Deserti: definizioni e caratteristiche

Deserti: definizioni e caratteristiche

Cosa rende un deserto? La temperatura è citata occasionalmente per definire i deserti, ma ci sono sia deserti freddi che deserti caldi. I deserti freddi, come le regioni polari, le regioni di alta quota, il Grande Bacino del Nord America occidentale, il Takla-Makan dell’altopiano tibetano (12.000′ di altezza) dovrebbero essere esclusi in una definizione che elenca solo le alte temperature.

2. La produttività è talvolta invocata come definizione per i deserti

Dizionario Websters – una regione incolta senza abitanti; un deserto; una regione secca, arida, sabbiosa, naturalmente incapace di sostenere quasi ogni vita vegetale o animale. Sinonimo – rifiuti. La radice medio-inglese della parola significa “abbandonato” o “forsaken”.

Biome – una delle principali categorie di assemblaggi vegetali distintivi del mondo; ad esempio tundra, foresta pluviale tropicale, deserto.

Produttività – La produttività primaria è il tasso al quale l’energia è immagazzinata come materia organica dalla fotosintesi.

La produttività primaria netta è il tasso al quale le piante immagazzinano energia o materia organica, non già utilizzata nella respirazione. Noi la vediamo come crescita delle piante, e questo è ciò che è disponibile per il consumo da parte degli eterotrofi.

Tipo di ecosistema	Produzione primaria netta: g/m2/yr	Media
Foresta pluviale tropicale
Bosco sempreverde temperato
Tundra/alpino
Deserto/semideserto
Deserto estremo
Oceano aperto
Scogliere coralline
Estuari

3. Aridità. La definizione più semplice sostiene che un deserto è un’area che riceve una media di dieci o meno pollici di precipitazioni all’anno. Tuttavia, anche questo è incompleto. Le precipitazioni che una zona riceve dipendono da un certo numero di altri fattori:

quando le precipitazioni cadono,

quanto in una volta,

quali sono le condizioni del suolo.

Molti fattori influenzano il valore che le piante traggono dall’umidità che ricevono; quindi, questi fattori sono strumentali nel determinare il tipo di habitat stabilito.

a. Una delicata pioggia inzuppante beneficia la vegetazione più di una violenta esplosione di nuvole, che si traduce in rapido deflusso e perdita di umidità.

b. Diversi rovesci ben distanziati sono più preziosi di un’unica pioggia, anche se la stessa precipitazione totale può essere prodotta. Questo ha a che fare con la fenologia dello sviluppo delle piante.

c. L’umidità ricevuta in estate sarà più facilmente evaporata di quella ricevuta con tempo più fresco; al contrario, l’umidità ricevuta con tempo caldo può essere molto necessaria alla vegetazione per sopravvivere a quel particolare periodo stressante.

d. L’umidità ricevuta in inverno può essere in un momento in cui la maggior parte delle piante sono dormienti e non stanno prendendo l’umidità disponibile.

e. Meno di dieci pollici di precipitazioni su terreni argillosi possono essere trattenuti nel suolo per un lungo periodo per le piante da attingere; mentre, un eccesso spesso di pollici in terreni molto sabbiosi e porosi può svanire rapidamente a profondità oltre quelle che le radici delle piante possono raggiungere.

f. Un acquazzone occasionale non porrà fine alle condizioni del deserto, sebbene piante e animali saranno veloci ad approfittarne. Un luogo nel deserto dell’India una volta ricevette 33,5″ di pioggia in 2 giorni, ma passò molto tempo prima che piovesse di nuovo. L’acqua che cade scompare presto e il terreno rimane asciutto.

Dieci pollici o meno di precipitazione annuale è una figura media. La natura erratica delle precipitazioni è una caratteristica fondamentale delle precipitazioni nel deserto. Yuma, AZ ha sperimentato estremi di 0,28″ di pioggia a 11,4″ di pioggia in un anno. Ha una media di circa 3,4″ di pioggia all’anno.

Un esempio dell’erraticità delle precipitazioni nel deserto può essere visto a Bagdad, CA, nel deserto del Mojave, che ha una pioggia media annuale di 2,25″. Bagdad detiene il record per il più lungo periodo di siccità negli Stati Uniti, subendo 767 giorni – dal 3 ottobre 1912, all’8 novembre 1914 – senza precipitazioni.

L’aridità definisce un deserto, ma non sarebbe così che un deserto è un luogo dove non piove mai. Nella maggior parte dei deserti piove occasionalmente. Ciò che conta non è se piove o meno, ma cosa succede alla pioggia mentre cade e una volta che raggiunge il suolo.

1.La velocità di evaporazione di un liquido dipende dal numero di molecole d’acqua nello strato limite dell’aria.

a. Più molecole d’acqua contiene l’aria, più lentamente il liquido evapora.

b. Evaporerà più velocemente quanto meno sono le molecole dell’aria.

2. Quante molecole d’acqua può contenere un dato volume di aria dipende dalla temperatura.

a. Più calda è la massa d’aria, più molecole può contenere.

i. L’aria molto calda, 95F (35C) sarà satura quando la pressione di vapore di saturazione raggiunge 56,2 mb (millibar), cioè il vapore acqueo rappresenta il 5,6% della massa totale dell’aria.

iii. In altre parole, una grande caduta di temperatura riduce la capacità di trattenere l’acqua dell’aria in modo significativo.

3. L’umidità relativa è la quantità di vapore acqueo nell’aria divisa per la quantità di vapore acqueo necessario per saturare l’aria a quella temperatura, moltiplicato per 100.

a. (La saturazione avviene quando nessun’altra molecola d’acqua può entrare in un volume d’aria).

b. L’aria calda può contenere molto più vapore acqueo di quella fredda; è necessario più vapore acqueo per saturarla.

c. Più l’aria è calda, meno è probabile che sia satura e, quindi, più facilmente l’acqua evapora (o vaporizza) in essa.

Evapotraspirazione

Le piante prendono l’acqua dal terreno e la rilasciano come vapore nell’aria (traspirazione). È difficile misurare la traspirazione come separata dall’evaporazione, così i due sono spesso combinati, come evapotraspirazione.

I deserti si formano se la quantità di pioggia che cade è inferiore a quella che evapora.

I deserti sono secchi. In particolare, i loro terreni sono secchi. Quanto secco dipende dalla temperatura dell’aria, dai venti, dal tipo di suolo e dalla quantità di precipitazioni. Un clima desertico è quello in cui evapora più acqua dal terreno di quanta ne riceva in pioggia o neve.

Per un periodo di tempo esteso, il terreno non può perdere più acqua di quanta ne riceva. Invece dell’evaporazione, ciò che conta è l’evapotraspirazione potenziale.

1. L’evapotraspirazione effettiva (AET) è la quantità di acqua effettivamente persa da un sito.

2. L’evapotraspirazione potenziale (PET) è la quantità di acqua che potrebbe essere persa da un dato sito, se ci fosse acqua da perdere; la quantità massima di acqua che evaporerà e sarà traspirata se la fornitura è limitata è chiamata evapotraspirazione potenziale.

i. Si riferisce al potere evaporativo dell’atmosfera.

ii. In una regione dove l’acqua è abbondante, una foresta pluviale, l’evapotraspirazione effettiva può essere uguale all’evapotraspirazione potenziale.

iii. Nei deserti, tuttavia, dove c’è poca acqua da perdere per evaporazione, l’evapotraspirazione effettiva è molto inferiore all’evapotraspirazione potenziale: AET<PET.

iv. Questo è vicino al tasso al quale l’acqua evapora da una superficie d’acqua aperta e può essere misurato usando una vaschetta di evaporazione. Un contenitore di dimensioni standard è posto all’aperto, esposto all’aria, e riempito d’acqua. La profondità dell’acqua viene misurata all’inizio e alla fine di un periodo di tempo conveniente – 1 giorno, 1 settimana. Il tasso di evaporazione è calcolato dal cambiamento della profondità. Nei climi freschi e umidi dell’Europa settentrionale, circa 8″ di acqua evaporano in un anno. In alcune parti del Sahara, la PET supera i 90″ all’anno. Questo supera di gran lunga le precipitazioni annuali della zona, e definisce la regione come un deserto.

Se la terra deve coltivare, la quantità di acqua fornita dall’irrigazione deve superare l’evaporazione potenziale durante la stagione di crescita.

v. Se il PET è maggiore delle precipitazioni, si svilupperanno deserti.

3. Quanto è secco? La differenza tra AET e PET può essere una buona misura dell’aridità.

i. Con il rapporto PET/Pratio, un’area maggiore di 3,0 è detta semiarida.

ii. Parti del deserto di Sonoran registrano un rapporto di 4,3.

iii. L’area intorno a Yuma, AZ ha un rapporto PET/P di 30.

iv. L’interno del deserto del Sahara è un enorme 600!

4. Le temperature che contano di più per gli organismi viventi nel deserto è la temperatura al livello del suolo, e nel mezzo del giorno la temperatura al livello del suolo è notevolmente più calda dell’aria circostante. Nel Sahara, la sabbia e la roccia possono raggiungere temperature di 170F.

Non è solo la mancanza di acqua che è coinvolta nel produrre un deserto. Infatti, è più di una mancanza d’acqua che è coinvolto nella produzione di una mancanza d’acqua.

1. La temperatura gioca un ruolo vitale.

a. Le alte temperature aggravano gli effetti o la mancanza d’acqua. Le alte temperature aumentano l’evapotraspirazione che, a sua volta, aumenta l’aridità.

b. Il record di alta temperatura per l’emisfero occidentale è 134F il 10 luglio 1913, nella Death Valley, CA. Questa temperatura è superata da un solo record mondiale – 136.4F – riportato nel 1922 a El Azizia, Libia. Proprio come gli estremi di precipitazione giocano un ruolo importante nella sopravvivenza degli esseri viventi nel deserto, così anche gli estremi di temperatura sono importanti per istruire le comunità biotiche del deserto. Massime estive elevate sono spesso sostenute per lunghi periodi nei deserti sudoccidentali – Forrest Shreve, uno dei primi ecologi del deserto, ha notato che periodi di 90 giorni consecutivi con una massima di almeno 100F non sono eccezionali per porzioni del deserto di Sonoran.

2. L’aridità contribuisce al calore intenso del giorno.

a. C’è poca umidità atmosferica per assorbire o riflettere i raggi solari.

b. Molta radiazione raggiunge la superficie del deserto e la riscalda durante il giorno

c. Di notte, il calore viene rilasciato nello spazio mentre la superficie emette radiazioni infrarosse che sfuggono senza ostacoli attraverso l’atmosfera secca. La secca Tonopah, NV ha una fluttuazione diurna di luglio di 34 F; l’umida Dayton, OH ha la stessa temperatura media, ma con una fluttuazione diurna di soli 21 F.

d. L’aridità e il calore sono strettamente correlati e si ripercuotono positivamente l’uno sull’altro.

i. Il calore aumenta l’evapotraspirazione, e questo promuove l’aridità.

ii. L’aridità promuove l’aumento delle penetrazioni di radiazione solare e l’elevato riscaldamento superficiale.

3. Fluttuazioni di temperatura

1. La mancanza di umidità comporta una bassa umidità relativa e la formazione di una limitata copertura nuvolosa.

i. Viene quindi ricevuta una percentuale molto alta della possibile luce solare.

ii. Con poco vapore acqueo nell’aria e poca copertura nuvolosa o crescita di piante per deviare i raggi solari, circa il 90% della radiazione solare possibile raggiunge la superficie del suolo e lo strato inferiore dell’aria nel deserto, con conseguente alta temperatura dell’aria e del suolo.

iii. (Le temperature sulla superficie del suolo alla luce del sole sono spesso 30-50F più alte delle temperature dell’aria ufficiali prese in condizioni standardizzate).

iv. Le zone umide ricevono circa il 40% della radiazione solare possibile, il 60% viene deviato prima che raggiunga il suolo e i livelli inferiori dell’aria.

2. Dopo il tramonto nei deserti, il calore viene rapidamente irradiato verso il cielo, con circa il 90% che sfugge impedito.

i. Nei climi più umidi, il calore guadagnato ai livelli più bassi durante il giorno è meno facilmente perso, con circa il 50% di esso che sfugge, e il resto viene deviato verso il basso e trattenuto dalla crescita così come dalle nuvole, dall’acqua e dalla polvere nell’aria.

ii. Nei climi umidi, quindi, le temperature oscillano solo moderatamente dal giorno alla notte.

iii. Negli ambienti desertici l’intervallo tra le massime diurne e le minime notturne è estremo. La differenza può essere di 50 gradi o più.

4. I venti sono frequenti nel deserto. Causati da:

a. Modelli atmosferici generali

b. Topografia locale

c. Rapido riscaldamento e raffreddamento dell’aria vicino alla superficie del suolo.

A causa della loro frequenza e dell’aria che fanno circolare – spesso calda e secca – i venti costituiscono una potente forza evaporativa quando passano sul suolo e sugli esseri viventi nel loro percorso.

a. Contribuiscono anche notevolmente all’erosione (deflazione) della superficie del suolo.

b. La polvere e la sabbia che portano spesso agiscono come agenti di abrasione, sabbiando rocce e piante.

c. Agenti di deposizione, spostando materiale sciolto – terra, polvere, sabbia, piante morte – da un sito all’altro.

A causa dell’apertura della terra, il vento si muove relativamente senza impedimenti.

I diavoli di polvere, o venti vorticosi – correnti d’aria rotanti occasionalmente fino a diversi centinaia di piedi di altezza, e portando polvere, sabbia e detriti – sono comuni nei giorni caldi e tranquilli.

a. Sono causati quando l’estremo riscaldamento della superficie del terreno provoca colonne di aria ascendente. L’aria circostante si precipita in questo vuoto e devia da un lato o dall’altro dell’aria che sale, causando una forte colonna vorticosa e ascendente. A differenza dei tornado, essi ruotano verso l’alto dalla superficie del suolo.

5. Erosione dell’acqua – uno dei più importanti fattori erosivi nel deserto non è il vento, ma l’acqua.

1. Le precipitazioni sono spesso ricevute attraverso violenti nubifragi accompagnati da un rapido deflusso.

2. Anche quando le precipitazioni sono ricevute in modo meno violento, l’assorbimento può ancora essere ostacolato, perché gran parte della superficie del deserto è roccia o ghiaia, o presenta altri fattori di carattere basso o non assorbente.

3. In Nord America, i deserti geologicamente giovani hanno molte catene montuose rocciose, basse, ma preziose, che spesso ricevono molte delle sprecipitazioni del deserto, ma giù per le quali gran parte di quest’acqua scorre rapidamente.

4. Nei deserti, le superfici del terreno, più nude che coperte vegetativamente, sono vulnerabili a queste forze idriche occasionali ma altamente distruttive.

5. Bajada – il materiale trasportato nel rapido deflusso dalle scarpate montuose, viene fatto cadere e distribuito a forma di ventaglio, graduato dal materiale più pesante in alto sul pendio al più leggero in basso. Un certo numero di questi ventagli alluvionali contigui, che alla fine si fondono l’uno con l’altro, è noto come bajada.

6. Washes, arroyos, wadis – sono letti di torrenti normalmente asciutti che occasionalmente trasportano un flusso pesante e breve, che drenano verso i centri del bacino, alcuni dei quali sono noti come sinks.

7. Molti di questi bacini o pozzi sono non drenati, in modo che l’acqua di una tempesta non altrimenti assorbita nel terreno o evaporata prima di raggiungere il punto basso del bacino si raccoglie in un lago effimero da cui alla fine evapora, lasciando i minerali trasportati in sospensione. Su questi playas o laghi secchi, l’accumulo di minerali può essere estremo, inibendo la crescita delle piante o sostenendo una speciale comunità vegetativa di piante note come camefite (piante tolleranti al sale).

I lavaggi secchi, una caratteristica dominante del paesaggio desertico, sono facilmente visibili sulla superficie aperta e scarsamente vegetata. Come destinatari del deflusso, i loro confini supportano una vegetazione più pesante ed estesa di quella dell’area circostante. I margini dei lavaggi o dei ruscelli possono essere segnati dalla forte crescita di grandi pioppi, mesquiti, salici e altre specie di piante quando la ricezione di acqua sufficiente lo rende possibile.

Il deserto non è facilmente definibile, ma alcune caratteristiche possono essere elencate:

1. modelli bassi e irregolari di precipitazioni (aridità), spesso con conseguente siccità nei mesi estivi.

2. temperature elevate prolungate: sia nell’aria che nel suolo.

3. alti tassi di evaporazione dalle superfici del suolo.

4. estreme fluttuazioni di temperatura.

5. bassa umidità relativa, alta PET.

6. alta irradiazione solare, spesso con condizioni senza nuvole.

a. La copertura nuvolosa media annuale nel Sahara è <10%.

b. accoppiato con bassa UR: l’aria secca trasmette luce e calore in modo più efficace).

7. suolo ricco di minerali e povero di humus

8. estrema erosione della superficie del terreno da parte di vento e acqua.

Tali condizioni esercitano una profonda influenza su quegli esseri viventi – piante, animali, uomini – che fanno del deserto la loro casa.

Queste caratteristiche costringono le piante perenni a sopravvivere in terreni con limitata umidità disponibile, che quindi limita la fotosintesi e la produttività, e possono mettere gli organi delle piante in condizioni termiche diurne letali se non hanno adattamenti per far fronte alle alte temperature.

Precipitazioni: 3 categorie di precipitazioni rispetto ai deserti.

1. Estremamente arido – < 70 mm (< 3″) all’anno: Sahara, Atacama, Namib.

2. Arido (tipico) – 70-150 mm all’anno (3-6″): Mojave

3. Semi-arido – 150-300 mm all’anno (6-12″): Sonoran, Chihuahuan.

4. > 500 mm all’anno possono ancora essere considerati deserto se la pioggia arriva in un lasso di tempo molto ristretto.singoli temporali possono superare le medie annuali, come nel gennaio 1995 a Las Vegas: 100 mm di pioggia in un giorno (anno è 100-200 mm: 4-8″). Le aree con ghiaie profonde ed estese possono anche “perdere” acqua funzionale in falde acquifere sotterranee profonde. “Funzionale” significa non disponibile per gli organismi.

5. La nebbia è importante sia per il deserto di Atacama (0,04″/anno) che per il Namib (<2″/anno).

Deserti polari

Un clima caldo e scarse precipitazioni produrranno un deserto, ma come fa un clima estremamente freddo a farlo? La risposta sta nella temperatura dell’aria e nell’umidità che può trattenere.

1.L’aria che si muove verso le regioni polari viaggia ad alta quota, dove la temperatura dell’aria è molto bassa. Poiché è così fredda, il suo vapore acqueo si condensa e cade come precipitazione nel corso del suo viaggio. Quando l’aria raggiunge le regioni polari, dove scende al livello della superficie, è molto secca.

2.Temperatura fredda perché:

a.Astronomica: L’Antartide riceve solo una luce solare diffusa; anche in estate il sole non sale molto al di sopra dell’orizzonte. L’estate è una luce diurna quasi costante; l’inverno un’oscurità quasi costante. Qualsiasi calore assorbito durante le lunghe giornate estive viene rapidamente perso durante le lunghe notti invernali.

b. Quando il sole brilla, la maggior parte della sua luce e del suo calore vengono riflessi. La riflettività di una superficie è chiamata albedo. La neve appena caduta ha un albedo del 75-95% (la proporzione di radiazione che riflette). La sabbia secca ha un albedo abbastanza sostanziale, ma solo del 35-45%. Un campo d’erba ha un albedo del 10%.

c. L’Antartide è anche un continente alto, in media circa 8.000′ sul livello del mare. L’altezza della sua superficie rende il clima ancora più freddo perché la temperatura dell’aria diminuisce con l’altezza. La superficie effettiva del continente è più fredda (e più alta), a causa del ghiaccio.

Le piante sono molto distanziate a causa della mancanza di umidità.

1. Alcune aree possono essere completamente prive di vegetazione.

2. Gran parte della superficie desertica è esposta, soggetta all’erosione del vento e dell’acqua.

3. La scarsità di vegetazione si traduce in un suolo povero di humus (parte organica del suolo).

4. I suoli del deserto hanno acquisito grandi quantità di sali di sodio e potassio e altri minerali idrosolubili a causa degli alti tassi di mineralizzazione in queste aree.

5. Nelle regioni più umide, i minerali tendono ad essere lisciviati verso il basso attraverso il suolo come abbondante umidità si immerge attraverso di esso.

6. L’acqua nel deserto è insufficiente per impregnare il terreno a grande profondità; lì, i minerali in sospensione possono anche essere risucchiati verso l’alto attraverso il terreno per azione capillare e tirati in superficie per essere depositati quando l’umidità che li trasporta è evaporata.

Suoli e materiali di superficie – i suoli risultano dall’erosione della roccia; cioè formano l’azione di sole, vento e acqua.

1. Aridisol (terreni aridi)

a. Alto pH (alcalino)

b. Generalmente meno sviluppati dei suoli delle terre adiacenti. Poco profilo del suolo.

c. Mancanza di materia organica, incluso l’humus (residuo organico che trattiene i nutrienti e che ricopre le particelle del suolo e riduce la compattazione del suolo). <1% di materia organica del suolo (SOL). La ritenzione dell’umidità e dei nutrienti è quindi diminuita.

d. Pochi nutrienti vengono persi attraverso la lisciviazione a causa di pochi eventi di precipitazione.

e. Accumulo di sali a causa della bassa penetrazione delle precipitazioni e dell’alta evaporazione. (Alti sali possono inibire la crescita delle piante).

f. Caliche, un accumulo di carbonato di calcio in uno strato duro come la roccia, impermeabile all’acqua e che limita le radici. Può favorire il deflusso superficiale dell’acqua, che altrimenti potrebbe idratare un suolo arido. Si verifica dove l’evaporazione supera le precipitazioni (in aree con un substrato di carbonati/materiale roccioso madre: calcare).

2. I venti modificano il suolo.

a. A causa della limitata copertura di vegetazione protettiva, le particelle secche di argilla e limo sono facilmente erose dalla superficie del suolo. Anche le sabbie possono muoversi. Ciò che rimane è spesso uno strato superficiale di pietre strettamente intrecciate, chiamato desertpavement.

1. La pavimentazione del deserto può proteggere il suolo sottostante da ulteriore erosione.

2. La pavimentazione del deserto può anche impedire ai semi dispersi di raggiungere il suolo sottostante, e può quindi limitare la germinazione e l’insediamento dei semi.

3. La pavimentazione del deserto può inibire la penetrazione della pioggia nelle profondità del suolo, portando al deflusso dell’acqua (foglio).

3. Croste crittogamiche – rete intrecciata di licheni, muschi, filamenti cianobatterici che tengono ferme le particelle del suolo e fissano l’azoto.

4. Nonostante i gravi problemi di umidità, l’acqua è un importante agente geomorfologico nelle regioni desertiche.

a. L’acqua muove il suolo e le rocce (alluvium) giù per i pendii delle montagne verso i lavaggi e le playas, creando ciò che noi chiamiamo bajadas o ventagli alluvionali.

b. L’espansione termica dell’umidità intrappolata nelle rocce può causare la disintegrazione, e anche nei deserti caldi, la frantumazione può avvenire quando le superfici inumidite dalla rugiada si congelano nell’aria chiara.

c. Spruzzi di pioggia e lavafogli causano un’erosione pronunciata durante i periodi di forti piogge perché c’è poca vegetazione a proteggere la superficie.

d. Desert Varnish- la sottile patina di lacca che copre molti affioramenti rocciosi. Questo coating tende ad essere di colore rosso scuro o nero, ed è composto in gran parte da ossidi di ferro e manganese con silice. La risalita capillare di sali sotto l’influenza dell’alta evaporazione può giocare un ruolo importante nel suo sviluppo. La vernice può svilupparsi in 25 anni nel Mojave e nel sud-ovest americano, ma generalmente si ritiene che la vernice si sviluppi più lentamente.

Playas – bacini non drenati alla base delle bajadas. Il run-off dalle bajadas trasporta il suolo a struttura fine e i sali disciolti nelle playas.

Aumento della salinità

Riduzione dell’aerazione del suolo (suolo a struttura fine)

Riduzione dell’ossigeno del suolo (inibisce la colonizzazione delle piante)

Soggetto al drenaggio dell’aria fredda. L’aria fredda di notte affonda e si raccoglie nella playa.Le playa possono essere più fredde delle bajadas circostanti e più alte.