CC BY
9
SCIENCE TIME
ОЦЕНКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА ДВИЖЕНИЯ ПЕСКОВ В ПУСТЫННОЙ ЗОНЕ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ КАРАКУМА
Гарягдыев Гуванч Чарыевич, Туркменский государственный университет имени Махтумкули, г. Ашхабад, Туркменистан
E-mail:guwanch.garyagdyyev@gmail.com
Шамурадов Атаджан Атагулы оглы, Туркменский государственный университет имени Махтумкули, г. Ашхабад, Туркменистан
E-mail:shamyradowatajan2000@gmail.com
Аннотация. Научная статья посвящена изучению и практической оценке активности опустынивания, деградации земель, а также разработке методов проведения практических работ для анализа миграции песка. В рамках полевых работ были анализированы микроклиматические особенности Юго-Восточной части Каракумов вдоль реки Амударьи и влияния их, на процесс дефляции в данном регионе. Для анализа использовались различные виды существующих уловителей песка Б.А. Федоровича и др. На основании результатов наблюдения определены основные направления и масса движущегося песка. В ходе практической работы были выявлены более эффективные методы наблюдения за движением песка в Каракумах, с применением четырёхстороннего пескоуловителя. Определены интенсивность и причина миграции песка. Главным результатом проводимых работ является разработка методологии изучения пустынных рельефов и их движения под влиянием микроклиматических особенностей региона. Метод можно использовать при работе по борьбе с опустыниванием, а также при выявлении зон наиболее уязвимых к деградации земель. Он наиболее актуален в оазисах среди пустынных районов, где периодически возникает угроза опустынивания. Для предотвращения риска возникновения опустынивания и в разработке охранных мер рекомендуется проводить комплексный анализ и наблюдение пустынного региона с использованием пескоуловителей. На основе полученных данных разработать план восстановлению пустынной экосистемы на основе проведения фитомелиорационных работ.
Ключевые слова: уловитель песка, барханы, хребты, движение песка, опустынивание.
Введение
Сегодня опустынивание плодородных земель становится глобальной экологической проблемой. В результате этого явления страдают различные
1 SCIENCE TIME 1
отрасли народного хозяйства. В данной статье мы стремились раскрыть природную основу движения песка в пустыне Каракумы путём полевых практических работ. Первым шагом в этом направлении является изучение движения песка, характеристика физико-географических особенностей данного региона.
Засуха в пустыне может быть объяснена двумя причинами. Климат пустынь засушливых зон умеренного климатического пояса действительно суровый с точки зрения температуры и влажности воздуха, главной причиной тому является дальность пустыни от океанов и переносимой ветром влаги. Наоборот, тропические пустыни, расположены в зоне низкого давления от экваториального пояса, где на них влияют сильные обратные течения, что приводит к облачности и дождям. Каракумы находятся в аридной зоне умеренного климата, поэтому имеют более засушливую погоду [2].
В результате природных и антропогенных факторов пастбища и фитоценозы в пределах пустынной зоны подверглись частичной деградации, уменьшилось количество и видовое разнообразие прежних растений, таких как осока, саксаул, кандым и др. Они играют важную роль в обеспечении устойчивого биогеоценоза пустыни, укрепляя своими корнями песчаный пустынный рельеф [1]. Там, где фитоценоз пустыни был разрушен, начался размыв песчаных пустынных почв, неукрепленных корнями растений. Все эти процессы приводит к опустыниванию плодородных земель, возникает необходимость их подробного анализа движения песков и образования новых рельефных форм с научной точки зрения.
Материалы и методы
Граница Юго-Восточных Каракумов на севере условно проходит по железной дороге Теджен-Туркменабад, на юге - с возвышенностями Бадхыз и Карабиль. На востоке он граничит с долиной Амударьи [7]. Он сложен аллювиальными отложениями четвертичного периода и состоит из грядовых песков и барханов высотой 10-13 м. Вдоль левого берега реки Амударьи проходит песчаная полоса шириной 10-40 км и высотой 20-30 м. Климат района резко континентальный. Лето очень жаркое и сухое, зима более прохладная и более или менее влажная. Среднегодовая температура +16,6°С, июля +32°С, января +2°С. Самая высокая температура +49°С, самая низкая температура -18°С (рис. 1, 2). Годовое количество осадков составляет 100-200 мм. Снег идёт редко, а если и выпадает, то быстро тает [4].
На диаграммах видно, что в летние месяцы температура в этом районе высокая, а осадков мало или же практически отсутствует. Наряду с летними месяцами в осеннем ветровом режиме данного региона преобладают северозападные, северные и воздушные массы низкого давления, так называемые термические депрессии (рис. 1, 2).
Этот регион очень богат агроклиматическими ресурсами. Продолжительность безморозных дней колеблется от 230 до 244 дней. Температуры выше +10^ составляют 5200-5300°С Его отличает то, что в этом районе постоянно действуют сильные ветры, которые называются «Афган-
I
SCIENCE TIME
I
Меймени». Они являются основной причиной сухих ветров с высокими температурами.
Рис. 1 Компьютерная модель основных климатических показателей города Туркменабад на 2022 год
Таким образом, для пустынного климата характерна высокая сухость. Осадки бывают очень редки и обычно они выпадают в форме ливня. Образованию рельефа в пустыне влияют различные факторы, главные из них температура, ветер и влажность воздуха. Сухой климат и сильный ветер переносят частицы песка и пыли. Если они имеют малые размеры, такие как пыль тогда они попадают под влияния атмосферной конвекции и могут переноситься на дальние расстояния. В результате этих процессов возникают своеобразные формы рельефа. В Каракумах самыми распространёнными из них являются барханы. Они занимают 15-20% всех песчаных масс пустыни. Самым распространённым районом барханов считается полоса пустыни вдоль Амударьи [5]. По характеру рельефа песчаные барханы бывают нескольких типов: малые -высотой 1 м, средние - 3 м, высокие - 8 м, самые высокие - 8-16 м и выше.
Постоянные сильные ветры увеличивают массу переносимого песка. Они накапливаются и образуют новую рельефную форму. Так образуются барханы и грядовые пески [6]. Длительное распространение и увеличение объёма барханов приводят к возникновению процесса опустынивания. Здесь возникает вопрос с
I
SCIENCE TIME
I
исследованием данного процесса, анализом объёма миграции песка и проведением защитных мероприятий против опустынивания [3]. Для того чтобы анализировать в каком направлении и в массе движется песок используются уловители песка. В практике применяются различные виды уловителей, которые показаны на рисунке 3.
Рис. 2 Компьютерная модель основных климатических показателей метеостанции Учаджи близь посёлка Багтыярлык на 2022 год
а
б
в
Рис. 3 Уловители песка: а) уловитель Б. А. Фёдоровича, б) уловитель в форме лотка, в) ямный уловитель песка
1 SCIENCE TIME 1
Одним из наиболее распространённых методов измерения количества подвижного песка является метод Б.А. Федоровича. Он разработал специальный уловитель песка в форме куба. Недостатком этого инструмента является то, что, если скорость ветра превышает 7 метров в секунду, то все песчинки сдуваются над ним [14; 17]. Инструмент Б.А. Федоровича отличается простотой. Его горизонтальное сечение 20х20 см, а глубина 15 см. Он установлен в медном ящике в специальной конструкции (рис. 3 а).
2. Существуют и ряд других инструментов для измерения количества песка. Уловитель песка в форме лотка - в основном изготавливается из дерева. Количество собранного песка измеряется в мензурке. Уловитель в форме имеет закрытую и низкую открытую часть. Длина 100 см, ширина 70 см. Высота его сторон достигает 30 см. Этот уловитель песка позволяет проводить более точные измерения (рис. 3 б).
3. Ямный уловитель песка - также используется для улавливания движущегося песка. Его ширина, длина и глубина равны 100 см, а стены обшиты деревом. К одному её краю прикреплена доска с сантиметровой поверхностью (рис. 3 в).
Результаты и обсуждение
Самыми распространёнными рельефными формами в Каракумах являются барханы, грядовые, бугристые, кучевые пески, песчано-глинистые равнины, солончаки и другие. Пески пустыни не всегда остаются неизменными. Если скорость ветра превышает 3-4 м/с, они начинают постепенно двигаться. Ими являются барханы, они имеют форму новой луны. Со временем, в зависимости от активного ветра, они могут двигаться в определённом направлении, а иногда могут засыпать дороги и поля песком. Изменение климата в Каракумах зависит от сезонов. Следовательно, могут меняться и рельефные формы в пустынных районах.
Уникальные суровые условия пустыни, особенно ветры, о которых мы упоминали выше, заставляют песков постоянно находиться в движении. Помимо общих ветров пустынных районов, в отдельных частях существуют местные ветры, которые отличаются скоростью и направлением. Поэтому изучение скорости и направления ветров при освоении пустынных районов является важным фактором. Определить миграцию песков необходимо начать с изучения ветрового режима этого района [11].
Направление и скорость ветра можно определить с помощью метеорологических приборов, таких как анемометр и флюгер. Как мы уже говорили, чтобы определить массу движущегося песка, необходимы специальные уловители песка, которые в течение одного дня или недели могут собирать в себе пески.
В разделе материалы и методы вы можете увидеть разработку наших учёных, которые работали в этом направлении и создали свой уловитель песка.
В данной практической работе мы использовали четырёхсторонний уловитель песка. С конструкций этого уловителя вы можете познакомиться в
I
SCIENCE TIME
I
рисунке 4. Мы создали уловитель в виде цилиндра, использовав при этом оцинкованную оловянную трубу толщиной 30 см и обрезали её до высоты 50 см [14]. Внутреннюю часть трубы разрезали на четыре части специальным металлом из оцинкованной жести. Таким образом, наш уловитель песка разделён на четыре части горизонта (север, юг, восток и запад). В каждой части мы сделали отдельные отверстия высотой 20 см и шириной 5 см. Затем надели колпачок поверх трубки. Это необходимо для предотвращения выхода частиц песка через отверстия при попадании воздуха в уловителя песка.
Рис. 4 Четырёхсторонний уловитель песка
В нижней части держателя инструмента разместили специальное уплотнение из оцинкованной жести, удерживающее собранный инструмент. Как мы упоминали ранее, мы разделили инструмент уловителя песка на четыре части. Внизу каждого раздела сделали специальное отверстие для стекания песка. Преимущества четырёхстороннего уловителя песка перед вышеперечисленными являются следующие:
1. Возможность удерживать пески независимо от того, в какую сторону дует ветер;
2. Обеспечить долгосрочный мониторинг миграции песков;
3. Ветряные дни позволяет определить, сколько раз за сутки ветер меняет направление;
4. С помощью этого инструмента можно узнать, в какую сторону смещаются барханы;
5. Позволяет определить, каким образом и где нужно строить защитные сооружения;
6. Способны удерживать пески при скорости ветра от 4 м/с до 15 м/с;
В ходе полевых работ специально сделали отметку названия север, юг, восток и запад на нижней части уловителя песка, чтобы узнать направления движения песка. Когда практические работы подходят к концу собираем пробы из пронумерованных полевых участков. Из каждого раздела вынимаем пробы и анализируем массовое соотношение (таблица 1). Для расчёта величины перемещения песка используем следующую формулу:
I SCIENCE TIME Щ
M 100
Q ----
v 100 t
В этой формуле:
Q - количество песка, которое проходит по расчёту один метр в секунду. М - количество песка в граммах, захваченное измерительным инструментом.
100 - ширина или площадь (на см2) отверстия песка уловителя. 100 - это размер, введенный для получения величины миграции песка на один метр.
t - продолжительность наблюдения, в секундах. По нашему опыту:
Таблица 1
Масса переносимого ветром песка
№ Преимущества ветра Масса песка, в граммах
1 Север 250
2 Запад 300
3 Юг 1100
4 Восток 750
Общая сумма: 2400
В результате всего было собрано около 2400 граммов песка. Эксперимент
проведён в течение двух часов (в формуле переведите его в секунды и напишите
7200). Итак, результат нашего опыта таков:
Северные ветры
M 100 250 100
Q = ——--- —— • —— = 2,5 • 0,0138 = 0,0345 грамм/с
v 100 t 100 7200
Западные ветры
M 100 300 100
Q = ——--- —— • —— = 3 • 0,0138 = 0,0414 грамм/с
100 t 100 7200
Южные ветры
M 100 1100 100
Q = ——--- —— • —— = 11 • 0,0138 = 0,1518 грамм/с
v 100 t 100 7200
Восточные ветры
M 100 750 100
Q = ——--- —- • —— = 7,5 • 0,0138 = 0,1035 грамм/с
100 t 100 7200
Общая сумма: 0,0345+0,0414+0,1518+0,1035 = 0,3312 грамм/с (19,872 грамм/м, 1192,32 грамм/ч).
1 SCIENCE TIME 1
Такие уловители могут обеспечить нас информациями куда и в какой массе барханы движутся. Для полного изучения пустынной местности в основном используются методы экологического и дистанционного мониторинга.
Рис. 5 Этапы проведения полевых работ в пустынной местности
Чтобы полностью изучить движение рельефных форм, нам требуются проводить эксперименты несколько дней. Мониторинг пустынной местности проводится в три этапа. Это: выбор места наблюдения, построение измерительных приборов, проведение измерительных работ в полевых условиях. Выбирая поле, учитываем размер, его площадь не должна быть меньше 100х100 метров. В этом районе также должны быть различные типы песчаной пустыни. Нужно сделать специальные отметки в каждом углу поля, чтобы можно было идентифицировать выбранное поле [14]. Одной из вторых основных задач является наличие специальных средств мониторинга. Для съёмки можно использовать теодолит, нивелир и многие другие инструменты (рис. 5).
Завершающим этапом является проведение измерений в полевых условиях. После того, как все результаты были получены, их следует записывать отдельно. Мониторинг следует проводить часто. Проверки обычно проводятся ежемесячно и один раз в сезон. В результате этих наблюдений можно в полной мере изучить движение барханов и скорость его смещения на охватываемой площади.
В Каракумах можно увидеть различные формы видообразования пустынного рельефа (рис. 6). Самыми распространенными среди них является грядовые, бугристые, барханно-грядовые, кучевые пески, а также барханы.
I
SCIENCE TIME
I
Бугристые пески образуются в результате эволюционного развития барханов. В результате появления в них первых растений рыхлый песчаный горизонт постепенно уплотняется. Обычно такие формы рельефа закрепляются кустарниками пустыни. Среди кустарников вырастают различные злаки, а затем на втором этапе развития местности в песках появляется саксаул. Таким образом, со временем растения полностью покрывают песчаные дюны. В таком случае его уникальная почва формируется своеобразным водно-солевым режимом. Постепенно химический состав почвы начинает меняться [11].
Рис. 6 Космические снимки рельефа местности (ESRI World Imagery)
Грядовые пески уступают только бугристым пескам Каракумов. Они охватывают обширную территорию во всех частях Каракумов. Их движения в основном параллельны друг другу и простираются в меридиональном направлении с северо-востока на юго-запад. Длина гряд достигает 5-10 км. Между грядами шириной 50-200 м располагаются низменности и такыры [18].
Кучевые пески впервые были изучены в 1950-1952 гг. А. Г. Бабаевым. В результате его исследований на древней аллювиальной равнине, эти массивы были приняты за отдельные эоловые формы рельефа. Эти песчаные массивы богаты растениями, и они относятся к группе закреплённых растениями песков. Экологическое состояние кучевых песков зависит от толщины песчаного слоя. Если горизонт достигает 10 см, формируется почвенный горизонт. Когда одно биологическое сообщество заменяется другим, приводит к сукцессии в последовательном порядке. То есть увеличивается биоразнообразие растительного и животного мира. Они в свою очередь начинают изменять облик пустыни [9].
Для проведения мероприятий по борьбе с опустыниванием, а также для использования пустынных районов в целях народного хозяйства требуется
1 SCIENCE TIME 1
комплексный анализ и наблюдения данного региона с использованием уловителей песка и современных методологий. Меры по борьбе с опустыниванием включают в себя механические и комбинированные виды защиты [16]. Однако эти меры не могут обеспечить длительную и устойчивую защиту. По этой причине считается целесообразным преобразовать естественную экосистему пустыни путем восстановления растительной формации адаптированных к таким суровым климатическим условиям.
Выводы
Изучения и постоянный экологический мониторинг пустыни важен для предотвращения риска опустынивания, так как он напрямую связан с обеспечением экологической безопасности и стабильности данного региона. Аналитические данные, полученные в ходе полевых работ о движении песка, даёт возможность своевременно и рациональным образом организовать мероприятия по укреплению песков. Широкое использование этих методов повышает уровень защиты от песчаных заносов вблизи хозяйственно важных объектов. Наряду с вышесказанными, изучение движения песка и его эмпирический анализ необходим в планировании населённых пунктов и в проведении природоохранных мероприятий.
Литература:
1. Арнагельдыев А.Р. Морфология эолового рельефа песчаных пустынь. -А.: Ылым, 1990. - 164 с.
2. Арнагельдыев А.Р., Костюковский В.И. Экосистемы Каракумов. - А.: Ылым, 1988. - 312 с.
3. Атаев Х., Курбанов О.Р. Методы защиты хозяйственных объектов от песчаных заносов и выдувания. - А.: Ылым, 2019. - 84 с.
4. Бабаев А.Г. Проблемы освоения пустынь. - А.: Ылым, 1995. - 340 с.
5. Бабаев А.Г. Проблемы пустынь и опустынивания. - Ашхабад: Туркменская государственная издательская служба, 2012. - 408 с.
6. Бабаев А.Г., Федорович Б.А. Основные этапы формирования рельефа Каракумов // Проблемы освоения пустынь. - 1970. - № 5. - С. 3-11.
7. Бабушкин Л.Н., Когай Н.А. Физико-географическое районирование Туркменской ССР, Таш., 1971. - 184 с.
8. Вейисов С.В. Динамика рельефа барханных песков (на примере Юго-Восточных Каракумов). - А.: Ылым, 1976. - 196 с.
9. Вейсов С.К., Хамраев Г.О. Дефляционно-аккумулятивные процессы на подвижных и задернованных эоловых формах рельефа Каракумов // Проблемы освоения пустынь. - 2021. - № 1-2. - DOI: 91:528.932 (215.52) (575.4)
10. Гаель А.Г., Смирнова Л.Ф. Пески и песчаные почвы. - М.: Наука, 1999. - 460 с.
11. Иванов А.П. Формирование профилей эоловых форм рельефа песчаных пустынь. - А.: Ылым, 1989. - 68 с.
73
Щ SCIENCE TIME Щ
12. Иванов В.Н. Песчаные породы и методы их изучения. - Л., Недра, 1969. - 248 с.
13. Кунин В.Н. Каракумские записки. - М.: Географгиз, 1950. - 264 с.
14. Курбанов А., Арнагельдиев А. Изучение природы края. - А.: Ылым, 1994. - 244 с.
15. Мурзаев Э.М. Первые советские исследователи Каракумов. - А.: Ылым, 1953. - 104 с.
16. Петров М.П. Подвижные пески пустынь и борьба с ними. - М.: Географгиз, 1950. - 454 с.
17. Федерович Б.А. Лик пустыни. - М.: Мол. гвардия, 1954. - 368 с.
18. Федорович Б.А. Динамика и закономерности рельефообразования пустынь. - М.: Наука, 1983. - 236 с.
