После лесных пожаров почвы на выжженных территориях часто становятся водоотталкивающими, что приводит к усилению эрозии и наводнениям после дождей - явление, которое многие ученые связывают с изменениями химического состава почвы, вызванными дымом и жарой. Но эта водоотталкивающая способность после пожара также может быть вызвана дымом лесных пожаров в отсутствие тепла, согласно новой статье Исследовательского института пустыни (DRI) в Неваде.
В этом пилотном исследовании (поисковое исследование, которое проводится перед более масштабным исследованием) междисциплинарная группа ученых под руководством доцента кафедры атмосферных наук DRI Веры Самбуровой, кандидата физико-математических наук, обнажила образцы чистого песка. дым от горящих иголок и веток сосны Джеффри в камере сгорания DRI, а затем проанализировали время, необходимое для поглощения капель воды, помещенных на поверхность песка, - показатель водоотталкивающих свойств.
В пилотном исследовании изучалось влияние дыма и тепла на водоотталкивающие свойства песка, и это было первое исследование, которое также включало анализ холодного дыма. В экспериментах вместо почвы использовался песок, потому что его можно было тщательно очистить и точно проанализировать, а сосна Джеффри использовалась в качестве источника топлива, поскольку она представляет собой обычное топливо для лесных пожаров на западе США.
До воздействия дыма сосны Джеффри капли воды, помещенные на поверхность образцов песка, быстро впитывались. Но после воздействия дыма образцы песка продемонстрировали водоотталкивающие свойства от сильного до экстремального, в некоторых случаях удерживая капли воды на поверхности почвы более 50 минут без впитывания. Не имело большого значения, подвергались ли образцы воздействию тепла или нет. и дым, или просто холодный дым.
Классическое объяснение гидрофобности, вызванной пожаром, состоит в том, что она возникает из-за того, что дым рассеивается в довольно жарких условиях и оседает в почве, но наша работа показывает, что дым не обязательно должен быть горячим, чтобы песок гидрофобный - достаточно просто присутствия химических веществ в дыме», - сказала Самбурова. «Это то, что нам действительно нужно изучить глубже, потому что водоотталкивающие свойства почвы приводят к увеличению наводнений, эрозии и поверхностного стока».
Это исследование основано на ранее опубликованной работе бывшего научного сотрудника DRI Роуз Шиллито, доктора философии (в настоящее время работает в Инженерном корпусе армии США), Маркуса Берли, доктора философии. D., DRI, и Teamrat Ghezzehei, Ph. D., из Калифорнийского университета в Мерседе, в котором исследователи разработали аналитическую модель связи водоотталкивающих свойств почвы с просачиванием воды.
«Наша предыдущая статья была посвящена тому, как огонь изменяет свойства почв с точки зрения гидрологии», - сказал Берли. «В нашем текущем исследовании нам было интересно узнать больше о химии, лежащей в основе процесса того, как почвы становятся гидрофобными. Мы объединяем геохимию и органическую геохимию с физикой почвы и гидрологией, чтобы понять влияние водоотталкивающих свойств, вызванных пожаром. по гидрологии."
В настоящее время команда проекта работает над более крупным предложением по дальнейшему изучению вопросов, затронутых в этом исследовании, о роли тепла и дыма в водоотталкивающих свойствах, вызванных пожаром. Среди прочего, они хотели бы знать, как долго сохраняется водоотталкивающая способность почвы после пожара, и получить более полное представление о подробных процессах и механизмах, посредством которых холодный дым воздействует на почву.
Получение полного понимания процесса, который приводит к водоотталкиванию почвы, вызванной пожаром, очень важно, «потому что менеджерам нужна эта информация, чтобы точно предсказать, где почвы могут стать гидрофобными после пожара», - объяснил Берли.
«Мы до сих пор не совсем понимаем процессы, которые приводят к водоотталкивающим свойствам почвы, вызванным пожаром», - сказал Берли. «В зависимости от того, что мы обнаружим, меры по прогнозированию водоотталкивающих свойств, вызванных пожаром, могут быть разными, и это может оказать существенное влияние на то, как мы можем прогнозировать и предотвращать наводнения или селевые потоки, которые происходят после пожара».
«Это исследование стало большим шагом вперед, но оно подчеркивает важность будущих исследований того, как пожары влияют на почву, поскольку лесные пожары ежегодно поражают тысячи и тысячи квадратных километров земли на западе США», - добавила Самбурова.. «Некоторые из наших будущих целей - выяснить, как именно происходит это водоотталкивание почвы, где оно происходит и как долго оно длится."