Если бы вы стояли на берегах рек Роанок, Саванна или Чаттахучи сто лет назад, вы бы увидели намного больше глинистой почвы, смываемой в море, чем до того, как европейские поселенцы начали вырубать деревья и заниматься сельским хозяйством там в 1700-х годах. Во всем мире хорошо известно, что вырубка лесов и сельское хозяйство увеличивают эрозию, превышающую ее естественный уровень.
Но точное измерение естественной скорости эрозии ландшафта — и, следовательно, того, насколько использование земли человеком ускорило эту скорость — было чертовски сложной задачей для геологов. И это затрудняет принятие экологических решений, таких как установление допустимого количества наносов в среде обитания рыб и регулирование землепользования.
Теперь исследования этих трех рек и семи других крупных речных бассейнов на юго-востоке США впервые точно количественно определили эту фоновую скорость эрозии. Ученые сделали поразительное открытие: скорость эрозии склонов холмов до заселения европейцев составляла около дюйма каждые 2500 лет, в то время как в период пикового нарушения земель в конце 1800-х — начале 1900-х годов скорость эрозии резко возрастала до дюйма каждые 25 лет.
«Это более чем стократное увеличение», — говорит Пол Бирман, геолог из Университета Вермонта, который руководил новым исследованием вместе со своим бывшим аспирантом и ведущим автором Люком Реуссером и геологом Диланом Рудом из Имперского колледжа в Лондоне. «Когда мы удаляем растительность, почва разваливается, — говорит Бирман, — а затем земля быстро разрушается."
Их исследование было представлено онлайн 7 января 2015 г. в февральском номере журнала «Геология». Их работа была поддержана Национальным научным фондом.
Драгоценный ресурс
«Наше исследование точно показывает, насколько огромное влияние европейская колонизация и сельское хозяйство оказали на ландшафт Северной Америки, — говорит Дилан Руд, — люди соскребали землю более чем в 100 раз быстрее, чем другие природные процессы!"
Вдоль южного Пьемонта от Вирджинии до Алабамы — этого участка холмистой местности между Аппалачскими горами и прибрежной равниной Атлантического океана — глинистые почвы создавались на протяжении многих тысячелетий.
Затем, всего за несколько десятилетий интенсивных лесозаготовок, производства хлопка и табака, было эродировано столько почвы, сколько произошло бы в до-человеческом ландшафте за тысячи лет, отмечают ученые. «Земля не создает эту драгоценную почву для посевов достаточно быстро, чтобы восполнить то, что взяли люди», — говорит Руд. "Эта модель неустойчива, если продолжать."
Ученый собрал двадцать четыре пробы донных отложений из этих рек, а затем применил инновационный метод для проведения измерений. Из кварца в отложениях Бирман и его команда из лаборатории космогенных нуклидов Университета Вермонта извлекли редкую форму элемента бериллий, изотоп под названием бериллий-10. Образуемый космическими лучами изотоп накапливается в верхних слоях почвы.
Чем медленнее скорость эрозии, чем дольше почва обнажается на поверхности Земли, тем больше бериллия-10 накапливается в ней. Используя ускорительный масс-спектрометр Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, геологи измерили количество бериллия-10 в их образцах, что дало им своего рода часы для измерения эрозии в течение длительного периода времени.
Эти современные речные отложения показали скорость потери почвы за десятки тысяч лет. Это позволило команде сравнить эти фоновые скорости с темпами эрозии на возвышенностях и отложениями в нижнем течении реки после заселения, которые были хорошо задокументированы с начала 1900-х годов в этом регионе Пьемонта.
Хотя ученые пришли к выводу, что эрозия возвышенностей ускорилась в сто раз, количество наносов в устьях этих рек было увеличено лишь примерно в пять-десять раз по сравнению с уровнями, существовавшими до заселения, а это означает, что реки переносили только около 6% осадков. эродированная почва. Это показывает, что большая часть материала, подвергшегося эрозии за последние два столетия, по-прежнему остается в виде «унаследованных отложений», как пишут ученые, скопившимися у подножия склонов холмов и вдоль дна долин.
«На ландшафте есть огромный отпечаток человеческого пальца, из-за чего трудно увидеть, что природа сделает сама по себе, — говорит Бирман, — но красота бериллия-10 в том, что он позволяет нам видеть сквозь отпечаток человеческого пальца, чтобы увидеть, что под ним то, что было раньше."
«Это исследование помогает нам понять, как природа управляет планетой, — говорит он, — по сравнению с тем, как мы управляем планетой."
Сохранение почвы
А эти знания, в свою очередь, могут «помочь в планировании землепользования», — говорит Бирман. "Мы можем ставить нормативные цели на основе объективных данных о том, как раньше работала среда."Часто бывает трудно понять, подходят ли стратегии сохранения — например, правила о TMDL (общая максимальная суточная нагрузка) наносов — геологии и биологии региона.
Другими словами, остается важная нерешенная загадка: «Как показатели вывоза людей соотносятся с« естественными »темпами и насколько устойчивы показатели человеческих ресурсов?"Руд спрашивает.
Хотя это новое исследование показывает, что темпы эрозии были неустойчивыми в недавнем прошлом, «оно также дает цель на будущее», — говорит Руд. «Мы можем использовать скорость эрозии бериллия-10 в качестве цели для успешных стратегий сохранения ресурсов; их можно использовать для разработки разумной экологической политики и нормативных актов, которые будут защищать находящиеся под угрозой почвенные и водные ресурсы для будущих поколений."