2. Экзодинамические природно-антропогенные процессы и возможности их нейтрализации

Выделяют, природные, антропогенные и природно-антропогенные экзодинамические процессы.

Природные изучаются в курсе геоморфологии.

Антропогенные ЭДП – изменения земной поверхности, которые по своей энергетике более и менее эквивалентны энергии, израсходованной человеком: обработка полей, выпас скота, строительство, горные разработки, транспорт и др. процессы, связанные с денудационными и аккумулятивными преобразованиями земной коры. Наиболее распространенные процессы антропогенной денудации (деструкции) являются выемка грунтов или полезных ископаемых, извлечение подземных вод. Антропогенная аккумуляция – создание различных конструкций, покрытий, свалок. Часто денудационные и аккумулятивные процессы накладываются друг на друга.

Природно-антропогенные ЭДП – превосходство энергетики природных процессов над антропогенными. Экзодинамические процессы и их закономерности протекания являются определяющими. Человек – катализатор. Это ускоренная эрозия и дефляция, вторичное засоление, комплекс процессов при горно-промышленных разработках.

Ускоренная Эрозия. Под влиянием антропогенной деятельности возникает ускоренная эрозия. Потери компонентов почв не компенсируются и происходит снижение ее плодородия.

Ускорение – в 100-1000 раз быстрее, чем в природных эрозионных процессах.

За 20 в. в результате ускоренной эрозии потеряно 2 млрд. га плодородных земель (площадь почти равная территории бывшего СССР), т.е. 27% земель мирового активного с/х использования.

В США почвы уничтожены полностью на площади 45 млн. га, 68 млн. га потеряли более 75% и 315 млн. га от 25 до 75% почвенного слоя.

Ускоренная эрозия часто является причиной образования оврагов.

Виды эрозии: По характеру сноса: линейная и площадная; По основному фактору сноса: ветровая, водная, биологическая (снос биомассы с сельхоз продукцией). Пример: свекла и картофель ежегодно выносят от 300 до 700 кг минеральных веществ с 1га. Еще сильнее кукуруза и подсолнечник.

Ветровой эрозии и водной способствует неправильная распашка – без противоэрозионных мероприятий, вдоль склона и т.д.

Уничтожение лесов и степей увеличивает поверхностный сток – увеличивает эрозию. Так же и выпас скота. На перевыпасаемых пастбищах смыв почв в 100-120 раз больше, чем на умеренно выпасаемых.

Ирригационная эрозия – крупные ирригационные объекты часто расположены на склоновых землях – а это, своеобразное распространение зон смыва и аккумуляции, специфический неорельеф, особый баланс наносов.

Усиливают эрозию геоморфологические условия и климат. Геоморфологические факторы: морфометрические характеристики рельефа, в первую очередь углы наклона поверхности и длина склонов, размываемость поверхностных толщ горных пород. Размываемость оценивают по допускаемым неразмывающим скоростям (ДНС) водного потока – характеризует устойчивость ложа потока к размыву и широко используется в расчетах гидротехнических сооружений т.д. Наиболее размываемые породы (ДНС 0,3-2,0 м/с) – рыхлые породы (пески, лёссы, галечники). Осадочные породы (известняки, песчаники, мергели) – средние значения ДНС (2,0-6,0 м/с). Наименьшей размываемостью обладают твердые скальные кристаллические породы (базальты, граниты и др.) с ДНС до 16-25 м/с.

Противоэрозионная устойчивость зависит и от свойств почв. Повышают противоэрозионную устойчивость высокое содержание гумуса и преобладание в его составе гуминовых кислот, высокая емкость поглощения и преобладание в почвенно-поглощающем комплексе двухвалентных катионов, водопрочная структура и большой процент крупных частиц и агрегатов, высокое содержание илистых частиц, высокая влагоемкость и среднее содержание влаги к моменту дождя и т.п.

Климатически факторы – количество и режим осадков, наличие ливневых осадков.

В Крыму более 70 % (1242,3 тыс.га) сельскохозяйственных угодий страдают от действия ветровой эрозии, в том числе пашни – 50% (870,3 тыс.га). Наибольший уровень воздействия ветровой эрозии в Черноморском, Сакском и Первомайском районах (94 – 96% территории). В других административных районах площадь эродированных земель составляет 50% и лишь в трех районах – менее 50%. При этом, около 300 тыс. га подтоплено в результате функционирования системы СКК и нарушения технического состояния мелиоративных систем.

Дефляция. Особенно интенсивно проявляется в засушливых районах с усиленной ветровой деятельностью. В засушливых и сухих районах ускоренная дефляция часто приобретает характер пыльных бурь, подразделяемых на вихревые и потоковые. Вихревые – перемещаются на большие расстояния, потоковые значительно меньше по масштабам. При систематическом выдувании почв сильно убывает урожайность культур (в 2-4 раза.). Вихревые потоки оставляют на земной поверхности крупные овалы сильного выдувания почвы, разбросанные среди площадей менее интенсивной дефляции, что видно на космических снимках. Иногда пыльные бури сносят весь плодородный слой вместе с семенами и молодыми растениями.

Хрестоматийный пример дефляции – равнины юга США – в конце 19 начале 20 го в. вырублены леса и распаханы земли, даже на крутых склонах крутизной до 15-20⁰. Результат – 55 млн. га земель превратились в «пыльную чашу». Крым и юг Украины не исключение – к середине 20-го века пыльные бури были здесь обыденностью (распашка земель, перевыпас, особенно Алешковские пески на херсонщине).

Интенсивность дефляции зависит от антропогенных и природных причин. Антропогенные – уничтожение растительности и распашка, перевыпас. Скорость ветра в лесу составляет 1/10 – 2/3 скорости ветра на открытом пространстве. Наибольшее влияние леса проявляется в радиусе в 3-5 раз большем, чем средняя высота деревьев, и постепенно затухает до расстояния в 50 раз превышающем их высоту.

Выпас скота – вынос веществ животноводством, деградация растительности, уничтожение дернин растений, оголение и разрушение почвы. Это приводит не только к биологической эрозии, но и повышению дефляции в засушливых районах (пример, песчаный пляж у Феодосии).

Интенсивность развития дефляции определяется в первую очередь противодефляционной устойчивостью почв, которая зависит от механического состава и связанности. Легкие почвы начинают развеваться раньше, чем тяжелые. Важна также влажность и защищенность почв. Для каждой почвы характерна определенная скорость ветра, так называемый порог устойчивости, при котором начинается дефляция.

Приближенный коэфф. ветроустойчивости почв определяется по соотношению массы почвенных агрегатов диаметром 1 мм и более к массе остальных частичек диаметром менее 1 мм. Слабоподатливые к дефляции почвы характеризуются коэфф. ветроустойчивости более 1, среднеподатливые – 1-0,5 и сильноподатливые – менее 0,5.

По степени дефлированности почвы подразделяют на (по С.П. Горшкову, 1982):

1. Слабой степени дефлированности – разрушенность гумусового горизонта до ¼ горизонта А, потеря гумуса в горизонтах А+В до 10%, опесчаненность пахотного слоя 5%;

2. Средняя – от ¼ до ½ горизонта А, 10-25% потери гумуса в А+В, 5-10% опесчаненность;

3. Сильная – от ½ до полного выдувания горизонта А, 25-60% гумуса в А+В, 10-20% опесчаненность;

4. Очень сильная – разрушением охвачены горизонт В и нижележащие слои, 60% гумуса в А+В, 20% опесчаненность.

Другим фактором дефляции является скорость ветра. Критическая скорость ветра для разных почв различна: обыкновенные черноземы от 5,5 до 8,6 м/с, черноземы выщелоченные – от 5,9 до 6,5, черноземы южные – от 5,9 до 8,9, темно-каштановых и каштановых – от 6,1 до 7,8.

Эрозионные процессы и дефляция имеют и зональные особенности.

В степной зоне преобладает слабая и средняя заовраженность, а в приречных районах – сильная. Смыв слабый в районе низменностей и средний на возвышенностях. Дефляция, на большей части территории, проявляется в сильной и средней степени. Прогнозная интенсивность развития оврагов слабая и средняя, смыва – слабая и средняя, а на участках с большими уклонами и легкими почвами – большая. Дефляционная опасность большая и очень большая.

Мероприятия по борьбе с дефляцией и эрозией.

Весь комплекс мероприятий можно разделить на 4 группы: организационно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические.

Начинать борьбу необходимо с правильного землеустройства.

Орг.-хоз. мероприятия – предполагают использование почв, исходя из их пригодности для тех или иных целей – посевов, лесов, пастбищ.

Они должны обеспечивать правильную структуру посевных площадей и севооборотов, размеры и конфигурацию каждого поля севооборота, размещение дорог, лесополос и перспективных населенных пунктов. Отдельные эрозионные и дефляционные участки следует временно исключить из сельскохозяйственных угодий. В настоящее время такие территории принято включат в экологические сети или экокаркасы в качестве реставрационного фонда.

При установлении типов, количества и размеров севооборотов учитываются природные условия (рельеф, метео условия, тип почв), а также характер использования земель (пример, наиболее эрозионноопасные – пропашные культуры, наименее – многолетние травы).

Агротехнические мероприятия – эффективные средства борьбы с эрозией, т.к. они наиболее доступны, не требуют больших затрат средств и труда и являются быстродействующими. Наиболее распространенными являются приемы, способствующие повышению поглотительной способности почвы, ее устойчивости к размыву и выдуванию – глубокая пахота, валкование зяби (устройство гребней и борозд поперек склона), лункование (создание на поверхности почвы лунок для накопления влаги и уменьшения стока, агротехнич. приём обработки склоновых земель), щелевание (нарезка щелей поперек склона для регулировки поверхностного стока) и др.

Применяется обработка и посев поперек склона.

Одни из приемов – террасирование.

Лесомелиоративные работы. Известна положительная роль лесозащитных насаждений – создание микроклимата, снижение скорости ветра, сухости воздуха, поверхностного стока, испарения влаги с почвы, задержание снега.

Подсчитано, что среднее дополнительное увлажнение почвы зимними осадками под защитой лесных полос составляет: в лесостепи европейской части – 28 мм (23-26% от суммы зимних осадков), в лесостепи Западной Сибири – 27 (30%), в черноземной степи – 47 (52), в степи Среднего Заволжья – 37 (41), в сухой степи Ставропольского края – 20-22 (50%).

Гидротехнические мероприятия – обеспечивают полное или частичное задержание или отвод поверхностного стока, вызывающего линейную эрозию почв, и способствует увлажнению прилегающих территорий. Гидротехнические противоэрозионные сооружения подразделяются по назначению на: водозадерживающие (валы, террасы, лиманы, пруды), водонаправляющие (валы-распылители стока, нагорные канавы и др.) и водосборные (запруды, пороги, стенки падения и др.).

Вторичное засоление почв и борьба с ними.

Развивается на орошаемых землях в условиях аридного климата с длительным сухим сезоном.

Даже при слабом засолении урожайность культур резко снижается (ячмень – на 30-40%, кукуруза – на 40-50%, пшеница – 50-60%).

Чаще всего происходит в результате высокого подъема минерализованных грунтовых вод из-за притока фильтрационных вод оросительной сети и орошаемых полей. Происходит смыкание поливных и грунтовых вод, капиллярный подъем солей к поверхности и засоление. Т.е. накопление солей происходит при непрерывном восходящем токе грунтовых вод к поверхности и их испарению. Поверхностные же воды напротив опресняют (промывают) поверхностные горизонты .

Повышение уровня грунтовых вод происходит и на не орошаемых участках, расположенных рядом.

Засоленными считаются горизонты почвы с содержанием солей более 0,25%.

Во всем мире процессам вторичного засоления и осолонцевания подвержено около 30% орошаемых земель. Площадь засоленных почв в России составляет 36 млн. га (18% общей площади орошаемых земель).

Бороться с засолением можно несколькими способами. Один из способов высаживание на засоленной почве кормовых культур, например люцерны, которая любит засоленные почвы и не только хорошо на них растет но и при этом проникая своими корнями на глубину до 2 метров люцерна словно мощный насос высасывает с почвы соль и уже через 2 - 3 года участок будет вновь пригодный для выращивания огорода.

Если нужно быстро избавить участок от засоления почвы, применяют гипсование. Гипсуют почву обыкновенным строительным гипсом, который рассыпают по поверхности засоленного участка, и как можно тщательней перемешивают с пахотным горизонтом. После этого нужно обязательно полить и замульчировать поверхность любым органическим материалом (компост, навоз, растительные остатки).

Метод борьбы — промывка пресными водами.

Значительные массивы этих почв находятся в Индии, Пакистане, на западе США, в Северной Африке, в засушливых районах Австралии и Южной Америки.

Технические несовершенства ирригационной сети (отсутствие коллекторно-сбросной сети, неспланированность орошаемых площадей и фильтрация из каналов) – одни из главных антропогенных факторов вторичного засоления.

Все мероприятия можно подразделить на организационно-хозяйственные, агротехнические, водохозяйственно-эксплуатационные и мелиоративные.

Организационно-хоз. мероприятия – организация севооборота, изучение водно-солевого баланса оросительных систем.

Агротехнические приемы – правильная обработка почв для поддержания ее комковато-зернистой структуры – глубокая вспашка и своевременное послеполивное рыхление. Своевременное рыхление уменьшает испарение на 30-40%, что ослабляет капиллярное движение воды. Лесопосадки тоже уменьшают испарение и снижение грунтовых вод (потребление в ходе транспирации).

Поддержание повышенной влажности почвы в корнеобитаемом слое между поливами – не ниже 80-85% от полевой влагоемкости. На засоленных орошаемых землях рекомендуют увеличить количество поливов на 2-3 раза по сравнению с незасоленными.

Водохозяйственно-эксплуатационные мероприятия – плановое водопользование, правильная организация расходования воды и предотвращение ее потерь.

Мелиоративные – устройство дренажей.

Комплекс процессов при горнопромышленных разработках и рекультивация земель

На земном шаре ежегодно перемещается 2-3 трлн. т горных пород.

До 20-го века полезные ископаемые добывали чаще в небольших каменоломнях, после – в карьерах.

Масштабы настолько велики, что в науке сформировалось понятие о специфическом процессе – антропогенном орогенезе.

Для всех способов разработки месторождений характерно воздействие на биосферу, затрагивающее практически все её элементы: водный и воздушный бассейны, землю, недра, растительный и животный мир. Это воздействие может быть как непосредственным (прямым), так и косвенным, являющимся следствием первого. Размеры зоны распространения косвенного воздействия значительно превышают размеры зоны локализации прямого воздействия и, как правило, в зону распространения косвенного воздействия попадает не только элемент биосферы, подвергающийся непосредственному воздействию, но и другие элементы.

В процессе горного производства образуются и быстро увеличиваются пространства, нарушенные горными выработками, отвалами пород и отходов переработки и представляющие собой бесплодные поверхности, отрицательное влияние которых распространяется на окружающие территории.

В связи с осушением месторождений и сбросом дренажных и сточных вод (отходов переработки полезных ископаемых) в поверхностные водоёмы и водотоки резко изменяются гидрогеологические и гидрологические условия в районе месторождения, ухудшается качество подземных и поверхностных вод. Атмосфера загрязняется пылегазовыми организованными и неорганизованными выбросами и выделениями различных источников, в том числе горных выработок, отвалов, перерабатывающих цехов и фабрик.

Классификация основных форм техногенного рельефа, возникших при добыче и переработке полезных ископаемых: