If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Климат

Глобални, регионални и местни фактори, които влияят на климата. Как климатът се отразява върху географското разпространение на видовете.

Ключови точки:

  • Всеки вид има уникален ареал, набор от местообитания, където членове на този вид се намират на Земята.
  • Ареалът на даден вид зависи от географията и от биотичните (живите) и абиотичните (неживите) условия, от които той се нуждае, за да оцелее.
  • Ареалите на видовете и разпределението на биомите (видовете екосистеми) се оформят от климата.
  • Климатът на едно място зависи от глобалните модели на количеството слънчева енергия и въздушните потоци, както и от особеностите на релефа като планини и водни басейни.

Въведение

Нека да започнем с един въпрос: къде можем да срещнем полярна мечка?
Може би като мен забравяш дали полярните мечки живеят близо до Северния полюс, или до Южния полюс. (Аз го проверих: отговорът е Северният!) Но дори да е така, вероятно няма да търсиш полярна мечка в, да кажем, тропическа гора или пустиня.
Полярна мечка, ходеща в снежен арктически пейзаж.
Изображение: Полярна мечка, от Патрик Кели, брегова охрана на САЩ, USGS, обществено достояние
Нека помислим защо е така. Полярните мечки се нуждаят от определени условия за живот заради начина, по който са изградени и функционират телата им. Тези условия се срещат само на определени места. Например гъстата козина, която помага на полярната мечка да оцелее в студа, би била безполезна (и дори вредна) в горещ ден в пустинята.
Това е основно правило в екологията: всеки вид се среща само в определен набор от местообитания от многото такива на Земята. Този населен от вида район се нарича ареал на вида. Някои организми имат по-широки ареали от други, но никой вид не се намира навсякъде. Това е така, защото различните видове имат различни нужди, както и различни истории на разпръскване, или как те са се разпространили от място на място.
Един от най-важните фактори, определящи къде се срещат различни видове, е климатът, или дългосрочните, характерни метеорологични условия. В тази статия ще разгледаме биогеографията (изучаваща защо различни организми се срещат в определени места и в определена численост) и как ареалите на видовете се влияят от климата.

Всеки вид има свой ареал

Ареалът на даден вид е наборът от местообитания, където този вид се намира на Земята. Например диаграмата по-долу показва ареала на полярните мечки (поглед надолу към Земята от над Северния полюс):
Зелените участъци представляват районите, които се обитават от полярни мечки. Тази карта е изглед на земното кълбо, гледайки надолу от над Северния полюс. Изображение: карта на ареала на полярната мечка от Фабио B., обществено достояние
От какво се определя ареалът на даден вид? Историческият шанс и географските бариери може да играят важни роли. Например може би белите мечки биха могли да оцелеят на Южния полюс, също както на Северния. Но те никога не са били привнесени на Южния полюс и не са имали никакъв начин да се разпръснат или разпространят през океаните между двата полюса.
След като даден вид попадне в дадена област, той може да оцелее в тази област, само ако условията са подходящи. Някои от условията, които трябва да бъдат "подходящи", са биотични, което означава, че те са пряко свързани с живите организми. Например един вид може да не бъде способен да се установи в дадена област, защото конкурентен вид, хищник или патоген, е вече там, или защото няма наличен хранителен ресурс.
Много фактори, които определят дали даден вид може да живее в една област, са абиотични, или неживи. Примери за важни абиотични фактори са температура, слънчева светлина и ниво на влага. Понякога тези фактори определят дали даден вид може да живее в едно място по много директен начин. Например растителен вид ще пусне корени и разпространи само на място, където получава достатъчно слънчева светлина и вода.
Абиотичните фактори обаче може да влияят на това дали един вид се среща на дадено място и не толкова директно. Например климатът и качеството на почвата директно влияят на вида и броя на растенията, които могат да растат в определена област. Тъй като енергията влиза в екосистемите чрез растенията и други продуценти, климатът и качеството на почвата индиректно определят какви други трофични звена, или "звена от хранителната верига", може да поддържа екосистемата.

Глобално разпределение на биоми

Абиотичните фактори формират ареалите на отделните видове, например като този на полярната мечка. На по-глобално ниво обаче те определят и къде се намират различни видове биоми на Земята.
Какво точно е биом? По принцип това е вид или категория на екосистема. Един познат пример е пустинният биом. Всяка пустиня е на различно място и има свой собствен уникален набор от растения и животни. Все пак всички пустини на Земята са отличително пустини и споделят общи характеристики. Такива са: малко дъжд, високи дневни температури и отделни растения, адаптирани към суровите условия.
Климатът е ключов абиотичeн фактор, който определя къде се намират сухоземни (земни) биоми. Всеки биом има характерен диапазон от температури и ниво на валежи (дъжд и/или снеговалеж). Ако ние знаем какви са температурата и валежите на едно място, често можем да предвидим какъв вид биом ще се наблюдава там.
Тази диаграма представя осемте главни сухоземни биоми, включително планини и полярни ледове (които официално не са считани за биоми). Източник на изображенеието: Biomes: фигура 2 от OpenStax колеж, биология, CC от 4,0
Някои видове биоми попадат в приблизителни ивици по по протежение на земната ос север-юг. Например има голяма ивица тропически гори (зелено в диаграмата по-горе), която обгражда средната линия на Земята, или екватора, включително части от Централна и Южна Америка, Африка и Югоизточна Азия. Но биомите на Земята не формират строго очертани "райета", както можеш да видиш от неправилните форми на картата.
Можем да обясним и общите закономерности на ивиците, и отклоненията от този модел, като разгледаме различните фактори, които оказват влияние върху климата.

Какво е климат?

Климатът е просто времето, нали? Ами... един вид. В екологията (за разлика от ежедневния живот) тези термини имат малко по-различни значения:
  • Климатът се отнася до дългосрочните, типични атмосферни условия в една област, например температура и валежи. "Обикновено в Далас е горещо през лятото" е описание на климата.
  • Времето се отнася до същите видове условия, но за по-кратък срок от време. Например "Вчера в Далас максималната температура беше 100 оF" описва времето, а не климата.
По принцип можеш да разглеждаш климата като "средното" време на дадено място.

Как се променя климатът според географската ширина

По принцип температурите на земната повърхност спадат, когато се движим от екватора към полюсите. Това не е голяма изненада — обикновено си представяме Арктика като по-студено място от тропиците! Но защо е така?
Основният отговор е, че екваторът получава повече инсолация, или слънчева енергия на площ за време, отколкото полюсите. Слънчевите лъчи в близост до екватора падат директно, а близо до полюсите под наклон, така че в полярните райони същото количество енергия се разпределя на по-голяма площ, както можеш да видиш на диаграмата по-долу:
Диаграма, илюстрираща как слънчевите лъчи падат вертикално върху земната повърхност (повече или по-малко под прав ъгъл) в близост до екватора, но косо (под ъгъл) близо до полюсите. Същото количество слънчева енергия се разпространява върху повече повърхностна площ, когато върху полюсите лъчите падат върху земната повърхност под ъгъл. Също така на полюсите слънчевата светлина трябва да измине по-дълъг път през атмосферата, преди да достигне повърхността. Този по-дълъг път позволява е причина част от слънчева енергия да се отрази обратно в космоса от молекулите в атмосферата, намалявайки допълнително инсолацията на повърхността.
Изображение, модифицирано от Oblique rays от Peter Halasz CC BY-SA 2.5. Модифицираното изображение е лицензирано с лиценз CC BY-SA 2.5
Освен това при полюсите слънчевата светлина изминава по-дълъг път през атмосферата, преди да достигане земната повърхност. Това означава, че в сравнение с екватора на полюсите по-голяма част от светлината се отразява от частиците в атмосферата обратно към космоса (и по този начин тя не достига повърхността)1.
Силната слънчева светлина на екватора (и слаба слънчева светлина на полюсите) прави тропиците по-топли, отколкото Арктика. Освен това въз основа на тази разлика в слънчевото греене се формират глобалните модели на въздушна циркулация. Тъй като въздухът се нагрява от слънцето най-силно по екватора, там той притежава най-голяма склонност да се издига. Това издигане на въздуха при екватора задвижва мащабните модели на въздушни потоци и валежи.
Как изглеждат тези мащабни модели? Установено е, че в земната атмосфера съществуват шест въртящи се въздушни клетки (три северно от екватора, три южно от екватора). Всяка от тези клетки обгражда Земята като гигантска "въздушна поничка," както е показано на фигурата по-долу.
Илюстрация на моделите на общата въздушната циркулация на Земята и как те генерират характерните модели на въздушна циркулация и климатичните зони в различни географски ширини.
Около екватора: въздухът се издига и освобождава вода. Наблюдават се обилни валежи. Въздухът се отдалечава от екватора на север и на юг на високи надморски височини
Около 30 градуса по посока N/S. Въздухът, който се издига при Екватора, тук слиза надолу. Той е много сух и абсорбира влагата, така че около тези географски ширини обикновено се срещат пустини. Част от въздуха циркулира обратно към Екватора по повърхността, а друга част от него се движи към полюсите по повърхността. Въздухът, който се връща от 30 градуса N и 30 градуса S, се среща близо до Екватора, в област, наречена вътретропична зона на конвергенция. (Това е същата област, от която въздухът в началото се издигна и освободи вода.)
Около 60 градуса север/юг: Въздухът, който се движеше по повърхността от ширините на 30 градуса, се издига отново тук, освобождавайки малко дъжд. Въздухът може да се върне към екватора на висока надморска височина, или може да продължи към полюсите на висока надморска височина.
Около полюсите: тук въздухът се спуска. Той отново е сух и поглъща влага, създавайки пустинни условия. Въздухът се връща към полюсите по повърхността.
Белите стрелки показват посоките на основните ветрове (въздушни потоци над повърхността поради циркулацията на въздуха в клетките). Ветровете се "изкривяват" поради земното въртене. Източник на изображението Earth global circulation by Kaidor, CC BY-SA 3.0. Модифицираното изображение е лицензирано с лиценз CC BY-SA 3.0
В този модел на въздушните потоци с шест клетки въздухът се издига в зони с ниско налягане: една на екватора (под влиянието на силното екваториално слънце) и още две на 60 o С и Ю. Докато се издига, въздухът се охлажда и голяма част от влагата в него се отделя като валежи от дъжд или сняг. Това води до райони с много валежи (от дъжд или сняг) на екватора и на 60 o С и Ю.
Изпуснал вече своята влага, въздухът, който се издигна в зоните с ниско налягане, сега е сух, докато се движи към полюсите (пътувайки високо в атмосферата). Когато падне отново в зони с високо налягане (които се намират на 30 o С и Ю и на полюсите), сухият въздух изсмуква влага от повърхността, създавайки пустинни зони в 30o С и Ю и сухи области на Северния и Южния полюс.

Планини, надморска височина и климат

Климатичните модели въз основа на географската ширина в климата ни дават общите закономерности, например най-общо къде се намират пустинните зони и зоните с обилни валежи в различните географски ширини. Но както може би се досещаш, това е само част от картината. В крайна сметка не всички места на една и съща географска ширина имат един и същ климат или същия вид биом!
Надморската височина е друг ключов фактор, който формира климата. Ще ти дам пример от реалния живот – когато бях дете, посещавах училище, разположено на върха на висок хълм. Понякога аз и моите съученици бяхме освобождавани от училище за ден, а другите деца в областта не. Защо? Защото на върха на хълма беше по-студено, отколкото на морското равнище, така че понякога валеше сняг в нашето училище, когато валеше дъжд в по-ниските области.
Да обобщим – места с голяма надморска височина обикновено се характеризират с по-студен климат, отколкото близките до тях нискоразположени райони. По принцип на всеки 1000 м, когато се движим нагоре (да кажем, изкачвайки се в планина), температурата на въздуха ще падне с приблизително 6 оC 3.
Тъй като температурата се променя с височината (заедно с неща като влага и вид почва), една планина може да има различни биоми на различни височини. Например една висока планина може да има ливади на по-ниските си склонове, но зона на алпийска тундра, подобна на биома на арктическата тундра близо до Северния полюс, на по-високите възвишения 4,5.
Планините оказват влияние върху моделите на валежи и на своите собствени склонове, и в околните области. Представи си случая, когато една планина обикновено е връхлитана от ветрове, идващи от определена посока — да кажем откъм океана. Особено ако тези ветрове са влажни, наветрените (обърнатите към вятъра) склонове и околните области обикновено ще получават много дъжд.
Диаграма, илюстрираща как се формира дъждовната сянка. Преобладаващият вятър духа от океана, довеждайки богат на влага въздух над сушата. Когато въздухът достига планина, той се издига нагоре и губи способността си да задържа толкова много вода, така че част от влагата пада като дъжд. Слизайки от другата страна на планината, въздухът е много сух, така че абсорбира влага и създава дъждовна сянка (пустинна област).
Изображение от "Orographic effect," by Meg Stewart (CC BY-SA 2,0). Модифицираното изображение е лицензирано с лиценз CC BY-SA 2,0
Защо това е така? Въздухът губи своя капацитет да задържа вода, докато се издига и охлажда, движейки се нагоре по склоновете, и изпуска допълнителната влага като дъжд. Въздухът, който преминава от другата страна на планината, е сух, така че другата страна (подветрената страна) обикновено има пустинен климат. Този сух район на подветрената страна е известен като дъждовна сянка.

Езера, океани и климат

Както примерът по-горе показва, водните обекти (особено големите като океани и езера) може да повлияят върху климата на околните райони. В действителност водните обекти влияят върху климата по най-различни начини, дори когато няма планини в картината.
На най-основно ниво, езера, океани и потоци играят жизненоважна роля в климатичните процеси, като служат като резервоари за вода, които може да се изпаряват от повърхността, за да паднат по-късно като дъжд или сняг. Можеш да научиш повече за този процес в статията за кръговрата на водата.
Водните обекти също така минимизират промените в температурата на близките земни маси. Тоест те предотвратяват твърде голямото повишение или твърде голямото понижение на температурите, които биха се случили без тях. Можеш да научиш повече за това как уникалните свойства на водата правят това възможно във видеото за специфичния топлинен капацитет на водата.
Накарая да отбележим, че океанските течения (които носят вода от едно място до друго) също оказват значително влияние върху климата на близката суша. Картата по-долу показва някои от главните течения на Земята:
Карта на света, която илюстрира основните океански течения. Гълфстрийм носи топла вода нагоре покрай източния бряг на Съединените щати. Северноатлантическето течение след това пренася водата нагоре през Атлантическия океан и покрай западния бряг на Европа, включително и Британските острови.
Топли потоци са представени от червените стрелки в диаграмата, докато студени потоци са показани в синьо, а неутрални потоци в черно. Изображение от "Corrientes oceanicas," by Popadius (публичен домейн).
За да видиш как теченията влияят на климата, нека сравним два града на почти една и съща географска ширина: Лондон, Англия, и Калгари, Канада 6. В Лондон температурата пада само до около 40 оF през зимата. В Калгари е обичайно температурата да падне под 10 оF — толкова студено, че на една моя приятелка ѝ клепачите замръзнаха, докато беше на посещение там! 7,8
Тази разлика между Лондон и Калгари може да бъде обяснена с течението, наречено Гълфстрийм. Гълфстрийм носи вода, нагрята на екватора, нагоре покрай източния бряг на Съединените щати, захранвайки друго течение, наречено Северноатлантическо течение. Гълфстрийм носи топла вода покрай бреговете на Англия и западното крайбрежие на Европа, правейки климата по-топъл, отколкото би бил в друг случай 9.

Защо тези особености на климата имат значение?

Климатът е ключов фактор, който определя къде могат да живеят различните биологични видове. Този принцип важи за много клонове на дървото на живота, от животните (като нашия приятел полярната мечка) до растенията и микробите. Всеки вид се нуждае от специфична за него комбинация от условия за оцеляване, много от които са пряко или косвено свързани с климата.
Ако климатичните условия в една област се променят, видовете, които могат да живеят там, също може да се променят. Например спад на валежите може да означава, че един регион вече не може да поддържа растителните видове, които преди това е поддържал, ставайки по-пустинен вместо това. Такива промени може да имат каскадни ефекти върху екологичните мрежи, като промените на растителните общности ще засегнат всички животни, които зависят от тях.
Този принцип важи за всяка промяна на климата, независимо дали тя засяга малка област, или голяма. Но това е особено важно в светлината на глобалните климатични промени, които сега се случват. В резултат на човешката дейност учените прогнозират покачване на средните температури от 1-5°C до 2100 11 г. За видовете, чувствителни към малки разлики в температурата, това може да бъде опустошителна промяна.
За да научиш повече за глобалното изменение на климата и как то може да засегне ареалите на видовете и биологичното разнообразие, виж видеото Как климатичната промяна влияе на биологичното разнообразие? от Калифорнийската академия на науките.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.