Твердый сток в природном ландшафте

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Механическая миграция как основная сила, переносящая твердый сток

1.1 Твердый сток, как результат механической миграции

1.2 Денудационные процессы

1.3 Эоловая миграция

1.4 Вулканизм

1.5 Особенности твердого стока в речном потоке

1.6 Селевые потоки

2. Роль эрозионных процессов в переносе твердого вещества

2.1 Понятие «эрозия»

2.2 Оврагообразование

Заключение

Список использованных источников и литературы

Введение

Актуальность темы исследования определяется ролью абиотического переноса вещества (твердого стока) в природном ландшафте.

Абиотические потоки вещества в ландшафте в значительной мере подчинены воздействию силы тяжести и в основном осуществляют внешние связи ландшафта. Абиотическая миграция однонаправлена и потому необратима. Миграция вещества в этом случае не имеет характера круговоротов. Абиотическая миграция вещества осуществляет латеральный перенос материала между ландшафтами и их частями и вынос вещества в Мировой океан. По сравнению с биогенным обменом участие абиотических потоков в системе внутренних связей в ландшафте значительно меньше.

Вещество литосферы мигрирует в ландшафте в двух основных формах: 1) в виде геохимически пассивных твердых продуктов денудации - обломочного материала, механических примесей в воде (влекомые и взвешенные наносы) и в воздухе (пыль); 2) в виде водорастворимых веществ, т.е. ионов подверженных перемещению с водными потоками и участвующих в геохимических реакциях.

По отношению к конкретнойгеосистеме различают входные и выходные абиогенные потоки.

Основным интегральным показателем механического выходного потока являетсятвердый сток - это количество тонко-мелкозернистых влекомых (перекатываемых) по дну наносов, переносимое рекой через какой-либо створ за заданный интервал времени. При этом расходом наносов называется количество наносов, переносимое через живое сечение реки в единицу времени. В зависимости от способа транспортирования наносы подразделяют на взвешенные, переносимые водными потоками во взвешенном состоянии, и влекомые, перемещающиеся в придонном слое потока путем перекатывания, скольжения и сальтации. Условия движения наносов меняются при изменении скорости, глубины и других гидравлических элементов. Частицы, переносившиеся во взвешенном состоянии, могут стать влекомыми наносами, а влекомые - перестать двигаться или перейти во взвешенное состояние. Неподвижные частицы могут перейти в движение. Основными гидравлическими параметрами наносов являются: гидравлическая крупность частицы, определяемая как скорость ее равномерного падения в спокойной воде; начальная скорость влечения (сдвига) частицы, находящейся на дне потока; средняя скорость влечения частицы по дну.Караушев А.В. Теория и методы расчета речных наносов. - Л., Гидрометеоиздат, 1977. - С. 74.

Исходя из актуальности, целью нашего исследования было: показать роль твердого стока в функционировании ландшафта.

Задачи исследования:

1) изучить имеющуюся по рассматриваемой проблеме научно-географическую литературу;

2) доказать, что механическая миграция является основной силой переносящей твердый сток;

3) рассмотреть разновидности процессов переноса твердого стока;

4) показать значение селевых потоков и оврагообразования в переносе твердого вещества.

Методологическая и информационная база: основу работы составили научные труды Исаченко А.Г., Арманда Д.Л., Караушева А.В..

Структура работы: курсовая работа состоит из введения, 2 глав, заключения, списка литературы, включающая 33 наименований. Изложенана 28страницах машинописного текста, включает 4 рисунка.

1. Механическая миграция как основная сила, переносящая твердый сток

1.1 Твердый сток, как результат механической миграции

твердый сток оврагообразование эрозионный

Движущей силой механической миграции является сила тяжести, которая определяет перемещение основных агентов механической миграции - текучей воды, ветра, льда. Для скорости и дальности транспортировки химических элементов основное значение имеют плотность, величина и форма частиц. Механическая миграция не имеет характера кругооборота, так как в интервале времени существования ландшафта гравитационные потоки однонаправлены. Ландшафтно-географическая сущность механической миграции вещества состоит в том, что с нею осуществляется латеральный перенос материала между ландшафтами и между их морфологическими частями и безвозвратный вынос вещества в Мировой океан. Но наряду с выносом вещества из ландшафтов, в механическую миграцию принято включать поступление вещества на поверхность при извержениях вулканов и из космоса. Эти потоки вещества возникают периодически, но для некоторых ландшафтов поступление вещества при извержениях вулканов играют существенную роль. Значение механической миграции во внутриландшафтных связях существенно меньше, чем других видов миграции.

Перемещение химических элементов при механической миграции происходит независимо от химических свойств. Но если частицы разной крупности и плотности имеют разный химический состав, то механическая миграция приводит к глубоким химическим изменениям в ландшафте. Глинистые фракции почв и горных пород по сравнению с песчаными обычно содержат больше Fe, Al, Mn, Mg, K, V, Cr, Ni, Co, Cu и меньше SiO2. Это объясняется тем, что в процессе выветривания соединения Fe и Al образуют коллоиды, в том числе и глинистые минералы, в состав которых входят Mg, K. Другие элементы - V, Cr, Ni, Co, Cu легко адсорбируются коллоидами и переносятся вместе с ними. Минералы, содержащие Ti, Zr, Sn, W, Pt имеют большую плотность и трудно поддаются выветриванию. Они входят в состав песчаной фракции. В результате песчаные, пылеватые, глинистые отложения приобретают разный химический состав. Пески обогащены SiO и бедны Fe, Al, Mg и многими редкоземельными элементами. В них концентрируются Ti, Zr, Sn, Au, Pt, W. Таким образом, в районе сложенном едиными горными породами за счет механической дифференциации образуются отложения различного химического состава, определяющие своеобразие приуроченных к ним ландшафтов.

Интенсивность механической миграции можно охарактеризовать с помощью показателя механического стока - стока взвешенных наносов Р. Сток взвешенных наносов - это количество взвешенного вещества, переносимого осадками с единицы площади водосбора за год. Показатель механического стока зависит от климатических и геолого-географических условий, т.е. является функцией ландшафта. В распределении твердого стока обнаруживаются черты широтной зональности. В тундре и тайге типичная величина модуля твердого стока не превышает 5-10 т/км2 в год, в зоне широколиственных лесов 10-20 т/км2в год, в лесостепи достигает 150 т/км2в год, в степи - 50-100 т/км2в год. В пустынях твердый сток резко сокращается, в экваториальных лесах модуль стока относительно невысок (бассейн Конго - 18-37 т/км2в год, бассейн Амазонки - 67-87 т/км2в год).

Существенно различаются значения расхода наносов в горах и на равнинах, а также в горах, сложенных разными горными породами. На низменных заболоченных равнинах механическая денудация очень мала (модуль твердого стока составляет в бассейнах: Енисея - 4 т/км2в год, Оби - 6т/км2в год, Колымы - 7 т/км2 в год).

В горах, в условиях расчлененного рельефа, механическая миграция опережает физико-химическую. В горах, сложенных мягкими осадочными породами модуль твердого стока возрастает до значительных значений: в Средней Азии - до 2500 т/км2 в год, на северных склонах Апеннин - до 3000-3700т/км2 в год, в сухих субтропиках юго-восточного Кавказа - до 4000-5000 т/км2 в год.

1.2 Денудационные процессы

Развитие мощного растительного покрова сдерживает механическую миграцию, поэтому она играет значительную роль в засушливых (аридных и семиаридных) ландшафтах и, напротив, в условиях влажного климата преобладает физико-химическая миграция.

Уничтожение растительного покрова может привести к развитию денудации и увеличению доли механической миграции. Так, на обрабатываемых землях экваториальной зоны и влажных муссонных тропиков значения твердого стока возрастают до 2000-3000 т/км2 в год.

В целом, при современных темпах механической миграции ландшафты суши теряют ежегодно примерно 22-28 млрд. т вещества, что составляет слой толщиной в 0,1 мм. При такой скорости выноса при неизменных тектонических условиях суша может быть смыта до уровня Мирового океана за 10-15 млн. лет.

Кроме перемещения с водными потоками, другим мощным фактором механической миграции является дефляция, которая наиболее активно протекает в аридных районах и на распаханных землях. Единичная пыльная буря в Средней Азии и Казахстане выносит 10-100 т/км2 вещества, знаменитая пыльная буря 1934 г. в США унесла за сутки 300 млн. т почвы с площади 3 млн. км кв., т.е. в среднем по 100 т с каждого км2.

1.3 Эоловая миграция

Глобальные масштабы дефляции и эоловой миграции вещества в целом оценить сложно. По разным экспертным оценкам они составляют от n*1010 до n*1011 т /год. Эти величины соизмеримы со стоком взвешенных наносов. Но в отличие от первых, при эоловой миграции часть материала возвращается из атмосферы на сушу через 1-10 суток, частично в тот же ландшафт, частично в более удаленные, поэтому существенной потери вещества не происходит.

Потеря вещества из ландшафта, связанная с механической миграцией, может частично компенсироваться за счет входных потоков, причем на фоне общей для суши убыли существуют ландшафты с положительным балансом твердого материала за счет гравитационного и эолового перераспределения.

Так, не все взвешенные наносы выносятся реками в океан, частично они откладываются в устье, образуя обширные дельты. У некоторых рек дельты растут с большой скоростью (Миссисипи, Хуанхе, Меконг - до 50-100 км2/год). Во внутриконтинентальных областях разгрузка потоков механического переноса приводит к образованию предгорных шлейфов, конусов выноса, слепых дельт.

Для некоторых ландшафтов имеет значение эоловый перенос. В Казахстане и Средней Азии область положительного баланса атмосферной пыли занимает по некоторым данным 1,2 млн. км2, а модуль осаждения пыли - 5-10 т/км2в год. В горах по мере нарастания высоты поступление пыли увеличивается, в высокогорье оно достигает около 150 т/км2 в год.

1.4 Вулканизм

Один из главных факторов механического поступления вещества в ландшафты - вулканизм (Рисунок - 1.4). Так, при извержении одного трещинного вулкана в Исландии в 1783 г. излилось 12 км3 лавы, покрывшей территорию в 28 км2. Излияния имеют локальный характер, но выбросы пирокластического материала оказывают глобальное воздействие. Наибольший эффект от извержения вулканов связан с увеличением запыленности атмосферы и изменением теплового баланса. Но и осаждение пепла на больших пространствах оказывает существенное влияние на развитие ландшафта в вулканических районах. Часто после извержения вулкана и отложения пирокластического материала происходит полное уничтожение почвенно-растительного покрова и нарушение нормального функционирования ландшафта, формирование геосистем как бы начинается заново.

В глобальном балансе вещества некоторую долю имеет поступление метеоритов и космической пыли - 10 млн. т год.

Соотношение входных и выходных потоков при механической миграции. В большинстве ландшафтов вынос преобладает над привносом. Наиболее интенсивно вынос осуществляется в горах, среди равнин - на возвышенностях, сложенных рыхлыми породами. Положительным балансом обладают аккумулятивные низменные ландшафты, дельтовые низменные аллювиальные равнины гумидных областей, подгорные аллювиальные равнины. Относительно сбалансированные ландшафты - это равнины с фундаментом из твердых пород.

Рисунок - 1.4

Вулканизм Сервер «Заграница» [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. - Режим доступа:http://www.world.lib.ru

1.5 Особенности твердого стока в речном потоке

В речном потоке наблюдается взаимообмен потока и русла наносами с осаждением частиц наносов на дно и взмыхом их с его поверхности. Взаимообмен наносами обусловлен турбулентностью потока (восходящими и нисходящими пульсационными токами) и зависит от гидравлической крупности наносов и начальной скорости влечения частиц. Области таких токов располагаются беспорядочно над поверхностью русла, вследствие чего дно потока представляет собой после чередующихся зон взмыва и отложения. При грядовой форме русла области преобладания восходящих и нисходящих вихрей разграничены, соответственно разграничены и зоны размыва и переотложения наносов. Верхний слой наносов, вовлеченный в процесс взаимообмена наносами с потоком, называется активным слоем русла. Сами наносы называются донными отложениями.Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология. - М.: Высшая школа, 1980. - С. 89.

Исходным материалом формирования наносов на речных водосборах являются продукты выветривания горных пород, частицы почвы, остатки растительности и животных. Выделяются внешние и внутренние источники питания потока наносами. Внешние источники питания - склоны, а также расположенные у берегов осыпи. Внешнее поступление наносов характеризует интенсивность водной эрозии на склонах. Внутренними источниками питания рек и ручьев наносами являются сформировавшиеся аллювиальные отложения русла и поймы. Суммарный вынос наносов определяется суммой (склоновой и русловой) эрозий. Общая закономерность формирования твердого стока: верховья рек и вся первичная гидрографическая сеть поставляют твердый материал в речные системы; средние и большие реки осуществляют транспорт продуктов эрозии, аккумулируя часть наносов при их избытке и размывая их при дефиците твердого материала. В устьевых частях рек наблюдается аккумуляция наносов.Караушев А.В. Сток наносов, его изучение и географическое распределение. - Л., 1977. - С. 132.

Характеристикой наносов, поддающейся картографированию, является среднемноголетняя мутность (количество наносов, содержащееся в единице объема потока) рек. В пределах Европейской территории России наименьшая мутность воды рек (менее 10 г/м3) наблюдается в зоне тундры и лесотундры. Для низменных заболоченных районов лесной зоны мутность составляет 10-25 г/м3; в южной части лесной зоны мутность рек достигает 100-250 г/м3; в лесостепной зоне мутность может доходить до 1000-2500 г/м3, возрастая на малых реках до 5000 г/м3. Сток наносов - главный фактор заиления водохранилищ, что обусловлено отложением в их чашах наносов, поступающих с жидким стоком, а также твердого материала, сносимого в водоем при переработке берегов. Особую опасность представляют случаи транспорта наносов, сопровождающиеся интенсивной эрозией склонов, а также образованием селей в результате перенасыщения потока наносами. В ряде случаев смыв почвенного покрова сопровождается переносом загрязняющих веществ. Пестициды, радионуклиды и некоторые другие опасные вещества в результате сорбции фиксируется на минеральных частицах наносов и переносятся водными потоками во время паводочного стока.

1.6 Селевые потоки

Сель - это поток камней, минеральных частиц и обломков горной породы, спускающийся с возвышенностей вследствие бурного таяния снега или продолжительных ливней. В просторечии сель называют «грязевой поток». И действительно: стремительно сходящая со склонов масса представляет собой как будто разжиженную грязь (Рисунок - 1.6).

Сель выглядит как сплошной поток грязи вперемешку с камнями, с выраженным передним фронтом волны, который может достигать в высоту от пяти до пятнадцати метров (так называемая «голова» селя). Известны случаи, когда вал селевого потока достигал в высоту до 25 метров.

Селевой поток - явление кратковременное, оно возникает внезапно, преимущественно в бассейнах горных рек, и длится не дольше трех часов. По данным ученых, это явление характерно для коротких водотоков, длина которых не превышает 30 км, а площадь водосбора составляет до 100 кв. км.

Минеральные частицы составляют до 60% от плотности потока. Сель - явление опасное не только для природы, но и для человека: оказавшись на пути грозного потока, люди в полном смысле этого слова рискуют своей жизнью.

Рисунок - 1.6

Селевой потокПуть экстрима и выживания [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. - Режим доступа: http://www.extreme-voyage.ru

Частично предотвратить селевые потоки помогает фиксирование и укрепление почвы и растительного покрова, конструирование специальных гидротехнических сооружений. В зависимости от предполагаемой зоны селевого бассейна выбирают тот или иной способ защиты. Такие меры помогают либо вовсе предотвратить возникновение потока, либо существенно его ослабить.

Так, на потенциально опасных склонах гор высаживают деревья, стволы которых способны рассечь плотный поток на несколько мелких и снизить опасность для сельскохозяйственных угодий. Именно поэтому в районах водосбора вырубка лесов и распахивание земель запрещены.

Склоны укрепляют земляными валами, террасированием, обустройством водоотводящих нагорных каналов. Поперек русла селевого потока устраивают запруду из бетона и камня - это задерживает частицы потока и одновременно «отодвигает» его к краям русла, ослабляя мощность селя. К числу эффективных инженерных сооружений относят селеулавливатели - котлованы и бассейны на пути предполагаемого потока.

Дамбы, селехранилища, отводные каналы, подпорные стенки помогают направить селевой поток по нужному вектору ослабить его мощь. В местах, где под склонами гор проложены дороги, обустраивают каменные лотки, по которым селевой поток направляется под трассу или проходит над ней, не разрушая самой дороги.

По механизму возникновения сели делят на три основных типа: эрозионный, прорывной, обвально-оползневый. В первом случае сначала размывается грунт, водный поток насыщается обломками и минеральными частицами, после чего формируется сама селевая волна. Второй тип - когда вода накапливается одновременно с размывом горной породы, а по достижении предела водоем прорывается, и селевой поток устремляется вниз со склонов или вдоль по руслу. Обвально-оползневой тип - самый опасный: происходит резкий срыв огромной массы воды и горной породы.

Сели также подразделяют на зональные (систематические, вследствие выпадения осадков, с постоянными путями движения), региональные (происходят эпизодически из-за геологических процессов, пути движения непостоянны) и антропогенные (случаются из-за деятельности человека).

Классифицируют сели и по мощности потока:

· мощные переносят до 100 тысяч кубических метров твердой массы;

· сели средней мощности способны вынести от 10 до 100 тысяч кубометров;

· слабые сели выносят менее 10 тысяч кубометров твердых частиц.

По воздействию селевых потоков на сооружения сели классифицируют на маломощные, средней мощности, мощные и катастрофические. Первые оставляют после себя лишь небольшие размывы; вторые полностью забивают водопропускные отверстия сооружений и сильно размывают почву, могут снести строения, возведенные без фундамента. Третьи имеют большой разрушительный потенциал, сносят мосты и дороги. Наконец, четвертые полностью сметают все на своем пути, включая дороги и здания, погребая их обломки под наносным слоем грязи.

Сели являются следствием погодных факторов (дождей, снегопадов), а также катаклизмов - например, землетрясений. Причинами могут быть и техногенные факторы: нарушения при проведении горнодобывающих работ, прокладке трасс, вырубке леса. Ученые приняли классификацию селей, в зависимости от типа их происхождения.

Чаще всего причиной становится дождь, размывающий склоны и приводящий к оползням. К образованию селя может привести интенсивное таяние снега (это свойственно в первую очередь субарктическим зонам), таяние льда (характерно для высокогорных районов), извержение вулкана (тает снег, прорываются кратерные озера).

К селям может привести сильное землетрясение (так называемый сейсмогенный фактор) или разрушение озерной плотины. Деятельность человека относят к антропогенным факторам прямого и непрямого воздействия.

По утверждениям ученых, для каждого горного района Земли характерны свои причины и условия возникновения селей. В районе Кавказа в 85% случаев к селям приводят дожди. В целом же на селеопасные районы приходится около 20% всей территории Российской Федерации.

Активнее всего ведут себя сели в Северной Осетии, Кабардино-Балкарии, Дагестане, в районе озера Байкал и Саянского хребта, на Камчатке и в районах Приморья, на Кольском полуострове и в районе Уральского хребта. Исследователи насчитывали в бывшем СССР до пяти тысяч селевых бассейнов. Эти бассейны условно делят на несколько групп:

- Бассейны высокой селевой активности, где селевые потоки сходят каждые три-пять лет.

- Бассейны средней активности со сходом селей один раз в шесть-пятнадцать дет.

- Бассейны с низкой селевой активностью, где потоки фиксируют не чаще раза в полтора десятилетия.

Селевой поток движется волнообразно, вынося с собой сотни тысяч кубометров вязкой грязевой массы. Отдельные обломки горной породы могут достигать четырех метров в диаметре. Встречая препятствие, сель легко проходит через него, набирая дополнительную плотность и силу.

Скорость передвижения потока может составлять до 15 километров в час, причем с момента возникновения селевого потока до времени его спуска в предгорья может пройти не больше двадцати минут.

2. Эрозионные процессы,как перенос твердого вещества

2.1 Понятие «эрозия»

Одним из важных факторов, оказывающих негативное воздействие на состояние почвы, является эрозия - это разрушение верхнего плодородного слоя грунта под воздействием природных и антропогенных сил. Чем интенсивнее используется земля, тем больше приходится прилагать усилий для сохранения ее плодородности. Нерациональное землепользование приводит к быстрому истощению грунта, что в итоге сделает его совершенно непригодным для сельского хозяйства (Рисунок 2.1).

Поверхностный слой грунта разрушается под действием воды или ветра, соответственно, принято различать водную и ветровую эрозию почвы. Рассмотрим подробнее каждый из этих процессов.

Водная эрозия возникает преимущественно на склонах, с которых верхний плодородный слой грунта смывается талыми водами или водой из оросительных каналов. В результате начинают образовываться промоины, овраги, и очень скоро местность начинает терять свои плодородные качества. Водную эрозию принято классифицировать еще по нескольким основаниям:

· по распространению водного потока выделяют поверхностную и линейную эрозию. В первом случае поток воды смывает только верхний гумусированный слой, во втором - сильный поток воды приводит не только к вымыванию верхнего слоя грунта, но и разрушению подстилающих пород, в этом случае восстановить грунт намного труднее.

· по степени различают естественную и антропогенную эрозию. Первая происходит под воздействием только природных сил, и она, как правило, не оказывает значительного влияния на плодородность грунта. Вторая возникает из-за нерационального ведения сельского хозяйства, и она способна в короткие сроки вывезти участок из оборота из-за разрушения плодородного слоя.

Ветровая эрозия возникает преимущественно в степных районах с большими открытыми пространствами, она представляет собой выветривание частиц плодородного грунта на участках, не защищенных растительностью. Ветровая эрозия способна захватывать большие пространства, она особенно опасна для иссушенных земельных массивов, чаще всего территории страдают именно из-за слишком активной хозяйственной деятельности человека.

Она преследует две цели - предотвращение размывания и выветривания плодородного почвенного слоя и повышение урожайности, эти цели неотделимы друг от друга. Сегодня уже разработан и успешно применяется широкий комплекс мер, позволяющий оберегать сельскохозяйственные угодья от истощения.

Естественная эрозия почвы во многом связана с климатическими особенностями данного региона, при этом деятельность человека по выращиванию сельскохозяйственных культур способна значительно ускорить естественные процессы.

На скорость повреждения поверхностного слоя влияют следующие факторы:

· Особенности климата. Развитие водной эрозии характерно для регионов с затяжными ливневыми дождями, а также с быстрым приходом весны, сопровождающимся резким таянием большого количества снега. Образовавшиеся талые воды размывают грунт и приводят к повреждению ценного плодородного слоя. Ветровая эрозия свойственна для равнинных зон с сухим климатом, из-за небольшого количества осадков грунт быстро пересыхает.

· Особенности рельефа. Скорость эрозии напрямую зависит от крутизны и протяженности склонов, кроме того, на выпуклых склонах деструктивные процессы развиваются быстрее, чем на вогнутых поверхностях. На равнинах эрозия развивается быстрее там, где растительный покров минимален.

· Свойства грунта также играют не последнюю роль в скорости эрозивных процессов. Наиболее устойчивыми считаются черноземы, такой грунт практически не выветривается и не размывается. Серозем, глинистый и песчаный грунт, напротив, характеризуется наименьшей устойчивостью и быстро разрушается при определенных условиях.

· Наличие растительного слоя. Корни растений гарантируют грунту надежную защиту от воды и ветра, кроме того, они обеспечивают быстрое впитывание влаги и препятствуют пересыханию грунта даже при жаркой погоде. Высокие стебли растений также препятствуют выветриванию грунта, так как скорость ветра возле земли снижается.

· Хозяйственная деятельность человека остается одним из наиболее разрушительных факторов. Бесконтрольный выпас скота на одних и тех же территориях, распашка земель с нарушением правил севооборота, разработка месторождений - все это приводит к повреждению почвенного слоя, и восстановить его крайне трудно.

Таким образом, при подборе методов для борьбы с теми иным видом эрозии нужно учитывать причины ее возникновения. Только при устранении причин удается добиться устойчивого результата и обеспечить защиту грунта.

Защита почвы от водной эрозии - это целый комплекс агромелиоративных и гидромелиоративных мероприятий, которые должны проводиться по заранее согласованному плану.Танасиенко А. А. Экологические аспекты эрозионных процессов. - Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 1999. - С. 119.

Комплекс работ по защите почв включает в себя следующие основные направления:

· Организационно-хозяйственные работы. В них входит периодическое обследование полей с составлением планов и карт, комплексная оценка процессов эрозии, разработка плана мероприятий и контроль их выполнения. Предварительное планирование - один из важных факторов успеха в борьбе с эрозией.

· Агромелиоративные мероприятия - это система севооборота с учетом защиты почвы. Она предполагает посадку многолетних культур, размещение культурных растений полосами на склонах, разработку и установку системы снегозадержания для предотвращения вымывания грунта талыми водами. Кроме того, в числе мероприятий внесение минеральных и органических удобрений. Основная задача на этом этапе - вести к минимуму вымывание грунта талыми водами и предотвратить обеднение почв.

· Лесо- и гидромелиоративная защита грунта. Она предполагает высадку лесных полос на склонах, обустройство каналов для отведения талых вод, террасирование склонов, создание плотин и искусственных водоемов. Эти меры позволяют направить водоотведение по строго ограниченным трассам и защитить основной земельный массив.

Работы по защите грунта от водной эрозии зависят также от уровня уклона. На участках с небольшим уклоном, не превышающим 2 градусов, поверхностный сток достаточно легко свести к минимуму, для этого достаточно проводить посев поперечными полосами или высаживать растения по контуру.

При более сильном уклоне на поле создаются защитные полосы из многолетних трав. На 40 метров посадки культурных растении ширина защитной травянистой полосы должна составлять не менее 7 м. Ширина защитной буферной полосы зависит от крутизны склона: чем она выше, тем более широкими должны быть полосы. На крутых склонах недопустима высадка пропашных культур.

Комплекс мер по борьбе с водяной эрозией позволяет получить хороший результат и обеспечить сохранность почвы на долгие годы. Периодически должен проводиться контроль состояния грунта с коррекцией применяемых защитных мер.

Защита почв от ветровой эрозии - комплекс мер, призванных предотвратить выветривание грунта и обеспечить сохранность верхнего плодородного слоя. Для этого используется почвозащитный севооборот, предполагающий размещение полосами зерновых культурных растений и многолетних трав. Кроме того, защита от эрозии требует мероприятий по накоплению влаги и созданию защитных лесных буферных полос.Глазовская М.А., Геннадиев А.Н. География почв с основами почвоведения. -- М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. -- С. 205.

Там, где ветровая эрозия несет серьезную угрозу сохранению урожайности, пол севооборота располагаются поперек господствующего направления ветров, кроме того, вдоль склонов нежелательно располагать дороги и лесные полосы.

Можно выделить несколько распространенных приемов борьбы с ветровой эрозией:

· Высадка кулис из высокостебельных культур. Такие растения становятся эффективным защитным барьером на пути ветра и значительно снижают его скорость и негативное воздействие на почву. Расширяется посев многолетних трав и озимых культур, улучшаются кормовые угодья.

· Мероприятия по влагонакоплению. Для этого высаживаются кулисы из высоких растений, таких как горчица или кукуруза. Высадка проводится в середине июля: в этом случае растения быстро вырастают, но уже не дают семян. Высадка кулис позволяет обеспечить равномерное распределение снега в зимний период и предотвратить негативное воздействие на грунт сильных ветров.

· Снегозадержание при помощи чересполосного уплотнения снега. Оно позволяет уменьшить промерзание грунта и обеспечить его интенсивное увлажнение весной. Это положительно сказывается на урожайности и защищает корни растений от промерзания.

Такие несложные агротехнические приемы позволяют получить хороший результат и сохранить плодородность грунта. Дополнительно для защиты от ветровой эрозии применяется высадка ветрозащитных лесных полос, их располагают на границах полей, отведенных под севооборот.

Большая часть методов борьбы с водяной и ветровой почвенной эрозией носит профилактический характер: эти меры направлены не на восстановление грунта, а на предотвращение его разрушения. Своевременное проведение профилактических мероприятий позволяет избежать возникновения очагов эрозии и ее дальнейшего распространения по сельскохозяйственным угольям.

В дополнение к вышеперечисленным в сельском хозяйстве также применяются еще несколько эффективных способов борьбы с эрозией грунта:

· Одним из эффективных методов борьбы с водной и ветровой эрозией является строительство противоэрозионных террас. Площади засеваются многолетними травами, ряды размещаются поперек склонов. Для этого активно применяются бобовые растения.

· Задернение (другое название - сидерация). Это методика запашки зеленой массы растений в грунт, сидераты запахивают в период цветения. Таким образом, почва обогащается полезной органикой, кроме того, повышается ее устойчивость к размыванию и выветриванию.

· Полосная высадка кустарников поперек склона. Защитные полосы препятствуют и водной, и ветровой эрозии, они становятся надежным барьером на пути разрушения грунта. Лесные полосы также высаживаются на верхних границах склонов для их защиты от осыпания и размывания, а также на дне оврагов и на краях полей.

· Обустройство запруд, создание искусственных водоемов способствует повышению влажности почвы и защищает ее от пересыхания. Для поддержания влажности грунта также ранней весной проводится боронование, при этом в почву вносится защитный мульчирующий слой, также обогащающий ее органическими веществами.

· Корректирование процесса стока талых вод. Для этого применяются такие методы, как кротование, прерывистое бороздование и т. д.

Все эти методы позволяют значительно замедлить эрозивные процессы и сохранить плодородие грунта. Своевременное внесение в него комплексных удобрений способствует ускоренному росту растений, корневая система которых создает дополнительный мощный барьер для разрушения грунта. Забота о состоянии земли позволит сохранить высокую урожайность на долгие годы.

Рисунок - 2.1

Эрозия почвыЭкологический портал - ECOportal.info / Сайт об экологии [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. - Режим доступа: https://ecoportal.info

2.2 Оврагообразование

Оврагообразование - современный рельефообразующий процесс, осуществляемый временными русловыми потоками дождевых и талых вод, в результате которого возникают специфические отрицательные линейные формы на поверхности суши. Образование оврагов связано в настоящее время, как правило, с нарушением сложившегося природного комплекса под влиянием антропогенного воздействия. Однако само их развитие происходит по законам природных процессов и зависит от совокупности факторов, во многом определяющих возможность зарождения и активность последующего развития оврагов. Это не исключает возможности начала появления и роста оврага без антропогенного вмешательства на крупных склоновых водосборах под влиянием естественных процессов (подмыв рекой крутого берега, оползни, карст и т.п.) (Рисунок - 2.2).

Основными природными факторами оврагообразования являются гидрометеорологические и геолого-геоморфологические условия: осадки летнего периода и запасы воды в снежном покрове перед снеготаянием, горизонтальная и вертикальная расчлененность территории долинно-балочной сетью, размываемость грунтов, крутизна и форма склонов долин рек, блок, суходолов, как основных очагов образования оврагов.

Овраг отличается от других линейных эрозионных образований - ложбины, рытвины, промоины, балки тремя основными особенностями:

1) характерными размерами;

2) типичной формой поперечного и продольного профиля;

3) динамическим состоянием.

Для оврага характерен продольный профиль, в вершинной части имеющий уклон значительно превосходящий уклон склона, а в нижней - намного меньший, нередко доходящий до нулевых значений. Конусы выноса овражных форм в подавляющем большинстве случаев, если они выходят на пойму реки или в днище балки, представляют собой типичную аккумулятивную форму, поднимающуюся над отметками окружающей поверхности.Любимов Б.П., Тимофеев Д.А. Что такое овраг? // Геоморфология, 1998. - С. 116.

Поперечный профиль оврага изменяется как по длине, так и во времени за период развития. При активном росте овраг на всем протяжении имеет обрывистые осыпанные, оползневые склоны, лишенные растительности, уклоны которых значительно превосходят углы естественного откоса. По мере развития оврага, начиная с его устьевой части, склоны выполаживаются и зарастают. Такой процесс наиболее характерен для гумидных зон; в других условиях овраги длительное время сохраняют отвесные оголенные откосы.

Отличительным признаком оврага является его динамическое состояние. Овраг остается оврагом до тех пор, пока он активен или не потерял возможности активизации при изменении антропогенной нагрузки или под влиянием природных факторов. Это отличает овраг от балок. Когда в балке появляется развивающийся эрозионный врез значительной глубины, прорезающий нередко всю площадь ее днища, его называют, в отличии от балочной формы, донным; оврагом, подчеркивая, что именно активное развитие - отличительная особенность овражной эрозионной формы.

Активность развития оврага на разных стадиях является одной из проблем, решение которых связанно с анализом натурных и экспериментальных данных, позволяющих составить алгоритм развития подобной эрозионной формы. Возникновение оврага обычно начинается с образования воронок размыва на крутой части склона, объединяющихся затем в промоину. Она, в свою очередь, продвигаясь привершинным уступом регрессивно вверх, углубляется, очищает тальвег от поступающего со склона и размытого в русле грунтового материала и выносит его на нижние участки склона или непосредственно в долину более крупных звеньев эрозионной сети. Уже в самом начале образования оврага в русле наблюдается каскад уступов, смещающихся вверх по руслу. Развитие оврага осуществляется сопряженной деятельностью регрессивной и трансгрессивной глубинной эрозии с выносом продуктов размыва и слоновых деформаций. В начале развития русло оврага представляет собой чисто эрозионную форму; затем, по мере удлинения, углубления и расширения оврага, в его русле начинается чередование зон эрозии и аккумуляции. В ходе выработки продольного и поперечного профилей аккумулятивные комплексы формируются сначала в приустьевой части оврага, а затем такие же комплексы, но меньших размеров возникают в средней и даже верхней частях продольного профиля. На заключительной стадии развития скорости потока в овраге значительно снижаются, приближаясь к неразмывающим и оказываются недостаточными для перемещения склонового материала.

На основании результатов натурных исследований и лабораторных экспериментов в природном комплексе «склоновой водосбор - овраг» выявлены основные связи, взаимодействие которых составляет сущность оврагообразовательного процесса. Это связи - внешние, межкомпонентные и внутренние.

Внешние условия оврагообразования включают комплекс природных факторов и степень антропогенного воздействия на ландшафт, а также процессы, сопутствующие оврагообразованию - обрушение и осыпание грунтов на склонах, оползни, карст, суффозия и т.п. Внешние связи устанавливают зависимость между условиями, в которых развиваются овраги, и их количеством, параметрами и активностью роста. Из природных факторов основными являются: во-первых, факторы, влияющие на активной, действующей силы (потоков ливневых и талых вод) - это осадки, фильтрационные свойства грунтов, морфометрия водосборного бассейна, т.е. его размеры и конфигурация, глубина базисов эрозии, уклон и форма склонов; во-вторых, - это подверженность почвогрунтов размыву, их противоэрозионные свойства.

Межкомпонентные связи устанавливают соотношение между морфометрическими параметрами оврага в процессе его развития. Природные обследования овражно-балочных систем и отдельных оврагов даже на крупных территориях и в широком диапазоне природных характеристик регионов не дают достаточного материала для анализа взаимосвязей в развитии отдельных параметров оврага. Овраги, цикл развития которых, как правило, превышает вековой период, на момент обследования находятся в фазе развития, обусловленной предшествующими процессами. Циклы наблюдений, насчитывающие 10?15 лет, что считается достаточно продолжительным сроком, обычно приходится на одну из фаз развития, что не позволяет выявить тенденцию роста отдельных параметров экстраполировать закономерности изменения их на перспективу.

Внутрикомпонентные связи описывают внутренние закономерности развития оврага как эрозионной формы. Основной закономерностью, определяющей развитие оврага в целом является наличием восходящей и нисходящей ветвей развития во времени. Восходящая ветвь соответствует положительной обратной связи в период, когда саморазвитие оврага до определенного момента интенсифицирует процесс роста овражной формы. Это - период формирования линейного вреза, когда образуется русло, концентрирующее сток с водосборной площади, в связи с чем повышается скорость и, как следствие, размывающая и транспортирующая способность потока. В начальный период происходит и постепенное увеличение дренируемой линейным врезом водосборной пощади, а, следовательно, увеличиваются расходы поступающей в русло воды. К этому же времени относится постепенное формирование единого русла с меньшей ступенчатостью, а, следовательно, и с постепенно уменьшающейся шероховатостью.

В природных условиях при прорыве бровки склона, особенно в периоды значительных половодий или во время ливней, происходит необыкновенно быстрое развитие рытвины на склоне, когда за один сезон ее длина достигает 100?1500 м.Никольская И.И., Ковалев С.Н. Методика определения интенсивности роста оврага // Геоморфология, 1993. - С. 98.

Анализ комплекса внешних, межкомпонентных и внутренних связей, обуславливающих закономерности формирования оврагов, позволил выделить стадии их развития, различающиеся в основном темпом роста. Основным, интегрирующим параметром при этом является объем оврага, изменения которого соответствуют изменениям во времени объема грунта, выносимого потоком за пределы развивающейся эрозионной формы. Большую роль в определении стадии играет определение во времени длины оврага. Вместе с тем, темпы роста оврага неотделимы от его морфометрического облика и во многом обусловлены взаимосвязями параметров оврага в процессе его развития. При этом выделенные стадии развития присущи как современным, в подавляющем большинстве случаев антропогенным оврагам, так и естественным современным эрозионным формам. В развитии оврагов выделяются четыре стадии.

Стадия 1 - овраг зарождается на крутом участке склонового водосбора в виде разрывов дернины, образования воронок размыва, их слияния, образования промоины и постепенной концентрации склонового потока в едином русле. На этой стадии велико воздействие антропогенных факторов, случайной интенсификации или прекращения линейной эрозии. Период от образования воронки размыва до промоины трудно определить временным отрезком. Начало оврагообразовательного процесса четко фиксируется с момента прорыва бровки склона и превращения промоины в линейную форму с типичным для оврага продольным профилем и размерами, не позволяющим ее уничтожить последующей распашкой.

Стадия 2 - наиболее интенсивный рост оврага по всем параметрам вблизи бровки склона, особенно его длинны и глубины. Продольный профиль днища в средней и устьевой частях остается выпуклым, что способствует увеличению скорости, а, соответственно, размывающей и транспортирующей способности и мутности потоков талых и дождевых вод.

Стадия 3 - полностью заканчивается выработка длины оврага; объем к кону стадии вырабатывается на 60?80 %. Вторая и третья стадии характеризуются наиболее интенсивным снижением скоростей линейного и объемного роста, что является следствием уменьшения привершинной площади водосбора по мере регрессивного продвижения оврага вверх по склону. В это же время снижается средний уклон продольного профиля оврага и происходит его выполаживание, превращение из выпуклого в прямой и выпукло-вогнутый.

Эта стадия завершает период наиболее активного роста оврага, соответствующий ? 40 % общего времени оврагообразования.

Стадия 4 - соответствует времени постепенного формирования продольного профиля, его трансформации из прямого и выпукло-вогнутого в «выработанный», времени медленного и относительно спокойного развития. На этой стадии характерно чередование как по времени, так и по длине оврага процессов и зон эрозии и аккумуляции. Эрозионный профиль, связанный с интенсивным половодьем или ливнями редкой повторяемости, на долгие годы может стать аккумулятивным.

Эта стадия занимает 60 % общего времени формирования оврага и характеризуется достижением оврагом своих предельных размеров. Если выделение 2 и 3 стадий обусловлено только интенсивностью протекания процесса оврагообразования и характером межкомпонентных связей, то на четверной стадии характерные размеры овражных форм самым тесным образом обусловлены комплексом внешних связей. Природные факторы овражной эрозии выступают аргументами в зависимостях для определения габаритов оврагов на заключительной стадии развития. Именно ими обусловлено различие в предельно возможной заовраженности территорий, разная пораженность оврагами длины склоновых водосборов при близких условиях и времени освоения регионов.

В своей совокупности выделенные стадии оврагообразования характеризуют особенности процесса саморазвития оврага. Изменение процесса во времени, рассматриваемое внутрикомпонентными связями, своеобразно для каждого из параметров овражной формы; оно подготавливается процессом предыдущего развития и обуславливает характер последующих изменений всего комплекса парпметров оврага - его длины, ширины, глубины, площади и объема.



Рисунок - 2.2

ОврагообразованиеЭнциклопедия лесного хозяйства [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. - Режим доступа: http://www.woodyman.ru

Заключение

Абиотические потоки вещества в ландшафте в значительной мере подчинены воздействию силы тяжести и в основном осуществляют внешние связи ландшафта. Ландшафтно-географическая сущность абиотической миграции вещества литосферы состоит в том, что с нею осуществляется латеральный перенос материала между ландшафтами и между их морфологическими частями и безвозвратный вынос вещества в Мировой океан. Значительно меньше (в сравнении с биогенным обменом) участие абиотических потоков в системе внутренних (вертикальных, межкомпонентных) связей в ландшафте.

Вещество литосферы мигрирует в ландшафте в двух основных формах:

1) в виде геохимически пассивных твердых продуктов денудации - обломочного материала, перемещаемого под действием силы тяжести вдоль склонов, механических примесей в воде (влекомые и взвешенные наносы) и воздухе (пыль);

2) в виде водорастворимых веществ, т.е. ионов, подверженных перемещению с водными потоками и участвующих в геохимических (и биохимических) реакциях.

Механический перенос твердого материала - это основной интегральный показатель механического выходного потока - твердый сток (сток взвешенных наносов). В распределении твердого стока обнаруживаются черты широтной зональности. Модуль твердого стока в тундре и тайге не превышает 5-10т/км2 в год, широколиственные леса - 10-20т/км2 в год, лесостепь и степь - 50-150т/км2 в год (т.к. мало леса), на экваторе твердый сток небольшой - 18-37т/км2 в год. Этот процесс достигает своего максимума в горах, особенно сложенных рыхлыми горными породами (до 2000т/км2 в год). При уничтожении растительного покрова процессы денудации на равнинах могут быть соизмеримы с аналогичными процессами в горах. В целом ландшафты суши теряют ежегодно порядка 25 млрд. т. Вещества или слой толщиной 0,1 мм.Исаченко А. Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. - М.: Высш. Шк.,1991. - С. 179.

В целом для суши баланс вещества отрицателен, но существуют ландшафты с положительным балансом твердого материала. Прежде всего, здесь нужно упомянуть о руслах и дельтах рек, в которых происходит отложение взвешенного материала. Затем механический перенос приводит к образованию предгорных шлейфов, конусов выноса.

Также отметим, что если обратиться к источникам поступления в ландшафты наиболее активной, водорастворимой части твёрдого вещества, то основным из них следует считать атмосферные осадки. С осадками выпадают растворенные в них соли. Причем количество их по зонам определяется в 5-10т/км2 в год для тундры и тайги, до 10-20т/км2 в год для пустынь и полупустынь и 20-30т/км2 в год для экваториальных лесов.

В аридных областях привнос солей извне может происходить и путём непосредственного осаждения в виде пылеватых частиц. Привнос идёт также с глубинным подземным и речным стоком.

В заключение отметим, что абиогенные потоки вещества по своим масштабам сильно уступают биогенным: суммарный вынос твёрдого материала реками Земли на порядок меньше ежегодной продукции живого вещества на суше, а суммарный ионный сток в 70 раз меньше. Помимо этого можно сделать следующие выводы:

1) В абиотических потоках доминирует латеральная составляющая, относящаяся к внешним связям геосистем, в биотических - вертикальная, относящаяся к внутренним связям.

2) Абиотические потоки разомкнуты, выходные потоки доминируют, что придает абиотической миграции однонаправленный характер и ведет к потере вещества. Биотические потоки квазизамкнутые, они имеют характер круговоротов и способствуют удержанию вещества в ландшафте, выполняя, таким образом, стабилизирующую функцию.

Список использованных источников и литературы

1. Алексеев C. B., Каррыев Б. Б. Введение в агроэкологию. - СПб.: 1999.

2. Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология. - М.: Высшая школа, 1980. - 272 с.

3. Ананьев В.П., Потапов А.Д. Основы геологии, минералогии и петрографии.-- М.: Высшая школа, 1999.

4. Арманд Д.Л. Наука о ландшафте. -- М.: Мысль, 1975.

5. Арцев А.И. Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования для водоснабжения и водоотведения. - M., Недра, 1979. - 285 с.

6. Беляев Г.К., Братков В.В. Основы учения об окружающей среде: Учебное пособие. -- Ставрополь: Изд-во СГУ, 2000. -- 376 с.

7. Глазовская М.А., Геннадиев А.Н. География почв с основами почвоведения. -- М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. -- 325 с.

8. Данилов-Данильян В. И., Горшков В. Г., Арский Ю. М., Лосев К. С.. Окружающая среда между прошлым и будущим: мир и Россия. Опыт эколого-экономического анализа. - М., 1994.

9. Жучкова В. К. Организация и методы комплексных физико-географических исследований. - М.,1977.

10. Зорина Е.Ф. Некоторые особенности развития овражной эрозии // Геоморфология. 1987.

11. Зорина Е.Ф. Овражная эрозия: закономерности и этапы развития. - М.: ГЕОС, 2003. ? 170 с.

12. Исаченко А. Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. - М.: Высш. Шк.,1991

13. Казарина А. Х. Аграрное право Российской Федерации - М., 1997.

14. Караушев А.В. Теория и методы расчета речных наносов. - Л., Гидрометеоиздат, 1977.

15. Караушев А.В. Сток наносов, его изучение и географическое распределение. - Л., 1977.

16. Любимов Б.П., Моряков Л.А. История и прогноз развития оврага, исследованного в конце XIX века // Геоморфология, 1984.

17. Любимов Б.П., Тимофеев Д.А. Что такое овраг? // Геоморфология, 1998.

18. Никольская И.И., Ковалев С.Н. Методика определения интенсивности роста оврага // Геоморфология, 1993.

19. Новиков Ю. В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие. - М.: Изд. -торговый дом ГРАНД: Фаир-пресс, 1999. -316.

20. Передельский Л.В., Приходченко О.Е. Инженерная геология. Учебник для вузов. -- Ростов/Д: Феникс, 2006.

21. Перов В.Ф. Селевые явления. Терминологический словарь. - М.: Издательство Московского университета, 1996.

22. Петриков A. B. Стоит ли Россия на пороге решения продовольственной проблемы? // Россия в окружающем мире. - М., 1998.

23. Родин А.Р., Родин С.А., Рысин С.Л. Лесомелиорация ландшафтов: Учебное пособие для студентов по направлению 656200. 4-е изд. доп., испр. - М.: МГУЛ, 2002. - 127 с.

24. Танасиенко А. А. Экологические аспекты эрозионных процессов.- Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 1999.

25. Тышлер В. Сельскохозяйственная экология. - М., 1971.

26. Федоров В. М. Биосфера, земледелие, человечество. - М., 1990.

27. Фисуненко О. П. , Жадан В. И. Полевые практики по физико-географическим дисциплинам. - Луганск, 2000.

...