A vegetação do bioma é extremamente diversificada, incluindo, além das caatingas, vários outros ambiente associados. São reconhecidos 12 tipos diferentes de Caatingas, que chamam atenção especial pelos exemplos fascinantes de adaptações aos hábitats semi-áridos. Tal situação pode explicar, parcialmente, a grande diversidade de espécies vegetais, muitas das quais endêmicas ao bioma. Estima-se que pelo menos 932 espécies já foram registradas para a região, sendo 380 endêmicas.
A caatinga é um tipo de formação vegetal com características bem definidas: árvores baixas e arbustos que, em geral, perdem as folhas na estação das secas (espécies caducifólias), além de muitas cactáceas.
A caatinga apresenta três estratos: arbóreo (8 a 12 metros), arbustivo (2 a 5 metros) e o herbáceo (abaixo de 2 metros). Contraditoriamente, a flora dos sertões é constituída por espécies com longa história de adaptação ao calor e à seca, é incapaz de reestruturar-se naturalmente se máquinas forem usadas para alterar o solo. A degradação é, portanto, irreversível na caatinga.
O aspecto geral da vegetação, na seca, é de uma mata espinhosa e agreste. Algumas poucas espécies da caatinga não perdem as folhas na época da seca. Entre essas destaca-se o juazeiro, uma das plantas mais típicas desse ecossistema.
Ao caírem as primeiras chuvas no fim do ano, a caatinga perde seu aspecto rude e torna-se rapidamente verde e florida. Além de cactáceas, como Cereus (mandacaru e facheiro) e Pilocereu (xiquexique), a caatinga também apresenta muitas leguminosas (mimosa, acácia, emburana, etc.).
Algumas das espécies mais comuns da região são a emburana, a aroeira, o umbu, a baraúna, a maniçoba, a macambira, o mandacaru e o juazeiro.
No meio de tanta aridez, a caatinga surpreende com suas “ilhas de umidade” e solos férteis. São os chamados brejos, que quebram a monotonia das condições físicas e geológicas dos sertões. Nessas ilhas, é possível produzir quase todos os alimentos e frutas peculiares aos trópicos.
As espécies vegetais que habitam esta área são em geral dotadas de folhas pequenas, uma adaptação para reduzir a transpiração. Gêneros de plantas da família das leguminosas, como Acacia e Mimosa, são bastante comuns. A presença de cactáceas, notavelmente o cacto mandacaru (Cereus jamacaru), caracterizam a vegetação de caatinga; especificamente na caatinga da região de Morro do Chapéu, é característica a palmeira licuri (Syagrus coronata).
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