Energieerhaltung im Tundra-Biom

An Orten, an denen Energie und Ressourcen knapp sind, müssen Organismen Wege finden, um zu konkurrieren oder Energie zu sparen, um zu überleben. Energie in einem Ökosystem existiert in verschiedenen Formen, einschließlich Wärme und Lichtenergie von der Sonne; chemische Energie in Molekülen, wie Zucker, Fette, Proteine ​​und Kohlenhydrate; Wärme, die von Organismen während des Stoffwechsels abgegeben und an die Umwelt abgegeben wird; und kinetische oder Bewegungsenergie. Die Energieeinsparung in einem Ökosystem kann eine Vielzahl von Strategien seitens der Organismen beinhalten, einschließlich Minimierung des Wärmeverlusts, Speicherung chemischer Energie, Maximierung der Sammlung von Sonnenenergie und Einschränkung Bewegung.

Die arktische Tundra liegt in Regionen südlich des Nordpols und nördlich der Taiga oder der borealen Wälder, meist zwischen den Breitengraden 55 und 70 Grad Nord. Einige tundraähnliche Orte gibt es auch in der Nähe der Antarktis, obwohl sie immer schnee- oder eisbedeckt sind und keine echte Tundra. Aufgrund der Neigung der Erde steht die Sonne tief am Horizont und ihre Strahlen müssen mehr Atmosphäre durchqueren, bevor sie die Tundra erreichen, wodurch die gesamte Sonnenenergie reduziert wird. Die Sommer in der arktischen Tundra sind kurz – nur 50 bis 60 Tage – aber um die Sonnenwende scheint die Sonne 24 Stunden oder fast 24 Stunden am Tag. Zu dieser Zeit kann die Tundra so viel Sonnenenergie erhalten wie einige tropische Gebiete. Der Winter zieht sich jedoch lang und dunkel hin, und Tage vergehen, an denen es fast keine Sonne gibt oder die Sonne für ein paar Stunden knapp über dem Horizont aufgeht.

Aufgrund der geringen Sonneneinstrahlung und Geographie ist die Tundra im Winter extrem kalt (durchschnittlich -30 ° F) und im Sommer relativ kühl (37 bis 54 ° F). Die Niederschläge sind gering – nur 4 bis 10 Zoll pro Jahr – und fallen normalerweise als Schnee oder Eis. Eine dauerhaft gefrorene Unterschicht des Bodens namens Permafrost macht die Entwässerung schlecht und die kalten Temperaturen verlangsamen sich Verdunstung und Zersetzung, so dass ein Großteil der verfügbaren Energie und Nährstoffe in der Tundra in totem organischem Material vorhanden ist Angelegenheit. Während des Tauwetters im Sommer entstehen Moore und eine Fülle von blühenden Pflanzen, Insektenschwärmen und Millionen von Vögeln nutzen die flüchtige Wärme, um sich mit Nahrung einzudecken. Bevor der Winter zurückkehrt, ziehen einige Vögel und Säugetiere nach Süden, andere bleiben jedoch, um die Dunkelheit und die eisigen Temperaturen zu ertragen.

Tundrapflanzen und andere Vegetation besitzen eine Reihe von Anpassungen an Kälte, Wind und geringe Sonnenenergie. Sie neigen dazu, klein zu sein und niedrig zu werden, um Wärme aus dem Boden zu bekommen, wie Flechten und Moose; sie haben eine dunkle Farbe – manchmal rot – um das Sonnenlicht besser zu absorbieren; sie konzentrieren einen Großteil ihrer Biomasse und Nahrungsspeicherung in Wurzeln unter der Erde, wo es wärmer ist; sie können bei niedrigen Temperaturen und schwachem Licht Photosynthese betreiben oder die Energie der Sonne nutzen; einige, einschließlich der arktischen Weide, haben mit "Haar" bedeckte Blätter, um die Hitze einzufangen; und sie können in Büscheln oder Matten wachsen, um sich vor Wind und Kälte zu schützen, wie zum Beispiel der Büschelsteinbrech. Die meisten Tundrapflanzen sind mehrjährige statt einjährige Pflanzen und behalten ihre Blätter über den Winter, um Energie zu sparen; und einige haben tellerförmige Blüten, die dem Lauf der Sonne folgen und die Sonnenenergie konzentrieren. Tundra-Pflanzen beschleunigen auch den Reproduktionsprozess, indem sie Knospen oder sich teilen, anstatt sich sexuell zu vermehren, was eine zeit- und energieaufwendigere Samenproduktion erfordern würde. Darüber hinaus trägt Tundraschnee dazu bei, Pflanzen vor Kälte und Wind zu isolieren.

Viele Tundratiere speichern Wärmeenergie durch ihre Körperform. Lemminge und Bären zum Beispiel sind kurz und stämmig mit kurzen Schwänzen, Ohren und Gliedmaßen; ein niedriges Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bedeutet, dass weniger Wärme aus dem Körper entweicht. Tundra-Säugetiere und einige Vögel haben auch dickes Fell oder Federn, mehrere Fellschichten, wasserdichte Mäntel oder Federn und/oder Federn oder Fell an den Unterseiten ihrer Füße, um sich warm zu halten. Der Polarfuchs wickelt seinen buschigen Schwanz beim Schlafen wie eine Decke um sich, und Grizzly und Eisbären haben ein dicke Fett- oder Fettschicht unter der Haut, die sie hart arbeiten, indem sie sich während der kurzen Zeit auffressen Sommer. Viele Tiere der Tundra haben eine dunkle Farbe, um die Sonnenenergie zu absorbieren, obwohl einige im Winter weiß werden, um Raubtieren besser auszuweichen. Interessanterweise sind Fell und Haut von Eisbären nicht wirklich weiß. Das Fell – das hohl ist und gut isoliert – ist klar und reflektiert weißes Licht, lässt aber das meiste Sonnenlicht durch, das von der schwarzen Haut absorbiert wird. Im Winter sparen Grizzlybären und arktische Erdhörnchen Energie, indem sie bis zu sechs bis acht Monate in Höhlen ruhen, Karibus senken ihre Stoffwechsel, Moschusochsen schränken ihre Aktivität ein und Mücken ersetzen die Flüssigkeiten in ihrem Körper durch ein natürliches Frostschutzmittel namens Glycerin, um es zu verhindern Einfrieren.