Актуальность применения термостабилизаторов грунта в криолитозоне
Необходимость применения инновационных способов и устройств для поддержания отрицательных температур в мёрзлых грунтах и замораживания пластичномерзлых и талых грунтов обусловлена существенным ростом строительства промышленных и гражданских зданий и сооружений газовой и нефтяной отрасли в пределах криолитозоны, где сосредоточены основные разведанные запасы природного газа и нефти. Мерзлые грунты и другие многомерзлые породы имеют свою область распространения, которая является наиболее перспективным ресурсным регионом страны, без освоения природных богатств которого невозможно представить устойчивое развитие России и мира в целом.
Термостабилизаторы грунта в течение многих лет успешно решают проблему температурной стабилизации (охлаждения и замораживания) грунтов при строительстве капитальных сооружений, скважин, прокладке дорог, путепроводов и трубопроводов в криолитозоне.
Парожидкостные термостабилизаторы грунтов представляют собой герметичные сварные металлические сосуды из труб различного диаметра, частично заполненные легкокипящим хладоном. Функционально они состоят из трех участков, которые включает в себя схема термостабилизатора:
- испаритель – это участок, погруженный в грунт, где происходит теплообмен между жидкой фазой хладона и грунтом основания через стенки испарителя. Термостабилизаторы грунта принцип работы имеют такой: в процессе теплообмена хладон переходит в парообразную фазу и поднимается в воздушный конденсатор;
- транспортный участок, где реализуется транспортировка раздельных потоков жидкой и парообразной фаз хладона.
Для минимизации теплопотерь в слое, где происходит сезонное замораживание грунта или его оттаивание, транспортный участок изолируется, что отражается в условном обозначении литером «И»; - воздушный конденсатор — это участок, располагаемый на открытом воздухе, состоящий из одной или нескольких теплообменных труб с развитой внешней поверхностью для повышения теплообмена, с помощью которого происходит температурная стабилизация грунтов.
Для минимизации теплопотерь в слое, где происходит сезонное замораживание грунта или его оттаивание, транспортный участок изолируется, что отражается в условном обозначении литером «И»;Сезонно-действующие охлаждающие устройства в зимнее время дополнительно охлаждают мерзлотные грунты, а летом – не работают. Применение таких устройств гарантирует повышение несущей способности грунтов и оснований сооружений, а также позволяет не допускать развития деформаций оснований в летний период.
Включение в состав транспортных участков термостабилизаторов дополнительных теплоотводящих элементов позволяет обеспечить функционирование термостабилизаторов в период года с положительными температурами атмосферного воздуха за счет циркуляции в них промежуточного хладагента, охлаждаемого холодильной машиной.
Тем самым обеспечивается непрерывный (круглогодичный) режим работы. Термостабилизатор купить можно исключительно на специализированном производстве, которое может гарантировать его качество.
Термостабилизаторы грунта производства ООО «НПО СЕВЕР» изготавливаются в соответствии с ТУ 3642-001-17556598-2014, сертифицированы по системе добровольной сертификации (РОСС RU.АВ28.Н16655) и в области промышленной безопасности (С-ЭПБ.001.ТУ.00121).
эксперты Главгосэкспертизы разъяснили методику расчета объемов привозного грунта
В проектно-строительной практике к «земляным» относят все виды работ, связанные с выемкой, отсыпкой и перемещением грунта, в том числе при устройстве котлованов, насыпей, траншей при строительстве зданий и сооружений, прокладке дорог и различных коммуникаций. И, хотя в российском законодательстве понятие «земляных работ» нормативно не определено, точность учета объемов инертных материалов при их производстве имеет крайне важное значение — как для корректного составления сметы, так и для определения сроков и эффективности реализации проектов.
Как отмечают эксперты Главгосэкспертизы России, у строителей и проектировщиков нередко возникают трудности, связанные с применением коэффициентов относительного уплотнения перемещаемого грунта, а также с определением объема земляных работ при составлении сметной документации.
Отвечая на вопросы, поступающие на портал Главгосэкспертизы России, начальник Управления сметного нормирования ведомства Андрей Савенков разъяснил, как правильно определить объем привозного грунта в разрыхленном состоянии, который используется для обратной засыпки котлованов, пазух, устройства насыпи при вертикальной планировке и в иных случаях.
— В соответствии с пунктом 35 Методики определения сметной стоимости строительства, реконструкции, капитального ремонта, сноса объектов капитального строительства, работ по сохранению объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации на территории Российской Федерации, утвержденной приказом Минстроя России от 4 августа 2020 года № 421/пр, сметные расчеты разрабатываются на основании проектной и (или) иной технической документации, ведомостей объемов работ с указанием их наименований, единиц измерения и количества, ссылок на чертежи и спецификации, расчета объемов работ и расхода материальных ресурсов (с приведением формул расчета), а также иных исходных данных, необходимых для определения сметной стоимости строительства.
Согласно СП 45.13330.2017. Свод правил. Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87, утвержденному и введенному в действие приказом Минстроя России
от 27 февраля 2017 года № 125/пр, коэффициент уплотнения грунта принимается на основании проектных данных.
Объем земляных работ при составлении сметной документации на обратных засыпках в котлованах, траншеях, дренажах и других сооружениях исчисляется по проектному геометрическому объему грунта в насыпи или в ином конструктивном элементе с учетом значения коэффициента относительного уплотнения.
В соответствии с действующей редакцией сметных норм ГЭСН 81-02-01-2020 — а именно пунктом 1.1.9 раздела I «Общие положения» «Сборника 1. Земляные работы», массу транспортируемого грунта следует принимать по приложению 1.1, а при отклонении показателей средней плотности грунта от приведенной в приложении 1.1 более чем на 5 % – по данным инженерно-геологических изысканий.
При этом объем грунта, подлежащего вывозу автомобильным транспортом, исчисляется по проектным размерам. А объем грунта, подлежащий доставке автотранспортом на объект для засыпки пазух, подсыпки под полы или в насыпь вертикальной планировки, исчисляется по проектным размерам с добавлением на потери:
при транспортировании автотранспортом на расстояние до 1 км – 0,5 %;
при транспортировании автотранспортом на расстояние более 1 км – 1,0 %.
В случаях перемещения грунта бульдозерами по основанию, сложенному грунтом другого типа погрешность на потери составляет:
при обратной засыпке траншей и котлованов – 1,5 %;
при укладке в насыпи – 2,5 %.
Таким образом, объем привозного грунта (в разрыхленном состоянии) для обратных засыпок в котлованах, траншеях, дренажах и других сооружениях необходимо определять по геометрическому объему с учетом коэффициентов уплотнения, а также исчисления потерь при транспортировке грунтов.
Приведу расчет потребности на примере песка при обратной засыпке пазух бульдозером. По проекту, объем работ при обратной засыпке пазух составляет 1000 куб.м песка. Коэффициент уплотнения предусмотренный проектом равен Купл.= 0,95. Транспортировка песка осуществляется на расстояние более 1 км. Потребность в песке составит:
1000/0,95*1,01*1,015=1079 куб.м,
где: 1000 куб.м – проектный объем песка для обратной засыпки котлована;
0,95 – коэффициент уплотнения, принятый на основании проектных данных;
1,01 – 1,0 % потери при транспортировке песка на расстояние более
1 км;
1,015 – 1,5 % потери при перемещении песка бульдозером
по основанию, сложенному грунтом другого типа.
Модуль китайской станции несет на Землю образцы лунного грунта | Новости из Германии о событиях в мире | DW
Модуль китайской автоматической станции «Чанъэ-5» с образцами лунного грунта вечером в четверг, 3 декабря, взлетел с поверхности Луны.
Об этом сообщает Национальное космическое управление Китая (CNSA).
Ранее в тот же день, 3 декабря, посадочный модуль станции совершил забор грунта на Луне и поместил его в контейнеры для отправки на Землю. Как сообщается на сайте CNSA, чтобы собрать образцы лунной геологической породы, зонд пробурил в лунной скале отверстие глубиной в два метра. Забор проб осуществлялся с помощью руки-манипулятора.
Панорамный снимок, сделанный зондом «Чанъэ-5» после прилунения
Зонд «Чанъэ-5», состоящий из посадочного модуля со взлетным аппаратом и орбитального модуля с аппаратом, предназначенным для возвращения на Землю, был запущен ракетой-носителем «Чанчжэн-5» («Великий поход-5») 23 ноября. Неделю спустя, 1 декабря, посадочный модуль совершил прилунение в районе пика Рюмкера в Океане Бурь в западной части видимой стороны Луны.
Ожидается, что в ближайшее время состоится стыковка взлетного аппарата, в котором находится капсула с двумя килограммами лунного грунта, с орбитальным модулем станции.
Посадка возвращаемого на Землю аппарата должна произойти 16 декабря на севере КНР в автономном районе Внутренняя Монголия.
Смотрите также:
«Кровавая луна»: самое длительное лунное затмение XXI века
103 минуты
В XXI веке ожидается 225 лунных затмений, 85 из них будут полными. Однако затмение в ночь на 28 июля 2018 года останется самым длительным в этом столетии. Оно началось в 22.30 и завершилось в 0.13 мск, то есть длилось около 103 минут. Таким его увидели в швейцарских Альпах.
«Кровавая луна»: самое длительное лунное затмение XXI века
В десятках стран мира
За космическим феноменом следили жители десятков стран мира. Это запоминающееся явление можно было наблюдать — частично или полностью — в Европе, Азии, Африке, Австралии и Южной Америке. Лунное затмение — настоящий подарок для романтиков, таких как запечатленная на этом фото пара из Бразилии.
«Кровавая луна»: самое длительное лунное затмение XXI века
Почему «кровавая Луна»?
Во время затмения Луна, оказавшись полностью в тени Земли, окрасилась в багряно-красный цвет.
Этот визуальный эффект связан с тем, что атмосфера нашей планеты пропускает солнечные лучи красно-оранжевой части спектра, отражая остальные. Поэтому, проходя по касательной к земной поверхности, Луны достигали лучи именно такого цвета. По этой же причине восход и закат окрашиваются в красный оттенок.«Кровавая луна»: самое длительное лунное затмение XXI века
Не всем повезло с погодой
Самой большой неудачей в этот вечер могла стать непогода. Например, в Германии не повезло многим жителям таких федеральных земель, как Бранденбург, Саксония-Анхальт, Саксония и Тюрингия. Они увидели на вечернем небе лишь облака и тучи вместо лунного затмения. Облачно было и в Тель-Авиве (на фото), хотя Луну все же можно было разглядеть.
«Кровавая луна»: самое длительное лунное затмение XXI века
В центре Берлина
Над столицей Германии тоже было местами облачно. Но в самом центре Берлина покрасневший спутник Земли был отчетливо виден над Бранденбургскими воротами.
«Кровавая луна»: самое длительное лунное затмение XXI века
Над Хофкирхе в Дрездене
В Дрездене полюбоваться лунным затмением можно было, например, с такого ракурса. На фото — одна из статуй итальянского скульптора Лоренцо Матиелли на крыше известной церкви Хофкирхе.
«Кровавая луна»: самое длительное лунное затмение XXI века
Над Замком Гогенцоллерн
А вот так этой ночью багряно-красный диск висел над замком Гогенцоллерн в Хехингене на юге Германии. Этот замок считается родовым гнездом одноименной швабской династии, ее представители в XV-XVI веках стали правителями Бранденбурга и Пруссии, а в 1871 году заняли трон германских кайзеров.
«Кровавая луна»: самое длительное лунное затмение XXI века
Через 105 лет
Следующего столь продолжительного затмения Луны придется ждать очень долго. Оно произойдет лишь через 105 лет — в 2123 году. Тогда это космическое явление продлится около 106 минут.
Автор: Илья Коваль
Этот визуальный эффект связан с тем, что атмосфера нашей планеты пропускает солнечные лучи красно-оранжевой части спектра, отражая остальные. Поэтому, проходя по касательной к земной поверхности, Луны достигали лучи именно такого цвета. По этой же причине восход и закат окрашиваются в красный оттенок.
Уплотнение грунта, для чего необходимо и как выполняется
Уплотнение грунта, или трамбовка – необходимый в процессе строительства этап. От качества его выполнения зависит очень многое. Так, при возведении фундамента уплотнение грунта позволит избежать в дальнейшем его усадки и деформации фундамента, а также поспособствует прочности и устойчивости готового строения. Предварительная трамбовка песка после обратной засыпки котлована и пазух фундамента перед обустройством отмостки предотвратит образование пустот в результате усадки и проседание конструкций.
Есть несколько способов уплотнения грунта. О них мы подробнее поговорим чуть ниже. Скорость и качество уплотнения во многом зависит от влажности исходного грунта. Так, если грунт слишком сухой, его потребуется сначала увлажнить. Хорошо увлажнённые грунты хорошо поддаются трамбовке.
Один из самых простых методов уплотнения – укатка ручным катком. Такой метод можно использовать для уплотнения небольших пластов грунта, толщиной до 15 см.
Ручной метод занимает немало времени, поэтому в промышленном строительстве не используется. В масштабном строительстве для укатки грунта используют большие по массе механизированные катки, которые эффективно уплотняют грунт после многократного воздействия.
Вибрация используется, в основном, для уплотнения песчаных грунтов. Они прекрасно передают вибрацию от песчинки к песчинке, за счёт чего происходит уплотнение. Для воздействия вибрацией используются виброплиты и виброплатформы, а также виброкатки, которые совмещают в себе сразу два метода уплотнения – укатку и вибрацию.
Виброкатки помогают сэкономить немало времени в процессе уплотнения грунта. Но для того, чтобы знать, какой метод предпочтительнее использовать для уплотнения, желательно предварительно провести экспертизу грунта и узнать его точный коэффициент уплотнения. Это поможет не только эффективно подготовить площадку для строительства, но и выбрать оптимальный способ заливки фундамента для возведения долговечного и надёжного строения.
В этом вам поможет наша испытательная строительная лаборатория на трамбовку.
Школьники предложили улучшенную установку для бурения неземного грунта
На первой Космической программе в Сириусе школьники из Бийска представили рабочий прототип установки для ультразвукового бурения неземного грунта. Прибор позволяет не только «забуриться», но и взять пробу грунта.
Несколько месяцев ученики 8 и 9 классов работали над проектом в Центре молодежного инновационного творчества (ЦМИТ) «Политех» в Бийском технологическом институте. Затем в Сириусе школьники доработали прототип и провели ряд экспериментов: проверили работоспособность установки на макете лунного грунта и в термобарокамере при разных температурных режимах.
«В предстоящих миссиях по освоению Луны для получения проб лунного грунта предлагается использовать достаточно дорогое криогенное бурение. Мы же предлагаем технологию ультразвукового сверления — оно более экономичное и требует меньше энергии, — объясняет ученик 9 класса школы №3 Бийска Андрей Пивоваров.
— Важно, что ультразвуковое бурение нагревает грунт максимум на 10 градусов, в то время как обычное может повысить температуру на 100 градусов, из-за чего характеристики грунта значительно меняются. Также мы применили систему псевдовращения, которая позволяет быстро удалять остатки грунта из зоны бурения».
Школьники продолжат дорабатывать прототип на базе ЦМИТ в Бийске. С дальнейшей экспертизой технологии помогут специалисты профильного научного центра — Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского Российской академии наук.
«Разрабатывать устройства для космических миссий не так модно, как строить собственные спутники, но это намного ближе к работе реальных специалистов космической отрасли. На космической программе в Сириусе участники получили результаты, которые станут фундаментом для дальнейших доработок системы», – рассказал руководитель проектного офиса программы «Дежурный по планете» Кружкового движения НТИ Антон Рогачев.
Космическая программа в Сириусе – это финал серии конкурсов по ракетно-космической тематике среди команд школьников – проекта «Дежурный по планете», поддержанного Кружковым движением НТИ.
93 школьника из 24 регионов России приехали в Центр с готовыми устройствами или прототипами, чтобы протестировать их и доработать под руководством экспертов из Сколтеха, ЦНИИмаш, РКК «Энергия», Фонда «Талант и успех», Фонда содействия инновациям и других организаций. В финале школьники представили 13 прототипов, в том числе автономный планетоход, комплекс для старта ракет из стратосферы, несколько рабочих моделей наноспутников, поворотную антенну для приема телеметрии со спутников формата CubeSat и другие.
японские учёные получили образцы грунта и газов с астероида Рюгу — РТ на русском
Учёные Японского агентства аэрокосмических исследований анонсировали данные о вскрытии контейнера, доставленного зондом «Хаябуса-2» с астероида Рюгу. В ходе миссии получены образцы грунта, также на Землю впервые доставлен образец газов, которые выделились из грунта астероида. Изучение внеземной материи может пролить свет на тайны зарождения Солнечной системы и происхождения жизни на нашей планете, полагают исследователи.
«Хаябуса-2» тем временем продолжает своё космическое путешествие с целью изучения другого астероида — 1998 KY26.
Японские учёные рассказали о вскрытии контейнера с образцами, собранными на астероиде Рюгу. Об этом сообщило Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA).
По предварительным оценкам, зонд «Хаябуса-2» доставил на Землю даже больше грунта и газов, чем ожидалось. Внутри контейнера были обнаружены частицы грунта кофейного цвета. Также, отметили в JAXA, из глубокого космоса на Землю впервые доставлен образец газов, которые выделились из грунта астероида.
Об успешном вскрытии контейнера рассказал на YouTube-канале JAXA руководитель миссии «Хаябуса-2» Юити Цуда. Цитату из видеообращения, предварившего онлайн-конференцию, приводит агентство Associated Press.
«Мы подтвердили получение достаточно большого количества грунта и газов с астероида Рюгу. У нас теперь есть внеземные образцы, о которых мы давно мечтали», — сказал Юити Цуда.
Также он назвал доставку образцов «важной научной вехой».
Напомним, миссия «Хаябуса-2» на астероид, находящийся на расстоянии около 300 млн км от Земли, стартовала в 2014 году. Осенью 2018-го зонд высадил на объект роботов-разведчиков. В феврале 2019 года «Хаябуса-2» произвёл посадку на Рюгу и взял пробы грунта, а в апреле атаковал астероид ударным модулем со взрывчаткой. После оседания облака пыли и трёхмесячного ожидания аппарат вернулся на место взрыва, вновь собрал образцы грунта и направился к Земле.
Спустя год он пролетел над нашей планетой и сбросил контейнер с образцами грунта. 5 декабря 2020 года космический груз успешно приземлился в расчётной точке на полигоне в Австралии, после чего был доставлен в Японию.
Также по теме
Прощание с Рюгу: с чем возвращается на Землю космический аппарат «Хаябуса-2» Японский зонд «Хаябуса-2» покинул орбиту астероида Рюгу.
Об этом свидетельствуют телеметрические данные, полученные от двигательной…
Первым из контейнера был стравлен газ. В настоящее время вскрыт отсек, в котором хранились образцы грунта, собранные на поверхности астероида. По данным японских учёных, на следующей неделе будет вскрыт и второй отсек, содержащий породу, извлечённую из недр Рюгу в результате направленного взрыва.
Дальнейшее исследование образцов будет продолжено в 2021 году. Как неоднократно отмечали в JAXA, исследование грунта Рюгу может пролить свет на тайны зарождения Солнечной системы и происхождения жизни на нашей планете.
Зонд «Хаябуса-2» тем временем двинулся к следующей цели — небольшому астероиду 1998 KY26. Предполагается, что путь к этому небесному телу займёт более десяти лет, а его изучение начнётся в июле 2031 года. Одной из задач этой части миссии японские учёные называют определение возможных средств защиты от направляющихся к Земле астероидов.
На Землю доставят два килограмма лунного грунта — Российская газета
Китайский космический аппарат «Чанъэ-5» везет на Землю два килограмма лунного грунта: породы и реголита, добытых на Луне.
На высоте примерно пять тысяч километров звездный беспилотник сбросит капсулу с ценным грузом. И она понесется к нашей планете с гигантской скоростью — около 11 км/с. Траектория возвращения необычна: на высоте около 60 километров капсула сделает маневр «отскока» от атмосферы и погасит скорость. После этого выйдет из атмосферы Земли по эллиптической орбите, а затем вновь войдет в нее. И уже будет тормозить, используя парашюты для мягкой посадки.
Если до конца все получится, как надо, Китай станет третьей страной после США и СССР, которой удалось доставить на Землю образцы лунного грунта. Напомним: в 1969-1972 годах США привезли с Луны 391 килограмм. В 1970-1976 годах советские станции «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24» — 326 граммов. «Чанъэ-5» привезет два килограмма.
Спускаемый аппарат «Чанъэ-5» прилунился в совершенно неисследованном районе крупнейшего лунного моря — Океана Бурь. Взятые здесь геологические образцы по возрасту могут оказаться едва ли не на миллиарды лет «моложе» тех, что добыты американскими и советскими миссиями.
И это, безусловно, добавит весомые штрихи к представлениям человечества об эволюции и происхождении Луны, других тел Солнечной системы. Образцы грунта «китаец» собирал как с помощью бура с глубины около двух метров, так и специальных автоматизированных щупальцев — с поверхности. Изучаться они будут не только в научных целях. У Поднебесной далеко идущие лунные планы, включая проект по подготовке к строительству научной базы. А к 2036 году Китай собирается отправить на Луну своих тайкунавтов.
Не будем забывать и еще об одном очень показательном факте: в январе прошлого года китайский аппарат «Чанъэ-4» успешно совершил посадку на темной стороне Луны. Чего за всю историю лунной эпопеи не делал никто. То есть китайцы сумели забраться туда, где еще ни разу не ступала ни нога человека, ни опора космического аппарата.
«Чанъэ-5» — пятая беспилотная миссия в китайской лунной программе. Напомним: аппарат был запущен 24 ноября. Он включает в себя четыре модуля: орбитальный, посадочный и возвращаемый, а также капсулу для грунта.
После выхода на лунную орбиту модули отделились друг от друга: орбитальный и капсула остались летать, а два других, с камерами и прочей технической начинкой, прилунились вблизи вулкана Пик Рюмкера.
Сбор образцов, их упаковка и перемещение во взлетный модуль заняли девятнадцать часов. 3 декабря он стартовал с Луны и через несколько минут вышел на лунную орбиту. Через два дня состыковался с орбитальным модулем: контейнеры с пробами были перегружены в возвращаемую на Землю капсулу. После чего взлетный модуль снова отстыковался…
Вообще, как подчеркивают спецы, автоматическая доставка лунного грунта с перестыковкой космических аппаратов на окололунной орбите — это круто. Такого прежде тоже никто не делал.
Этот лунный материал будет первым, доставленным на Землю за последние 44 года, со времен советской станции «Луна-24»
Еще несколько дней орбитальный модуль «Чанъэ-5» дожидался «окна» для полета к Земле: он начался 13 декабря. По планам, возвращение займет 112 часов, а вся миссия — 23 дня.
Инфографика «РГ» / Антон Переплетчиков / Наталия Ячменникова
А что у нас
Наша страна не реализовывала лунные миссии с 1976 года. Космический аппарат «Луна-25», который планируется запустить в 2021 году, — первый лунный проект России за последние почти полвека. Его основной задачей станут дистанционные исследования и выбор подходящих площадок для последующих спускаемых аппаратов. Посадочный аппарат будет исследовать поверхность в районе южного полюса, в том числе криогенным бурением до глубины двух метров.
Миссия «Луна-26» должна быть запущена в 2024 году. Ожидается, что этот аппарат с орбиты просканирует почти всю поверхность естественного спутника Земли. Будет создана трехмерная карта Луны для выбора места высадки первых российских космонавтов.
Как ранее рассказал директор Института космических исследований Анатолий Петрукович на заседании Совета РАН по космосу, впервые с помощью стереосъемки будет создана топографическая карта Луны с разрешением 2-3 метра.
На плоскости это уже есть после работы американских спутников. Но здесь с помощью обработки стереоизображений и анализа освещенности будет получена универсальная карта высот всей Луны с высокой точностью. Специально под работу стереокамеры выбрана и высота орбиты «Луны-26» над лунной поверхностью — примерно 60 километров.
В 2025 году должна полететь «Луна-27». Аппарат начнет бурение реголита и проведет научную работу на поверхности естественного спутника Земли.
Запуск миссии «Луна-28» планируется осуществить в 2027-2028 годах с помощью ракеты-носителя «Ангара-А5». Станции предстоит совершить посадку на южном полюсе Луны, взять образцы лунного грунта в замороженном виде и возвратить их на Землю в специальной капсуле.
По словам руководителя отдела ядерной планетологии ИКИ РАН Игоря Митрофанова, «Луна-28» может доставить на Землю от двух до четырех килограммов образцов лунного грунта. Всего станция возьмет десять образцов лунного грунта на глубине до одного метра, масса каждого из них составит 150 граммов.
Ученые ожидают, что в каждом образце будет содержаться до восьми граммов воды в замороженном состоянии.
Ракурс
В мире намечается новая лунная гонка? Если она начнется, то будет за обладание ресурсами естественного спутника Земли. Такое мнение высказал заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН Игорь Митрофанов. По его словам, особенностью лунной гонки в прошлом веке была политическая мотивация двух сверхдержав — Советского Союза и США — продемонстрировать друг другу свое могущество.
— Сейчас такая мотивация на межгосударственном уровне отсутствует. Вероятно, она может иметь место для внутреннего потребления: такие страны, как Китай, Индия, Израиль и другие, хотят продемонстрировать своим народам национальные достижения в области освоения космоса. Если вторая лунная гонка начнется, то это будет гонка за обладание лунными ресурсами, — сказал ученый в интервью ТАСС. Добавив, что пока такое соперничество еще не началось. Он также отметил, что опрос о принадлежности лунных ресурсов в перспективе может быть решен по принципу «кто первый, того и тапочки».
— Сейчас активно обсуждается вопрос о принадлежности лунных ресурсов, поскольку в будущем лунные ресурсы могут оказаться востребованными для использования как непосредственно на Луне, так и в более далекой перспективе для применения в наземной высокотехнологичной индустрии, — сказал Митрофанов.
Как поясняют эксперты, Китаю в рамках новой миссии будут принадлежать только те два килограмма лунного вещества, которые аппарат «Чанъэ-5» доставит на Землю.
Между тем
Разработка нового российского космического корабля «Орел» (ранее назывался «Федерация») для полетов к Луне ведется с 2009 года. Первый испытательный запуск ожидается в конце 2023 года на ракете-носителе «Ангара-А5» с космодрома Восточный. В 2024-м намечается беспилотный, в 2025 году — пилотируемый полет корабля к Международной космической станции.
Ракета «Ангара» будет выводить в космос пилотируемые корабли, которые будут стыковаться на орбите для полетов к Луне, сообщил глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин.
«Наличие с 2023-го двух стартовых комплексов позволит комбинировать пуски, собирая на орбите перелетные пилотируемые комплексы. Основной инструмент для начала лунных исследований мы уже нащупали», — написал Рогозин в «Фейсбуке».
Рогозин добавил, что ракета «Ангара» в ее различных новых версиях становится основным средством выведения тяжелых полезных нагрузок и универсальным инструментом начала исследования дальнего космоса.
В мае Рогозин сообщил, что Россия планирует провести высадку космонавтов на Луну после 2028 года, когда начнутся испытания сверхтяжелой лунной ракеты.
В России также ведется разработка «ядерного буксира», предназначенного для исследования Луны и дальнего космоса. Как говорится в договоре на разработку аванпроекта аппарата, что он в том числе будет предназначен для поиска на Луне полезных ископаемых.
Все о почве | Грунты 4 Kids
Почвы представляют собой сложную смесь минералов, воды, воздуха, органических веществ и бесчисленных организмов, которые являются разлагающимися останками некогда живых существ.
Он образуется на поверхности земли — это «кожа земли». Почва способна поддерживать жизнь растений и жизненно важна для жизни на Земле.
Почва, как формально определяется в Глоссарии терминов Американского общества почвоведения, это:
- Рыхлый минеральный или органический материал на непосредственной поверхности земли, который служит естественной средой для роста наземных растений.
- Рыхлое минеральное или органическое вещество на поверхности земли, которое подвергалось воздействию генетических и экологических факторов, а именно: климата (включая влияние воды и температуры), а также макро- и микроорганизмов, обусловленных рельефом, воздействующих на материнский материал в течение периода времени.
Итак, что такое грязь? Грязь — это то, что попадает на нашу одежду или под ногти. Это почва, которая неуместна в нашем мире — будь то по обуви или по нашей одежде.Грязь — это еще и почва, утратившая характеристики, придающие ей способность поддерживать жизнь, — она «мертвая».
Почва выполняет множество важных функций практически в любой экосистеме (будь то ферма, лес, прерия, болото или пригородный водораздел). Почвы играют семь основных ролей:
- Почвы служат средой для роста всех видов растений.
- Почвы изменяют атмосферу, выделяя и поглощая газы (углекислый газ, метан, водяной пар и т. Д.) И пыль.
- Почва обеспечивает среду обитания для животных, которые живут в почве (например, сурков и мышей), для организмов (таких как бактерии и грибы), которые составляют большую часть живых существ на Земле.
- Почвы поглощают, удерживают, высвобождают, изменяют и очищают большую часть воды в наземных системах.
- Почвы перерабатывают переработанные питательные вещества, включая углерод, так что живые существа могут использовать их снова и снова.
- Почвы служат в качестве инженерной среды для строительства фундаментов, дорожных покрытий, плотин и зданий, а также сохраняют или разрушают артефакты человеческих усилий.
- Почвы действуют как живой фильтр для очистки воды до того, как она переместится в водоносный горизонт.
Профиль почвы
Существуют разные типы почв, каждый из которых имеет свой набор характеристик. Копните глубже в любую почву, и вы увидите, что она состоит из слоев или горизонтов (O, A, E, B, C, R). Сложите горизонты вместе, и они образуют почвенный профиль. Как и биография, каждый профиль рассказывает историю о жизни почвы. Большинство почв имеют три основных горизонта (A, B, C), а некоторые — органический горизонт (O).
Горизонты:
O — (гумус или органическое вещество) В основном органическое вещество, такое как разлагающиеся листья. Горизонт О в одних почвах тонкий, в других — толстый, в других его нет.
A — (верхний слой почвы) В основном минералы из основного материала с включенными органическими веществами. Хороший материал для жизни растений и других организмов.
E — (элювия). Выщелачивается из глины, минералов и органических веществ, оставляя концентрацию частиц песка и ила, кварца или других стойких материалов — отсутствует в некоторых почвах, но часто встречается в более старых почвах и лесных почвах.
B — (подпочва) Богата минералами, которые выщелочились (переместились) из горизонтов A или E и накапливались здесь.
C — (исходный материал) Отложение на поверхности Земли, из которого образовалась почва.
R — (коренная порода) Масса породы, такая как гранит, базальт, кварцит, известняк или песчаник, которая образует материнский материал для некоторых почв — если коренная порода находится достаточно близко к поверхности для погодных условий. Это не почва, она находится под горизонтом С.
На наше здоровье могут влиять больше, чем мы знаем, от почвенных микробов.
«Почвенные существа — бактерии, грибки и нематоды — едят целлюлозу, а эти трусы в основном состоят из целлюлозы», — пояснил Робертсон.«Если эта почва живая, то через пять недель [нижнее белье] должно развалиться, как мокрая газета». Если же, с другой стороны, почва не растет, то остается грязный, но неповрежденный комплект трусов.
До недавнего времени, по словам Робертсона, большинство экспертов в области сельского хозяйства считали почву не чем иным, как матрицей, содержащей растения и минералы.
Но те же технологии, которые позволили нам лучше понять бактерии и грибки, составляющие наш микробиом, привели к прорыву в почвоведении.
И они показывают, что эти микробы, пожирающие белье, играют ключевую роль в предотвращении эрозии почвы, сохранении воды и разложении загрязнителей окружающей среды. Они также улавливают и хранят атмосферный углерод, что может помочь в борьбе с изменением климата.
Если бы это были все почвенные микробы, они явно играли бы ключевую роль в нашем благополучии и выживании на этой планете. Но новые исследования показывают, что микробиом почвы может иметь еще более прямое влияние на наше здоровье, напрямую взаимодействуя с нашими собственными клетками и повышая содержание питательных веществ в нашей пище.
«В течение долгого времени [ученые] были одержимы идеей, что в почве есть вещи, которые пытаются нас убить», — сказал Роб Найт, микробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего, который изучает сообщества микробы, в том числе те, которые обычно живут в почве, и те, которые населяют наши тела.
Он упомянул несколько болезнетворных жителей почвы, в том числе столбняк, которых часто называют доказательством того, что почва является опасным местом.
Но в последнее время, по словам Найта, ученые начали отказываться от своей «военной метафоры».«Вместо этого они изучают способы, которыми микробы в почве могут защитить нас.
Он привел пример Mycobacterium vaccae , доброкачественной бактерии, обитающей в почве, которая была впервые обнаружена на берегах озера Киога в Уганде в 1970-х годах. Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере обнаружили, что убитые жарой M. vaccae обладают иммуномодулирующими и изменяющими настроение свойствами при введении экспериментальным мышам. Хотя исследования еще предстоит повторить на людях, считается, что M.vaccae вместе с множеством других микробов, обитающих в почве и окружающей среде, эволюционировали вместе с нами и обладают способностью общаться с нашими собственными клетками.
Охота на «нужных микробов»
Доната Верчелли, профессор клеточной и молекулярной медицины в Университете Аризоны, также изучает, как эти древние микробы влияют на наше здоровье.
Ее интерес возник около десяти лет назад, когда она узнала, что у фермерских детей в Германии уровень аллергии и астмы ниже, чем у их сверстников, выросших в городских районах.Она присоединилась к международной исследовательской группе, чтобы понять, что стоит за этим явлением.
«Мы обнаруживаем, что жить в этой традиционной сельскохозяйственной среде означает жить в месте, которое чрезвычайно богато микробами — правильными микробами, с которыми наша иммунная система эволюционировала, чтобы жить и учиться у них», — сказал Верчелли.
Она объяснила, что созвездие организмов, обнаруженных в почве и на сельскохозяйственных животных, определяет, как ребенок реагирует на аллергены на протяжении всей своей жизни.Это программирование, вероятно, начинается в утробе матери и продолжает формировать иммунную систему в течение первых нескольких лет жизни.
Почвенные микробы помогают регулировать наши эмоции и иммунную реакцию.
И они также играют ключевую роль в определении содержания питательных веществ в нашей пище.
«На протяжении веков люди имели представление о« хорошей земле », — сказала корнеллский ученый-растениевод Дженни Као-Книффин. Она изучает подземные взаимодействия, происходящие между почвенными микробами и корнями растений, зону, которую она называет фитобиомом.
«Это может стать следующим этапом в науке о питании», — сказал Као-Книффин, объясняя, как растения выделяют соединения для питания ближайших микробов и, в свою очередь, микробы позволяют растениям улавливать важные питательные вещества (например, азот) и производить серию химических веществ, называемых фитонутриентами или антиоксидантами.
Эти химические вещества защищают растения от вредителей и других стрессоров; они также придают фруктам и овощам их цвет, запах и характерный вкус. Исследования показывают, что эти же химические вещества напрямую приносят нам пользу, стимулируя нашу иммунную систему, регулируя наши гормоны и замедляя рост раковых клеток человека.
Последнее открытие Kao-Kniffin состоит в том, что почва с разнообразным микробным сообществом способствует росту растений, а почва с более однородным микробным составом подавляет рост.
На протяжении большей части своей карьеры Роберт Билман сосредоточил свои исследования на количественном определении содержания антиоксидантов в растениях и описании того, как эти питательные вещества влияют на наши собственные клетки. Но недавно Билман, заслуженный профессор науки о питании в Университете штата Пенсильвания, сделал необычный шаг для исследователя питания, расширив свое исследование, включив в него почву.
«Мы все говорим, что здоровая почва — это здоровые люди, — сказал Билман, — но правда в том, что мы все еще дымим, и нам нужно провести дополнительные исследования, чтобы изучить эту идею».
«Мне стало интересно», — добавил он. «Неужели наши современные методы ведения сельского хозяйства снижают количество грибковых и бактериальных популяций в почве до такой степени, что количество [питательных веществ] в нашем рационе оказывается под угрозой?»
Чтобы ответить на этот вопрос, Билман решил сосредоточиться на одном антиоксиданте, л-эрготионеине, который он назвал «Ergo.
”
Это интересное питательное вещество, потому что оно производится только почвенными грибами и некоторыми переносимыми почвой бактериями, в то время как несколько линий доказательств предполагают, что Ergo является важным питательным веществом для человека: дефицит Ergo может предрасполагать нас к воспалениям и преждевременному старению. Грибы, плоды грибов, на сегодняшний день являются нашим лучшим диетическим источником Ergo, но он также содержится во многих растениях, включая овес.
Проблемы с обработкой почвы
Билман объединился с близлежащим Институтом Родейла, центром сельскохозяйственных исследований в Кутцтауне, штат Пенсильвания., чтобы проследить Ergo от поля к пластине. Во-первых, они посадили овес на разных участках, каждый из которых находился под разным экспериментальным хозяйством. Затем они собрали зерна и отправили их в лабораторию Бельмана для измерения уровней Ergo.
«Обработка почвы имела огромное значение, — сказал Билман, переходя к изюминке.
Обработка почвы — это, по сути, вспашка без переворачивания почвы. На протяжении веков фермеры обрабатывали землю, чтобы уничтожить сорняки, закопать остатки старых культур и подготовить почву для посадки, но новые исследования показывают, что нарушение верхнего слоя почвы уничтожает микробные популяции и способствует эрозии почвы.
Действительно, овес, выращенный на полях с нулевой вспашкой, содержал на 25 процентов больше Ergo, чем их аналоги на вспаханной почве, а в почве на поле с нулевой вспашкой также было больше Ergo. Билман сказал, что, по его мнению, это происходит потому, что обработка почвы разрушает сети бактерий и грибков.
Эндрю Смит, ведущий научный сотрудник Rodale, сказал, что исследование Ergo согласуется с другими результатами, показывающими, что методы ведения сельского хозяйства, защищающие верхний слой почвы, также приводят к большему разнообразию и плотности почвенных микробов и растений с более высокой концентрацией антиоксидантов.
«Это имеет смысл», — добавил он, вторя выводам Као-Книффин о том, что растения производят эти соединения вместе с микробами.
Как и ожидалось, в ответ на многообещающие исследования, связывающие «здоровье» и почвенные микробы, пробиотики из почвы наводняют рынок. Эти продукты утверждают, что содержат земные организмы, которые защитят нас от болезней и ускорят рост и развитие.
Верчелли сказала, что, по ее мнению, еще слишком рано рекламировать продукты для здоровья человека — мы только начинаем понимать, как эти беспозвоночные работают вместе и как они взаимодействуют с окружающей средой.Кроме того, она задается вопросом, важнее ли симфония, чем любой одинокий исполнитель.
«Существует тенденция пытаться идентифицировать отдельные микробы, которые ответственны за то и за это», — сказала она. «Я не думаю, что это реальный способ сделать это. Микробы действуют в сообществах, и они работают вместе ».
В области здоровья растений Као-Книффин также считает, что групповая динамика более важна, чем воздействие конкретных микробов. «Текущее внимание отрасли к изучению влияния одного микробного изолята на свойства растений будет заменено большим акцентом на сложные взаимодействия с участием нескольких игроков.
Соответственно, Найт участвует в усилиях по накоплению древних почв — точно так же, как мы берем древние семена — так, чтобы эти комбинации микробов были под рукой, чтобы защитить нас в будущем, когда мы будем лучше оснащены, чтобы понять, как они работают. .
Между тем, он сказал: «Давайте прекратим практику, вредную для почвы, и начнем делать все, что, как мы знаем, сохраняет верхний слой почвы и сохраняет биоразнообразие беспозвоночных».
Найт перечислил те же методы сохранения почвы, которые Смит изучает в Родале, методы, обозначенные как «органические», но более точно описанные как «регенеративные» или «выходящие за рамки органических», потому что они соответствуют определению органического сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства (без антибиотиков) , синтетические пестициды и гербициды), а также включают в себя чередование сельскохозяйственных культур и выпас животных, подкормку почвы покровными культурами — растениями, выращиваемыми для сохранения почвы в межсезонье, — и компостом, экономию воды и минимизацию обработки почвы.
Робертсон красиво резюмирует: «Здоровье почвы — это здоровье населения».
Он хочет, чтобы потребители и политики поддержали методы сохранения почвы, а фермеры приняли эти методы. Он видит, что движение за здоровье почвы набирает обороты по всей стране, но говорит, что есть еще много возможностей для улучшения. (В моем родном штате Калифорния, например, менее 4 процентов пахотных земель обрабатываются покровными культурами.)
«Когда дело доходит до внесения изменений, большинство из нас из Миссури, вы должны« показать мне »». — сказал Робертсон.
И вот тут-то и появляется тест «Soil Your Undies».
Как только мы увидим, что невидимые подземные существа могут разобрать пару нижнего белья за несколько недель, возможно, нас больше вдохновит их защита.
Дафна Миллер — семейный врач, клинический профессор Калифорнийского университета в Сан-Франциско и автор книги «Фармакология: всеобщее здоровье с нуля».
Летнее высыхание почвы, усугубленное ранним весенним озеленением северной растительности
Наблюдательные данные о летнем высыхании, вызванном ранним весенним озеленением
Для изучения пространственно-временных связей между недавними весенними фенологическими изменениями (раздел S1 и рис.S1) и динамики содержания влаги в почве (SWC) следующим летом, мы сначала анализируем долгосрочные спутниковые данные индекса площади весенних листьев (LAI; в качестве косвенного показателя фенологии и роста растительности; Материалы и методы) ( 20 ) и летние значения двух наборов данных, связанных с SWC на основе наблюдений, за период 1982–2011 гг. Два данных, связанных с SWC, включают влажность почвы в корневой зоне из Амстердамской модели глобального испарения суши (GLEAM; материалы и методы) ( 21 ) и долгосрочную реконструкцию аномалий наземных запасов воды (TWS) на основе гравитационного восстановления и Спутники Climate Experiment (GRACE-REC) ( 22 ).
Область нашего исследования охватывает только средние и высокие широты северного полушария (от 25 ° до 90 ° с.ш.) из-за их характерной сезонности вегетации и особенно заметных недавних изменений в фенологии весеннего LAI (рис. S1). Мы определяем весну во всем домене как период с марта по май (MAM), а лето как период с июня по август (JJA). Мы рассчитываем частные корреляции между весенним LAI и летним SWC (или TWS), в результате чего ковариантные эффекты летнего LAI и климатических переменных (т.е., температура, осадки и солнечная радиация) контролируются для (Материалы и методы). Поскольку потенциальные нелокальные обратные связи по осадкам модулируют локальные отношения между весенним LAI и летним SWC ( 14 , 19 ), мы также применяем анализ максимальной ковариации с запаздыванием (MCA; Материалы и методы, раздел S2) ( 23 ). Этот статистический подход выделяет пары связанных пространственных паттернов, которые объясняют максимальную долю ковариации между двумя полями пространственно-временных данных (в нашем случае весенний LAI и летний SWC).
Следовательно, метод MCA имеет очевидные преимущества перед обычным корреляционным анализом, который лишь частично описывает ковариабельность между двумя полями (то есть пространственная корреляция с использованием только географических точек или временная корреляция с использованием только временных рядов).
Частичная корреляция между весенней зеленью и последующим летним SWC показывает широко распространенную отрицательную картину на большинстве северных земель (64% площади земель для GLEAM SWC и 56% для GRACE-REC TWS) (рис. 1, A и B), в том числе значительно озеленение регионов Европы, востока США, Восточной Азии и Сибири (рис.S1). Для умеренных и полузасушливых пастбищ, где LAI сочетается с мелкой влажностью, это преобладание отрицательной корреляции между весенним LAI и летней влажностью дополнительно поддерживается за счет использования полученной с помощью микроволн летней влажности верхнего слоя почвы (рис. S2). Широко распространенная отрицательная корреляция указывает на то, что, если не учитывать влияние межгодовых колебаний количества осадков, более раннее весеннее озеленение обычно приводит к локальному высыханию почвы в последующие летние периоды.
С другой стороны, положительная корреляция также очевидна по регионам, включая Северо-Китайскую равнину, центральную и юго-восточную Европу и США.S. Great Plains, особенно для TWS, который дополнительно фиксирует изменения запасов в лесном покрове, снеге, ручьях, озерах и грунтовых водах (рис. 1, A и B). Многие такие регионы находятся под влиянием интенсивной сельскохозяйственной деятельности, которая потенциально разделяет взаимосвязь между весенним LAI и летним SWC, наблюдаемую в природных экосистемах. Путем усреднения земной поверхности, не нарушенной управлением пахотными землями, мы находим отрицательную корреляцию между весенним LAI и летним SWC, которая является статистически значимой (-0,44 для GLEAM SWC и -0.40 для GRACE-REC TWS, P <0,05) (рис. S3). Однако увеличение доли земельных площадей, затронутых пахотными землями, приводит к ослаблению этой отрицательной корреляции, которая резко смещается в положительную, когда пахотные земли занимают более 50% местных земельных площадей (рис.
S3).
Пространственная картина частных коэффициентов корреляции между весенними исследованиями глобального мониторинга и моделирования (GIMMS) LAI и ( A ) GLEAM летом SWC или ( B ) GRACE-REC летом TWS на 1982–2011 гг.Черные точки указывают регионы со статистически значимой корреляцией ( P <0,05). Карты гетерогенной регрессии ( C и E ) GIMMS Spring LAI и ( D and F ) GLEAM Summer SWC (или GRACE-REC Summer TWS), связанных с первым режимом MCA на 1982–2011 гг. Квадрат дробной ковариации (SFC), объясняемый первым режимом MCA, составляет 46,3 и 58,9% для наборов данных GLEAM и GRACE-REC соответственно.
На рисунке 1 (от C до F) представлена ведущая первая мода MCA, характеризующая пространственные закономерности связи между весенним LAI и летним SWC.Этот режим, в частности, включает потенциальные нелокальные воздействия вызванных LAI аномалий влагопереноса на SWC в подветренных регионах.
Эта пара мод объясняет 46 и 59% общей квадратичной ковариации между двумя переменными для GLEAM SWC и GRACE-REC TWS соответственно. Для обоих продуктов, связанных с SWC, первый весенний режим LAI показывает широко распространенные положительные аномалии (т. Е. Более раннее озеленение) в большей части Евразии (> 80%) и восточной части США, в то время как отрицательные аномалии (т. Е. Отсроченное озеленение, также известное как Browning) покрывают обширные территории центральной и западной части Северной Америки (рис.1, В и Д). Картины ведущей моды LAI в целом напоминают картину тенденций весеннего LAI, наблюдаемого со спутников (рис. S1). Как следствие, ведущая летняя SWC (или TWS) мода (рис. 1, D и F) в сочетании с весенними моделями LAI демонстрирует прямую реакцию летних SWC на возникающее весеннее озеленение. Годовые временные ряды на основе MCA, связанные с весенним LAI и летним SWC (или TWS), также сильно коррелированы ( r = 0,86 для GLEAM SWC и r = 0.80 для GRACE-REC TWS, P <0,05 для обоих; инжир.
S4). Это подтверждает сильную связь между двумя связанными рисунками, показанными на рис. 1 (от C до F). В целом, отрицательным летним аномалиям SWC (т. Е. Высыханию почвы) предшествует весеннее озеленение, тогда как положительным аномалиям SWC (т. Е. Увлажнению почвы) в западной части Северной Америки преобладает весеннее потемнение (рис. 1, D и F по сравнению с C и E) . Преобладание отрицательной связи LAI-SWC, как также видно из моделей частичной корреляции, подразумевает влияние более раннего наступления весны на местное летнее высыхание почвы.Центральная Европа с преобладанием пахотных земель имеет более влажное лето в годы с более зеленой весной (Рис. 1, C — F), что согласуется с положительной корреляцией между весенней зеленью и летней влажностью почвы (Рис. 1, A и B). Заметным исключением является регион Сибири, где летняя SWC увеличивается, несмотря на наличие явной положительной весенней аномалии LAI и ограниченное вмешательство человека. Это также резко контрастирует с отрицательными частными корреляциями в центральной Сибири после устранения ковариантных эффектов осадков (рис.
1, А и Б). Такое различие означает, что изменение режима осадков, вызванное весенними изменениями LAI, приводит к попаданию в эту область дополнительной влаги.
Моделирование обратной связи растительности от весны к лету
Статистический анализ данных наблюдений показывает, что аномалии влажности почвы в летнее время отрицательно совпадают с предыдущими моделями весеннего озеленения. Однако обнаружение систематических унаследованных эффектов весеннего LAI на летнюю влажность почвы в рамках данных частично зависит от шума из-за изменчивости погоды, потенциальной нелинейности реакции влажности почвы, разной глубины укоренения и доступа влаги в экосистемах, а также медленно меняющихся факторов как LAI, так и тенденции влажности почвы, такие как дефицит давления пара и повышение содержания CO в атмосфере 2 .Чтобы подтвердить причинно-следственную связь между весенним озеленением и летним высыханием почвы и лучше понять местные и нелокальные механизмы, мы проводим дальнейший анализ с использованием глобальной климатической модели, связанной с IPSL-CM4 (GCM; Материалы и методы) ( 24 ).
Связанные модели суша-атмосфера явно описывают биофизические взаимодействия между поверхностью суши и атмосферой. Это включает локальные обмены потоками воды и энергии, а также крупномасштабные изменения атмосферной циркуляции и конвергенции влаги.Парные изменяющиеся во времени (то есть переходные) численные эксперименты проводятся с компонентом поверхности суши IPSL-CM4, ORCHIDEE (Организация углерода и гидрология в динамических экосистемах; материалы и методы), с двумя контрастирующими весенними условиями LAI. Один набор моделирования (обозначенный как «LAIobsMAM») предписан с ежегодно изменяющимся LAI по спутниковым наблюдениям ( 20 ) в течение всех сезонов, включая MAM. Второй набор моделирования (обозначенный как «LAIclimMAM») также предписан с ежегодно изменяющимся LAI в течение всех сезонов, за исключением MAM, когда он привязан к средним климатологическим условиям LAI, наблюдавшимся в течение 1982–2011 гг. (Материалы и методы).Не считая весенних различий LAI, два модельных эксперимента выполняются идентично с наблюдаемыми граничными условиями температуры поверхности моря (SST), фракции морского льда (SIF) и концентрации CO 2 в атмосфере.
Это позволяет нам учитывать биофизические обратные связи растительности, возникающие в результате взаимодействия с изменениями в океанических процессах или радиационными / физиологическими воздействиями CO 2 . Многокомпонентные парные ансамбли генерируются для каждого эксперимента со связанной моделью путем выполнения 30 повторных прогонов, но с разными начальными условиями (материалы и методы).
Оценка модели в сравнении с глобальными наборами данных наблюдений подтверждает способность ГКМ IPSL-CM4 фиксировать годовые и сезонные характеристики ключевых гидрологических переменных, включая ЕТ и осадки (рис. S5, A и B; более подробная информация в разделе S3). Чтобы избежать систематических ошибок из-за разницы в величине смоделированных и основанных на наблюдениях SWC, изменения SWC вместо этого сравниваются как доля современного климатологического среднего значения (1982–2011 гг.) ( 25 ). В масштабе северного полушария (от 25 ° до 90 ° с.ш.) SWC, смоделированный с помощью IPSL, показывает отрицательный тренд, тогда как GLEAM SWC показывает более слабый положительный тренд (рис.
S5C). Хотя это различие знаков, возможно, вызывает беспокойство по поводу глобальных средних изменений, мы находим зонально когерентные закономерности тренда SWC, моделируемого IPSL, по сравнению с GLEAM SWC (рис. S5, D — I). SWC, смоделированный с помощью IPSL, широко охватывает регионы, где происходит увлажнение или высыхание почвы, как в годовом, так и в сезонном масштабе (рис. S5, D — I). Такая региональная согласованность укрепляет нашу уверенность в изучении наблюдаемых зонально различных «отпечатков» весеннего озеленения на летней влажности почвы и способности нашего GCM объяснить такие изменения.
Разница между двумя факторными моделями с переменным и фиксированным весенним LAI (LAIobsMAM — LAIclimMAM) позволяет нам выделить отпечаток наблюдаемых весенних изменений LAI на летней влажности почвы (δSWC) и других важных гидрологических переменных. Символ «δ» здесь и далее обозначает влияние весенних изменений LAI на другие интересующие целевые переменные. Наше моделирование факторной модели подтверждает сильную связь между весенними аномалиями LAI и летними δSWC ( r = -0.
51, P <0,01) (рис. 2А). Следовательно, в годовом исчислении наблюдаемые более высокие весенние значения LAI, предписанные для нашего GCM, соответствуют более низким оценкам летнего SWC. Затем мы исследуем, существует ли устойчивая общая тенденция к снижению δSWC, вызванная значительным увеличением весеннего LAI (озеленения). Этот эффект труднее обнаружить, поскольку межгодовой тренд LAI за последние 30 лет меньше, чем сопутствующие изменчивости, обусловленные климатом. Средний летний δSWC на всех северных землях (от 25 ° до 90 ° с.ш.) имеет тенденцию к снижению со скоростью −0.11 ± 0,09 × 10 −4 м 3 м −3 год −1 (линейный тренд: среднее ± 1 SD, P = 0,22) из-за весенних изменений LAI. Этот общий летний тренд δSWC является отрицательным, что соответствует нашей гипотезе о том, что более высокий зеленый лиственный покров проявляется больше весной и делает почвы более сухими летом. Рассчитанная тенденция не является статистически значимой, отчасти из-за наличия контрастирующих эффектов на летнюю SWC в регионах с весенним озеленением (т.
е.положительные тенденции LAI) по сравнению с весенним потемнением (т.д., отрицательные тенденции LAI). Если вместо этого рассматривать только регионы, где весенний LAI обычно увеличивается, статистически значимая и гораздо более сильная тенденция летней высыхания летом δSWC (−0,17 ± 0,07 × 10 −4 м 3 м −3 год −1 , P <0,05) (рис. 2В). В среднем, включая области с весенним потемнением, эта тенденция к уменьшению летней SWC, связанная с весенними изменениями LAI, вносит дополнительные 16% в моделируемое уменьшение летней SWC, непосредственно вызванное изменением климата в период 1982–2011 гг. (Общее снижение, −0.68 × 10 −4 м 3 м −3 год −1 из моделирования LAIobsMAM).
( A от до C ) Межгодовые аномалии средневзвешенной площади весеннего LAI (зеленые пунктирные линии) и летнего δSWC (синие сплошные линии) для (A) всех северных широт (от 25 ° до 90 ° N), (B) регионы с положительными тенденциями LAI (т.
Е. Озеленение) и (C) регионы с отрицательными тенденциями LAI (т.е.э., поджаривание). Красные линии показывают линейную регрессию по методу наименьших квадратов для δSWC на основе GCM (прямые линии) от времени и 95% доверительные интервалы (кривые). Обратите внимание, что правые оси перевернуты, поэтому более высокие значения LAI расположены ближе к нижней части графиков. ( D – F ) Межгодовые тенденции среднего весеннего LAI и вытекающие из этого изменения весенних и летних гидрологических переменных ET, осадков (P), стока (Q) и SWC. Карты подзаголовка в нижней части каждой главной панели отображают соответствующие усредненные области серым цветом [соответствующие от (A) до (C)].*** P <0,01; ** P <0,05; * P <0,1; n.s., P > 0,1.
Мы также выполняем анализ MCA на наблюдаемых весенних летних SWC, смоделированных с помощью LAI и IPSL (из моделирования LAIobsMAM). Схемы связи между весенним LAI и летним SWC для первой моды (рис.
S6, A и B) демонстрируют высокое соответствие с теми, которые основаны исключительно на наблюдениях (рис. 1, C — F), подтверждая способность нашего GCM моделировать межсезонная обратная связь между растительностью и почвенной влажностью.Мы также проверяем, может ли информация, основанная на нашем факторном моделировании на основе GCM, чрезмерно зависеть от регионов с водным стрессом в низких широтах. При этом мы рассчитываем весенние аномалии LAI и летние δSWC, взвешенные как по площади, так и по среднегодовым значениям влажности почвы. Опять же, значимая отрицательная корреляция обнаружена между весенним LAI и летним δSWC (рис. S6, C и D). Эта весенняя тенденция высыхания летнего SWC, вызванная LAI (-0,09 ± 0,06 × 10 -4 м 3 м -3 год -1 ), согласуется с таковой без присвоения меньшего веса более засушливым регионам (Рис. .2А) отчасти потому, что более раннее озеленение происходит в основном в регионах с благоприятным влажностным режимом.
Таким образом, наши модели GCM предоставляют надежные основанные на процессах доказательства того, что наблюдаемое ранее общее озеленение северных земель вызывает дополнительное снижение влажности почвы летом.
Внутрисезонные и межсезонные аномалии влажности почвы определяются балансом между изменениями ЕТ, осадков и стока (схема, рис. 3). Чтобы лучше понять, как весенняя растительность изменяет обратную связь с влажностью почвы, мы дополнительно используем парные эксперименты GCM для изучения изменений в этих основных гидрологических потоках.Более высокие весенние уровни LAI имеют тенденцию ускорять рециркуляцию воды с поверхности земли в атмосферу за счет увеличения транспирации растений. Поскольку транспирация доминирует над общей наземной ET (среднее отношение транспирации / ET IPSL-CM4: 0,47 для весны и 0,76 для лета) ( 26 ), более высокая весенняя транспирация напрямую приводит к более высокой смоделированной весенней ET (+0,28 ± 0,06 мм год ). −2 , P <0,01) (рис.
2D). Мы также отмечаем, что общая тенденция ЭТ пружины, моделируемой IPSL, не является статистически значимой ( P > 0.05), что подтверждается двумя продуктами ЭТ на основе наблюдений (рис. S5A). Это в основном связано с тем, что значительное увеличение ЕТ в регионах с весенним озеленением компенсируется снижением ЕТ в регионах с весенним потемнением при интегрировании в шкалу полушария (рис. S7). Однако для этого повышенного озеленения ET только часть (71%) впоследствии повторно используется в качестве дополнительных осадков земли во время MAM (0,20 ± 0,09 мм в год –2 , P <0,01) (Рис. 2D). Во время MAM этот дисбаланс между увеличением количества осадков и ET из-за более ранней фенологии и развития LAI приводит к тенденции к снижению влажности почвы (−0.11 ± 0,09 × 10 −4 м 3 м −3 год −1 ) и поверхностный сток (−0,08 ± 0,09 мм год −2 ). Большее увеличение ЕТ, чем количество осадков, гораздо более выражено, если рассматривать только районы с весенним озеленением, где это вызывает сильный сигнал о высыхании почвы (рис.
2, B и E). Однако в регионах с весенним потемнением наблюдается более сильное снижение ЕТ, чем количество осадков, что вызывает увлажнение почвы (рис. 2, C и F). Эти противоположные реакции, когда изменения ET не уравновешивают изменения количества осадков, предполагают географическое перераспределение внеатмосферного водяного пара из регионов с более ранним озеленением в сторону регионов с потемнением в весеннее время.
Раннее весеннее озеленение влияет на весеннюю влажность почвы за счет изменения водообмена между землей и атмосферой (через ET, P и Q) и за счет перераспределения водяного пара в атмосфере за счет атмосферной циркуляции. Эта весенняя аномалия влажности почвы сохраняется позже в течение следующего лета из-за эффекта переноса почвенной влаги. Однако масштабы этой межсезонной обратной связи между растительностью и роль атмосферной циркуляции различаются географически.Три типичных примера обратной связи растительности с модулированной циркуляцией (Европа, Сибирь и Восточный Китай) показаны в нижней части схемы.
Наше моделирование факторной модели позволяет дополнительно исследовать влияние унаследованной влажности почвы летом после весны с измененной фенологией и гидрологией. Мы обнаружили, что весенний дефицит влаги в почве, вызванный ранним озеленением, переносится на летние месяцы (рис. 2D, синие столбцы). Межсезонная память о влажности почвы способствует распространению этого дефицита влаги, что также включает дополнительный вклад биофизических обратных связей между влагой почвы и атмосферой.Учитывая короткую память атмосферы от нескольких дней до недель, аномалия атмосферной влажности, вызванная более ранним озеленением, рассеивается в основном весной за счет дополнительных весенних дождей (рис. 2D). Более низкие уровни влажности почвы в конце весны из-за длительного периода более сильного снижения и недостаточного пополнения запасов осадков становятся менее доступными для поглощения корнями растений и испарения почвы ( 27 ), особенно в климатологически дефицитных режимах воды.
Таким образом, летние δET существенно снижаются на всей территории исследования (−0.10 ± 0,05 мм год −2 ), а летом δP (осадки) уменьшается еще больше (−0,19 ± 0,08 мм год −2 ), что приводит к несколько усилению тенденции к снижению летнего SWC (−0,11 ± 0,09 × 10 −4 м 3 м −3 год −1 ) (рис. 2D). Сигнал об этой летней сушке больше и статистически значим на участках с дополнительным весенним озеленением (рис. 2E). Существенное снижение весеннего LAI ( P <0,05) в областях с весенним потемнением, однако, не вызывает значительных изменений каких-либо гидрологических потоков летом (т.е.е., ET, P, сток и SWC; все P > 0,1) (синие полосы на рис. 2F). В этих потемневших регионах аномалии влажности почвы весной мало влияют на последующий летний оборот воды (δET ≈ 0) и, следовательно, на обратную связь с летними осадками. Примечательно, что как весеннее, так и потемнение имеют тенденцию к уменьшению количества летних осадков (рис.
2, E и F). Это означает, что текущие весенние уровни LAI, возможно, эволюционировали в оптимум, который максимизирует количество осадков, удерживаемых на континентах в последующий летний сезон.
Мы дополнительно исследовали пространственную картину тренда влажности почвы в δSWC, полученного с помощью GCM (рис. 4; другие гидрологические потоки на рис. S8). В целом, смоделированная летняя картина δSWC и наблюдаемые аномалии летнего SWC, связанные с первой модой MCA (рис. 1, D и F), очень похожи, обеспечивая механистическую поддержку наших результатов наблюдений. Кроме того, летняя картина δSWC очень похожа на картину весенней δSWC (рис. 4B в сравнении с рис. 4A), что подразумевает доминирующую роль памяти влажности почвы в переносе этого вызванного озеленением дефицита воды в летний период.Районы с наибольшей скоростью высыхания летом (> 0,1 × 10 −3 м 3 м −3 год −1 ) встречаются в основном в Европе, Восточной Азии, Западной Азии и восточной части Северной Америки (рис.
4B), где в весенний период происходит заметное продвижение озеленения растительности (рис. S1). И наоборот, тенденция летнего увлажнения почвы преобладает в регионах с весенним потемнением, таких как центральная и северо-западная часть Северной Америки (рис. 4B по сравнению с рис. S1). Заметным исключением снова являются регионы Центральной Сибири, где сильная смоделированная тенденция увлажнения почвы наблюдается как весной, так и летом (> 0.05 × 10 −3 м 3 м −3 год −1 ) (рис. 4), несмотря на наличие здесь явной тенденции весеннего озеленения, которая в целом снижает летнюю влажность почвы в других местах (рис. рис. S1). Моделирование GCM показывает, что эта тенденция регионального увлажнения в Сибири вызвана различными механизмами в два сезона. Весной дополнительный водяной пар, рециркулирующий в атмосферу в верховьях (Европа) с сильным озеленением, переносится в Сибирь западными ветрами (рис.S9A). Эти импортированные дополнительные осадки увлажняют местные почвы и компенсируют дефицит влаги в почве, возникший в результате местного весеннего озеленения (схематично, рис.
3). Следующим летом, когда преобладающие западные ветры ослабевают (рис. S9B), Сибирский регион работает как более закрытая система с усиленным местным оборотом воды (рис. S8). Следовательно, импортированная дополнительная почвенная влага весной помогает поддерживать положительную обратную связь на местном уровне о летних осадках и в конечном итоге сохраняется в почвах Сибири в течение всего бореального лета.Это дополнительное летнее увлажнение в результате более раннего озеленения местных и удаленных регионов в общей сложности составляет более 90% общей тенденции летнего увлажнения почвы, полученной из LAIobsMAM, что свидетельствует о его гораздо более важной роли для Сибири, чем продолжающееся изменение климата.
Показаны пространственные закономерности линейных трендов весеннего (слева) и летнего (справа) изменения δSWC. Это изменение влажности почвы, вызванное более ранним весенним озеленением, δSWC, получается как разница между двумя моделями с весенними изменениями LAI и без них.
(т.е. LAIobsMAM – LAIclimMAM). Черные точки обозначают регионы со статистически значимым линейным трендом ( P <0,05).
Можно ли вернуть к жизни американскую землю?
Четыре поколения семьи Джонатана Кобба пасли одну и ту же ферму в Роджерсе, штат Техас, выращивая ряд за рядом кукурузу и хлопок на 3000 акрах. Но к 2011 году Кобб уже не испытывал ностальгии. Земледелие становилось рутинным и безрадостным; основным изменением от года к году стали интенсивные посевы все новых и новых акров кукурузы и сои, вспенивание почвы и использование все большего количества химических удобрений и гербицидов, чтобы попытаться получить прибыль.
«У меня уже был трудный разговор с моим отцом, что он будет последним поколением на ферме», — сказал Кобб.
В поисках новой работы Кобб зашел в местный офис Министерства сельского хозяйства США, чтобы собрать кое-какие документы. В тот день сотрудники проводили тренинг по здоровью почвы. Он остался смотреть и был поражен демонстрацией, показывающей параллельное сравнение здоровой и нездоровой почвы.
Кусок почвы с сильно вспаханного и возделываемого поля был сброшен в корзину из проволочной сетки наверху стеклянного цилиндра, наполненного водой.В то же время комок почвы с пастбища, на котором росли различные растения и травы и который годами не трогали, был брошен в другую корзину из проволочной сетки в таком же стеклянном цилиндре. Вспаханная почва, похожая на сухую коричневую почву на ферме Кобба, растворялась в воде, как пыль. Почва с пастбища держалась комком, сохраняя свою структуру и впитывая воду, как губка. Кобб понял, что он не просто видел, как ученый-агроном демонстрирует кусок почвы: он видел потенциальную новую философию сельского хозяйства.
Эксперты по здоровью почвы говорят, что оставление земли между рядами посевов обнаженной, как на этом кукурузном поле в Иллинойсе, увеличивает эрозию верхнего слоя почвы и сток удобрений и других химикатов в источники воды. | Getty Images
«К концу того дня я знал, что должен остаться на ферме и участвовать в этом изменении парадигмы», — сказал Кобб.
«Это было так быстро».
Сдвиг, о котором он говорит, — это новая тенденция в сельском хозяйстве, имеющая последствия от производительности фермерских хозяйств до окружающей среды и здоровья человека.На протяжении поколений почва обрабатывалась почти как фон — не более чем среда для содержания растений, в то время как удобрения и гербициды помогают им расти. В результате, с годами, верхний слой почвы стал более бедным и сухим, не удерживая питательные вещества и воду. Влияние этой деградации не только на фермеров, но и на здоровье американцев. Сдува пыли с деградированных полей приводит к респираторным заболеваниям в сельской местности; тысячи людей подвергаются воздействию питьевой воды с уровнями пестицидов, которые, по мнению Агентства по охране окружающей среды, вызывают озабоченность.Питьевая вода более 210 миллионов американцев загрязнена нитратами, ключевым химическим веществом для удобрений, которое связано с проблемами развития у детей и создает риск рака у взрослых. А благодаря некоторым современным методам ведения сельского хозяйства деградация почвы приводит к высвобождению углерода, который превращается в двуокись углерода, мощный парниковый газ, вместо того, чтобы удерживать его.
Фактически, Организация Объединенных Наций считает деградацию почвы одной из главных угроз здоровью человека в ближайшие десятилетия именно по этим причинам.
Теперь некоторые фермеры и почвоведы осознают, что для здоровья людей и ферм самое важное, что вы можете сделать, — это взглянуть на почву по-другому, рассматривая верхний слой почвы как живое существо, за которым можно ухаживать и даже улучшать. Хорошая почва изобилует множеством хрупких организмов, многие из которых микроскопические, производящие структуру и питательные вещества. Пока они процветают, почва может лучше поглощать и удерживать воду, кормить растения и бороться с вредителями. Но когда они отмирают из-за того, что их взбалтывали и подвергали воздействию солнца и воздуха или удушали химикатами, почва постепенно становится не более чем порошкообразными минералами.
Наука и методы ведения сельского хозяйства развиваются — отчасти благодаря Службе охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства, где в 2011 году Кобб увидел демонстрацию, которая изменила его мировоззрение.
Но изменение дается нелегко. Даже по мере того, как некоторые фермеры переходят к более целостному управлению почвами, они сталкиваются с трениями — из-за культуры земледелия, из-за ведения сельского хозяйства и, по иронии судьбы, из некоторых федеральных политик, которые побуждают их придерживаться того же старого подхода к ведению сельского хозяйства, который получил их здесь.
АМЕРИКА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ славится своим богатым и плодородным слоем почвы. Прерии и леса были практически нетронутыми, когда поселенцы впервые начали делить землю на поля на юго-востоке и Среднем Западе, создав темную почву для выращивания пищи и волокон.
С момента изобретения плуга в сельском хозяйстве основное внимание уделялось разрушению почвы, чтобы сделать ее продуктивной. Большинство методов ведения сельского хозяйства, будь то традиционные или органические, основаны на «обработке почвы» — посылке о том, что для посадки сельскохозяйственных культур и борьбы с сорняками и другими вредителями почва должна быть измельчена и перевёрнута, а затем изменена с помощью химических удобрений или органического компоста для повышения плодородия.
.И это работало долгое время.
Но оказывается, что обработка почвы убивает многие микроорганизмы, которые создают почву. Он перемешивает их среду обитания и подвергает их воздействию воздуха; это также облегчает смывание почвы дождем и ветром. Со временем ущерб нарастает: более 50 процентов верхнего слоя почвы в Америке выветрились. В районах юго-востока, исконной житницы страны, почти все это исчезло.
Почва в своей основе на 50 процентов состоит из газа и воды и примерно на 45 процентов состоит из минералов, таких как песок, ил и глина.Остальное — это органические вещества — разлагающиеся растения и животные. Поскольку это такая небольшая часть грязи, органическое вещество играет огромную роль. Он служит пищей для микроорганизмов, которые делают все: от запаса воды до обеспечения растений питательными веществами и борьбы с вредителями. Исследователи все больше и больше узнают об обмене между растениями и грибами, бактериями и другими организмами в почве, сказал Роберт Майерс, профессор почвенных наук в Университете Миссури.
Фермеры обрабатывали почву в течение нескольких поколений, переворачивая ее, чтобы зародить сорняки и разрыхлить землю для семян.Но оказывается, что обработка почвы, как на этой ферме в Мэриленде, убивает многие микроорганизмы, которые могут поддерживать здоровье и продуктивность почвы. В результате получается засушливый и деградированный верхний слой почвы, который легко поддается засухе. как земля на ферме в Канзасе внизу. | Getty
Помимо прочего, почва является критическим этапом углеродного цикла Земли. Растения вытягивают углерод из воздуха и питают им почвенные организмы. В свою очередь, они обеспечивают растения необходимыми питательными веществами, действуя как естественное удобрение.Разрушение почвы высвобождает весь этот углерод обратно в атмосферу. Когда он подвергается воздействию воздуха, углерод окисляется, превращаясь в СО2 и являясь основным вкладом в изменение климата.
«Некоторые люди говорят об этом как о подпольной углеродной экономике», — сказал Майерс.
Но те же самые организмы тоже очень нежные. Им нужны различные растения, чтобы питаться, и они погибают при воздействии солнца и ветра при обработке почвы. С колониальных времен почва США потеряла около половины своего органического вещества, сказал Дэвид Монтгомери, профессор геологии Вашингтонского университета, который написал три книги о здоровье почвы.«Это похоже на разрядку естественных батарей».
Когда ученые узнали больше об этой почти невидимой экосистеме, почвенном микробиоме, они начали понимать, что укрепление здоровья этих организмов является ключом к решению множества проблем в сельском хозяйстве.
«За последние пять лет произошло пробуждение осознания того, насколько критична почва для нашей жизни», — сказал Рон Николс, представитель Службы охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США.«[Это] то, что действительно обеспечивает весь этот процесс синтеза — возможность перерабатывать углерод из воздуха в почву, что делает другие питательные вещества доступными для растений, что, в свою очередь, обеспечивает нас кислородом и пищей, которую мы едим».
НОВЫЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ методы тестирования все чаще позволяют ученым и фермерам лучше заглядывать в почву и способствуют более совершенным методам управления. В последние годы ученые узнали о ключевых почвенных операциях, таких как обмен между корнями растений и микроорганизмами, которые обеспечивают растения питательными веществами, и стали лучше оценивать содержание органических веществ в почве.Работа ведется в самых разных местах: университеты, предоставляющие земельные участки, работают с Министерством сельского хозяйства США, и даже группы производителей и агропромышленные компании изучают и спонсируют некоторые из работ, чтобы увидеть, как их можно внедрить в операции своих фермеров.
Содействие здоровью почвы сводится к трем основным практикам: следить за тем, чтобы почва всегда была покрыта растениями, диверсифицируйте то, что на ней растет, и не нарушайте ее. На практике это означает чередование культур, поэтому поля не пытаются поддерживать одно и то же растение год за годом.
И это означает использование таких методов, как «покровное растениеводство» — посадка вторичных растений, таких как травы, бобовые или овощи, — между рядами сельскохозяйственных культур или на другой незащищенной почве вместо того, чтобы оставлять ее голой. Использование покровных культур защищает почву, снижает эрозию, способствует сохранению биоразнообразия и возвращает в землю такие питательные вещества, как азот.
По большей части сельское хозяйство не умеет делать что-либо из этих вещей.
В то время как фермеры гордятся своим управлением землей, многие из них уже много лет занимаются сельским хозяйством, и старые привычки умирают с трудом.Фермы должны были стать больше, чтобы оставаться конкурентоспособными, из-за чего производителям было сложнее обращать внимание на потребности каждого акра. Большинство фермеров в США из года в год выращивают одно и то же благодаря сочетанию государственных стимулов, привычки и непринужденности. Многие все еще обрабатывают почву для борьбы с сорняками, хотя и значительно меньше, чем раньше, благодаря устойчивым к гербицидам культурам.
«Существует большое культурное давление [против] изменений в сельском хозяйстве», — сказал Кобб, добавив, что многие фермеры в его районе сомневаются, что он делает.«Если ты изменишься, тебя будут рассматривать как вызов тому, что правильно — и может быть принято, что ты думаешь, что все остальное неправильно».
Даже органическим фермам есть чему поучиться у движения за здоровье почвы. Хотя органическое производство в своей основе направлено на повышение продуктивности почвы, некоторые фермеры все еще борются с сорняками и используют нехимические удобрения, такие как компост, которые могут стекать с земли. В то время как органические фермы должны проводить какой-то севооборот, правила не требуют целостного управления почвой, хотя некоторые это делают.
По оценкам Министерства сельского хозяйства США, большинство акров в США, засеянных основными культурами — около 60 процентов — все еще были обработаны в 2010-2011 годах, по последним имеющимся данным. Покровные культуры за тот же период были покрыты лишь 2% пахотных земель.
К препятствиям, связанным с культурой и стоимостью ведения сельского хозяйства, у защитников есть еще одно разочарование: Вашингтон. Федеральная программа страхования урожая основана на том, что фермеры ежегодно сажают одну и ту же культуру в одном и том же месте, чтобы иметь рекорд производства, и она недостаточно гибкая, чтобы учитывать такие практики, как покровные культуры.Это снижает стимулы для фермеров пробовать что-то новое, поскольку программа, поддерживаемая государством, окупится независимо от того, примут они передовую практику или нет. А поскольку налогоплательщики субсидируют страховые взносы, растущее доверие к страхованию урожая для учета низкопродуктивных культур часто не наносит ущерба прибыли фермера.
«Если бы мы отказались от этих субсидий, это был бы самый быстрый способ заставить людей мигрировать на более здоровые почвы», — сказал Дэн ДеСаттер, фермер из Индианы, который применяет на своей земле комплексные методы оздоровления почвы с начала 1990-х годов.«Если мы собираемся субсидировать страхование урожая, мы должны предоставить налогоплательщику что-то, что он может показать, а именно чистую воду, чистый воздух и здоровую почву».
Хотя законодатели выделили деньги фермерам, ищущим помощи в переходе к комплексному управлению почвами, эти программы являются добровольными. В настоящее время Конгресс рассматривает возможность обновления законопроекта о сельском хозяйстве — основного комплексного механизма национальной сельскохозяйственной политики — до истечения его срока в конце сентября 2018 года, но в и без того напряженном бюджетном году, а поскольку фермеры, как правило, не хотят следовать каким-либо новым правительственным распоряжениям, это неясно, хватит ли у них аппетита требовать от фермеров внедрения новых методов омоложения почвы.
Несмотря на все усилия защитников здоровья почвы, уровень использования синтетических удобрений продолжает расти. По данным Министерства сельского хозяйства США, 97 процентов площадей под кукурузой потребовалось в удобрениях на национальном уровне в 2010 году, по последним имеющимся данным, по сравнению с 85 процентами в 1964 году. Количество азота, используемого на акр, резко выросло за этот период. В 1964 году фермеры вносили в среднем 58 фунтов азота на акр. К 2010 году средний показатель составлял 140 фунтов. Вряд ли эти цифры сильно изменились с 2010 года.
ЗДОРОВЬЕ ПОЧВЫ стало основной темой сельского хозяйства во всем мире. Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН объявила 2015 год Международным годом почв, а Парижское соглашение о климате, подписанное в декабре того же года, включало обязательство подписавших сторон ежегодно увеличивать углеродный углерод в почве на 0,4 процента, даже если в нем не учитывались другие вопросы сельского хозяйства. . По мнению сторонников, этого могло бы быть достаточно, чтобы остановить ежегодное увеличение выбросов CO2 в атмосфере, ограничив темпы глобального потепления.
Это также проблема водосбережения, потому что здоровые почвы не просто производят собственные удобрения, они лучше поглощают воду. По оценкам ФАО ООН, около 40 процентов дождевой воды стекает с непокрытой суши. Но органическое вещество может удерживать до 90 процентов своего веса в воде и со временем медленно выделяет эту влагу, что особенно полезно в районах, подверженных засухе.
Ржаная трава, посаженная между рядами кукурузы, является одним из примеров почвенного покрова, метода, который предотвращает эрозию почвы и пополняет ее питательные вещества.| Wikimedia Commons
Внутри страны Служба охраны природных ресурсов все активнее работает с фермерами, помогая им внедрить более эффективные методы управления почвами, и предоставляет гранты и ссуды, чтобы помочь им начать работу. Также принимают участие фермерские группы. В 2014 году Национальная ассоциация производителей кукурузы при помощи Monsanto, NRCS, General Mills Foundation и других объединилась с Фондом защиты окружающей среды и организацией по охране природы, чтобы создать Партнерство по охране здоровья почвы для выявления и тестирования методов охраны здоровья почвы и проведения испытаний. их фермерам.
Если они добьются прогресса, американские фермы начнут больше походить на ферму ДеСаттера площадью 4 000 акров в западно-центральной части Индианы. Вместо аккуратных рядов, лишенных лишней листвы, его поля выглядят грязными, поскольку на каждом засажено как минимум два урожая. Он вращает свои поля среди кукурузы, сои, пшеницы и люцерны, а между рядами сажает травы, такие как рожь, и бобовые, такие как фасоль и чечевица. Он начинает выращивать крупный рогатый скот, чтобы еще больше улучшить здоровье почвы с помощью навоза, природного удобрения.Когда он начал беспахотное земледелие и использовал покровные культуры в начале 1990-х годов, его почва содержала около 1,8% органических веществ. Сейчас он составляет 4,5 процента и продолжает расти.
«Это гораздо более сложная система, — сказал ДеСаттер. С другой стороны, обычное сельское хозяйство похоже на «следование рецепту печенья». Для этого не нужен ученый-ракетчик ».
Плата за изменение этого подхода значительна, добавил он, но также необходимо учитывать тот факт, что земля, на которой они обрабатывают и на которой живут, представляет собой гораздо более сложную систему.«Вместо того, чтобы играть в шашки, — говорит он, — мы пытаемся понять, как играть в шахматы».
Дженни Хопкинсон рассказывает о политике в области сельского хозяйства и пищевых продуктов для POLITICO и POLITICO Pro .
Поправка: Органический стандарт Министерства сельского хозяйства США содержит требования к севообороту. В более ранней версии этой истории было искажено то, что включено в правила.
Хвей-Сянь Чэн, ученый-почвовед, умер от COVID-19 на 88
Будучи маленьким мальчиком, Хвэй-Сянь Чэн и его семья увидели, как их жизнь была вырвана с корнем из-за коммунистической революции Китая.
Но этот опытный почвовед посвятил себя образованию, карьере, которая связала его с родной страной.
Ченг, 88 лет, скончался 1 января.24 года в своем доме в Сент-Поле после осложнений от COVID-19, сказал его старший сын Эдвин Ченг из Сан-Франциско.
«Он был очень нежным и терпеливым отцом», — сказал Эдвин. «Он мягко руководил нами, и всегда ожидалось, что мы будем оставаться в школе столько, сколько сможем.«
Известный своим друзьям и коллегам как «HH», Ченг родился в Китае в 1933 году. Образование было путевкой в США для его семьи и путем, который позволил ему на всю жизнь связаться с научным сообществом на родине. Миннесота уже была известна семье, потому что его отец учился в Хэмлайнском университете в 1920-х годах по стипендии.
Ченг получил степень бакалавра в колледже Верия в Кентукки и докторскую степень в Университете Иллинойса, где он встретил любовь всей своей жизни, Джо, тогда еще аспиранта, изучающего музыку. Они поженились в 1962 году и много путешествовали, в том числе в Бельгию для получения стипендии Фулбрайта и в Эймс, штат Айова, для получения докторской степени.Они поселились в штате Вашингтон, где Ченг преподавал почвоведение и занимал ряд административных должностей в Университете штата Вашингтон.
Проведя 25 лет в Вашингтоне, Ченг вместе с семьей переехал в Сент-Пол.В 1989 году он был назначен главой факультета почвоведения Университета Миннесоты. Под его руководством название департамента было изменено на Департамент почвы, воды и климата, чтобы отразить растущий объем его знаний.
Он оставался у руля до выхода на пенсию в 2001 году.За это время Чэн помог U наладить сотрудничество с крупными университетами Китая. Ченг был широко известен своими исследованиями круговорота углерода и азота в почвах, трансформации природных и антропогенных химикатов в почве, качества воды, точного земледелия и устойчивости сельского хозяйства, — сказал Карл Розен, профессор и глава Департамента почв, воды и климата. в U, который был преподавателем, когда Ченг возглавлял отдел.
Тем временем Ченг был президентом Американского общества почвоведов в 1996 году, а в 2000 году он возглавил Американское агрономическое общество — два гигантских национальных общества.За его службу в своей области в 2004 году У наградил Чэна почетной степенью.
«Он сыграл важную роль в формировании ведомственного руководства с расширенным видением», — сказал Розен. «HH был настоящим лидером не только в отделе, но и в профессии.«
Помимо академических кругов, Чэн наслаждался пением с местным китайским хором под управлением Джо, который заставлял его петь на басу, потому что было трудно найти певцов-мужчин. С 2018 года он и Джо жили в доме престарелых в Санкт-Петербурге.Пол, где Чэн завязал новые дружеские отношения, пел в хоре жителей и дорожил своим утренним ритуалом: плотно позавтракать, почитать газету у камина и прогуляться по стране, где он и его семья нашли убежище.
«Так же, как Миннесота дала моему отцу начало его жизненной карьеры, посвященной образованию, Миннесота предоставила мне возможность продолжить усилия по повышению качества жизни людей в Китае и Америке с помощью образования», — написал Ченг в письмо десять лет назад.
Ченгу предшествовали смерти его родители, Чи-Пао Ченг и Анна Ченг, а также его брат Джордж. Помимо его жены и сына Эдвина, у него остался сын Тони Ченг из Форт-Коллинза, штат Колорадо; братья Франсуа Ченг из Парижа и Давид Ченг из Купертино, Калифорния., и четверо внуков. Службы будут проводиться позже.
тенденций потепления: компостирование мертвых, чтобы помочь почве и климату, конкурс Маска по очистке атмосферы от углерода и плакаты для праздников на затопленных берегах
Пепел к праху, пыль к праху и трупы в компостКуда ты пойдешь, когда умрешь? В штате Вашингтон можно было выбрать свой сад.
Recompose, экологическая компания по уходу за смертью в Сиэтле, начала предлагать компостирование человека в конце 2020 года. Этот вариант стал легальным в 2019 году благодаря усилиям основательницы Recompose Катрины Спейд, которая работала с сенатором штата над принятием законопроекта, легализующего «натуральные органические продукты». сокращение »- процесс превращения человеческих тел в почву.
Внутри «оранжереи» воссоздано 10 футуристических белых шестиугольных сосудов, окруженных папоротниками, деревьями и другой зеленью — яркий контраст с типичным погребальным домом.Внутри каждого сосуда тело покоится в цилиндре размером 8 на 4 фута с древесной щепой, люцерной, соломой и растительным материалом. В течение месяца микробы разрушают организм, в результате чего образуется один кубический ярд богатой питательными веществами почвы. Семьи могут принести домой почву, образовавшуюся из останков их близких, или пожертвовать ее Bells Mountain, земельному фонду на юге Вашингтона, где она восстановит деградировавшие лесные угодья.
По данным веб-сайта Recompose, в процессе за 5500 долларов используется только одна восьмая энергии, которая используется при обычном погребении или кремации.В то время как при обычном захоронении используются огромные количества земли и материалов, а кремация осуществляется за счет ископаемого топлива, человеческий компост связывает углерод и обеспечивает растения питательными веществами. На сайте говорится, что этот процесс предотвращает выброс одной метрической тонны углекислого газа на одно тело.
«Это действительно возвращается на Землю», — сказала Анна Свенсон, менеджер по работе с клиентами и коммуникациям компании Recompose. «Вместо того, чтобы потреблять ископаемый газ еще раз для кремации, вы можете стать почвенным материалом для леса или там, где его использует ваша семья.”
Хотя Вашингтон — единственный штат, где этот процесс является законным, Recompose работает с другими штатами, в том числе в Колорадо, Калифорнии и Орегоне, чтобы принять законопроекты, позволяющие использовать эту возможность.
Между стеной и горячим местомФизические барьеры на политических границах могут блокировать миграцию около 700 видов млекопитающих, ареалы которых перемещаются к полюсу в условиях изменения климата, показало новое исследование.
Исследователи из Даремского университета в Соединенном Королевстве смоделировали ареалы более чем 12 000 видов птиц и млекопитающих, которые могут стремиться к более прохладному климату по мере потепления планеты.Они обнаружили, что почти 20 000 миль заборов и стен, разделяющих страны, потенциально могут стоять на пути миграции животных, согласно результатам, опубликованным в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences в понедельник.
«Наши результаты показывают, насколько важно иметь наднациональную, международную перспективу, пытающуюся сохранить биоразнообразие в следующие несколько десятилетий, и важность обеспечения того, чтобы среды обитания были связаны друг с другом без политических границ», — сказал соавтор Марк Титли, Ph.D. научный сотрудник факультета биологических наук Даремского университета.
Политика защиты животных, как правило, реализуется на национальном уровне, и в разных странах часто применяются разные политики по управлению популяциями диких животных. Таким образом, животное по одну сторону границы может быть защищено намного лучше, чем такое же животное по другую сторону границы.
Границы США-Мексики, Индии-Мьянмы и Китая-России могут нанести наибольший экологический ущерб, говорится в исследовании.Например, граница США и Мексики может блокировать 122 вида млекопитающих, включая ягуара, который, по словам Титли, становится все более редким зрелищем, поскольку пограничная стена была построена в течение последних нескольких лет.
Хотя можно спроектировать барьеры, позволяющие животным проходить через щели и коридоры, лучшее решение, по словам Титли, — смягчить наихудшие последствия изменения климата.
«Что нам нужно сделать, так это разобраться в корне проблемы и призвать мировых лидеров срочно и справедливо сократить выбросы климата, — сказал он, — потому что только это остановит эти большие потери биоразнообразия.”
Углеродный конкурс МаскаНовая премия, финансируемая Илоном Маском, предоставит 100 миллионов долларов новаторам, у которых есть работающие идеи о том, как удалить из атмосферы углекислый газ, вызывающий потепление климата.
Конкурс, проводимый XPRIZE, предоставит средства командам, которые смогут продемонстрировать методы удаления как минимум одной тонны углекислого газа из атмосферы — эквивалентных выбросов при движении автомобиля на расстояние около 2200 миль — в день, с возможностью увеличения масштабов. .
«Это не теоретическое соревнование; нам нужны команды, которые будут создавать реальные системы, которые могут оказывать измеримое влияние и масштабироваться до гигатонного уровня », — говорится в заявлении Маска. «Все, что нужно. Время имеет существенное значение.»
Технологии удаления углерода необходимы для поддержания глобального потепления ниже 2 градусов Цельсия выше доиндустриального уровня — стандарт, установленный Парижским соглашением по климату.
Судьи ожидают увидеть как технические решения, так и решения, основанные на природе, а также другие исправления, сочетающие их.Проекты будут оцениваться по их способности удалять углерод, их стоимости за тонну и времени, в течение которого они могут хранить углерод. Правила проведения четырехлетнего конкурса будут объявлены 22 апреля.
Калифорния видит огонь и (поздний) дождьСезон дождей в Калифорнии начинается почти на месяц позже, чем в 1960-х годах, показало новое исследование, которое продлевает сезон смертоносных пожаров в штате.
Исследователи из Калифорнии и Сербии обнаружили, что сезон дождей в Калифорнии, который обычно начинается в конце октября или начале ноября, наступает примерно на 27 дней в конце декабря.Это исследование является первым, кто показывает, что более сухая осень, сменяющаяся более влажной зимой, которая, по прогнозам, наступит к концу 21 века, сейчас происходит.
Отсроченный сезон дождей может иметь разрушительные последствия для Калифорнии, поскольку он расширяет сезон пожаров, как это было в 2020 году, когда осенние пожары возникли на несколько недель раньше и продолжались до конца года, а также способствовали возникновению суровых засушливых условий, подобных тем государство пережило середину 2010-х.
По словам авторов, это изменение происходит из-за нескольких атмосферных условий, таких как движение струйного течения в северной части Тихого океана, отложенные траектории шторма и изменения в зоне низкого давления.
Хотя полученные данные нельзя напрямую связать с изменением климата, поскольку исследователи не проводили анализ, который мог бы объяснить их потеплением атмосферы, «наши результаты действительно коррелируют с климатическими моделями», — сказала ведущий автор Елена Лукович, климатолог из Белградский университет в Сербии.
Проверьте наличие мест перед бронированием по этим приморским направлениям Фотографии предоставлены Money.co.ukЭти плакаты, показывающие будущий пляжный отдых, созданы не туристическим агентством.Вместо этого финансовая онлайн-компания демонстрирует, как повышение уровня моря повлияет на популярные направления на берегу океана, с помощью иллюстраций, напоминающих туристическую рекламу. Они сравнивают, как эти направления выглядят сегодня, с тем, как они будут выглядеть в 2100 году, если изменение климата приведет к повышению уровня моря на несколько футов.
Money.co.uk создал плакаты, чтобы привлечь внимание к проблеме изменения климата и побудить людей принять меры в своей жизни, чтобы уменьшить свой углеродный след.
На плакатах изображены такие значки, как Статуя Свободы и небоскребы в Гонконге, окруженные паводковыми водами, которые будут препятствовать туристическим визитам, в то время как пляжи Мальдив показаны полностью под водой.
«Сосредоточившись на туризме, мы можем проиллюстрировать, как глобальное потепление и повышение уровня моря повлияют на обычных людей, возможно, убрав то, чего мы с нетерпением ждем каждый год», — сказал эксперт по энергетике Money.co.uk Бен Галлицци. «Мы также хотим, чтобы люди думали о жителях этих находящихся под угрозой исчезновения мест и о том, как отсутствие туризма может серьезно повлиять на средства к существованию их жителей».
Несмотря на то, что некоторые из плакатов демонстрируют художественную свободу в том, насколько резко прогнозируется повышение уровня моря, некоторые из них точно показывают степень прогнозируемого ущерба, например, на изображении Мальдив, которые к 2100 году могут оказаться затопленными на 71 процент.
«В большинстве малых островных развивающихся государств уровень моря должен лишь незначительно подняться, чтобы привести к исчезновению большей части их суши», — сказал Галлицци.
Кейтлин Вайсброд
Веб-продюсер
Кейтлин Вайсброд — веб-продюсер InsideClimate News из Миннесоты. Она присоединилась к команде в январе 2020 года после окончания Университета Айовы со степенью бакалавра журналистики и экологических наук.Кейтлин ранее работала из Кералы, Индия, в качестве стипендиата Пулитцеровского центра, и более четырех лет работала в студенческой газете Университета Айовы The Daily Iowan.
Как микропластик в почве способствует загрязнению окружающей среды
Микропластики в сельскохозяйственных почвах не только ухудшают качество почвы, но и могут попадать в организм живых организмов, присутствующих в почве. Это, в свою очередь, может повлиять на растения и, в конечном итоге, на людей.Предоставлено: StockSnap от Pixabay.Пластик, производство которого не ослабевает во всем мире, является основным и постоянным источником загрязнения окружающей среды. Фактически, ожидается, что в будущем накопление пластикового мусора в окружающей среде только возрастет. «Микропластик» (МП) — пластиковый мусор
Ученые из Инчхонского национального университета, Корея, возглавляемые проф.Сеунг-Гю Ким, теперь исследует эти вопросы в своем последнем исследовании, опубликованном в журнале Journal of Hazardous Materials . «Большинство исследований МП сосредоточено на морской среде, но значительное количество МП может быть произведено в сельскохозяйственной среде в результате выветривания и фрагментации пластмассовых изделий, используемых в сельскохозяйственных практиках. Мы надеялись выяснить количество МП в сельскохозяйственных почвах Кореи и как они меняются в зависимости от различных методов ведения сельского хозяйства и условий окружающей среды », — говорит проф.Ким.
Для своего исследования ученые изучили четыре типа почвы, соответствующие различным агротехническим приемам: почвы снаружи и внутри теплицы (GS-out и GS-in, соответственно), мульчирование (MS) и почва рисовых полей (RS). Из них в первых трех образцах использовалась полиэтиленовая пленка, в то время как в образце RS практически не использовался пластик. Чтобы свести к минимуму влияние несельскохозяйственных источников МП, ученые собирали пробы с сельскохозяйственных угодий в засушливый сезон.Они рассматривали только МП в диапазоне размеров 0,1-5 и классифицировали их по форме: фрагмент (неровный), лист (тонкий и четный), шар (круглый) и волокно (нитевидный).
Как и ожидалось, ученые обнаружили самое высокое среднее содержание MP в GS-in и GS-out (GS-in> GS-out), но, к удивлению, они обнаружили самое низкое содержание MP в MS, а не в RS. Кроме того, они обнаружили, что среди MP различной формы преобладают фрагменты GS-in; волокна, GS-out и MS; и листы, RS. Интересно, что все почвы, кроме GS-in, имели основной вклад в виде листов, которые намекали на потенциальные внутренние источники MP фрагментного типа в теплицах.
Ученые также наблюдали интересную тенденцию в отношении распределения MP по размерам в образцах почвы. Они обнаружили, что, в отличие от GS-out, MS и RS (которые показали изобилие MP только для ряда размеров), GS-in показало увеличение численности для постепенно уменьшающихся размеров. Они объяснили это отсутствием «эффекта экологической судьбы», вызывающего удаление МП поверхностным стоком, инфильтрацией и ветром в образцах GS-in. Профессор Ким объясняет: «В отличие от предыдущих исследований, в которых упор делается на МП, происходящих в основном из внешних источников, наше исследование показывает, что МП в сельскохозяйственных почвах могут поступать как из внешних, так и из внутренних источников, и что на их концентрацию и размер может сильно влиять экологическая условия, «
Эти данные могут способствовать лучшему пониманию роли сельскохозяйственной среды как источника МП.Будем надеяться, что оценка потенциальных рисков МП в сельскохозяйственных почвах и разработка эффективных стратегий управления может помочь нам снизить угрозу со стороны депутатов.
Овцы показывают заражение микропластиком сельскохозяйственных земель Мурсии
Дополнительная информация: Сеунг-Кю Ким и др., Изобилие и характеристики микропластика в почвах с различными методами ведения сельского хозяйства: важность источников внутреннего происхождения и экологическая судьба, Journal of Hazardous Materials (2020).DOI: 10.1016 / j.jhazmat.2020.123997
Предоставлено Инчхонский национальный университет
Ссылка : Как микропластик в почве способствует загрязнению окружающей среды (2021, 11 февраля) получено 16 февраля 2021 г.