Tại sao sa mạc trở nên lạnh lẽo vào ban đêm?

Không nhiều người biết rằng nhiệt độ ở sa mạc Sahara có thể giảm trung bình tới tận 24 độ C trong một đêm.

Nếu bạn đang tham gia một chuyến đi trong ngày đến sa mạc Sahara ở Bắc Phi, bạn sẽ muốn mang theo thật nhiều nước và thật nhiều kem chống nắng. Nhưng thực tế, nếu định ở lại qua đêm, thì bạn cũng nên mang theo một chiếc túi ngủ vừa vặn để giữ ấm.

Nguyên nhân là bởi vì nhiệt độ ở Sahara có thể giảm mạnh khi Mặt trời lặn, từ mức cao trung bình là 38 độ C vào ban ngày xuống mức thấp trung bình là âm 4 độ C vào ban đêm.

Câu hỏi đặt ra là tại sao sự thay đổi nhiệt độ mạnh mẽ này lại xảy ra ở những sa mạc khô cằn như Sahara? Làm thế nào để động vật và thực vật bản địa đối phó với vấn đề thay đổi nhiệt độ nhanh như vậy được?

Lý do khiến các sa mạc khô cằn, những vùng khô hạn chiếm khoảng 35% diện tích Trái đất, trở nên quá nóng và sau đó trở nên quá lạnh, là sự kết hợp của hai yếu tố chính: Cát và độ ẩm.

Theo một báo cáo năm 2008 từ Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Pasadena, California, khi sức nóng và ánh sáng từ Mặt trời chiếu vào sa mạc cát, các hạt cát ở lớp trên cùng của sa mạc sẽ hấp thụ và giải phóng nhiệt trở lại không khí.

Vào ban ngày, bức xạ năng lượng Mặt trời của cát làm nóng không khí và khiến nhiệt độ tăng cao. Tuy nhiên, vào ban đêm, hầu hết nhiệt trong cát nhanh chóng tỏa ra không khí và không có ánh sáng Mặt trời để hâm nóng nó, khiến cát và môi trường xung quanh trở nên lạnh hơn trước.

Tuy nhiên, chỉ riêng hiện tượng này không giải thích được sự giảm nhiệt độ nghiêm trọng như vậy. Nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ nghiêm trọng là không khí ở sa mạc rất khô. Ở các sa mạc khô cằn như sa mạc Sahara và sa mạc Atacama ở Chile, độ ẩm - lượng hơi nước trong không khí - thực tế là bằng không, và không giống như cát, nước có khả năng lưu trữ nhiệt rất lớn.

Hơi nước trong không khí giữ nhiệt sát mặt đất giống như một tấm chăn khổng lồ vô hình và ngăn nó tản ra khí quyển. Không khí có độ ẩm cao cũng cần nhiều năng lượng hơn để nóng lên, có nghĩa là cũng cần nhiều thời gian hơn để năng lượng đó tiêu tán và môi trường xung quanh hạ nhiệt. Do đó, tình trạng thiếu độ ẩm ở các sa mạc cho phép những nơi khô cằn này nhanh chóng nóng lên nhưng cũng nhanh chóng nguội lạnh.

Bất chấp sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng như vậy, động vật sa mạc thích nghi tốt với sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt của sa mạc.

"Thách thức lớn nhất là kiếm đủ thức ăn và nước uống để tồn tại", Dale DeNardo, nhà sinh lý học môi trường tại Đại học bang Arizona, người chuyên về động vật sa mạc, cho biết.

Cát và độ ẩm là nguyên nhân chính khiến nhiệt độ ở sa mạc chênh lệch lớn giữa ngày và đêm.

Bò sát được biết đến là nhóm động vật phong phú và đa dạng nhất trên sa mạc, thích nghi tốt với sự biến đổi nhiệt độ khắc nghiệt vì chúng là loài máu lạnh, có nghĩa là chúng không cần đầu tư năng lượng để duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định. Nhiều loài bò sát cũng được lợi từ việc nhỏ bé, điều này cho phép chúng tìm thấy những ngóc ngách râm mát vào ban ngày hoặc những tảng đá ấm hơn vào ban đêm.

Tuy nhiên, các loài động vật có vú máu nóng hoặc thu nhiệt lớn như lạc đà, quá lớn để trốn tránh ánh nắng Mặt trời và không thể để nhiệt độ cơ thể giảm xuống. Đúng hơn, lạc đà tồn tại bằng cách duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định trong cả điều kiện nóng và lạnh. Chúng làm được điều này bằng cách có nhiều lớp cách nhiệt ở dạng mỡ và lông dày, giúp chúng không bị hấp thụ quá nhiều nhiệt vào ban ngày và mất quá nhiều vào ban đêm.

Ngược lại, các loài chim sa mạc sử dụng phương pháp làm mát bay hơi - chúng sử dụng nước để truyền nhiệt ra khỏi cơ thể, giống như cách con người đổ mồ hôi và chó thở - thông qua một loạt các phương pháp khác nhau (một số loài kền kền đi tiểu vào chân để hạ nhiệt).

Thực vật dễ bị tổn thương hơn trước nhiệt độ khắc nghiệt và phải đối mặt với một thách thức lớn hơn nhiều vì chúng không thể di chuyển. Đó là lý do tại sao những cây sa mạc mang tính biểu tượng như cây xương rồng, đã phát triển một loạt các biện pháp phòng thủ, chẳng hạn như gai và chất độc, để bảo vệ nguồn nước quý giá của chúng khỏi những kẻ săn mồi.

Tuy nhiên, nhiệt độ đóng băng vào ban đêm có thể gây chết cây vì nước đóng băng và mở rộng trong các mô của chúng, có thể gây ra những tổn thương không thể phục hồi. Do đó, thực vật chỉ phát triển ở những nơi nhiệt độ không khí không xuống dưới mức đóng băng trong hơn vài giờ mỗi đêm, được gọi là vùng băng giá.