Обычно рекам требуются тысячи лет, чтобы прорезать коренные породы. Лесозаготовители ускорили этот процесс. Фотографии месторожденияБез особых усилий человек может разогреть атмосферу, превратить тропические леса в пустыни и обесцветить коралловые рифы. Теперь, согласно исследованию, опубликованному 15 апреля в Proceedings of the National Academy of Sciences, мы также можем буквально размывать коренные породы.
Помимо названия вымышленного дома Флинстоунов, коренная порода - это твердый, плотно уложенный слой породы, составляющий основную часть земной коры. Типичный поперечный срез земли под нашими ногами может включать траву, почву, песок и гравий, но коренные породы служат прочным фундаментом для всего этого. Русла рек также могут быть сделаны из подстилающей породы, хотя есть определенные типы рек, так называемые аллювиальные реки, которые имеют осадочное дно. Когда подстилающая порода подвергается воздействию какой-либо силы, например, ветра, движущейся реки или ледника, она может медленно и естественно разрушаться в течение тысяч лет, изменяя рельеф земной коры.
В зависимости от различных факторов, таких как уклон, глубина и осадки, эрозия может разрушать от долей миллиметра до сантиметра-двух подстилающей породы каждый год. Но в одном из притоков к востоку от Сиэтла, штат Вашингтон, исследователи обнаружили, что деятельность человека, связанная с вырубкой леса, значительно увеличила этот показатель.
Сара Шанц, докторант Университета Индианы и ведущий автор исследования, опираясь на данные и историческую информацию, изучила, как вырубка леса в конце XIX - начале XX веков вызвала усиление эрозии коренных пород реки Тинавэй.
Крутизна реки и ее общий объем могут влиять на скорость эрозии, но еще одним фактором является количество осадочного материала, присутствующего на дне реки. Этот мелкий абразивный мусор, включающий такие элементы, как песок и гравий, действует подобно пилке для ногтей, медленно затирая коренные породы по мере того, как он тащится по дну реки.
Это действие обычно приводит к тому, что река размывается вниз, прокладывая глубокие долины в ландшафте в течение тысяч лет. Но слишком много или слишком мало осадочного материала может изменить направление эрозии. При малом или полном отсутствии осадочного материала река размывается из стороны в сторону, создавая пойму. Большое количество осадочного материала может скапливаться на вершине коренных пород и оставаться неподвижным, препятствуя действию пилочки.
"Это своего рода сценарий Златовласки", - говорит Шанц.
Количество легкодоступного мусора сильно влияет на то, сколько осадочного материала оседает в реках. Но есть и другой фактор, который может сыграть свою роль: Препятствия вдоль реки. Особенно на Тихоокеанском Северо-Западе, по словам Шанца, причиной многих из этих препятствий могли стать заторы из бревен. Заторы бревен - это естественные псевдоплотины, которые образуются, когда древесина от упавших деревьев или ветвей попадает в реку. Заторы контролируют количество осадочного материала, проходящего через реку, и, как следствие, направляют угол эрозии (в сторону или вниз).
Шанц говорит, что она ожидала, что Тинавэй будет естественным образом размываться из стороны в сторону примерно на десятую долю метра каждые сто лет. Но в 20 веке этот показатель вырос почти до 2 метров, так как река пошла вниз, превратив свою пойму в крутую террасу из скальных пород.
Хотя другие природные факторы, такие как таяние ледников и пожары, могут высвобождать осадки и усиливать эрозию рек, команда Шанца не смогла связать ни один из них с Тинавеем. Оставался один виновник: люди.
Люди начали заготавливать лес в районе Теанауэй примерно в 1880-х годах, используя различные методы, характерные для того времени. В исследовании Шанца речь идет о переброске бревен - методе, который лесорубы использовали для транспортировки срубленных деревьев. Они перегораживали реку временной плотиной (так называемой запрудой), создавая временный резервуар для хранения бревен. Затем они взрывали плотину динамитом, затопляя реку и быстро отправляя бревна вниз по течению к лесопильным заводам.
Но они должны были проложить четкий путь для бревен, а это означало устранение заторов из бревен, которые естественным образом образовались ниже по течению. Это позволило высвободить осадочные породы, чтобы сделать надрезы в коренных породах гораздо быстрее.
"По сути, вы удалили ловушки для отложений, которые поставила природа, и река отреагировала", - говорит Дэвид Монтгомери, профессор геоморфологии Вашингтонского университета, который также работал над исследованием.
Перевозки бревен часто были общественными делами - дети даже получали отгул в школе, чтобы посмотреть на разлив реки, и они были хорошо задокументированы в исторических записях. Шанц использовал их для создания временных рамок вокруг лесозаготовок и эрозии на рубеже 20-го века, и данные почти полностью совпали.
Шанц говорит, что вырубка леса оказала двойное влияние на заторы: Использование лесовозов удаляло естественные плотины, а вырубка деревьев означала, что было меньше доступной древесины для их повторного образования. Для Теанауэй это были необратимые изменения: Монтгомери сравнивает нынешнюю скорость эрозии с шириной ногтя большого пальца в год - до вырубки леса, по его словам, она была бы толщиной с ноготь большого пальца в год.
"Вырубка леса продолжалась чуть более 20 лет, а эффект остался надолго", - говорит Шанц.
В то время как люди могут физически использовать отбойные молотки и экскаваторы для работы с горными породами, Монтгомери говорит, что до сих пор не задумывались о том, как мы можем неосознанно влиять на геологический процесс, который происходит в течение тысяч лет.
"Мы буквально изменяем поверхность Земли способами, которые можно количественно измерить, и это будет продолжаться", - говорит он.
Монтгомери говорит, что исследование показывает, что люди все еще открывают способы, которыми наша деятельность может оказывать глубокое влияние на окружающую среду.
"Мы делаем довольно эффективную работу по перестройке планеты, на которой мы живем, и все еще открываем для себя элементы того, как она работает", - говорит он. "Сколько людей хотят перестроить свой дом, не имея ни чертежа, ни архитектора, ни понимания того, что находится за стенами?"
Исследование Шанца показывает, что нам еще предстоит понять все последствия эпохи антропоцена - термина, который ученые придумали для описания эпохи, когда интенсивная человеческая деятельность оказывает преобладающее влияние на многие природные процессы Земли. Всего за 20 лет люди смогли ускорить геологический процесс, на который обычно уходят тысячи лет, и все эти размытые горные породы исчезли навсегда.
Примечание: В предыдущей версии этой статьи говорилось, что река Тинавэй находится к западу от Сиэтла, в то время как на самом деле она находится к востоку. Мы сожалеем об ошибке.