Прерии — это экосистемы, которые экологи считают частью умеренного биома лугов, саванн и кустарников , основываясь на схожем умеренном климате, умеренном количестве осадков и составе трав, трав и кустарников, а не деревьев, как доминирующего типа растительности . Умеренные луговые регионы включают пампасы Аргентины , Бразилии и Уругвая , а также степи Украины , России и Казахстана . Земли, которые обычно называют «прериями», как правило, находятся в Северной Америке . Термин охватывает нижние и средние широты области, называемой Внутренними равнинами Канады , Соединенных Штатов и Мексики . Он включает все Великие равнины , а также более влажные, холмистые земли на востоке. С запада на восток, как правило, более сухие пространства короткотравных прерий сменяются смешанными травяными прериями и, в конечном счете , более плодородными почвами высокотравных прерий .
В США эта область состоит из большинства или всех штатов, с севера на юг, Северной Дакоты , Южной Дакоты , Небраски , Канзаса и Оклахомы , а также значительных частей штатов Монтана , Вайоминг , Колорадо , Нью-Мексико , Техас на западе и на востоке, Миннесоты , Висконсина , Айовы , Миссури , Иллинойса и Индианы . Палауз Вашингтона и Центральная долина Калифорнии также являются прериями. Канадские прерии занимают обширные площади Манитобы , Саскачевана и Альберты . Прерии могут содержать разнообразную пышную флору и фауну , часто содержат богатую почву , поддерживаемую биоразнообразием , с умеренным климатом и разнообразным видом. [1] [2] [ 3]
По словам Теодора Рузвельта :
Мы приняли в наш язык слово «прерия» , потому что когда наши жители лесной глуши впервые достигли этой земли [на Среднем Западе ] и увидели огромные естественные луга с высокой травой — зрелище, незнакомое мрачным лесам, где они всегда жили, — они не знали, как их назвать, и позаимствовали термин, уже использовавшийся французскими жителями. [4]
Prairie ( произносится [pʁɛʁi] ) — французское слово, означающее «луг», образованное в конечном итоге от латинского корня pratum (то же значение). [5]
Формирование североамериканских прерий началось с поднятия Скалистых гор около Альберты . Горы создали дождевую тень , что привело к снижению количества осадков по ветру. [6]
Материнский материал большинства прерийных почв был распространен во время последнего ледникового наступления , которое началось около 110 000 лет назад. Ледники, расширяющиеся на юг, соскребали ландшафт, подбирая геологический материал и выравнивая рельеф. Когда ледники отступали около 10 000 лет назад, они откладывали этот материал в форме тилла . Ветровые лессовые отложения также образуют важный материнский материал для прерийных почв. [7]
Высокотравные прерии развивались в течение десятков тысяч лет под воздействием выпаса скота и пожаров. Местные копытные, такие как бизоны , лоси и белохвостые олени , бродили по обширным, разнообразным лугам до европейской колонизации Америки . [8] В течение 10 000–20 000 лет местные жители ежегодно использовали огонь в качестве инструмента для охоты, транспортировки и обеспечения безопасности. [9] Доказательства источников возгорания огня в высокотравных прериях в подавляющем большинстве являются людьми, а не молниями. [10] Люди и пасущиеся животные были активными участниками процесса формирования прерий и установления разнообразия видов злаков и разнотравья . Огонь влияет на прерии, удаляя деревья , очищая мертвые растительные остатки и изменяя доступность определенных питательных веществ в почве из произведенной золы. Пожар убивает сосудистую ткань деревьев, но не виды прерий, так как до 75% (в зависимости от вида) общей биомассы растений находится под поверхностью почвы и будет расти заново из своих глубоких (более 20 футов [11] ) корней . Без вмешательства деревья будут вторгаться на луга и отбрасывать тень, которая подавляет подлесок . Прерийные и широко расставленные дубы эволюционировали, чтобы сосуществовать в экосистеме дубовой саванны . [12]
Экосистемы прерий в Соединенных Штатах и Канаде делятся на самые восточные высокотравные прерии , самые западные короткотравные прерии и центральные смешаннотравные прерии. Высокотравные прерии получают более 30 дюймов осадков в год, тогда как низкотравные прерии гораздо более засушливые, получая всего 12 дюймов или около того, а смешаннотравные прерии получают промежуточные осадки. [13] [14] Влажные, мезические и сухие экосистемы прерий также могут формироваться более локально из-за характеристик почвы и рельефа. Влажные прерии могут формироваться в низинных районах с плохим дренажем; сухие прерии можно найти на возвышенностях или склонах. Сухие прерии являются доминирующим типом среды обитания в южноканадском сельскохозяйственном и климатическом регионе, который известен как треугольник Паллисера . Когда-то он считался совершенно непригодным для пахоты, но теперь является одним из важнейших сельскохозяйственных регионов Канады благодаря достижениям в области ирригационных технологий. [15]
Доминирующая растительная жизнь в прериях состоит из трав , которые могут включать от 40 до 60 различных видов трав. В дополнение к травам, прерии могут включать более 300 видов цветковых растений. [16] Прерия Конза Толлграсс в Канзасе содержит 250 видов местных растений и является средой обитания для 208 птиц, 27 млекопитающих, 25 рептилий и более 3000 насекомых. [17]
Некоторые из доминирующих трав прерий — это индийская трава , люцерна , овсянка канадская , и просо прутьевидное . [18]
Прерии считаются экосистемами, зависящими от огня . Регулярное контролируемое выжигание коренными американцами, практика, разработанная путем наблюдения за неантропогенным огнем и его последствиями, поддерживала биоразнообразие прерий, расчищая мертвую растительность и не давая деревьям затенять разнообразные травы и травянистые растения. Прерии также зависят от присутствия крупных травоядных животных, особенно бизонов . [19]
Бизоны важны для экосистемы прерий, потому что они формируют и изменяют окружающую среду, выпасая скот, вытаптывая земли копытами, валяясь и оставляя навоз. [20] Бизоны едят больше травы, чем цветковых растений, увеличивая разнообразие растений в прериях. [21] Считается, что крупный рогатый скот предпочитает есть цветковые растения, а не травы, но неизвестно, связано ли это с врожденными различиями в видах или с тем, что крупный рогатый скот, как правило, содержится на меньших территориях. [22] Навоз бизонов является жизненно важным источником питательных веществ для почвы прерий, распространяет семена и поддерживает более 1000 видов насекомых, включая специализированных навозных жуков , которые не могут существовать на фекалиях других животных. [23]
Несмотря на длительные повторяющиеся засухи и редкие проливные дожди , луга Великих равнин не подвергались большой эрозии почвы . Корневые системы местных прерийных трав прочно удерживали почву на месте, предотвращая сток почвы. Когда растение погибало, грибы и бактерии возвращали его питательные вещества в почву. Эти глубокие корни также помогали местным прерийным растениям достигать воды даже в самых засушливых условиях. Местные травы страдают от засухи гораздо меньше, чем многие сельскохозяйственные культуры, выращиваемые в настоящее время. [24] [25] Когда восточные высокотравные прерии были распаханы и превращены в сельскохозяйственные угодья, прерийные травы с их мощной корневой системой были уничтожены. В сочетании с сильными засухами, которые привели к Пыльной буре , крупной экологической катастрофе, в которой ветры подхватили сухую, незащищенную почву прерий и превратили ее в «черные метели» из переносимой по воздуху грязи, которые затемняли небо на несколько дней в 19 штатах и заставили 400 000 человек покинуть экорегион Великих равнин . Пыльная буря стала основной причиной Великой депрессии . [26] [27]
Кочевая охота была основным занятием человека в прериях для большинства археологических записей. Это когда-то включало многие ныне вымершие виды мегафауны .
После других вымираний, главным объектом охоты в прериях был равнинный бизон . Используя громкие звуки и размахивая большими сигналами, коренные народы загоняли бизонов в огороженные загоны, называемые загонами для бизонов , чтобы убивать их луками и стрелами или копьями, или сбрасывали их со скалы (так называемый прыжок бизона ), чтобы убить или ранить бизонов в массовом порядке . Введение лошади и ружья значительно расширило убойную силу равнинных индейцев. За этим последовала политика беспорядочного убийства европейскими американцами и канадцами как по коммерческим причинам, так и для ослабления независимости равнинных индейцев, и вызвало резкое падение численности бизонов с миллионов до нескольких сотен за столетие, и почти привело к их вымиранию.
Очень плотная почва досаждала первым европейским поселенцам, которые использовали деревянные плуги , которые больше подходили для рыхлой лесной почвы. В прериях плуги подпрыгивали, и почва налипала на них. Эта проблема была решена в 1837 году кузнецом из Иллинойса по имени Джон Дир, который разработал стальной отвальный плуг, который был прочнее и подрезал корни, делая плодородные почвы готовыми для земледелия. Бывшие луга теперь являются одними из самых продуктивных сельскохозяйственных земель на Земле. [28]
Высокотравные прерии были преобразованы в одну из наиболее интенсивно выращиваемых сельскохозяйственных культур областей в Северной Америке. [29] Осталось менее одной десятой процента (<0,09%) первоначального земельного покрова биома высокотравных прерий. [30] Большая часть того, что сохранилось, находится в кладбищенских прериях , полосах отвода железных дорог или каменистых/песчаных/холмистых местах, непригодных для сельского хозяйства. [31] Штаты, ранее имевшие земельный покров в естественных высокотравных прериях, включая Айову, Иллинойс, Миннесоту, Висконсин, Небраску и Миссури, стали цениться за свои высокопродуктивные почвы и включены в кукурузный пояс . В качестве примера такой интенсивности землепользования, Иллинойс и Айова занимают 49-е и 50-е места из 50 штатов США по общему количеству оставшихся необрабатываемых земель. [29]
Более сухие прерии с короткой травой когда-то использовались в основном для открытого выпаса скота. С развитием колючей проволоки в 1870-х годах и улучшением методов орошения этот регион в основном был преобразован в пахотные земли и небольшие огороженные пастбища. На юге Канады Треугольник Паллисера превратился в один из важнейших источников пшеницы в мире в результате усовершенствованных методов полива пшеничных полей (наряду с остальными южными прерийными провинциями, где также выращивают пшеницу, рапс и многие другие зерновые). Несмотря на эти достижения в области сельскохозяйственных технологий, этот район по-прежнему очень подвержен длительным периодам засухи, которые могут иметь катастрофические последствия для отрасли, если они значительно затянутся. [15]
Исследования Дэвида Тилмана , эколога из Университета Миннесоты , показывают, что « Биотопливо , произведенное из высокоразнообразных смесей растений прерий, может уменьшить глобальное потепление за счет удаления углекислого газа из атмосферы. Даже при выращивании на неплодородных почвах оно может обеспечить значительную часть мировых потребностей в энергии и оставить плодородные земли для производства продовольствия». [32] В отличие от кукурузы и сои, которые являются как напрямую, так и косвенно основными продовольственными культурами, включая корм для скота, травы прерий не используются для потребления человеком. Травы прерий можно выращивать на неплодородной почве, что исключает затраты на добавление питательных веществ в почву. Тилман и его коллеги подсчитали, что биотопливо из трав прерий даст на 51 процент больше энергии с акра, чем этанол из кукурузы, выращенной на плодородной земле. [32] Некоторые обычно используемые растения: люпин, большой синий стебель (индюшачья лапка), пылающая звезда, просо и прерийный клевер .
Поскольку богатый и толстый верхний слой почвы сделал землю хорошо пригодной для сельскохозяйственного использования, сегодня в США осталось только 1% высокотравных прерий. [33] Короткотравные прерии встречаются чаще.
К значимым охраняемым территориям прерий относятся:
Virgin prairie относится к прерийным землям, которые никогда не пахались. Небольшие девственные прерии существуют в американских штатах Среднего Запада и в Канаде. Restored prairie относится к прериям, которые были повторно засеяны после вспашки или другого вмешательства.
Сад прерий — это сад, состоящий в основном из растений прерий.
Первоначально безлесные прерии верхнего бассейна Миссисипи начинались в Индиане и простирались на запад и северо-запад, пока не слились с более сухим регионом, известным как Великие равнины . Расширение на восток той же области, изначально покрытой деревьями, простиралось до центрального Огайо . Таким образом, прерии в основном лежат между реками Огайо и Миссури на юге и Великими озерами на севере. Прерии являются вкладом ледникового периода. Они состоят из ледникового наноса, отложенного несогласно на подстилающей поверхности скалы умеренного или мелкого рельефа. Здесь породы являются продолжением тех же стратифицированных палеозойских образований, которые уже были описаны как встречающиеся в районе Аппалачей и вокруг Великих озер . Они обычно представляют собой тонкотекстурные известняки и сланцы, залегающие горизонтально. Умеренный или мелкий рельеф, который им придала зрелая доледниковая эрозия, теперь погребен под наносом.
.jpg/1280px-Fossil_Lake_(32450598614).jpg)
Самая значительная область прерий, от Индианы до Северной Дакоты , состоит из равнин тилл, то есть слоев неслоистого дрейфа. Равнины имеют толщину 30, 50 или даже 100 футов (до 30 м), покрывая лежащую под ними поверхность скалы на протяжении тысяч квадратных миль, за исключением тех мест, где постледниковая речная эрозия локально обнажила ее. Равнины имеют необычайно ровную поверхность. Тилл, предположительно, частично образован доледниковыми почвами, но в основном он состоит из каменных отходов, механически перемещенных ползучими ледниковыми щитами. Хотя кристаллические породы из Канады и некоторые из более устойчивых слоистых пород к югу от Великих озер встречаются в виде валунов и камней, большая часть тилла была раздроблена и измельчена до глинистой текстуры. Тилловые равнины, хотя и охватывают широкие валы медленно меняющейся высоты, часто кажутся ровными для глаза с видом, простирающимся до горизонта. Тут и там встречаются слабые понижения, занятые болотистыми топями или покрытые богатой черной почвой послеледникового происхождения. Таким образом, в результате подледниковой акградации прерии были выровнены до гладкой поверхности, в отличие от более высокой и не покрытой льдом холмистой местности к югу.
Большие ледниковые щиты образовали конечные морены вокруг своей границы на разных стадиях. Однако, моренные пояса имеют небольшой рельеф по сравнению с большой площадью льда. Они плавно поднимаются от равнин тилла до 50, 100 или более футов. Они могут быть шириной в одну, две или три мили (5 км), а их холмистая поверхность, усеянная валунами, содержит множество небольших озер в бассейнах или впадинах, вместо ручьев в долинах. Моренные пояса расположены группами концентрических петель, выпуклых к югу, потому что ледяные щиты продвигались лопастями вдоль низменностей Великих озер . Соседние моренные петли соединяются друг с другом в ре-энтрантах (выступы, направленные на север), где две смежные ледниковые доли сходились и образовывали свои морены в наибольшем объеме. Морены имеют слишком мелкий рельеф, чтобы быть показанными на каких-либо картах, кроме карт самого крупного масштаба. Несмотря на свои небольшие размеры, они являются главной частью рельефа прерийных штатов и, в сочетании с почти незаметными склонами равнин, определяют русло многих ручьев и рек, которые в целом обусловлены формой поверхности ледниковых отложений.
Сложность ледникового периода и его подразделение на несколько ледниковых эпох, разделенных межледниковыми эпохами значительной продолжительности (конечно, более продолжительными, чем постледниковая эпоха), имеет структурное последствие в наложении последовательных тиловых пластов, чередующихся с неледниковыми отложениями. Это также имеет физиографическое последствие в очень разном количестве нормальной постледниковой эрозии, которой подвергаются различные части ледниковых отложений. Самые южные дрейфовые пласты, как в южной Айове и северном Миссури , утратили свою изначально ровную поверхность и теперь зрело расчленены на изящные волнистые формы. Здесь долины даже небольших ручьев хорошо открыты и ступенчатые, а болота и озера редки. Эти пласты имеют раннеплейстоценовое происхождение . Ближе к Великим озерам тиловые пласты прорезаны только узкими долинами крупных ручьев. Болотистые топи все еще занимают слабые углубления в равнинах тилла, а связанные с ними морены имеют множество небольших озер в своих неосушенных ложбинах. Эти дрейфовые слои имеют позднеплейстоценовое происхождение.
Когда ледниковые щиты распространились на земли, наклоненные на юг к рекам Огайо , Миссисипи и Миссури , потоки, нагруженные наносами, свободно текли от границы льда. Когда потоки выходили из своих подледниковых русел, они распространялись в более широкие русла и откладывали часть своего груза, и таким образом намывали свои русла. Местные пласты или шлейфы гравия и песка более или менее обильно распространены вдоль внешней стороны моренных поясов. Длинные шлейфы гравия и песка засоряют долины, ведущие на юг от ледниковой к не ледниковой области. Позже, когда лед отступил еще дальше, и ненагруженные потоки вернулись к своей прежней деградирующей привычке, они более или менее полностью размыли отложения долины, остатки которых теперь видны на террасах по обе стороны нынешних пойм.
Когда лед последней ледниковой эпохи отступил так далеко, что его передняя граница лежала на северном склоне, принадлежащем к водосборной площади Великих озер, водоемы скапливались перед краем льда, образуя ледниково-окраинные озера. Сначала озера были небольшими, и каждое имело свой собственный сток в самой низкой впадине суши на юге. По мере того, как лед таял дальше, соседние озера стали сливаться на уровне самого низкого стока группы. Вытекающие потоки росли в той же пропорции и размывали широкий канал по высоте суши и далеко вниз по течению, в то время как воды озера образовывали песчаные рифы или вырезали береговые скалы вдоль своего края и откладывали слои глины на их дне. Все эти особенности легко узнать в прерийном регионе. Нынешнее местоположение Чикаго было определено индейским волоком или переносом через низкий водораздел между озером Мичиган и верховьями реки Иллинойс . Этот водораздел лежит на дне бывшего выходного канала ледникового озера Мичиган. Соответствующие стоки известны для озер Эри , Гурон и Верхнее . Очень большой слой воды, названный озером Агассис , когда-то покрывал широкую равнину на севере Миннесоты и Северной Дакоты. Сток этого ледникового озера, называемый рекой Уоррен, размыл большой канал, в котором сегодня видна река Миннесота . Река Ред-Ривер на Севере течет на север через равнину, ранее покрытую озером Агассис.
Определенные необычные особенности были получены, когда отступление ледяного покрова продвинулось настолько далеко, что открыло восточный сток для пограничных озер. Этот сток произошел вдоль впадины между северным склоном Аппалачского плато в западно-центральной части Нью-Йорка и южным склоном тающего ледяного покрова. Когда этот восточный сток стал ниже юго-западного стока через высоту земли к реке Огайо или Миссисипи, сток пограничных озер изменился с системы Миссисипи на систему Гудзона . Многие четко определенные каналы, пересекающие северные склоны плато в районе Сиракуз, штат Нью-Йорк , отмечают временные пути реки стока, окаймленной льдом. Последовательные каналы находятся на все более низких уровнях на склоне плато, указывая на последовательные пути, пройденные стоком озера, по мере того как лед все дальше и дальше таял. В некоторых каналах глубокие ущелья были промыты, направляясь во временные водопады, которые превосходили Ниагарский по высоте, но не по ширине. Бассейны, вырытые падающими водами в верхней части ущелий, теперь заняты небольшими озерами. Самый значительный этап в этой серии изменений произошел, когда воды ледниково-окраинного озера были понижены, так что длинный уступ ниагарского известняка обнажился на западе Нью-Йорка. Ранее сливающиеся воды затем разделились на два озера. Верхнее, озеро Эри , снабжало вытекающую реку Ниагару , которая изливала свои воды вниз по уступу в нижнее, озеро Онтарио . Это дало начало Ниагарскому водопаду . Сток озера Онтарио некоторое время проходил по долине Мохок к реке Гудзон. На большей высоте оно было известно как озеро Ирокез . Когда лед растаял с северо-восточной оконечности озера, он опустился до более низкого уровня и стекал через район Святого Лаврентия, создавая более низкий базовый уровень для реки Ниагара и увеличивая ее эрозионную способность.
В некоторых районах подледниковый тилль не был распространен на гладкой равнине, а накапливался в эллиптических холмах, высотой 100–200 футов и длиной от 0,5 до 1 мили (от 0,80 до 1,61 км) с осями, параллельными направлению движения льда, как указано полосами на подстилающем скальном полу. Эти холмы известны под ирландским названием друмлины , используемым для подобных холмов на северо-западе Ирландии . Самые замечательные группы друмлинов встречаются в западном Нью-Йорке , где их число оценивается более чем в 6000, и в южном Висконсине, где оно составляет 5000. Они полностью доминируют над топографией своих районов.
Любопытное отложение неощутимо тонкого и неслоистого ила, известного под немецким названием бесс (или лесс ), залегает на старых дрейфовых листах вблизи крупных речных русел верхнего бассейна Миссисипи. Он достигает толщины 20 футов (6,1 м) или более вблизи рек и постепенно исчезает на расстоянии десяти или более миль (16 или более км) по обе стороны. Он содержит наземные ракушки и, следовательно, не может быть отнесен к морскому или озерному затоплению. Лучшим объяснением является то, что во время определенных фаз ледникового периода он переносился в виде пыли ветрами с пойм намытых рек и медленно откладывался на соседних покрытых травой равнинах. Ледниковое и эоловое происхождение этого осадка подтверждается угловатостью его зерен (его насыпь будет стоять без оползня в течение многих лет), тогда как, если бы он был значительно перенесен водой, зерна были бы округлыми и отполированными. Лёсс является материнской породой для чрезвычайно плодородной, но засушливой почвы.
Юго-западный Висконсин и части соседних штатов Иллинойс, Айова и Миннесота известны как зона бездрейфового движения , потому что, хотя и граничит с дрейфовыми покровами и моренами, она свободна от ледниковых отложений. Следовательно, она должна была быть своего рода оазисом, когда ледяные покровы с севера продвинулись мимо нее на восток и запад и соединились вокруг ее южной границы. Причина этого освобождения от оледенения обратна причине выпуклости моренных петель на юг. В то время как они отмечают пути наибольшего продвижения ледника вдоль низинных впадин (озёрных бассейнов), зона бездрейфового движения является районом, защищённым от вторжения льда из-за препятствия, которое представляли для продвижения ледника возвышенности северного Висконсина и Мичигана (часть Верхней возвышенности).
Течение верхней части реки Миссисипи в значительной степени обусловлено ледниковыми отложениями. Ее истоки находятся в моренных озерах на севере Миннесоты. Наносные отложения в этом районе настолько тяжелы, что современные водоразделы между водосборными бассейнами Гудзонова залива , озера Верхнего и Мексиканского залива , очевидно, не имеют четкой связи с доледниковыми водоразделами. Течение Миссисипи через Миннесоту в значительной степени определяется формой покрова наносов. Несколько порогов и водопады Сент-Энтони (определяющие местоположение Миннеаполиса ) являются признаками незрелости, возникшей в результате наложения наносов на подкаменные породы. Дальше на юг, до устья реки Огайо, Миссисипи следует по долине со скалистыми стенами глубиной от 300 до 400 футов (от 91 до 122 м) с поймой шириной от 2 до 4 миль (от 3,2 до 6,4 км). Эта долина, по-видимому, представляет собой путь расширенной раннеледниковой Миссисипи, когда большая часть осадков, которые сегодня сбрасываются в Гудзонов залив и залив Святого Лаврентия, была доставлена в Мексиканский залив, поскольку изгибы нынешней реки имеют заметно меньшие радиусы , чем изгибы долины. Озеро Пепин (30 миль [48 км] ниже Сент-Пола ), живописное расширение реки через ее пойму, обусловлено намывом дна долины, где река Чиппева , приходящая с северо-востока, принесла перегрузку флювиогляциального дрейфа. Следовательно, даже отец вод, как и многие другие реки в северных штатах, обязан многими своими особенностями более или менее непосредственно ледниковому воздействию.
Плодородие прерий является естественным следствием их происхождения. Во время механического перемещения тилла не было растительности, которая могла бы удалить минералы, необходимые для роста растений, как это происходит в почвах обычно выветренных и расчлененных пенепленов. Почва похожа на предгорья Аппалачей, которые, хотя и не истощены первобытным лесным покровом, ни в коем случае не столь богаты, как пласты тилла прерий. Более того, независимо от каменистого основания, почва тилла была усреднена тщательным механическим смешиванием измельченных камней. Таким образом, прерии непрерывно плодородны на протяжении десятков миль вместе. Настоящие прерии когда-то были покрыты обильным ростом естественной травы и однолетних цветущих растений, но сегодня они покрыты фермами.
