Table of Contents

Эрозия стоит как один из самых мощных скульпторов Земли, непрерывно меняя поверхность планеты благодаря неустанному действию природных сил. Этот фундаментальный геологический процесс включает в себя постепенное изнашивание и транспортировку камней, почвы и осадка из одного места в другое, создавая разнообразные и драматические ландшафты, которые мы наблюдаем сегодня. От возвышающихся стен каньона до нежных прибрежных пляжей, от бурных горных долин до обширных дельт рек влияние эрозии затрагивает каждый уголок нашей планеты. Понимание механизмов, географического распределения и природных закономерностей эрозии дает решающее понимание эволюции ландшафта, управления окружающей средой и динамических отношений между поверхностью Земли и силами, которые ее формируют.

Понимание эрозии: основа изменения ландшафта

Эрозия — это геологический процесс, в котором земляные материалы изношены и транспортируются естественными силами, такими как ветер или вода, в отличие от выветривания, которое разрушает или растворяет породу без движения. Это различие имеет решающее значение для понимания того, как ландшафты развиваются с течением времени. В то время как выветривание готовит материалы для транспорта, разбивая их на более мелкие кусочки, эрозия фактически перемещает эти материалы по ландшафту, откладывая их в новых местах и коренным образом изменяя топографию.

Большинство эрозии осуществляется жидкой водой, ветром или льдом (обычно в виде ледника). Видимые свидетельства эрозии в действии часто можно наблюдать, когда вода кажется мутной или ветер несет пыль — эти обесцвеченные условия указывают на то, что частицы породы и почвы подвешиваются в жидкой среде и транспортируются из одного места в другое. Этот транспортируемый материал называется осадком.

Климат, пожалуй, самая влиятельная сила, воздействующая на воздействие эрозии на ландшафт, включая осадки и ветер, а также сезонную изменчивость, которая влияет на вероятность переноса выветрившихся отложений во время погодных явлений.Взаимодействие климата, топографии, растительности и типа горных пород создает уникальные эрозионные сигнатуры, обнаруженные в разных регионах мира.

Виды эрозии и их механизмы

Эрозия воды: доминирующая сила

Водная эрозия — обычное явление при всех климатических условиях на всех наблюдаемых континентах. Этот вид эрозии проявляется в нескольких различных формах, каждая со своими особенностями и ландшафтными воздействиями. Эрозия осадков начинается, когда капли дождя ударяют по голой почве, вытесняя частицы через их кинетическую энергию. Эта первоначальная отслойка делает почву уязвимой для транспорта проточной водой.

Интенсивность и частота осадков напрямую связаны с климатическими моделями, при этом регионы испытывают высокие осадки, особенно интенсивные ливни, испытывают значительную водную эрозию.Прогрессирование водной эрозии следует предсказуемой схеме: листовая эрозия удаляет однородный слой почвы по поверхности, в то время как концентрированный сток вырезает каналы, что приводит к эрозии риля в небольших каналах и в конечном итоге к эрозии овец в более крупных, глубоких каналах.

Речная и речная эрозия представляет собой ещё одну критическую категорию водной модификации ландшафта.По мере того, как реки и ручьи текут, они разрушают свои пласты, углубляя и расширяя каналы, в результате чего образуются долины и каньоны, часто резко формирующие ландшафт.Эрозивная сила проточной воды зависит от нескольких факторов, включая скорость, объём, нагрузку на осадки и сопротивление подстилающей породы или почвы.

Снегоплавок также способствует эрозии, особенно в горных районах, так как большие объемы воды высвобождаются за относительно короткий период.Этот сезонный пульс воды может спровоцировать значительные эрозионные события, особенно в районах, где замерзшая земля предотвращает инфильтрацию, заставляя талую воду течь по поверхности.

Эрозия ветра: формирование засушливых ландшафтов

Ветровая эрозия происходит преимущественно в засушливых и полузасушливых регионах, где редкий растительный покров оставляет почву подверженной воздействию атмосферных сил. Этот процесс включает в себя два первичных механизма: дефляцию, где ветер удаляет с поверхности рыхлые мелкозернистые частицы, и истирание, где частицы, управляемые ветром, ударяются и изнашивают поверхности горных пород. Эффективность ветровой эрозии зависит от скорости ветра, содержания влаги в почве, размера частиц и наличия или отсутствия защитной растительности.

В пустынных условиях ветровая эрозия создает отличительные формы рельефа, включая песчаные дюны, дефляционные полости и вентифакты - скалы, отполированные и сформированные ветровым песком. Перевозимый осадок может преодолевать огромные расстояния, при этом мелкие частицы пыли иногда пересекают целые континенты или океаны до оседания. Этот дальний транспорт имеет значительные последствия для плодородия почвы, качества воздуха и даже продуктивности океана, когда богатая питательными веществами пыль оседает на водных поверхностях.

Ледниковая эрозия: сила льда

Ледниковая эрозия является результатом движения ледяных щитов, создавая некоторые из самых драматических ландшафтов Земли. Ледники разрушаются в результате двух основных процессов: истирания, когда фрагменты горных пород, встроенные в лед, измельчаются о скалу, как наждачная бумага, и выщипывания, когда лед замерзает на поверхности скал и оттягивает куски по мере движения ледника.

Ледниковые долины обычно имеют U-образное поперечное сечение и являются характерными рельефами горных районов, где произошло или продолжает происходить оледенение. Эта отличительная параболическая форма резко контрастирует с V-образными долинами, вырезанными реками, что дает четкие доказательства прошлой ледниковой активности даже в регионах, где лед давно отступил.

Ледяные щиты могут быть толщиной более мили, что затрудняет ученым измерение скорости эрозии и закономерностей, хотя ледяные щиты разрушаются удивительно быстро — до полусантиметра каждый год. Эта быстрая скорость эрозии демонстрирует огромную силу ледникового льда, чтобы изменить ландшафты в относительно коротких геологических временных масштабах.

Эрозия, вызванная гравитацией: массовое истощение

Массовое истощение описывает нисходящее движение горных пород, почвы и растительности, включая оползни, горные оползни и лавины, которые могут разрушать и транспортировать миллионы тонн земли, перестраивая холмы и горы.В отличие от других типов эрозии, требующих переносной среды, такой как вода или ветер, массовое истощение происходит в основном за счет прямого действия силы тяжести на материалы склона.

Несколько факторов вызывают массовые события истощения: крутизна склона, насыщение воды, уменьшающее трение между частицами, удаление растительности, стабилизирующей склоны, землетрясения, которые расшатывают материалы, и разрезание склонов реками или волнами.Скорость массового истощения чрезвычайно варьируется, от незаметно медленного ползания почвы, измеряющего миллиметры в год, до катастрофических камнепадов и обломков, движущихся на скоростных автомагистралях.

Термальная эрозия описывает эрозию вечной мерзлоты вдоль реки или береговой линии, где теплые температуры могут привести к тому, что богатая льдом вечная мерзлота отломится от береговых линий огромными кусками, часто несущими ценный верхний слой почвы и растительность, создавая эрозированные «плавающие острова».Эта специализированная форма эрозии становится все более значимой в арктических регионах, испытывающих потепление климата.

Географическое распределение моделей эрозии

Климатический контроль в области распределения эрозии

Основными климатическими силами, влияющими на эрозию, как на внутренних, так и на прибрежных территориях, являются изменения температуры, уровня воды, осадков, потери/изменения растительности и штормов, которые создают различные эрозионные режимы в различных климатических зонах, что приводит к характерным ландшафтным картинам.

Скорость эрозии нелинейно связана с плавным рельефом с пропорциональностью, установленной средним годовым количеством осадков. Эта взаимосвязь показывает, что влажные регионы не просто испытывают пропорционально больше эрозии - вместо этого, связь сложна, с интенсивностью осадков, продолжительностью и сезонным распределением, все играющие критические роли в определении скорости эрозии.

В тропических регионах с высоким уровнем осадков, интенсивные осадки приводят к быстрой потере почвы, особенно там, где растительность была удалена. Умеренные регионы испытывают сезонные изменения в эрозии, с весенним снегопадом и летними грозами, часто вызывающими самые значительные события. Засушливые регионы сталкиваются с различными проблемами, с редкими, но интенсивными событиями осадков, вызывающими внезапные наводнения и сильную эрозию на нерастительных поверхностях.

Топографические влияния на эрозию

Местно, крутые склоны и рельефная топография испытывают высокие скорости эрозии (например, Анды, Гималаи, Верхоянский хребет и горный хребет Аляски) вместе с регионами с обычно редким растительным покровом в течение года.Связь между углом наклона и эрозией экспоненциальна - удвоение угла наклона может увеличить скорость эрозии в четыре раза или более.

Топографический фактор LS (L = длина склона, S = крутизна склона) был одним из доминирующих факторов, определяющих пространственное распределение эрозии почвы с 30% вклада. Это открытие подчеркивает критическую важность характеристик местности в контроле того, где и как быстро эрозия происходит в ландшафтах.

Топография, форма поверхностных особенностей местности, способствует тому, как эрозия воздействует на эту область, при этом земляные поймы речных долин гораздо более подвержены эрозии, чем скалистые паводковые каналы, а мягкие породы, такие как мел, разрушаются быстрее, чем твердые породы, такие как гранит. Эта изменчивость сопротивления породы создает дифференциальные эрозионные узоры, где более мягкие материалы преимущественно удаляются, оставляя более устойчивые породы, стоящие в виде хребтов, скал или изолированных пиков.

Защитная роль растительности

Растительность может замедлять воздействие эрозии, так как корни растений прилипают к частицам почвы и горных пород, препятствуя их транспортировке во время осадков или ветров, а деревья, кустарники и другие растения могут даже ограничивать воздействие массовых событий истощения.Защитный эффект растительности действует через множество механизмов: корни связывают частицы почвы вместе, навесы растений перехватывают осадки и уменьшают его эрозивное воздействие, стебли и листья медленного поверхностного потока воды, а органическое вещество из растений улучшает структуру почвы и инфильтрацию воды.

Обезлесение, часто обусловленное деятельностью человека, но иногда усугубляемое засухами или лесными пожарами, вызванными изменением климата, устраняет защитный растительный покров, резко увеличивая темпы эрозии, в то время как изменения климата, которые изменяют характер растительности, также могут косвенно влиять на эрозию. Потеря лесного покрова в тропических регионах привела к некоторым из самых высоких в мире темпов эрозии, при измерениях, превышающих 100 тонн на гектар в год в сильно деградированных районах.

Горячие точки региональной эрозии

Эрозия почв, по-видимому, угрожает районам крупномасштабного мелиорации, таким как крупные сельскохозяйственные сектора, особенно если это происходит в сочетании с концентрированными интенсивными осадками (Южная Бразилия, Аргентина, Индия, Восточный Китай, Средний Запад Соединенных Штатов, Эфиопия и Средиземноморская Европа). Эти регионы имеют общие характеристики: интенсивное сельское хозяйство, эрозируемые почвы и климатические условия, которые включают периодические интенсивные осадки.

Страны с высоким уровнем дохода, как правило, в умеренных широтах, могут иметь меньший рост эрозии; в то время как тропические и субтропические страны с низким и средним уровнем дохода могут быть наиболее восприимчивыми к высокому увеличению эрозии.Это неравенство отражает различия в сельскохозяйственной практике, природоохранной инфраструктуре и интенсивности эрозионных климатических сил, причем тропические регионы сталкиваются как с более интенсивными осадками, так и с часто менее развитыми мерами по борьбе с эрозией.

Исторически сложилось так, что южная Нигерия, Либерия, Сьерра-Леоне и южная Гвинея наиболее подвержены эрозии почвы из-за высокой эрозии (1600-35,000 MJ мм / га / ч / год). Западная Африка иллюстрирует проблемы, стоящие перед тропическими регионами, где высокая эрозия осадков сочетается с расширением сельского хозяйства и обезлесением, чтобы создать серьезные проблемы эрозии.

Природные модели и формы земли, созданные эрозией

Каньоны и ущелья: памятники водной мощи

Каньон представляет собой глубокую расщелину между откосами или скалами, возникающими в результате выветривания и эрозионной активности реки в геологических временных масштабах.Эти впечатляющие рельефы представляют собой миллионы лет эрозии пациентов, при этом реки постепенно углубляются в коренную породу, когда они текут к базовому уровню.

Большинство каньонов образовалось в результате процесса длительной эрозии с плато или уровня столовых земель, с образованием скал, потому что более твердые слои горных пород, устойчивые к эрозии, остаются открытыми на стенах долины, и каньоны гораздо более распространены в засушливых районах, чем во влажных районах, потому что физическое выветривание имеет более локализованный эффект в засушливых зонах.Гранд-Каньон, возможно, самая известная эрозионная особенность Земли, прекрасно иллюстрирует эти принципы, с рекой Колорадо, вырезанной почти через два миллиарда лет геологической истории.

Самые большие и известные каньоны были прорезаны через засушливые или полузасушливые земли быстрыми потоками, питаемыми дождем или таянием снега, транспортируемого из влажных районов вверх по течению, со стенами, остающимися крутыми и угловатыми, потому что они не носят и смягчаются частыми дождями и поверхностным дренажем. Это объясняет, почему самые глубокие и самые драматические каньоны в мире происходят в регионах с сухим климатом, но мощные реки, полученные из отдаленных, влажных областей.

Замораживание и расширение воды также помогает формировать каньоны, поскольку вода просачивается в трещины между камнями и замерзает, раздвигая камни и в конечном итоге вызывая большие куски, чтобы разрушить стены каньона, в процессе, известном как морозное сужение. Этот механический процесс выветривания работает в согласии с речной эрозией, чтобы расширить и углубить каньоны с течением времени.

Долины: признаки эрозионных процессов

Речная эрозия со временем высекает долины и каньоны, поскольку текущая вода изнашивает окружающую скалу, создавая характерные V-образные или U-образные формы рельефа. Форма долины дает непосредственные подсказки об эрозионном агенте, ответственном за ее формирование. V-образные долины указывают на речную эрозию, где поток срезается вниз быстрее, чем разрушаются стены долины, создавая крутые стороны, которые встречаются в узком дне.

U-образные долины обычно имеют U-образное поперечное сечение и являются характерными рельефами горных районов, где произошло или продолжает происходить оледенение. Отличительный параболический профиль является результатом эрозии ледников не только вниз, но и вбок, создавая широкие плоские долины с крутыми сторонами. Эти ледниковые впадины являются непреходящим свидетельством прошлых ледниковых периодов, даже в регионах, где ледники исчезли тысячи лет назад.

Висячая долина — это притоковая долина, которая выше, чем главная долина, чаще всего связанная с U-образными долинами, где притоковый ледник впадает в ледник большего объема, при этом главный ледник размывается глубокой долиной, а притоковый ледник делает более мелкую долину.Водопады часто каскадируют из этих висячих долин, создавая одни из самых впечатляющих пейзажей в мире в оледенелых горных регионах.

Прибрежная эрозия Особенности

Прибрежные скалы покрывают около 75% мировых береговых линий, многие из которых страдают от серьезных проблем эрозии, вызванных главным образом волновым действием, приводящим к важным повреждениям.Побережье представляет собой динамичное поле битвы, где земля встречается с морем, с волнами, доставляющими огромную энергию береговым линиям во время штормов.

Морские скалы — крутые грани скал и почвы, образованные разрушительными волнами, с волнами, обрушивающимися на береговую линию, размывающимися до образования выемки, которая подрезает землю вверху, пока она не станет неустойчивой и не рухнет, причём этот процесс повторяется по мере отступления морского утеса, который катится вниз со скоростью от миллиметров до метров в год, в зависимости от типа породы, энергии волн и других факторов.

После трех лет исследований утесов в Дель-Маре, Калифорния, исследователи определили, что волновые воздействия непосредственно влияют на основание, а дождь в основном влияет на верхнюю область утесов.Это открытие помогает объяснить сложное взаимодействие эрозионных сил, действующих на прибрежные утесы, с различными процессами, доминирующими на разных высотах.

Морские пещеры образуются, когда трещины в скале у основания скал разрушаются и расширяются морем посредством сжатия и гидравлического действия, а морские арки образуются, когда пещера продолжает разрушаться и расширяться, пока она не разрежется прямо через мыс. Эти особенности представляют собой прогрессивные стадии в прибрежной эрозии, с арками, в конечном итоге разрушающимися, чтобы сформировать изолированные морские стопки - столбы скал, стоящие на шельфе как остатки бывших мысов.

По данным МГЭИК, повышение уровня моря, вызванное изменением климата, приведет к увеличению эрозии прибрежных районов во всем мире, значительно изменив побережья и низменные прибрежные районы. Повышение уровня моря позволяет волнам атаковать ранее охраняемые районы, ускоряя темпы эрозии и угрожая прибрежным сообществам и инфраструктуре по всему миру.

Ветровые рельефы

Ветровая эрозия создает характерные рельефы в засушливых и полузасушливых районах. Песчаные дюны представляют собой наиболее узнаваемые ветровые особенности, характерные формы которых отражают преобладающие направления ветра и песчаное снабжение. Дюны мигрируют по ландшафтам, поскольку ветер удаляет песок с наветренных склонов и откладывается на подветренных склонах, иногда закапывая растительность, сооружения и даже целые поселения.

Гуду — высокие тонкие шпили породы — образуются через дифференциальную эрозию, где более твердые скальные шапки защищают более мягкие породы под ними от эрозии. Эти фантастические образования, найденные в таких местах, как Брайс-Каньон в штате Юта, демонстрируют, как изменения в сопротивлении пород создают сложные эрозионные узоры. Дефляционные полости, депрессии, образующиеся там, где ветер удаляет мелкие осадки, могут вырасти до огромных размеров, с некоторыми пустынными бассейнами, благодаря их существованию в основном из-за эрозии ветра в течение миллионов лет.

Оригинальное название: Erosion's Counterpart

В то время как эрозия удаляет материал из одного места, осаждение помещает его в другое место, создавая формы суши, которые отражают эрозионные особенности. Дельты реки образуются там, где потоки входят в стоячую воду и откладывают свою нагрузку на осадки, создавая новые земли к морю. Эти плодородные, плоские регионы поддерживали человеческие цивилизации на протяжении тысячелетий, хотя они сталкиваются с растущими угрозами из-за сокращения предложения осадков из-за вышестоящих плотин и повышения уровня моря.

Аллювиальные вентиляторы развиваются там, где крутые горные потоки выходят на более ровную местность, распространяя осадочные породы в веерообразных отложениях. Пляжи представляют собой прибрежные осадочные особенности, с песком, переносимым волнами и течениями, накапливающимися вдоль береговых линий. Динамичная природа пляжей с сезонными изменениями объема песка и долгосрочными миграционными моделями отражает сохраняющийся баланс между эрозией и осаждением в прибрежных средах.

Ледниковые отложения создают отличительные рельефы, включая морены (мосты мусора, отложенные на краях ледников), барабанные перемычки (обтекаемые холмы, сформированные ледяным потоком) и эскизы (тонкие хребты, образованные потоками, текущими внутри или под ледниками). Эти особенности предоставляют ценные доказательства для реконструкции прошлых ледяных протяженностей и моделей движения, помогая ученым понять историю климата.

Изменение климата и развивающиеся модели эрозии

Оценка показывает тенденцию увеличения осадков на северо-востоке, с интенсивными событиями осадков, увеличивающимися, включая события с >3 дюйма / день, показывающие средний рост на 62% между 1958 и 2018, в то время как события >5 дюймов / день увеличились на 103%. Эти изменения в моделях осадков имеют глубокие последствия для скорости эрозии и эволюции ландшафта.

Климат нагревается, особенно зимой, что означает меньше дней, когда почва замерзает, и больше осадков, выпадающих в виде дождя вместо снега, причем эти тенденции, как ожидается, будут продолжаться в будущем, что имеет важные последствия для эрозии почвы и сохранения. Замороженная почва сопротивляется эрозии, поэтому сокращенные периоды замерзания подвергают почву эрозионным силам в течение более длительных периодов года. Дожди на снегу, когда осадки выпадают на существующий снежный покров, могут вызвать особенно сильную эрозию, быстро высвобождая большие объемы воды.

Хотя существуют различия в моделях и сценариях, большинство моделей прогнозируют общее увеличение эрозии в рамках обоих ТКП, причем в далеком будущем эта тенденция будет более распространена. Прогнозы климата последовательно указывают на то, что эрозия будет усиливаться во многих регионах, особенно в тропических и субтропических районах, уже испытывающих высокие темпы эрозии.

На береговую эрозию сильно повлияло повышение уровня моря во всем мире, с большими мерами повышенной прибрежной эрозии на восточном побережье Соединенных Штатов и в районах прибрежной Гайаны, с местами, такими как Флорида, заметившими повышенную прибрежную эрозию и увеличивающими бюджетами для пополнения размытых песков.Экономические издержки ускорения береговой эрозии достигают миллиардов долларов ежегодно, влияя на туризм, стоимость имущества и инфраструктуру.

Влияние человека на процессы эрозии

Сельскохозяйственная деятельность и потери почв

Эрозия почв остается главным приоритетом для устойчивого растениеводства в Соединенных Штатах, при этом средние темпы эрозии почв ветром и водой по-прежнему составляют 4,63 тонны на акр в год, а общая потеря почв на национальном уровне составляет 1,70 млрд тонн. Эта массивная потеря почв представляет собой не только деградацию окружающей среды, но и значительные экономические потери за счет снижения производительности и увеличения затрат на вводимые ресурсы.

Основными антропогенными факторами эрозии являются землепользование и потенциальное изменение климата в результате более интенсивного гидрологического цикла. Сельскохозяйственные методы, которые оставляют почву голой и нарушенной, такие как обычная обработка почвы, резко повышают восприимчивость к эрозии. Удаление местной растительности для растениеводства устраняет защитный покров, который естественным образом ограничивает эрозию, в то время как уплотнение от тяжелой техники уменьшает проникновение воды, увеличивая стоки.

Ускоренная эрозия почвы в результате чрезмерного выпаса, интенсивного сельского хозяйства и обезлесения может привести к увеличению потерь почвы, причем около 30% обрабатываемых земель в мире стали непродуктивными в середине 1990-х годов. Глобальный масштаб сельскохозяйственной эрозии представляет собой одну из самых насущных экологических проблем человечества, угрожая продовольственной безопасности и здоровью экосистем.

Городское развитие и строительство

Городское развитие и строительные работы создают одни из самых высоких темпов эрозии, наблюдаемых где-либо. Во время строительства удаление растительности и нарушение почвы подвергают голую землю эрозионным силам, причем скорость эрозии иногда превышает 100 тонн на акр в год - намного выше, чем сельскохозяйственная эрозия. Осадок со строительных площадок забивает ручьи, душит водные среды обитания и ухудшает качество воды в принимающих водах.

Непроницаемые поверхности, создаваемые урбанизацией — дороги, парковки, здания — фундаментально изменяют гидрологические структуры. Вместо того, чтобы проникать в почву, осадки быстро стекают с этих поверхностей, концентрируя поток и увеличивая эрозионную мощность. Городские потоки часто испытывают серьезную эрозию банков и разрез каналов, поскольку они приспосабливаются к увеличению объемов стока и пиковых потоков.

Строительство зданий, дорог или ливневых стоков на размывающихся скалах может вызвать увеличение стока вниз по склону скалы, увеличение эрозии морских скал. Человеческие модификации прибрежных районов часто непреднамеренно ускоряют естественные процессы эрозии, создавая опасности для самих разработок, предназначенных для получения выгоды от прибрежных мест.

Вырубка лесов и изменение покрытия земель

Обезлесение относится к числу наиболее значительных антропогенных воздействий на темпы эрозии во всем мире. Удаление лесов для сельского хозяйства, лесозаготовок или развития устраняет защитный навес, который перехватывает осадки и корневые системы, связывающие почву. В тропических регионах, где интенсивные осадки сочетаются с крутыми склонами и сильно выветрившимися почвами, обезлесение может вызвать катастрофическую эрозию.

Исследования в обезлесенных тропических районах зафиксировали темпы эрозии, превышающие 200 тонн на гектар в год — более чем в 100 раз выше, чем в нетронутых лесах. Эта потеря почвы ухудшает продуктивность сельского хозяйства, заполняет водоемы осадками, увеличивает наводнения и наносит ущерб коралловым рифам и прибрежным экосистемам из-за чрезмерного осаждения. Глобальные масштабы обезлесения означают, что эти воздействия затрагивают обширные районы, последствия которых выходят далеко за рамки непосредственных мест обезлесения.

Стратегии контроля и сохранения эрозии

Практика сохранения сельского хозяйства

Лучший способ защитить почву от эрозии — это держать ее покрытой и нетронутой, при этом отраслевым стандартом является поддержание по крайней мере 30% покрова остатков сельскохозяйственных культур после посадки, что можно сделать только с помощью беспочвенной или уменьшенной обработки почвы. No-till сельское хозяйство представляет собой революционный сдвиг в сельскохозяйственной практике, устраняя традиционную пахоту, которая характеризовала сельское хозяйство на протяжении тысячелетий.

Нулевая обработка почвы или не дождевое земледелие является мощным методом предотвращения эрозии, предлагая устойчивый подход к сельскому хозяйству путем минимизации нарушений почвы и сохранения ее тонкой структуры, при этом темпы эрозии на почвах без дождевого периода на 90 процентов ниже, чем на почвах, обработанных обычным способом. Это резкое снижение эрозии демонстрирует эффективность работы с естественной структурой почвы, а не против нее.

Среди индивидуальных лучших методов управления севооборот и покровные культуры были наиболее эффективными в снижении эрозии почвы (снижение урожайности осадков на 38,4%), в то время как ассоциация всех подходов к сохранению уменьшила эрозию почвы на 46% и увеличила инфильтрацию и компоненты подземных вод при снижении поверхностного стока. Эти результаты подчеркивают, что сочетание нескольких методов сохранения дает синергетические преимущества больше, чем любая одна практика.

Такие методы, как контурное земледелие, адаптируют структуру почвы к ландшафту, снижая скорость потока воды и ограничивая эрозию, в то время как террацирование включает в себя формирование земли в ряд шагов для контроля стока воды и эрозии почвы, а ветровые ветры и прикрытия — это линии деревьев, посаженные для блокирования ветра.Эти физические структуры сохранения защищали сельскохозяйственные земли на протяжении веков, а древние террасы в Азии, Южной Америке и Средиземноморье по-прежнему эффективно функционируют сегодня.

Вегетационный контроль эрозии

Наиболее естественным и эффективным способом предотвращения эрозии является посадка растительности, так как корни растений, особенно деревьев, захватывают почву и эффективно предотвращают избыточное движение почвы по всей земле.Вегетативность обеспечивает множественные преимущества контроля эрозии: корни связывают частицы почвы, навесы перехватывают осадки, стебли медленного поверхностного потока, а органическое вещество улучшает структуру почвы.

Хорошо зарекомендовавшая себя растительность может стабилизировать почву в случаях легкой эрозии, и при пересадке области необходимо выбирать растения, адаптированные к условиям участка с точки зрения влажности и уровня солнца или тени, поскольку растения, которые не могут укорениться и распространиться, не решат проблемы эрозии. Выбор подходящих видов растений для условий участка имеет решающее значение - местные растения обычно работают лучше всего, эволюционировав для процветания в местных климатических и почвенных условиях.

Покровные культуры, посаженные между сезонами товарных культур, обеспечивают непрерывную защиту почвы, предотвращая эрозию в периоды, когда поля в противном случае лежали бы голыми. Такие виды, как рожь, ветч и клевер, не только защищают почву, но и добавляют органическое вещество, фиксируют азот, подавляют сорняки и улучшают структуру почвы. Принятие покровного земледелия быстро расширилось, поскольку фермеры признают эти многочисленные преимущества.

Меры по контролю структурной эрозии

Для тяжёлой эрозии в районах концентрированного течения наиболее эффективными решениями являются контрольные плотины или террасы. Эти структуры физически прерывают эрозионные потоки, снижая скорость воды и способствуя осаждению осадков. Проверка плотин, небольших барьеров, размещаемых по каналам, создают ряд шагов, рассеивающих энергию и ловушку осадка. Террасы превращают крутые склоны в ряды нивелирных или мягко наклонных платформ, резко снижая эрозию за счёт сокращения длины склона и уменьшения градиента.

Посадив траву в районах концентрированного стока воды, фермеры могут предотвратить большую часть эрозии почвы, которая возникает в результате стока, поскольку трава стабилизирует почву, в то же время обеспечивая выход для дренажа, в то время как диверсионные структуры заставляют воду течь по желаемому пути и вдали от районов с высоким риском эрозии.Проточные водные пути обеспечивают стабильные, растительностные каналы, которые безопасно передают стоки, не вызывая эрозии, защищая уязвимые районы при сохранении необходимого дренажа.

В прибрежных районах контроль эрозии представляет собой уникальные проблемы.В прошлом защита побережья часто означала «затвердение» береговой линии такими сооружениями, как морские стены, пахи, рип-рэп и дамбы, но по мере улучшения понимания естественной функции береговой линии растет признание того, что структурные решения могут вызывать больше проблем, чем они решают, с высокими затратами на установку и обслуживание, склонностью вызывать эрозию на прилегающих пляжах и непреднамеренным отвлечением ливневых вод.

Многие государства перешли к неструктурным методам стабилизации береговой линии, с помощью природоохранных мер или мер по защите «зеленой инфраструктуры», повышающих естественную способность береговых линий поглощать и рассеивать энергию шторма, не вмешиваясь в естественные прибрежные процессы. Эти подходы работают с естественными процессами, а не против них, часто доказывая более устойчивые и экономически эффективные в долгосрочной перспективе.

Мониторинг и прогнозирование эрозии

Понимание эрозии и управление ею требует точных возможностей мониторинга и прогнозирования. Традиционная оценка эрозии опиралась на визуальное наблюдение и простые измерения, но современные технологии революционизировали нашу способность отслеживать процессы эрозии. Дистанционное зондирование с использованием спутников и самолетов обеспечивает широкомасштабный мониторинг эрозии, обнаруживая изменения в растительном покрове, воздействии почвы и морфологии ландшафта с течением времени.

Технология LiDAR (Light Detection and Ranging) позволяет точно измерять трехмерное картирование местности, позволяя ученым измерять эрозию и осаждение с точностью до сантиметра. Эрозия осадочного прибрежного утеса длиной 2,5 км волнами и осадками была исследована с помощью трех лет еженедельных наблюдений с использованием лидара на грузовике, который разрешил фронтальный пляж и извилистую поверхность утеса, документируя события эрозии 4362 утеса в диапазоне до 885 м3. Этот уровень детализации обеспечивает беспрецедентное понимание процессов и скорости эрозии.

Модели прогнозирования эрозии варьируются от простых эмпирических уравнений до сложных компьютерных симуляций. Пересмотренное универсальное уравнение потерь почвы (RUSLE) по-прежнему широко используется для прогнозирования эрозии сельскохозяйственных земель, оценки потерь почвы на основе эрозии осадков, эрозии почвы, длины и крутизны склона, управления покрытием и поддержки практик. Более сложные модели имитируют поток воды, транспорт осадков и эволюцию ландшафта, помогая землеустроителям прогнозировать эрозию при различных сценариях и оценивать методы сохранения.

Геологи изучают каньоны, чтобы определить, как ландшафт изменится в будущем, с образцами эрозии и толщиной различных слоев, раскрывающих климат в разные годы, и общей структурой эрозии и наслоения, раскрывающей скорость потока воды. Эти геологические записи обеспечивают ценные долгосрочные перспективы на скорости эрозии и эволюции ландшафта, помогая контекстуализировать современные наблюдения в более широких временных рамках.

Будущее эрозии в меняющемся мире

Эрозия будет продолжать формировать ландшафты Земли, но темпы и характер эрозии меняются в ответ на деятельность человека и изменение климата. Если ничего не будет сделано для минимизации эрозии почвы, более 90% обрабатываемых земель в мире могут деградировать в 2050 году. Этот отрезвляющий прогноз подчеркивает необходимость осуществления эффективных мер по борьбе с эрозией во всем мире.

Изменение климата изменит характер эрозии по нескольким направлениям: изменение интенсивности и распределения осадков, изменение зон растительности, таяние вечной мерзлоты, повышение уровня моря и увеличение интенсивности штормов. В некоторых регионах может наблюдаться снижение эрозии, если осадки уменьшаются, но большинство прогнозов предполагают увеличение эрозии в большинстве районов, особенно в тропических и субтропических регионах.

Взаимодействие между изменением землепользования и изменением климата определит будущие траектории эрозии. Продолжение обезлесения и расширение сельского хозяйства увеличат уязвимость к эрозии, в то время как принятие природоохранных практик может уменьшить эрозию, даже когда климат становится более эрозивным. Выбор, который общество делает в отношении управления земельными ресурсами в ближайшие десятилетия, во многом определит, будет ли эрозия ускоряться катастрофически или останется в пределах управляемых границ.

Технологические достижения дают надежду на лучшее управление эрозией. Точное сельское хозяйство с использованием GPS, датчиков и анализа данных позволяет фермерам применять методы сохранения именно там, где это необходимо. Возможности дистанционного зондирования и моделирования продолжают улучшаться, обеспечивая лучшие инструменты для мониторинга эрозии и прогнозирования будущих изменений. Природные решения, которые работают с естественными процессами, а не против них, получают признание как эффективные, устойчивые подходы к контролю эрозии.

Оригинальное название: Living with Erosion

Эрозия представляет собой фундаментальный процесс Земли, который формировал ландшафты нашей планеты в течение миллиардов лет и будет продолжать делать это в неопределенном будущем. В то время как эрозия является естественной и необходимой - создание плодородных почв, формирование разнообразных мест обитания и создание впечатляющих пейзажей - ускоренная эрозия, вызванная деятельностью человека, представляет серьезную угрозу для сельского хозяйства, инфраструктуры, качества воды и экосистем.

Понимание географического распределения эрозии и природных закономерностей дает необходимые знания для управления этой мощной силой. Различные типы эрозии - вода, ветер, лед и гравитация - создают характерные формы рельефа и действуют в соответствии с различными принципами. Климат, топография, растительность и тип пород взаимодействуют, чтобы определить, где и как быстро происходит эрозия, создавая разнообразные эрозионные ландшафты, наблюдаемые во всем мире.

Эффективное управление эрозией требует работы с естественными процессами, а не против них. Практика сохранения почвенного покрова, сохранения растительности и уменьшения нарушений доказала свою эффективность в борьбе с эрозией, обеспечивая при этом дополнительные преимущества для здоровья почвы, качества воды и биоразнообразия. По мере того, как изменение климата усиливает эрозивные силы во многих регионах, внедрение этой практики становится все более неотложным.

Будущие отношения между человеческими обществами и эрозией будут зависеть от выбора, сделанного сегодня. Продолжение бизнес-как-обычного подхода рискует катастрофической деградацией почвы и изменением ландшафта. Альтернативно, широкое внедрение методов сохранения, основанных на научном понимании процессов эрозии, может поддерживать продуктивные ландшафты, сохраняя при этом естественные эрозионные процессы, которые создают удивительное разнообразие рельефа Земли. Путь вперед требует признания эрозии как естественного скульптора ландшафтов и силы, требующей тщательного управления для обеспечения устойчивого сосуществования между деятельностью человека и динамическими поверхностными процессами Земли.

Для получения дополнительной информации об эрозии и ландшафтных процессах посетите Научная программа геологической службы США по изменению земель , Служба сохранения природных ресурсов USDA , Ресурсы национальной географической эрозии , ФАО Деградация и восстановление почв и страницы НЕТОП-источника сельского хозяйства для всеобъемлющих ресурсов по пониманию и управлению эрозией.