Если верхний слой почвы не подвергается должному орошению, то плодородная верхняя поверхность может быть смыта, а при увеличении объема воды происходит образование оврагов и других эрозионных форм.
Эрозия почвы
Эрозия представляет собой процесс разрушения горных пород и почв, который происходит благодаря воздействию поверхностных вод и ветра. Это включает как отрыв, так и перемещение валунов, а также их последующее осаждение.
Эрозия почвы представляет собой разрушение и вынос верхних плодородных горизонтов почвы под действием воды и ветра. Этот процесс может быть весьма разрушительным, что особенно очевидно в условиях, когда техногенные факторы усугубляют естественные процессы.
В зарубежной литературе термин «эрозия» зачастую охватывает любую разрушительную деятельность геологических сил. Это могут быть процессы, вызванные океанскими волнами, ледниками, гравитацией и другими природными явлениями, что делает эрозицию синонимом абляции. Специальные термины обозначают различные виды этих процессов: абразия — это эрозия от волн, выветривание относится к ледниковой эрозии, тогда как гравитационные процессы, твердая эрозия и так далее — это другие аспекты. Ветроединицы тоже подвержены эрозии, процесс которой иногда обозначают термином дефляция, но ветровая эрозия встречается намного чаще.
Кроме того, эрозия может быть классифицирована по скорости её развития на две группы: нормальную и ускоренную. Нормальная эрозия происходит в течение долгого времени, например, во время сильного стока, и её скорость медленнее, чем процесс формирования почвы, что не приводит к заметным изменениям рельефа поверхности. Напротив, ускоренная эрозия происходит быстрее, чем формирование почвы, и приводит к её деградации и значительным изменениям в рельефе.
Причины эрозии также классифицируются на естественные и антропогенные. Важно отметить, что антропогенная эрозия не всегда проявляется в ускоренной форме; в некоторых случаях она даже замедляется в зависимости от влияния человеческой деятельности и принятия мер по охране почвы.
Гнейсовые валуны, эффектно подверженные ветровой эрозии, можно наблюдать в горах Наньшань в Китае.
Ветровая эрозия имеет свойственные ей характеристики. Начало пыльной бури зависит от определенной скорости ветра; однако, когда частицы начинают подниматься и передвигаться, начинают происходить цепные реакции, что позволяет в конечном итоге буре продолжать существовать даже при более низких скоростях ветра.
Одни из самых значительных пыльных бурь произошли в Соединенных Штатах в 1930-х годах, известные как «Dust Bowl», и в Советском Союзе в 1960-х годах. Эти явления были следствием нерациональной деятельности человека — активной распашки земель без проведения необходимых мероприятий по защите почвы, что и привело к возникновению катастрофических последствий.
Существуют также особые формы рельефа, образующиеся под воздействием дефляции — пузырьковые чаши, которые являются негативными формами, увеличивающимися в направлении преобладающих ветров.
Водная эрозия
Поверхностная эрозия
Поверхностная эрозия характеризуется равномерным удалением материала со склонов, что приводит к их постепенному выравниванию. Если взглянуть с некоторой обобщающей точки зрения, этот процесс можно представить как действие постоянно движущегося слоя воды, который на самом деле состоит из сети небольших временных водных потоков. Каждый из этих потоков вносит свой вклад в общее разрушение верхнего слоя почвы.
В результате поверхностной эрозии происходят процессы, связанные со смывом почвы, и в более широком масштабе — образование речных отложений, которые откладываются в низменностях местности.
Линейная эрозия
Линейная эрозия, в отличие от поверхностной, происходит на ограниченных участках, что приводит к фрагментации фактической поверхности почвы и образованию разнообразных эрозийных форм, таких как овраги, балки, каньоны, и долины. К этой категории также относится речная эрозия, возникающая в результате устойчивых потоков воды.
Как правило, материал, подвергшийся эрозии, осаждается в виде вееров, образующих речные отложения.
Виды линейной эрозии
- Глубинная (донная) эрозия — это разрушение дна русла водотока. Она направлена вверх по течению от устья и продолжается до тех пор, пока дно не достигнет уровня базиса эрозии, который является критической точкой, где дальнейшее углубление не происходит.
- Боковая эрозия — ведет к разрушению берегов водотоков, что может привести к их обрушению и изменению курса реки.
В любых постоянных и временных водотоках (таких как реки и каналы) всегда можно наблюдать обе формы эрозии; однако на начальных стадиях развития обычно преобладает глубинная эрозия, после чего со временем начинает преобладать боковая.
Механизм водной эрозии
Обычно химическое воздействие поверхностных вод, включая речную воду, достаточно незначительно. Основным фактором, приводящим к эрозии, является механическое воздействие воды, а также обломков, которые она переносит, на породы, ранее подверженные эрозии. При наличии мусора в воде наблюдается резкий рост эрозионных процессов. Чем быстрее течет поток, тем крупнее становятся переносимые частицы мусора и тем интенсивнее протекает процесс коррозии.
Сопротивление почвы к воздействию потоков воды можно оценить, используя понятие критических скоростей:
- Неразмывающая скорость — это максимальная скорость потока, при которой не происходит отрыв и перемещение частиц. Это важно для определения устойчивости почвы к эрозии.
- Размывающая скорость — это минимальная скорость потока, при которой начинается непрерывный отрыв частиц от почвы, что приводит к её деградации.
Для различных типов почв и стратифицированных грунтов понятие скорости без разложения становится не совсем актуальным, поскольку даже при более низких скоростях увлечение более мелкими частицами продолжает происходить. В условиях турбулентного потока отрыв частиц происходит в момент максимальных скоростей импульса, и, следовательно, увеличение диапазона изменения скорости приводит к снижению критических скоростей для конкретной почвы.
Эрозия почвы как природный процесс
Эрозия почвы может быть вызвана рядом природных явлений. В большинстве случаев этот процесс инициируется под воздействием воды и ветра.
Водная эрозия чаще всего имеет место во время экстремальных погодных условий, таких как проливные дожди, наводнения или быстрое таяние снега. Чем больше водного потока проходит по поверхности земли, тем больше почвы смывается вниз по течению. Особенно уязвимыми оказываются участки почвы, лишенные растительности или деревьев, которые способны поглощать воду и удерживать почву корнями. Опасность возрастает, если это происходит на склонах, где поток воды обретает большую скорость и разрушительную силу.
Что касается ветровой эрозии, то её основной причиной является сильный ветер, который поднимает рыхлую, сухую почву в воздух, транспортируя её на большие расстояния. В 2020 году в США произошла огромное пыльное буря, которую можно было увидеть даже из космоса. Она перемещалась из Колорадо через Небраску и Канзас, покрыв почти 500 километров. В России сильные пыльные бури нередки в таких регионах, как Калмыкия, Башкирия, Астраханская и Волгоградская области, а также на Севере Кавказа. Исследование, опубликованное в журнале Science, подтвердило, что частые засухи и расширение площадей сельскохозяйственных угодий сделали пыльные бури более агрессивными за последние два десятилетия.
Аральское море, которое до недавнего времени было соленым озером на границе Казахстана и Узбекистана, стало крупнейшим источником пыли в этом регионе. Объем песка, переносимого ветром в районе Аральского моря, может достигать впечатляющего значения в 90 миллионов тонн ежегодно.
Эрозия и поля
Эрозия почвы причиняет существенный ущерб национальной экономике, особенно в области почвенных ресурсов. В черноземной зоне России каждый день овраги выводят из сельскохозяйственного оборота до 70-80 гектаров земли. Но овраги представляют собой крайние формы эрозии; в то время как поверхностная эрозия распространена более широко, она не всегда столь заметна, хотя её отрицательное воздействие на плодородие почвы приводит к значительному ухудшению успехов в сельском хозяйстве. Под воздействием поверхностной эрозии плодородие почвы снижается, и ответственность за это лежит на уничтожении растительности, что в итоге может привести к уменьшению урожайности на 10-70%.
В настоящее время в России существует более 76 миллионов гектаров земли, которые по различным причинам более не используются в сельском хозяйстве и покрылены лесами. Это площадь сопоставима с территорией всей Турции или составляет около 4,5 % всей площади России. Несмотря на то, что на этих землях практически невозможно выращивать сельскохозяйственные культуры, существует потенциал для восстановления лесов, который может служить как средство защиты от эрозии и обезлесения в диких и особо ценных регионах, сохраняя таким образом биоразнообразие и смягчая последствия изменения климата. Способы реализации этого потенциала будут рассмотрены ниже.
Эрозия и леса
Эрозия почвы, уже сама по себе представляющая серьёзную угрозу, становится еще более опасной в результате активных действий человека, направленных на уничтожение крупных лесных массивов. Например, в Бразилии ценные леса в Амазонии вырубаются для организации пастбищ и сельскохозяйственных угодий. В России процесс вырубки лесов часто осуществляется для заготовки древесины и её продажи.
Обезлесение является мощным фактором, способствующим эрозии почвы, и сочетание этих двух факторов может привести к серьёзным экологическим последствиям.
1. Загрязнение и дноуглубительные работы в водоемах
Согласно исследованиям, проведённым учеными из Корнельского университета, примерно 60 % почвы, смытой в результате эрозии, попадает в реки, ручьи и озера вместе с загрязняющими веществами, которые накапливаются в почве. Это может приводить к образованию вредоносных цветений водорослей в водоёмах, что наносит ущерб или даже отрицательно сказывается на подводных экосистемах. Пруды могут обмелеть, если в них попадает большое количество частиц почвы, река может столкнуться с проблемами наводнения, если почва блокирует её естественный дренаж. В результате под угрозу попадают не только природные экосистемы, но и населенные пункты, расположенные вблизи. Леса могут смягчить последствия этих природных явлений, в то время как вырубка лесов может усугубить их.
2. Потеря биоразнообразия
Эрозия почвы, наряду с вырубкой лесов, негативно сказывается не только на водных экосистемах, но и на наземных виды животных и растений. Масштабная вырубка лесов означает, что порой территорий становится непригодной для жизни многих видов флоры и фауны, обитающих в лесах — такие места становятся фактически запретными зонами для существующих в них видов. Эрозяционные процессы, сопровождающие потерю лесов, ведут к «размыванию» почвы, что делает её непригодной для жизни многих растений. В отличие от животных, растения не могут покинуть свое место обитания и искать новый дом, что ставит некоторые редкие виды под угрозу исчезновения.
Изменение климата
Деревья не единственные элементы, которые способны смягчить последствия изменения климата; почва играет значительную роль как хранилище углекислого газа, органических веществ и микроорганизмов. Однако при повреждении почвы, вызванном вырубкой лесов, неэффективными практиками в сельском хозяйстве, природными пожарами, ветровой и водной эрозией, она начинает высвобождать углерод обратно в атмосферу. Потеря здоровых почв означает уменьшение важнейшего инструмента в борьбе с изменением климата, затрудняя выполнение экологических обязательств.
4. Истощение почвы
Процессы вырубки лесов также ведут к тому, что в почву поступает меньше питательных веществ и минералов, поскольку источник гумуса сокращается. Основным источником мертвого органического вещества, которое обогащает почву гумусом, являются опавшие листья, помет животных, плоды деревьев или разлагающиеся дерева. «Голая» почва более подвержена риску эрозии. Например, если вы не вырубаете дикие, исконные леса и не вторгаетесь в нетронутые природные ландшафты с помощью тяжёлой техники, угроза эрозии почвы снижается пропорционально.
