植物在移动中
3.1植被与气候变化可以移动raybet雷竞技最新
仿生学弧从根本上取决于气候,弧大多数个体植物物种的范围。raybet雷竞技最新每当全球气候改变了过去,那么形式和物种组raybet雷竞技最新成的植被在世界的每个部分。在过去的几十年里,地质学家们越来越意识到地球的气候在多大程度上改变,并且经常在短时间尺度比想象。raybet雷竞技最新这些变化也必须有对植被产生深远的影响:在这一章里,我们将处理这些影响和考虑他们可能意味着目前的世界,似乎迅速变暖。
3.2第四纪:过去240万年
甚至在我们人类开始大试验温室气体,我们一直住在一个时间显著不稳定的气候。raybet雷竞技最新这种变化是不寻常甚至反对的标准改变地球的历史。永恒稳定的印象可能会看到世界各地的几十年是一种错觉:几千年的时间尺度上,任何地方在中纬度地区的气候可以跳水near-Arctic温度,然后几百或几千年后再次回升,比今天更热。raybet雷竞技最新在同一时间,较小的温度波动也可以冷热带地区,但更重要的是对这些地区的生态弧大降水的波动。有几次在过去几数万年热带地区远比今天的干燥时,和也有时间时多所。所有这些变化一定有戏剧性的对仿生学的分布的影响,以及其中的个别物种。
数千年的
图3.1。温度过去900000年的历史显示锯齿模式出现,到7000年,000年前。来源:CDAIC。
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地球的气候不稳定局势开始认真两个半百万年前,,从那时起raybet雷竞技最新,就有增强为更广泛、长期的温度波动。在过去的700.000年,这些大波动的气候往往发生在大约100.000年节律(图3.1)。raybet雷竞技最新
每个钟摆摇摆在温暖气候开始阶段我们现在,持续1raybet雷竞技最新5000年。这些温暖的阶段被称为“间冰期”,和我们一直在卤过去10000年左右被称为
全新世。在过去几个间冰期的我们有一个良好的气候记录,全球气温达到早期峰值,然后慢慢下降。raybet雷竞技最新最终,下降的速度变得更快,常常在突然结束,戏剧性的暴跌世界各地的温度。几千年之后可能会有部分恢复温度,但这将是一个暂时的轻松。几百或几千年内将再度暴跌,往往比前进一步。下降将继续暂停,扭转趋势向前两步,一步直到最终数万年后地球温度到达低点时,称为冰川最大。除了比现在冷得多,这些冰川maxima倾向于在全球范围内干燥得多。所有地球的温度下降的时候,巨大的冰盖将建造在北美和欧洲,直到他们冰川maxima覆盖这两个大陆的北半部,达到几公里厚。
在这冰川最大状态也许10000年后,地球将被突然变暖。人们认为这些变暖阶段经常发生在短短几十年里,提高年度气温5,10年甚至20下intcrglacial C-depending在地理区域开始。冰将开始一个戏剧性的mcltback,但几千年完全消失,bccausc其庞大的体积。
这种气候变化总体模式被称为“锯齿”周期,所谓的,raybet雷竞技最新因为它始于突然温度上升到峰值,随后缓慢下降(图3.1)。人们认为锯齿波周期,加上许多突然发生在温度跳跃,结果从一个复杂的用水晶球占卜的放大因素在地球的气候放大微小的触发改变成更大的东西。raybet雷竞技最新这样的放大因子弧称为“积极的反馈”*(见第5章)。底层控制的时机似乎100000年cyclc一系列动荡造成的地球相对于太阳的立场。这些影响的相对比例阳光撞到地球的北半球夏季比冬季期间,这是最终认为通过一个复杂的各式各样的放大器,控制温度变化有关融化的雪通过植被和冰,还有一些涉及捕获的热量(见章节5和6)。
16.000年前,在最近的冰川最大,我们的地球是一个非常不同的地方。从spacc。大陆的轮廓会被辨认,但奇怪的是陌生的,因为海平面较低和土地扩展了许多公里。现在独立的陆地被平原,现在连在一起淹死在海里。例如,阿拉斯加被加入到西伯利亚低洼地穿过白令海峡,和东南亚的大部分岛屿形成一个单一的土地面积。另一个显著的区别,时间会被巨大的白色冰原冰一样厚山脉覆盖加拿大和北欧。和土地表面,在黑暗地区现在茂密的植被从上面看到的时候,就往往是更轻的黄色,红色和褐色的裸露的土壤。的
当时全球气候寒raybet雷竞技最新冷干旱,和大部分地区自然会现在森林被干燥的植被覆盖,如开放林地、灌丛、草原、沙漠(图3.2、3.3)。的大森林带加拿大、欧洲、西伯利亚和东亚几乎缺席,因为气候太干或太冷茂密的树木覆盖。raybet雷竞技最新在热带地区,热带雨林覆盖非洲中部的大块似乎在很大程度上缺席,和稀树大草原所取代。伟大的亚马逊热带雨林被分散,萎缩到一个更小的核心区域草原包围或擦洗。
尽管世界普遍干燥在上次冰河,少数地区而湿润。例如,美国西南部比现在所密集灌丛植被和深湖现在只有稀疏的地区半沙漠和干盐湖。犹他州盐湖城的盐沼,是一个巨大的湖泊,一部分通过山谷Bonneville-which延伸数百公里。潮湿气候的原因raybet雷竞技最新美国西南部当时是接收rain-bearing风的皮带(与北方的一部分海洋环流)现在到达西雅图和温哥华太平洋;这风带已经转移超过1.000公里往南的存在的巨大冰盖覆盖加拿大和华盛顿州北部。虽然削弱,给雨水比现在文档少了很多,它能够做一个真正dilYcrcncc该地区的生态。
在欧洲的中纬度地区,大约45以上N,植物生长,如今在北极圈现在哪里有温带森林是很常见的。例如,北极的花粉玫瑰。干燥,一般出现在古代的生物有机体欧洲的湖泊从那时起。温度的美国东南部在田纳西州,例如比得上我们目前看到的气候raybet雷竞技最新
□封闭的森林(林冠覆盖> 70%))极端的沙漠植被(< 2%)
□封闭森林林冠覆盖(> 70%)]极端荒漠植被(< 2%)
图3.2。分布的森林和沙漠,今天(a)和(b)(18000年14 c),而最后的冰河时代。资料来源:作者。
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图3.2。分布的森林和沙漠,今天(a)和(b)(18000年14 c),而最后的冰河时代。资料来源:作者。
与加拿大边界(图3.4 *)。在冰川阶段冷却的影响不仅仅是高、中纬度地区,但热带地区。有很多指标,从保存花粉和古冰川限制,热带低地可能是5到6°C冷却器比现在平均。在热带地区,山植被区downslopc移动了约1000因为寒冷的温度(虽然可能通过减少二氧化碳对植物的影响复杂;证券交易委员会第八章)。
*参见颜色部分。
冰川期间,生物群落的差异不仅仅是改变的地方。一些广泛的生物群落今天可能不存在在最后一个冰河时代。一个例子可能是低地热带rainforests:即使只有15000年前,他们显然不会发生在一个真正的现代形式。花粉记录从湖泊中提取表明热带山地树种混合住在一起今天的低地雨林物种。例如,在南美和非洲,针叶树Podocarpas现在通常只发现在山坡在场接近海平面的下降。这使足以使这些森林植被不同不同的生物群落从热带雨林?一些生态学家会说,其他人会说不是,因为生物群落分类总是在某种程度上主观的。
相反,有些生物群落的普遍生活在冰河时代的今天不存在,或者最多只有几乎不存在。这样的一个例子是steppe-tundra“消失”的生物群系。这个开放而干旱的植物类型覆盖最北部的欧亚大陆和北美部分地区在最后一个冰河时代。它结合苔原和草原植物通常不会一起成长如今,加上其他弧如今更典型的海洋海岸。生态学家都不知道是什么导致了这个奇怪的组合战胜这样的广大地区。这是由于当时特殊的气候吗raybet雷竞技最新类型的气候raybet雷竞技最新不再存在吗?或者它可能与低二氧化碳的影响,弯曲植物,物种的生态要求,现在生活在完全独立的环境可以并排生长(见第7章)?一个植被类型而像steppe-tundra实际上还发生在孤立的补丁朝南在西伯利亚东北部山区斜坡上;至少,它结合了草原和一个更有限的子集苔原植物与一些额外的物种,显然并没有发生在冰川草原苔原。什么使植被是短暂而温暖干燥的夏季,极其严酷的冬天。这可能是更广泛的气候在上次冰河。raybet雷竞技最新但是。再一次反映生物群落的滑性质类别,许多生态学家研究冰河时期不接受这个西伯利亚东部草原苔原是相同的生物群系草原苔原,一旦覆盖欧亚大陆北部。
3.3生物群落在遥远的快
在遥远的过去,数百万年前。生物群落分布和类型的生物群落存在更不同。例如,5500万年前世界似乎已经暖和得多,比现在温暖得多。到处都是森林几乎在北部和南部土地甚至极端没有沙漠干草原存在任何地方,显然(至少没有人发现他们的证据)。这一次非常戏剧性,亚热带的温暖手掌和鳄鱼发生在北至斯匹次卑尔根岛,北极圈内。如果苔原发生在任何地方,它一定是局限于顶部的高山。
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图3.3。Biomc分布欧洲、北美目前(a, b)和最后的冰川最大(22000 14.0 (H) MC年前)(c, d)。(d)部分的地图的结果之间的合作作者j·亚当斯,a . Beaudoin o·戴维斯,p, H . Delcourt和p . Richard来源:作者。
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地中海森林
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图3.4。(a . h)温度/的IJSA过去冰川最大和今天相比。raybet雷竞技最新现在的气候与边境地区与加拿大(浅灰色)下来据田纳西州和北卡罗来纳州南部。资料来源:作者,和威廉Hargrove。
进一步在时间,开花植物的崛起之前大约1.2亿年前,不可能有完全相同的“热带雨林”,我们今天交会。取而代之,在潮湿的气候条件下接近赤道,各种针叶树以raybet雷竞技最新及其他gymnospcrms如银杏树木似乎由当时的热带森林。有干燥的气候,但没有草原,因为草还raybet雷竞技最新没有进化。取而代之的,显然是蕨类植物,生长在广泛的savanna-like草地。
3.3.1突然气候变化,以及植被响应raybet雷竞技最新
过去认为所有的气候变化raybet雷竞技最新地质历史中非常缓慢,数千甚至数百万年。与更详细的地质记录的气候指标的理解,我们现在知道,许多过去的气候变化发生raybet雷竞技最新极其迅速。在冰期-间冰期旋回在过去的几百万年中,似乎在中纬度气候通常只用了几十年从near-Arctic转换到温和的条件下,或回来raybet雷竞技最新。例如,在中部和北部高纬度地区,突然发生的全球变暖冷阶段结束时被称为新仙女木11500年前似乎是主要完成在不到一个世纪,与大多数的变化发生在不到50年。一些地质学家的工作在这个时间段显示,大多数的变化实际上发生在5岁以下。同样突然温度和降雨量的变化也可能发生在过去在低纬度地区:例如,在撒哈拉和阿拉伯沙漠根据沉积物的某种解释的数据。
如果气候变化所以突然过去raybet雷竞技最新,生物群落以移动了多长时间?我们可以得到线索植被变化的速度从花粉记录保存在湖和海底沉积物。每个特定物种或属植物中往往有自己的出众的花粉粒。因此,当一个特定类型的树或草本植物进入一个区域可以确定它的到来从观察沉积物中保存的花粉。最好的证据严重偏向于北半球中纬度地区,哪里有高浓度的植物学家,相对丰富的研究经费和条件有利于保存。数据从数以百计的沉积物在北美,欧洲和亚洲东部给出了一个通用的温带和寒带森林生物群落迁移,改变了过去冰川结束后。可能的一些将军教训这些地区也适用于热带地区植被变化后最后的冰川。
看着中纬度的花粉的证据,很清楚的一件事是,新生物群系分布适合气候改变不会在一夜之间迅速到位。raybet雷竞技最新在许多领域似乎突然变暖阶段留下植被的方式,所以花了数百甚至数千年赶上来。例如,前突然变暖事件14500年前(称为冰川末期间冰段),英格兰的气raybet雷竞技最新候比现在要冷得多。夏天太凉爽和干燥的树木生长,所以有一个tree-less苔原植被(除了一些灌木的团birch-Betula-in潮湿的山谷的底部)。突然,变暖事件(图3.6),我们可以看到大量涌入的变化温暖的气候raybet雷竞技最新甲虫物种和浮游生物,以及更直接的化学指标出现在湖泊沉积物的温度。似乎在几乎没有时间,insccts能够生活在开放的草地植被向北蔓延在欧洲南部从他们幸存下来。
气候变暖的蜗牛raybet雷竞技最新,我们可能认为是移动缓慢,出现只有几十晚于昆虫。但是可以生活在这种环境下的树木依然缺席了几百年。raybet雷竞技最新森林还未能到达当最终另一个突然的寒流发生大约12500年前(图3.6),再次使森林气候太冷。raybet雷竞技最新所存在的同时在此之前冷却meadow-like草地植被,包括几个苔原和杂草丛生的草原植物也生长在温暖的夏季。这显然是一个气候非常适合树木,然而这是一个景raybet雷竞技最新观几乎没有任何树木!
卤这个迟延到达森林的原因可能是在变暖,仅存的树的数量在欧洲南部超过一千公里,主要是分散森林抱着下雨的山坡,潮湿的隘谷。他们的罕见出现在寒冷的阶段的花粉记录表明了限制了欧洲许多常见树种数量一定是。
它只是花了很长石灰的这些树人群开始向外分散的冰期避难所,并建立广泛的人群,可以发送种子进一步的路上。东西拖慢树木特别,需要好几年的成熟阶段,他们生产种子,所以每个小“跳”向北往往需要几十年的时间。也许有人会认为,树种与光,风一种子会在欧洲和北美北传播最快。实际上,没有这种迹象出现在迁移速度在花粉记录中记录。一些light-seeded树木扩散较快,其他人要缓慢得多。到底是什么引起的扩散率的差异是不确定。的一些heaviest-seeded树木依靠动物来帮助传播最快也在传播(如榛树,秒以下)。有时候是不确定树数万公里的取得了巨大的进步在一代与一个单一的“幸运”传播事件,比如一只鸟携带一个橡子在意外下降之前很长一段路。
有人建议,史前人类发挥了无意作用分散许多欧洲树木可食用的种子,如山毛榉、榛子和橡树。人们可以聚集坚果,然后迁移很多公里的游戏,不小心删除种子沿途和允许这样突然跳跃范围的树木。一些研究由牛津大学人类学家劳拉拉威尔和他的同事们的亚马逊森林印第安人在当今世界表明,他们经常从热带雨林植物种子有用的树木沿着小径或稀树大草原到森林补丁,确保树木总是手头的产品。如果这种刻意种植发生在过去,它可以辅助传播的树木从最后一个冰河时代后他们的避难所。在温带
(b)橡木花粉
我120 - 40% H & - 20% > 40% Laurentide冰盖
图3.5。迁移率的树木的地图(a)云杉和(b)橡木花粉记录,从过去冰川最大(ka =几千年前)。从戴维斯et al。(1988)。
21.5 ka 17 ka 11.5 ka 7 ka现代(0.5 ka)
(一)云杉花粉
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(一)云杉花粉
(b)橡木花粉
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图3.5。迁移率的树木的地图(a)云杉和(b)橡木花粉记录,从过去冰川最大(ka =几千年前)。从戴维斯et al。(1988)。
和热带环境。树的一个例子可能是传播这种方式在欧洲榛树,这或许可以解释为什么它这么早出现在英格兰东部。
在人类的影响世界植被可能会比我们预期的更加普遍,甚至延长回后生物群落的大规模迁移一个冰河时代。整个大陆可以变成花园,至少在一个非常松散的感觉。
一些地质学家研究后冰川运动树表明,延迟在北欧移民实际上是由当时的气候。raybet雷竞技最新虽然温暖,气候就结束后冰川可能在夏天非常炎raybet雷竞技最新热和干燥树建立的干旱。然而,这似乎并不符合甲虫和其他无脊椎动物化石的证据表明湿润、温暖、温和的气候即使树木缺席。raybet雷竞技最新
额外的因素可能放缓向北迁移的树木在欧洲是一个缺乏的共生菌根真菌的树木需要帮助他们吸收营养物质,特别是在岩石,新殖民地的土壤。经常在矿山尾矿、弧时种植树木少多了如果他们缺乏这些真菌。在随后的景观从这些变暖事件,实际上有一个few-shrubby桦树{桦木属)树一直局限于潮湿的山谷底部在寒冷的阶段。即使在几百年在新的温暖,气候温暖的间冰期,他们坚决拒绝分散在全国各地,和缺乏菌根真菌似乎对于这一现象的一个可能的解释。raybet雷竞技最新
新仙女木事件
冷却
气候变暖主要冰川阶段结束
新仙女木事件
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新冷阶段
冷却
气候变暖主要冰川阶段结束
- - - - - -岁现在之前
图3.6。温度冰川末期的历史。突然变暖主要有以下两个阶段,由一个寒冷的阶段被称为新仙女木。
——岁之前
图3.6。温度冰川末期的历史。突然变暖主要有以下两个阶段,由一个寒冷的阶段被称为新仙女木。
东西是显而易见的从花粉记录过去的气候变暖事件后,每棵树物种迁移的个人方式,不是取决于其他类型的树。在欧洲和北美,不同种类的树木展开的冰期避难所在非常不同的利率,最慢的到达数千年之后最快的。他们也采取了完全不同的路线可能反映机会传播事件,以及源地区的位置都有幸存下来的冰川。一些生态学家也表明不同路线的树木把个人反应物种变化的气候参数的组合,每个specics调整其范围的气候适合它。raybet雷竞技最新
最近大变暖事件后11500年前结束标志着一个寒冷的阶段被称为新仙女木(图3.6),树木逐渐向北传播他们幸存的南欧。他们最终抵达北欧,他们在森林覆盖了整个景观。但是,这是一个重要的机会树specics先到达那里,和最早的移民往往最初增加形成大森林只有一个类型的树。例如,在这个变暖事件榛树Corylus avelana(小紧螺帽座树)最初形成伟大的不间断在英格兰东部森林。最合理的解释是,淡褐色只是第一棵树到达从南方气候的变化。raybet雷竞技最新主导了数百年之后,它开始失去其他树specics到达并开始与它竞争。如今,淡褐色的仍然是一个常见的树在欧洲西北部森林,但总是混在一起,被其他specics的树木。
好处,这是个悬而未决的问题是否一些树木仍然迁移从冰川避难所来填补他们的潜在的范围。当然,一旦森林建立了广泛的地区,这可能会减缓任何新的物种的迁移速度到达,因为大型竞争对手树木主导新到达的地方苗本来可以建立。11500年前最后一次重大气候变暖事件之后,树木迁移肯定似乎北更快传遍西方欧洲大陆以前贫瘠,tree-less比通过北美东部保留在过去冰川覆盖的树木。然而,由于这两个地区的大部分树木停止向北移动几千年前(或甚至小幅回落之后南),人们认为他们有可能达到自己的气候的边界限制。
即使树种抵达特定区域时,它才成为森林的重要组成部分在人口有机会繁殖起来。在英格兰东部最后大变暖后从湖泊花粉记录表明,树的数量每31到158年翻了一倍,这取决于物种。花了几翻倍(从几个世纪几千年)每个大致达到稳定之前“高原”层次的富足。有趣的是,一块罕见的信息热带的树澳洲昆士兰北部的热带雨林的社区:表示非常相似的树的数量翻倍时间气候湿润后的早期Holocenc间冰期。raybet雷竞技最新
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