20.1: Еолові процеси

Еолові процеси найбільш ефективні там, де поверхневий матеріал тонкий, сухий і пухкий. Рослинність накладає силу тертя на вітер, щоб знизити його ефективність. Таким чином, найкраще підійде середовище, позбавлене рослинності. Ці умови дотримуються в пустель, що зустрічаються на кожному континенті світу. У більшості випадків вітрова ерозія переважає над осадженням, залишаючи поверхню каменів. Лише одна чверть пустель Землі частково або повністю покрита піском.

Ілюстрація\(\PageIndex{1}\): Національний парк Великі піщані дюни. (Надано Національним парком служби)

Хоча менш велика за площею, берегові лінії великих водойм є ще одним еоловим середовищем. Тут хвилі і течії постачають вивітрений матеріал, сприйнятливий до дії вітру.

Еолові процеси посилювалися людською діяльністю протягом останніх кількох століть, особливо в Азії та Африці. Надмірне використання ґрунтових та пасовищних земельних ресурсів у напівпосушливих, посушливих та сезонно сухих регіонах призвело до великої вітрової ерозії та опустелювання.

Вітрова ерозія

Вся тверда поверхня Землі схильна до вітрової ерозії. Саме баланс між рушійною силою вітру та опором поверхні в кінцевому підсумку визначає, чи від'єднуються та транспортуються поверхневі матеріали.

Фактори впливу вітрової ерозії

Здатність вітру розмивати поверхню визначається двома факторами, щільністю повітря і швидкістю вітру. Ерозивна сила вітру (Е) дається як:

\[E\,=\,V^3\rho\]

де V = швидкість вітру, а\(\rho\) = щільність повітря. Щільність відносно мало впливає на силу вітру. Ерозивна сила вітру в першу чергу пов'язана з його швидкістю. Його важливість розглядається як ерозійна сила змінюється в залежності від третьої потужності швидкості. Наприклад, подвоєння швидкості вітру збільшує потужність ерозії в 8 разів, тоді як потроєння швидкості призводить до збільшення 27 разів.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Вітрова ерозія на пастбищах в Нью-Мексико. (Люб'язно NRCS)

Довжина шорсткості поверхні (z ₀), параметр, заснований на розмірах і відстані між об'єктами в групі, має критичний контроль над швидкістю вітру. Трава, чагарники та дерева надають тягу вітру, щоб зменшити його ерозійну силу. Рослинність також діє на зв'язування частинок грунту з поверхнею. Поверхня без покриву рослинності піддає ґрунт прямій силі вітру, роблячи ерозію більш ефективною. Таким чином, сухі регіони, які не мають захисного покриву рослинності, демонструють наслідки вітрової ерозії більше, ніж вологий клімат.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Довжина шорсткості (z _o) для різних поверхонь

Тип поверхні	z o (см)
Ялиновий ліс	283.0
Цитрусовий сад	198.0
Велике місто (Токіо)	165
Кукурудзяне поле	84.5
Пшеничне поле	23,0
Трава	10.0
Сухе озеро ліжко	0,003

Згуртованість поверхневих матеріалів впливає на стійкість поверхні до ерозії. Частинки глини проявляють більший ступінь згуртованості, ніж пісок. Глинисті ґрунти, як правило, протистоять ерозії вітром більше, ніж менш зв'язкові матеріали. Таким чином, глини вимагають набагато більшої порогової швидкості відшарування, ніж можна було б очікувати. Згуртованість може забезпечуватися також цементуючим агентом. Карбонат кальцію та інші солі, загальні для пустельних регіонів, відкладених у міжчастинкових порожнечах, тверднуть і зв'язують частинки разом.

Особливості вітрової ерозії

Пейзажі, утворені в результаті роботи вітру, є результатом або видалення дрібних частинок, або ліплення ефектів матеріалу в русі. Дефляція піднімає і видаляє пухкі частинки з поверхні. Пустелі, де ґрунти змішаного розміру частинок були розмиті дрібними дрібницями, залишають поверхню, схожу на кругляк, звану пустельним відставанням або пустельним тротуаром. Блокування тротуару з каменів захищає підстилаючу поверхню від вітру. При порушенні поверхню стає схильною до ерозії. Така була наслідком деградації поверхні від військової діяльності в пустельних регіонах Північної Африки під час Другої світової війни (а також пізніших конфліктів, що велися в пустельних районах Близького Сходу).

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Стара дорога корінних американців прорізала тротуар, Долина Смерті, Каліфорнія. (Люб'язно USGS)

Дефляція також може призвести до викидів, басейнів розміром від менше метра до багатьох метрів глибиною. Хімічне вивітрювання цементуючих матеріалів розпушує згуртованість частинок, щоб забезпечити вітрову ерозію. Деякі надзвичайно великі западини, такі як депресія Каттара в західній пустелі Єгипту, частково є наслідком дефляції.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Скеля, скульптурна вітром, штат Юта. (Люб'язно NRCS)

Частинки піску, зняті вільними від поверхні, можуть «піскоструминної» поверхні гірських порід у процесі, який називається стиранням. Стирання форм і полірувань піддається підставою породи. Стирання обмежується на відстані близько метра або двох над поверхнею, оскільки піщинки піднімаються на невелику відстань. Вентилятори - це гладкі грановані породи, які часто мають поліровану поверхню, що виникає в результаті стирання. У значно більшому масштабі подовжені гряди, звані ярдангами, утворюють стирання та обтічні гірські структури, орієнтовані паралельно переважаючому напрямку вітру. Стирання відбувається на навітряному кінці, тоді як дефляція видаляє матеріал з підвітряного кінця. Археологи припустили, що Великий сфінкс Гізи, Єгипет, частково утворений з ярданга.

Перевезення піску

Значна частина наших знань про транспортування піску сходить до 1930-х і 1940-х років, коли британський бригадир Ральф Баньольд проводив експерименти, перебуваючи в пустелі Північної Африки. Пісок зазвичай починає рухатися, коли вітер досягає швидкості близько 4,5 м/сек. Спочатку пісок проявляє рух кочення, зване тягою або поверхневим повзучістю. Приблизно від 20 до 25% загального транспортування піску під час піщаних бур відбувається тягою. Зі збільшенням швидкості вітру зерна піднімаються в повітря поривами вітру.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Солоні піщинки (люб'язно USGS)

Опинившись у повітрі, піщинки рухаються за вітром, а потім опускаються назад на поверхню за кілька сантиметрів від місця їх походження. Більш дрібні частинки пилу піднімаються з поверхні і підвішуються в повітрі на набагато більшій висоті, ніж важкі піщинки. При сильному вітрі та турбулентності піщинки можуть бути підняті висотою до 2 метрів і пройти відстань 10 метрів і більше. Коли осідає піщане зерно впливає на поверхню, воно посилає ще одну піщинку в повітря, щоб рухатися в напрямку проти вітру. Спостерігаючи за цим процесом у дії, пісок здається, що підстрибує вздовж поверхні. Ми називаємо цей процес засолюванням, який становить від 75% до 80% транспорту піску над піщаними дюнами. Як тільки почнеться засолювання, транспорт може тривати при дещо менших швидкостях вітру.

Пилові бурі в основному складаються з тонкого матеріалу, який легко зменшує видимість до декількох метрів і може зберігатися годинами. Протягом тривалого посушливого періоду надзвичайна кількість цінного верхнього ґрунту була знята з Великих рівнин під час періоду «Пилової чаші» 1930-х років. Звільнені умови повернулися і застосування методів збереження ґрунту значно зменшили ерозивний вплив вітру. Піщані бурі - це бушуючі системи видування, жалючого піску, що рухається на метр-два над поверхнею.

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Піщана буря проносяться над державою Перської затоки Катар мчить на південь до південно-східної Саудівської Аравії та Об'єднаних Арабських Еміратів. Велика система верхнього рівня низького тиску над південно-західною Азією призвела до серії штормів, які вразили регіон. Сфотографований екіпажем Міжнародної космічної станції 15 лютого 2004 року. (Надано Космічним центром НАСА Джонсона)

Дивне явище, яке загадковувало покоління, - це звук, що рухається пісок, який може видавати, коли він транспортується по поверхні. Приблизно в 30 місцях по всьому світу стійкий гул звучить з цих резонуючих дюн, коли умови вітру правильні. Геологи давно задаються питанням про те, що викликає «бурхливі дюни». [Перегляд "Бурхливі дюни" від NOVA ScienceNow].