Повышенные плоские рельефы, окутанные устойчивыми слоями горных пород, вылеплены дифференциальной эрозией. Долина памятников на юго-западе США является известным примером.
  • Буттес и Худус: Изолированные скальные шпили и колонны, сформированные как более мягкие скалы, разрушаются, оставляя более твердые скалы стоящими.
  • Wadis: Сухие русло рек или эфемерные потоки, которые несут воду только во время редких дождевых событий. Их часто широкие и глубокие каналы указывают на прошлый влажный климат.
  • Плоские плоские (Playas): Плоские просторы, покрытые солевыми корками, образованными из испаренной воды в закрытых бассейнах, таких как обширный Салар-де-Уюни.
  • Скальные арки и природные мосты: Эрозия ветра и воды в песчаниковых образованиях создает потрясающие арки и мосты, видимые в пустынях, таких как Национальный парк Арки.

Экосистемы пустыни: стратегии выживания и адаптации

Несмотря на суровые условия, пустыни поддерживают различные формы жизни, которые развили замечательные адаптации, чтобы выжить в условиях крайней засушливости, колебаний температуры и бедных питательными веществами почв.

Адаптация флоры

Растения пустыни демонстрируют различные физиологические и морфологические адаптации, чтобы минимизировать потери воды и максимизировать ее хранение.

  • Суккуленты: Растения, такие как кактусы, хранят воду в толстых, мясистых стеблях и используют специализированный фотосинтез (CAM) для уменьшения транспирации путем открытия устьиц ночью.
  • Глубокие и широко распространенные корни: такие виды, как мескиты, развивают глубокие корнеплоды для доступа к грунтовым водам, в то время как другие имеют обширные мелкие корни, чтобы быстро поглощать поверхностные влаги от коротких дождей.
  • Сокращение площади листьев и защитные особенности: Многие пустынные растения имеют небольшие или колючие листья, чтобы уменьшить площадь поверхности и потерю воды, а также восковые покрытия и волоски, которые отражают солнечный свет и уменьшают тепло.
  • Эфемерные растения: Годовые растения пустыни быстро прорастают после дождей, завершают свой жизненный цикл в течение нескольких недель и производят засухоустойчивые семена, которые остаются в спящем состоянии до тех пор, пока не вернутся благоприятные условия.

Фаунальные адаптации

Пустынные животные разработали поведенческие и физиологические стратегии, чтобы справиться с нехваткой воды и экстремальными температурными условиями.

  • Ночная или сумеречная активность: Многие виды избегают дневного тепла, будучи активными ночью или в сумерках. Примерами являются лисица фенек и крыса-кенгуру.
  • Сохранение воды: Животные производят высококонцентрированную мочу и сухие фекалии. Кенгуру-крыса лихо получает всю воду метаболически, никогда не пьёт.
  • Защита: Засада обеспечивает более прохладный, более влажный микроклимат, защищая животных, таких как пустынные черепахи и грызуны от экстремальной жары и обезвоживания.
  • Термостойкость и влагопоглощение: Некоторые ящерицы и насекомые переносят экстремальные температуры и могут поглощать влагу из тумана или росы.

Микро-обитаемости в пустынях

В суровых условиях пустыни микрорайоны обеспечивают убежище, которое поддерживает биоразнообразие.

  • Оттенок под кустарниками (сельскохозяйственные растения) облегчает создание саженцев путем снижения температуры и сохранения влаги.
  • Скалы поддерживают более низкие температуры и случайные просачивания влаги, служа убежищем для многих организмов.
  • Норы животных создают стабильные микроклиматы с более высокой влажностью и более низкой температурной изменчивостью.
  • Эфемерные карманы воды в каменных впадинах (тинахас) служат жизненно важными источниками воды во время засухи.

Воздействие человека и опустынивание

Деятельность человека может ускорить деградацию засушливых земель путем опустынивания — процесса, при котором плодородные земли становятся пустынными из-за сочетания климатических и антропогенных факторов. Это явление угрожает продовольственной безопасности, биоразнообразию и средствам к существованию, особенно в уязвимых регионах.

К числу основных причин опустынивания относятся:

  • Перепас: Чрезмерный скот уменьшает растительный покров, подвергая почву эрозии.
  • Обезлесение: Очистка деревьев нарушает стабильность почвы и циклы воды.
  • Плохие методы орошения: Могут привести к засолению почвы и заболачиванию.
  • Уплотнение и эрозия почв: От неустойчивого землепользования и механизации.

К числу заметных примеров воздействия опустынивания относятся:

  • Сахельский регион Африки: Сильное опустынивание, вызванное засухой и давлением человека, вызвало голод и перемещение населения.
  • Катастрофа в Аральском море: Отвлечение воды для орошения превратило озеро в соленую пустыню, вызвав токсичные пыльные бури и кризисы со здоровьем.
  • Китайское плато Лёсс: После сильного ухудшения состояния, эта область пережила успешное восстановление за счет террацирования, лесовосстановления и устойчивого управления земельными ресурсами, улучшения стабильности почвы и удержания воды.

Борьба с опустыниванием требует комплексных подходов, включая устойчивое выпас скота, агролесоводство, водосберегающее сельское хозяйство и политическую поддержку. Международные рамки, такие как Конвенция Организации Объединенных Наций по борьбе с опустыниванием (КБОООН) координируют глобальные усилия. Научные ресурсы, такие как Программа геологической службы США по опустыниванию , предоставляют ценные данные и рекомендации.

Изменение климата и будущее пустынь

Изменение климата способно изменить окружающую среду пустыни сложными способами, что имеет значительные экологические и социально-экономические последствия.

  • Расширение засушливых зон: Модели предсказывают сдвиги полюсов и расширение субтропических сухих поясов, потенциально превращая полузасушливые районы в настоящие пустыни.
  • Измененные модели осадков: В то время как общее количество осадков может уменьшаться или оставаться низким, интенсивность и частота экстремальных осадков могут увеличиваться, вызывая внезапные наводнения и усиленную эрозию.
  • Повышение температуры: Более высокие температуры увеличивают скорость испарения, усугубляя дефицит воды и нагрузку на флору и фауну.
  • Уязвимость видов: Многие виды пустынь имеют узкие термические и влагостойкие допуски, что делает их восприимчивыми к потере среды обитания и фрагментации.

В некоторых случаях увеличение содержания углекислого газа в атмосфере и изменение режима осадков могут временно способствовать росту растительности, что называется «озеленением» пустынь. Однако эти последствия могут благоприятствовать инвазивным видам и быть кратковременными. В Шестом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) содержится углубленная оценка рисков для экосистем засушливых земель.

Оригинальное название: The Salton Sea

Солтонское море в Калифорнии — озеро, созданное человеком, образованное случайным наводнением при сбоях ирригационных каналов. Со временем сельскохозяйственный стоок увеличил соленость и загрязнение, в то время как отвод воды и испарение привели к резкому сокращению озера. Это обнажило отложения на дне озера, создав пылевые бури, которые угрожают здоровью дыхательных путей в окружающих общинах. Солтонское море иллюстрирует, как опустынивание может возникнуть не только из-за естественной засушливости, но и из-за управления водными ресурсами человека и последствий изменения климата.

Заключение

Формирование пустынь является убедительной демонстрацией того, как физическая география и геологические процессы взаимодействуют, формируя поверхность Земли. Модели циркуляции атмосферы, континентальное позиционирование, океанические течения и тектоника объединяются для создания разнообразных засушливых ландшафтов в мире. На протяжении тысячелетий выветривание, эрозия и осаждение превращают эти регионы в динамичные и разнообразные ландшафты. Несмотря на суровые условия, пустыни поддерживают уникальные экосистемы с узкоспециализированной флорой и фауной, адаптированной к экстремальным условиям. Однако пустыни являются хрупкими средами, все более уязвимыми для воздействия человека и изменения климата. Понимание их формирования и динамики имеет важное значение для защиты этих жизненно важных ландшафтов и управления рисками опустынивания в меняющемся мире.