אותו אקלים, אותו מראה
טוסו מעל האמזונס, מעל קונגו ומעל בורנאו ותראו את אותו הדבר: גג סגור של עצים גבוהים וירוקי־עד, קומה מעל קומה, שמטפסים משתלשלים מהם. טוסו מעל דרום־מערב ארצות הברית ומעל מדבר קלהרי ותראו את ההפך: קרקע חשופה וצמחים קוצניים שאוגרים מים, רחוקים זה מזה. הצמחים בכל זוג מקומות כאלה לרוב אינם קרובים זה לזה, אבל הם נראים דומים, כי הם פותרים את אותן בעיות.
אזור כזה, שמזהים אותו לפי צורת הצמחים שבו, הוא ביומה. ביולוגים מונים בדרך כלל כתריסר ביומות ביבשה; הסצנה מראה שבע מהגדולות שבהן: טונדרה, טייגה, יער ממוזג, ערבה, מדבר, סוואנה ויער גשם טרופי. ביומות נקראות על שם הצמחים שלהן, כי צמחים לא יכולים לברוח ממזג אוויר גרוע. הם נשארים במקומם וחיים עם האקלים, ולכן הם התיעוד הברור ביותר שלו, והחיות תלויות בהם למזון ולמחסה.
בית גידול הוא דבר קטן ומסוים יותר: המקום שבו חי סוג אחד של יצורים ומוצא את מה שהוא צריך. גזע עץ נרקב, גדת נחל וצמרות העצים הם שלושה בתי גידול באותו יער. נקר וטחבית חולקים ביומה, לא בית גידול.
נסו: לחצו על טרופי, ואז הזיזו את משקעים בשנה מ־150 mm, דרך 500 mm, אל 3,000 mm. המדבר הופך לסוואנה ואחר כך ליער גשם, באותה טמפרטורה.
שני מספרים מגיעים רחוק
בשנות ה־70 של המאה ה־20 שרטט האקולוג רוברט ויטאקר את הביומות של העולם מול שני מספרים בלבד: הטמפרטורה השנתית הממוצעת של מקום וכמות המשקעים השנתית שלו. הביומות נפלו לאזורים מסודרים. התרשים שליד הסצנה הוא תרשים מהסוג הזה, משורטט מהמודל של הסצנה עצמה, והאקלים שבחרתם הוא הנקודה הכחולה.
כבר צורת התרשים מספרת סיפור. בקצה הקר הגשם כמעט לא משנה: מתחת לממוצע של כ־−9 °C האדמה היא טונדרה, יבשה או רטובה. בקצה החם הגשם ממיין הכול, ממדבר דרך סוואנה ועד יער גשם. והשוליים היבשים של התרשים אינם ישרים: ככל שמקום חם יותר, הוא צריך יותר גשם לפני שיער יכול לגדול בו. כדי להבין למה, צריך לשקול את הגשם מול משהו.
הגשם מול הצמא
הגשם הוא רק חצי ממאזן המים של מקום. החצי השני הוא כמה מים האוויר לוקח בחזרה. אוויר חם יכול להכיל הרבה יותר אדי מים מאוויר קר, בערך פי שניים על כל 10 °C, ולכן במקום חם המים מתאדים מהקרקע ומהעלים (בדיות) מהר הרבה יותר. אקולוגים מודדים את הצמא הזה כאידוי־דיות פוטנציאלי: המים שקרקע רטובה ומכוסה צמחים הייתה מוותרת עליהם בשנה, אילו לא חסרו לה מים אף פעם. הסצנה משתמשת בנוסחה קלאסית לחישוב שלו, שפיתח הקלימטולוג צ’. ו. ת’ורנת’וויט ב־1948, והיא צריכה רק את הטמפרטורות החודשיות.
במודל, מקום עם ממוצע של −2 °C יכול לאבד כ־320 mm בשנה; ב־12 °C כ־620 mm; וב־26 °C כמעט 1,500 mm. מה שחשוב לצמחים הוא היחס בין הגשם לצמא הזה:
יחס הלחות = גשם ÷ אידוי־דיות פוטנציאלי
כשהיחס קטן מכ־0.3, האוויר יכול לקחת יותר משלושה מונים מכמות הגשם, והאדמה היא מדבר. הצמחים שם מרוחקים זה מזה, וכל אחד תופס את המים של שטח קרקע רחב; רבים אוגרים מים, כמו הקקטוס סגוארו, או משירים את העלים ומחכים. בין כ־0.3 לכ־0.85 יש די מים לעשב אבל לא ליער סגור: ערבה במקומות קרירים יותר וסוואנה באזורים הטרופיים, שבהם הרף ליער סגור גבוה יותר, כ־1.25, כי העצים שם גדלים כל השנה. מעל זה עצים יכולים להשקות את העלים שלהם ולהצל על העשב.
נסו: קבעו את משקעים בשנה על 500 mm, ואז לחצו בזה אחר זה על בוריאלי, ממוזג וטרופי. אותו גשם נותן יער מחטניים, ערבה וסוואנה יבשה, כי ככל שהאוויר חם יותר, הוא לוקח בחזרה חלק גדול יותר מהגשם.
הפסים שמתחת לתרשים מראים את שני צידי המאזן: הגשם בכחול והצמא של האוויר בכתום.
חום: העונה שעצים צריכים
לקצה הקר של התרשים יש גבול אחר. עצים צריכים עונת גידול חמה מספיק וארוכה מספיק כדי לבנות עצה ועלים חדשים. מדידות של גבולות עצים בכל העולם מצביעות על אותו סף: כשממוצע עונת הגידול נמוך מכ־6.4 °C, או שהיא נמשכת פחות מכשלושה חודשים, עצים לא יכולים לגדול. המודל משתמש בכלל הזה. מעבר לו נמצאת הטונדרה: טחבים, חזזיות, גומאים ושיחים ננסיים שצמודים לקרקע, שם האוויר חם בכמה מעלות ושלג החורף מכסה אותם. מתחת לפני השטח הקרקע נשארת קפואה כל השנה, הפרמפרוסט (קרקע קפואת־עד) שנראה בצד החתוך של המשבצת.
במקום שבו הקיץ ארוך מספיק לעצים אבל קצר, המחטניים מנצחים. אשוחית שומרת על המחטים שלה בחורף, ולכן היא יכולה להתחיל לייצר מזון ברגע שהאביב מגיע במקום להשקיע שבועות בגידול עלים חדשים. המחטים צרות ומצופות שעווה, מה שעוזר להן לשרוד כפור ואת החודשים היבשים שבהם המים באדמה קפואים, וצורת החרוט הצרה של העץ משירה שלג. המודל קורא ליער טייגה כשרק בפחות מארבעה חודשים בשנה הממוצע עולה על 10 °C. כשהקיץ ארוך יותר, היער הממוזג תופס את מקומה: עצים רחבי עלים כמו אלון ואשור, שהעלים הרחבים והדקים שלהם קולטים יותר אור אבל לא שווה לשמור אותם בחורף, ולכן הם משירים אותם בכל סתיו.
באזורים הטרופיים אין חורף בכלל; המודל קורא למקום טרופי כשאפילו החודש הקריר ביותר שלו נשאר מעל 16 °C. צמחים יכולים לגדול כל השנה, כל עוד יש מים. במקום שבו הגשם רב, יער הגשם הטרופי גדל גבוה וצפוף יותר מכל ביומה אחרת, עם עצי ענק שבולטים מעל החופה, דקלים ושתילים מתחתיה, ויותר מיני צמחים וחיות מבכל מקום אחר ביבשה. במקום שבו לעצים חסרים מים בחלק מהשנה, העשב ממלא את הרווחים ביניהם: הסוואנה, שנשארת פתוחה בזכות שרפות ובעלי חיים רועים ומלחכים.
נסו: קבעו את משקעים בשנה על 1,000 mm והזיזו לאט את טמפרטורה ממוצעת מ־−15 °C עד 30 °C. הטונדרה מפנה מקום לאשוחיות, האשוחיות לעצים רחבי עלים, ואלה, מעבר ל־20 °C, לסוואנה: 1,000 mm בשנה הם הרבה מעבר למה שיער צריך במקום קריר, אבל מעט מדי ליער סגור באזור הטרופי, שבו האוויר החם לוקח בחזרה את רובם. העלו את הגשם עד 3,000 mm ויער הגשם יופיע.
טיפוס על הר
האוויר מתקרר ככל שעולים, בכ־6.5 °C על כל 1,000 m, כי אוויר שעולה מתפשט ומתקרר (המאמר שכבות האטמוספירה מסביר למה). לכן הר הוא קיצור דרך דרך הביומות. ב־1802 טיפס חוקר הטבע אלכסנדר פון הומבולדט רוב הדרך במעלה הר הגעש צ’ימבורסו שבאקוודור, ומיפה את הצמחים בחגורות במעלה המדרונות: יער טרופי למרגלות, יערות קרירים יותר ושטחי עשב גבוהים, ועד סלע חשוף ושלג. טיפוס של כמה אלפי מטרים באזור הטרופי משנה את האקלים בערך כמו מסע של אלפי קילומטרים אל אחד הקטבים.
בחרו הר תחת הרמת הר. המשבצת מתרוממת להר בגובה 5,000 m, וכל נקודה עליו מגדלת את מה שהאקלים בגובה שלה מאפשר. הגשם נשאר אותו גשם; רק הטמפרטורה יורדת. בתרשים, הטיפוס הוא קו שיוצא שמאלה מהנקודה שלכם, עם סימון על כל 1,000 m.
האוויר הקר יותר בגובה גם צמא פחות. לכן גבעה יבשה יכולה לשאת יער גבוה יותר במעלה, על אותו גשם. הרים שמתרוממים ממדבריות, כמו “איי השמיים” של אריזונה, עוטים חגורות של אלון ואורן מעל המדרונות המכוסים קקטוסים בדיוק מהסיבה הזאת.
נסו: לחצו על טרופי וקבעו את משקעים בשנה על 500 mm, ואז בחרו הר תחת הרמת הר. הסוואנה שלמרגלות מפנה מקום לשטח עשב ואחר כך ליער על המדרונות, לפני שהעצים נעצרים ומתחילות הטונדרה והשלג.
שתי חיות בכל ביומה
לכל ביומה בסצנה יש שתי חיות אופייניות, כל זוג מאזור אחד בעולם: קריבו ושועל ארקטי בטונדרה, אייל קורא וזאב בטייגה, אייל אדום וחזיר בר ביער אירופי, ביזון וכלבי ערבה בערבה של צפון אמריקה, זאב ערבות וארנבת שחורת־זנב במדבריות של דרום־מערב ארצות הברית, זברה וג’ירפה בסוואנה האפריקנית, ויגואר וטוקן ביער הגשם של האמזונס. ביבשות אחרות חיות חיות אחרות באותה ביומה, ולעיתים קרובות אותם תנאים עיצבו אותן בצורה דומה: קנגורו רועים בערבות של אוסטרליה כמו שביזונים רעו בערבות של צפון אמריקה.
הגוף שלהן מתאים לבית הגידול שלהן. הפרסות הרחבות של הקריבו מפזרות את משקלו על טונדרה רכה ועל שלג; האוזניים הארוכות והדקות של הארנבת פולטות חום במדבר; הג’ירפה מגיעה לעלים בשיטים של הסוואנה שאף אוכל עשב אחר לא מגיע אליהם. החיות מעצבות בתורן את הצמחים: אוכלי העשב שומרים על הערבות פתוחות, והטורפים שאוכלים אותם משנים את המקומות שבהם הם רועים. איך האוכלוסיות האלה עולות ויורדות יחד מוסבר במערכות אקולוגיות ודינמיקה של אוכלוסיות, ואיך הפחמן והחנקן של ביומה מסתובבים בה מוסבר במחזורי חומרים.
אקלים בתנועה
מכיוון שביומות הולכות אחרי האקלים, הן זזות כשהאקלים משתנה. בתקופת הקרח האחרונה כיסתה טונדרה חלק גדול מאירופה, ומאז צעדו היערות צפונה בעקבות הקרח הנמס. היום, כשהאקלים מתחמם, גבולות העצים מטפסים במעלה ההרים וצפונה אל הטונדרה, ולצמחים ולחיות שחיים על פסגות קרות אין לאן לעלות.
מה המודל הזה משאיר בחוץ
השנה במודל היא תנודה חלקה של הטמפרטורה, וגודל התנודה קשור לממוצע: ככל שהמקום קר יותר, ההבדל בין הקיץ לחורף גדול יותר. מקומות אמיתיים שונים זה מזה. במרכז סיביר הקיץ חם מספיק ליער אף שהממוצע שם הוא כ־−9 °C, ולכן הטייגה האמיתית מגיעה לממוצעים קרים יותר ממה שהמודל מרשה. הגשם במודל יורד באופן שווה לאורך כל השנה. במציאות העיתוי שלו חשוב כמו הכמות: מקום עם קיץ יבש וחורף גשום מגדל חורש של שיחים ירוקי־עד, ואורך העונה היבשה, יותר מהכמות השנתית, מכריע בין סוואנה ליער גשם.
הנוסחה של ת’ורנת’וויט מעריכה את הצמא של האוויר מהטמפרטורה בלבד. היא משאירה בחוץ את אור השמש, את הרוח ואת היובש של האוויר עצמו, ולכן היא ממעיטה בצמא של מקומות שמשיים, סוערים ויבשים. הספים במודל הם מספרים עגולים שנבחרו כדי להתאים לדפוס הכללי של הביומות בעולם, לא גבולות מדודים. גבולות אמיתיים הם אזורי מעבר הדרגתיים, והסצנה עוברת בהדרגה מביומה לביומה אף שהתווית שלה מתחלפת בערך אחד.
האקלים אינו הסיבה היחידה. קרקע, שרפות, בעלי חיים רועים והיסטוריה מעצבים כל ביומה, ובמקומות רבים בני אדם החליפו אותה בשדות ובערים: רוב הערבות הממוזגות בעולם הן היום אדמה חקלאית. על ההר הגשם נשאר זהה לכל אורך העלייה, בעוד שהרים אמיתיים קולטים יותר גשם בצד שפונה אל הרוח ומשאירים צל גשם יבש בצד השני, כפי שמוסבר בסופות ומזג אוויר ובמחזור המים.