Ekologia pustyni - Desert ecology
Ekologia pustyni zajmuje się badaniem interakcji między elementami biotycznymi i abiotycznymi środowisk pustynnych . Ekosystem pustynny jest definiowany przez interakcje między organizmami , klimat, w którym żyją, oraz wszelkie inne nieożywione wpływy na siedlisko . Pustynie to suche regiony, które zazwyczaj kojarzą się z ciepłymi temperaturami; istnieją jednak również zimne pustynie. Pustynie można znaleźć na każdym kontynencie, przy czym największe pustynie znajdują się na Antarktydzie , Arktyce , Afryce Północnej i na Bliskim Wschodzie .
Klimat
Pustynie doświadczają szerokiego zakresu temperatur i warunków pogodowych i można je podzielić na cztery typy: gorące, półpustynne, przybrzeżne i zimne. Gorące pustynie charakteryzują się wysokimi temperaturami przez cały rok i niskimi rocznymi opadami. Niski poziom wilgotności na gorących pustyniach przyczynia się do wysokich temperatur w ciągu dnia i znacznej utraty ciepła w nocy. Średnia roczna temperatura na gorących pustyniach wynosi około 20 do 25 °C, jednak ekstremalne warunki pogodowe mogą prowadzić do temperatur od -18 do 49 °C.
Zwykle występują opady deszczu, po których następują długie okresy suszy. Pustynie półpustynne mają podobne warunki do gorących pustyń, jednak maksymalne i minimalne temperatury są zwykle mniej ekstremalne i zwykle wahają się od 10 do 38 °C. Pustynie przybrzeżne są chłodniejsze niż pustynie gorące i półpustynne, a średnie temperatury latem wahają się między 13 a 24 °C. Charakteryzują się również wyższymi wartościami sumy opadów. Zimne pustynie mają zbliżoną temperaturę do pustyń przybrzeżnych, jednak otrzymują więcej rocznych opadów w postaci opadów śniegu. Pustynie są najbardziej godne uwagi ze względu na suchy klimat; zwykle wynikają z otaczającej ich geografii. Na przykład pasma górskie blokujące deszcz i odległość od oceanów to dwie cechy geograficzne, które przyczyniają się do suchości pustyni. Blokujące deszcz pasma górskie tworzą Cienie Deszczowe. Gdy powietrze unosi się i ochładza, jego wilgotność względna wzrasta, a część lub większość wilgoci wylatuje na zewnątrz, pozostawiając niewiele lub wcale nie pozostawiając pary wodnej tworzącej opady po drugiej stronie pasma górskiego.
Pustynie zajmują jedną piątą powierzchni Ziemi i występują w dwóch pasach: między 15° a 35° szerokości geograficznej na półkuli południowej i północnej. Pasma te są związane z dużym natężeniem promieniowania słonecznego, jakie otrzymują wszystkie obszary w tropikach, oraz z suchym powietrzem sprowadzanym przez opadające ramiona komórek cyrkulacji atmosferycznej Hadleya i Ferella . Suche wiatry zatrzymują mało wilgoci w tych obszarach, a także mają tendencję do odparowywania obecnej wody.
Wiele ekosystemów pustynnych jest ograniczonych poziomem wody, a nie natężeniem promieniowania czy temperaturą. Przepływ wody w tych ekosystemach można uznać za podobny do przepływu energii; w rzeczywistości przy badaniu ekosystemów pustynnych i ekologii często warto przyjrzeć się łącznemu przepływowi wody i energii.
Dostępność wody na pustyniach może być również utrudniona przez luźne osady. Chmury pyłu często tworzą się w wietrznym, suchym klimacie. Naukowcy wcześniej wysnuli teorię, że chmury pyłu pustynnego wzmocnią opady deszczu, jednak niektóre nowsze badania wykazały, że zjawisko to hamuje opady, ponieważ pochłania wilgoć z atmosfery. Ta absorpcja wilgoci atmosferycznej może skutkować dodatnim sprzężeniem zwrotnym , co prowadzi do dalszego pustynnienia .
Krajobraz
Pustynne krajobrazy mogą zawierać różnorodne elementy geologiczne, takie jak oazy , wychodnie skalne , wydmy i góry . Wydmy to struktury utworzone przez wiatr przenoszący osady do kopców. Wydmy pustynne są generalnie klasyfikowane na podstawie ich orientacji w stosunku do bezpośredniego wiatru. Prawdopodobnie najbardziej rozpoznawalnym typem wydm są wydmy poprzeczne, charakteryzujące się grzbietami poprzecznymi do kierunku wiatru. Wiele wydm uważa się za aktywnych , co oznacza, że mogą przemieszczać się i zmieniać w czasie pod wpływem wiatru. Jednak niektóre wydmy mogą być zakotwiczone przez roślinność lub topografię, uniemożliwiając ich ruch. Niektóre wydmy mogą być również określane jako lepkie. Tego typu wydmy powstają, gdy poszczególne ziarna piasku łączą się ze sobą. Wydmy lepkie są zwykle bardziej stabilne i odporne na przeróbkę wiatru niż wydmy luźne. Wydmy Barchan i Seif należą do najczęstszych wydm pustynnych. Wydmy Barchan powstają, gdy wiatry wieją nieprzerwanie w tym samym kierunku i charakteryzują się kształtem półksiężyca na szczycie wydmy. Wydmy Seif są długie i wąskie, z ostrym grzbietem i częściej występują na Saharze.
Analiza cech geologicznych w środowiskach pustynnych może wiele ujawnić na temat historii geologicznej tego obszaru. Poprzez obserwację i identyfikację złóż skalnych geolodzy są w stanie zinterpretować kolejność zdarzeń, które miały miejsce podczas formowania się pustyni. Na przykład badania nad geologią powierzchni pustyni Namib pozwoliły geologom zinterpretować starożytne ruchy rzeki Kuiseb na podstawie epok skalnych i cech zidentyfikowanych na tym obszarze.
Adaptacja organizmu
Zwierząt
Pustynie wspierają różnorodne społeczności roślin i zwierząt, które wykształciły odporność, oraz obchodzą metody ekstremalnych temperatur i suchych warunków. Na przykład pustynne murawy są bardziej wilgotne i nieco chłodniejsze niż otaczające je ekosystemy. Wiele zwierząt pozyskuje energię żywiąc się otaczającą roślinnością, jednak rośliny pustynne są znacznie trudniejsze do spożycia przez organizmy. Aby uniknąć wysokich temperatur, większość małych ssaków pustynnych prowadzi nocny tryb życia, żyjąc w norach, aby uniknąć intensywnego pustynnego słońca w ciągu dnia. Nory te zapobiegają przegrzaniu i odwodnieniu, ponieważ utrzymują optymalną temperaturę dla ssaka. Ekologia pustyni charakteryzuje się suchymi, alkalicznymi glebami, niską produkcją netto i oportunistycznymi wzorcami żywienia roślinożerców i drapieżników . Taktyki przetrwania innych organizmów są oparte na fizjologii. Taka taktyka obejmuje dokończenie cykli życiowych przed przewidywanymi sezonami suszy oraz magazynowanie wody za pomocą wyspecjalizowanych organów.
Klimaty pustynne są szczególnie wymagające dla organizmów endotermicznych . Jednak organizmy endotermiczne zaadaptowały mechanizmy pomagające w zatrzymywaniu wody w siedliskach, takich jak ekosystemy pustynne, które często są dotknięte suszą. W środowiskach, w których temperatura zewnętrzna jest niższa niż ich temperatura ciała, większość endoterm jest w stanie zrównoważyć produkcję i utratę ciepła, aby utrzymać komfortową temperaturę. Jednak na pustyniach, gdzie temperatura powietrza i gruntu przekracza temperaturę ciała, endotermy muszą być w stanie rozproszyć duże ilości ciepła pochłanianego w tych środowiskach. Aby sprostać ekstremalnym warunkom, endotermy pustynne przystosowały się poprzez unikanie, relaksację homeostazy i specjalizację. Nocne gryzonie pustynne, takie jak szczur kangur , spędzają dzień w chłodnych norach głęboko pod ziemią, a nocą wynurzają się w poszukiwaniu pożywienia. Ptaki są znacznie bardziej mobilne niż żyjące w ziemi endotermy i dlatego mogą uniknąć odwodnienia spowodowanego ciepłem, przelatując między źródłami wody. Aby zapobiec przegrzaniu, temperatura ciała wielu ssaków pustynnych jest znacznie wyższa niż u ssaków niepustynnych. Na przykład wielbłądy mogą utrzymywać temperaturę ciała zbliżoną do typowej temperatury powietrza pustynnego. Ta adaptacja pozwala wielbłądom zatrzymywać duże ilości wody przez dłuższy czas. Inne przykłady wyższej temperatury ciała u ssaków pustynnych to dobowa wiewiórka antylopa i oryks . Niektóre endotermy pustynne wyewoluowały bardzo specyficzne i unikalne cechy, aby zwalczać odwodnienie. Samce piaskowacza mają wyspecjalizowane pióra brzuszne, które są w stanie zatrzymywać i przenosić wodę. Dzięki temu piaskowiec może zapewnić źródło nawodnienia swoim pisklętom, które nie mają jeszcze zdolności do samodzielnego latania do źródeł wody.
Rośliny
Chociaż pustynie mają surowy klimat, niektórym roślinom wciąż udaje się rosnąć. Rośliny, które mogą przetrwać na suchych pustyniach, nazywane są kserofity , co oznacza, że są w stanie przetrwać długie okresy suszy. Takie rośliny mogą zamykać aparaty szparkowe w ciągu dnia i otwierać je ponownie w nocy. W nocy temperatury są znacznie niższe, a rośliny będą mniej tracić wodę i pobierać większe ilości dwutlenku węgla do fotosyntezy.
Adaptacje u kserofitów obejmują odporność na utratę ciepła i wody, zwiększoną zdolność magazynowania wody i zmniejszoną powierzchnię liści. Jedną z najczęstszych rodzin roślin pustynnych są kaktusy , które są pokryte ostrymi kolcami lub włosiem w celu obrony przed roślinożernością. Włosie niektórych kaktusów ma również zdolność odbijania światła słonecznego, tak jak włosie starego kaktusa . Niektóre kserofity, takie jak oleander , mają szparki, które są zagłębione jako forma ochrony przed gorącymi, suchymi wiatrami pustynnymi, co pozwala liściom skuteczniej zatrzymywać wodę. Kolejną unikalną adaptację można znaleźć u kserofitów, takich jak ocotillo , które są „bezlistne przez większość roku, dzięki czemu unikają nadmiernej utraty wody”.
Istnieją również rośliny zwane freatofitami, które przystosowały się do surowych warunków pustynnych, rozwijając niezwykle długie systemy korzeniowe, z których niektóre mają 80 stóp długości; dotrzeć do poziomu wód gruntowych, co zapewnia zaopatrzenie rośliny w wodę.
Eksploracja i badania
Surowy klimat większości regionów pustynnych jest główną przeszkodą w prowadzeniu badań nad tymi ekosystemami. W środowiskach wymagających specjalnych adaptacji do przetrwania, często trudne lub nawet niemożliwe jest dla badaczy spędzanie dłuższych okresów czasu na badaniu ekologii takich regionów. Aby przezwyciężyć ograniczenia narzucone przez klimat pustynny, niektórzy naukowcy wykorzystali postęp technologiczny w dziedzinie teledetekcji i robotyki . W jednym z takich eksperymentów, przeprowadzonym w 1997 roku, wyspecjalizowany robot o imieniu Nomad podróżował przez część pustyni Atakama . Podczas tej ekspedycji Nomad przebył ponad 200 kilometrów i dostarczył badaczom wiele zdjęć miejsc odwiedzanych na swojej drodze.