Öknar: definitioner och egenskaper

Öknar: definitioner och egenskaper

Vad är en öken?

1. Temperaturen nämns ibland för att definiera öknar, men det finns både kalla öknar och varma öknar. Kalla öknar, t.ex. polartrakterna, höghöjdsområden, Great Basin i västra Nordamerika, Takla-Makan på den tibetanska högplatån (12 000′ höjd), måste uteslutas i en definition som endast anger höga temperaturer.

2. Produktivitet åberopas ibland som en definition av öknar

Websters Dictionary- en obearbetad region utan invånare; en vildmark; ett torrt, kargt, sandigt område som är naturligt oförmöget att bära nästan alla växter och djur. Synonym – avfall. Den medelengelska roten till ordet betyder ”försvunnen” eller ”övergiven”.

Biom – en av de viktigaste kategorierna av världens distinkta växtföreningar; t.ex. tundra, tropisk regnskog, öken.

Produktivitet – Primärproduktivitet är den hastighet med vilken energi lagras i form av organiskt material genom fotosyntesen.

Nettoprimärproduktivitet är den hastighet med vilken växterna lagrar energi eller organiskt material, som inte redan förbrukats i andningen. Vi ser det som växttillväxt, och detta är vad som är tillgängligt för konsumtion av heterotrofa organismer.

Ekosystemtyp	Nettoprimärproduktivitet: g/m2/år	Medel
Troppregnskog
Tempererad evergrn skog
Tundra/alpina
Öken/semidesert
Extrem öken
Öppet hav
Korallrev
Estuaries

3. Torrhet. Enligt den enklaste definitionen är en öken ett område som i genomsnitt får tio eller färre centimeter nederbörd per år. Men även denna definition är ofullständig. Den nederbörd som ett område får beror på ett antal andra faktorer:

när nederbörden faller,

hur mycket vid ett och samma tillfälle,

hur jordförhållandena är.

Många faktorer påverkar det värde som växterna får av den fukt de får; därför är dessa faktorer avgörande för vilken typ av livsmiljö som etableras.

a. Ett mjukt, genomblött regn gynnar vegetationen mer än ett våldsamt molnutbrott, som resulterar i snabb avrinning och fuktförlust.

b. Flera väl utspridda regnskurar är värdefullare än ett enskilt regn, även om den totala nederbörden kan vara densamma. Detta har att göra med växternas fenologi.

c. Fukt som tas emot på sommaren avdunstar lättare än fukt som tas emot i svalare väder; omvänt kan fukt som tas emot i varmt väder vara mycket välbehövlig för vegetationen för att överleva denna särskilda stressiga period.

d. Fukt som tas emot på vintern kan ske vid en tidpunkt då de flesta växter är i vila och inte tar upp den tillgängliga fukten.

e. Mindre än 15 centimeter nederbörd på lerjordar kan stanna kvar i jorden under lång tid för växterna att dra nytta av, medan mer än 15 centimeter i mycket sandig, porös jord snabbt kan försvinna till ett djup bortom vad växternas rötter kan nå.

f. En tillfällig regnskur kommer inte att göra slut på de torra förhållandena, även om växter och djur kommer att vara snabba att dra nytta av den. En plats i den indiska öken That Desert fick en gång 33,5″ regn på två dagar, men det dröjde mycket länge innan det regnade igen. Det vatten som faller försvinner snart och marken förblir torr.

Tio tum eller mindre årlig nederbörd är en genomsnittlig siffra. Den oregelbundna karaktären hos nederbörden är ett grundläggande kännetecken för nederbörd i öknen. Yuma, AZ, har upplevt extrema värden från 0,28 tum regn till 11,4 tum regn under ett år. I genomsnitt regnar det där omkring 3,4 tum per år.

Ett exempel på den oregelbundna nederbörden i öknen kan ses i Bagdad, CA, i Mojaveöknen, som har en genomsnittlig årlig nederbörd på 2,25 tum. Bagdad har rekordet för den längsta torrperioden i Förenta staterna, med 767 dagar – från den 3 oktober 1912 till den 8 november 1914 – utan nederbörd.

En öken definieras av en öken, men det skulle inte vara så att en öken är en plats där det aldrig regnar. Det regnar ibland i de flesta öknar. Det viktiga är inte om det regnar eller inte, utan vad som händer med regnet när det faller och när det väl når marken.

1.Hastigheten med vilken vätska avdunstar beror på antalet vattenmolekyler i gränsskiktet av luft.

a. Ju fler vattenmolekyler luften innehåller, desto långsammare avdunstar vätskan.

b. Den kommer att avdunsta snabbare ju färre luftburna molekyler det finns.

2. Hur många vattenmolekyler en viss volym luft kan innehålla beror på temperaturen.

a. Ju varmare luftmassan är, desto fler molekyler kan den innehålla.

i. Mycket varm luft, 95F (35C), är mättad när mättnadsångtrycket når 56,2 mb (millibar), vilket innebär att vattenånga utgör 5,6 % av luftens totala massa.

iii. Med andra ord minskar en stor temperatursänkning luftens vattenhållande förmåga avsevärt.

3. Relativ fuktighet är mängden vattenånga i luften dividerad med den mängd vattenånga som behövs för att mätta luften vid den temperaturen, multiplicerat med 100.

a. (Mättnad inträffar när inga andra vattenmolekyler kan ansluta sig till en luftvolym).

b. Varm luft kan innehålla mycket mer vattenånga än kall luft; det behövs mer vattenånga för att mätta den.

c. Ju varmare luften är, desto mindre sannolikt är det att den blir mättad och desto lättare kan vatten avdunsta (eller förångas)i den.

Evapotranspiration

Växter tar upp vatten från marken och släpper ut det som ånga i luften (transpiration). Det är svårt att mäta transpiration separat från avdunstning, så de två är ofta kombinerade, som evapotranspiration.

Öknar bildas om mängden regn som faller är mindre än den mängd som avdunstar.

Öknar är torra. I synnerhet är deras jordar torra. Hur torra de är beror på lufttemperatur, vindar, jordart och mängden nederbörd. Ett ökenklimat är ett klimat där mer vatten avdunstar från marken än vad marken får i form av regn eller snö.

Under en längre tidsperiod kan marken inte förlora mer vatten än vad den får i form av regn eller snö. I stället för avdunstning är det den potentiella evapotranspirationen som räknas.

1. Den faktiska evapotranspirationen (AET) är den mängd vatten som faktiskt förloras från en plats.

2. Potentiell evapotranspiration (PET) är den mängd vatten som skulle kunna förloras från en viss plats, om det fanns vatten där att förlora; den maximala mängden vatten som kommer att avdunsta och transpireras om tillgången är obegränsad kallas potentiell evapotranspiration.

i. Detta avser atmosfärens avdunstningsförmåga.

ii. I en region där det finns gott om vatten, t.ex. i en regnskog, kan den faktiska evapotranspirationen vara lika stor som den potentiella evapotranspirationen.

iii. I öknar däremot, där det finns lite vatten som kan förloras genom avdunstning, är den faktiska evapotranspirationen mycket mindre än den potentiella evapotranspirationen: AET<PET.

iv. Detta ligger nära den hastighet med vilken vatten skulle avdunsta från en öppen vattenyta och kan mätas med hjälp av en avdunstningsskål. En behållare av standardstorlek placeras utomhus, exponerad för luft, och fylls med vatten. Vattendjupet mäts i början och slutet av en lämplig tidsperiod – 1 dag, 1 vecka. Avdunstningshastigheten beräknas utifrån förändringen av djupet. I det svala och fuktiga klimatet i norra Europa avdunstar cirka 8 tum vatten på ett år. I delar av Sahara är det mer än 90 tum per år. Detta överstiger vida den årliga nederbörden i området och definierar regionen som en öken.

Om marken skall användas för att odla grödor måste mängden vatten som tillförs genom bevattning överstiga den potentiella avdunstningen under odlingssäsongen.

v. Om PET är större än nederbörden kommer öknar att utvecklas.

3. Hur torrt är torrt?Skillnaden mellan AET och PET kan vara ett bra mått på torka.

i. Med hjälp av PET/P-kvoten sägs ett område som är större än 3,0 vara halvtorrt.

ii. Delar av Sonoranöknen registrerar ett förhållande på 4,3.

iii. Området kring Yuma, AZ har ett PET/P-förhållande på 30.

iv. I Saharaöknen är det hela 600!

4. Den temperatur som är viktigast för levande organismer i öknen är temperaturen på marknivå, och mitt på dagen är temperaturen på marknivå betydligt varmare än den omgivande luften. I Sahara kan sand och sten nå temperaturer på 170 F.

Det är mer än bristen på vatten som är inblandat i produktionen av en öken. Det är faktiskt mer än vattenbrist som är inblandat i att skapa vattenbrist.

1. Temperaturen spelar en viktig roll.

a. Höga temperaturer förvärrar effekterna av vattenbrist. Höga temperaturer ökar evapotranspirationen, vilket i sin tur ökar torrheten.

b. Rekordet för den högsta temperaturen på västra halvklotet är 134 F den 10 juli 1913 i Death Valley, Kalifornien. Denna temperatur överträffas endast av ett världsrekord – 136,4 F – som rapporterades 1922 i El Azizia i Libyen. Precis som extrema nederbördsmängder spelar en viktig roll för överlevnaden av levande varelser i öknen, är extrema temperaturer viktiga för öknens biotiska samhällen. Höga sommartemperaturer upplevs ofta under långa perioder i sydvästliga öknar – Forrest Shreve, en av de främsta tidiga ökenekologerna, noterade att perioder med 90 dagar i följd med en högsta temperatur på minst 100 F inte är ovanliga för delar av Sonoranöknen.

2. Torrheten bidrar till intensiv värme under dagtid.

a. Det finns inte mycket fukt i atmosfären som kan absorbera eller reflektera solens strålar.

b. Mycket strålning når ökenytan och värmer den under dagen

c. På natten släpps värme ut i rymden när ytan avger infraröd strålning som obehindrat går ut genom den torra atmosfären.Detta resulterar i stora dygnssvängningar i temperaturen. Torra Tonopah, NV har en dygnsfluktuation i juli på 34 F; fuktiga Dayton, OH har samma medeltemperatur, men med en dygnsfluktuation på endast 21 F.

d. Torrhet och värme är nära besläktade och ger en positiv återkoppling till varandra.

i. Värme ökar evapotranspirationen och detta främjar torka.

ii. Torrhet främjar ökad genomströmning av solstrålning och hög ytvärme.

3. Temperaturfluktuationer

1. Brist på fukt leder till låg relativ luftfuktighet och bildande av ett begränsat molntäcke.

i. En mycket hög andel av det möjliga solljuset tas därför emot.

ii. Med lite vattenånga i luften och med lite molntäcke eller växtlighet för att avleda solens strålar når ca 90 % av den möjliga solstrålningen markytan och det lägre luftskiktet i öknen, vilket resulterar i höga temperaturer i luften och på markytan.

iii. (Temperaturerna på markytan i solljus är ofta 30-50 F högre än de tillhörande officiella lufttemperaturer som tagits under standardiserade förhållanden).

iv. Fuktiga områden tar emot ungefär 40 % av den möjliga solstrålningen, varav 60 % avleds innan den når marken och lägre luftnivåer.

2. Efter solnedgången i öknar strålar värmen snabbt tillbaka mot himlen, och ungefär 90 % av den avleds obehindrat.

i. I fuktigare klimat förloras den värme som tillförs på lägre nivåer under dagen mindre lätt, där ca 50 % av värmen försvinner och resten avlänkas nedåt och hålls kvar av växtlighet samt av moln, vatten och damm i luften.

ii. I fuktiga klimat varierar temperaturen endast måttligt från dag till natt.

iii. I ökenmiljöer är variationen mellan dagsljus och nattljus extremt stor. Skillnaden kan vara 50 grader eller mer.

4. Det blåser ofta i öknen. Orsakas av:

a. Allmänna atmosfäriska mönster

b. Lokal topografi

c. Snabb uppvärmning och nedkylning av luften nära markytan.

På grund av deras frekvens och den luft de cirkulerar – ofta varm och torr – utgör vindarna en kraftfull fuktighetsavdunstningskraft när de sveper över marken och över levande varelser i deras väg.

a. De bidrar också i hög grad till erosion (avsmältning) av markytan.

b. Det damm och den sand de bär med sig fungerar ofta som slipmedel och sandblästrar stenar och växter.

c. De är avlagringsmedel och förflyttar löst material – jord, damm, sand, döda växter – från en plats till en annan.

På grund av markens öppenhet rör sig vinden relativt obehindrat.

Dammvindar, eller virvlande vindar – roterande luftströmmar som ibland är så höga som flera hundra meter och som för med sig damm, sand och skräp – är vanliga under varma, stilla dagar.

a. De orsakas när extrem uppvärmning av markytan resulterar i kolumner av uppåtgående luft. Omgivande luft rusar in i detta vakuum och avleds till den stigande luftens ena eller andra sida, vilket ger upphov till en stark, uppåtgående, virvlande kolonn.

b. Till skillnad från tornados roterar de uppåt från markytan.

5. Vattenerosion – en av de viktigaste erosionsfaktorerna i öknen är inte vinden utan vattnet.

1. Nederbörd tas ofta emot i form av våldsamma skyfall som åtföljs av snabb avrinning.

2. Även om nederbörden tas emot på ett mindre våldsamt sätt kan absorptionen fortfarande vara begränsad, eftersom en stor del av ökenytan består av sten eller grus, eller uppvisar andra faktorer som är av låg eller icke-absorberande karaktär.

3. I Nordamerika har geologiskt sett unga öknar många steniga, låga men nederbördsrika bergskedjor som ofta tar emot en stor del av öknens nederbörd, men som mycket av detta vatten snabbt rinner nerför.

4. I öknar ligger markytor, som är mer kala än vegetationstäckta, sårbara för dessa tillfälliga men mycket destruktiva vattenkrafter.

5. Bajada – det material som transporteras i den snabba avrinningen från bergssluttningar släpps ner och sprids ut i form av en fläkt, sorterat från det tyngre materialet högre upp i sluttningen till det lättaste längst ner. Ett antal av dessa sammanhängande alluviala fläktar, som så småningom går samman med varandra, kallas bajada.

6. Washes, arroyos, wadis – är normalt torra vattendragsbäddar som ibland bär på kraftiga, kortvariga vattenflöden och som avrinner mot bassängens centrum, varav vissa är kända som sänkor.

7. Många av dessa bassänger eller sänkor är odränerade, så att vatten från en storm som inte på annat sätt absorberas i marken eller avdunstar innan det når bassängens lägsta punkt samlas i en flyktig sjö, varifrån det så småningom avdunstar och lämnar kvar de mineraler som transporteras i suspension. På dessa playas eller torra sjöar kan mineraler ansamlas på ett extremt sätt, vilket hämmar växttillväxten eller stöder ett särskilt växtsamhälle av växter som kallas halofyter (salttoleranta växter).

Dry washes, som är ett dominerande inslag i ökenlandskapet, är lätt synliga på den öppna, sparsamt bevuxna ytan. Som mottagare av avrinning har de en tyngre och mer omfattande vegetation än det omgivande området. I kanten av en bäck eller ett vattendrag kan det finnas en kraftig tillväxt av stora bomullsträd, mesquites, pilar och andra växtarter där tillräckligt med vatten gör detta möjligt.

Öken är inte lätt att definiera, men vissa kännetecken kan räknas upp:

1. Låga och oregelbundna nederbördsmönster (torrhet), vilket ofta resulterar i torka under sommarmånaderna.

2. Långvarigt höga temperaturer: både luft och mark.

3. Hög avdunstning från markytor.

4. Extrema temperatursvängningar.

5. Låg relativ fuktighet, hög PET.

6. Hög solinstrålning, ofta med molnfria förhållanden.

a. Den genomsnittliga årliga molntäckningen i Sahara är <10 %.

b. i kombination med låg relativ solstrålning: torr luft överför ljus och värme mer effektivt).

7. jordmånen har hög halt av mineraler och låg halt av humus.

8. extrem erosion av markytan genom vind och vatten.

Dessa förhållanden har ett stort inflytande på de levande varelser – växter, djur och människor – som bor i öknen.

Dessa egenskaper tvingar fleråriga växter att överleva i jordar med begränsad tillgänglig fuktighet, vilket därmed begränsar fotosyntesen och produktiviteten, och kan placera växtorganen under dödliga termiska förhållanden dagtid om de inte har anpassningar för att klara av höga temperaturer.

Fällning: Tre kategorier av nederbörd med avseende på öknar.

1. Extremt torra – < 70 mm (< 3″) per år: Sahara, Atacama, Namib.

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

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

4. > 500 mm per år kan fortfarande betraktas som öken om regnet kommer under en mycket begränsad tidsperiod.Enstaka regnskurar kan överstiga årsgenomsnittet, som i januari 1995 i Las Vegas: 100 mm regn på en dag (årsmedeltalet är 100-200 mm: 4-8″). Områden med djupa grusområden kan också ”förlora” funktionellt vatten i djupa underjordiska akviferer. ”Funktionellt” betyder att det inte är tillgängligt för organismer.

5. Dimma är viktig för både Atacamaöknen (0,04″ /år) och Namiböknen (<2″ /år).

Polära öknar

Ett varmt klimat och ett lågt nederbördsmängderbeteende ger en öken, men hur kan ett extremt kallt klimat åstadkomma detta?Svaret är luftens temperatur och den fuktighet som den kan hålla kvar.

1.Luft som rör sig mot polartrakterna färdas på hög höjd, där lufttemperaturen är mycket låg. Eftersom den är så kall kondenserar dess vattenånga och faller som nederbörd under resans gång. När luften når polarområdena, där den sjunker ner till marknivå, är den mycket torr.

2.Kall temperatur eftersom:

a.Astronomisk: Antarktis får bara diffust solljus; inte ens på sommaren stiger solen högt över horisonten. Sommaren är nästan konstant dagsljus och vintern nästan konstant mörker. Den värme som absorberas under långa sommardagar försvinner snabbt under långa vinternätter.

b. När solen skiner reflekteras det mesta av ljuset och värmen. En ytas reflektionsförmåga kallas albedo. Nyfallen snö har en albedo på 75-95 % (den andel av strålningen som den reflekterar). Torr sand har en ganska stor albedo, men endast 35-45 %. Ett gräsfält har en albedo på 10 %.

c. Antarktis är också en hög kontinent, med en genomsnittlig höjd på cirka 8 000 meter över havet. Höjden på ytan gör klimatet ännu kallare eftersom lufttemperaturen sjunker med höjden. Den faktiska ytan på kontinenten är kallare (och högre) på grund av isen.

Plantor står långt ifrån varandra på grund av brist på fukt.

1. Vissa områden kan vara helt utan växtlighet.

2. En stor del av ökenytan är exponerad och utsatt för erosion av vind och vatten.

3. Den knappa växtligheten resulterar i en jord med låg humushalt (den organiska delen av jorden).

4. Ökenjordar har fått stora mängder natrium- och kaliumsalter samt andra vattenlösliga mineraler på grund av den höga mineraliseringstakten i dessa områden.

5. I mer fuktiga områden tenderar mineraler att urlakas nedåt genom jorden när riklig fukt tränger igenom den.

6. Vattnet i öknen räcker inte till för att dränka jorden på något större djup; där kan mineraler i suspension till och med sugas uppåt genom jorden genom kapillärverkan och dras upp till ytan för att deponeras när den fukt som bär upp dem avdunstar.

Bjordar och ytmaterial – jordar är ett resultat av vittring av berg, dvs. av solens, vindens och vattnets inverkan.

1. Aridisoler (torra jordar)

a. Högt pH (alkaliskt)

b. Generellt mindre välutvecklade än jordar i angränsande marker. Lite jordprofil.

c. Brist på organiskt material, inklusive humus (näringshållande organiska rester som täcker jordpartiklar och minskar markpackningen). <1 % organiskt material i marken (SOL). Fuktighets- och näringsretentionen minskar därför.

d. Få näringsämnen går förlorade genom urlakning på grund av få nederbördshändelser.

e. Ackumulering av salter på grund av låg nederbördspenetration och hög avdunstning. (Höga salter kan hämma växttillväxten).

f. Caliche, en ackumulering av kalciumkarbonat till ett stenhårt, vattenimpermeabelt, rotbegränsande lager. Kan främja ytlig avrinning av vatten som annars skulle kunna återfukta en uttorkad jord. Förekommer där avdunstningen är större än nederbörden (i områden med karbonatsubstrat/modersten: kalksten).

2. Vindar förändrar marken.

a. På grund av den begränsade täckningen av skyddande vegetation eroderas torra ler- och siltpartiklar lätt från markytan. Sand kan också förflytta sig. Det som lämnas kvar är ofta ett ytskikt av tätt sammanfogade stenar, som kallas ökenpapper.

1. Ökenbeläggning kan skydda den underliggande jorden från ytterligare erosion.

2. Ökenbeläggning kan också hindra spridda frön från att nå den underliggande jorden och kan därför begränsa fröets groning och etablering.

3. Ökenbeläggning kan förhindra att vattendrag tränger in i jorddjupet, vilket leder till avrinning av vatten (sheet).

3. Kryptogamiska skorpor – ett nät av lavar, mossor och cyanobakteriefilament som håller jordpartiklar på plats och fixerar kväve.

4. Trots allvarliga fuktbrister är vatten ett viktigt geomorfologiskt agens i ökenområden.

a. Vatten förflyttar jord och stenar (alluvium) nedför bergssluttningar mot tvättar och playas, vilket skapar vad vi kallar bajadas eller alluviala fläktar.

b. Termisk expansion av fukt som är instängd i stenar kan orsaka sönderfall, och till och med i varma öknar kan stenar splittras när ytor som är fuktade med dagg fryser i den klara ljusa luften.

c. Regnstänk och sköljning av ark orsakar kraftig erosion under perioder med kraftiga regn eftersom det finns lite vegetation som skyddar ytan.

d. Desert Varnish- den tunna patina av lack som täcker många klippor. Denna beläggning tenderar att vara mörkröd till svart och består till stor del av järn- och manganoxider med kiseldioxid. Kapillär uppkomst av salter under påverkan av hög avdunstning kan spela en viktig roll för dess utveckling. Lacken kan utvecklas på 25 år i Mojave och den amerikanska sydvästern, men i allmänhet tror man att lacken utvecklas långsammare.

Playas – odränerade bassänger vid basen av bajadas. Avrinning från bajadas för med sig fin texturerad jord och lösta salter till playas.

Ökad salthalt

Minskad luftning i marken (fin texturerad jord)

Minskad syrehalt i marken (hämmar växternas kolonisering)

Subjekt för kalluftsdränering. Kall luft på natten sjunker ner och samlas i playa.Playas kan vara kallare än de omgivande och högre belägna bajadas.