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北極苔原

(生態區域)

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北極苔原(The Arctic tundra)是北冰洋海岸與泰加林之間廣闊的凍土沼澤帶,總面積1300萬平方公里。它最大特點是有一層很厚的永久性凍土,厚達488米,最厚可超過600米。所以北極苔原也可稱為凍土帶。北極苔原的大部分處於北極圈內,苔原氣候屬荒漠氣候,年降水量僅200毫米,夏季苔原地帶水網交錯,密佈湖泊與沼澤,水面上水鳥嬉戲,土地上百花盛開,一片水鄉澤國景觀。這主要是由於氣温低,水分蒸發慢。且地表以下幾釐米就是永久凍土層,阻止了正常的滲漏排水。等到冬季,整個苔原都被冰雪覆蓋,一片荒涼。
中文名
北極苔原
外文名
The Arctic tundra
面    積
13000000 km²
特    點
一層很厚的永久性凍土

北極苔原地理分佈

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北極苔原(自然風光)
北極苔原(自然風光)(40張)
北極苔原指北極地區北冰洋與泰加林帶之間的永久凍土地和沼澤地帶,是北極地區典型的陸地,北極苔原的大部分處於北極圈內,只有加拿大的哈德孫灣及阿拉斯加西海岸可以延伸到北緯55度的中高緯區域。苔原氣候屬荒漠氣候,年降水量僅200毫米,其顯著特點是有廣闊的永久凍土地、眾多的湖泊和沼澤地,也是地球上一處既荒涼又富饒、氣候和生態環境十分特別的地帶,總面積約1300萬平方公里。這一片廣袤的沒有樹木的地帶一直向北延伸,跨越了阿拉斯加州加拿大。這裏是永久性的凍土帶,只有表面的一層土壤在夏季的陽光下融解,以利於植物根系的生長和發育。

北極苔原生態系統

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在北極苔原生態系統中,動植物種類稀少,營養結構簡單,其中生產者主要是地衣,其他生物大都直接或間接地依靠地衣來維持生活。假如地衣受到大面積損傷,整個生態系統就會崩潰。
科學家表示,由苔蘚、地衣和漿果植物構成的北極苔原生態系統正在逐步讓位於灌木從和北方森林。最近的研究發現,與全球變暖有關的主要事件,包括永久凍土帶不斷消融引發的火災以及塌坡,正是北極苔原消失的“幕後推手”。
苔原南界的植物每年生長期約90天,北界的生長期僅僅20天,再向北,北冰洋腹地島嶼上的地衣每年只能生長1~2天,或根本不長,而持續保持冬眠直到某一個“好年頭”到來。極區的一些顯花植物能在很短的時間內,例如30天,完成開花、結籽等繁殖週期,而另一些植物則能把繁殖週期延長到2~3年,今年開花明年結籽。可見與低緯度相同種屬相比,這些植物在適應寒區環境的努力中要麼儘量縮短,要麼大大延長原有的生命週期。
泰加林帶是從苔原南界樹木線開始向南1000多公里寬的北方塔形針葉林帶。泰加林是世界上面積最大的森林類型。在南界,樹木每年的生長期可達150天。泰加林帶的南北界隨全球10~100年尺度的氣候變化而移動。泰加林帶的南界剛剛進入中國黑龍江北部邊境地區,大概由於近幾十年氣候變暖,泰加林目前正在漸漸退出中國。
在環北極的苔原帶和泰加林帶上,發育着許多世界著名的河流。如西伯利亞的葉尼塞河(俄羅斯水量最大的河)、鄂畢河、勒拿河。加拿大高平原區的馬更些河是北美洲北極區最大的河流。這些巨大的河流不僅向北冰洋注人大量富含營養鹽的淡水,也為北極地區的採礦業、加工工業及居民生活提供了豐富的水力資源。 [1] 

北極苔原生命物種

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與南極大陸不同,北極的生命活動非常活躍。有900種顯花植物,上百萬只北美馴鹿,數萬頭麝牛,上千只一羣的北極兔,峯年時每公頃多達1500只的旅鼠。北半球全部鳥類的1/6在北極繁育後代,而且至少有12種鳥類在北極越冬。在河流三角洲、苔原湖泊及水池草葉中,可以見到長尾鳧、赤頸鳧、短頸小野鴨、斑背潛鴨、鵲鴨、秋沙鴨、黑鳧、雪鵝等。在山坡高地有北極雷烏、貓頭鷹等。渡鴉、海雀、北極燕鷗和黑冠蒼鷺在天空飛翔,灰熊、北極狐、北極狼在苔原草甸上巡遊,茴魚、北方狗魚、灰鱒魚、鯡魚、胡瓜魚、長身鱈魚、白魚及北極鮭魚在河湖中嬉戲。在北冰洋廣闊的水域中還有上百萬只各種海豹,20萬頭海象,數千頭角鯨和白鯨,20000只北極熊。除此以外,最主要的是,北極地區生活着至少已有上萬年曆史的當地居民——因紐特人楚科奇人雅庫特人、鄂温克人和拉普人等。
在長期的演化過程中,北極的生命與南極的生命一樣學會了與白色環境協調適應的本領。麝牛在-40℃氣温下悠然自得地尋找埋在薄雪下的植物殘莖。北美馴鹿羣則在泰加林帶北側躲過嚴冬,春天再重返苔原。
雖然在北極地區生命活動十分活躍,生物種類十分豐富,但是由於全球氣候變暖、人類對森林的砍伐、海洋資源的過度捕撈、海洋環境污染、自然資源的過度開發等等對北極地區的生態造成嚴重的打擊,北極海域海洋哺乳動物在歷史上曾經有過一段悲慘的經歷。温順的北極海象,雄性體重可達1 360千克,它們常常數十頭甚至數百頭一起聚集在海灘上鼾聲大作,高枕無憂。由於它們的長牙可做牙雕工藝品,肉可食用,皮可製革,所以成為人們捕獵的對象。200年來,它們的數量從50萬頭下降到瀕臨滅絕的邊緣。從70年代起,由於人們採取保護措施,才使其得以繼續繁衍。
北極海豹與南極的毛皮海豹的生活習性有些近似。它們以家庭為單位生活在一起,家長通常是一頭體重300千克的雄海豹,統治着50頭左右體重僅30~50千克的雌海豹和它們的子女。由於它們的毛皮在市場上極受歡迎,原有的數百萬頭幾乎被斬盡殺絕。後來它們幸而與北極海象一起受到保護,才使北極海豹的數量從近年開始回升。北極海域的鯨類只有6種,而且數量遠遠不如南大洋,但北冰洋中的角鯨和白鯨卻是世界鯨類中最珍貴的品種。
北冰洋及鄰海一些水域強大的水生動物生產力已經導致了世界級商業性捕撈業的發展。北極海域的經濟魚類主要有北極鮭魚、北極墨魚、蝶魚和毛鱗魚。與其他海洋生物資源相比,魚類資源目前仍較豐富。巴倫支海、挪威海和格陵蘭海都屬世界著名的漁場,近年捕魚量約佔世界的8%~10%。 [1] 

北極苔原苔原植物

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逐漸走向北極,就會發現樹木愈來愈小,愈來愈稀,最後竟完全消失。這時,矮小的灌木、多年生禾草、地衣、苔蘚則佔據了優勢,北極地區的這種植物羣落,便被稱之為苔原。
苔原是寒帶植物的代表,它分佈於北冰洋周圍沿岸,在歐亞太陸北部和美洲北部佔了很大的面積,形成一個環繞北極大致連續的地帶。苔原南界的植物每年生長期約90天,北界的生長期僅僅20天,再向北,北冰洋腹地島嶼上的地衣每年只能生長1~2天,或根本不長,而持續保持冬眠直到某一個“好年頭”到來。,極區的一些顯花植物能在很短的時間內,例如30天,完成開花、結籽等繁殖週期,而另一些植物則能把繁殖週期延長到2~3年,今年開花明年結籽。可見與低緯度相同種屬相比,這些植物在適應寒區環境的努力中要麼儘量縮短,要麼大大延長原有的生命週期。
苔原夏季的融冰土層不足50釐米,落葉松和針木卻可順利生長,因其根可深深扎入永凍層,為抵禦狂風,都很矮小,有些甚至完全匍伏生長,如爬地柳(北極柳樹)、黑魚鱗松等。寒冷北極的樹木生長得很慢,在泰加林與苔原交接地帶,2米高的樹木可能已超過300歲。苔原的許多地衣、苔蘚,甚至顯花植物在0℃以下的環境中照樣可以進行有效的光合作用(幹物質積累)。科學家發現某些地衣在-20℃時仍可生長,一些苔蘚在-10℃時就能繼續生長,甚至連山酸模、爬地杜鵑、冰川笆莨等顯花植物亦能在-5℃時保持生長勢頭。
苔原植被處於極不利的生態條件下,冬季漫長而寒冷,夏季短促而低温,最暖月平均温度只有10℃或略高,最低温度則達-55℃。植物生長期每年只有2~4個月。在生長季節裏,植物的根只能在地表大約僅30釐米的深度內自由伸展,30釐米以下則是堅如磐石的永久性凍土層。
苔原植被在長期演化過程中形成了能夠適應北極特殊環境的生活特徵。苔原多數的種為常綠植物。包括可貼地的針葉灌木,堅硬扁平的小灌木和灌木,石南型葉、葉緣捲曲的灌木。這些常綠植物在春季可以很快地進行光合作用,不必耗時形成新葉。北極多數值物矮小,許多植物緊貼地面匍匐生長,這是抗風、保温及減少植物蒸騰的適應手段。
苔原植物常具大型鮮豔的花,而且北極植物花的特點是大部分花向着太陽開放,並呈杯型,以便儘可能多地採集太陽光,這對於開白色花的植物尤其重要。有些植物則能在開花期忍受冬季的寒冷,如北極辣根菜的花和幼小的果實在冬季有時被凍結了,但到春季解凍後則繼續發育。
由於苔原地區地下形成永久凍土,僅在夏季,上面淺淺的土壤層才融化,植物的根便只好在此紮根。而且由於土壤的垂直排水能力很差,所以植物的根幾乎是淹在水中,缺乏足夠的氧氣和營養,致使北極植物生長極其緩慢,如北極柳一年中枝條僅增長1~5毫米。一旦破壞了北極的生態環境,環境的恢復將是非常困難和漫長。
苔原夏季的融冰土層不足50釐米,落葉松和針木卻可順利生長,因其根可深深扎入永凍層,為抵禦狂風,都很矮小,有些甚至完全匍伏生長,如爬地柳(北極柳樹)、黑魚鱗松等。寒冷北極的樹木生長得很慢,在泰加林與苔原交接地帶,2米高的樹木可能已超過300歲。苔原的許多地衣、苔蘚,甚至顯花植物在0°C以下的環境中照樣可以進行有效的光合作用(幹物質積累)。科學家發現某些地衣在-20°C時仍可生長,一些苔蘚在-10°C時還能繼續生長,甚至連山酸模、爬地杜鵑、冰川笆莨等顯花植物亦能在-5°C時保持生長勢頭。 [1] 

北極苔原相關知識

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由苔蘚、地衣和漿果植物構成的北極苔原生態系統正在逐步讓位於灌木從和北方森林。科學研究發現,與全球變暖有關的主要事件,包括永久凍土帶不斷消融引發的火災以及塌坡,正是北極苔原消失的"幕後推手"。
2007年夏季,雷電天氣在阿拉斯加北坡引發了5場苔原火災,這在北極圈以北極為罕見。北坡起火面積之大創下了紀錄,科學家們也因此開始重新思考北極苔原是如何"響應"全球變暖並幫助改變地球氣候的。
研究人員多年前就已經知道氣温上升正在逐漸改變北極的景觀。現在,越來越多的證據表明,北極苔原正因全球變暖導致的重大事件而逐漸消失。科學家預測,這種寒冷、乾燥、沒有樹木的生態系統最終將被灌木甚至北方森林所取代。
過去半個世紀以來,北極大部分地區的温度上升了3到5華氏度;到2100年,氣温可能飆升至高出工業革命前10華氏度的水平。參與阿拉斯加苔原長期研究的美國佛蒙特大學教授布雷克·鮑登(BreckBowden)説,這樣迅速的升温意味着"如今的苔原將大量地在整個北極地區消失。這個過程可能需要超過50年甚至100年的更長時間,但朝着北方森林或類似生態體系(轉變)的趨勢不可避免"。
俄勒岡州立大學的氣候變化科學家多米尼克·巴切萊特(DominiqueBachelet)曾於2004年預測,到2100年,苔原"以及與之相關的植物、動物甚至基於苔原的人類生態系統都將大量從阿拉斯加的景觀中消失"。但她現在認為,"基本假設仍然成立,但變化機制可能與人們想象的有所不同",這並非是因氣温逐步變暖而導致的長期累加的複雜變化,相反的,"極端氣候事件將成為觸發變化的重要因素"。永久凍土帶融化引起的熊熊大火或者山坡塌陷可能會"將地塊清理乾淨,讓新的物種自行萌生。"巴切萊特説。
一個研究小組對曾在1977年遭遇過火災的一處苔原景觀進行了系統的調查。對比火災前後的植物羣落後他們發現,時隔33年之後,在這片原本擁有大量苔蘚(佔20%)和灌木狀地衣(7%)的地方,這些物種幾乎已經蹤跡全無;與此同時,灌木柳覆蓋面積卻從5%增加到了40%。
"很明顯,景觀已經改變了很多,並且還在繼續改變。"美國內政部土地管理局的火災生態學家蘭迪·簡特(RandiJandt)説,"灌木增多是以地衣和苔蘚的喪失作為代價的。隨着柳樹接管(這一區域),它們還會進一步改造景觀。其中的關鍵在於土壤在升温,不論火災導致的升温是逐步的還是劇烈的,都沒有關係。"土壤的温度不斷增加有利於灌木生長,因為灌木更容易生根,在温和的條件下長勢也更快,最終將勝過苔蘚和地衣。
一位服務於國家公園的研究人員凱爾·喬利(KyleJoly)發現,從1950年到2007年間,阿拉斯加大約有9%的低緯度苔原遭受了火災肆虐,而緯度較高的北坡同期的過火面積只有7%。不過,隨着北極暖化加速,極北地區的火災頻率也將增加。喬利和其他幾位研究人員合作,對2007年火災的嚴重程度、植物羣落變化以及火災對
永久凍土帶和活動層土壤的影響進行了研究。該小組發現,過火的地面已經幾乎沒有苔蘚植被;柳樹卻已重新萌芽,到2009年有些樹已經高出1英尺;出現過苔原塌坡的現象。
苔原地帶的變遷將對當地繁衍生息的生物產生深刻影響。灰熊、狼、狐狸和很多水禽以及遷徙鳴禽,特別是嚴重依賴地衣為食的馴鹿受到的影響最大。2003年,阿拉斯加最大的馴鹿種羣數量達到頂峯,接近50萬頭,此後該種羣數量大幅下降,2007年大約只剩37.7萬頭。這給一些阿拉斯加本土居民敲響了警鐘,他們的生存和生活方式在很大程度上依賴於馴鹿。
火災增多、凍土帶融化也將加速全球變暖。美國佛羅里達大學的生態學家米歇爾·麥克(MichelleMack)指出:"全球永久凍土帶中封存的碳是大氣中碳含量的兩倍。因此,當它們融化,這些土壤將極大地增加空氣中的二氧化碳。"
美國伍茲霍爾海洋生物實驗室生態系統中心的艾德里安·羅查(AdrianRocha)發現,2007年火災一年後,被嚴重燒燬的苔原向大氣中釋放的碳幾乎是未焚燒苔原吸收的碳量的兩倍。而兩年後,仍然有碳繼續從過火的苔原中逸出。
其他科學家則在研究一個有所不同但卻與之相關的極端北極事件:在遭遇火災的苔原和北坡的其他地方出現了熱喀斯特(熱融沉陷)現象,熱喀斯特是由於永久凍土帶融化形成的崎嶇地貌。由美國國家科學基金會北極系統科學項目資助的"熱喀斯特計劃"集合了近20個機構參與,其最近的研究發現了許多熱喀斯特特徵,這超出了任何人的預期。
在平坦的地面,熱喀斯特可能只表現為土坷和窪地,但在有坡度的地方,卻可以讓數噸重的土壤下陷。這會導致大量二氧化碳和甲烷從裸露在外並且逐漸解凍的土壤中釋放出來,進而加劇大氣變暖。熱喀斯特地貌為新的植物和灌木提供了特定生存環境,增加了苔原的綠植,促進了土壤升温,而這反過來又更有利於灌木生長。此外,熱喀斯特現象使大量沉積物和營養物移動,會對苔原溪流和湖泊產生"巨大影響",鮑登説。
從火災到更温和的年平均氣温,再到降雨量增加,任何能夠導致苔原升温、永久凍土帶融化的因素都會促生熱喀斯特現象。由於氣候變化模型預測北極將變得温暖、多雨,並且夏季雷暴和閃電天氣增多,熱喀斯特現象出現的規模有可能是前所未有的。鮑登説,已經有報告稱,西伯利亞和加拿大已經出現了與阿拉斯加類似甚至更嚴重的熱喀斯特現象,他表示:"這是一個泛北極現象,只除了少數還未變暖的地區(沒有出現)。"
同火災一樣,熱喀斯特現象也產生了一個"正反饋"的循環效應:温室氣體的釋放,北極土壤升温,以及苔原的灌木化都會加劇氣候變暖,這反過來又更易導致熱喀斯特現象,釋放更多温室氣體。其結果不僅是北極景觀迅速改變,同時也使變暖加速。即便在未受火災和熱喀斯特現象影響的地區,有證據表明苔原本身也正在變暖。加拿大不列顛哥倫比亞大學的格雷格?亨利(GregHenry)報告説,在他所研究的努納武特地區,自1970年以來,苔原的温度平均每10年升高1攝氏度。他認為原因主要是苔原變得雜草叢生了。
正如研究人員所指出的,苔原生態的變遷將產生巨大的連鎖效應,不僅影響到植物羣落,而且還會影響景觀、昆蟲種羣、野生物和人類社會。除非有意想不到的戲劇性轉折,北極地區可能將出現為期數百年甚至數千年的劇變。 [2] 
注:北極苔原全部圖冊網址 [3] 
參考資料