Jeśli widzisz tę wiadomość oznacza to, że mamy problemy z załadowaniem zewnętrznych materiałów na naszej stronie internetowej.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Główna zawartość

Klimat

Czynniki globalne, regionalne i lokalne wpływające na klimat. Wpływ klimatu na występowanie gatunków. Tłumaczenie na język polski: Fundacja Edukacja Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji HASCO-LEK.

Kluczowe punkty:

  • Każdy gatunek ma unikalny zasięg występowania, czyli zbiór lokalizacji, w których członkowie tego gatunku występują na Ziemi.
  • Zasięg gatunku zależy od warunków biotycznych (ożywionych) i abiotycznych (nieożywionych), których potrzebuje do przeżycia. Jest także zależny od położenia geograficznego.
  • Zasięg gatunków i rozmieszczenie biomów (typów ekosystemów) są kształtowane przez klimat.
  • Klimat na danym obszarze zależy od globalnych wzorców dopływu energii słonecznej i przepływu powietrza, a także od cech, takich jak występowanie gór i zbiorników wodnych.

Wprowadzenie

Zacznijmy od pytania: Gdzie mógłbyś znaleźć niedźwiedzia polarnego?
Podobnie jak ja, możesz zapomnieć, czy niedźwiedzie polarne żyją w pobliżu bieguna północnego czy południowego. (Sprawdziłem, odpowiedź brzmi: biegun północny!) Mimo to prawdopodobnie nie szukałbyś ich, powiedzmy, w lesie deszczowym lub na pustyni.
Źródło obrazu: Polar bear range map, autor Patrick Kelley, U.S. Coast Guard, USGS, domena publiczna
Zastanówmy się, dlaczego tak jest. Niedźwiedzie polarne potrzebują do życia określonych warunków, które wynikają z budowy i sposobu funkcjonowania ich ciał. Te warunki występują tylko w niektórych miejscach na Ziemi. Na przykład grube futro, które pomaga niedźwiedziowi polarnemu przetrwać w zimnie, byłoby bezużyteczne (a nawet szkodliwe) w upalny dzień na pustyni.
Jest to ogólna zasada w ekologii: każdy gatunek występuje tylko w określonym zestawie siedlisk spośród wielu na Ziemi. Ten zajęty przez niego region nazywany jest zasięgiem gatunku. Niektóre organizmy mają szerszy zasięg niż inne, ale nie ma żadnego gatunku, który można by było znaleźć wszędzie. Dzieje się tak, ponieważ różne gatunki mają różne potrzeby, a także różne historie rozprzestrzeniania się, czyli sposobu, w jaki przemieszczały się z miejsca na miejsce.
Jednym z najważniejszych czynników określających miejsce występowania różnych gatunków jest klimat, czyli charakterystyczne warunki pogodowe. W tym artykule przyjrzymy się biogeografii (nauce badającej, dlaczego różne organizmy występują w określonych lokalizacjach, w określonej liczbie) i wpływowi klimatu na zasięgi gatunków.

Każdy gatunek ma zasięg występowania

Zasięg gatunku to zbiór lokalizacji, w których ten gatunek występuje na Ziemi. Na przykład poniższy obraz przedstawia zasięg niedźwiedzi polarnych (patrząc w dół na Ziemię znad bieguna północnego):
Zielonym kolorem oznaczono regiony, w których występują niedźwiedzie polarne. Mapa przedstawia widok kuli ziemskiej patrząc w dół znad bieguna północnego. Źródło obrazu: Polar bear range map autor Fabio B., domena publiczna
Co decyduje o zasięgu gatunku? Historyczne możliwości i bariery geograficzne mogą odgrywać ważne role. Na przykład, być może niedźwiedzie polarne mogłyby przetrwać zarówno na biegunie południowym, jak i północnym. Nie miały jednak nigdy okazji dotrzeć na biegun południowy i tym samym nie miały możliwości, aby rozprzestrzenić się tam i pomiędzy oceanami.
Gdy gatunek zostanie wprowadzony na dany obszar, może na nim przeżyć tylko wtedy, gdy warunki są odpowiednie. Część warunków, które muszą zostać spełnione, to czynniki biotyczne, czyli bezpośrednio związane z żywymi organizmami. Na przykład gatunek może nie być w stanie osiąść na danym obszarze, ponieważ konkurujący gatunek, drapieżnik lub patogen już tam jest, albo po prostu brak jest tam pożywienia.
Wiele czynników, które decydują o tym, czy gatunek może żyć na danym obszarze, należy do grupy czynników abiotycznych, czyli nieożywionych. Przykłady ważnych czynników abiotycznych obejmują temperaturę, nasłonecznienie i poziom wilgotności. Czynniki te czasami w bardzo bezpośredni sposób decydują o tym, czy gatunek może żyć w danym miejscu. Na przykład gatunek rośliny zapuści korzenie i rozprzestrzeni się tylko w miejscu, w którym ma wystarczającą ilość światła słonecznego i wody.
Czynniki abiotyczne mogą również wpływać na miejsca występowania gatunków w mniej bezpośredni sposób. Na przykład klimat i jakość gleby bezpośrednio wpływają na rodzaje i liczbę roślin, które mogą rosnąć na określonym obszarze. Ponieważ energia dostaje się do ekosystemów za pośrednictwem roślin i innych producentów, klimat i jakość gleby pośrednio określają jakie inne poziomy troficzne, czyli „ogniwa łańcucha pokarmowego” ekosystem może wspierać.

Rozkład biomów na Ziemi

Czynniki abiotyczne kształtują zasięg występowania poszczególnych gatunków, np. naszego przyjaciela niedźwiedzia polarnego. Jednak patrząc bardziej globalnie, określają one również, gdzie na Ziemi znajdują się różne rodzaje biomów.
Czym dokładnie jest biom? Zasadniczo jest to rodzaj lub kategoria ekosystemu. Jednym ze znanych przykładów jest biom pustynny. Każda pustynia znajduje się w innym miejscu i ma swój własny, unikalny zestaw roślin i zwierząt. Jednak wszystkie pustynie na Ziemi mają wspólne cechy. Występuje na nich mało deszczu, wysokie temperatury w ciągu dnia i skąpa roślinność przystosowana do trudnych warunków.
Klimat jest kluczowym czynnikiem abiotycznym, który określa rozmieszczenie biomów lądowych. Każdy biom jest scharakteryzowany przez określony zakres temperatur i poziomu opadów (deszczu i/lub śniegu). Jeśli wiemy, jaka jest temperatura i opady w danym miejscu, często możemy przewidzieć, jaki rodzaj biomu się tam znajdzie.
Obraz przedstawia osiem głównych biomów lądowych, oraz góry i lód polarny (które formalnie nie są uważane za biomy). Źródło obrazu: Biomes: Figure 2 autor OpenStax College, Biology, CC BY 4.0
Niektóre rodzaje biomów mają tendencję do zajmowania nierównych pasm wzdłuż ziemskiej osi północ-południe. Na przykład istnieje duży pas lasów tropikalnych (zielony na powyższym obrazie), który otacza równik Ziemi, i rozchodzi się na część Ameryki Środkowej i Południowej, Afryki i Azji Południowo-Wschodniej. Jednak biomy Ziemi nie występują wyłącznie w ścisłych wzorach pasów, co widać po rozmaitych kształtach na mapie.
Możemy wyjaśnić zarówno ogólny wzorzec pasm, jak i odchylenia od tego wzorca, analizując różne czynniki wpływające na klimat.

Co to jest klimat?

Klimat to tylko pogoda, prawda? Cóż... w pewnym sensie. W ekologii (inaczej niż w życiu codziennym) terminy te mają nieco inne znaczenie:
  • Klimat odnosi się do długoterminowych, charakterystycznych warunków atmosferycznych na danym obszarze, takich jak temperatura i opady. „Zazwyczaj w Dallas latem jest gorąco” to opis klimatu.
  • Pogoda odnosi się do tych samych warunków, ale w krótszej perspektywie czasowej. Na przykład stwierdzenie „Najcieplej było wczoraj w Dallas, było 100 oF” opisuje pogodę, a nie klimat.
Zasadniczo można myśleć o klimacie jako o „typowej” pogodzie w danym miejscu.

Jak klimat zmienia się wraz z szerokością geograficzną

Ogólnie rzecz biorąc, gdy przesuwamy się od równika w stronę biegunów, temperatura na powierzchni Ziemi maleje. To nie jest wielka niespodzianka - zazwyczaj myślimy o Arktyce jako o chłodniejszym miejscu od tropików! Ale dlaczego tak jest?
Podstawową odpowiedzią jest to, że na równiku występuje większe nasłonecznienie (ilość przypadającej energii słonecznej na powierzchnię w czasie), niż na biegunach. Promienie słoneczne padają na Ziemię bezpośrednio pod kątem prostym w pobliżu równika, ale w pobliżu biegunów już pod innym kątem - ostrym, więc ta sama ilość energii jest rozprowadzana na większym obszarze w regionach polarnych. Zjawisko to przedstawiono na poniższym obrazie:
Obraz zmodyfikowany na podstawie Oblique rays autor Peter Halasz CC BY-SA 2.5. Zmodyfikowany obraz podlega licencji CC BY-SA 2.5
Ponadto na biegunach światło słoneczne pokonuje dłuższą drogę przez atmosferę, zanim dotrze na powierzchnię. Wiąże się to z tym, że więcej światła jest rozpraszana w przestrzeń przez cząsteczki znajdujące się w atmosferze (i dlatego nigdy nie dociera do powierzchni) na biegunach niż na równiku1.
Intensywne światło słoneczne na równiku (i słabe światło słoneczne na biegunach) sprawia, że tropiki są cieplejsze niż Arktyka. Ta różnica w dopływie energii słonecznej generuje również główne globalne schematy cyrkulacji powietrza. Ponieważ powietrze jest ogrzewane przez słońce najsilniej na równiku, ma tam największą tendencję do wznoszenia się. To wznoszenie się powietrza na równiku napędza schematy przepływu powietrza i opadów na całej kuli ziemskiej.
Jak wyglądają te schematy? Atmosfera ziemska zawiera sześć wirujących komórek powietrza (trzy na północ od równika, trzy na południe od równika). Każda z tych komórek otacza Ziemię jak gigantyczny „pączek powietrza”, jak pokazano na poniższym rysunku.
Białe strzałki pokazują główne ścieżki wiatru (wzorce przepływu powietrza wzdłuż powierzchni w wyniku cyrkulacji powietrza w komórkach). Wiatry zakrzywiają się z powodu ruchu obrotowego Ziemi. Obraz zmodyfikowany na podstawie Earth global circulation autor Kaidor, CC BY-SA 3.0. Zmodyfikowany obraz podlega licencji CC BY-SA 3.0
W tym sześcio-komórkowym schemacie przepływu powietrza, powietrze wznosi się w strefach niskiego ciśnienia: jednej na równiku (pod wpływem silnego słońca równikowego) i dwóch kolejnych położonych na szerokościach 60o N oraz S. Kiedy powietrze się unosi, ochładza się i traci większość wilgoci w postaci deszczu lub śniegu. Prowadzi to do powstania regionów o wysokich poziomach opadów (deszczu lub śniegu) na równiku i przy szerokościach geograficznych 60o N oraz S.
Powietrze, które uniosło się w strefach niskiego ciśnienia, jest suche, gdy zmierza w kierunku biegunów (przemieszczając się wysoko w atmosferze). Kiedy opadnie ponownie w strefach wysokiego ciśnienia (które znajdują się na szerokościach 30o N oraz S oraz na biegunach), suche powietrze pochłonie wilgoć z powierzchni. Skutkuje to powstaniem pasm pustyni na szerokościach 30o N oraz S oraz w suchych regionów na biegunach północnym i południowym.

Góry, wzniesienia i klimat

Szerokość geograficzna na jakiej położony jest dany obszar daje nam dużo informacji o panującym tam klimacie. Na różnych szerokościach geograficznych mogą występować pasma pustyni lub wysokie opady. Ale jak można się domyślić, to tylko część obrazu. W końcu nie wszystkie obszary na tej samej szerokości geograficznej mają ten sam klimat lub ten sam typ biomu!
Wysokość nad poziomem morza jest jednym z kluczowych czynników kształtujących klimat. Podam przykład z życia wzięty. Kiedy byłem dzieckiem, chodziłem do szkoły położonej na szczycie dużego wzgórza. Moi koledzy i ja czasami mieliśmy "śnieżny dzień" (dzień wolny od szkoły), podczas gdy inne dzieci w okolicy nie. Czemu? Na szczycie wzgórza było zimniej niż na obszarach u podnóża wzgórza, więc czasami tam, gdzie stała nasza szkoła padał śnieg, podczas gdy na obszarach poniżej padał deszcz.
Mówiąc bardziej ogólnie, miejsca położone na dużych wysokościach mają zwykle chłodniejszy klimat niż pobliskie obszary położone niżej. Ogólnie rzecz biorąc, na każde 1000 metrów, o które poruszamy się w górę (powiedzmy, wspinając się na górę), temperatura powietrza spada o okoł 6 oC 3.
Ponieważ wraz z wysokością zmienia się temperatura (takie czynniki, jak wilgotność i rodzaj gleby także), na jednej górze mogą występować różne biomy na różnych wysokościach. Na przykład w przypadku wysokiej góry, na niższych zboczach mogą występować łąki, a na większych wysokościach może panować strefa alpejskiej tundry, podobna do arktycznej tundry znajdującej się w pobliżu bieguna północnego4,5.
Góry wpływają również na opady deszczu, zarówno na własnych stokach, jak i na otaczających je obszarach. Wyobraź sobie przypadek, w którym wiatr występuje na jednym zboczu góry i wieje z określonego kierunku - powiedzmy, znad oceanu. Zwłaszcza jeśli wiatry są wilgotne, na zboczach nawietrznych (na które wieje wiatr) i na otaczających je obszarach będzie często padać dużo deszczu.
Obraz zmodyfikowany na podstawie "Orographic effect," autor Meg Stewart (CC BY-SA 2.0). Zmodyfikowany obraz podlega licencji CC BY-SA 2.0.
Dlaczego tak się dzieje? Powietrze traci zdolność zatrzymywania wody, gdy unosi się i ochładza podczas wędrówki w górę po zboczach, a nadprogramowa wilgoć jest uwalniana w postaci deszczu. Powietrze, które dociera na szczyt góry, jest suche, więc po drugiej stronie (strona zawietrzna) panuje klimat bardziej pustynny. Ten suchy region po zawietrznej stronie jest znany jako cień opadowy.

Jeziora, oceany i klimat

Jak pokazuje powyższy przykład, zbiorniki wodne (szczególnie duże, takie jak oceany i jeziora) mogą wpływać na klimat okolicznych regionów. W rzeczywistości zbiorniki wodne wpływają na klimat na różne sposoby, nawet jeśli w pobliżu nie ma gór.
Na poziomie podstawowym, jeziora, oceany i strumienie odgrywają istotną rolę w procesach klimatycznych, służąc jako zbiorniki wody, która może odparować z powierzchni, by później opaść w postaci deszczu lub śniegu. Możesz dowiedzieć się więcej o tym procesie w artykule o cyklu hydrologicznym.
Zbiorniki wodne minimalizują również zmiany temperatury na pobliskich lądach. Oznacza to, że zapobiegają osiągnięciu bardzo wysokich, jak i bardzo niskich temperatur, jakie mogłyby mieć miejsce w innym przypadku. Możesz dowiedzieć się więcej o tym, jak unikalne właściwości wody to umożliwiają, oglądając film na temat ciepła właściwego wody.
Wreszcie prądy oceaniczne (przenoszące wodę z jednego miejsca w drugie) mogą silnie wpływać na klimat pobliskiego lądu. Poniższa mapa przedstawia niektóre z głównych prądów Ziemi:
Ciepłe prądy przedstawiono na wykresie za pomocą czerwonych strzałek, zimne prądy zaznaczono kolorem niebieskim, a neutralne prądy - kolorem czarnym. Obraz zmodyfikowany na podstawie "Corrientes oceanicas," autor Popadius (domena publiczna).
Aby zobaczyć, jak prądy wpływają na klimat, porównajmy dwa miasta położone prawie na tej samej szerokości geograficznej: Londyn (Anglia) i Calgary (Kanada)6. W Londynie zimą temperatura spada do 40 oF. Z kolei w Calgary temperatura stale spada poniżej 10 oF - to na tyle zimno, że mojej przyjaciółce zamarzły powieki podczas wizyty w tym mieście!7,8
Tę różnicę w temperaturze między Londynem a Calgary można przypisać prądowi zwanemu Prądem Zatokowym. Prąd Zatokowy niesie wodę podgrzaną na równiku na północ wzdłuż wschodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych, zasilając inny prąd zwany Prądem Północnoatlantyckim. Ten prąd przenosi ciepłą wodę nad Anglię i zachodnie wybrzeże Europy, dzięki czemu klimat jest cieplejszy niż byłoby w innym przypadku9.

Dlaczego klimat ma takie znaczenie?

Klimat jest kluczowym czynnikiem, który określa, gdzie mogą żyć różne gatunki organizmów żywych. Odnosi się to do wielu gałęzi drzewa życia, od zwierząt (takich jak nasz przyjaciel niedźwiedź polarny), po rośliny i mikroby. Każdy gatunek potrzebuje szczególnych warunków do przetrwania, z których wiele jest bezpośrednio lub pośrednio związanych z klimatem.
Jeśli warunki klimatyczne na danym obszarze ulegną zmianie, gatunki, które mogą tam żyć, również mogą się zmienić. Na przykład zmniejszenie ilości opadów deszczu może oznaczać, że region nie może już dłużej wspierać gatunków roślin, które posiadał poprzednio, a zamiast tego staje się bardziej podobny do pustyni. Takie zmiany mogą mieć kaskadowy wpływ na sieci ekologiczne, przy czym przesunięcia w zbiorowiskach roślin wpływają na wszystkie zależne od nich zwierzęta.
Zasada ta odnosi się do każdej zmiany klimatu, niezależnie od tego, czy dotyczy ona małego, czy dużego obszaru. Jest to jednak szczególnie ważne w świetle globalnej zmiany klimatu, która ma teraz miejsce. Na skutek działalności człowieka naukowcy przewidują wzrost średnich temperatur o 1-5°C do 2100 roku 11. Dla gatunków wrażliwych na niewielkie różnice temperatur może to być katastrofalna zmiana.
Aby dowiedzieć się więcej o globalnych zmianach klimatu i ich wpływie na gatunki i różnorodność biologiczną, zobacz film o zmianach klimatu i bioróżnorodności z Kalifornijskiej Akademii Nauk.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.