Ugrás a tartalomhoz

Talajtan

Stefanovits Pál, Filep György, Füleky György

Mezőgazda Kiadó

A szélerózió vagy defláció

A szélerózió vagy defláció

Talajpusztulást nemcsak a víz válthat ki, hanem előidézheti a szél is. Ezt a jelenséget deflációnak nevezzük. Általában úgy vélik, hogy a defláció csak homokon vagy lápon léphet fel. Ez a megállapítás azonban nem pontos, mert elméletileg mindenféle fizikai tulajdonságú talajon felkaphatja és elszállíthatja a szél a talajszemcséket vagy a szerkezeti elemeket, ha az energiája elegendő a talajrészek méretéhez és tömegéhez viszonyítva. Ezt különösen a száraz tavaszok szeles időszakai igazolták, amikor az agyagos vályog kötöttségű csernozjom talajokon is kifújta a szél a talajt a tavaszi vetések alól.

A széleróziót kiváltó és befolyásoló tényezők

A defláció esetében ugyanúgy megkülönböztethetünk kiváltó tényezőket, amelyek a talajpusztulás energiaszükségletét fedezik és befolyásoló tényezőket, amelyek az energiák talajra gyakorolt hatását módosítják, mint azt a víz által előidézett erózió tárgyalásánál tettük.

Kiváltó tényezők:

– a szél:

– sebessége,

  

– örvénylése.

 

Befolyásoló tényezők:

– a deflációs terület hossza,

 

– a talaj szemcseösszetétele,

 

– a talaj szerkezetessége,

 

– a talaj szervesanyag-tartalma,

 

– a talajfelszín érdessége és nedvessége,

 

– a felszín növényborítottsága.

Ezeket röviden a következőkben jellemezzük.

Szélviszonyok

Szélsebesség. A szélviszonyok hatása elsősorban a szélsebességgel jellemezhető, mert a talajrészecskék mozgását a talaj felszínére ható szélerők okozzák. Meg kell azonban jegyezni, hogy ebben az esetben a talaj felszínére nem az a szélsebesség hat, amelyet a meteorológiai állomások mérései alapján ismerünk. Míg e meteorológiai észlelések általában 8 m, egyes esetekben pedig 2 m magasságra vonatkoznak, a talaj felszínén jelentkező szélhatás ennek sokszor csak a töredéke. A szabad légmozgást – amelynek határa általában 10 m-nek vehető – fokozatosan fékezik a talajfelszín domborzati formái, a növényzet, valamint a felszín érdessége. A felszín felett elsuhanó szél sebessége különböző magasságokban mérve jelentősen eltérő. A szél sebessége a felszín közelében a legkisebb, és a felszín feletti magassággal logaritmikusan nő. Ez a sebességrádiens szabja meg a szél hatását.

A talaj felszínének közvetlen közelében – általában 2 mm-nél kisebb távolságban – a szél sebessége 0-nak tekinthető. Az említett szint feletti, igen vékony rétegben egyirányú a légáramlás, egyenletes, vagyis lamináris, felette örvénylő vagy turbulens. Ez a turbulens légáramlás hozza létre azokat az erőket, amelyek a talajrészecskék mozgását okozzák. Általános törvényszerűségként megállapítható, hogy a leginkább mozgékony talajrészecskék, a mintegy 0,1 mm átmérőjűek, akkor mozdulnak el a helyükről, ha a szél sebessége – a talaj felszíne felett kb. 30 cm magasságban mérve – vízszintes irányban 28–30 km/h, ugyanakkor a függőleges irányban érvényesülő örvénylő mozgás sebessége 3–4 km/h.

A levegő örvénylő és lökésszerű mozgása jelentős, sokszor nagyságrendi különbségeket idézhet elő. Ezek legnagyobb vagy legkisebb értéke sok esetben a felszín bizonyos formáihoz kötött, így egy talajrög szél felőli élén többszörösen nagyobb, mint a szélárnyékban fekvő részein.

Küszöbsebesség. Azt a sebességet, amely mellett az adott talajra ható szél elmozdítja a talaj szemcséit, küszöbsebességnek nevezzük. A kritikus sebesség vagy küszöbsebesség néhány tájékoztató adatát a 13.2. táblázatban foglaltuk össze.

13.2. táblázat - A kritikus szélsebesség értékei 0,15 mm-es talajrészecskékre számítva

A talajrészecskék átmérője, mm

A szél sebessége, m/s

a talaj felszínén

a felszín felett 8 m-rel

0,1 –0,25

0,28

4,17

0,25–0,50

0,32

4,75

0,50–1,00

0,39

5,80

1–2

0,51

7,59

2–3

0,63

9,38

3–4

0,74

11,01

4–5

0,82

12,20


Ugyanebben a táblázatban találunk adatokat a szél sebessége és a talajfelszíntől való távolság közötti összefüggésre. Megállapítható, hogy a talaj felszíne felett mért szélsebesség 8 m magasságban 15-szörösére nő.

A deflációs terület hossza

A deflációs terület hossza – vagyis az a terület, amelyre a szél akadálytalanul hat – szintén fokozza a defláció veszélyét, mert a talajrészek egymáshoz ütődve elmozdulnak, és ezek a hatások lavinaszerűen összegeződnek.

Szemcseösszetétel

A defláció folyamatát befolyásoló tényezők között elsőként a talaj szemcseösszetételét kell kiemelnünk.

Minél kisebb szemcsékből áll a talaj és minél lazábban kapcsolódnak egymáshoz, valamint a talajfelszínhez a szemcsék, annál nagyobb annak a lehetősége, hogy a szél elragadja őket.

A 13.3. táblázatban néhány tájékoztató adatot mutatunk be a szél által szállítható szemcsék méretére és a szállítás távolságára vonatkozóan. A szemcsenagyság azonban nem mutat egyenes és folytonos összefüggést a defláció veszélyével. A finomabb talajrészek – elsősorban az agyagos részek – általában összetapadnak és másodlagos vagy harmadlagos halmazokat, morzsákat hoznak létre.

13.3. táblázat - A szél által szállítható szemcsék mérete és a szállítás távolsága

A részecskék átmérője mm

A szállítás távolsága

8–1

néhány m

1–0,125

1–1,5 km

0,125–0,0625

néhány km

0,0625–0,0312

300 km <

0,0312–0,0156

1500 km <

< 0,0156

végtelen


Szerkezetesség

Ahogyan növekszik a talajszemcsék átmérője, úgy csökken a szemcséket összetapasztó erő és ezáltal a szerkezet kialakulásának lehetősége. Azokban a talajokban, melyekben a finom homok az uralkodó és csak kevés a kolloid – tehát a humusz és az agyag –, szárazon a tapadás már elhanyagolható. Ilyenkor a legnagyobb a szél pusztító hatásának veszélye. A kolloidtartalom szerint általában három csoportra oszthatjuk a homokokat: Azok a talajok, amelyek 5%-nál kevesebb szervetlen kolloidot és 1%-nál kevesebb szerves kolloidot tartalmaznak, a futóhomokok. Az 5–10% szervetlen kolloidot és 1–1,5% szerves kolloidot tartalmazó homoktalajok már valamivel kedvezőbb ellenállást mutatnak a széllel szemben; ezek a gyengén kötött homoktalajok. Kötöttnek akkor tekinthetünk egy homokot, ha legalább 10–20% szervetlen kolloidot és 1,5%-nál több szerves kolloidot tartalmaz. Meg kell azonban jegyeznünk, hogy teljesen száraz állapotban, nagyobb szél esetén még az utóbbi talaj is károsodhat.

A talaj szemcséinek növekedésével tehát bizonyos mértékig fokozódik a defláció veszélye. Bizonyos határon túl azonban a talajrészecskék átmérőjének növekedése már csökkenti a defláció veszélyét; a tömör, apró kavics már oly nagy tömegű és sűrűségű, hogy ellenáll a szél mozgatóerejének. Ez a határ általában a 2–3 mm-es szemcseátmérő.

Jelentős szerepet játszik a szél által előidézett talajpusztulás szempontjából a talajszemcsék sűrűsége, illetve a talajmorzsák térfogattömege is. Az egyes szemcsék sűrűségét az ásvány, illetve az ásványok minősége szabja meg, a szemcsékből összeálló halmazok, morzsák térfogattömegét az azokat alkotó szemcsék sűrűségén kívül egymáshoz való illeszkedésük módja is befolyásolja.

Szervesanyag-tartalom

A talaj szerves anyagának – a humusznak – kicsi a sűrűsége. A sok szerves anyagot tartalmazó morzsák tehát részben ezért könnyűek, részben pedig azért, mert a szerves anyag az ásványi szemcséket szivacsszerűen tapasztja össze. Ezáltal a sok szerves anyagot tartalmazó talajmorzsák térfogattömege száraz állapotban kis értékeket mutat. Ezért következik be a szél pusztító hatása a sok szerves anyagot tartalmazó talajoknál: a láptalajon és egyes rendzinákon.

Az előzőekből következik, hogy a talajok szervesanyag-tartalma jelentősen fokozhatja a szél által előidézett talajpusztulás veszélyét, ha olyan mennyiségű, hogy a talajmorzsák fizikai tulajdonságait megszabja. Nem mindegy, hogy az ásványi rész homokos vagy agyagos, ezért nehéz általánosan érvényes határértékeket megállapítani a szervesanyag-tartalomra vonatkozóan. A tapasztalatok szerint ha a szerves anyag mennyisége 5%-nál több, a homok már könnyebben mozdul el. Agyagtalajokon ez a határérték csak 10–20% szervesanyag-tartalomnál jelentkezik aszerint, hogy a humuszanyagok milyen minőségűek. A jobban humifikált talajok szerves anyaga mind a láptalajok, mind a rendzinák esetében erősebben köti össze a talaj ásványi részeit, ezért még viszonylag nagy szervesanyag-tartalom esetében sem segíti elő a szél talajpusztító hatását.

A talajfelszín érdessége és nedvessége

Érdesség. A talajfelszín érdességén azokat a kis magasságkülönbségeket értjük, amelyek néhány cm nagyságrendűek, ugyanakkor előidézői annak, hogy a magasabban fekvő talajrészek a széláramlás örvénylő rétegébe jutnak, és a mélyebb részek felé estükben a felfelé irányuló légmozgás szárnyára kerülhetnek. A felszín érdessége növeli annak a rétegnek a vastagságát, amelyben a levegő mozgása elhanyagolható. Meg kell jegyeznünk, hogy a felszín érdességét a növénytakaró is befolyásolja, ennek hatására azonban a növényborítottság tárgyalásakor térünk ki.

Nedvesség. A talajfelszín érdességével együtt jelentkezik a felszín nedvességi állapotának hatása. Ennek oka abban keresendő, hogy a nedves talajszemcsék térfogattömege jelentősen nagyobb a száraz szemcsékénél, és a nedves szemcsék között a tapadóerő sokkal nagyobb, mint a száraz talajrészecskék között. Különösen nagy erővel jelentkezik a talajnedvesség hatása a sok szerves anyagot tartalmazó talajok esetében. A lápos talajok szemcséinek térfogattömege száraz állapotban néhány tized gramm köbcentiméterenként, nedvesen ugyanaz a szemcse jóval nagyobb tömegű. A talajok vízgazdálkodásának másik hatása abban mutatkozik meg, hogy a nedves talajszemcsék jobban tapadnak egymáshoz, mint a szárazak, így a szél küszöbsebessége sokkal nagyobb, mint száraz állapotban. Ez a hatás elsősorban a homoktalajokon nagy jelentőségű, mivel sűrűségük és térfogattömegük mind nedves, mind száraz állapotban közel egyforma. Igen nagy különbség észlelhető viszont a száraz és a nedves homok tapadása között.

A talajok vízgazdálkodása tehát jelentős mértékben hat a szél talajpusztító hatásának érvényesülésére. A vízgazdálkodás szabja meg, hogy milyen hosszú ideig őrzi meg a felszín azt a nedvességtartalmat, amely a talajpusztulás folyamatát még képes fékezni, és mikor szárad ki oly mértékben, hogy a deflációnak már csak kevéssé tud ellenállni.

Növényborítottság

A felszín növényborítása, a növényfedettség a defláció ellen is jelentős védelmet nyújt. A zárt, jól fejlett növénytakaró jelentős mértékben csökkentheti a szél által előidézett talajpusztulás mértékét. Ez a módosító hatás egyrészt arra vezethető vissza, hogy a zárt növényállomány – de a magasabb növekedésű, ritkás növénytakaró, valamint a felszínt borító holt növényi részek is – lényegesen csökkentik a szél erejét. Ennek köszönhetően a szél sebessége nem éri el a talajviszonyok által megszabott küszöbsebességet, tehát nem lép fel defláció. A növénytakaró másik hatása a már mozgásban lévő talajszemcsék megkötése, fékezése. Mind homokos, mind lápterületeinken – tehát a defláció szempontjából szélsőségesen veszélyeztetett talajokon – megfigyelhető, hogy az állandó zárt növénysávok vagy -foltok a talajrészek felhalmozódásának helyei. Így képződnek a fasorok mentén sokszor méteres magasságot elérő terephullámok, amelyek csökkentik a homokmozgást és a homokverést.

A növénytakaró harmadik hatása a talajfelszín beárnyékolása, ezáltal a kiszáradás csökkentése. Ezt a szolgálatot mind az élő, mind a holt növényi részek képesek ellátni. Az a felszín ugyanis, amelyet a napsugárzás közvetlenül érint, könnyebben szárad ki, mint a beárnyékolt. Ezt a hatást fokozza a növényzet szélsebességet csökkentő befolyása is, mert így kisebb a száraz szelek nedvességcsökkentő hatása.

A művelés alatt álló területeken fokozódhat a természetes növénytakaró és talajállapot esetében fellépő talajpusztulás veszélye. A helytelen időben való talajművelés, az eredeti növénytakaró megbontása, és olyan növények termesztése, amelyek a veszélyes tavaszi, szeles és száraz időszakokban nem nyújtanak elegendő védelmet, elősegítik a deflációt.

A szélerózió formái

A szél talajpusztító hatása által károsított területeken a talajok termékenységének csökkenését az idézi elő, hogy a felszín könnyen elmozdítható részecskéit felkapva vagy elmozdítva elszállítja a szél. A szél talajmozgató hatására új felszíni formák képződnek: szélfodrok, szélbarázdák, garmadák, valamint buckák.

Szélfodrok. Nagyságuk csak néhány centiméter, elhelyezkedésük a vízfelszín hullámaihoz hasonló. A fodrok iránya a felszínt alakító szél irányára merőleges. Általában növényzettel nem borított, szabad felszíneken jönnek létre, száraz, majdnem egyenletes szemcséjű homokból.

Szélbarázdák. Jelentősen nagyobb méretűek, néhány m-esek lehetnek. Megnyújtott mélyedések, hossztengelyük a szél irányával párhuzamos. Könnyen felismerhetők arról, hogy a barázdák fenekén nagyobb szemű talajalkotórészek, apró kavicsok vagy mészkiválások maradnak vissza.

A szélbarázdák úgy képződnek, hogy a homokfelszín felett valamilyen oknál fogva koncentrálódik a szél, és mintegy csatornát képezve, irányának megfelelően a hosszanti vonal mentén felkapja és elszállítja az apróbb talajrészeket.

Homokbuckák. A szél lerakódásának nagyobb formái a garmadák, a különböző típusú buckák és a dűnék, amelyeket népiesen összefoglalva homokbuckáknak nevezünk. Nagyságuk eléri a néhány métert, sőt hazai viszonyok között, kivételes esetekben 10–20 m szintkülönbség is kialakul keletkezési területükön. A homokdűnék hazánkban általában torzult parabola alakúak, hossztengelyükkel az uralkodó szélirányt követik, rendszerint aszimetrikusak. A homok mozgásának irányában különböző meredekségűek a lejtők. A szél felőli oldalon a lejtők lankásabbak, ahol a szél leejti a homokszemcséket, meredekebbek.

Lepelhomok. Ugyancsak a szél által szállított homok lerakódásának formái közé tartozik a lepelhomok. Ismertetőjele, hogy 1–2 m mélységben megtalálhatók – a valamikor felszínt alkotó – talajszintek vagy löszszintek. A lepelhomok felszíne általában sík, és jelenlétéről csak a talaj mélyebb rétegeinek feltárása útján tájékozódhatunk.

A talajszemcsék mozgása

A szél talajpusztító hatásában részt vevő folyamatok – amelyek a leírt formákat létrehozzák – a mozgás módját, jellegét illetően eltérnek egymástól. Megkülönböztetünk gördülő, pattogó és lebegő mozgást.

Gördülő mozgás. A felszíni kúszás és a gördülés abban az esetben következik be, ha a szél sebességéhez és energiájához viszonyítva túl súlyosak a talaj részecskéi, ezért a szél nem tudja fölemelni őket. A mozgás alapjául szolgáló energia egyrészt a szél sebességétől származik, másrészt a szél által felragadott és szállított apróbb talajrészecskék ütközéséből. Ezek a föld felszínére esve mozgási energiájuk egy részét annak a testnek – jelen esetben a talajszemcsének – adják át, amelyhez hozzáütődnek. Az ütközés ereje rendszerint a talajszemcse elfordulását, gördülését idézi elő, mivel nem a középpontjában éri azt. A gördülő mozgás általában a 0,5–0,2 mm nagyságú tömör homokszemek vagy az annál nagyobb méretű, porózus talajmorzsák sajátossága. Természetesen az e mozgásforma által jellemzett szemcsék mérete az adott szélsebességtől is függ.

Pattogó mozgás. A másik jellegzetes mozgásforma a talajszemcsék pattogó vagy – nem egészen helyesen mondva – ugráló mozgása. Ennek a mozgásformának az a lényege, hogy a talajszemcsék, elhagyva a talajfelszínt, hosszabb-rövidebb utat tesznek a levegőben. A felszínre visszaesve, ott a rugalmas testek ütközésének törvényszerűsége alapján újból a magasba pattannak, meglökve a felszínen lévő talajszemeket, vagy mozgási energiájukat jórészt elveszítve gördülő mozgást végeznek tovább. A pattogás által a levegőben megtett út hossza néhány centimétertől 1–2 m-ig terjedő távolság lehet. Ez a mozgásforma általában a 0,05–0,2 mm átmérőjű tömör homokszemcsék vagy az annál valamivel nagyobb méretű apró talajmorzsák sajátja.

Lebegés. A szél által előidézett talajpusztulás harmadik mozgásformája a lebegés. Ennek során a talajról felragadott vagy a pattogó mozgás által levegőbe jutott szemcsék – többnyire finom porrészecskék – hosszabb ideig maradnak a levegőben. Előfeltétele, hogy a talajfelszín közelében lévő, kisebb sebességű és egyenletes szélmozgásból a magasabb légrétegekre jellemző, örvénylő, fölfelé áramló légrétegbe jussanak a szemcsék. Az ilyen örvénylő légáramlatok sebessége függőleges irányban legalább 3–5 km/h. Ez a sebesség szükséges ahhoz, hogy a porrészecskéket vagy az apró szemcsékké összeállt agyagot, a szerves anyaggal összetapasztott kollidokat felemelje és nagyobb távolságra szállítsa a szél.

A lebegésre képes szemcsék kialakulását kismértékben a gördülő, nagyobb mértékben a pattogó talajmozgás is elősegíti. A gördülés által súrlódó, valamint a pattogás által ütődő szemcsék vagy morzsák felületéről kisebb részecskék válnak le, melyek megfelelő körülmények között lebegésre képesek.

Lavinahatás. A defláció folyamatának egyik lényeges tényezője a lavinahatás. Minél hosszabb úton hat a szél a talajpusztulásnak kitett talajfelszínre, annál inkább hatványozódik a talajpusztulás. Minél hosszabb a szél hatásának vonala, annál többször ütődnek az egyes részecskék a felülethez, így több szemcse kerül mozgásba, és nagyobb a valószínűsége a szemcsék aprozódásának. A szemcsék kinetikus energiája – a gördülés és a pattogás folyamán – mind több és több talajrészt mozgat meg. A hatásoknak ez a halmozása nevezhető összefoglaló néven lavinahatásnak. A defláció által sújtott terület szél felőli részén ezért jelentéktelen a talajmozgás, a szél irányában viszont a távolsággal arányosan nő, míg eléri azt a maximumot, amely megfelel a szél által szolgáltatott energiának. Ez a maximum a talaj tulajdonságaitól és állapotától függően különböző lehet. Minél jobban hajlamos egy talaj a deflációra, és minél több feltétel segíti elő a defláció érvényesülését, annál nagyobb a talajpusztulás lavinaszerű növekedésének üteme, így annál rövidebb az a távolság, amelynél a folyamat eléri a maximális talajmozgást.

A defláció folyamán levegőbe került talajrészecskék és a levegő között fellépő súrlódás, a részecskék egymással való ütközése következtében elektromos erők keletkeznek. Ennek hatására egyrészt a repülő részecskék, másrészt a felszín nyer elektromos töltést, ami a lebegést, valamint a lerakódást segíti vagy gátolja, aszerint, hogy azonos vagy különböző a részecskék és a felszín töltése.