Песок, который обычно становится одной из главных причин наступления пустыни, ученые предложили превратить в средство защиты от опустынивания. Исследователи Южно-Уральского государственного университета и Чжэцзянского университета испытали в китайской пустыне Миньцин необычные песчаные барьеры, способные значительно снижать ветровую эрозию. При оптимальной обработке сопротивление поверхности достигло 547 кПа, а спустя 50 дней воздействия естественных условий оставалось выше 310 кПа, передает inbusiness.kz со ссылкой на New-Science
В основе разработки лежит довольно необычная идея: не привозить на засушливую территорию дополнительный строительный материал, а использовать непосредственно тот песок, который уже находится на месте. Исследователи формировали из него специальные конструкции, а затем укрепляли их с помощью технологии ферментативного образования карбоната кальция.
"Сегодня одним из распространённых способов борьбы с движущимся песком являются решётки из соломы. Они работают за счёт изменения характера воздушного потока: замедляют ветер у поверхности и способствуют тому, что переносимые им песчинки оседают внутри образовавшихся ячеек. Такой подход позволяет сдерживать распространение песка, однако у него есть естественное ограничение — срок службы материала", - пояснили исследователи.
Солома постепенно разрушается под воздействием ветра, ультрафиолетового излучения и микроорганизмов. Поэтому исследователи решили проверить, можно ли создать более устойчивую конструкцию непосредственно из песка, который необходимо удерживать.
В ходе полевых экспериментов учёные формировали треугольные песчаные гребни высотой около 10 см и шириной у основания 30 см. После этого конструкции обрабатывали специальным раствором по технологии EICP — ферментативного осаждения карбоната кальция.
"Принцип работы метода основан на использовании фермента уреазы. В результате химической реакции между компонентами раствора образуется карбонат кальция. Он осаждается непосредственно между отдельными песчинками и постепенно связывает их в единую структуру. В результате, рыхлая и легко перемещаемая поверхность получает своеобразную твёрдую минеральную корку", - пояснили авторы научного проекта.
Именно образование этой корки стало одним из ключевых результатов эксперимента. При наиболее эффективном составе раствора сопротивление пенетрации обработанной поверхности достигло 547 кПа. Для исследователей принципиально важным оказалось и то, что полученная структура не потеряла свои свойства сразу после создания.
"Даже через 50 дней нахождения в естественных условиях пустыни сопротивление поверхности превышало 310 кПа. Это показывает, что сформированная минеральная структура способна сохранять значительную часть своей прочности после продолжительного воздействия окружающей среды", - отметили ученые.
При этом разработка работает не только за счёт механического укрепления самого песка. Испытания показали, что созданные барьеры одновременно меняют движение воздуха непосредственно над поверхностью. Они уменьшают скорость ветра, благодаря чему переносимый воздушными потоками песок начинает оседать внутри образованных ячеек.
Таким образом, конструкция выполняет сразу две функции. С одной стороны, укреплённые песчаные гребни сами становятся устойчивее к разрушению. С другой — они создают условия, при которых новый песок задерживается внутри защищённой территории, а не продолжает перемещаться дальше.
Учёные установили, что эффективность системы зависит и от расстояния между отдельными гребнями. Чем меньше это расстояние, тем более непрерывной становится зона со сниженной скоростью ветра. В результате, система эффективнее задерживает переносимый воздухом песок.
"Такой результат важен именно с точки зрения борьбы с опустыниванием. Ветровая эрозия не ограничивается разрушением отдельных участков поверхности. В засушливых регионах сильные воздушные потоки способны переносить огромные массы песка, постепенно изменяя ландшафт и создавая дополнительную угрозу для растительности, сельскохозяйственных земель и инфраструктуры", - пояснили авторы проекта.
Полевые испытания проходили в районе пустыни Миньцин на северо-западе Китая. Это крайне засушливая территория, где природные условия создают серьёзные сложности для любых методов закрепления песков. Среднегодовое количество осадков здесь составляет около 134 мм, а ветер со скоростью более 10 м/с наблюдается, примерно, 33 дня в году.
Именно поэтому испытание технологии непосредственно в пустыне имеет особое значение. Лабораторные эксперименты позволяют оценить прочность материала в контролируемых условиях, однако реальная эффективность защитной конструкции определяется уже воздействием ветра, ультрафиолета, перепадов температуры и других факторов окружающей среды.
Одним из потенциальных преимуществ новой технологии исследователи считают возможность создавать защитные конструкции непосредственно из местного песка. Это может снизить необходимость доставки дополнительных материалов к месту проведения работ и упростить организацию защитных мероприятий на удалённых засушливых территориях.
При этом укреплять всю поверхность песчаного массива не требуется. Между отдельными барьерами остаются свободные участки. В перспективе, они потенциально могут использоваться для восстановления растительности, что особенно важно для территорий, где борьба с опустыниванием предполагает не только механическое закрепление песка, но и постепенное восстановление экосистем.
При этом авторы исследования не называют разработку универсальной заменой уже существующим методам борьбы с опустыниванием. Полученные результаты являются итогом полевых испытаний и показывают перспективность подхода, но дальнейшие исследования ещё должны определить его реальные возможности при длительном использовании.
В частности, учёным предстоит выяснить, насколько долго такие конструкции смогут сохранять прочность в различных климатических условиях. Не менее важным вопросом станет экономическая эффективность технологии при её масштабном применении. Для борьбы с опустыниванием на больших территориях необходимо учитывать не только прочность созданных барьеров, но и стоимость реагентов, оборудования, проведения работ и последующего обслуживания.
Тем не менее, сам принцип выглядит перспективно: материал, который обычно необходимо удерживать, превращается в основу защитной конструкции. Вместо того чтобы постоянно противостоять движению песка с помощью привезённых материалов, исследователи предлагают закреплять непосредственно существующий на месте грунт и одновременно использовать его для изменения ветрового потока.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Soil and Tillage Research. Именно дальнейшие испытания в реальных условиях должны показать, сможет ли технология перейти от экспериментального решения к практическому инструменту борьбы с опустыниванием на больших территориях.
Читайте по теме:
Каждый саженец имеет значение: на дне Арала продолжается масштабная лесомелиорация
