Изучение ветровой эрозии. Основные закономерности в развитии ветровой эрозии. Аккумуляция песка и пыли. Соколов. Земятченский. Вычихин. Высоцкий. Колесов. Вильяме. Бараков

Вопросам ветровой эрозии в рассматриваемый период было посвящено много работ. Отметим из них главнейшие.

Н.А. Соколов в своей диссертации «Дюны, их образование, развитие и внутреннее строение» (1884) установил ряд основных законо-

38

мерностей в развитии процессов ветровой эрозии, проверив свои положения очень тщательными наблюдениями в природе и экспериментами в лаборатории.

Н.А. Соколов пришел к заключению, что «механическое действие воздушных течений на поверхность земли, в общем, представляет много сходства с таковым же действием воды» (стр. 6). В отличие от воды, ветер «не обладает присущим воде свойством растворения, являющимся могучим пособником механической силе воды при размывании горных пород» (стр. 6). Действие ветра ослабляется также «вследствие крайне незначительной плотности его, которая приблизительно в 800 раз меньше плотности воды; следовательно, при одинаковой скорости сила переноса ветра в 800 раз меньше силы переноса воды. Эта разница в пользу воды увеличивается еще тем, что в воде тела теряют более или менее значительную часть своего веса» (стр. 6).

Н.А. Соколов отмечает, что влажная почва, даже сыпучий песок, не развевается ветром. «Вода — пишет он — наполняющая в мокром песке все малейшие промежутки между песчинками и обволакивающая тонким слоем каждую из них, так крепко связывает песчинки между собою, что самые сильные порывы ветра не в состоянии выдуть песчинку из занимаемого ею места» (стр. 7). Влажность противодействует ветровой эрозии и тем, что благоприятствует развитию растительности, скрепляющей и защищающей почву (стр. 8).

Н.А. Соколов установил три основных способа передвижения песчинок ветром: 1) передвижение толчками, при более сильных ударах ветра, при этом происходит перекатывание и волочение песчинок по самой поверхности. «Так как громадное большинство песчинок имеет неправильную форму, более или менее сплюснутую в одном направлении, то большая часть их не катится, в собственном смысле этого слова, а движется какою-либо одной широкою поверхностью»; 2) прыжками, когда «ветер по своей силе переноса много превосходит величину песчинок» — при этом песчинки «делают прыжок, прикасаясь время от времени к поверхности земли...»; 3) во взвешенном состоянии в воздушном потоке, когда песчинки, подхваченные ветром, «несутся в виде облака, поднимаясь иногда довольно высоко над землей». Н.А. Соколов описывает еще 4-й способ передвижения, «состоящий в более или менее медленном передвижении мелких песчаных грядок, песчаной ряби».

Н.А. Соколов отмечал сортирующее действие ветровой эрозии на песчаных валах: ветер выдувает более мелкие песчаные частички, «но галька и крупный гравий, против которых ветер бессилен, собираются, по мере выдувания около них и отчасти даже из-под них песка, все в большем и большем количестве на поверхности вала и, наконец, образуют сплошной галечный покров, предохраняющий остальную часть вала от действия ветра» (стр. 65).

Изучая скорость ветра на различной высоте над почвой, Н.А. Соколов объяснял уменьшение ее близ поверхности «трением, соединенным с прямым сопротивлением выдающихся неровностей, шероховатости почвы и т. п., тогда как высшие слои задерживаются только внутренним трением, обусловливаемым вязкостью самого воздуха, которая, как известно, не велика» (стр. 9).

Н.А. Соколов впервые установил закономерности в развитии ветровой эрозии и аккумуляции продуктов эрозии и описал, выражаясь современным языком, своеобразный эоловый профиль равновесия склона. Песчаная дюна имеет два резко отличающихся склона: наветренный и подветренный. Обращенный к ветру склон дюны пологий; он образует с горизонтом угол 5—12°. Этот склон не представляет пря-

39

мой линии, но слабо изогнутую кривую. «Внизу почти всегда ясно заметная вогнутость, переходящая кверху в выпуклость. Форма склона несколько меняется в зависимости от силы ветра; при очень сильном ветре кривизна больше, и особенно значительно увеличивается вогнутость, распространяющаяся при этом заметно выше, на среднюю часть склона и даже на верхнюю» (стр. 80). В соответствии с формой склона распределяются и процессы ветровой эрозии: «в самом низу склона — пишет Н.А. Соколов — где горизонтальная (или почти горизонтальная) поверхность песчаного берега переходит в поднимающуюся, хотя и полого, поверхность наветренного склона дюны, выдувание совершается наиболее сильно, так как тут воздушное течение, имеющее в самых нижних слоях атмосферы горизонтальное направление, впервые встречает подымающуюся плоскость наветренного склона и производит наиболее сильный удар. Выше по склону выдувание несколько ослабевает, потому что там течение самых нижних слоев воздуха принимает косвенно восходящее направление и как бы ослабляет удар выше движущихся слоев воздуха, а где навевание начинает преобладать над сдуванием, там вогнутость наветренного склона сменяется выпуклостью» (стр. 81).

Н.А. Соколов детально изучил процессы аккумуляции песка у различных преград. Если на песчаном, ровном пространстве «нет никаких предметов, которые могли бы задержать или ослабить ветер, то песок, гонимый ветром, ложится ровным слоем и образует песчаное поле, единственными возвышениями которого являются маленькие параллельно идущие валики песчаной ряби» (стр. 66). Среди преград Н.А. Соколов различал (употребляя современную нам терминологию): 1) проницаемые для ветра или ажурные преграды, 2) полупроницаемые и 3) сплошные или не проницаемые для ветра преграды.

Перед ажурными преградами, как, например, кусты колосняка (Еlуmus arenarius), не бывает, как перед сплошной преградой — стеной, забором, сильного отражения ветра и не происходит скучивания песка перед кустами, а песок отлагается отчасти в самом кусте, отчасти за кустом, «в образующейся от него... ветровой тени» (этот термин ввел Н.А. Соколов). У полупроницаемых преград, например у кустов можжевельника, «хотя также не образуется отраженного ветра, но в густой сплошной увеи можжевельника ветер совершенно ослабевает, можно сказать, в первых же, обращенных к ветру, ветвях; поэтому здесь весь песок насыпается на наветренную сторону кустарника… с подветренной же стороны под пригнувшимися ветвями можжевельника долго еще сохраняется свободное от песка углубление вроде маленькой пещерки…». Таким образом — пишет Н.А. Соколов — у полупроницаемых преград «навеваемый песок образует бугор впереди куста с его наветренной стороны, так что куст как бы задерживает песок», в то время как ажурные преграды, кусты ивы и колосняка, собирают песок с подветренной стороны — «в ветровой тени».

Перед сплошными преградами — заборами, стенами (по Н.А. Соколову) — бугор наметенного песку, скапливающийся перед преградой, не прикасается непосредственно к преграде, но отделяется более или менее широким рвом. Соколов объясняет образование этого рва сжатием воздуха перед препятствием, в результате которого образуются сильные боковые течения вдоль преграды, выдувающие песок в стороны и образующие жолоб (Н.А. Соколов. 1884, стр. 66—71).

Эти наблюдения Н.А. Соколова имели очень важное значение, так как дальнейшие исследования процессов аккумуляции пыли во время черных бурь и снега во время метелей у различных преград показали, что закономерности, установленные Н.А. Соколовым, верны не только

40

для песчаных, но и других эоловых отложений — пыли, снега. На этих закономерностях в настоящее время организована снегозащита на железных дорогах, а также созданы различные конструкции полезащитных лесных полос (см. ниже).

Н.А. Соколов установил, что характер действия преград может изменяться в зависимости от силы ветра, так, например, ажурные преграды при слабых ветрах могут собирать сугробы песка перед собой, как густые полупроницаемые преграды (1884, стр. 70).

Н.А. Соколов ряд своих выводов проверил экспериментально в лаборатории, употребляя в своих опытах для получения струи воздуха газометр: зная объем вытесненного воздуха, площадь отверстия и время истечения воздуха, Соколов определял скорость струи. Данные опытов Н.А. Соколова о зависимости диаметра песчинок, передвигаемых ветром, от скорости ветра вошли во все учебники динамической геологии и петрографии осадочных пород.

Н.А. Соколов описал дюны северной, средней и южной России по pp. Оять и Сясь (Ладожское озеро), на побережье Финского и Рижского заливов, на pp. Зап. Двине, Немане, Волге (в первой трети ее течения), Шексне, Мологе, Оке; в долинах pp. Днепра, Дона, Донца, в низовьях Волги. Значительную часть этих дюн Н.А. Соколов описывает на основании личных наблюдений.

Н.А. Соколов правильно установил связь между процессами ветровой эрозии и климатом. Влажность климата препятствует развеванию и тем, что «благоприятствует развитию растительности, которая мало-помалу может закрепить песок и предохранить... от действия ветра». Поэтому в пустынях ветровая эрозия наиболее разрушительна, а в Европе с ее влажным климатом действие ветра на пески возможно только в прибрежных полосах, где отлагается рыхлый песок и где «время от времени происходящие размывы препятствуют развитию плотного растительного покрова», а также там, где хозяйственная деятельность человека способствует развитию ветровой эрозии (1884, стр. 8—9).

П.А. Земятченский, исследуя почвы и геологическое строение Ардатовского уезда Нижегородской губернии, под руководством В.В. Докучаева, установил ряд закономерностей в распространении ветровой эрозии в зависимости от рельефа. Разрушительному действию ветра, как правильно отметил П.А. Земятченский, сильнее всего подвергаются выпуклые части поверхности и уступы террас; в низинах же, наоборот, действие данного агента менее энергично; сверх того, в низинах может отлагаться и тот легкий материал, который взят был ветром с мест более высоких. «Понятно также — пишет П.А. Земятченский — что действие ветра будет обнаруживаться наиболее сильно в местах открытых, не защищенных лесом и занятых пашнями, где отсутствует дерновый слой, который мог бы служить защитой почвы от ветра. Действие ветра в таких случаях наблюдается весьма резко. Нам пришлось видеть, что на пашнях, лежащих на выпуклинах, после двух-трех дней постоянного ветра умеренной силы исчезали борозды и поверхность покрывалась тонким слоем почти чистого песка» (1884, стр. 185).

И.В. Мушкетов, наблюдая процессы ветровой эрозии в Крыму, отметил, что ветер переносит агрегаты до 5 мм величиной и выдувает из пашни недавно посеянные зерна (1886, стр. 716).

А. Бычихин детально описал разрушения почвы, вызванные декабрьской бурей 1890 г. в Бердянском уезде. Эта буря сорвала снежный покров: на ровной степи к востоку от р. Молочной «вся местность была усеяна чернеющими пятнами, участками, лишенными снега, а на

41

местах, покрытых снегом, был отложен слой почвы в смеси с принесенным снегом. Местами отложения земли переслаивались снегом, а по большей части они лежали на поверхности снега слоем в два-три вершка и более». Местность покрылась снежными дюнами с прослоями черноземной пыли, причем высота таких дюн достигала 2 м (3 арш) (1892, стр. 313).

А.А. Измаильский также описал зимние черные бури, создавшие сугробы снега с прослоями черноземной пыли (1893, 1936, стр. 142).

Особенно много для познания закономерностей в развитии и распределении процессов ветровой эрозии дала работа Г.Н. Высоцкого «Материалы по изучению черных бурь в степях России», опубликованная в 1894 г. в «Трудах экспедиции, снаряженной Лесным департаментом под руководством проф. В.В. Докучаева».

Г.Н. Высоцкий отмечает, что черные бури наиболее разрушительны ранней весною, когда озимые еще не окрепли, а пахота не оделась густым зеленым растительным покровом. Анализируя движение приземных слоев воздуха во время черных бурь, Г.Н. Высоцкий устанавливает, что скорость движения воздушных струй падает по мере приближения к поверхности почвы и зависит «от коэффициента трения, а следовательно и от состояния поверхности материка». «Если эта поверхность гладкая — пишет Высоцкий — то падение скоростей будет наименьшее и нижняя струя будет двигаться наиболее быстро. Наоборот, чем шероховатее поверхность почвы, или чем гуще и выше ее щетинистый покров, тем значительнее становится коэффициент трения и тем сильнее падение скоростей движения нижних струй. Влияние покрова почвы (куда Г.Н. Высоцкий включал как живой, травянистый, кустарниковый и древесный, так и стерню (жнивье) на полях.— С.С.) на движение нижних струй так велико, что зачастую уже самый незначительный слой его оказывает довольно сильное влияние на защиту почвы от сдувания» (1894, стр. 34).

Г.Н. Высоцкий указывал, что в развитии процессов ветровой эрозии значительная роль принадлежит физическим свойствам почвы: «количество или, вернее, масса сдуваемых частиц находится в зависимости от их легкости (мелкости и удельного веса), большей или меньшей отделяемости от материка, силы ветра и степени трения прилегающих воздушных слоев о поверхность почвы».

Особо ценны наблюдения Г.Н. Высоцкого над закономерностями в распределении процессов ветровой эрозии в зависимости от характера рельефа. «Все склоны, — пишет Г.Н. Высоцкий — понижающиеся к надветренной половине горизонта, подвержены ударам воздушных струй тем в большей мере, чем направление их ближе подходит к перпендикуляру направления ветра, — чем круче их уклон и чем он резче разнится от общего (со стороны ветра) рельефа» (1894, стр. 35). «Чем мягче контуры склонов полей, тем меньше, при прочих равных условиях, действие сухих ветров на почву» (там же, стр. 36). Рассматривая влияние на ветровую эрозию макрорельефа, Г.Н. Высоцкий отмечает, что «на быстроту нижних струй (воздуха.— С.С.) имеет влияние не только угол, образуемый плоскостью препятствия или частным уклоном местности, но и угол общей плоскости уклона с плоскостью горизонта; то есть, при равных условиях частных изменений рельефа, местности, наклоненные, в общем, в надветренную сторону горизонта, подвержены более влиянию бури, чем местности, наклоненные в общем рельефе в заветренную сторону» (1894, стр. 48).

Г.Н. Высоцкий детально разбирает и процессы аккумуляции продуктов ветровой эрозии. При изменении характера растительного по-

42

крова в сторону большей шероховатости при первом же уменьшении угла подветренного склона происходит Отложение взвешенных в струях воздуха почвенных частиц. Частицы при этом сортируются по размеру: сначала выпадают более крупные и тяжелые, потом более мелкие. При резком изменении характера растительного покрова (межи, опушки) или рельефа (резкие перегибы, обрывы) образуются обильные отложения в одном месте — формируются земляные сугробы. При постепенных переходах в рельефе эоловые отложения распределяются постепенно и на больших пространствах, не образуя больших скоплений. Наконец, на длинных подветренных склонах с более или менее постоянными углами падения, где скорость нижних струй воздуха остается более или менее постоянной, происходит сдувание и отложение почвенных частиц одновременно (1894, стр. 34—35). Г.Н. Высоцкий детально изучил влияние вертикальных препятствий, как плотных, так и более или менее проницаемых для ветра (стен, обрывов, заборов, щитов, лесных и кустарниковых полос), на быстроту нижних воздушных струй и форму пылевых отложений, учитывая силу ветра и массу (живую силу) переносимых почвенных частиц.

И. Белецкий, рассматривая действие ветра на почву, отметил значение влажности почвы при процессах ветровой эрозии: под влиянием большого содержания воды почва получает связность, сбивается в крупные комки, передвижение которых затруднено. «Ввиду этого — пишет Белецкий — развевающее действие ветра будет обуславливаться состоянием влажности почвы, ее механическим составом и возникающей из этих двух условий связностью между частицами» (1895, стр. 29).

Н.М. Сибирцев, классифицируя процессы ветровой эрозии, отметил, что «механическое действие ветра на почву проявляется в переносе ее частиц, в выдувании, сдувании и навевании. Выдувание почвы может повести к обеднению ее мелкоземом; сдувание — к утонению почвы и обнажению подпочвы; навевание—к покрытию почвы рыхлым эоловым наносом» (3-е изд. 1914, стр. 284).

А.А. Колесов (1900) разработал методы борьбы с дефляцией и освоения песков применительно к засушливым условиям юга России (Харьковская губ.). Опыт показал, что методы посадки сосны на песках, употребляемые на влажном западе, не пригодны даже в условиях украинской лесостепи. Из-за недостатка влаги посадки сосны гибли. Исследования влажности почв показали, что вспаханные и очищаемые от сорняков участки песков под культурой сосны содержат в аршинном слое в 4 раза больше воды, чем под такими же культурами сосны на задернелых участках песков (с посадкой сосны в ямки). При посадке сосны по методам степного лесоразведения, на вспаханных песках с последующим рыхлением, удалением сорняков и мульчированием, получались прекрасные результаты. Для защиты песчаной почвы от дефляции автор применял в течение первых 4-5 лет мульчирование соломой, а также кулисы из шелюги, посаженной за год до культуры сосны. Еще ранее А.А. Колесов рекомендовал широкое применение мульчирования навозом и соломой с.-х. посевов, в том числе и зерновых хлебов, для сохранения и накопления влаги в почве, для защиты поверхности почвы от удара дождевых капель и образования корки (1890, стр. 26).

В.Р. Вильямс, разбирая действие ветра на почву, указывал, что «ветер действует на всякую почву в сухом состоянии, если поверхность ее открыта, например, вспахана; действие его сказывается в снесении мелких частиц почвы в местах, открытых его действию, например, на вершинах бугров и в верхних частях склонов, и в отложении этих мелких частиц там, где сила его ослабевает — в котловинах, у опушек

43

лесов и т. п. Результатом такого действия ветра являются глубокие изменения механического состава почвы; в местах, где ветер сносит почву, она будет обедняться мелкими частицами, а вместе с ними и гумусом, в тех же местностях, где эти вещества отлагаются, почва, очевидно, будет ими обогащаться» (1902, 1941 г. стр. 346).

Н.А. Димо (1911) изучал проявления ветровой эрозии в Саратовской губернии.

П.Ф. Бараков отметил, что от ветра особенно страдают поля, занятые посевами сахарной свеклы, что объясняется особенностями ее культуры и развития: сахарная свекла требует очень тщательной разделки почвы; с другой стороны, она вначале очень медленно развивается. Поэтому поля, занятые посевами свекловицы, представляют весною долгое время обширные пространства, обыкновенно прикатанные легкими катками, с редкими (15—20 см) едва заметными всходами свекловицы. Это создает чрезвычайно благоприятные условия для деятельности ветра, обыкновенно восточных и северо-восточных суховеев. П.Ф. Бараков рассматривает причины большей подверженности ветровой эрозии укатанных гладких полей и описывает, как меру борьбы с ветровой эрозией, боронование свекловичных полей: «...интересен тот факт, что прикатанные поля страдают от ветра сильнее неприкатанных, почему хозяева при начинающихся ветрах спешат разрыхлить поверхность полей при помощи боронования. Этот на первый взгляд странный факт можно объяснить тем, что нисходящие потоки воздуха, встречая гладкую поверхность поля, менее теряют в скорости и силе, чем при шероховатой поверхности».

П.Ф. Бараков считал даже, что северная граница развевающей деятельности ветра совпадает с северной границей культуры сахарной свеклы (1913, стр. 106).