Когда ураган обрушивается на песчаный берег, дюны принимают на себя основной удар волн. Вот почему землеустроители, надеющиеся предотвратить ущерб на суше, часто высаживают траву и другую растительность, чтобы повысить прочность дюн. Но теперь масштабный лабораторный эксперимент, описанный в Научные достижения на этой неделе предполагает, что эти травы могут ускорить эрозию дюн во время сильных штормов.
Это открытие «весьма спорно», — говорит Зирд де Врис, эксперт по прибрежным инженерным наукам в Технологическом университете Делфта, не участвовавший в исследовании. Тем не менее, «я думаю, что это будет очень влиятельный документ», — говорит он, и он будет иметь значение для того, как инженеры планируют проекты по защите побережья, которые могут стоить миллиарды долларов.
Ученые ранее изучали дюны в лаборатории, создавая дюны с растительностью в металлических желобах, называемых волновыми резервуарами. Это исследование показало, что растения замедляют волны и предотвращают эрозию песка. Преимущество возрастает с ростом количества растений. Но волновые резервуары относительно малы — обычно несколько метров в длину — и эксперименты часто длятся менее часа. Расти Фигин, прибрежный эколог из Техасского университета A&M, задался вопросом, что произойдет, если дюны будут омываться большими волнами в течение более длительного времени. Он объединился с более чем дюжиной коллег, чтобы разработать грандиозный эксперимент. «Это было похоже на то, чтобы просто стать большим».
Команда выполняла работу в Университете штата Орегон, в котором работает лоток длиной 104 метра — крупнейшая экспериментальная волновая лаборатория в стране. Они привезли 500 кубометров песка и провели недели с помощью бульдозера и экскаватора, лепя пляж и дюны, чтобы они выглядели как берега на северо-востоке Соединенных Штатов. Потом пересадили мятлик горький(Паникум амарум), обычное дюнное растение, и дайте ему вырасти и укорениться внутри желоба в течение 6 месяцев.
Как только трава закрепилась, они запустили волновую машину, чтобы имитировать ураган «Сэнди», обрушившийся на северо-восток США в 2012 году. Эксперимент имитировал в общей сложности 19 часов воздействия волн. Но на это ушло около месяца, потому что после каждых получаса штормовых волн они останавливались, чтобы просканировать форму дюны лазером. Затем они повторили эксперимент с идентичной дюной, состоящей из голого песка.
На голой дюне волны накатывались на поверхность дюны, а затем обратно вниз. Это удалило песок из дюны, но уклон остался примерно таким же.
На травянистой дюне произошло нечто иное: когда волны ударялись о траву, они выкапывали песок из-под растений. Эти ямки превратились в более крупные впадины, так как больше эрозионной энергии было сосредоточено на меньшей площади, потому что трава блокировала часть каждой волны. Через 14 часов волны вырезали небольшую скалу, называемую уступом. Затем эрозия резко ускорилась, потому что вертикальная поверхность песка высотой 79 сантиметров была подрезана волнами. «Все это просто терпит неудачу», — говорит Фиджин.
На голой дюне примерно через 18 часов образовался аналогичный уступ, но он был меньше половины высоты. И к концу шторма на голой дюне осталось больше песка, чем на травянистой дюне. В целом дюна с растительностью потеряла на 22% больше песка, чем голая дюна из-за эрозии.
По словам де Вриса, очень необычно наблюдать ускорение и усиление эрозии растительности. «Это то, о чем я никогда не думал и не слышал, пока не увидел работу этих очень уважаемых ученых». Но он не уверен, может ли и как часто это может происходить в реальном мире.
«Результаты очень интересны, поскольку они бросают вызов нашим представлениям о растительности дюн и эрозии», — говорит Джули Зиннерт, прибрежный эколог из Университета Содружества Вирджинии, которая не принимала участия. Но она отмечает, что тип травы, использованной в эксперименте, имеет меньше корней, чем другие доминирующие виды в дюнах, и корни могут помочь предотвратить эрозию. По ее словам, дюны также могут быть лучше защищены, когда на них много видов растительности, а растения помогают дюнам восстанавливаться после волновой эрозии, потому что они задерживают переносимый ветром песок.
Фигин не оспаривает преимущества зеленых дюн для защиты от штормов. По его словам, даже если растения вызывают эрозию дюн в суровых условиях, их все равно стоит иметь для защиты от более мягких штормов. «Когда обрушится этот средне-малый шторм, [the dune] будет делать свою работу, но гигант каждые 10 лет ее снимет». И дюны с растительностью имеют преимущества перед бетонными стенами для защиты от штормов, потому что местные растения могут расти и распространяться. Это означает, что растения могут помочь дюнам увеличиваться в размерах, поскольку они улавливают песок, и, возможно, не отставать от повышения уровня моря.
По словам Фигина, основной смысл статьи заключается в том, чтобы «больше управлять ожиданиями» от покрытых растительностью дюн. Он полагает, что они не являются панацеей для защиты побережья, и землевладельцам не следует ожидать, что они обеспечат постоянную стабильность.