Глобальная водная эрозия: количество ливней удвоится, усилится смыв почвы

Тающий снег плюс ливень – катастрофа для почвы

Эрозия почв (смыв плодородного слоя почвы) существовала всегда, однако человек своей деятельностью усилил это явление природы. Сказывается и распашка полей, и перемещение грунта во время строительства и добычи ископаемых.

В 1950 году население планеты едва достигло 2,5 миллиардов. Масса перемещенного материала, обусловленного деятельностью человека, достигала 44,2 гигатонны в год. В настоящее время эта цифра достигла 210,9 гигатонн, то есть рост составил 377%. Население планеты выросло до 8 миллиардов. И если в середине прошлого века смывалось менее 0,1 мм плодородного слоя в год, а теперь 1,2 мм.

«Человеку, не понимающему значения цифр, может показаться, что 1 мм – немного. Но если перевести 1 мм в весовую категорию, получится 10 тонн смытой почвы с гектара сельскохозяйственных угодий в год. Через 100 лет на участках пашни с такими темпами эрозии будет смыто порядка 10 см, то есть половина плодородного слоя почвы», - уточнил Валентин Голосов. 

Не вся смытая почва уносится в водоемы и водотоки. Значительная часть откладывается, например, по нижним краям полей, на нераспаханных участках склонов, на бортах и в днищах сухих долин.

Эрозия бывает водная, ветровая, механическая (перемещение почвы орудиями труда) и тропинчатая (на пастбищах). Водная эрозия подразделяется на талую и ливневую. Талые воды возникают только там, где есть устойчивый снежный покров, а ливневой сток формируется практически везде. Если слой выпавших осадков более 10 мм, значит, высока вероятность формирования поверхностного стока на сельскохозяйственных землях.

Самая опасная ситуация складывается, когда таяние снега совпадает с выпадением дождей. Противоэрозионная устойчивость оттаивающих почв очень низкая, и весь оттаявший плодородный слой смывается.

Ливни с умеренным слоем осадков не опасны, потому что возникающие потери восстанавливаются в процессе естественного почвообразования. С экстремальными ливнями, когда слой осадков превышает 40-50 мм за одно событие, – все по-другому.

В США в семидесятых-восьмидесятых годах ученые установили, что за 20 лет наблюдений на малых обрабатываемых водосборах 75% суммарного количества почвы было смыто в течение трех-четырех событий.

Сильные ливни сложнее предсказать

Предотвратить потери почвы от водной эрозии при выпадении ливней сложнее, чем от талого стока.

Талый сток проще контролировать, так как он формируется только весной. Ливень, даже если его и спрогнозировать, имеет высокую пространственную неравномерность.

Существует множество моделей для расчета ливневого смыва, которые используются и для глобальных оценок эрозии почв. Ни одна из них, с точки зрения Валентина Голосова, не совершенна, потому что для их использования еще недостаточно полевых данных, используемых в качестве входных параметров.

Самая популярная в мире модель – универсальное уравнение эрозии почв, у него много версий. Большинство исследователей сходятся во мнении, что к 2070 году на планете участятся ливни в умеренном климатическом поясе, что приведет к усилению темпов смыва. В южной европейской части России количество сильных ливней как минимум удвоится.

На данный момент самые сильные эрозионные процессы на сельскохозяйственных землях наблюдаются в Юго-Восточной и Южной Азии, в Африке – Эфиопия, Мадагаскар, в Южной Америке – Бразилия, Колумбия. Лучше всего ситуация в странах, где имеются экономические возможности для проведения мероприятий противоэрозионной защиты. Хуже всего обстоят дела в бедных государствах, где не только ничего не делается для защиты земель, но и сельское хозяйство ведется с нарушениями, например, распахиваются крутые склоны.

В России сама по себе эрозия невелика, от одной до пяти тонн, смываемых с гектара в год, но есть участки, где теряется до 10 и больше тонн плодородного слоя с гектара в год. Чаще всего это ценные земли, где самые высокие урожаи.

«Если прогноз об удвоении ливней в умеренном климатическом поясе через 50 лет считать верным, значит, уже сейчас нужно предпринимать усилия по снижению вероятности ливневого смыва на наших землях», - предположил Валентин Голосов.      

Пока потепление климата только благоприятно

В нашей стране проводятся свои разномасштабные оценки и прогнозы водной и ветровой эрозии почв. Среднемноголетние потери в зоне черноземов и каштановых почв за весь период земледельческого освоения на европейской части России только в ряде регионов достигли высокой отметки - 1 мм, или 10 тонн с гектара в год. 

В Сибири и на Дальнем Востоке фиксируется даже снижение потерь почвы. Впрочем, не от хорошей жизни – распаханные ранее земли были частично заброшены.

В некоторых районах России стал реже формироваться поверхностный сток во время снеготаяния, так как почва здесь не промерзает. Даже если снега много, в период таяния вся вода впитывается в почву.

«Глобальное потепление на сегодняшний день даже благоприятно для нашей лесостепной зоны, но в перспективе нескольких десятилетий все может измениться в худшую сторону», - прокомментировал Валентин Голосов.

Специалистов беспокоит и сокращение речной сети. Ученые географического факультета МГУ сравнили карты постоянных водотоков в верховьях реки Дон 1780 и 1940 годов. Восстановить данные удалось по архивным материалам и рельефу пересохших русел.

В 18 веке было гораздо больше мелких ручьев и речушек, притоков Дона. Многие малые реки занесены смытым с пашни грунтом, пропускная способность рек упала, оттого и возникают наводнения в неожиданных местах, например, на равнинной Ростовской области.

Вместе со смытым грунтом перемещаются загрязняющие вещества, в частности цезий-137 чернобыльского происхождения. Его нашли в донных отложениях Щёкинского водохранилища в Тульской области.

Заполняются наносами эрозионного происхождения, поступающими с водосборов, и водохранилища, созданные в середине прошлого века для энергетических нужд. Из-за этого быстро изнашиваются турбины. Очистка водохранилищ от наносов – сложная и затратная процедура.

В отличие от других стран, темпы заиления водохранилищ России невысокие, так как они удалены от сельскохозяйственных полей. Исключение – Сулакский каскад ГЭС в Дагестане.

Оценка эрозии почв нужна для многих отраслей экономики

Развитие цифровых технологий привело к разработке и использованию высокотехнологичных методов оценки смыва почв, роста оврагов, перераспределения наносов и перемещения загрязняющих веществ.

Предлагаются все новые и новые методы для полевых исследований и дистанционных съемок: трассеры-радионуклиды природного и техногенного происхождения, наземное лазерное сканирование, фингерпринтинг, беспилотные летательные аппараты, радарная интерферометрия.  

Собранные материалы позволяют лучше понимать влияние глобального потепления на интенсивность эрозионных процессов, оценивать и прогнозировать экстремальные ситуации на Черноморском побережье, на Дальнем Востоке.

Валентин Голосов подчеркнул, что для построения прогнозов важно знать историю освоения конкретной территории. Например, если речь о загрязняющих веществах, которые переносятся со смытой почвой и водой, нужно разобраться, какие это вещества, откуда заносы, каким образом влияет на их передвижение рельеф. А в Арктике, когда снимается верхний растительный слой на нефтегазоносных участках, плодородный слой даже при небольшом дожде сразу смывается.

Если не заниматься наблюдениями, расчетами и защитными мероприятиями, будущее будет таким: заиленные ирригационные каналы, пруды и водохранилища, изношенные турбины ГЭС, наводнения из-за обмелевших и высохших малых рек, загрязненные поверхностные воды, потери плодородия пахотных и пастбищных земель, разрушение инфраструктурных объектов.

Чтобы было кому заниматься исследованиями, вузы и создают программы дополнительного образования для школьников, студентов, специалистов, а также просветительские мероприятия для широкой аудитории.

«Специалистам, чья деятельность связана с гидрометеорологическими изысканиями, изучением русловых процессов, эрозии почв, гидрохимией, важно постоянно углублять свои прикладные знания и навыки, быть в курсе современных исследований и технологий», - подчеркнула исполнительный директор научно-образовательного центра при научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов географического факультета МГУ Надежда Пупышева.

В списке новых программ дополнительного образования есть, например, такие темы: «Потоки наносов и загрязняющих веществ в речном бассейне», «Эрозионные процессы на антропогенно нарушенных землях», «Исследование русловых процессов на участках подводных переходов магистральных трубопроводов через реки и при русловой добыче нерудных строительных материалов».

Всем без исключения слушателям, ученым в особенности, прививается медийность. Долгое время из-за недостатка финансирования научные наблюдения почти не проводились. Теперь ситуация изменилась к лучшему, но для получения грантовой, спонсорской и иной денежной поддержки требуются медиаохваты. Иными словами, ученых теперь обязывают рассказывать, чем они занимаются, причем так, чтобы это производило впечатление на самые разных слушателей.