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건조성과 원인

사막의 형성은 대기순환으로 조절된다.

적도 부근에서 태양의 복사로 가열된 공기는 상승하여 냉각되며, 이때 수증기의 응축이 일어나 열대지방에 비를 내리게 된다. 그후 공기는 남위·북위 30° 근처에서 지표면으로 하강해 2개의 커다란 아열대 고압대를 형성한다. 세계의 큰 사막의 일부는 이러한 고압대에 위치하는데, 사하라 사막, 나미브 사막, 칼리하리 사막, 아타카마 사막이 이에 포함된다.

한편 아프리카나 남아메리카의 동쪽 연안처럼 바다로부터 무역풍이 불어오는 지역에서는 이에 포함되어 있는 습기 때문에 사막이 형성되지 않는다.

아르헨티나의 파타고니아 사막과 같은 일부 사막은 건조대와 관계없는 고지에 형성되어 있다. 따라서 이들은 따뜻하고 습기를 함유한 바람이 사면을 타고 올라가면서 냉각되어 수증기가 응축되면서 산악지역에 비를 내리고, 습기가 제거된 건조한 공기만이 능선 반대편의 내리바람 쪽을 따라 하강하는 비그늘 효과에 의해 형성된다. 이밖에 바다와 멀리 떨어진 대륙 내부에서는 습기의 부족으로 사막이 형성되기도 하는데, 중앙 아시아의 타클라마칸 사막과 고비 사막 등이 이에 해당된다.

수리적 요인들

건조지역의 수리를 조절하는 요인은 기후·지형·지질이다.

사막의 강수는 단속적이기 때문에 대규모의 흐름은 큰 비가 내린 후에만 생긴다. 사막의 이슬은 대기 중의 수증기나 토양에서 증발한 수증기가 응축되어 생기며, 사막의 주요한 수원(水源)으로 작용한다. 그러나 이슬의 형성량은 증발량에 비해 매우 적으므로, 이슬이 사막 전체의 물수지에 미치는 영향은 미미하다. 일반적으로 사막에서는 총증발량이 총강수량보다 크며, 이러한 관계는 사막지역을 정의하는 기후조건의 하나로 생각된다.

이러한 이유로 호수와 같은 자연적인 수권은 대체로 존재하지 않는다. 증발은 수면에서 많이 일어나지만, 토양 표면에서도 상당히 많이 일어난다.

또한 뜨겁고 건조한 바람이 불 경우에는 증발량이 상당히 증가하는 양상을 보여준다. 지형요인은 앞서 언급한 비그늘효과로 건조성을 증가시키기도 하지만, 건조지역 내에 고지(高地)가 있는 경우에는 강수를 촉진시키기도 한다. 그 예로 사하라 사막 중앙에 위치한 높이 3,415m의 티베스티 대산괴(大山塊)는 주변에 비해 강수량이 많으며, 따라서 극히 건조한 지역 내에 아건조기후의 '섬'을 형성하기도 한다.

암석의 종류, 지질구조, 토양의 종류, 공극률 및 투수성과 같은 지질학적 요인 역시 사막의 수리에 영향을 미친다. 투수성이 좋으며 열극(裂隙)이 있는 지층은 물을 효과적으로 흡수하여 증발량을 감소시킴과 동시에 많은 양의 물을 지하수로 유입시키지만, 투수성이 좋지 않은 지층은 배수량을 증가시키며, 따라서 증발량을 증가시키게 된다.

지표수

사막지역의 하천은 대체로 태풍이나 집중호우로 형성되는데, 이는 증발과 누수로 없어지는 수량보다 강수량이 많을 경우에 일시적으로 형성된다.

사막의 하천은 주로 큰 비가 내린 직후에 형성되므로 대체로 난류성(亂流性)을 띠며 최대 만제유량(滿堤流量) 및 대규모 홍수의 발생빈도는 극히 드물다. 일시적이고 바다로 연결되지 않은 사막의 하천 특성은 영구적이고 바다로 연결되는 습윤한 지역의 하천과는 뚜렷이 다르다. 사막의 호수나 소택지는 지표수가 저지에 모여 고여서 형성된다. 사막의 호수는 대부분 배수구가 없고, 호수로 유입되는 물은 염분을 계속 공급하며, 물의 계속적인 증발로 염분이 농집되어 염도가 200~300‰로 상당히 높은 염수호가 된다. 그러나 충분한 비가 내리거나 지하수가 호수로 유입될 경우에는 담수호가 형성된다.

지하수

지하수는 사막의 여러 곳에 분포하며, 사막지역에서 쉽게 이용할 수 있는 주요수원이다.

사막의 지하수는 다른 지역과 마찬가지로 지표부근에 있는 토양수, 토양수 하부에 있는 건조대의 피압수(被壓水) 및 건조대 하부에 있는 일반적인 의미의 지하수로 세분된다. 사막의 일반적인 지하구조 및 지층의 분포는 분지(盆地)와 유사한 특성을 가진다. 역전된 대수층이 강수량이 큰 지역에서 노출되어 있으면, 다량의 물이 주로 이곳을 통하여 지하수로 유입된다. 사막의 지하수는 2만~3만 5,000년 전의 홍적세에 대수층을 통하여 유입된 물로서 화석수의 성격을 띤다.

대수층 내에서 압력차에 의하여 솟아오르는 샘을 자분정(自噴井)이라 하는데, 이는 사막의 지표에 물을 공급하여 샘이나 오아시스를 형성하기도 한다.

기후양상과 생물상

대륙내부에 있는 한성(寒性) 사막은 가뭄이 극심하고 일교차가 매우 크며, 더욱이 겨울 동안 기온이 매우 낮아서 상대적으로 눈이 많이 오는 곳보다 적설보호를 받지 못하기 때문에 더 심한 장애를 겪는다.

반면 열대사막의 경우에는 추위는 별로 문제되지 않으나 맑은 날씨로 인해서 복사가 매우 강해 생물이 심한 장애를 받으며, 낮 동안의 고온 및 극심한 기온의 일교차도 생물에는 심한 악조건이 된다. 사막의 토양은 투수성과 공극률이 매우 높아서 물이 과다하게 지하로 빠져나간다.

사막의 토양은 물리적인 작용 또는 조류(藻類)와 지의류(地衣類)의 발달로 지표에 불투수성의 표면층이 형성되어 과다한 배수를 유발하는데, 이들은 모두 생물서식에 적합하지 못한 조건을 형성한다. 일반적으로 선구생물(先驅生物)은 정착지의 모토양을 개척해 새로 들어오는 생물에 적합한 조건을 만들며, 점차 복잡한 생물이 정착하여 극상군락(極相群落)을 이루게 된다. 사막의 혹독한 조건은 생물활동에 의해 크게 개선되지 않으므로, 선구생물 자체만이 극상군락을 이루는 경우도 많다.

생물상의 공간적인 분포

사막의 많은 생물은 환경에 대해 조직적·행동적인 반응을 한다.

그 예로 사막의 다년생식물은 공간적으로 넓게 분포하는 경향을 보이며, 강수량이 적을 경우에는 더욱 넓게 분포한다. 수로 주변에서는 식물이 토양 속의 물을 이용할 수 있으므로, 비교적 밀집하는 경향을 보인다. 또한 사막의 식물은 토양과 지형의 영향도 받는다. 남쪽 사면은 북쪽 사면보다 식물의 서식에 적합하므로 식물이 많이 분포한다. 토양은 장소에 따라 물리적·화학적 특성이 다르므로, 장소에 따라 다른 종류의 식물이 서식한다. 동물의 서식지도 식물의 분포와 동물의 자유이동으로 인해 다양한 양상을 보여준다.

식물은 동물에게 먹이·그늘·은신처를 제공하므로 동물의 생존조건을 형성해 주거나 변화시켜 주는 역할을 한다. 또한 다른 지역의 동물에 비해 사막의 동물은 넓게 퍼지는 경향을 보여주며, 각 개체는 다른 지역에서보다 더 넓은 고유영토를 갖는다.