Table of Contents

Оригинальное название: Earth's Dynamic Skin

Поверхность Земли не является статичной реликвией далекого прошлого; это динамичная, постоянно меняющаяся кожа, которая постоянно вылеплена силами эрозии. Этот фундаментальный геологический процесс, изнашивание и транспортировка почвы и породы природными агентами, является основным двигателем эволюции ландшафтов. От зубчатых вершин горных хребтов до извилистых кривых речных долин и драматических скал береговых линий, эрозия - невидимый скульптор, который работал в течение миллионов лет, чтобы создать мир, который мы видим сегодня. Понимание эрозии с геоморфологической точки зрения - научное исследование рельефов и процессов, которые их создают - имеет важное значение не только для интерпретации истории Земли, но и для управления ее будущим в эпоху быстрых изменений окружающей среды. Эта статья углубляется в механизмы, воздействия и человеческие измерения эрозии, обеспечивая всеобъемлющий обзор ее роли в формировании нашей планеты.

Эрозия: больше, чем просто носить и слезы

В своей основе эрозия - это процесс, посредством которого поверхностные материалы Земли - почва, осадок и порода - отделены, увязли и транспортируются из их первоначального местоположения в новое. Она отличается от выветривания, которое включает в себя распад пород без движения. Эрозия требует переносного агента, такого как движущаяся вода, ветер, лед или гравитация. Объединенные процессы выветривания и эрозии являются движущими силами эволюции ландшафта, причем эрозия действует как основной движущий фактор массы по поверхности планеты.

Четыре основных агента эрозии

Хотя эрозию можно классифицировать по многим параметрам, наиболее фундаментальной классификацией является агент, ответственный за транспортировку:

  • Плювиальная эрозия (Вода):] Это самый распространенный и мощный эрозионный агент. Он охватывает все, от воздействия дождевой капли и промывки листов до концентрированного течения рек. Реки разрушаются гидравлическим действием (сила воды), истиранием (размывание осадка по отношению к каналу), раствором (растворение растворимых пород, таких как известняк) и истощением (разрушение и изнашивание частиц). Образование Гранд-Каньона является монументальным примером речной эрозии на протяжении миллионов лет.
  • Эрозия Эолийского (Ветер): Эрозия Ветра наиболее эффективна в засушливых и полузасушливых регионах, где растительность редкая и тонкая, рыхлые отложения обильны. Она работает через два основных механизма: дефляция, подъем и удаление рыхлых частиц (формирующие выдувания и пустынные тротуары) и истирание , эффект пескоструйного воздействия частиц, управляемых ветром, на поверхности горных пород, создавая вентифакты и ярданги. Лессовые плато Китая и пустыни Сахара являются классическими ландшафтами, сформированными ветровой эрозией.
  • Глациальная эрозия: Там, где лед накапливается и движется под собственным весом, он становится мощным агентом эрозии. Ледники разрушаются , выщипывая (замораживание и удаление фрагментов породы) и , истирание (фрагменты скал, встроенные в лед, выскабливающий коренную породу). Этот процесс создает отличительные формы рельефа, такие как U-образные долины (например, долина Йосемити), цирки, ареты и фиорды. Великие озера Северной Америки, частично, являются продуктом ледниковой эрозии и осаждения во время последнего ледникового периода.
  • Массовое опустошение (гравитация): Часто рассматривается как отдельный, но связанный процесс, массовая потеря представляет собой движение вниз по склону скалы, почвы и мусора под прямым влиянием гравитации. В то время как движение может быть медленным (ползучий) или быстрым (каменистые оползни, лавинные оползни), это важный шаг в эрозии, доставляя материал к ручьям и ледникам для дальнейшего транспорта. Оползень Осо 2014 года в Вашингтоне, США, иллюстрирует разрушительную силу массового истощения, сформированного сильными осадками и обезлесением.

Геоморфологические воздействия: как эрозия строит и разрушает ландшафты

Эрозия — центральный скульптор в геоморфологии. Это парадоксальный процесс, который разрушает и создаёт. Она изнашивает горы, расширяет долины и вырезает береговые линии, но при этом производит те самые отложения, которые образуют поймы, дельты и пляжи. Баланс между эрозией и осаждением регулирует форму поверхности Земли.

Горная цепь и горная эволюция

Хиллслопы являются наиболее распространенной формой рельефа на Земле, и они постоянно формируются взаимодействием выветривания, массового истощения и речной эрозии. В течение длительного времени скорость эрозии может определять высоту и форму горных хребтов. Концепция геоморфического равновесия предполагает, что ландшафты приспосабливаются к достижению устойчивого состояния, где скорость эрозии соответствует тектоническому подъему. Например, активное орогение Гималаев приводит к некоторым из самых высоких скоростей эрозии на Земле, с реками, несущими огромные нагрузки на осадки в Бенгальский залив, создавая обширный Бенгальский вентилятор - крупнейший вентилятор подводных лодок в мире.

Флювиальные формы рельефа: работа рек

Реки являются наиболее динамичными агентами изменений. Их эрозионная сила формирует различные формы рельефа:

  • Долины и каньоны:] Срезание реками создаёт V-образные долины в молодёжных ландшафтах, а боковая эрозия расширяет их в зрелые речные долины с широкими поймами.Срезание реки Колорадо через плато Колорадо создало Гранд-Каньон.
  • Меандры и Оксбоу-Лейкс: В низкоградиентных поймах реки разрушают внешние берега кривых (рубцовые берега) и осадочные отложения на внутренних берегах (точечные бары), создавая извилистые меандры.Во время наводнений меандр может быть отрезан, оставляя оксбоу-Лейк.
  • Дельты и аллювиальные вентиляторы: Когда река входит в стоячий водоем или равнину с низким уровнем воды, внезапное снижение скорости вызывает осаждение осадка, образуя дельты (например, дельта Миссисипи) или аллювиальные вентиляторы (например, вентиляторы Долины Смерти).

Прибрежная геоморфология: эрозия морем

Прибрежная эрозия обусловлена волнами, приливами и течениями. Жесткие породы, такие как гранит, образуют устойчивые наголовья, в то время как более мягкие породы, такие как сланец или известняк, эродируются в бухты и бухты. Ключевые формы рельефа включают:

  • Морские скалы и платформы с разрезанием волн: Волны подрезают скалы, заставляя их разрушаться и отступать внутрь страны, оставляя мягко наклонную платформу с разрезанием волн у их основания.
  • Морские пещеры, арки и стеки: Дифференциальная эрозия вдоль суставов и разломов может вырезать пещеры в скалы.Когда пещера полностью прорезается через мыс, она образует арку. Коллапс арки оставляет столб скалы, называемый стек (например, Двенадцать апостолов в Австралии).
  • Пляжи и Барьерные острова:] В то время как в основном осаждения, пляжи постоянно изменяются эрозией. Штормы могут удалить огромное количество песка, только для более спокойной погоды, чтобы восстановить их. Барьерные острова, как те вдоль Атлантического побережья США, мигрируют наземным путем через эрозию их наветренной стороны и осаждение на их наземной стороне.

Ледниковые и периглациальные ландшафты

Ледниковая эрозия оставляет неизгладимый след на ландшафтах. Альпийские ледники создают острые угловые черты, в то время как континентальные ледяные щиты (например, в Гренландии и Антарктиде) сплющивают и обтекают обширные области. В периглациальных регионах (прилегающих к ледникам), вечной мерзлоте и морозной печи создают уникальные формы суши, такие как ледяные клинья, пингос и оттаивание озер. Эти ландшафты очень чувствительны к изменению климата, поскольку потепление температуры ускоряют оттаивание и эрозию.

Темпы и контроль эрозии

Скорость эрозии чрезвычайно варьируется по всему миру, от менее 10 миллиметров на тысячу лет в защищенных кратонах до более 10 метров на тысячу лет в быстро поднимающихся горных хребтах.

Климат

Осадки являются основным фактором. Влажные районы испытывают более высокие темпы речной эрозии, чем засушливые регионы, но интенсивные штормы могут вызвать крайнюю эрозию в любом месте. Температура влияет на скорость выветривания и наличие ледников. Таяние ледников может резко увеличить поток осадков.

Тектоника и помощь

Области активной тектоники (горное строительство, вулканизм) обычно имеют высокий рельеф и крутые склоны, которые способствуют быстрой эрозии.Крутые берега Гималаев, Анд и Альп разрушаются со скоростью, во много раз превышающей стабильные низменности.

Литология и структура скал

Мягкие породы (сланец, песчаник) разрушаются быстрее, чем твердые, кристаллические породы (гранит, базальт). Переломы, зоны разломов и плоскости постельного белья действуют как пути для воды и льда, фокусируя эрозию. Совместные наборы в граните производят отличительные отшелушивающие купола и каменные сваи, наблюдаемые в таких местах, как Йосемити.

Растительность и землепользование

Растительность защищает почву от воздействия капель дождя и связывает ее с корневыми системами. Обезлесение, сельское хозяйство и городское развитие лишают эту защиту, ускоряя темпы эрозии на порядки. Это воздействие на человека настолько глубоко, что многие геологи теперь называют нынешнюю эпоху антропоценом , где человеческая деятельность является доминирующей силой, формирующей поверхность Земли.

Влияние человека: ускорение эрозии в антропоцене

Хотя эрозия является естественным процессом, деятельность человека резко ускорила темпы эрозии, часто с серьезными последствиями для экосистем, инфраструктуры и человеческих обществ.

Сельскохозяйственные последствия и пыльная чаша

Неустойчивые методы ведения сельского хозяйства, такие как глубокое вспашка без покровных культур, удаление естественной растительности и перевыпас, подвергают почву ветровой и водной эрозии. Классическим примером является Пыльная чаша 1930-х годов в Великих равнинах США. Сильная засуха в сочетании с десятилетиями интенсивного выращивания пшеницы превратила верхний слой почвы в мелкую пыль, которая была унесена мощными ветрами, создавая массивные пыльные бури и вызывая катастрофический неурожай и перемещение людей.

Вырубка лесов и строительство дорог

Очистка лесов, особенно на крутых склонах, резко увеличивает поверхностный сток и эрозию почвы. Это серьезная проблема в тропических регионах, таких как Амазонка, Борнео и Гималаи. В Непале вырубка лесов в сочетании с муссонными дождями привела к разрушительным оползням и эрозии жизненно важных сельскохозяйственных угодий. Аналогичным образом, плохо спланированные дорожное строительство и горнодобывающие операции создают огромное количество рыхлых осадков, которые легко разрушаются, засоряя реки и повреждая водные среды обитания.

Урбанизация и непроницаемые поверхности

Развитие городов создает обширные области непроницаемых поверхностей (асфальт, бетон), которые предотвращают проникновение воды в почву. Сток ливневой воды канализируется и ускоряется, что приводит к серьезной эрозии берега потока, вырубке городских каналов и увеличению нагрузки на осадки и загрязняющие вещества в реках. Этот процесс, называемый синдромом городского потока , ухудшает водные экосистемы во многих городах по всему миру.

Стратегии смягчения последствий: защита почвы

Признавая угрозу ускоренной эрозии, ученые, инженеры и землеустроители разработали комплекс стратегий по снижению эрозии и ее последствий.Целью часто является имитация природных процессов и поддержание здоровья почвы.

Вегетативные и биологические методы

  • Лесонасаждение и облесение: Посадка деревьев и кустарников на деградированных землях восстанавливает корневые системы, которые стабилизируют почву. Рипарианские буферы — полосы растительности вдоль потоков — очень эффективны при улавливании осадка и поглощении питательных веществ из стока.
  • Объемные культуры и мульчирование: В сельском хозяйстве посадка покровных культур (например, зимней ржи, клевера) между сезонами товарных культур защищает почву от воздействия дождя и поддерживает органическое вещество.Мульчирование с такими материалами, как солома, древесная щепа или пластиковые листы также широко используется.
  • Нет-дождь и поголовье для сохранения: Эти методы ведения сельского хозяйства оставляют остатки сельскохозяйственных культур на поле и как можно меньше беспокоят почву, резко снижая эрозию по сравнению с обычным вспашкой.

Структурные и инженерные методы

  • Террасинг и контурное земледелие:] На склонах строительные террасы создают ступеньки уровня, которые снижают скорость стока и увеличивают проникновение воды. Контурное земледелие предполагает вспашку по склону (после контуров возвышения), а не вверх-вниз, образуя небольшие хребты, которые улавливают почву и воду.
  • Проверить плотины и габионы:] Небольшие плотины, построенные из камня, дерева или бетона (проверить плотины), помещаются в овраги, чтобы замедлить поток воды, улавливать осадок и уменьшить эрозию канала. Габионы (проводные клетки, заполненные камнями) используются для удержания стен, стабилизации берега потока и контроля эрозии в высокоэнергетических средах.
  • Разделительные бассейны и заборы: На строительных площадках осадочные бассейны и иловые заборы являются временными мерами по захвату эрозированной почвы до того, как она покинет участок. Они необходимы для соблюдения правил эрозии и контроля осадков.

Политика и планирование землепользования

В более крупных масштабах предотвращение эрозии требует комплексной политики землепользования. Правила зонирования, которые ограничивают развитие на крутых склонах, в поймах или вдоль береговых линий, могут предотвратить будущие проблемы эрозии. Программы, такие как Программа сохранения заповедников США (FLT:0) ] платят фермерам за то, чтобы они вывели экологически чувствительные земли из производства и посадили их с местными травами или деревьями, восстановив растительный покров и резко сократив эрозию.

Вывод: Непрерывная скульптура

Эрозия — это не проблема, которую нужно решить, а продолжающийся фундаментальный процесс Земли, с которым мы должны научиться жить. С геоморфологической точки зрения эрозия — это великий нивелер, непрерывно переносящий массу с высоких высот на низкие, и при этом создавая разнообразные и красивые ландшафты, которые характеризуют нашу планету. Проблема, с которой мы сталкиваемся в антропоцене, заключается в том, что человеческая деятельность помещает этот естественный процесс в перегрузку. Ускоренная эрозия ухудшает плодородие почвы, наносит ущерб пресноводным экосистемам и повышает уязвимость береговых линий и склонов. Понимая механику эрозии, признавая нашу роль в ее ускорении и реализуя комбинацию растительных, структурных и политических решений, мы можем работать в направлении более устойчивого равновесия — сохраняя способность земли поддерживать жизнь, в то же время позволяя динамическим процессам, которые формируют наш мир, продолжать. Изучение эрозии — это, в основе своей, изучение изменений. И в быстро меняющемся мире, это понимание никогда не было более критическим.

Для дальнейшего чтения по эрозии и геоморфологии изучите ресурсы Геологической службы США , Национальной географической энциклопедии и Энциклопедии Британника . Служба сохранения природных ресурсов USDA предоставляет отличные материалы по эрозии почвы и методам сохранения.