Сельское хозяйство измельчает землю быстрее, чем древние ледниковые покровы

Немногие силы могут сравниться с эрозионной силой ледника. Около 20 000 лет назад, во время последнего ледникового максимума, Лаврентийский ледяной щит покрыл большую часть Северной Америки, вырывая землю и вырезая Великие озера. Но исследование, опубликованное в журнале Geology, показывает, что поселенцы за последние 150 лет изменили ландшафт гораздо сильнее, выгребая землю в 12 раз быстрее, чем Лаврентид и последующие тихие тысячелетия. Ученые говорят, что на карту поставлен не только ландшафт. На карту поставлена ​​наша еда.

«Сельскохозяйственная эрозия — одно из самых недооцененных, но при этом глубоких воздействий человека на окружающую среду. Как долго мы позволим системе работать в условиях дефицита, прежде чем она нас догонит?» — говорит Дэвид Монтгомери, геолог из Вашингтонского университета, не принимавший участия в исследовании. «Это исключительный набор данных, который связывает поворотный момент в геологической истории с современной эпохой».

Новое исследование, основанное на записях осадочных пород в речной долине Миннесоты, дополняет растущий консенсус на Среднем Западе и в Северной Америке в целом о том, что европейское поселение глубоко сформировало континент. Работа сосредоточена на Верхней долине реки Миссисипи в штате: водоразделе, который пережил неустойчивую, необычайную эрозию во время Пыльной бури 1930-х годов. Например, в небольшом фермерском городке Бивер наводнения неоднократно смывали осадочные породы на улицы — 28 раз только в 1938 году. К 1940 году, когда до 4,5 метров осадочных пород почти погребли здания, жители покинули свой город, поскольку штат превратил землю в заповедник.

Ранние исследования возлагали вину за неудачи Бивера на плохие методы ведения сельского хозяйства и другие практики землепользования. Но за прошедшие десятилетия исследователи не смогли полностью количественно оценить вклад людей в историческую эрозию Миннесоты, поскольку у них не было доисторической базы.

Так, геолог из Дартмутского колледжа Шанти Пенпраз и ее коллеги взяли образцы речных террас — лестничных остатков древних пойм — в Траут-Крик, водном пути в долине реки Верхняя Миссисипи, который находится сразу за бывшим краем Лаурентида. Объединив два разных метода, команда оценила, насколько быстро размывался водораздел Траут-Крик и когда осадок был погребен в близлежащей пойме.

Один из методов, оптически стимулированная люминесценция, отслеживает, когда каждый образец в последний раз видел солнечный свет, фиксируя время его захоронения в пойме. Другой, известный как космогенный радионуклидный анализ, помогает определить, как быстро материал размывался с окружающих склонов холмов над речными террасами. Когда высокоэнергетические частицы из космоса, известные как космические лучи, падают на поверхность Земли, они вызывают накопление радиоактивного изотопа бериллия-10 в отложениях склонов холмов.

Чем дольше эти отложения остаются открытыми, тем больше бериллия-10 они собирают, как кусок мяса, накапливающий уголь, пока он медленно жарится на вертеле. Отложения, которые задерживаются на поверхности, легко накапливают бериллий-10, но в быстро разрушающемся материале изотоп относительно скуден. «Это похоже на приготовление куриной шаурмы», — говорит Пенпраз, заимствуя аналогию у своего бывшего коллеги Джеффри Кванга. «Во время обеденного ажиотажа мясо режется быстрее, чем оно успевает жариться».

Полученная временная шкала показывает, что в Траут-Крик естественная эрозия достигла пика во время максимального распространения Лаврентида около 22 000 лет назад, составляя в среднем 0,071 миллиметра в год — примерно толщину человеческого волоса. По мере таяния тундры, отступления ледников и возвращения лесов эрозия замедлилась до всего лишь 0,05 миллиметра в год и оставалась низкой на протяжении тысячелетий.

Ситуация резко изменилась в конце 1800-х годов, когда поселенцы вырубили леса, распахали прерии и ввели в регионе монокультурное земледелие (или выращивание одной культуры). Предыдущие исследования показали, что скорость эрозии взлетела почти до 4 миллиметров в год — 60-кратный скачок, который сам по себе может быть заниженной оценкой. Пенпраз и ее коллеги остановились на более консервативной скорости эрозии после заселения в 0,6 миллиметра в год, что все еще в 8–12 раз выше средних показателей ледникового периода.

«Менее чем за 200 лет мы изменили землю примерно в 10 раз быстрее, чем это было в ледниковый период», — говорит соавтор исследования Эндрю Викерт, геолог из Университета Миннесоты Twin Cities. «Люди были здесь с тех пор, как отступил лед, но мы не видим значительной эрозии, пока не началось пахотное земледелие».

Ученые предупреждают, что это не просто исторический подсчет. Несмотря на многочисленные достижения в сельскохозяйственной практике со времен Пыльной бури, включая использование покровных культур, методов нулевой обработки и контурной вспашки, современная эрозия все еще намного превышает естественные, доисторические показатели. Министерство сельского хозяйства США считает до 1 миллиметра эрозии в год допустимым: уровень, который в 14 раз превышает пиковые показатели ледникового покрова Траут-Крик.

Современные уровни эрозии могут вызвать проблемы, лишая плодородный верхний слой почвы, засоряя водные пути и ослабляя способность почвы удерживать влагу и связывать углерод, говорит Уильям Рапук, геолог из Университета Савойя-Монблан, который не принимал участия в исследовании. Возможно, самое главное, что эксперты предупреждают, что под угрозой находится долгосрочная продовольственная безопасность. «Почва, — говорит Рапук, — это то, где мы развиваем наши общества».