Ørkener: definitioner og karakteristika

Ørkener: definitioner og karakteristika

Hvad er en ørken?

1. Temperaturen nævnes af og til ved definitionen af ørkener, men der findes både kolde ørkener og varme ørkener. Kolde ørkener som f.eks. polarområderne, områder i stor højde, Great Basin i det vestlige Nordamerika, Takla-Makan på den tibetanske højslette (12 000′ højde) ville blive udelukket i en definition, der kun nævner høje temperaturer.

2. Produktivitet påberåbes undertiden som en definition af ørkener

Websters Dictionary- et uopdyrket område uden indbyggere; en vildmark; et tørt, goldt, sandet område, der af natur er ude af stand til at bære næsten ethvert plante- eller dyreliv. Synonym – affald. Den mellemengelske rod i ordet betyder “forladt” eller “forladt”.

Biome – en af hovedkategorierne af verdens karakteristiske plantesammensætninger; f.eks. tundra, tropisk regnskov, ørken.

Produktivitet – primær produktivitet er den hastighed, hvormed energi lagres som organisk materiale ved fotosyntese.

Nettoprimærproduktivitet er den hastighed, hvormed planter lagrer energi eller organisk materiale, som ikke allerede er brugt i respirationen. Vi ser det som plantevækst, og det er det, der er tilgængeligt til forbrug for heterotrofe organismer.

Økosystemtype	Nettoprimærproduktivitet: g/m2/år	Middel
Trop regnskov
Tempereret evergrn skov
Tundra/alpin
Ørken/semidesert
Ekstrem ørken
Offentligt hav
Koralrev
Estuarier

3. Tørhed. Ifølge den enkleste definition er en ørken et område, hvor der gennemsnitligt falder 10 cm eller mindre nedbør om året. Men selv denne definition er ufuldstændig. Den nedbørsmængde, som et område modtager, afhænger af en række andre faktorer:

når nedbøren falder,

hvor meget på et tidspunkt,

hvad jordbundsforholdene er.

Mange faktorer har indflydelse på den værdi, som planterne får ud af den fugt, de modtager; disse faktorer er derfor afgørende for, hvilken type levested der etableres.

a. En blid regn, der trænger ned i blød, gavner vegetationen mere end et voldsomt skybrud, der resulterer i hurtig afstrømning og fugttab.

b. Flere velafgrænsede regnbyger er mere værdifulde end en enkelt regn, selv om den samme samlede nedbørsmængde kan blive produceret. Dette har at gøre med planteudviklingens fænologi.

c. Fugt, der modtages om sommeren, vil lettere blive fordampet end fugt, der modtages i køligere vejr; omvendt kan fugt, der modtages i varmt vejr, være meget nødvendig for vegetationen for at overleve denne særlige stressende periode.

d. Fugt, der modtages om vinteren, kan være på et tidspunkt, hvor de fleste planter er i dvale og ikke optager den tilgængelige fugt.

e. Mindre end 10 tommer nedbør på lerjord kan forblive i jorden i lang tid for planterne at trække på; hvorimod en overskydende mængde på mange tommer i meget sandet, porøs jord hurtigt kan forsvinde i en dybde, som planterødder ikke kan nå.

f. En lejlighedsvis regnbyge vil ikke gøre en ende på de tørre forhold, selv om planter og dyr vil være hurtige til at drage fordel af det. Et sted i That-ørkenen i Indien fik engang 33,5″ regn på 2 dage, men det varede meget længe, før det regnede igen. Det vand, der falder, forsvinder hurtigt, og jorden forbliver tør.

Den årlige nedbørsmængde på 15 cm eller mindre er et gennemsnitstal. Den uregelmæssige karakter af nedbøren er et grundlæggende kendetegn for nedbør i ørkenen. Yuma, AZ, har oplevet ekstremer på mellem 0,28″ regn og 11,4″ regn på et år. I gennemsnit falder der ca. 3,4″ regn om året.

Et eksempel på den uregelmæssige nedbør i ørkenen kan ses i Bagdad, CA, i Mojave-ørkenen, som har en gennemsnitlig årlig nedbørsmængde på 2,25″. Bagdad har rekorden for den længste tørkeperiode i USA, idet den har gennemgået 767 dage – fra 3. oktober 1912 til 8. november 1914 – uden nedbør.

Den tørke definerer en ørken, men det ville ikke være sådan, at en ørken er et sted, hvor det aldrig regner. Det regner lejlighedsvis i de fleste ørkener. Det afgørende er ikke, om det regner eller ej, men hvad der sker med regnen, mens den falder, og når den når jorden.

1.Den hastighed, hvormed væske fordamper, afhænger af antallet af vandmolekyler i luftlagets grænselag.

a. Jo flere vandmolekyler luften indeholder, jo langsommere vil væsken fordampe.

b. Den vil fordampe hurtigere, jo færre luftbårne molekyler der er i luften.

2. Hvor mange vandmolekyler et givet volumen luft kan indeholde, afhænger af temperaturen.

a. Jo varmere luftmassen er, jo flere molekyler kan den indeholde.

i. Meget varm luft, 35C (95F), vil være mættet, når mætningsdamptrykket når 56,2 mb (millibar), hvilket betyder, at vanddamp udgør 5,6 % af luftens samlede masse.

iii. Med andre ord reducerer et stort fald i temperaturen luftens evne til at holde på vandet betydeligt.

3. Relativ luftfugtighed er mængden af vanddamp i luften divideret med den mængde vanddamp, der er nødvendig for at mætte luften ved den pågældende temperatur, ganget med 100.

a. (Mætning sker, når ingen andre vandmolekyler kan slutte sig til et luftvolumen).

b. Varm luft kan indeholde meget mere vanddamp end kold luft; der skal mere vanddamp til for at mætte den.

c. Jo varmere luften er, jo mindre sandsynligt er det, at den bliver mættet, og jo lettere vil vand fordampe (eller fordampe)i den.

Evapotranspiration

Planter optager vand fra jorden og afgiver det som damp til luften (transpiration). Det er vanskeligt at måle transpiration adskilt fra fordampning, så de to er ofte kombineret som evapotranspiration.

Der dannes ørkener, hvis mængden af regn, der falder, er mindre end den mængde, der fordamper.

Dørkener er tørre. Især er deres jordbund tør. Hvor tørt afhænger af lufttemperaturen, vindene, jordtypen og nedbørsmængden. Et ørkenklima er et klima, hvor der fordamper mere vand fra jorden, end jorden modtager i form af regn eller sne.

Over en længere periode kan jorden ikke miste mere vand, end den modtager. I stedet for fordampning er det den potentielle evapotranspiration, der er vigtig.

1. Den faktiske evapotranspiration (AET) er den mængde vand, der faktisk tabes fra et sted.

2. Potentiel evapotranspiration (PET) er den mængde vand, der kunne tabes fra et givet sted, hvis der var vand, der kunne tabes; den maksimale mængde vand, der vil fordampe og blive transpireret, hvis udbuddet er ubegrænset, kaldes den potentielle evapotranspiration.

i. Dette henviser til atmosfærens fordampningsevne.

ii. I et område, hvor der er rigeligt med vand, f.eks. i en regnskov, kan den faktiske evapotranspiration være lig med den potentielle evapotranspiration.

iii. I ørkener derimod, hvor der kun er lidt vand, der kan gå tabt ved fordampning, er den faktiske evapotranspiration meget mindre end den potentielle evapotranspiration: AET<PET.

iv. Dette er tæt på den hastighed, hvormed vandet ville fordampe fra en åben vandoverflade, og kan måles ved hjælp af en fordampningsskål. En beholder af standardstørrelse anbringes i det fri, udsat for luft, og fyldes med vand. Vanddybden måles i begyndelsen og slutningen af et passende tidsrum – 1 dag, 1 uge. Fordampningshastigheden beregnes ud fra ændringen i dybden. I det kølige, fugtige klima i Nordeuropa fordamper der ca. 8″ vand på et år. I dele af Sahara er der mere end 90″ PET om året. Dette overstiger langt den årlige nedbør i området og definerer regionen som en ørken.

Hvis der skal dyrkes afgrøder på jorden, skal vandmængden fra kunstvanding være større end den potentielle fordampning i vækstsæsonen.

v. Hvis PET er større end nedbøren, vil der opstå ørkener.

3. Hvor tørt er tørt?Forskellen mellem AET og PET er måske et godt mål for tørhed.

i. Med PET/P-forholdet siges et område, der er større end 3,0, at være halvtørt.

ii. Dele af Sonoran-ørkenen registrerer et forhold på 4,3.

iii. Området omkring Yuma, AZ, har et PET/P-forhold på 30.

iv. I det indre af Sahara-ørkenen er det hele 600!

4. De temperaturer, der har størst betydning for levende organismer i ørkenen, er temperaturen ved jordoverfladen, og midt på dagen er temperaturen ved jordoverfladen betydeligt varmere end den omgivende luft. I Sahara kan sand og sten nå op på temperaturer på 170F.

Det er mere end vandmangel, der er medvirkende til at skabe en ørken. Faktisk er det mere end vandmangel, der er med til at skabe vandmangel.

1. Temperaturen spiller en afgørende rolle.

a. Høje temperaturer forværrer virkningerne af vandmangel. Høje temperaturer øger evapotranspirationen, hvilket igen øger tørken.

b. Den højeste temperaturrekord for den vestlige halvkugle er på 134 F den 10. juli 1913 i Death Valley, Californien. Denne temperatur er kun overgået af en enkelt verdensrekord – 136,4 F – rapporteret i 1922 i El Azizia, Libyen. Ligesom ekstreme nedbørsmængder spiller en vigtig rolle for de levende væseners overlevelse i ørkenen, er ekstreme temperaturer også vigtige for ørkenens biotiske samfund. Der forekommer ofte høje sommermaksima i lange perioder i de sydvestlige ørkener – Forrest Shreve, en af de førende tidlige ørkenøkologer, bemærkede, at perioder med 90 dage i træk med et maksimum på mindst 100 F ikke er usædvanlige for dele af Sonoran-ørkenen.

2. Tørken bidrager til intens varme om dagen.

a. Der er kun lidt luftfugtighed i atmosfæren til at absorbere eller reflektere solens stråler.

b. Meget stråling når ørkenens overflade og opvarmer den i løbet af dagen

c. Om natten frigives varmen til rummet, når overfladen udsender infrarød stråling, der uhindret slipper ud gennem den tørre atmosfære.Dette resulterer i store døgnfluktuationer i temperaturen. Tørre Tonopah, NV, har et døgnfluktuation i juli på 34 F; fugtige Dayton, OH, har den samme middeltemperatur, men med en døgnfluktuation på kun 21 F.

d. Tørhed og varme hænger tæt sammen og giver en positiv feedback til hinanden.

i. Varme øger evapotranspirationen, og dette fremmer tørke.

ii. Tørhed fremmer øget gennemtrængning af solstråling og høj overfladeopvarmning.

3. Temperatursvingninger

1. Mangel på fugtighed resulterer i lav relativ luftfugtighed og dannelse af et begrænset skydække.

i. Der modtages derfor en meget høj procentdel af det mulige sollys.

ii. Med kun lidt vanddamp i luften og kun lidt skydække eller plantevækst til at afbøje solens stråler når ca. 90 % af den mulige solstråling frem til jordoverfladen og det nederste luftlag i ørkenen, hvilket resulterer i høje temperaturer i luften og på jordoverfladen.

iii. (Temperaturen på jordoverfladen i sollys er ofte 30-50 F højere end de officielle lufttemperaturer, der er taget under standardiserede forhold).

iv. Fugtige områder modtager ca. 40 % af den mulige solstråling, hvoraf 60 % afbøjes, inden den når jorden og de lavere luftlag.

2. Efter solnedgang i ørkener stråler varmen hurtigt tilbage mod himlen, og ca. 90 % af den slipper uhindret væk.

i. I fugtige klimaer er det vanskeligere at miste den varme, der er opnået på lavere niveauer i løbet af dagen, idet ca. 50 % af den slipper ud, mens resten afledes nedad og holdes tilbage af væksten samt af skyer, vand og støv i luften.

ii. I fugtige klimaer svinger temperaturen således kun moderat fra dag til nat.

iii. I ørkenmiljøer er der ekstreme forskelle mellem de højeste temperaturer i dagtimerne og de laveste om natten. Forskellen kan være 50 grader eller mere.

4. Der er hyppig vind i ørkenen. Forårsaget af:

a. Generelle atmosfæriske mønstre

b. Lokal topografi

c. Hurtig opvarmning og afkøling af luften nær jordoverfladen.

På grund af deres hyppighed og den luft, de cirkulerer – ofte varm og tør – udgør vindene en kraftig fugtighedsfordampningskraft, når de fejer hen over jorden og over levende væsener i deres vej.

a. De bidrager også i høj grad til erosion (afblødning) af jordoverfladen.

b. Det støv og sand, de bærer med sig, virker ofte som slibemidler, idet de sandblæser sten og planter.

c. De er aflejringsmidler, der flytter løst materiale – jord, støv, sand, døde planter – fra et sted til et andet.

På grund af det åbne land bevæger vinden sig forholdsvis uhindret.

Støvdjævle eller hvirvlende vinde – roterende luftstrømme, der af og til er op til flere hundrede meter høje og bærer støv, sand og affald med sig – er almindelige på varme, stille dage.

a. De opstår, når ekstrem opvarmning af jordoverfladen resulterer i søjler af opstrømmende luft. Den omgivende luft strømmer ind i dette vakuum og afbøjes til den ene eller den anden side af den opstigende luft, hvilket forårsager en kraftig, opstigende, hvirvlende søjle.

b. I modsætning til tornadoer roterer de opad fra jordoverfladen.

5. Vanderosion – en af de vigtigste erosionsfaktorer i ørkenen er ikke vinden, men vandet.

1. Nedbøren falder ofte i form af voldsomme skybrud ledsaget af hurtig afstrømning.

2. Selv når nedbøren falder på en mindre voldsom måde, kan absorptionen stadig være hæmmet, da en stor del af ørkenens overflade består af sten eller grus eller har andre faktorer af ringe eller ikkeabsorberende karakter.

3. I Nordamerika har geologisk set unge ørkener i Nordamerika mange klippefyldte, lave, men nedbørsrige bjergkæder, som ofte modtager en stor del af ørkenens nedbør, men som meget af dette vand hurtigt strømmer ned ad.

4. I ørkener ligger jordoverflader, der er mere nøgne end vegetativt dækket, sårbare over for disse lejlighedsvise, men meget destruktive vandkræfter.

5. Bajada – det materiale, der bæres med den hurtige afstrømning fra bjergskråninger, falder ned og spredes ud i en vifteform, sorteret fra det tungeste materiale højere oppe på skråningen til det letteste nederst. Et antal af disse sammenhængende alluvialfagre, som til sidst smelter sammen med hinanden, kaldes en bajada.

6. Washes, arroyos, wadis – er normalt tørre vandløbsbede, der lejlighedsvis bærer en kraftig, kortvarig strøm, og som afvander mod bassincentrene, hvoraf nogle er kendt som dræn.

7. Mange af disse bassiner eller dræn er ikke drænet, således at vand fra en storm, der ikke på anden måde er absorberet i jorden eller fordampet, inden det når bassinets lavpunkt, samles i en flygtig sø, hvorfra det til sidst fordamper og efterlader de medbragte mineraler i suspension. På disse playas eller tørre søer kan ophobningen af mineraler være ekstrem, hvilket hæmmer plantevækst eller understøtter et særligt plantesamfund af planter kendt som halofytter (salttolerante planter).

Tørre vaske, som er et dominerende træk ved ørkenlandskabet, er let synlige på den åbne, sparsomt bevoksede overflade. Som modtagere af afstrømning har de en kraftigere og mere omfattende vegetation end det omkringliggende område. Randen af vaske- eller vandløb kan være præget af en kraftig vækst af store bomuldstræer, mesquites, pileblade og andre plantearter, hvor modtagelse af tilstrækkeligt vand gør dette muligt.

Ørkenen er ikke let at definere, men visse karakteristika kan opregnes:

1. lavt og uregelmæssigt nedbørsmønster (tørhed), hvilket ofte resulterer i tørke i sommermånederne.

2. langvarige høje temperaturer: både luft og jord.

3. høj fordampning fra jordoverflader.

4. ekstreme temperatursvingninger.

5. lav relativ luftfugtighed, høj PET.

6. høj solindstråling, ofte med skyfri forhold.

a. Det gennemsnitlige årlige skydække i Sahara er <10%.

b. kombineret med lav relativ luftfugtighed: tør luft transmitterer lys og varme mere effektivt).

7. jordbund med højt indhold af mineraler og lavt indhold af humus

8. ekstrem erosion af jordoverfladen ved vind og vand.

Disse forhold har stor indflydelse på de levende væsener – planter, dyr og mennesker – som har gjort ørkenen til deres hjem.

Disse forhold tvinger flerårige planter til at overleve i jord med begrænset tilgængelig fugt, hvilket begrænser fotosyntesen og produktiviteten, og kan sætte planteorganer under dødelige termiske forhold om dagen, hvis de ikke har tilpasset sig til at klare høje temperaturer.

Fald: 3 kategorier af nedbør med hensyn til ørkener.

1. Ekstremt tørre – < 70 mm (< 3″) om året: Sahara, Atacama, Namib.

2. Arid (typisk) – 70-150 mm pr. år (3-6″): Mojave

3. Semi-arid – 150-300 mm pr. år (6-12″): Sonoran, Chihuahuan.

4. > 500 mm om året kan stadig betragtes som ørken, hvis regnen kommer inden for en meget begrænset tidsramme.Enkelte regnbyger kan overstige de årlige gennemsnit, som i januar 1995 i Las Vegas: 100 mm regn på én dag (året er 100-200 mm: 4-8″). Områder med dybe, omfattende grusområder kan også “miste” funktionelt vand i dybe underjordiske grundvandsmagasiner. “Funktionelt” betyder, at det ikke er tilgængeligt for organismer.

5. Tåge er vigtig for både Atacama- (0,04″ /år) og Namib-ørkenen (<2″ /år).

Polare ørkener

Et varmt klima og et lavt nedbørsmængder giver en ørken, men hvordan kan et ekstremt koldt klima gøre det?Svaret ligger i luftens temperatur og den fugtighed, den kan holde.

1.Luft, der bevæger sig mod polarområderne, bevæger sig i høj højde, hvor lufttemperaturen er meget lav. Fordi den er så kold, kondenserer dens vanddamp og falder som nedbør i løbet af sin rejse. Når luften når polarområderne, hvor den falder ned til jordoverfladen, er den meget tør, når den når frem til polarområderne.

2.Kold temperatur fordi:

a.Astronomisk: Selv om sommeren stiger solen ikke højt op over horisonten. Om sommeren er der næsten konstant dagslys, om vinteren næsten konstant mørke. Enhver varme, der absorberes i løbet af de lange sommerdage, går hurtigt tabt i løbet af de lange vinternætter.

b. Når solen skinner, reflekteres det meste af dens lys og varme. En overflades refleksionsevne kaldes dens albedo. Nyfalden sne har en albedo på 75-95% (den andel af strålingen, den reflekterer). Tørt sand har en ret betydelig albedo, men kun på 35-45 %. En græsmark har en albedo på 10 %.

c. Antarktis er også et højtliggende kontinent med en gennemsnitlig højde på ca. 8.000 meter over havets overflade. Overfladens højde gør klimaet endnu koldere, fordi lufttemperaturen falder med højden. Den faktiske overflade på kontinentet er koldere (og højere) på grund af isen.

Planterne står med stor afstand fra hinanden på grund af mangel på fugt.

1. Nogle områder kan være helt uden vegetation.

2. En stor del af ørkenens overflade ligger blottet og er udsat for erosion fra vind og vand.

3. Den sparsomme vegetation resulterer i en jord med lavt humusindhold (den organiske del af jorden).

4. Ørkenjorden har erhvervet store mængder natrium- og kaliumsalte samt andre vandopløselige mineraler på grund af den høje mineraliseringshastighed i disse områder.

5. I mere fugtige områder er der en tendens til, at mineralerne udvaskes nedad gennem jorden, efterhånden som rigelig fugtighed trænger igennem den.

6. Vandet i ørkenen er utilstrækkeligt til at gennembløde jorden i nogen større dybde; der kan mineraler i suspension endog blive suget opad gennem jorden ved kapillarvirkning og trukket op til overfladen for at blive aflejret, når den fugt, der bærer dem, fordamper.

Bjorde og overfladematerialer – jordbunden er et resultat af forvitring af sten, dvs. af solens, vindens og vandets påvirkning.

1. Aridisoler (tørre jorde)

a. Høj pH (alkalisk)

b. Generelt mindre veludviklede end jorderne i tilstødende områder. Lidt jordprofil.

c. Mangel på organisk materiale, herunder humus (næringsholdige organiske rester, der dækker jordpartikler og mindsker jordkomprimering). <1% organisk stof i jorden (SOL). Fugt- og næringsstofretention er derfor nedsat.

d. Der går kun få næringsstoffer tabt gennem udvaskning, fordi der kun falder få nedbørshændelser.

e. Ophobning af salte på grund af lav nedbørspenetration og høj fordampning. (Højt indhold af salte kan hæmme plantevækst).

f. Caliche, en ophobning af calciumcarbonat i et stenhårdt, vandimpermeabelt, rodbegrænsende lag. Kan fremme overfladeafstrømning af vand, som ellers ville kunne fugte en udtørret jord. Opstår hvor fordampningen er større end nedbøren (i områder med et karbonatsubstrat/parent klippemateriale: kalksten).

2. Vinden ændrer jorden.

a. På grund af begrænset dækning afbeskyttende vegetation eroderes tørre ler- og siltpartikler let fra jordens overflade. Sandet kan også bevæge sig. Det, der bliver efterladt, er ofte et overfladelag af tæt sammenstrikkede sten, kaldet ørkenmudder.

1. Ørkenbelægning kan beskytte den underliggende jord mod yderligere erosion.

2. Ørkenbelægning kan også forhindre spredte frø i at nå ned til den underliggende jord og kan derfor begrænse spiring og etablering af frø.

3. Ørkenbelægning kan hindre, at vand trænger ned i jorddybden, hvilket fører til afstrømning af vand (ark).

3. Kryptogamiske skorper – et sammenvævet net af laver, mosser og cyanobakteriefilamenter, der holder jordpartikler på plads og binder kvælstof.

4. På trods af alvorlige fugtmangler er vand en vigtig geomorfologisk faktor i ørkenområder.

a. Vand flytter jord og sten (alluvium) ned ad bjergskråninger mod vaske og playas og skaber det, vi kalder bajadas eller alluvialfaner.

b. Termisk ekspansion af fugt, der er fanget i sten, kan forårsage opløsning, og selv i varme ørkener kan der ske splintring, når overflader, der er fugtet med dug, fryser i den klare, lyse luft.

c. Regnstænk og regnvask forårsager udtalt erosion i perioder med kraftig nedbør, fordi der kun er lidt vegetation til at beskytte overfladen.

d. Desert Varnish- den tynde patina af lak, som dækker mange klippeudspring. Denne belægning er ofte mørkerød til sort i farven og består hovedsagelig af jern- ogmanganoxider med silica. Kapillær opstigning af salte under indflydelse af høj fordampning kan spille en vigtig rolle i dens udvikling. Lakken kan udvikle sig i løbet af 25 år i Mojave og det amerikanske sydvestlige område, men generelt antages det, at lakken udvikler sig langsommere.

Playas – ikke drænede bassiner påbase af bajadas. Afstrømning fra bajadas fører fint tekstureret jord og opløst salt til playas.

Stigning i saltholdighed

Sænkning af jordens luftning (fint tekstureret jord)

Sænkning af jordens iltindhold (hæmmer planternes kolonisering)

Subjekt for dræning med kold luft. Kold luft om natten synker ned og samler sig i playaen.Playas kan være koldere end de omkringliggende og højere beliggende bajadas.