Как растения выживают в одном из самых засушливых мест на Земле и что они могут рассказать о климате

Прибрежный регион пустыни Атакама на севере Чили — одно из самых засушливых мест на Земле. В среднем там выпадает менее миллиметра осадков в год.

Несмотря на суровые условия, там растут растения: Tillandsia landbeckii, род растений из семейства бромелиевых, выживают в пустыне, «вычёсывая» воду из тумана, который приходит с побережья.

Эти растения также служат индикатором изменения климата и доступности воды из тумана, которую могут использовать и люди в качестве устойчивого источника.

Пустынный туман

Климат Атакамы во многом определяется квазипостоянной областью высокого давления над южной частью Тихого океана у побережья Чили и Перу. Это создаёт слой температурной инверсии, где температура воздуха повышается с высотой в нижней части атмосферы. В этом слое влажный прохладный воздух с Тихого океана отделён от сухих тёплых воздушных масс выше.

В результате в приземном слое образуются обширные слоисто-кучевые облака, но они не приносят дождя. Этот процесс поддерживается холодным Перуанским (Гумбольдта) течением.

Туман образуется на побережье, где облачный слой достигает земли. Этот туман может проникать на несколько километров вглубь материка, прежде чем рассеется из-за сухости пустыни. Частота, интенсивность и распространение тумана сильно колеблются в зависимости от сезона и времени суток.

Адаптация к пустыне

Экосистемы Атакамы очень уязвимы к изменениям в частоте и интенсивности тумана. Tillandsia landbeckii адаптировалась к экстремальной засухе в ходе эволюции и является эндемиком, встречаясь только в туманных экосистемах Атакамы.

У растения нет корней. Вместо этого оно использует свои старые отмершие части, чтобы закрепиться на песке, который собирается вокруг, образуя небольшую дюну. Растения вычёсывают влагу из тумана с помощью тонких листьев и побегов, которые набухают при контакте с водой.

Ночная роса, по-видимому, является ещё одним источником воды, особенно в летние месяцы с малым количеством тумана. Вместе эти группы растений известны как «ломасная растительность».

Сбор тумана

Распространение этого типа растительности в Атакаме ограничено узкой полосой вдоль побережья, где туман возникает регулярно. Расстояние до океана, преобладающее направление ветра и топография (высота, уклон и экспозиция к основному направлению ветра) существенно ограничивают распространение туманных экосистем.

Анализ спутниковых данных показывает, что заросли Tillandsia расположены на высоте от 800 до 1250 м над уровнем моря и в 3–45 км от берега, в основном на песчаных равнинах вдоль «коридоров тумана» или на склонах, обращённых на запад или юго-запад.

Группы Tillandsia landbeckii образуют лентообразные структуры высотой до полуметра, которые расположены перпендикулярно преобладающему направлению ветра. Это оптимально exposes растения к поступлению влаги и питательных веществ. Расстояние между рядами, ширина и плотность в значительной степени зависят от количества доступной туманной воды и, следовательно, являются хорошим индикатором общей доступности воды.

На основе спутниковых данных и данных с дронов можно анализировать и моделировать популяцию растений, включая темпы роста и генетическую изменчивость, чтобы лучше понять преобладающие условия.

Результаты по распределению Tillandsia сравниваются с данными семи климатических станций, установленных на разных высотах и расстояниях от моря. На этих станциях каждые десять минут измеряются температура воздуха, относительная влажность, скорость и направление ветра, количество воды из тумана, роса и влажность листьев. Данные передаются по спутнику в Департамент географии Гейдельбергского университета образования.

Количество воды в воздухе измеряется с помощью стандартных коллекторов тумана — рамки площадью один квадратный метр, покрытой специальной сеткой, которая устанавливается на высоте двух метров перпендикулярно основному направлению ветра.

За одну неделю на климатической станции Серро-Оярбиде (15 км от побережья, высота 1077 м) было собрано 6,7 литра воды из тумана. Всего в 2,5 км от неё, на высоте 1218 м, было собрано 14,4 литра. На другой близлежащей станции на высоте 1350 м было зафиксировано всего 0,1 литра — эта станция находится выше слоя инверсии, над которым туман не появляется.

Анализ данных за период с 1998 по 2014 год показывает небольшое снижение количества воды, получаемой из тумана. Это связано со снижением высоты слоя температурной инверсии. Это понижает верхнюю границу слоисто-кучевой облачности и, следовательно, образуемого из неё тумана.

Можно предположить, что в будущем некоторые из более высоко расположенных участков Tillandsia окажутся вне зон, откуда они могут собирать воду.

Туман как устойчивый источник воды

Результаты многолетних исследований показывают, что уроки этого выносливого пустынного растения могут быть использованы для помощи людям в сборе воды из тумана.

В прибрежных городах, таких как Икике, и в небольших рыбацких деревнях на окраине пустыни водные ресурсы очень ограничены. Права на воду приватизированы и соответственно дороги. Из-за масштабной добычи сырья, такого как медь и литий (для производства аккумуляторов), требующей огромного количества воды, спрос в ближайшие годы будет продолжать значительно расти.

Питьевая и хозяйственная вода до сих пор добывалась в основном из подземных источников, но в распределении и поведении этих растений могут быть уроки для людей.

Существует тесная связь между лентообразной структурой зарослей Tillandsia, скоростью их роста и измеренным количеством туманной воды. На этой основе можно разработать гео-экологическое нишевое моделирование этой уникальной туманной экосистемы.

Это может быть использовано, среди прочего, для анализа подходящих мест для установки сетей-уловителей тумана, с помощью которых можно собирать туманную воду в качестве устойчивого источника для местного населения.

В течение 50 лет программа ЮНЕСКО «Человек и биосфера» (MAB) сочетает точные, естественные и социальные науки для поиска решений, реализуемых на 714 особых территориях (129 стран) биосферных заповедников.