Почему важны пустыни?

На Земле есть сухие и влажные области, эти различные климатические зоны называются биомами. Одна пятая суши на Земле занята пустынями. Обычно эти регионы слабо заселены: в пустынях живет около одной шестой части населения планеты. Это регион, в котором среднегодовое количество осадков (дождя, снега и т. д.) не превышает 25 сантиметров. Однако для существования пустынь важнее скорость потери воды: именно она влияет на образование характерного ландшафта – пустой и засушливой зоны без явно видимого биоразнообразия (полной противоположности биому дождевых лесов). В пустынях случаются дожди, но лишь эпизодически, порой никаких осадков там не выпадает на протяжении нескольких месяцев, а то и лет. В таких местах обычно высокий уровень испарения и транспирации: вода быстро исчезает и с поверхности, и из обитающих там растений. Уровень испарения и транспирации превышает уровень осадков минимум в 2 и максимум в 33 раза, поэтому в пустыне мало растительности и скудная фауна.

Пустыни будут всегда. Классическая модель циркуляции воздуха в атмосфере описывает глобальное распределение тепла от тропиков к полюсам. Хотя от года к году имеются незначительные отличия, эта модель достоверно изображает крупные воздушные потоки, восходящие и нисходящие, по мере их движения на север и юг от экватора. Самое сильное солнечное излучение наблюдается на экваторе – эта зона называется тропиками, воздух здесь быстро поднимается, формируя облака и вызывая дождь. Он добирается до верхней части тропосферы (атмосферной «фабрики погоды»), направляется на север и юг и постепенно спускается. Нисходящий воздух сокращает образование облаков, становится сухим и жарким, так что вместо дождевых лесов в этих районах образуются пустыни. Эта первая, ближайшая к экватору циркуляция носит название ячейки Хэдли. К северу и югу от нее действуют две другие: ячейка Феррела формирует климатические условия в средних широтах, а полярная – на обоих полюсах. Как мы уже видели, от этой модели существует множество отклонений, а атмосферная система не просто более сложна, но и постоянно взаимодействует с океаном внизу, стратосферой вверху и соседними ячейками. Однако это хороший способ представления основных механизмов, который дает простое объяснение тому, почему пустыни на Земле расположены чаще всего на широте 20–30 градусов к северу и югу от экватора.

Пустыни, находящиеся к северу и югу от тропиков, называются субтропическими пустынями. Это жаркие области, в число которых входят и травянистые саванны, и такие засушливые зоны, как Сахара в Северной Африке.

Пустыни можно обнаружить и близко к океану, если вдоль берега проходит холодное океаническое течение. Например, пустыня Намиб находится на западе Африки примерно на 24 градусах южной широты и тянется вдоль береговой линии Намибии. Ее сухой климат обусловлен Бенгельским течением – частью Южного Пассатного течения. Это холодное течение, вызванное преобладающими юго-восточными ветрами с крайнего юга Африки и локальным апвеллингом у береговой линии, который поднимает из глубин более холодную воду.

Атакама соседствует также с холодным течением Гумбольдта, и здесь тоже имеет место локальный апвеллинг. Это одно из самых засушливых мест на Земле: здесь выпадает менее 1 мм осадков в год. Еще один фактор, способствующий такому климату – т. н. дождевая тень. Атакама зажата между двумя горными цепями – Андами и Чилийским береговым хребтом. Доминирующие ветры любого направления высушивают воздух, пройдя через горы, после чего он нисходит в пустыню.

Хотя Антарктида имеет площадь 13,8 млн квадратных километров и покрыта льдом и снегом, ее фактически можно классифицировать как пустыню. Дело в том, что в ее внутренних областях выпадает менее 51 мм осадков, то есть 5 см льда и снега в год, а некоторые места еще засушливее. Сухие долины Мак-Мердо – одно из самых засушливых и неприветливых мест на Земле, так что ученые даже сравнивают их с холодной и сухой марсианской пустыней. Они расположены недалеко от моря Росса. Этот ряд параллельно идущих долин между морем Росса и Восточноантарктическим ледяным щитом легко обнаружить на спутниковых фотографиях благодаря их темной бесснежной поверхности. Долины расположены в тени невысоких Трансантарктических гор. Холодный и сухой ветер, именуемый катабатическим, порой разгоняется до 90 м/с, обдувая склоны, обращенные к морю, и препятствуя образованию в этой области снега и льда.

Недалеко от Антарктиды ушла пустыня Сахара, занимающая площадь 9 миллионов квадратных километров в Северной Африке. Она далеко не вся покрыта песком: в некоторых ее частях имеется растительность, а ближе к Средиземному морю встречаются кустарники и даже кое-какие леса. К югу пустыня перерастает в тропическую саванну с сезонными дождями, где в отдельные годы пейзаж становится действительно зеленым. Но над основной частью Сахары почти постоянно расположена зона высокого давления; такая стабильность атмосферы препятствует образованию дождевых облаков.

Пустыни, конечно, не очень богаты жизнью по сравнению, например, с тропическими лесами. Условия существования в них обычно очень суровы, однако они играют важную роль, внося биоразнообразие: пустынные виды отсутствуют в других климатических зонах мира. Частично это связано с тем, что над пустынями доминируют огромные ячейки высокого давления: например, в Сахаре бывает около 3600 часов солнечного света в год, то есть Солнце светит 86 % дневного времени. Гарантированный солнечный свет – отличная возможность овладеть этим естественным природным ресурсом.

Нередко мы упускаем из виду тот факт, что пустыни нельзя воспринимать изолированно. Их воздействие кажется малозаметным, но на деле ощущается даже в отдаленных от них регионах.

Когда в Сахаре начинаются штормовые ветра, они уносят песок и другие частицы пустынной почвы. Эти частицы легко переносятся благодаря сильным ветрам и процессу конвекции (восхождению нестабильного воздуха) и оказываются на значительной высоте. В зависимости от направления ветра на этом уровне пустынная пыль может распространяться по всему земному шару, но, поскольку обычно над Сахарой дуют восточные ветра, ее песок летит через Атлантический океан. Мониторинг этого процесса при помощи отражающих лазеров, делающих видимой поднявшуюся вверх и летящую через океаны из Сахары пыль, играет важную роль в разрешении проблемы сохранения дождевых лесов. Согласно измерениям, около 27 миллионов тонн пустынной пыли ежегодно достигает амазонских дождевых лесов. Эта пыль – важный источник фосфора, который восполняет постоянный недостаток этого элемента, вымываемого сильными дождями в бассейне Амазонки. Однако речь не только об Амазонке: оказывается, что примерно 43 миллиона тонн пыли отправляются еще дальше – на экологические нужды Карибского бассейна и других регионов.

Международные исследования, которых в этой области становится все больше, показали, что пыль Сахары обеспечивает дождевые леса бассейна Амазонки существенным количеством макро– и микроэлементов. В этом регионе живет более половины из примерно 10 миллионов растений, животных и насекомых, здесь сосредоточено около 1/5 мировых запасов пресной воды, этот биом дает 20 % всей мировой выработки кислорода. Поэтому восполнение потребности амазонских дождевых лесов в минералах песком из Сахары, которая расположена в нескольких тысячах километров, – удивительное проявление синергии природных систем Земли, причем совершенно противоположных на первых взгляд климатических зон.

Как тропические дождевые леса лияют на погоду в мире?

Тропические дождевые леса – районы густой растительности, отличающиеся значительным биоразнообразием и частыми обильными дождями. Это территория джунглей. На дождевые леса приходится всего около 6 % суши, но при этом здесь обитает половина всех видов животных и растений Земли. Количество осадков в год в тропических дождевых лесах составляет 250–450 сантиметров, кроме того, здесь очень жарко и влажно. Более 50 % дождевых лесов находятся в тропической и умеренной зоне – и большинство их считается тропическими. Больше половины дождевых лесов сосредоточено в Латинской Америке, и еще треть дождевых лесов всего мира – в Бразилии. Однако они имеются также в Австралии, Азии и (меньше всего) в Африке. Дождевые леса можно назвать сердцем мирового климата. Именно дождевые леса играют ключевую роль в глобальном климатическом цикле, испаряя в атмосферу миллионы тонн водяного пара, насыщая грунтовые воды питательными веществами и минералами, а также производя и поглощая в огромных количествах углекислый газ и кислород. Их влияние на атмосферу трудно переоценить. Они занимают важнейшее место в круговороте воды в природе. Вода постоянно меняет свое агрегатное состояние. Она может пребывать в форме льда, течь в руслах рек и ручьев, водоворотами кружиться в озерах. В атмосфере вода представлена в виде водяного пара – самого распространенного из парниковых газов (на него приходится более 90 % всего объема парниковых газов). Этот пар может конденсироваться в облаках, плывущих по небу и подвергающихся воздействию тепла океанов и массивов суши снизу. Такой постоянный круговорот разумно перераспределяет тепло, энергию и воду по всему земному шару.

Еще один источник водяного пара, помимо океанов, рек и озер, – растения и деревья и происходящие в них процессы транспирации (выделение влаги телом растения) и испарения (перехода воды из жидкой формы в газообразную). Очищенная вода из корней поступает в листья и в конце концов отправляется в атмосферу в форме водяного пара.