2. Факторы, обусловливающие процессы ветровой и водной эрозии в антропогенных ландшафтах

Усиление выноса или аккумуляции твёрдых веществ может быть как прямым, так и косвенным следствием хозяйственной деятельности.

Наиболее интенсивно перераспределение твёрдых масс литосферы осуществляется на территориях горных выработок, а также городов и крупных инженерных сооружений. Общее количество вещества, извлекаемого из литосферы при добыче полезных ископаемых и земельных работах, в мире исчисляется величиной порядка 100 млрд тонн в год (Исаченко, 1980). Основная часть этого материала извлекается из верхнего 500-метрового слоя земной коры, хотя отдельные рудники и скважины достигают куда большей глубины. В настоящее время около 70% месторождений полезных ископаемых разрабатывается открытым способом.

Наиболее зримый эффект этой деятельности – появление специфического техногенного рельефа – на уровне мезоформ: терриконов (высота их достигает 300 м, а площадь – десятков гектаров), отвалов пустой породы (высота до 100-150 м, протяжённость до 1,5-2,0 км), карьеров (глубиной до 500-800 м, площадью до нескольких квадратных километров). Комплексы в крупных горнопромышленных районах (Донбасс, Кузбасс и др.) располагаются на площадях в сотни и тысячи квадратных километров и приобретают региональное значение – на уровне отдельных ландшафтов.

Создание техногенных форм рельефа стимулирует дальнейшее изменение в геосистемах, прежде всего, процессы гравитационного характера. Пустоты, образующиеся при подземных выработках, часто вызывают опускание земной поверхности, в результате чего формируются мульды проседания и провалы глубиной до десятков метров. К таким же последствиям может привести подземная газификация углей, строительство подземных газохранилищ, а также метрополитенов и др. Терриконы и карьеры дают начало вторичным гравитационным процессам – обвалам, осыпям, оползням. Отвалы и терриконы подвергаются смыву, размыву, развеиванию.

Аналогичные явления наблюдаются на территории больших городов (Котлов, 1977). Под тяжестью зданий грунты уплотняются и оседают. В Мехико оседание достигло до 9 м, в Токио – 7 м (до 20 см в год), в Москве – до 35 см. в год. Площади мульд оседания в больших городах измеряются сотнями, а иногда даже тысячами квадратных километров и могут охватить целые ландшафты.

Наибольшую искусственную нагрузку на верхнюю часть земной коры создают крупные водохранилища, в результате чего могут происходить даже техногенные землетрясения.

Насыпные техногенные формы подвержены интенсивному выветриванию и денудации, а отсутствие растительного покрова усугубляет эти процессы. В результате выщелачивания легкорастворимых солей, плоскостного смыва, эрозии, развеивания вещества терриконов, отвалов пустой породы, золы и шлака теплоэлектростанций, мусора городских свалок, загрязнители вовлекаются в «дальнюю» миграцию, загрязняя поверхностные и подземные воды, воздух. Реки, питающиеся стоком с отвалов, нередко бывают загрязнены сульфатами и другими токсичными веществами на десятки километров.

Все описанные техногенные воздействия современного производства имеют внушительные масштабы воздействия на земную поверхность по объёму перемещённого материала. Однако они уступают примерно на целый порядок эрозии, вызванной в сельском хозяйстве. Здесь процессы сопряжены с прокладкой дорог, строительством гидротехнических сооружений, с мелиорацией (орошение, снежная мелиорация, лесомелиорация), с пастьбой скота и др. Однако из всех видов сельскохозяйственной эрозии наиболее распространённой является земледельческая эрозия.

Эрозия (erosio) – «разъедание», слово латинское. Термин этот применяется во многих отраслях знаний: в медицине, технике, социологии, геологии и т.д. Под эрозией почв понимают разнообразные процессы разрушения почв и подстилающих пород различными природными, природно-антропогенными и чисто антропогенными факторами. В связи с этим в литературе встречаются такие термины: водная эрозия, ветровая (дефляционная) эрозия, криогенная эрозия, экзарационная (ледниковая) эрозия, нивальная (снежная), обвальная, осыпная, оползневая, лавинная, карстовая, капельная, градовая, речная эрозия и т.д.

В сельскохозяйственной литературе применяются два термина: водная эрозия почв и ветровая (дефляционная) эрозия.

Водная эрозия почв – смыв и размыв почвы поверхностным стоком временных водотоков. По генезису временных водных потоков, вызывающих смыв и размыв почвы, можно выделить три основных типа эрозии: эрозия от стока дождевых осадков, эрозия от стока талых вод, эрозия от стока вод орошения – ирригационная эрозия.

На освоенных человеком территориях Южной Америки, Африки и Австралии, Европы, Азии, США, где практически не бывает зимы и не выпадает снег, разрушение почвенного покрова происходит главным образом при выпадении ливневых дождей.

На территории России эрозия почв проявляется как при выпадении ливневых осадков, так и при снеготаянии.

Выделяются два подтипа эрозии: смыв почвы – поверхностная эрозия и размыв почвы, а иногда и подстилающих пород – линейная эрозия. В результате проявления поверхностной эрозии формируются смытые почвы: слабосмытые, среднесмытые, сильносмытые. От проявления линейной эрозии вначале формируются промоины, которые затем перерастают в овраги.

Чем почвы сильнее эродированы, тем больше они отличаются от своих несмытых аналогов по химическому и гранулометрическому составу, физико-химическим свойствам, водному, воздушному, тепловому режимам, биогенности и другим показателям, совокупность которых влияет на плодородие почвы и их противоэрозионную устойчивость. Так, с увеличением эродированности почв снижается запас гумуса на 40-50%, подвижных форм NPK – на 40-60%, содержание водопрочных структурных агрегатов уменьшается с 44 до 20%, падает ёмкость поглощения. Продуцирование СО₂ в смытых почвах иногда в 5-10 раз ниже, чем в несмытых. На эродированных землях снижается продуктивность сельскохозяйственных культур от 15-30% до 60%.

О том, сколько ежегодно смывается почвы с сельскохозяйственных земель, нет данных. Опубликовано много результатов наблюдений за смывом почвы отдельными ливнями, стоком талых вод в различных природных зонах, на разных угодьях.

В целом из 15 млн км² обрабатываемых площадей не менее 6-7 млн км² (10% суши) подвержено эрозии. Ежегодно эрозия и дефляция уносит из ландшафтов суши миллиарды тонн почвенных частиц.

За один ливень с 1 га обрабатываемых склонов часто смывается 10-20 т, нередко 50-100 т, иногда 200-300 т почвы. При очень сильных ливнях на отдельных участках склонов смывается весь взрыхленный обрабатываемый слой (10-20 см) почвы, а иногда и весь пахотный слой (от 1 ливня с 1 га теряется 3000-4000 т почвы). По данным М.И. Заславского (1983), в 1948 г. в Молдавии, при выпадении сильного ливня со слоем осадков 219 мм, смыв почвы достигал 530-760 т/га, в Донбассе при ливне 41 мм был зафиксирован смыв почвы 553 т/га, в Тульской области смыв почвы от снеготаяния достигал 60 т/га, в Пензенской области – 80 т/га. В Алтайском крае в среднем за 15 лет среднегодовой смыв почвы в шести районах составлял от 2 до 42 м³/га и в среднем был 18 м³/га.

Пастбищная эрозия вызывается ослаблением дернового покрытия копытами животных и отчасти поеданием ими травы под корень. Очень большую разрушительную роль играет также поедание и поломка кустарников, растущих на крутых склонах и защищающих их от размыва. Из 330 млн га пастбищ, насчитываемых в бывшем СССР, по условиям рельефа эрозионноопасными являются не менее 250 млн га. При хорошем травянистом покрове эрозия на пастбищах бывает ничтожной, однако на выбитых пастбищах при выпадении ливней эрозия иногда проявляется довольно сильно. Если со 150 млн га пастбищ многолетние травы не обеспечивают полной защиты от эрозии, смыв почвы будет 10 т/га, в результате суммарная потеря почвы составит 1,5 млрд т. в год.

В садах, виноградниках, на плантациях многолетних насаждений, занимающих площадь более 4,5 млн га и в основном расположенных на склонах, а также сенокосах общей площадью 42 млн га со слабым растительным покровом, годовой смыв почвы может достигнуть 1 млрд т.

Вместе с почвой ежегодно вымываются водорастворимые элементы: азот, фосфор и калий. Подсчитано, что при смыве 1 см слоя чернозёма в Центрально-Чернозёмной зоне теряется с гектара более 600 кг азота, 400 кг фосфора, 300 кг калия. При этом много теряется содержащихся в почве микроэлементов.

Американские исследователи подсчитали, что при эрозии почва теряет в 20 раз больше элементов питания растений, чем их выносится с урожаем (Копке, Бертран, 1962). По признанию Беннета (1958), в США ежегодно при эрозии теряется 92 млн т азота, фосфора, кальция и калия.

Со склоновым стоком в смываемой почве ежегодно теряются удобрения, а также пестициды, которые с каждым годом во всё большем количестве применяются в сельском хозяйстве. Данные наблюдений показывают, что 10-30% вносимых на склоновые земли удобрений иногда сносится при выпадении ливней и при стоке талых вод. Кроме того, 10-20% вносимых пестицидов смываются при поверхностном стоке и эрозии, не участвует в борьбе с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений.

Огромные изменения происходят в ландшафтах при образовании овражно-балочной сети. Иногда сильно разветвлённая овражная сеть расчленяет большие пахотные массивы и другие земельные угодья на множество мелких участков.

Ежегодный рост оврагов приводит к большому разрушению просёлочных, шоссейных и железных дорог, жилых и промышленных сооружений.

В России много оврагов. Например, в Центрально-Чернозёмной зоне площадь оврагов составляет 140 тыс. га. В Ростовской области суммарная протяжённость овражной сети составляет 40 тыс. км – ею можно опоясать земной шар. В Воронежской области общая протяжённость оврагов составляет 250 тыс. км, а площадь – 0,5 млн га. Объём овражных выносов превысил 10 млрд м³. В отдельных районах европейской части России за истекшие 100-200 лет общая длина оврагов превысила протяжённость всех балок и лощин, сформировавшихся в течение тысячелетий. Ориентировочные расчёты показывают, что на территории нашей страны более 3,3 млн оврагов, а общая протяжённость оврагов – около 1 млн км.

На орошаемых землях, как при бороздковом поливе, так и при использовании дождевальных машин, иногда наблюдается сильный смыв почвы. За сезон при поливе дождевальными агрегатами с 1 га может быть смыто до 80 т почвы, а при бороздковом – до 200 т. Отложение смытого материала к концу оросительных борозд приводит к изменению уклона, что требует новой планировки, нарезки карт и борозд. При неправильном сбросе оросительных вод возникает много оврагов. Эрозия почв также приводит к разрушению откосов магистральных каналов.

Эрозия почв проявляется и на осушенных землях. Здесь происходит размыв дренажных каналов и разрушение оврагами различных инженерных сооружений.

При лесозаготовках на склонах, в связи с нарушением дернины и уничтожением части гумусового слоя, нередко проявляется большой смыв почвы.

Строительство железных и автомобильных дорог, нефте- и газопроводов, судоходных каналов, линий связи, а также строительство различных промышленных и других сооружений на расчленённых территориях и эксплуатация этих объектов сопровождаются эрозией почвогрунта. Дороги федерального и республиканского значения обычно прокладываются по наименее расчленённым элементам рельефа – по речным водоразделам. Дороги областного и районного значения соединяют малые города, сёла, которые часто располагаются в долинах рек или вдоль балок. В силу этого второстепенные дороги постоянно поднимаются на крутые склоны гидрографической сети. Ради поддержания полотна в сухом состоянии, вдоль дорог роют кюветы. Кюветы перехватывают линии стока, направляющиеся в сторону дороги, и отводят сток в балки. Так как сток по кюветам бывает весьма значительным, то на крутых участках возникает опасность размывов.

Наравне с дорогами районного и областного значения опасными очагами эрозии являются и полевые дороги, проектированию которых уделяется ещё меньше внимания. Большой процент этих дорог не формируется и не имеет кюветов. Размыв на них происходит прямо по колеям. Такие дороги десятки раз переносятся на новые места, в обход ими же созданных размывов.

Эрозия, вызванная строительством, может возникать в тех местах, где дерновый покров нарушается вследствие нивелировки строительных площадок, рытья котлованов, выемок и т.п., а также на свеженасыпанных дамбах, плотинах, насыпях.

При эрозии более тонкие фракции почвы, в частности, содержащие гумус, водными потоками транспортируются в речную сеть, а наиболее грубые фракции почвы и почвообразующих пород откладываются в виде мощных наносов у подножия склонов, по дну балок и долин. Если на склонах подвергаются эрозии уже сильносмытые почвы, то наносы часто состоят из почвообразующей породы. В этом случае происходит погребение плодородных почв породами. Большой ущерб сельскохозяйственным землям, расположенным на пониженных элементах рельефа, причиняют наносы, поступающие из устьев оврагов, размывающих бесплодные породы.

Огромное количество смытой со склонов и вынесенной из оврагов почвы поступает в пруды и водохранилища.

В американской печати опубликовано много данных о заилении водохранилищ. Так, в связи с интенсивным заилением наносами водохранилищ в США, многие из них потеряли за 30 лет до 80% ёмкости. Иногда срок службы плотин ограничивается 10-15 годами. В Техасе водохранилище на реке Колорадо за 6 лет потеряло 47% своей первоначальной емкости. Для его замены было построено новое водохранилище, но оно за 9 лет потеряло 83% ёмкости. Как свидетельствует Х. Беннет (1958), в юго-восточных районах США 13 дорогостоящих водохранилищ были до краёв своих плотин забиты продуктами эрозии, и это произошло менее чем за тридцать лет. Большое водохранилище – озеро Мид позади плотины Гувера – заполняется наносами со скоростью 168,8 млн м³ в год.

Рост русловых наносов во многих районах мира является главной причиной наводнений. По мере заиления ложа рек, их пропускная способность резко снижается. При наводнениях с пойменных земель сносится не только пахотный слой, но также, при разрушенной дернине, смывается почва с пастбищных земель.

Понятие ветровая эрозия в принятом в нашей стране обращении включает все рельефообразующие процессы, связанные с работой ветра только на сельскохозяйственных угодьях, где на их появление и развитие оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека.

Ветровая эрозия, и связанные с нею пыльные бури, возникает и усиливается в результате деятельности людей, когда чрезмерный выпас скота, система земледелия и её отдельные приёмы не соответствуют особенностям почв и климата данного региона.

В результате развития ветровой эрозии происходит формирование своеобразного эолового комплекса, очень сложного по условиям для развития растений. В ветроэрозионных районах формирование почв идёт при участии эоловых процессов, явления перевевания накладываются на зональные процессы почвообразования. В почве увеличивается содержание песчаной фракции и уменьшается количество пылеватых и илистых частиц. Вместе с изменением механического состава изменяются и другие физические свойства: возрастает теплопроводность и уменьшается теплоёмкость, повышается водопроницаемость и понижается влагоёмкость, существенно снижается связность почв. В эродированных почвах, вследствие выдувания мелкозёма, происходит вынос важнейших элементов плодородия почвы, изменяется её химический состав.

Ветровая эрозия наиболее широко распространена в пустынных и полупустынных областях, с меньшей интенсивностью она проявляется в степной и лесостепной зонах.

К.С. Кальянов (1976) выделил три пояса потенциальной опасности дефляции, внутри которых находятся 11 географических областей – Южно-Европейская, Волго-Уральская, Западносибирская, Присаянская, Забайкальская, Восточносибирская, Прикаспийская, Закавказская, Казахстанская, Среднеазиатская равнинная и Среднеазиатская межгорных впадин.

Площадь пахотных земель, подверженных ветровой эрозии на названной территории достигает 90 млн га. Только в Европейской части площадь дефляционноопасных пахотных земель составляет 45 млн. га.

При сильном проявлении дефляции возникают пыльные бури. Пыльные бури, причинившие особенно большой ущерб, были в 1837, 1892, 1928, 1960, 1965, 1969 гг.

По описанию очевидцев, во время пыльной бури 1892 г. ветер «в продолжение нескольких дней рвал землю и гнал массу песка, земли и пыли; туча за тучей поднимались клубы земли … посевы подрезались под корень … земля выносилась до ¼ аршина глубины и обнажалась подпочва. Во многих местах сорван весь чернозёмный слой земли; на полях … появились сугробы мелкозёма, которые образовали барханы; эти сугробы доходили до 1, 1/2 саженей величины, все канавы заносились пылью» (Пыльные бури и их происхождение, 1963).

Дефляция проявляется во многих странах мира. Особенно сильной она была в 30-х годах в Канаде и США. В это время 75% пахотного фонда США было подвержено дефляции.

Как пишет О. Оуэн (1977), только 11 мая 1934 г. ветром над областью Великих Равнин в воздух было поднято 3000 млн т почвы. В результате пыльных бурь 1934 и 1935 гг. на огромной площади было снесено от 5 до 25 см верхнего плодородного слоя почвы.

Единичная пыльная буря в Средней Азии и Казахстане выносит из плакорных почв 10-100 т/км² вещества, из песчаных массивов – 5-10 т/км², а из солончаков – 100-1000 т/км².

Чтобы резко нарушить гравитационное равновесие во многих ландшафтах, достаточно только свести естественный растительный покров без какого-либо воздействия на почву. Наиболее чувствительны к этому горные ландшафты, где истребление лесов активизирует эрозию, обвалы, осыпи, лавины, селевые потоки.

Многие из перечисленных процессов имеют региональное значение и стали типичными для целых зон. Важнейшая особенность гравигенного переноса твёрдого материала – его практическая необратимость.