Пустыни покрывают около трети поверхности Земли и определяются не температурой, а экстремальной засушливостью — менее 250 миллиметров осадков в год. Несмотря на их редкую растительность и суровый климат, пустыни являются одними из самых динамичных и разнообразных ландшафтов на планете. Форма земли, найденная в этих регионах — песчаные дюны, меза, каньоны, плеяды и аллювиальные вентиляторы — являются прямым результатом геоморфологических процессов, которые работают в условиях, очень отличающихся от тех, которые находятся во влажных средах. Понимание этих процессов имеет важное значение для интерпретации геологической истории засушливых регионов, для управления деятельностью человека, которая все больше давит на них, и для прогнозирования того, как пустынные ландшафты могут реагировать на изменение климата.

Что такое пустынные формы?

Пустынные формы рельефа являются видимыми, физическими особенностями поверхности Земли в засушливых регионах. Они создаются, модифицируются и разрушаются сочетанием геологической структуры, климатических сил и времени. Эти формы рельефа могут быть широко классифицированы на те, в которых преобладает действие ветра (эолийский), те, которые формируются эпизодическим потоком воды (флувиальный), и те, которые возникают в результате выветривания и массового истощения. Общие формы рельефа пустыни включают:

  • Эолийские черты, такие как песчаные дюны, ярданги (мостовые хребты) и пустынный тротуар.
  • Плювиальные особенности, такие как аллювиальные вентиляторы, байдады, арроиос и сухие озёрные русла (плеяс).
  • Структурные формы, такие как мезас, брутто, плато и каньоны, которые отражают основную коренную и дифференциальную эрозию.

Каждая из этих форм рельефа рассказывает историю о взаимодействии между скалой, водой, ветром и временем в условиях, когда отсутствие растительности делает поверхностные процессы очень эффективными.

Ключевые геоморфологические процессы в пустынях

Пустынные ландшафты формируются набором процессов, которые действуют в разных масштабах. Наиболее важными являются эрозия, выветривание, осаждение и перенос осадков ветром и водой. Относительная важность каждого варьируется в зависимости от местной геологии, топографии и климата, но вместе они производят отличительные формы, которые характеризуют засушливые среды.

эрозия

Эрозия в пустынях обусловлена в первую очередь ветром (дефляция и истирание) и водой (поток листьев, эрозия риля и редкое, но мощное действие пустынных вспышек наводнений). Поскольку растений мало, поверхность почвы непосредственно подвергается эрозионным силам. Ветер удаляет мелкие частицы (игла и глина) через дефляция , оставляя за собой отставание более грубого материала, который образует пустынное тротуар. Истирание происходит, когда ветровые песчинки рыщут по поверхности скал, создавая вентиляционные артефакты (камни с ветром) и подрезающие скалы для формирования каменных постаментов. Водная эрозия, хотя и нечастая, часто гораздо более эффективна в случае события. Внезапно, интенсивные грозы могут посылать потоки воды по голым склонам, мобилизуя огромное количество осадка и вырезав

выветривание

Выветривание в пустынях преобладает физическими процессами, хотя химическое выветривание также происходит, особенно при наличии влаги в почве или расщелинах пород. Инсоляционное выветривание (термический стресс от ежедневных колебаний температуры 30–40 °C) заставляет камни расширяться и сокращаться, что приводит к разрыву. Солевое выветривание особенно важно: солевые грунтовые воды, тянущиеся к поверхности капиллярным действием, кристаллизуются в порах и вдоль границ зерна, оказывая достаточное давление для дезагрегации породы. Результатом часто является угловой, усыпанный породами ландшафт, известный как рег или хамада . Химическое выветривание, хотя и медленнее, может производить глиняные минералы, которые образуют лак пустыни — темное, богатое марганцем покрытие на открытых скальных гранях.

Смещение

Опускание в пустынях является неизбежным аналогом эрозии. Когда ветер замедляется или когда протекающая вода теряет скорость, она роняет свою нагрузку на осадок. Аллювиальные вентиляторы формируются в устьях горных каньонов, где эфемерные потоки распространяются по плоскому бассейну. Со временем несколько вентиляторов объединяются, чтобы сформировать баджады. В сердце пустынных бассейнов эпизодические озера (плея) накапливают тонкие осадки и испаряют минералы, такие как соль и гипс. Осаждение ветра создает обширные песчаные листы и дюнные поля, которые покрывают около 20% пустынь мира.

Соль

Соляция является основным механизмом переноса песка ветром. Зерна песка (0,06-2,0 мм в диаметре) поднимаются ветром, затем падают обратно на поверхность, где они ударяют по другим зернам и вытесняют их. Это подпрыгивающее, прыгающее движение позволяет песку двигаться вниз по ветру тонким слоем чуть выше земли. Солятация отвечает за строительство дюн, скульптуру ярданов и полирование пустынных тротуаров. Процесс очень чувствителен к скорости ветра и шероховатости поверхности; даже небольшие препятствия могут инициировать образование дюн, заставляя ветер замедлять и откладывать песок.

Флювиальные процессы в засушливой настройке

Хотя пустыни сухие, вода остается самым мощным скульптором пустынных ландшафтов — когда она появляется. Пустынные потоки почти всегда эфемерны, текут только после осадков, которые могут быть разделены на годы. Сток интенсивный и насыщенный осадками, способный перемещать валуны и вырезать глубокие каналы. За тысячелетия это эпизодическое плавное действие создало некоторые из самых драматических каньонов в мире, включая Гранд-Каньон (на плато Колорадо) и каньоны Колорадо и Зеленых рек. Редкость потока означает, что даже небольшие изменения в образцах осадков могут производить негабаритные геоморфические реакции.

Типы пустынных форм рельефа

Пустыни содержат необычайное разнообразие рельефов, каждый из которых образован специфической комбинацией процессов. Ниже приведены наиболее распространенные и научно значимые типы, с примерами из пустынь по всему миру.

Песчаные дюны

Песчаные дюны представляют собой скопления ветрового песка, которые принимают различные формы в зависимости от направления ветра, песчаного снабжения и растительности. Основные типы дюн включают:

  • Барханские дюны — полумесяц в форме рогов, указывающих на ветром, образованный на твёрдых, плоских поверхностях с ограниченным песком.Обычны в пустынях Сахара и Намиб.
  • Поперечные дюны — длинные хребты, перпендикулярные преобладающему ветру, образующиеся там, где песок обилен.Найдены на Аравийском полуострове и в пустыне Симпсон в Австралии.
  • Линейные (seif) дюны — прямые или извилистые хребты, параллельные доминирующему направлению ветра.Руб’аль-Хали (Пустой квартал) на Аравийском полуострове содержит некоторые из крупнейших линейных дюн на Земле, длиной более 300 км.
  • Звездные дюны — пирамидальные, многорукие дюны, образующиеся при переменных режимах ветра.Самые высокие песчаные дюны в мире, в пустыне Бадаин Джаран в Китае, представляют собой звёздные дюны, достигающие высоты 500 метров.
  • Параболические дюны — U-образные с руками, указывающими на ветром, часто стабилизированные растительностью.Обычные в прибрежных пустынях и Национальном парке Больших песчаных дюн в Колорадо, США.

Дюнные поля не статичны, они мигрируют со скоростью от нескольких метров до десятков метров в год, закапывая дороги, фермы и даже города.

Месас и Баттес

Месас (от испанского слова «стол») — это плоские вершины холмов с крутыми, часто похожими на скалы сторонами. Они образуются там, где устойчивая скала-капсула — такая как песчаник, известняк или базальт — лежит на более мягких слоях. По мере того, как более мягкая скала разрушается, скала-капсула защищает основной материал, создавая платоподобный остаток. Буттесы — это меньшие, более узкие версии мезас (обычно определяемые как более высокие, чем они широкие). Классические примеры встречаются на плато Колорадо: Долина памятников (Arizona / Utah) — это знаковый пейзаж байтов и мез, вырезанных из пермских и триасовых осадочных пород. Гранд-Меса в западном Колорадо, окутанный базальтовыми лавовыми потоками, является крупнейшей в мире плоскодонной горой.

Плато

Плато - обширные области возвышенной, относительно плоской земли. Многие из великих плато мира находятся в засушливых регионах: плато Колорадо (США), Тибетское плато (Азия) и плато Декан (Индия). Они могут быть сформированы вулканической активностью (базальты потопа), поднятием коры или эрозией окружающих ландшафтов. Плато часто содержат глубокие каньоны, вырезанные реками, а также изолированные мезы и бюсты, которые являются остатками первоначальной поверхности плато. Плато Колорадо Плато Колорадо является учебником пример геологически стабильного, возвышенного региона, где засушливые условия сохранили впечатляющий отчет осадочных слоев горных пород, охватывающих 2 миллиарда лет.

Каньоны

Каньоны — глубокие, крутые долины, вырезанные реками на протяжении миллионов лет. В пустынях отсутствие растительности и интенсивный эпизодический сток ускоряет вырубку каньона. Гранд-Каньон в Аризоне является самым известным, раскопанным рекой Колорадо через почти 2 миллиарда лет скалы. Другие известные пустынные каньоны включают в себя систему Рыбный Каньон в Намибии, медный Каньон Медный Каньон в Мексике и Ярлунг Цангпо Каньон в Тибете. Образование каньона зависит от изменений базового уровня, сопротивления скалам и тектонического подъема. В гипераридных условиях, таких как пустыня Атакама, каньоны (кебрады) могут нести воду только раз в несколько десятилетий, но они остаются глубоко подрезанными.

Плайяс и Сухие озера

Плайя (также называемые соляными плоскостями или сабхами) — это плоские, сухие пласты древних или эфемерных озер. Они образуются в самых низких частях эндорхеических бассейнов — дренажных системах, которые не имеют выхода к морю. Вода, которая иногда впадает в эти бассейны, испаряется, оставляя после себя слои соли, гипса и других испарителей. Крупнейшей плейей на Земле является Салар-де-Уюни в Боливии (хотя она лежит в высокогорной пустыне, а не в горячей пустыне), покрывающая 10 582 км2. В Северной Америке Базин Badwater в Долине Смерти, Калифорния, является самой низкой точкой в Западном полушарии и классической плейей с солевыми полигонами и галитовыми корками. Плайя — это чувствительные записи о прошлом

Аллювиальные фанаты, байдады и педименты

Эти рельефы доминируют на окраинах пустынных горных хребтов. Аллювиальные вентиляторы представляют собой конусообразные отложения гравия, песка и ила, которые распространяются там, где поток каньона выходит на равнину. Со временем соседние вентиляторы могут сливаться в непрерывное месторождение, называемое баджада. За байдадой склон горы часто усеян мягко наклонной поверхностью скалы, известной как , образованной боковой эрозией горного фронта.В бассейне и провинции хребт на западе США содержатся выдающиеся примеры этих рельефов; вентиляторы, излучающие из Панаминта и Погребальных гор в Долине Смерти, являются примерами из учебников.

Ярданг и пустынное тротуарное покрытие

Ярданы обтекаемые, покрытые ветром хребты, вырезанные из мягкой породы или консолидированного осадка. Они выровнены с преобладающим ветром и могут быть длиной в десятки метров и высотой 1-2 метра. Самое большое поле ярдана в мире встречается в пустынях Центральной Азии Пустыня Лута Ирана и пустыня Намиб . Пустынный тротуар представляет собой поверхностный слой плотно упакованной, взаимосвязанной гальки и булыжников, которые образуются после того, как более мелкие частицы были удалены ветром или водой. Под тротуаром лежит везикулярный глиняный слой (Av horizon), который важен для экологии и гидрологии пустыни, некоторые из которых восходят к плейстоцену.

Влияние человека на пустынные формы

Деятельность человека все больше изменяет естественные геоморфические процессы, действующие в пустынях. Расширение городов, сельское хозяйство (особенно ирригация, питаемая подземными водами), добыча полезных ископаемых и использование внедорожных транспортных средств - все это имеет глубокие последствия.

  • Добыча воды опускает уровень грунтовых вод, вызывая оседание и ускоряя образование воронок, а также снижает влажность дюн, делая их более подвижными и способными посягать на инфраструктуру.
  • Майнинг для минералов, металлов и агрегатов непосредственно удаляет рельефы и создает искусственные мезы (отходы) и ямы. Бингемский каньон в штате Юта изменил топографию гор Окирра в массовом масштабе.
  • Движение внедорожных транспортных средств разрушает тротуар пустыни и биологическую почвенную кору (криптогамную кору), которая стабилизирует поверхность, вызывая ускоренную ветровую и водную эрозию. Восстановление этих корок может занять десятилетия.
  • Изменение климата изменяет характер осадков и увеличивает частоту экстремальных явлений. В некоторых пустынях более высокие температуры и уменьшение количества осадков могут стабилизировать дюны (путем снижения доступности песка), в то время как в других более сильные ветры могут привести к увеличению активности дюн и выбросов пыли. Исследование 2023 года, опубликованное в Nature Geoscience ], показало, что многие дюнные поля в Сахаре стали менее мобильными за последние 50 лет из-за изменений в ветровых режимах, но долгосрочный ответ остается неопределенным.

Понимание базовых геоморфических процессов имеет решающее значение для смягчения этих воздействий. Например, строительство дорог и железных дорог через дюнные поля должно учитывать темпы миграции дюн. В Объединенных Арабских Эмиратах крупномасштабные проекты, такие как шоссе Аль-Айн-Абу-Даби, требуют постоянного управления песком с использованием таких методов, как ограждение, посадка и использование пылесосителей на основе нефти.

Заключение

Десантные формы не являются статическими реликтами далекого геологического прошлого; они активно развиваются, формируя те же процессы, которые действовали в течение миллионов лет — ветер, вода, выветривание и тектоника. Относительная нехватка воды в этих регионах делает каждое событие непропорционально значительным, а чувствительность пустынь к изменению окружающей среды означает, что даже небольшие изменения климата или человеческой деятельности могут вызвать быстрые ландшафтные преобразования. От возвышающихся звездных дюн Китая до соленых плейас Долины Смерти, каждый рельеф является записью геоморфических сил в работе. Поскольку засушливость расширяется во многих частях мира из-за изменения климата, исследование геоморфологии пустыни больше не является нишевой академической областью; это важно для прогнозирования того, как потеплеющая планета изменит землю, от которой зависят миллиарды людей. Для дальнейшего чтения Геологическая служба США предлагает подробный обзор пустынной геологии , и Национальное географическое общество предоставляет доступные объяснения пустынной среды .