Table of Contents

Понимание эрозии: фундаментальная сила, формирующая поверхность Земли

Эрозия — это геологический процесс, в котором земляные материалы изношены и транспортируются естественными силами, такими как ветер или вода. Это мощное природное явление формирует ландшафты нашей планеты в течение миллиардов лет, создавая некоторые из самых впечатляющих рельефов, которые мы видим сегодня. От возвышающихся скал вдоль береговых линий до глубоких каньонов, вырезанных через древние скалы, эрозия играет фундаментальную роль в формировании поверхности Земли и влиянии на экосистемы, деятельность человека и саму почву, которая поддерживает жизнь.

Понимание эрозии необходимо для всех, кто интересуется геологией, наукой об окружающей среде, сельским хозяйством или землепользованием. В этом всеобъемлющем руководстве рассматриваются сложные процессы эрозии, различные агенты, которые ее приводят в движение, форм рельефа, который она создает, и критическая важность контроля эрозии в нашем меняющемся мире.

Что такое эрозия? - определение процесса

Эрозия предполагает удаление поверхностного материала из земной коры, в первую очередь, из почвы и обломков горных пород, и транспортировку эродированных материалов природными агентствами с места удаления. Аналогичный процесс, выветривание, разрушает или растворяет породу, но не предполагает движения. Это различие имеет решающее значение: выветривание готовит материалы к эрозии, в то время как эрозия фактически перемещает их.

Широчайшее применение термина эрозия охватывает общее изнашивание и формование всех форм рельефа на поверхности Земли, включая выветривание породы в её первоначальном положении, перенос выветрившегося материала и эрозию, вызванную действием ветра и плавными, морскими и ледниковыми процессами.Эрозия является ключевым компонентом горного цикла, постоянно меняя поверхность планеты и перераспределяя материалы на огромные расстояния.

Процесс эрозии работает в временных рамках от секунд во время катастрофических событий до миллионов лет для постепенного изнашивания горных хребтов.Этот динамический процесс соединяет атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу в сложных петлях обратной связи, которые влияют на климат, формирование почвы и развитие экосистем.

Основные агенты эрозии

Пять основных агентов приводят к эрозии: вода, ветер, ледники, прибрежные волны и гравитация. Каждый агент действует через различные механизмы и производит характерные формы рельефа. Понимание этих агентов помогает нам прогнозировать модели эрозии и разрабатывать эффективные стратегии сохранения.

Эрозия воды: самый мощный агент

Движущаяся вода является наиболее важным природным эрозионным агентом. Водная эрозия происходит через множество механизмов и в различных средах, что делает ее наиболее распространенной формой эрозии во всем мире. Водная и ветровая эрозия являются двумя основными причинами деградации земель; в совокупности они отвечают за около 84% глобального масштаба деградированных земель.

Осадки и поверхностный сток, который может быть результатом осадков, производят четыре основных типа эрозии почвы: эрозия брызг, эрозия листа, эрозия рыла и эрозия овец. Эрозия брызг обычно рассматривается как первая и наименее тяжелая стадия процесса эрозии почвы, за которой следует эрозия листа, затем эрозия ров и, наконец, эрозия овец (наиболее тяжелая из четырех).

Плавная эрозия — эрозия реками и ручьями — формирует ландшафты через несколько процессов. Четыре основных типа речной эрозии — истирание, истощение, гидравлическое действие и раствор. Истирание — это процесс осадков, изнашивающих породу и берега. Уничтожение — это столкновение частиц осадка, которые распадаются на более мелкие и более округлые гальки. Гидравлическое действие — это сила воды против берегов, сжимающих воздушные карманы в трещины, которые расширяют и разрушают породу с течением времени. Решение — это процесс растворимого осадка, растворяющего кислую воду.

На всех стадиях эрозии потока, безусловно, наибольшая эрозия происходит во время наводнения, когда все больше и быстрее движущейся воды доступно для переноса большей нагрузки на осадок. Это объясняет, почему экстремальные погодные явления могут вызвать драматические изменения ландшафта в очень короткие периоды.

Прибрежная эрозия: где земля встречается с морем

Прибрежная эрозия — это потеря или смещение суши, или долгосрочное удаление осадков и пород вдоль береговой линии из-за действия волн, течений, приливов, ветровой воды, водяного льда или других воздействий штормов.Волны являются наиболее важным эрозивным агентом вдоль большинства побережий, но их эффект варьируется в зависимости от энергии волны и характеристик, а также от характера материала, подверженного волновой атаке.

Вдоль побережья проходят четыре основных процесса эрозии: гидравлическое действие, истирание и коррозия, истощение и раствор. Волны, прорывающиеся у подножия скалы, вытесняют и удаляют свободные породы. При отступлении волны сжатый воздух вырывается из трещины и может еще больше ослабить разломы в обрыве.

Эрозия морских волн достигается в первую очередь гидравлическим давлением, воздействием ударов волн по берегу и истиранием песком и галькой, непрерывно возбуждаемой водой.Объединенный эффект сжатия воздуха и воздействия значительной массы воды способен вытеснять разрушенную породу и другие рыхлые частицы, процесс, известный как карьерирование.

Эрозия ветра: скульпция засушливых ландшафтов

Ветровая эрозия наиболее эффективна в сухих, засушливых регионах, где редкая растительность оставляет почву открытой.В некоторых засушливых и пустынных участках ветер оказывает важное влияние на эрозию пород, приводя в движение песок, а поверхность песчаных дюн, не удерживаемых вместе и защищенных растительностью, подвержена эрозии и изменению дрейфующим песком.

Это действие разрушает материал дефляцией - удалением мелких рыхлых частиц - и пескоструйным образованием рельефа ветровым транспортируемым материалом. Продолжающаяся дефляция рыхлых частиц из рельефа оставляет после себя более крупные частицы, которые более устойчивы к дефляции. Этот процесс создает отличительные пустынные тротуары и вентифакты - скалы, вылепленные ветровым песком.

Вентифакты — это скалы, которые были вылеплены ветровой эрозией. Огромные меловые образования в Белой пустыне Египта — это вентифакты, вырезанные тысячелетним ветром, ревущим по плоскому ландшафту. Ветровая эрозия также может иметь разрушительные последствия для сельского хозяйства, о чем свидетельствуют пыльные бури, характерные для «Пылевой чаши» 1930-х годов в Северной Америке, где миллионы тонн ценного верхнего слоя почвы были размыты сильными ветрами.

Ледниковая эрозия: сила льда

Лед, обычно в виде ледников, может разрушать землю и создавать драматические рельефы.В холодных районах и на некоторых вершинах гор ледники медленно движутся вниз по склону и по суше.Несмотря на их медленное движение, ледники являются невероятно мощными эрозионными агентами, которые сформировали обширные участки поверхности Земли.

Ледники разрушаются преимущественно тремя различными процессами: истиранием/сканированием, выщипыванием и талой тягой льда. В процессе истирания обломки в базальном льду соскабливают вдоль кровати, полируя и выгребая лежащие в основе породы, похожие на наждачную бумагу на дереве. Ледники также могут вызывать отрыв кусков породы в процессе выщипывания. При талке льда ледник замерзает до своего ложа, затем, когда он нарастает вперед, он перемещает большие листы замороженного осадка у основания вместе с ледником.

Эрозивная сила ледников создает некоторые из самых впечатляющих ландшафтов Земли. U-образные долины, также называемые долинами корыта или ледниковыми корытями, образуются в процессе оледенения. Они характерны для горного оледенения в частности. Это может занять от 10 000 до 100 000 лет для V-образной долины, которая будет вырезана в U-образную долину.

Массовое истощение: гравитационная эрозия

Массовое истощение - это движение вниз по склону почвы, породы и мусора, вызванное в основном гравитацией. В отличие от других эрозионных агентов, массовое истощение не требует воды, ветра или льда в качестве транспортной среды, хотя вода часто действует как триггер. Это включает оползни, камнепады, сели и ползучесть почвы - процессы, которые могут быть внезапными и катастрофическими или постепенными и почти незаметными.

Оползни и другие формы массового истощения связаны с физическим выветриванием. Эти процессы заставляют камни выскальзывать с склонов холмов и разрушаться, когда они падают вниз по склону. Массовые события истощения могут быть вызваны землетрясениями, сильными осадками, вулканической активностью или деятельностью человека, такой как строительство и обезлесение.

Трехступенчатый процесс эрозии

Эрозия действует через систематическую последовательность стадий, которые со временем преобразуют ландшафты. Понимание этих стадий помогает нам понять, как материалы перемещаются от их источника к месту их последнего упокоения.

Стадия 1: Утепление

Эрозия часто происходит после того, как порода была расщеплена или изменена в результате выветривания. Выветривание — это распад пород на более мелкие частицы посредством физических, химических или биологических процессов. Физическое выветривание включает циклы замораживания-оттаивания, тепловое расширение и кристаллизацию соли. Химическое выветривание включает в себя такие процессы, как окисление, гидролиз и карбонизация, которые изменяют химический состав горных пород. Рост растений также может способствовать физической эрозии в процессе, называемом биоэрозией. Растения разрушают земляные материалы по мере их укоренения и могут создавать трещины и трещины в породах, с которыми они сталкиваются.

Этап 2: Транспорт

За транспортировкой эродированных материалов из их первоначального местоположения следует осаждение, которое является прибытием и размещением материала в новом месте. Перевозка происходит через различные механизмы в зависимости от эрозивного агента. Промывочное действие движущейся воды захватывает осадки в пределах речной или речной нагрузки. Эти захваченные осадки становятся инструментами эрозии, когда они абразируют друг друга в подвесном транспорте или когда они абразируют другие породы и почву, когда они тянутся вдоль дна реки.

Реки переносят осадок четырьмя основными методами: тяга (прокат крупных частиц вдоль слоя), соление (отскакивающие частицы), суспензия (перенос мелких частиц в водной толще) и раствор (растворенные материалы). Способность реки транспортировать осадок зависит от его скорости и объема — более быстрые, большие реки могут переносить все больше и больше частиц.

Стадия 3: Депозиция

Опускание происходит, когда энергия транспортирующего агента уменьшается до такой степени, что он больше не может нести свою нагрузку на осадок. По мере уменьшения скорости реки взвешенные осадки будут откладываться, создавая рельефы, такие как широкие аллювиальные вентиляторы, поймы, песчаные отмели и дельты рек. Этот процесс строит новые формы рельефа и создает плодородные почвы во многих регионах.

Размер осажденных частиц зависит от энергии окружающей среды - высокоэнергетические среды осаждают более грубые материалы, такие как гравий и песок, в то время как низкоэнергетические среды позволяют оседать мелким илам и глинам. Этот процесс сортировки создает различные осадочные слои, которые геологи используют для интерпретации прошлых условий окружающей среды.

Факторы, контролирующие темпы эрозии

На то, как быстро происходит эрозия в любом конкретном месте, влияет множество факторов. Понимание этих факторов имеет важное значение для прогнозирования риска эрозии и осуществления эффективных мер контроля.

Климат и погодные условия

Как правило, физическая эрозия протекает быстрее всего на круто наклонных поверхностях, и скорости могут также быть чувствительны к некоторым климатически контролируемым свойствам, включая количество подаваемой воды, штормовость, скорость ветра, волновой прилив или температуру атмосферы.Основными климатическими силами, влияющими на эрозию, как во внутренних, так и в прибрежных районах, являются изменения температуры, уровня воды, осадков, потери/изменения растительности и штормов.

Интенсивность и частота осадков особенно важны. Сильные осадки вызывают больше стоков и имеют большую эрозионную силу, чем нежные, продолжительные дожди. Сезонные модели также имеют значение - регионы с отчетливыми влажными и сухими сезонами часто испытывают интенсивную эрозию в дождливый период, когда растительный покров может быть уменьшен и почвы насыщены.

Растительный покров

Растительность играет важнейшую защитную роль против эрозии. Корни растений связывают частицы почвы вместе, создавая устойчивую матрицу, которая сопротивляется отслоению. Надземная растительность перехватывает осадки, уменьшает энергию воздействия и замедляет поверхностный сток. Условия или нарушения, ограничивающие рост защитной растительности, являются ключевым элементом формирования бесплодных земель. Районы с плотным растительным покровом испытывают значительно более низкие темпы эрозии, чем голые или малорастительные районы.

Топография и слоуп

Крутизна и длина склонов резко влияют на скорость эрозии. Степерные склоны генерируют более быстрый сток с большей эрозионной мощностью. Более длинные склоны позволяют стоку накапливать больше объема и скорости, увеличивая его способность отделять и транспортировать почву. Слоуп-аспект (направление, в котором склон обращен) также влияет на эрозию через его влияние на растительность, влажность почвы и циклы замерзания-оттаивания.

Свойства почвы

Текстура, структура и содержание органических веществ влияют на эрозию. Песчаные почвы легко отделяются, но также быстро стекают, уменьшая стоки. Глинистые почвы сопротивляются отслоению, когда сухие, но могут стать сильно эрозируемыми, когда насыщенные. Почвы с хорошей структурой и высоким содержанием органических веществ, как правило, более устойчивы к эрозии, потому что частицы связаны вместе в стабильных агрегатах.

Тип породы и геология

Различные типы пород разрушаются с совершенно разными скоростями. Мягкие осадочные породы, такие как сланец и песчаник, разрушаются гораздо быстрее, чем твердые магматические породы, такие как гранит или базальт. Структура породы, включая суставы, трещины и плоскости постельного белья, создает слабые места, которые могут использовать эрозивные агенты. Более устойчивые породы разрушаются медленнее. Более слабые породы имеют меньшую структурную прочность и легко разрушаются, производя более низкий профиль скалы с оползнями и трущобами.

Деятельность человека

В то время как эрозия почв является естественным процессом, деятельность человека увеличилась в 10-40 раз по сравнению с темпами, с которыми эрозия происходит во всем мире. Интенсивное сельское хозяйство, обезлесение, дороги, антропогенное изменение климата и разрастание городов являются одними из наиболее значительных видов деятельности человека в отношении их воздействия на стимулирование эрозии. Строительная деятельность, добыча полезных ископаемых и плохая практика землепользования могут резко ускорить эрозию, удалив защитную растительность, уплотняя почвы и изменяя естественные структуры дренажа.

Захватывающие формы земли, созданные эрозией

Эрозия создает некоторые из самых захватывающих и разнообразных форм рельефа Земли. Каждый эрозивный агент производит характерные особенности, которые рассказывают историю сил, которые их сформировали.

Долины: V-образные и U-образные

Долина или ручейная эрозия происходит при продолжающемся потоке воды по линейной черте.Эрозия происходит как вниз, углубляя долину, так и в сторону головы, протягивая долину в склон холма, создавая отрубы головы и крутые берега.На самой ранней стадии эрозионной эрозии эрозивная активность преимущественно вертикальная, долины имеют типичное V-образное поперечное сечение и градиент потока относительно крутой.

Долинные ледники вырезают U-образные долины, в отличие от V-образных долин, вырезанных реками. Они имеют характерную U-образную форму в поперечном сечении, с крутыми, прямыми сторонами и плоским или округлым дном. U-образные долины встречаются во многих частях света и являются характерными чертами горного оледенения. Эти ледниковые впадины могут быть несколько тысяч футов в глубину и десятки миль в длину.

Каньоны и ущелья

Каньоны создают глубокие, узкие долины с крутыми стенами через длительную флювиальную эрозию. Гранд-Каньон, вырезанный на протяжении миллионов лет рекой Колорадо, является одним из самых драматических примеров. Каньоны образуются там, где реки прорезают устойчивые слои пород в течение длительных периодов, часто в засушливых регионах, где ограниченная растительность позволяет получить максимальную эрозивную силу.

Прибрежные особенности

Морской утес является основным рельефом вдоль побережий, где преобладает морская эрозия. По гидравлическому действию и истиранию, а также другим процессам береговой эрозии основание утеса подрезается, образуя выемку с волновым вырезом. В результате субстрат в зоне прибоя обычно эродируется до плоской поверхности, известной как волновая платформа.

Прибрежная эрозия создает прогрессию рельефа. Волны подрезают скалу, образуя морские скалы. Продолжающаяся эрозия может пробиться через мыс, чтобы создать морскую арку. Когда арка разрушается, оставшийся изолированный столб скалы называется морской стек. Эти особенности демонстрируют неустанную силу волнового действия с течением времени.

Ледниковые формы суши

Эти процессы в сочетании с эрозией и транспортировкой водной сетью под ледником оставляют после себя ледниковые формы суши, такие как морены, барабанные перепонки, грунтовая морена, глациокарст, каме, дельты каме, мулены и ледниковые эрратики.Ледяная эрозия производит некоторые из самых узнаваемых форм рельефа на Земле: U-образные долины, цирки и морены.

Приточные долины с неравными или несогласованными соединениями называются висячими долинами. В крайних случаях, когда приток присоединяется к главной долине высоко в крутой части U-образной впадины, водопады могут образовываться после оледенения, как в Йосемитском и Йеллоустонском национальных парках. Эти впечатляющие особенности являются результатом дифференциальной эрозии между основными ледниками и их меньшими притоками.

Когда U-образная долина простирается в соленую воду, становясь входом в море, она называется фьордом. Фьорды — глубокие, узкие долины с U-образными поперечными сечениями, которые часто простираются внутри страны на десятки или сотни километров и теперь частично утоплены океаном. Береговая линия Норвегии славится своими драматическими фьордами, но они также встречаются на Аляске, в Канаде, Новой Зеландии и Чили.

Дезертальные формы земли

Ветровая эрозия создает отличительные черты в засушливых средах. Песчаные дюны, пожалуй, самые узнаваемые, образуются ветровым осаждением и постоянно изменяются под действием сдвига ветров. Инсельберги — это огромные, изолированные холмы или горы, встречающиеся в равнинных районах и пустынях. Преобладающий ветер вызывает разрушение более мягких пород вниз, оставляя сложное, устойчивое каменное тело. Они также широко известны как монаднок.

Грибные породы — высокие, изолированные холмы, форма которых напоминает гриб. Нижние породы мягкие и легко подвержены выветриванию и эрозии. Верхние породы твёрдые и устойчивые к ветру. Эти своеобразные образования демонстрируют дифференциальную эрозию, где более мягкие материалы эрозируют быстрее, чем более твёрдые.

Экологические и экономические последствия эрозии

Эрозия имеет далеко идущие последствия, выходящие за рамки изменения ландшафта. Понимание этих последствий имеет решающее значение для разработки устойчивых методов управления земельными ресурсами.

Положительные последствия эрозии

Хотя часто рассматривается негативно, эрозия действительно дает некоторые преимущества. Приостановленные отложения будут депонироваться, создавая такие формы рельефа, как широкие аллювиальные вентиляторы, поймы, песчаные отмели и дельты рек. Эти осаждения часто имеют чрезвычайно плодородные почвы, которые поддерживают продуктивное сельское хозяйство. Дельты рек, например, поддерживали цивилизации на протяжении тысячелетий, от дельты Нила в Египте до дельты Миссисипи в Соединенных Штатах.

Эрозия также создает разнообразные среды обитания, которые поддерживают биоразнообразие. Прибрежные скалы обеспечивают места гнездования морских птиц, в то время как речные долины создают коридоры для движения дикой природы. Живописная красота эрозионных ландшафтов - от Гранд-Каньона до прибрежных морских стеков - поддерживает индустрию туризма стоимостью в миллиарды долларов во всем мире.

Негативные последствия: потеря почвы и деградация земель

Воздействие на местах включает снижение производительности сельского хозяйства и экологический коллапс, как из-за потери богатых питательными веществами верхних слоев почвы. В некоторых случаях конечным результатом является опустынивание. Если скорость эрозии превышает образование почвы, эрозия разрушает почву. Это особенно проблематично, потому что образование почвы является чрезвычайно медленным процессом - может потребоваться от сотен до тысяч лет, чтобы сформировать всего один дюйм верхнего слоя почвы.

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. Это представляет собой массовую потерю производственных мощностей и экономической ценности для фермеров и общества.

Деградация качества воды

Внеплощадочные эффекты включают осаждение водных путей и эвтрофикацию водоемов, а также связанные с осадками повреждения дорог и домов. Размытый осадок переносит питательные вещества, пестициды и другие загрязняющие вещества в ручьи, реки и озера. Этот осадок затуманивает воду, уменьшая проникновение света и нанося вред водным экосистемам. Избыток питательных веществ способствует цветению водорослей, которые истощают кислород и создают мертвые зоны.

Осадка также снижает емкость водоемов, сокращая срок их полезного использования и требуя дорогостоящих дноуглубительных работ. Навигационные каналы могут блокироваться, а затраты на очистку воды возрастают, когда исходная вода содержит высокие нагрузки на осадочные породы.

Ущерб инфраструктуры

Эрозия береговой линии может привести к повреждению инфраструктуры, увеличению расходов на техническое обслуживание и защиту, а также к потере имущества и земли. Дороги, мосты, здания и коммунальные услуги могут быть подорваны или разрушены эрозией. Побережье Калифорнии, которое имеет мягкие скалы осадочных пород и густонаселено, регулярно имеет случаи повреждения домов, поскольку скалы разрушаются.

Расходы на ущерб, причиненный инфраструктурой, связанной с эрозией, составляют миллиарды долларов в год. Прибрежные общины сталкиваются с особенно серьезными проблемами, некоторые из которых требуют переселения, поскольку береговые линии отступают. На Аляске целые деревни уже сталкиваются с необходимостью переселения.

Нарушение экосистемы

Прибрежная эрозия может деградировать и разрушать прибрежные формы рельефа, такие как дюны, водно-болотные угодья, пляжи и барьерные острова, которые служат естественными защитными буферами. Потеря среды обитания из-за эрозии уменьшает биоразнообразие и нарушает экологические процессы вдоль береговой линии. Потеря этих особенностей снижает устойчивость побережья и нарушает транспортные системы осадочных пород и экологические среды обитания.

Изменение климата и эрозия: усиливающаяся угроза

Изменение климата коренным образом меняет характер эрозии во всем мире, в целом ускоряя темпы эрозии и создавая новые проблемы для землеустроителей и общин.

Повышенная интенсивность осадков

Оценка показывает тенденцию увеличения осадков на северо-востоке. Самое главное, что интенсивные осадки увеличиваются. Например, количество событий с >3 дюйма/день осадков показало в среднем 62% увеличение между 1958 и 2018 гг. Более интенсивные осадки генерируют больший стоок и эрозионную мощность, даже если общее годовое количество осадков остается постоянным или уменьшается.

Прогнозы изменения климата для всех сценариев глобальной динамики указывают на тенденцию, направленную на более энергичный гидрологический цикл, который может увеличить глобальную водную эрозию (+30 до +66%). Это представляет собой резкое увеличение потенциала эрозии, что потребует значительных усилий по адаптации.

Повышение уровня моря и береговая эрозия

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. Скорость отступления скал на этих участках не наблюдалась в течение последних 3-5000 лет и обусловлена повышением уровня моря, вызванным изменением климата, вызывающим большую эрозию волн.

Больше штормов и более высокие моря от изменения климата создают больше ветров, волн и наводнений, приводя к береговой эрозии. Ураганы могут смыть песчаные барьерные острова, оставляя береговые линии и острова незащищенными от будущих штормовых нагонов. Сочетание восходящих морей и более интенсивных штормов создает особенно опасную ситуацию для прибрежных сообществ.

Арктическая береговая эрозия

Прогнозируется, что среднеарктическая скорость эрозии увеличится и, весьма вероятно, превысит ее исторический диапазон изменчивости до конца века. Чувствительность эрозии к потеплению примерно удвоится, достигнув 0,4–0,8 м/год-1 °C-1 к концу века. Арктическая прибрежная эрозия особенно тревожна, поскольку она высвобождает накопленный органический углерод из вечной мерзлоты, потенциально создавая петлю положительной обратной связи, которая ускоряет изменение климата.

Вегетационные изменения

Изменение климата влияет на характер растительности в результате изменения температуры и режимов осадков, увеличения частоты засух и лесных пожаров и сдвигов в распределении видов. Эти изменения растительности могут либо увеличивать, либо уменьшать подверженность эрозии в зависимости от местных условий. Районы, испытывающие опустынивание или отмирание лесов, скорее всего, будут испытывать повышенную эрозию, в то время как регионы с повышенным ростом растений могут испытывать снижение эрозии.

Стратегии предотвращения и контроля эрозии

Эффективный контроль за эрозией требует комплексного подхода, сочетающего в себе несколько стратегий, адаптированных к местным условиям. Однако существует множество методов профилактики и восстановления, которые могут сократить или ограничить эрозию уязвимых почв.

Растительные растворы

Наиболее естественным и эффективным способом предотвращения эрозии является посадка растительности. Корни растений, особенно деревьев, захватывают почву и эффективно предотвращают избыточное движение почвы по всей земле. Лучший способ защитить почву от эрозии - держать ее покрытой и нетронутой. Лучший способ защитить почву от эрозии водой - держать ее покрытой.

Различные стратегии в области растительности служат различным целям. Деревья и кустарники обеспечивают долгосрочную стабилизацию с помощью глубоких корневых систем. Травы обеспечивают быстрое создание и плотный грунтовый покров. Посадка травы в районах концентрированного потока воды может предотвратить большую часть эрозии почвы, которая возникает в результате стока, поскольку трава стабилизирует почву, обеспечивая при этом выход для дренажа.

Особенно ценны покровные культуры в сельскохозяйственных системах. Среди девяти отдельных сценариев БМП наиболее эффективным в снижении эрозии почвы было севооборот и покровный урожай. Покровные культуры защищают почву в уязвимые периоды между товарными культурами, добавляют органическое вещество, улучшают структуру почвы и могут обеспечить дополнительный доход или корм для скота.

Сельское хозяйство и без дождевое хозяйство

Нулевая обработка почвы, или беспочвенное земледелие, является мощным методом предотвращения эрозии, предлагая устойчивый подход к сельскому хозяйству. Благодаря минимизации нарушений почвы этот метод сохраняет свою тонкую структуру. По данным ФАО, темпы эрозии на безпочвенных почвах на 90 процентов ниже, чем на традиционно обрабатываемых почвах.

Отраслевой стандарт заключается в поддержании по крайней мере 30% покрытия остатков сельскохозяйственных культур после посадки. Единственный способ сделать это - использовать без дождевую или уменьшенную обработку почвы. No-till стал наиболее широко используемой практикой сохранения в Пенсильвании, потому что 60% пахотных земель Пенсильвании - Высокоразрушимая земля. No-till также является экономически эффективной практикой сохранения, потому что он не выводит землю из производства.

Контурное земледелие и террасирование

Такие методы, как контурное земледелие, адаптируют структуру почвы к ландшафту, снижая скорость потока воды и ограничивая эрозию. Контурное земледелие предполагает вспашку и посадку вдоль естественных контуров земли, а не вверх и вниз по склонам. Это создает небольшие хребты, которые замедляют сток и увеличивают инфильтрацию.

Террасинг, ключевой метод сохранения почвы, включает в себя формирование земли в ряд шагов для контроля стока воды и эрозии почвы. Террасы особенно эффективны на крутых склонах, где другие методы могут быть недостаточными. Они уменьшают длину и крутизну склона, резко снижая потенциал эрозии.

Ветряки и приюты

Ветровые ветры и ремни безопасности — это линии деревьев, высаженные для блокирования ветра, которые в противном случае могут сдуть ценный верхний слой почвы. Эти линейные посадки деревьев и кустарников снижают скорость ветра на полях, защищая почву от эрозии ветра. Они также обеспечивают дополнительные преимущества, включая среду обитания диких животных, управление снегом и модификацию микроклимата, которые могут улучшить урожайность сельскохозяйственных культур.

Структурные меры

Физические структуры могут контролировать эрозию в ситуациях, когда одной лишь растительности недостаточно. Сохранение стен сдерживает почву на крутых склонах. Проверка плотин на медленном течении воды в каналах, снижение эрозионной мощности и содействие осаждению осадков. Для тяжелой эрозии в районах концентрированного течения наиболее эффективными решениями являются контрольные плотины или террасы.

Иллюминационные заборы являются временными барьерами, используемыми во время строительства для улавливания осадка в стоках. Рипрап - большие камни, расположенные вдоль береговых линий или каналов - защищает от волновой или текущей эрозии. Габионы (корзины проволоки, заполненные скалами) обеспечивают гибкие, проницаемые барьеры, которые могут стабилизировать склоны и берега каналов.

мулирование

При удалении растительности из-за потуха деревьев, засухи или полей под сенью одним из лучших способов предотвращения эрозии почвы является использование этого материала для мульчирования. Покрытие верхнего слоя почвы измельченными листьями, древесной щепой или другим органическим веществом создает защитный барьер против ветра и воды. Мульча не только защищает почву, но и предотвращает ее кислое течение и обогащает ее по мере разложения органических материалов. Это естественное одеяло сохраняет почву прохладной и влажной, уменьшает воздействие сильных осадков и помогает поддерживать плодородие почвы.

Меры по защите прибрежных районов

Живые береговые линии используют растения и другие природные элементы. Живые береговые линии оказываются более устойчивыми к штормам, улучшают качество воды, увеличивают биоразнообразие и обеспечивают места обитания рыб. Болота и устричные рифы являются примерами растительности, которая может использоваться для живых береговых линий; они действуют как естественные барьеры для волн. Пятнадцать футов болота могут поглощать пятьдесят процентов энергии входящих волн.

Традиционные жесткие инженерные подходы, такие как морские стены и волнорезы, могут защитить конкретные места, но часто просто передают проблемы эрозии в другие места. Природные решения все чаще признаются более устойчивыми и экономически эффективными альтернативами, которые обеспечивают многочисленные сопутствующие выгоды.

Интегрированные подходы

Среди четырех комбинированных сценариев наиболее эффективным в снижении эрозии почв было объединение всех природоохранных подходов, за которым следовал сценарий вегетативных мер. Все комбинированные сценарии увеличивали инфильтрацию и компоненты подземных вод, а также уменьшали поверхностный стоок. Это показывает, что объединение нескольких стратегий дает лучшие результаты, чем полагаясь на какой-либо один подход.

В этой связи подчеркивается необходимость сохранения почв и комплексного планирования землепользования, а также эффективного контроля за эрозией, который требует координации усилий на всех водосборных бассейнах, с учетом как нагорных, так и низменных районов, а также устранения коренных причин эрозии, а не просто лечения симптомов.

Будущее управления эрозией

По мере усиления изменения климата и роста населения управление эрозией будет становиться все более критическим. Для успеха потребуется сочетание традиционных знаний с передовыми технологиями, внедрение стратегий адаптивного управления и содействие сотрудничеству между дисциплинами и юрисдикциями.

Технологии дистанционного зондирования и ГИС позволяют лучше контролировать модели эрозии и прогнозировать районы повышенного риска. Модели эрозии почвы помогают оценить потенциальную эффективность различных стратегий сохранения до внедрения. Точные сельскохозяйственные технологии позволяют фермерам применять методы сохранения именно там, где они больше всего нужны.

Необходимо разработать политические рамки для стимулирования контроля за эрозией и наказания за практику, которая ускоряет эрозию. Это включает сельскохозяйственные субсидии, связанные с соблюдением природоохранных норм, строительные нормы, которые учитывают риск эрозии, и управление прибрежными зонами, которое отдает приоритет естественным решениям, а не инженерным разработкам.

Образование и информационно-пропагандистская деятельность имеют важное значение для изменения поведения и создания поддержки усилий по борьбе с эрозией. Землевладельцам, разработчикам, директивным органам и широкой общественности необходимо понять причины и последствия эрозии и имеющиеся решения для ее устранения.

Вывод: жизнь с эрозией в меняющемся мире

Эрозия является фундаментальным процессом Земли, который формировал нашу планету в течение миллиардов лет и будет продолжать это делать. Хотя мы не можем и не должны пытаться полностью остановить эрозию, мы можем и должны управлять ею более устойчиво. Создаваемые эрозией ландшафты часто являются впечатляющими и ценными, но ускоренная эрозия, вызванная деятельностью человека и изменением климата, представляет серьезную угрозу для продуктивности почвы, качества воды, инфраструктуры и экосистем.

Понимание процессов, агентов и факторов, контролирующих эрозию, обеспечивает основу для эффективного управления. Реализуя соответствующие методы сохранения - от поддержания растительного покрова до принятия сельского хозяйства без дождевых дождевых до защитных прибрежных водно-болотных угодий - мы можем значительно снизить темпы эрозии и их негативное воздействие.

Проблема управления эрозией будет только нарастать, поскольку изменение климата ускоряет темпы эрозии во многих регионах. Для решения этой проблемы требуется приверженность отдельных лиц, общин, предприятий и правительств. Она требует инвестиций в инфраструктуру сохранения, исследования новых решений и политики, которые отдают приоритет долгосрочной устойчивости над краткосрочными выгодами.

Для преподавателей и студентов эрозия предлагает бесчисленные возможности для практического обучения и наблюдения. Местные потоки, береговые линии, строительные площадки и сельскохозяйственные поля предоставляют реальные примеры процессов эрозии и их последствий. Изучая эрозию в своих собственных общинах, студенты могут глубже оценить динамичную природу Земли и важность управления.

В конечном счете, наши отношения с эрозией должны быть отношениями осознанного сосуществования. Мы должны уважать способность эрозии формировать ландшафты, при этом усердно работая над предотвращением чрезмерных потерь почвы, которые угрожают нашим сельскохозяйственным системам, ухудшают наши водные ресурсы и наносят ущерб нашей инфраструктуре. Благодаря научно обоснованному управлению, инновационным технологиям и коллективным действиям мы можем минимизировать негативные последствия эрозии, сохраняя при этом естественные процессы, которые создают разнообразные и красивые ландшафты, которые мы лелеем.

Для получения дополнительной информации об эрозии и сохранении почв посетите Службу охраны природных ресурсов USDA и Общество почвоведения Америки . Дополнительные ресурсы по эрозии прибрежных районов можно найти в USGS Coastal and Marine Hazards and Resources Program .