Челябинские ученые нашли новый способ борьбы с опустыниванием планеты
Ученые Южно-Уральского государственного университета и Чжэцзянского университета (Китай) испытали в пустыне Миньцин новый тип барьеров для снижения ветровой эрозии. Вместо привычных соломенных клеточных конструкций исследователи предложили формировать из местного песка треугольные гребни и укреплять их с помощью ферментов, которые формируют на поверхности песка прочную карбонатную корку. Такие барьеры снижают приземную скорость ветра и способствуют накоплению песка внутри ячеек. Результаты исследования опубликованы в журнале Soil & Tillage Research.
Ветровая эрозия одна из главных причин опустынивания в засушливых регионах. Для закрепления песков обычно используют соломенные клеточные барьеры: пучки соломы укладывают на поверхности в виде сетки и частично вдавливают в грунт. Этот способ недорог и прост, однако солома постепенно разрушается от ветра, ультрафиолета и воздействия микроорганизмов. Международный коллектив ученых предложил альтернативу барьеры из песка. Технология основана на ферментативном осаждении карбоната кальция (EICP). Из соевых бобов получают фермент уреазу, смешивают с раствором мочевины и хлорида кальция. Фермент расщепляет мочевину, ионы кальция соединяются с карбонатом образуется карбонат кальция, который склеивает песчинки в прочную корку. В отличие от схожего микробиологического метода, EICP не требует применения живых бактерий.
Полевые эксперименты ученые проводили в пустыне Миньцинь (Китай) одном из самых опустыненных районов страны. Климат там крайне засушливый, поверхность устлана рыхлым эоловым песком.
Исследователи формировали барьеры прямо на месте. Из песка насыпали треугольные гребни высотой 10 см и шириной основания 30 см, а затем обрабатывали ферментативным раствором по технологии EICP. Состав и соотношение компонентов подбирали экспериментально. При оптимальных параметрах образовывалась непрерывная и механически прочная корка: сопротивление пенетрации достигало 547 кПа, а через 50 дней оставалось выше 310 кПа.
Чем прочнее была поверхность гребней, тем больше песка оседало между ними. Дополнительное закрепление песка внутри ячеек усиливало этот эффект, а также меняло температуру и влажность в приземном слое. При уменьшении расстояния между барьерами формировался более протяженный участок со сниженной скоростью ветра, поэтому средняя эффективность защиты от ветра возрастала.
Мы впервые испытали треугольные барьеры из EICP-цементированного песка в полевых условиях и оценили, как их эффективность зависит от параметров обработки и расстояния между барьерами, прокомментировала старший научный сотрудник НИЛ системной патологии и перспективных лекарственных средств ЮУрГУ Мария Комелькова. При оптимальном составе раствора образуется прочная корка, которая помогает удерживать песок. При этом поверхность не закрепляется полностью: внутри ячеек сохраняются участки, потенциально подходящие для восстановления растительности.