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地球与环境

世界荒漠

炎热与寒冷、极地与温带——覆盖地球三分之一陆地表面的干旱地带。

荒漠是地球上广袤的干旱地带。它们覆盖地球陆地表面约三分之一的面积,从赤道延伸至两极,孕育着地球上一些最为特化的生态系统和人类文明。尽管人们通常将荒漠想象为烈日炙烤下的沙海,但科学定义关注的是水分而非热量:任何降水量极为稀少的地区,无论是处于热带骄阳之下,还是覆盖于南极冰层之中,均可界定为荒漠。

概述

荒漠最常见的定义是年均降水量低于250毫米的地区。部分分类体系还会考虑潜在蒸发速率,因为只有当水分散失速度超过补给速度时,该地区才真正属于干旱地带。无论采用哪种标准,干旱地带约占地球陆地总面积的三分之一。尽管在地质历史长河中局部边界时有进退,这一比例在大陆尺度上始终保持相当稳定。

人们对荒漠的印象往往以撒哈拉和阿拉伯半岛为蓝本:连绵沙丘、驼队商旅、烈日当空。然而,地理学家实际上将荒漠划分为几种截然不同的类型。热带副热带荒漠形成于赤道南北约30度的干燥下沉气流带附近。戈壁或大盆地等冷冬荒漠经历漫长的多雪冬季和短暂的生长季节。沿海荒漠毗邻寒冷洋流,常年笼罩在海雾之中,而非烈日暴晒之下。雨影荒漠出现在高山背风坡一侧,气流下沉时水汽已所剩无几。极地荒漠则包括广袤的南极大陆和北极群岛,极端寒冷将水分封锁于冰层之中,使地表几乎得不到液态水的补给。

荒漠的分类可从多个维度进行:按纬度分(热带、温带、极地),按温度分(热荒漠、冷荒漠),按水分状况分(干旱、极度干旱),以及按地理背景分(副热带、雨影、沿海、大陆性、极地)。这些类别之间存在交叉。例如,阿塔卡马沙漠在纬度上属于副热带,在地理位置上属于沿海,在水分状况上属于极度干旱;而戈壁沙漠则兼具寒冷、大陆性特征,其成因同时受远离海洋和喜马拉雅山脉雨影效应的双重影响。

荒漠并非生命的禁区。它们孕育着独特的动植物群落,是世界上一些最古老人类文明的发祥地,保存着无可替代的古生物记录,并蕴藏着丰富的矿产、石油和天然气资源。荒漠还是气候变化的敏感指示器:温度或降水的细微变化便可能将边缘地带推向完全干旱的临界点,联合国将这一过程纳入荒漠化这一宏观议题加以追踪监测。

主要数据

占陆地表面比例
地球陆地约33%被划定为荒漠或干旱地带
典型降水量上限
年降水量低于250毫米(约10英寸)
地球最大荒漠
南极洲,一片面积约1400万平方千米的寒冷极地荒漠
最大热荒漠
北非的撒哈拉沙漠,面积约920万平方千米
最干燥的非极地荒漠
智利北部的阿塔卡马沙漠;部分气象站从未记录到可测量的降雨量
常规气温最高记录地
莫哈韦沙漠中的死亡谷,同时也是北美洲最低点,海拔−86米
亚洲最大荒漠
戈壁沙漠,由蒙古国中国北部共同拥有
最大连续沙海
鲁卜哈利沙漠(即"空旷之地"),位于阿拉伯半岛
年均土地退化面积
每年约有1200万公顷土地因荒漠化而退化(《联合国防治荒漠化公约》估算数据)

荒漠的形成

世界各大荒漠的分布并非随机。每一片主要干旱地带都处于少数几种抑制降雨的大气或地理"陷阱"之中,而相同的形成机制在各大洲反复出现。

其中最重要、影响最广泛的是副热带高压带。赤道上空的暖湿空气上升,以热带降雨的形式释放水分,随后在高空向极地方向流动,并在南北纬约30度附近下沉。下沉气流在压缩过程中增温,相对湿度随之下降,从而抑制云的形成。撒哈拉、阿拉伯沙漠、南部非洲的喀拉哈里沙漠以及澳大利亚广袤的内陆地区,均位于这些副热带高压单元之下。英国皇家地理学会和美国国家地理学会均将哈德利环流圈的下沉气流视为地球上最重要的荒漠形成机制。

第二种机制是雨影效应。当盛行风将湿润空气抬升越过山脉时,气流冷却,水汽凝结,降水落在迎风坡。而沿背风坡下沉的气流则温暖干燥。阿塔卡马沙漠位于安第斯山脉的雨影区,大盆地和莫哈韦沙漠位于内华达山脉以东,巴塔哥尼亚则位于南安第斯山脉以东。死亡谷是北美最干旱的地方之一,累计处于不少于四条山脉的雨影之中。

第三个因素是距海距离。大陆内部盆地因远离海洋而水汽极度匮乏。抵达中亚的气流已跨越数千千米的陆地,途中早已将携带的有限水汽消耗殆尽。这是戈壁沙漠和中国西部塔克拉玛干沙漠干旱形成的重要驱动力。

第四个因素是寒冷洋流。当寒冷的上升流海水与温暖海岸并行时,低温海面使上方空气降温。冷却的空气持水能力有限,因而多形成沿海雾气,而非对流性降雨。流经南美洲西岸的秘鲁寒流(洪堡德寒流)是阿塔卡马沙漠极度干旱的重要成因之一,流经非洲西南岸的本格拉寒流则塑造了沿海的纳米布沙漠。美国地质调查局和美国国家海洋和大气管理局均将这种洋流驱动的沿海干旱视为一类独特的荒漠形成过程。

极地荒漠的形成机制有所不同。极端寒冷大幅降低了空气的持水能力,降雪量极少,液态水则被锁封于冰盖之中。南极洲广袤内陆的年降水量甚至低于许多副热带荒漠,北极群岛也呈现相同规律。

撒哈拉沙漠

撒哈拉是地球上最大的热荒漠。它横跨北非,西起大西洋海岸,东抵红海,向南延伸至萨赫勒地区,面积约920万平方千米,涵盖十一个国家:摩洛哥、阿尔及利亚、突尼斯、利比亚、埃及苏丹、乍得、尼日尔、马里、毛里塔尼亚,以及存在主权争议的西撒哈拉地区。若将撒哈拉视为一个国家,其面积将位居世界第五,超过美国本土48个州的总面积。

阿拉伯语中称为"erg"的沙海仅覆盖撒哈拉的一小部分。沙漠大部分地区由砾石平原(称为"reg")或裸露的岩石高原(称为"hamada")构成。山脉从平原上突兀耸起,其中最著名的是阿尔及利亚南部的阿哈加尔山和乍得北部的提贝斯提山,后者的埃米库西火山是撒哈拉中部的最高峰。地表之下蕴藏着世界上数一数二的化石含水层,其中包括努比亚砂岩含水层系统,储存着古代气候较为湿润时期降落的雨水。

从地质角度来看,现今形态的撒哈拉相对年轻。包括国际研究团队采集的岩芯在内的古气候记录——史密森尼国家自然历史博物馆和沙漠研究所对此进行了系统总结——表明该地区约在700万年前开始持续干旱,但此后经历了多次"绿洲期"的循环交替。在约11000年前至5000年前的非洲湿润期,季风降雨向北大幅推进,河流与湖泊遍布如今的荒漠之地,新石器时代的人们在今日沙海中那些裸露的岩面上,留下了描绘狩猎场景和成群牛羊的岩画。

撒哈拉是古代跨撒哈拉商路的所在地,也是陶德尼盐矿、费赞绿洲城市的故乡,并保存着非洲最丰富的恐龙和早期哺乳动物化石层位。此外,撒哈拉还是巨大季节性沙尘柱的发源地——这些沙尘漂越大西洋,将富含矿物质的物质输送至亚马孙流域,为当地土壤提供养分。这一现象由美国国家航空航天局地球观测站的卫星进行了详细追踪记录。

阿拉伯沙漠

阿拉伯沙漠占据阿拉伯半岛的大部分地区,横跨沙特阿拉伯、也门、阿曼、阿拉伯联合酋长国、卡塔尔、巴林、科威特、约旦和伊拉克南部。从气候特征来看,它是撒哈拉的延伸,但因红海相隔而与撒哈拉彼此独立,并发展出了独特的地貌景观和文化面貌。

半岛南部三分之一的地区由鲁卜哈利沙漠主导,英文称之为"空旷之地"(Empty Quarter)。其面积约65万平方千米,是世界上最大的连续沙海。部分沙丘高逾250米,排列成宏伟有序的巨型沙链,在美国国家航空航天局地球观测站的卫星图像中清晰可见。半岛北部是内夫得沙漠,规模较小但同样壮观,以铁锈色沙丘和零星绿洲为特色。连接两大沙海的是代赫纳沙漠,一条细长的沙带贯穿沙特阿拉伯中部。

沙漠之下及周边沉积盆地中蕴藏着地球上已探明储量最为丰富的石油和天然气资源。自20世纪30年代起,这些资源的发现与开发将阿拉伯半岛从世界上最贫困的地区之一转变为一个高收入经济体群。这一深刻变迁已被联合国粮食及农业组织土地与水资源司在其水资源与土地利用区域报告中详细记录。

阿拉伯沙漠是贝都因人的故乡,其传统社会以骆驼和山羊游牧、绿洲农业以及依井而居的季节性迁徙为基础。尽管半岛人口的绝大多数如今已居住于现代都市,贝都因文化传统仍在饮食、诗歌、音乐和社会习俗中持续彰显。阿拉伯沙漠的野生动物包括阿拉伯大羚羊,该物种于20世纪70年代在野外宣告灭绝,后经动物园种群繁育后重新引入自然保护区;此外还有沙猫、耳廓狐以及多种跳鼠和瞪羚。

戈壁沙漠

戈壁沙漠是亚洲最大的荒漠,也是世界上最重要的冷荒漠之一。它横跨蒙古国南部和中国北部,面积约130万平方千米。与非洲和阿拉伯的副热带荒漠不同,戈壁沙漠具有典型的大陆性特征。其干旱成因在于远离海洋,以及南部青藏高原和喜马拉雅山脉的雨影效应——这道屏障阻断了来自印度洋的湿润气团。

戈壁沙漠的气温变化极为剧烈。夏季最高气温可超过40摄氏度,冬季最低气温则常常跌至零下30摄氏度以下,积雪是这片沙漠冬季的寻常景象。戈壁仅有一小部分覆盖着沙丘,大部分地区由裸岩、逐渐稀疏化的草原和砾石组成,地势平缓起伏。国际干旱地区联合体和亚利桑那大学沙漠实验室均将戈壁作为冷冬型干旱气候的典型参考案例。

戈壁是世界上最重要的脊椎动物化石产地之一。20世纪20年代,美国自然历史博物馆由Roy Chapman Andrews率领的科考队在巴彦扎格火焰崖发现了世界上第一批经科学记录的恐龙蛋,以及速龙和原角龙标本,这些发现至今仍是古生物学的奠基性成果。蒙古及国际研究团队目前仍在耐梅盖特盆地和扎多赫塔组地层中持续开展考察工作。

蒙古游牧文化在戈壁延续了三千余年。游牧牧民饲养被称为"五畜"的骆驼、马、牛、羊、山羊,随季节在牧场间迁徙转场。野生双峰驼和蒙古野驴至今仍在偏远的自然保护区中顽强生存。近几十年来,戈壁南缘不断向外扩展,这一现象已引起沙漠研究所和中国各科学院的高度关注。

巴塔哥尼亚沙漠

巴塔哥尼亚沙漠又称巴塔哥尼亚草原,是南半球温带地区最大的荒漠。它占据阿根廷南部大部分地区,从安第斯山脉东坡延伸至大西洋海岸,面积约62万平方千米。同一干旱生态系统的一条狭长地带也延伸进入南安第斯山脉以东的智利境内。

巴塔哥尼亚沙漠是典型的雨影荒漠。盛行西风在太平洋上携带丰沛水汽,在安第斯山脉迎风坡急剧上升,将雨雪留在智利一侧。向阿根廷东侧下沉的气流干燥凉爽,加之巴塔哥尼亚无休止的强风进一步带走水分。该地区大部分地段年降水量在150至250毫米之间,属于干旱至半干旱气候。

与炎热的副热带荒漠不同,巴塔哥尼亚沙漠是一种凉爽的温带环境。夏季温和,冬季寒冷且常有积雪,植被以耐风耐旱的丛生禾草、矮灌木和垫状植物为主。这里的地质景观以裸露的白垩纪和第三纪沉积盆地闻名,曾出土一些有史以来最大的恐龙化石,其中包括巨型蜥脚类恐龙巴塔哥泰坦龙。

巴塔哥尼亚沙漠的人类利用方式长期以牧羊业为主,羊群于19世纪晚期被引入此地。大型牧场至今仍主导着当地的土地利用格局,但过度放牧带来的经济与生态代价在联合国粮食及农业组织土地与水资源司的相关研究中屡被提及。当地原生野生动物包括原驼、小美洲鸵、栖息于山地前缘的安第斯神鹫以及巴塔哥尼亚豚鼠。

阿塔卡马沙漠

阿塔卡马沙漠沿智利北部太平洋海岸绵延约1600千米,东倚安第斯山脉,西临太平洋。它被公认为地球上最干燥的非极地地区。阿塔卡马境内部分气象站在其运行史上从未记录到可测量的降雨量,沙漠中某些地带估计已数十年乃至数百年未见有效降水。

三重机制叠加造就了这片极端干旱之地。寒冷的洪堡德寒流沿海岸流过,使上方空气降温,抑制对流性降雨。安第斯山脉构成巨大的雨影屏障,阻断来自大西洋的水汽。东南太平洋上空的副热带高压带几乎常年将下沉干燥气流驻留于该地区上方。美国国家航空航天局地球观测站的大气科学家将这三重机制的共同作用描述为多重干旱因素叠加的典型案例。

阿塔卡马历史上曾以开采硝酸钠而闻名,这种化合物广泛用于制造肥料和炸药。从19世纪晚期直至20世纪初合成固氮技术的问世,阿塔卡马硝石是重要的全球性商品,其带来的收益重塑了智利的政治格局,并为该国早期基础设施建设提供了资金支撑。此后,阿塔卡马及其周边地区的铜矿开采——以丘基卡马塔和埃斯孔迪达铜矿为核心——已成为智利最主要的出口产业,也是全球铜市场的基石。

由于兼具极度干燥、云层稀少、大气湍流微弱和海拔高等优越条件,阿塔卡马已成为世界上最重要的天文观测地之一。建于查南托高原的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列(ALMA)和建于帕瑞纳山的欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT),借助这些得天独厚的条件探索星系结构、原行星盘以及宇宙微波背景辐射。美国国家航空航天局和沙漠研究所也将阿塔卡马用作火星地表条件的地球类比研究场地。

北美洲荒漠

北美洲有四个独立的荒漠区域,均分布于美国西部和墨西哥北部。美国地质调查局和沙漠研究所将每个荒漠视为独立的生物地理省,各自具有不同的海拔、纬度和降水特征。

索诺兰沙漠

索诺兰沙漠是北美洲生物多样性最丰富的荒漠。这里拥有冬季锋面降雨和夏季季风两个雨季,植物种类极为丰富,包括仅生长于此的标志性巨柱仙人掌(萨瓜罗仙人掌)。该沙漠横跨亚利桑那州、加利福尼亚州东南部,以及墨西哥的索诺拉州和下加利福尼亚州。

  • • 双峰型降雨模式
  • • 巨柱仙人掌、管风琴仙人掌和链节仙人掌
  • • 托霍诺·奥奥德哈姆族和塞里族的祖传土地

莫哈韦沙漠

莫哈韦沙漠是大盆地与索诺兰沙漠之间的过渡荒漠,以约书亚树和死亡谷而闻名。死亡谷的恶水盆地海拔−86米,是北美洲最低点。死亡谷夏季气温常超过50摄氏度。

  • • 死亡谷国家公园
  • • 约书亚树林地
  • • 莫哈韦国家保护区

奇瓦瓦沙漠

奇瓦瓦沙漠是北美洲最大的荒漠,占据墨西哥北部、新墨西哥州南部、德克萨斯州西部和亚利桑那州东南部的高山间盆地。其海拔较高的内陆地形使这里的夜晚更为凉爽、冬季比索诺兰沙漠寒冷,植被以龙舌兰和丝兰属植物为主。

  • • 大弯国家公园
  • • 白沙石膏沙丘
  • • 龙舌兰与丝兰群落

大盆地沙漠

大盆地沙漠是北美洲最大的冷荒漠,占据内华达山脉与沃萨奇山脉之间内华达州大部分地区及犹他州西部。降水主要以冬季积雪形式出现,标志性植物为大蒿,广泛分布于辽阔的原野之上。

  • • 冷冬型荒漠气候
  • • 大盐湖及内流盆地
  • • 蒿属荒漠草原生态系统

澳大利亚荒漠

澳大利亚内陆地区俗称"内陆腹地",是世界上最大的连续干旱区之一。地理学家按地表主导特征或地理位置将其细分为多个独立的荒漠:大维多利亚沙漠、大沙沙漠、吉布森沙漠、塔纳米沙漠、辛普森沙漠、小沙沙漠和斯特特石漠。这些荒漠合计面积约137万平方千米,约占澳大利亚大陆面积的五分之一。

澳大利亚荒漠形成于南部副热带高压带之下,平坦低矮的大陆地形进一步加剧了干旱程度,因为地表几乎无法抬升湿润空气。降雨量变率极大:漫长的干旱期被周期性的强降雨所打断,后者可使通常干涸的湖床(如卡迪坦达-埃尔湖)短暂蓄水,并触发壮观的野生动物繁殖潮。

澳大利亚原住民在这片土地上生活和守护了数万年,使其成为地球上持续有人居住时间最长的环境之一。传统土地管理方式包括精心组织的季节性火烧,英文称为"凉季斑块燃烧"或"火棒农耕",这种方法能够降低植被可燃物积累、促进新芽萌发,并为袋鼠等猎物维持良好的栖息地。当代土地管理机构与原住民护林员项目合作,已在各地重新推广这些传统做法,其生态价值得到广泛认可。

乌鲁鲁(又名艾尔斯岩)是澳大利亚荒漠地区最著名的地标。这块由长石砂岩构成的巨型孤山从北领地的周边平原上陡然矗起,是阿南古人的圣地,也是其传统法律与宇宙观"朱库帕"的核心元素。周边的乌鲁鲁-卡塔曲塔国家公园由传统土地所有者与澳大利亚政府联合管理。

极地荒漠

按照最广泛采用的定义——即年降水量低于250毫米的地区即为荒漠——地球上最大的荒漠并非撒哈拉,而是南极洲。南极大陆面积约1400万平方千米,东南极冰盖内陆地区的年降水量低至50毫米,且几乎全部以风驱雪的形式降落。麦克默多干谷地区的一些无冰谷地长期未见可测量的降水,是地球上已知最干旱的地貌之一,沙漠研究所、美国国家航空航天局以及美国国家科学基金会下属的美国南极计划对这一状况进行了深入研究。

北极极地荒漠是第二大极地干旱区,面积约260万平方千米,横跨加拿大北极群岛、格陵兰岛北部、斯瓦尔巴群岛、法兰士约瑟夫地群岛、新西伯利亚群岛及其他高纬度群岛。这里的生态环境不仅受干旱影响,还受漫长极夜、短暂凉夏、连续多年冻土以及极短生长季的共同制约,仅有零星的维管束植物、苔藓和地衣得以生存。

对于习惯于温暖沙漠印象的读者而言,将这些地区称为荒漠或许有些违和,但其逻辑不乏依据:年降水量极低,地表几乎无法获得液态水,在此演化的生态系统高度特化以适应上述条件。美国国家海洋和大气管理局与美国国家航空航天局地球观测站在其全球气候带分布图中,均将极地冰盖归类为冷荒漠。

荒漠生命与适应策略

荒漠生物在漫长演化过程中形成了一套应对极端温差、水分匮乏和强烈太阳辐射的生存策略。长期生活在干旱环境中的植物、动物和人类,共同遵循着一套基本原则:储存水分、减少散失、在条件允许的时段或季节展开生命活动。

景天酸代谢光合作用

仙人掌、龙舌兰和多种多肉植物采用景天酸代谢途径,在夜间气温较低、空气湿润时开放气孔,与白天进行光合作用相比,能大幅减少水分散失。

深广根系

牧豆树、金合欢等荒漠乔木将主根向下延伸数米,以获取深层地下水;而许多灌木和草本植物则向四周扩展浅层侧根,以捕获短暂的降雨。

储水组织

桶形仙人掌和巨柱仙人掌能随水分的得失而膨胀或收缩,将数月乃至数年的储备水分积存于肉质茎中,外层由刺和蜡质角质层加以保护。

夜间活动

从袋鼠鼠到耳廓狐,再到大多数荒漠爬行动物,许多荒漠动物将活动时间推至夜间,以避开最炎热的时段,从而减少蒸发性失水。

洞穴与遮荫

黄鼠、跳鼠和荒漠陆龟会退入洞穴,那里温度稳定,湿度也远高于地表。

代谢水

美国西部的袋鼠鼠一生无需饮用液态水,完全依靠干种子代谢分解产生的水分满足身体所需。

耐热有蹄类动物

撒哈拉的白羚和阿拉伯大羚羊能够在白天主动升高体温,以缩小与环境的温度梯度,只在体温接近致命阈值时才排汗降温。

人类适应

贝都因人、图阿雷格人、澳大利亚原住民、纳瓦霍人以及许多其他民族,已发展出与干旱环境高度契合的建筑形式、服饰、饮食结构和季节性迁徙方式,积累的生态知识如今已被《联合国防治荒漠化公约》和联合国粮食及农业组织认定为不可或缺的宝贵遗产。

荒漠化与气候变化

荒漠化是指干旱地带生态系统在气候压力与不可持续土地利用的双重作用下发生退化的过程。它并非荒漠简单地向邻近绿色地区蔓延扩张,而是气候边缘干旱地带的生产力、植被覆盖和土壤结构的渐进式丧失。这一现象由《联合国防治荒漠化公约》(UNCCD)在全球层面进行追踪监测。该公约于1994年通过,是唯一将环境与发展议题纳入可持续土地管理框架的具有法律约束力的国际协议。

各方对荒漠化规模的估算存在差异,但《联合国防治荒漠化公约》、联合国粮食及农业组织土地与水资源司以及联合国环境规划署世界环境状况室均报告称,每年约有1200万公顷生产性土地因退化而丧失,面积相当于一个中等规模国家的总面积。撒哈拉南缘的半干旱地带萨赫勒地区,以及戈壁沙漠南缘,是目前受到最密切关注的两条荒漠化前沿地带。

气候变化与荒漠化相互交织、彼此强化。全球气温升高加剧蒸发,实际上将干旱与半干旱的分界线向外推移。降水模式的改变可能使降雨集中于更少但更强烈的事件中,导致水分径流而非入渗。与此同时,在某些气候情景下,部分历史性干旱地区的降水量可能略有增加,这提醒我们,变暖与干旱化的关系在全球范围内并不均一。有关这些议题的更深入探讨,请参阅CountryReports关于气候变化的概述页面。

应对措施涵盖多个层面,既包括非洲联盟旨在恢复萨赫勒地区植被带的"非洲绿色长城"计划等大型倡议,也涵盖扎伊坑种植法、石块围堰、农林复合经营和轮换放牧等农场层面的具体措施。美国国家航空航天局地球观测站的卫星影像已被用于监测尼日尔、布基纳法索以及中国部分地区退化土地的恢复情况,时间跨度长达数十年,为科学界提供了有力证据,表明在稳定政策和有保障的土地权属的支持下,科学的土地管理确实能够在有意义的规模上逆转荒漠化进程。

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