Эрозия почвы: процессы выветривания, виды и антропогенное ускорение

Эрозия представляет собой комплекс процессов, в ходе которых земные материалы разрыхляются, растворяются, истираются и затем переносятся из области их исходного залегания. Данные явления охватывают выветривание, растворение, коррозию и транспорт. Выветривание делится на два главных типа: физическое (механическое) и химическое. Физическое выветривание обусловлено механическим разрушением коренных пород под влиянием движущейся воды, ветра, циклов замерзания-оттаивания, ледниковой активности, давления кристаллизации льда и иных минералов, а также биологических факторов (например, проникновения корней растений). Химическое выветривание представляет собой разложение коренных пород в водных растворах в результате химических реакций. Эрозия активизируется, когда продукты выветривания мобилизуются и транспортируются от источника под действием воды, ветра или ледников.

Рис. Лавака в результате сильной эрозии почвы в природном заповеднике Анкарафанцика, Мадагаскар.

Вода выступает в роли высокоэффективного эрозионного агента, функционирующего в широком диапазоне масштабов — от капельного воздействия осадков до упорядоченного руслового стока. Процесс эрозии инициируется ударом дождевых капель о земную поверхность: кинетическая энергия соударения смещает частицы породы и почвы, запуская их перемещение. При интенсивных осадках сток подразделяется на поверхностный (наземный) и русловой (речной). Поверхностный сток движется в виде обширных слоев, преодолевающих обычно небольшие расстояния до концентрации в отдельных руслах. Эрозия, обусловленная поверхностным стоком, получила название поверхностной эрозии. Русловой сток представляет собой перемещение поверхностных вод по хорошо выраженным каналам.

Растительный покров существенно влияет на эрозионную способность поверхностного стока. Растения с густым почвенным покровом и развитой корневой системой обеспечивают гораздо более эффективную защиту от эрозии по сравнению с разреженной растительностью или пропашными культурами, оставляющими почву незащищенной. Наибольшей эрозионной уязвимостью обладают территории с промежуточным типом покрова — между истинной пустыней и травянистыми саваннами. Напротив, влажные тропические леса создают оптимальную защиту от эрозии благодаря пологу, задерживающему осадки, и переплетённым корневым сетям, стабилизирующим почву.

В обычном режиме течения реки приходят в состояние динамического равновесия, размывая материал с одного берега и откладывая осадки на противоположном. Небольшие паводки способны наносить слои ила и грязи на прибрежные территории и поймы, что ведёт к вертикальному наращиванию этих форм рельефа. При крупномасштабных паводках потоки приобретают мощные эрозионные свойства, способные за короткое время уничтожить поймы, формировавшиеся веками. Наиболее разрушительные эрозионные паводки возникают в стеснённых руслах с высоким стоком — например, в горных каньонах ниже по течению от притоковых сетей, где выпадают интенсивные осадки.

Катастрофические эрозионные наводжения также происходили вследствие разрушения плотин, а в геологическом прошлом (около 12 000 лет назад) — в результате прорыва больших объёмов воды из подпруженных льдом озёр. Эрозионная сила паводковых вод резко возрастает при достижении сверхкритических скоростей течения, когда потоки могут быстро врезаться в аллювий и даже разрушать коренные породы русла. Сверхкритический поток обычно кратковременен, так как расширение русла запускает механизм саморегуляции, возвращающий поток к докритическим условиям.

Кавитация представляет собой важный эрозионный механизм в высокоскоростных потоках. Данный процесс возникает при достаточно высокой скорости течения, когда давление падает ниже давления насыщенных паров, что приводит к образованию пузырьков на твёрдых поверхностях. Эти пузырьки попеременно зарождаются и схлопываются под огромным давлением, создавая исключительно эффективное эрозионное средство. Кавитация наблюдается на водосбросах плотин при сильном стоке; однако её следует отличать от более распространённого и значительно менее разрушительного явления захвата воздуха турбулентностью, которым обусловлено большинство пузырьков в бурлящих потоках.

Ветровая эрозия играет значительную, но сравнительно менее эффективную (по сравнению с водой) роль, главным образом в пустынных и засушливых регионах, где распространены обнажённые, бедные реголитом почвы. Ледники выступают в качестве мощных эрозионных агентов: в период плейстоценовых оледенений они удаляли сотни метров материала с поверхности континентов. Эти движущиеся ледяные массы прорезают глубокие долины в горных хребтах и транспортируют эродированные отложения внутри ледников, под ними и перед ними по системам талых вод. Ледники с тёплой основой (имеющие у основания слои жидкой воды) проявляют значительно более высокую эрозионную эффективность по сравнению с ледниками с холодной основой (без жидкой воды), которые характерны для таких регионов, как Антарктида.

Массовое перемещение (массовое разрушение) в большинстве определений классифицируется как эрозионный процесс, хотя в некоторых трактовках данные быстрые явления рассматриваются отдельно. Эти процессы связаны с перемещением материала вниз по склону и включают оползни, селевые потоки и обвалы горных пород. Массовое перемещение может существенно снижать уровень поднятия в регионе, происходя циклически с интервалами повторения от десятилетий до десятков тысяч лет. Антропогенная деятельность резко изменяет ландшафты планеты и ускоряет темпы эрозии.

Вырубка лесов вызвала серьёзную эрозию почв на Мадагаскаре, в Южной Америке, США и многих других регионах. Урбанизация оказывает разнонаправленное воздействие: уменьшая эрозию в одних районах и усиливая её в других. Строительство плотин на реках снижает местные уклоны, замедляя эрозию в горных районах и препятствуя пополнению наносов в низовьях. Сельское хозяйство и возведение дамб коренным образом изменили динамику наносов в пойменных областях. Хотя точная количественная оценка остаётся сложной, расчёты показывают, что за последние два столетия деятельность человека привела к увеличению темпов эрозии в среднем в 5–100 раз по сравнению с доантропогенными уровнями.

Дополнительная литература: Риттер Д.Ф., Р.К. Кохель и Дж.Р. Миллер. Геоморфология процессов. 3-е изд. Бостон: WCB-McGraw Hill, 1995.
Скиннер Брайан Дж. и Стивен К. Портер. Динамическая Земля: Введение в физическую геологию. 5-е изд. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, 2004.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам естественнонаучных направлений (геологии, географии, геофизики, астрофизики и космологии), начинающим специалистам в области структурной геологии, тектоники, космологии и астрофизики, а также всем, кто интересуется фундаментальными загадками устройства Вселенной и процессами формирования Земли.