La diversidad de medios de la Sierra de Guadarrama, debido a la variedad de factores ambientales como la orientación, altitud, orografía, clima, litología o tipos de suelos es el origen de su riqueza y diversidad de ecosistemas, hábitats y especies.
La cubierta vegetal, condicionada por el gradiente altitudinal, se caracteriza por una gran variedad de tipos de vegetación. Podemos diferenciar cinco grandes tipos de formaciones vegetales potenciales y dominantes vinculadas a franjas altitudinales:
- Bosques esclerófilos, correspondientes con el dominio de la encina y de sus fases regresivas (matorral de jaras, lavandas o tomillos). Esta área se extiende por la rampa serrana madrileña. En la vertiente segoviana, más húmeda, la encina es sustituida por el rebollo y el fresno.
- Bosque caducifolio, dominado por el rebollo, que aparece aproximadamente a los 1200 m de altitud.
- Bosques de pino silvestre. Aparecen sobre el anterior, constituyendo la zona más elevada del piso arbóreo y la masa forestal más extensa de la Sierra.
- Vegetación de zonas elevadas y de cumbres, por encima del pinar. Está formada por matorrales y pastizales de alta montaña: piornales, enebrales y cervunales.
- Cimas y roquedos de alta montaña, ocupadas por especies xerófitas adaptadas a las duras condiciones ambientales de las áreas de gran altitud.
La variedad de ecosistemas y hábitats de la Sierra, da lugar a su vez a una gran diversidad de especies de fauna (representan el 45% de las especies de la fauna española y el 18% de la fauna europea). Entre los mamíferos hay que destacar la presencia de ciervos, jabalíes, corzos, gatos monteses, gamos, tejones, zorros, etc. En cuanto a las aves, existen una gran cantidad de aves acuáticas debido al gran número de embalses presentes en la zona, además de grandes rapaces como el buitre negro, el leonado o el águila imperial, así como autillos, abejarucos, milanos negros y reales, halcones abejeros, etc. Además, la sierra alberga un gran número de especies amenazadas, siendo las más emblemáticas el buitre negro, la cigüeña negra o el águila imperial.
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