البيومات الأرضية: مبدأ التوزيع والخصائص المميزة

أهداف الدرس

في نهاية هذا الدرس، ينبغي أن تكون قادرًا على:

تعريف البيوم (biome) وتمييزه عن الحميلة البيئية (écosystème) وعن المحيط الحيوي (biosphère).
تفسير توزيع البيومات الأرضية بالتفاعل بين درجة الحرارة والتساقطات، وقراءة مخطط Whittaker.
تعليل التشابه في مظهر نباتات بيوم واحد موجود في قارات متباعدة بمبدأ التقارب التطوري (convergence évolutive).
وصف البيومات الأرضية الكبرى بمعايير المناخ ونمط النباتات والتربة وأبرز التكيفات.
الربط بين التدرج العرضي (latitudinal) والتدرج الارتفاعي (altitudinal) للبيومات، مع إدراك حدود هذا التشابه.
تحديد بيوم انطلاقًا من معطيات مناخية أو من وصف لنباتاته.

1. مفهوم البيوم

ثلاث نقاط مفتاحية في هذا التعريف:

البيوم يُعرَّف بالمظهر لا بالأنواع. ما يحدد البيوم هو الشكل السائد للنباتات (أشجار كثيفة، أعشاب، شجيرات صلبة الأوراق، نباتات عصارية…) وليس قائمة الأنواع. فالصحراء الكبرى وصحراء سونورا بأمريكا الشمالية بيوم واحد، رغم أن نباتاتهما تنتمي إلى فصائل مختلفة.
البيوم مستوى تنظيم أعلى من الحميلة البيئية. يضم البيوم الواحد حميلات بيئية عديدة (غابة، بحيرة صغيرة، مستنقع…)؛ وهو يحتل مكانه في سلم تنظيم المحيط الحيوي المدروس سابقًا: الساكنة ← المجموعة الحية ← الحميلة البيئية ← البيوم ← المحيط الحيوي.
حدود البيومات تدريجية. ينتقل بيوم إلى آخر عبر منطقة انتقالية تسمى الإيكوتون (écotone)، تجمع خصائص البيومين المتجاورين.

2. المبدأ المفسِّر: المناخ يحدد البيوم

2.1 عاملان محدِّدان: الحرارة والماء

النباتات هي أساس الحميلة البيئية ولا تستطيع التنقل؛ لذلك يرتبط شكلها ارتباطًا وثيقًا بعاملين يتحكمان في نشاطها:

درجة الحرارة: تحدد مدة فترة النمو (saison de végétation) وسرعة التفاعلات الأنزيمية، ووجود الصقيع من عدمه.
كمية الماء المتاح: تحددها التساقطات السنوية، ولكن أيضًا توزيعها خلال السنة والتبخر.

قاعدة الاستدلال: البيوم هو الجواب النباتي على السؤال «كم من الوقت في السنة تتوفر حرارة كافية وماء كافٍ في الوقت نفسه؟». كلما طالت هذه الفترة، زادت الكتلة الحية ونمت النباتات طويلًا وكثيفًا (غابات)؛ وكلما قصرت بسبب البرد أو الجفاف، سادت أشكال منخفضة (أعشاب، شجيرات، نباتات عصارية، طحالب وأشنات).

2.2 مخطط Whittaker

يمثل مخطط Whittaker توزيع البيومات الأرضية في مستوى بمحورين: متوسط درجة الحرارة السنوية (أفقيًا) ومتوسط التساقطات السنوية (عموديًا). يشغل كل بيوم «منطقة» في هذا المستوى.

صورة 1 — قيد الإعداد

وصف الوثيقة

مخطط علمي تعليمي بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector) بخطوط واضحة، يمثل مخطط Whittaker لتوزيع البيومات الأرضية. المحور الأفقي: متوسط درجة الحرارة السنوية بـ°C من −15 (يسار) إلى +30 (يمين)، مع تسميته «متوسط درجة الحرارة السنوية (°C)». المحور العمودي: متوسط التساقطات السنوية بالسنتيمتر من 0 (أسفل) إلى 450 (أعلى)، مع تسميته «متوسط التساقطات السنوية (سم)». داخل المخطط مساحات ملونة متلاصقة ذات حدود منحنية داخل مثلث تقريبي: التندرا (أزرق فاتح، في أقصى اليسار والأسفل)، الغابة الشمالية/التايغا (أخضر داكن مزرق، يمين التندرا)، الغابة المعتدلة متساقطة الأوراق (أخضر متوسط، وسط المخطط)، الغابة المعتدلة المطيرة (أخضر زمردي، أعلى الوسط)، السهوب والمروج المعتدلة (أصفر مخضر، أسفل الوسط)، التشكيلات المتوسطية صلبة الأوراق (زيتوني، أسفل الوسط يمينًا)، الصحراء (بيج رملي، أسفل المخطط على طول المحور الأفقي من الوسط إلى اليمين)، السافانا (برتقالي فاتح، يمين المخطط في المستوى المتوسط المنخفض)، الغابة الاستوائية الموسمية (أخضر فاتح، يمين المخطط في المستوى المتوسط)، الغابة الاستوائية الرطبة (أخضر زاهٍ، أعلى اليمين). اسم كل بيوم مكتوب بخط عربي واضح داخل مساحته. خلفية بيضاء، تدرج القيم مكتوب على المحورين، دقة علمية في المواقع النسبية للبيومات

كيف يُقرأ المخطط؟

على امتداد محور الحرارة (من اليسار إلى اليمين) تتعاقب البيومات كما تتعاقب من القطب نحو خط الاستواء.
عند حرارة ثابتة، يؤدي نقصان التساقطات إلى الانتقال من الغابة إلى التشكيلات العشبية أو الشجيرية ثم إلى الصحراء.
الشكل المثلثي للمخطط يعكس حقيقة فيزيائية: المناطق الباردة لا تتلقى تساقطات كبيرة جدًا، لأن الهواء البارد يحمل كمية ضعيفة من بخار الماء.

2.3 لماذا تتوزع البيومات في أحزمة عرضية؟

يرجع ذلك إلى آليتين مناخيتين (دُرستا في درس المناخات):

تناقص الطاقة الشمسية المستقبَلة في وحدة المساحة من خط الاستواء نحو القطبين، مما يرسم تدرجًا حراريًا.
الدورة الجوية العامة: صعود الهواء الساخن الرطب عند خط الاستواء (تساقطات غزيرة)، ونزول الهواء الجاف قرب خطي العرض 30° شمالًا وجنوبًا، وهو ما يفسر تمركز الصحاري الكبرى (الصحراء الكبرى، صحراء كالاهاري، الصحراء الأسترالية) عند هذه العروض.

صورة 2 — قيد الإعداد

وصف الوثيقة

خريطة عالمية علمية تعليمية بأسلوب أطلس مدرسي، إسقاط مسطح للقارات (planisphère) بخطوط سواحل دقيقة، تعرض توزيع البيومات الأرضية الكبرى بألوان مسطحة مميزة ومفتاح ألوان على جانب الخريطة: التندرا (أزرق فاتح)، الغابة الشمالية (أخضر داكن مزرق)، الغابة المعتدلة متساقطة الأوراق (أخضر متوسط)، السهوب والمروج المعتدلة (أصفر مخضر)، التشكيلات المتوسطية (زيتوني)، الصحراء (بيج رملي)، السافانا (برتقالي فاتح)، الغابة الاستوائية الرطبة (أخضر زاهٍ)، الجبال العالية (رمادي)، الجليد القاري (أبيض مع حد رمادي). رسم خطوط متقطعة للعرض: خط الاستواء، مداري السرطان والجدي، خطي العرض 60° شمالًا وجنوبًا، مع تسميتها. إبراز بإطار رفيع المناطق الخمس ذات المناخ المتوسطي: حوض البحر الأبيض المتوسط، كاليفورنيا، وسط الشيلي، منطقة الكاب بجنوب إفريقيا، جنوب غرب أستراليا. المحيطات بلون أزرق شاحب جدًا، تسميات ومفتاح بخط عربي واضح، خلفية بيضاء

3. التقارب التطوري: لماذا يتشابه البيوم الواحد عبر القارات؟

يوجد المناخ المتوسطي في خمس مناطق متباعدة من العالم (حوض البحر الأبيض المتوسط، كاليفورنيا، وسط الشيلي، منطقة الكاب بجنوب إفريقيا، جنوب غرب أستراليا). في المناطق الخمس نجد تشكيلات شجيرية دائمة الخضرة ذات أوراق صغيرة صلبة، رغم أن الأنواع النباتية مختلفة ومنحدرة من أصول مختلفة.

التفسير: ضغوط انتقاء متماثلة (صيف جاف حار، شتاء معتدل ممطر، حرائق) تنتقي عبر الأجيال خصائص متماثلة لدى سلالات غير قريبة: هذا هو التقارب التطوري (convergence évolutive). الصفة المتشابهة هنا صفة مماثلة (analogue) ناتجة عن التكيف مع الوسط، وليست دليلًا على قرابة.

4. البيومات الأرضية الكبرى

4.1 جدول تركيبي

القيم المناخية الواردة تقريبية وتفيد المقارنة لا الحفظ الحرفي.

البيوم	الموقع العرضي	الحرارة	التساقطات السنوية	النباتات السائدة	التربة
التندرا (toundra)	ما بعد 60–70° شمالًا	شتاء طويل شديد البرودة، صيف قصير بارد (أقل من 10 °C)	ضعيفة (حوالي 20–60 سم)	طحالب، أشنات، أعشاب، شجيرات قزمة؛ غياب الأشجار	تربة صقيعية دائمة (pergélisol)
الغابة الشمالية أو التايغا (forêt boréale, taïga)	حوالي 50–70° شمالًا	شتاء بارد جدًا، صيف قصير معتدل	30–70 سم تقريبًا	مخروطيات دائمة الخضرة (التنوب، الشوح، الصنوبر)	حمضية فقيرة، تحلل بطيء
الغابة المعتدلة متساقطة الأوراق (forêt tempérée décidue)	العروض الوسطى	فصول متمايزة، شتاء بارد وصيف دافئ	70–200 سم موزعة على السنة	أشجار عريضة الأوراق تسقط أوراقها شتاءً (البلوط، الزان)	خصبة غنية بالدبال
السهوب والمروج المعتدلة (steppes, prairies tempérées)	داخل القارات في العروض الوسطى	شتاء بارد، صيف حار	30–100 سم مع جفاف موسمي	أعشاب (النجيليات) مع غياب شبه تام للأشجار	عميقة خصبة جدًا
التشكيلات المتوسطية (formations méditerranéennes sclérophylles)	حوالي 30–40° على الواجهات الغربية للقارات	شتاء معتدل، صيف حار	30–100 سم تتركز في الشتاء	أشجار وشجيرات دائمة الخضرة صلبة الأوراق	متغيرة، غالبًا فقيرة ومعرضة للانجراف
الصحراء (désert)	حوالي 30° شمالًا وجنوبًا (وصحاري داخلية باردة)	ساخنة أو باردة، مدى حراري يومي كبير	أقل من 30 سم، غير منتظمة	نباتات عصارية، شجيرات متباعدة، نباتات حولية سريعة الدورة	فقيرة في المادة العضوية
السافانا (savane)	المناطق المدارية	حارة طول السنة	موسمية: فصل ممطر وفصل جاف طويل	غطاء عشبي مع أشجار متفرقة؛ حرائق متكررة	متغيرة
الغابة الاستوائية الرطبة (forêt tropicale humide)	قرب خط الاستواء	حارة وثابتة تقريبًا (25–29 °C)	غزيرة (200–400 سم) موزعة على السنة	أشجار عالية دائمة الخضرة في طبقات، متسلقات، نباتات متعلقة (épiphytes)	فقيرة ومغسولة

4.2 التندرا: البرد يحدد كل شيء

العامل المحدِّد: قِصر فترة النمو (بضعة أسابيع) ووجود التربة الصقيعية الدائمة التي تمنع تعمق الجذور وتصريف الماء، فتتكون مستنقعات صيفية رغم ضعف التساقطات.
لماذا لا توجد أشجار؟ الأشجار تحتاج فترة نمو كافية لبناء أنسجة خشبية، وجذورًا عميقة؛ والرياح الباردة والجافة تُتلف كل ما يعلو فوق الغطاء الثلجي.
تكيفات: نباتات منخفضة ملتصقة بالأرض، دورات حياة معمّرة، نمو سريع خلال الصيف القصير. عند الحيوانات: فراء كثيف، طبقات دهنية، هجرة (الطيور، الرنة)، سبات.
إنتاجية ضعيفة وتحلل بطيء جدًا للمادة العضوية بسبب البرد.

4.3 الغابة الشمالية (التايغا): أكبر بيوم أرضي من حيث المساحة

خصائص الأشجار المخروطية المفسَّرة بالمناخ:
- أوراق إبرية مغطاة بأديم سميك: تقلل النتح في الشتاء حين يكون الماء متجمدًا وغير متاح.
- الاحتفاظ بالأوراق (دائمة الخضرة): يسمح ببدء التركيب الضوئي فور ارتفاع الحرارة دون استهلاك وقت ومادة لبناء أوراق جديدة.
- الشكل المخروطي والأغصان المرنة: تسهل انزلاق الثلج.
التربة: الإبر المتساقطة تتحلل ببطء وتنتج دبالًا حمضيًا؛ تربة فقيرة.

4.4 الغابة المعتدلة متساقطة الأوراق: استراتيجية الإيقاف الموسمي

تساقط الأوراق في الخريف تكيف مع الشتاء: الورقة العريضة الرقيقة تفقد الماء بسهولة وتتضرر بالصقيع؛ فالتخلص منها يقلل فقدان الماء عندما يكون الماء في التربة متجمدًا. وتدخل الشجرة في حالة سكون (dormance).
تنضيد عمودي واضح: طبقة الأشجار، طبقة الشجيرات، الطبقة العشبية؛ مع نباتات عشبية تزهر في الربيع قبل اكتمال ظل الأشجار.
التربة خصبة لأن الأوراق المتساقطة سهلة التحلل.

4.5 السهوب والمروج المعتدلة: الماء يُقصي الأشجار

العامل المحدِّد: جفاف موسمي لا يسمح بنمو الأشجار، مع حرائق ورعي.
لماذا تقاوم الأعشاب هذه الظروف؟ مرستيمات (مناطق النمو) قاعدية قريبة من سطح التربة، ومجموع جذري كثيف وعميق: عند الرعي أو الحريق يُتلف الجزء الهوائي فقط وتنبت النبتة من جديد.
تربة من أخصب الترب: تراكم كتلة جذرية كبيرة تتحول إلى دبال؛ لذلك حُوِّل جزء كبير من هذا البيوم إلى أراضٍ فلاحية.

4.6 التشكيلات المتوسطية: التكيف مع صيف جاف

الخاصية المميزة: عدم تزامن فصل الماء (الشتاء) مع فصل الحرارة (الصيف)؛ فالنبات يواجه الجفاف في فترة الحرارة القصوى.
التكيف الأساسي — صلابة الأوراق (sclérophyllie): أوراق صغيرة، قاسية، ذات أديم سميك، دائمة الخضرة، تقاوم فقدان الماء؛ ويسمح بقاؤها بالاستفادة من فترات الحرارة المعتدلة والماء في الخريف والشتاء والربيع.
الحرائق عامل بيئي طبيعي في هذا البيوم: قدرة على الإنبات من الجذور أو من قاعدة الساق، وبذور ينشط إنباتها بعد الحريق.
تدهور التشكيلات: تتحول الغابة تحت تأثير القطع والرعي والحرائق إلى تشكيلات شجيرية كثيفة (maquis) أو متباعدة (garrigue) ثم إلى تشكيلات عشبية منخفضة.

4.7 الصحراء: الماء عامل محدِّد قاهر

ثلاث استراتيجيات نباتية للتعامل مع الجفاف:
1. التهرّب (évitement): نباتات حولية سريعة الدورة (éphémères) تُنهي دورة حياتها في أسابيع بعد المطر وتبقى في شكل بذور طوال الجفاف.
2. التحمل بالادخار: نباتات عصارية تخزن الماء في أنسجتها (الساق أو الأوراق)، وكثير منها ذو استقلاب من نوع CAM يفتح الثغور ليلًا.
3. البحث عن الماء: مجموع جذري عميق جدًا للوصول إلى الفرشة المائية، أو سطحي واسع لالتقاط الأمطار الخفيفة.
تكيفات حيوانية: نشاط ليلي، اختباء في جحور خلال النهار، إفراز بول مركز جدًا، الحصول على الماء من الغذاء أو من الاستقلاب.

4.8 السافانا: فصل جاف طويل وحرائق

العامل المحدِّد: التناوب بين فصل ممطر وفصل جاف طويل؛ الأشجار المتفرقة (مثل السنط/الأكاسيا) تمتلك جذورًا عميقة وقد تفقد أوراقها في الفصل الجاف.
الحرائق والرعي يحافظان على الانفتاح العشبي ويمنعان تحول السافانا إلى غابة في بعض المناطق.
وحيش غني من العواشب الكبيرة ولواحمها، مع هجرات موسمية تتبع الأمطار.

4.9 الغابة الاستوائية الرطبة: الوفرة التي تقوم على تربة فقيرة

أعلى تنوع بيولوجي وأعلى إنتاجية بين البيومات الأرضية، لأن الحرارة والماء متوفران معًا طول السنة.
تنضيد عمودي معقد: أشجار بارزة، سقف غابوي (canopée) مغلق، طبقات تحتية مظللة؛ التنافس على الضوء هو المحرك الأساسي لبنية الغابة (أشجار شاهقة، متسلقات، نباتات متعلقة تعيش على الأغصان للوصول إلى الضوء).
مفارقة التربة: رغم الكتلة الحية الهائلة، التربة فقيرة. التفسير: التحلل سريع جدًا بسبب الحرارة والرطوبة، والعناصر المعدنية تمتصها النباتات فورًا، والأمطار الغزيرة تغسل ما تبقى؛ فمخزون العناصر المعدنية يوجد أساسًا في الكتلة الحية لا في التربة. لذلك تفقد الأرض خصوبتها بسرعة بعد إزالة الغابة.

5. التدرج الارتفاعي: صورة مصغرة للتدرج العرضي

كلما ارتفعنا في الجبل انخفضت درجة الحرارة (بحوالي 0,5 إلى 0,6 °C لكل 100 متر في المتوسط). لذلك يتعاقب على سفح جبل عالٍ نطاقات نباتية (étages de végétation) تُذكّر بتعاقب البيومات من خط الاستواء نحو القطب: غابة عريضة الأوراق في الأسفل، ثم غابة مخروطية، ثم تشكيلات جبلية منخفضة شبيهة بالتندرا، ثم الصخر والجليد.

صورة 3 — قيد الإعداد

وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، مكونة من جزأين متقابلين بمقياس رمزي. الجزء الأيسر: مقطع جانبي لجبل عالٍ يُظهر نطاقات نباتية أفقية متعاقبة من القاعدة إلى القمة: غابة عريضة الأوراق (أشجار مستديرة خضراء متوسطة)، غابة مخروطية (أشجار مخروطية خضراء داكنة)، حد نمو الأشجار (خط متقطع أحمر مسمى)، مروج وتندرا جبلية (غطاء منخفض أخضر مصفر)، ثلوج وصخور (أبيض ورمادي) في القمة؛ مع سهم عمودي «الارتفاع» ومؤشر «انخفاض الحرارة». الجزء الأيمن: شريط أفقي متدرج يمثل الانتقال العرضي من خط الاستواء إلى القطب الشمالي مع نفس الألوان: غابة عريضة الأوراق، غابة شمالية مخروطية، تندرا، جليد قطبي؛ مع سهم «خط العرض» ومؤشر «انخفاض الحرارة». أسهم متقطعة رفيعة تربط كل نطاق ارتفاعي بالبيوم العرضي المقابل له. تسميات بخط عربي واضح، خلفية بيضاء، ألوان هادئة ومتناسقة

6. استدلال تطبيقي: تحديد بيوم من معطيات

طريقة منهجية أمام وثيقة مناخية أو وصفية:

الحرارة: هل توجد فترة برد شديد تُوقف النمو؟ هل الحرارة مرتفعة طوال السنة؟
كمية الماء: هل التساقطات ضعيفة جدًا (صحراء) أم متوسطة أم غزيرة؟
التزامن: هل تتزامن فترة المطر مع فترة الحرارة؟ (التزامن ← سهوب أو سافانا أو غابة حسب الكمية؛ عدم التزامن مع صيف جاف ← متوسطي).
التحقق بالنباتات: هل المظهر الموصوف منسجم مع الاستنتاج (أشجار، أعشاب، شجيرات صلبة الأوراق، نباتات عصارية)؟

أمثلة:

المعطيات	الاستدلال	البيوم
حرارة 26–28 °C طوال السنة، تساقطات 250 سم موزعة، أشجار عالية في طبقات	لا حد حراري ولا مائي	غابة استوائية رطبة
حرارة مرتفعة، تساقطات حوالي 50 سم في الشتاء، صيف جاف، شجيرات دائمة الخضرة صلبة الأوراق	ماء وحرارة غير متزامنين	تشكيلة متوسطية
شتاء طويل تحت الصفر، صيف قصير أقل من 10 °C، أشنات وطحالب، تربة متجمدة في العمق	حد حراري قاهر	تندرا
تساقطات 10–15 سم غير منتظمة، نباتات حولية تظهر بعد المطر	حد مائي قاهر	صحراء
حرارة مرتفعة، فصل ممطر قصير ثم جفاف طويل، أعشاب وأشجار متفرقة، حرائق	ماء موسمي في منطقة مدارية	سافانا

7. أخطاء شائعة وفخاخ الامتحان

الخطأ	التصويب
البيوم مرادف للحميلة البيئية.	البيوم مستوى أعلى يضم حميلات بيئية عديدة ذات مناخ وتشكيلة نباتية متشابهين.
البيوم يُعرَّف بقائمة الأنواع التي يضمها.	يُعرَّف بالمظهر العام للتشكيلة النباتية والمناخ؛ الأنواع قد تختلف كليًا بين قارتين.
كمية التساقطات وحدها تحدد البيوم.	الحرارة وتوزيع التساقطات خلال السنة وتزامنهما حاسمان أيضًا.
تشابه النباتات في بيومين متباعدين دليل قرابة.	غالبًا تقارب تطوري ناتج عن ضغوط انتقاء متماثلة.
الكتلة الحية الكبيرة للغابة الاستوائية تعني تربة غنية.	التربة فقيرة؛ العناصر المعدنية مخزنة في الكتلة الحية وتُعاد دورتها بسرعة.
التندرا رطبة لأن تساقطاتها مرتفعة.	تساقطاتها ضعيفة؛ تشبع التربة بالماء صيفًا راجع إلى التربة الصقيعية الدائمة وضعف التبخر.
النطاقات الجبلية مطابقة تمامًا للبيومات العرضية.	التشابه في المظهر العام؛ الإضاءة والإشعاع والأنواع مختلفة.

8. خلاصة

البيوم مجموعة من الحميلات البيئية على مساحة واسعة، يتميز بمناخ متشابه وتشكيلة نباتية ذات مظهر مميز؛ وهو مستوى تنظيم بين الحميلة البيئية والمحيط الحيوي.
المناخ هو المحدِّد الأول: درجة الحرارة وكمية التساقطات، وخاصة تزامنهما، تحدد مدة فترة النمو وبالتالي شكل النباتات؛ ويلخص مخطط Whittaker هذه العلاقة.
الحرائق والرعي والتربة عوامل تعدّل التوزيع المناخي محليًا (السافانا، المروج).
البيوم الواحد يتشابه عبر القارات بفعل التقارب التطوري لا بفعل القرابة.
البيومات الأرضية الكبرى: التندرا (البرد والتربة الصقيعية)، الغابة الشمالية (مخروطيات إبرية)، الغابة المعتدلة متساقطة الأوراق (سكون شتوي)، السهوب والمروج (أعشاب، جفاف موسمي)، التشكيلات المتوسطية (صلابة الأوراق، صيف جاف)، الصحراء (التهرب أو الادخار أو البحث عن الماء)، السافانا (فصل جاف طويل وحرائق)، الغابة الاستوائية الرطبة (أعلى تنوع وإنتاجية فوق تربة فقيرة).
التدرج الارتفاعي يعيد إنتاج التدرج العرضي في المظهر العام، مع اختلاف في الإضاءة والإشعاع والأنواع.

الدرس الموالي

الدرس 122 — البيومات المائية: عوامل التنطيق والخصائص المميزة. بعد أن رأينا أن الحرارة والماء يحددان البيومات الأرضية، ننتقل إلى الأوساط المائية حيث يصبح الضوء والملوحة والعمق وحركة المياه هي العوامل المحدِّدة.

Les biomes terrestres : principe de répartition et caractéristiques distinctives

Objectifs de la leçon

À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :

définir le biome et le distinguer de l'écosystème et de la biosphère ;
expliquer la répartition des biomes terrestres par l'interaction entre température et précipitations, et lire le diagramme de Whittaker ;
justifier la ressemblance de la végétation d'un même biome sur des continents éloignés par le principe de la convergence évolutive ;
caractériser les grands biomes terrestres selon le climat, le type de végétation, le sol et les principales adaptations ;
mettre en relation la zonation latitudinale et la zonation altitudinale des biomes, en connaissant les limites de ce parallèle ;
identifier un biome à partir de données climatiques ou d'une description de sa végétation.

1. Le concept de biome

Trois points clés dans cette définition :

Le biome se définit par la physionomie, non par les espèces. Ce qui caractérise un biome, c'est la forme dominante des végétaux (arbres denses, herbes, arbustes à feuilles coriaces, plantes succulentes…) et non la liste des espèces. Le Sahara et le désert de Sonora en Amérique du Nord relèvent du même biome, bien que leurs plantes appartiennent à des familles différentes.
Le biome est un niveau d'organisation supérieur à l'écosystème. Un biome regroupe de nombreux écosystèmes (forêt, petit lac, marécage…) ; il s'insère dans l'échelle d'organisation de la biosphère étudiée précédemment : population → biocénose → écosystème → biome → biosphère.
Les limites entre biomes sont progressives. On passe d'un biome à l'autre par une zone de transition, l'écotone, qui combine des caractères des deux biomes voisins.

2. Le principe explicatif : le climat détermine le biome

2.1 Deux facteurs déterminants : la chaleur et l'eau

Les végétaux constituent la base de l'écosystème et ne se déplacent pas ; leur forme est donc étroitement liée à deux facteurs qui contrôlent leur activité :

la température : elle détermine la durée de la saison de végétation, la vitesse des réactions enzymatiques et la présence ou non de gel ;
la quantité d'eau disponible : elle dépend des précipitations annuelles, mais aussi de leur répartition au cours de l'année et de l'évaporation.

Règle de raisonnement : le biome est la réponse végétale à la question « pendant combien de temps dans l'année dispose-t-on à la fois d'une chaleur suffisante et d'une eau suffisante ? ». Plus cette période est longue, plus la biomasse est importante et plus les végétaux sont hauts et denses (forêts) ; plus elle est écourtée par le froid ou la sécheresse, plus dominent des formes basses (herbes, arbustes, plantes succulentes, mousses et lichens).

2.2 Le diagramme de Whittaker

Le diagramme de Whittaker représente la répartition des biomes terrestres dans un plan à deux axes : la température moyenne annuelle (en abscisse) et les précipitations moyennes annuelles (en ordonnée). Chaque biome occupe une « région » de ce plan.

Image 1 — en préparation

Description

Diagramme scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, traits nets, représentant le diagramme de Whittaker de répartition des biomes terrestres. Axe horizontal : température moyenne annuelle en °C, de −15 (gauche) à +30 (droite), intitulé « Température moyenne annuelle (°C) ». Axe vertical : précipitations moyennes annuelles en cm, de 0 (bas) à 450 (haut), intitulé « Précipitations moyennes annuelles (cm) ». Dans le diagramme, des surfaces colorées jointives à limites courbes, inscrites dans une forme approximativement triangulaire : toundra (bleu clair, tout à gauche en bas), forêt boréale/taïga (vert foncé bleuté, à droite de la toundra), forêt tempérée décidue (vert moyen, au centre), forêt tempérée pluviale (vert émeraude, en haut du centre), steppes et prairies tempérées (jaune verdâtre, en bas du centre), formations méditerranéennes sclérophylles (olive, en bas du centre vers la droite), désert (beige sable, en bas le long de l'axe horizontal du centre vers la droite), savane (orange clair, à droite au niveau moyen-bas), forêt tropicale saisonnière (vert clair, à droite au niveau moyen), forêt tropicale humide (vert vif, en haut à droite). Le nom de chaque biome est écrit en français lisible dans sa surface. Fond blanc, graduations indiquées sur les deux axes, positions relatives des biomes scientifiquement exactes

Comment lire le diagramme ?

Le long de l'axe des températures (de gauche à droite), les biomes se succèdent comme ils se succèdent du pôle vers l'équateur.
À température constante, la diminution des précipitations fait passer de la forêt aux formations herbacées ou arbustives, puis au désert.
La forme triangulaire du diagramme traduit une réalité physique : les régions froides ne reçoivent jamais de très fortes précipitations, car l'air froid contient peu de vapeur d'eau.

2.3 Pourquoi les biomes se répartissent-ils en ceintures latitudinales ?

Cela s'explique par deux mécanismes climatiques (étudiés dans la leçon sur les climats) :

la diminution de l'énergie solaire reçue par unité de surface de l'équateur vers les pôles, qui établit un gradient thermique ;
la circulation atmosphérique générale : ascendance d'air chaud et humide à l'équateur (fortes précipitations) et subsidence d'air sec vers 30° de latitude nord et sud, ce qui explique la localisation des grands déserts (Sahara, Kalahari, désert australien) à ces latitudes.

Image 2 — en préparation

Description

Carte mondiale scientifique pédagogique de style atlas scolaire, planisphère à projection plane avec traits de côtes précis, présentant la répartition des grands biomes terrestres en aplats de couleurs distinctes avec une légende latérale : toundra (bleu clair), forêt boréale (vert foncé bleuté), forêt tempérée décidue (vert moyen), steppes et prairies tempérées (jaune verdâtre), formations méditerranéennes (olive), désert (beige sable), savane (orange clair), forêt tropicale humide (vert vif), hautes montagnes (gris), glaces continentales (blanc bordé de gris). Parallèles tracés en tirets et nommés : équateur, tropiques du Cancer et du Capricorne, 60° nord et 60° sud. Mise en évidence par un cadre fin des cinq régions à climat méditerranéen : bassin méditerranéen, Californie, Chili central, région du Cap en Afrique du Sud, sud-ouest de l'Australie. Océans en bleu très pâle, annotations et légende en français lisible, fond blanc

3. La convergence évolutive : pourquoi un même biome se ressemble-t-il d'un continent à l'autre ?

Le climat méditerranéen existe dans cinq régions éloignées du globe (bassin méditerranéen, Californie, Chili central, région du Cap en Afrique du Sud, sud-ouest de l'Australie). Dans les cinq, on observe des formations arbustives sempervirentes à petites feuilles coriaces, bien que les espèces soient différentes et d'origines diverses.

Explication : des pressions de sélection similaires (été sec et chaud, hiver doux et pluvieux, incendies) sélectionnent au fil des générations des caractères semblables chez des lignées non apparentées : c'est la convergence évolutive. Le caractère semblable est ici un caractère analogue, issu de l'adaptation au milieu, et non un indice de parenté.

4. Les grands biomes terrestres

4.1 Tableau de synthèse

Les valeurs climatiques indiquées sont approximatives : elles servent à comparer, non à être mémorisées littéralement.

Biome	Position latitudinale	Température	Précipitations annuelles	Végétation dominante	Sol
Toundra	au-delà de 60–70° N	hiver long et très froid, été court et frais (moins de 10 °C)	faibles (environ 20–60 cm)	mousses, lichens, herbacées, arbustes nains ; absence d'arbres	pergélisol
Forêt boréale (taïga)	environ 50–70° N	hiver très froid, été court et tempéré	environ 30–70 cm	conifères sempervirents (épicéas, sapins, pins)	acide, pauvre, décomposition lente
Forêt tempérée décidue	latitudes moyennes	saisons contrastées, hiver froid et été doux	70–200 cm répartis sur l'année	arbres feuillus caducs (chênes, hêtres)	fertile, riche en humus
Steppes et prairies tempérées	intérieur des continents aux latitudes moyennes	hiver froid, été chaud	30–100 cm avec sécheresse saisonnière	herbacées (Poacées), arbres quasi absents	profond, très fertile
Formations méditerranéennes sclérophylles	environ 30–40°, façades occidentales des continents	hiver doux, été chaud	30–100 cm concentrés en hiver	arbres et arbustes sempervirents à feuilles coriaces	variable, souvent pauvre et sensible à l'érosion
Désert	vers 30° N et S (et déserts froids continentaux)	chaud ou froid, forte amplitude thermique journalière	moins de 30 cm, irrégulières	plantes succulentes, arbustes espacés, annuelles à cycle court	pauvre en matière organique
Savane	régions tropicales	chaude toute l'année	saisonnières : saison des pluies et longue saison sèche	tapis herbacé avec arbres épars ; feux fréquents	variable
Forêt tropicale humide	proche de l'équateur	chaude et presque constante (25–29 °C)	abondantes (200–400 cm) réparties sur l'année	grands arbres sempervirents stratifiés, lianes, épiphytes	pauvre et lessivé

4.2 La toundra : le froid détermine tout

Facteur limitant : la brièveté de la saison de végétation (quelques semaines) et la présence du pergélisol, qui empêche l'enracinement profond et le drainage de l'eau ; il se forme ainsi des marécages estivaux malgré de faibles précipitations.
Pourquoi n'y a-t-il pas d'arbres ? Les arbres ont besoin d'une saison de croissance suffisante pour édifier des tissus ligneux et de racines profondes ; les vents froids et secs endommagent tout ce qui dépasse la couverture neigeuse.
Adaptations : végétaux bas plaqués au sol, cycles de vie vivaces, croissance rapide durant le court été. Chez les animaux : fourrure épaisse, couches adipeuses, migration (oiseaux, rennes), hibernation.
Productivité faible et décomposition très lente de la matière organique à cause du froid.

4.3 La forêt boréale (taïga) : le plus vaste biome terrestre en superficie

Caractères des conifères expliqués par le climat :
- aiguilles recouvertes d'une cuticule épaisse : elles limitent la transpiration en hiver, lorsque l'eau est gelée et donc indisponible ;
- persistance des feuilles (sempervirence) : elle permet de démarrer la photosynthèse dès le redoux, sans dépenser de temps ni de matière à construire de nouvelles feuilles ;
- forme conique et branches souples : elles facilitent le glissement de la neige.
Sol : les aiguilles tombées se décomposent lentement et produisent un humus acide ; le sol est pauvre.

4.4 La forêt tempérée décidue : la stratégie de l'arrêt saisonnier

La chute des feuilles en automne est une adaptation à l'hiver : la feuille large et mince perd facilement l'eau et est endommagée par le gel ; s'en débarrasser limite les pertes d'eau lorsque l'eau du sol est gelée. L'arbre entre alors en dormance.
Stratification verticale nette : strate arborescente, strate arbustive, strate herbacée ; avec des plantes herbacées qui fleurissent au printemps avant la fermeture du couvert des arbres.
Sol fertile, car les feuilles tombées se décomposent facilement.

4.5 Steppes et prairies tempérées : l'eau exclut les arbres

Facteur limitant : une sécheresse saisonnière qui ne permet pas la croissance des arbres, associée au feu et au pâturage.
Pourquoi les herbacées résistent-elles ? Méristèmes (zones de croissance) basaux proches de la surface du sol et système racinaire dense et profond : lors du pâturage ou d'un incendie, seule la partie aérienne est détruite et la plante repousse.
Parmi les sols les plus fertiles : l'accumulation d'une grande masse racinaire se transforme en humus ; c'est pourquoi une grande partie de ce biome a été convertie en terres agricoles.

4.6 Les formations méditerranéennes : l'adaptation à un été sec

Caractère distinctif : la non-coïncidence entre la saison de l'eau (hiver) et la saison de la chaleur (été) ; la plante affronte la sécheresse au moment où la chaleur est maximale.
Adaptation principale — la sclérophyllie : feuilles petites, dures, à cuticule épaisse, persistantes, résistant aux pertes d'eau ; leur persistance permet de profiter des périodes de chaleur modérée et d'eau en automne, en hiver et au printemps.
Le feu est un facteur écologique naturel dans ce biome : capacité à rejeter de souche ou de la base de la tige, graines dont la germination est stimulée après le passage du feu.
Dégradation des formations : sous l'effet des coupes, du pâturage et des incendies, la forêt se transforme en formations arbustives denses (maquis) ou claires (garrigue), puis en formations herbacées basses.

4.7 Le désert : l'eau, facteur limitant absolu

Trois stratégies végétales face à la sécheresse :
1. l'évitement : plantes annuelles à cycle court (éphémères) qui accomplissent leur cycle en quelques semaines après la pluie et persistent sous forme de graines durant la sécheresse ;
2. la tolérance par stockage : plantes succulentes stockant l'eau dans leurs tissus (tige ou feuilles), dont beaucoup ont un métabolisme CAM avec ouverture nocturne des stomates ;
3. la recherche de l'eau : système racinaire très profond pour atteindre la nappe, ou superficiel et étendu pour capter les pluies légères.
Adaptations animales : activité nocturne, abri dans des terriers le jour, excrétion d'une urine très concentrée, obtention de l'eau à partir de l'alimentation ou du métabolisme.

4.8 La savane : une longue saison sèche et le feu

Facteur limitant : l'alternance d'une saison des pluies et d'une longue saison sèche ; les arbres épars (comme les acacias) possèdent des racines profondes et peuvent perdre leurs feuilles en saison sèche.
Le feu et le pâturage maintiennent l'ouverture herbacée et empêchent, dans certaines régions, l'évolution de la savane vers la forêt.
Faune riche en grands herbivores et en carnivores associés, avec des migrations saisonnières qui suivent les pluies.

4.9 La forêt tropicale humide : une abondance fondée sur un sol pauvre

La plus forte biodiversité et la plus forte productivité des biomes terrestres, car chaleur et eau sont disponibles simultanément toute l'année.
Stratification verticale complexe : arbres émergents, canopée fermée, strates inférieures ombragées ; la compétition pour la lumière est le moteur principal de la structure de la forêt (arbres très hauts, lianes, épiphytes vivant sur les branches pour accéder à la lumière).
Le paradoxe du sol : malgré une biomasse considérable, le sol est pauvre. Explication : la décomposition est très rapide grâce à la chaleur et à l'humidité, les éléments minéraux sont immédiatement absorbés par les végétaux et les pluies abondantes lessivent le reste ; le stock d'éléments minéraux se trouve donc essentiellement dans la biomasse et non dans le sol. C'est pourquoi la terre perd rapidement sa fertilité après la déforestation.

5. La zonation altitudinale : une image réduite de la zonation latitudinale

Quand on s'élève en montagne, la température diminue (en moyenne d'environ 0,5 à 0,6 °C par 100 mètres). Sur le versant d'une haute montagne se succèdent donc des étages de végétation qui rappellent la succession des biomes de l'équateur vers le pôle : forêt feuillue en bas, puis forêt de conifères, puis formations montagnardes basses semblables à la toundra, puis rochers et glace.

Image 3 — en préparation

Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, composé de deux parties en vis-à-vis à échelle symbolique. Partie gauche : profil latéral d'une haute montagne montrant des étages de végétation horizontaux successifs de la base au sommet : forêt feuillue (arbres arrondis vert moyen), forêt de conifères (arbres coniques vert foncé), limite supérieure des arbres (ligne rouge en tirets, nommée), pelouses et toundra alpine (couvert bas vert jaunâtre), neiges et rochers (blanc et gris) au sommet ; avec une flèche verticale « Altitude » et un indicateur « Baisse de température ». Partie droite : bande horizontale en dégradé représentant le passage latitudinal de l'équateur au pôle Nord avec les mêmes couleurs : forêt feuillue, forêt boréale de conifères, toundra, glace polaire ; avec une flèche « Latitude » et un indicateur « Baisse de température ». De fines flèches en tirets relient chaque étage altitudinal au biome latitudinal correspondant. Annotations en français lisible, fond blanc, couleurs sobres et harmonieuses

6. Raisonnement appliqué : identifier un biome à partir de données

Démarche méthodique face à un document climatique ou descriptif :

Chaleur : existe-t-il une période de froid intense qui arrête la croissance ? La température est-elle élevée toute l'année ?
Quantité d'eau : les précipitations sont-elles très faibles (désert), moyennes ou abondantes ?
Coïncidence : la période des pluies coïncide-t-elle avec la période chaude ? (coïncidence → steppe, savane ou forêt selon la quantité ; non-coïncidence avec été sec → méditerranéen).
Vérification par la végétation : la physionomie décrite est-elle cohérente avec la conclusion (arbres, herbes, arbustes sclérophylles, plantes succulentes) ?

Exemples :

Données	Raisonnement	Biome
26–28 °C toute l'année, 250 cm de précipitations réparties, grands arbres stratifiés	aucune limite thermique ni hydrique	forêt tropicale humide
Températures élevées, environ 50 cm de pluies en hiver, été sec, arbustes sempervirents à feuilles coriaces	eau et chaleur non simultanées	formation méditerranéenne
Long hiver sous zéro, été court à moins de 10 °C, lichens et mousses, sol gelé en profondeur	limite thermique absolue	toundra
10–15 cm de précipitations irrégulières, plantes annuelles apparaissant après la pluie	limite hydrique absolue	désert
Températures élevées, courte saison des pluies puis longue sécheresse, herbes et arbres épars, feux	eau saisonnière en région tropicale	savane

7. Erreurs fréquentes et pièges d'examen

Erreur	Correction
Le biome est synonyme d'écosystème.	Le biome est un niveau supérieur regroupant de nombreux écosystèmes de climat et de formation végétale semblables.
Le biome se définit par la liste des espèces qu'il contient.	Il se définit par la physionomie de la formation végétale et par le climat ; les espèces peuvent être totalement différentes d'un continent à l'autre.
La quantité de précipitations détermine seule le biome.	La température, la répartition annuelle des précipitations et leur coïncidence sont également décisives.
La ressemblance de la végétation de deux biomes éloignés prouve une parenté.	Il s'agit le plus souvent d'une convergence évolutive due à des pressions de sélection similaires.
La forte biomasse de la forêt tropicale implique un sol riche.	Le sol est pauvre ; les éléments minéraux sont stockés dans la biomasse et recyclés rapidement.
La toundra est humide parce qu'elle reçoit de fortes précipitations.	Ses précipitations sont faibles ; l'engorgement estival du sol est dû au pergélisol et à la faible évaporation.
Les étages montagnards sont identiques aux biomes latitudinaux.	La ressemblance concerne la physionomie ; l'éclairement, le rayonnement et les espèces diffèrent.

8. Bilan

Le biome est un ensemble d'écosystèmes sur une vaste aire, caractérisé par un climat semblable et une formation végétale de physionomie caractéristique ; c'est un niveau d'organisation situé entre l'écosystème et la biosphère.
Le climat est le déterminant principal : la température et les précipitations, et surtout leur coïncidence, fixent la durée de la saison de végétation et donc la forme des végétaux ; le diagramme de Whittaker résume cette relation.
Le feu, le pâturage et le sol modifient localement la répartition climatique (savane, prairie).
Un même biome se ressemble d'un continent à l'autre par convergence évolutive et non par parenté.
Grands biomes terrestres : toundra (froid et pergélisol), forêt boréale (conifères à aiguilles), forêt tempérée décidue (dormance hivernale), steppes et prairies (herbacées, sécheresse saisonnière), formations méditerranéennes (sclérophyllie, été sec), désert (évitement, stockage ou recherche de l'eau), savane (longue saison sèche et feu), forêt tropicale humide (biodiversité et productivité maximales sur sol pauvre).
La zonation altitudinale reproduit la zonation latitudinale par la physionomie générale, avec des différences d'éclairement, de rayonnement et d'espèces.

Leçon suivante

Leçon 122 — Les biomes aquatiques : facteurs de zonation et caractéristiques distinctives. Après avoir vu que la chaleur et l'eau déterminent les biomes terrestres, nous passons aux milieux aquatiques, où la lumière, la salinité, la profondeur et le mouvement de l'eau deviennent les facteurs déterminants.