Ученые создали песчаные барьеры прочностью до 547 кПа против опустынивания
Ученые Южно-Уральского государственного университета и Чжэцзянского университета испытали в китайской пустыне Миньцин необычные барьеры против ветровой эрозии. Их формируют прямо из местного песка, а затем укрепляют с помощью ферментативного образования карбоната кальция. При оптимальной обработке сопротивление поверхности достигло 547 кПа, а спустя 50 дней воздействия ветра оставалось выше 310 кПа.
Обычный способ сдерживания движущегося песка — решётки из соломы. Они замедляют ветер и заставляют переносимый им песок оседать внутри ячеек. Однако солома постепенно разрушается под действием ветра, ультрафиолета и микроорганизмов.
Исследователи предложили использовать вместо неё сам песок.
В ходе полевых экспериментов учёные создавали треугольные песчаные гребни высотой около 10 см и шириной у основания 30 см. Затем их обрабатывали раствором по технологии EICP — ферментативного осаждения карбоната кальция.
В основе метода лежит фермент уреаза. В ходе химической реакции между компонентами раствора образуется карбонат кальция, который осаждается между песчинками и связывает их между собой. В результате на рыхлом песке появляется твёрдая минеральная корка.
При наиболее эффективном составе раствора сопротивление пенетрации такой поверхности достигло 547 кПа. Даже через 50 дней нахождения в естественных условиях пустыни оно превышало 310 кПа.
Испытания показали и другой важный эффект. Барьеры уменьшали скорость ветра непосредственно над поверхностью, благодаря чему переносимый воздухом песок начинал оседать внутри образованных ячеек. Чем меньше было расстояние между гребнями, тем более непрерывной становилась зона со сниженной скоростью ветра и тем эффективнее система задерживала песок.
Эксперимент проходил в районе пустыни Миньцин на северо-западе Китая. Это крайне засушливая территория: среднегодовое количество осадков составляет около 134 мм, а ветер со скоростью более 10 м/с наблюдается примерно 33 дня в году.
По словам исследователей, преимуществом технологии может стать возможность создавать защитные конструкции непосредственно из находящегося на месте песка. При этом укрепляется не вся территория: между барьерами остаются участки, которые потенциально могут использоваться для восстановления растительности.
Электронная микроскопия показала, что эффективность технологии зависит от образования непрерывной сети карбоната кальция между песчинками. Именно она формирует цементирующую структуру и помогает поверхности сопротивляться ветровой эрозии.
Авторы подчёркивают, что речь идет о полевых испытаниях технологии, а не о готовой замене всех существующих методов борьбы с опустыниванием. Дальнейшие исследования должны показать, насколько долго такие конструкции способны работать в различных климатических условиях и насколько экономичным окажется их масштабное применение.
Результаты исследования в журнале Soil and Tillage Research.