Введение
Дюна – это форма рельефа, образованная ветром или водой из рыхлого песка. Обычно она имеет вид холма, вала или гряды. Территория, покрытая дюнами, называется дюнной системой или дюнным комплексом. Крупный дюнный комплекс именуется дюнным полем, а обширные, плоские участки, засыпанные ветром песком или дюнами с редкой или отсутствующей растительностью, называются эргами или песчаными морями. Дюны различаются по форме и размеру, но большинство из них имеют более протяженную сторону, обращенную к ветру (сторона стоса), где песок наносится и поднимается вверх, и более короткую – подветренную сторону (сторона ли). Впадина или желоб между дюнами называется дюнной ложбиной. Дюны наиболее распространены в пустынных условиях, где недостаток влаги препятствует росту растительности, которая могла бы помешать их формированию. Однако песчаные отложения встречаются не только в пустынях, но и вдоль морских побережий, по руслам рек в полузасушливых климатах, в районах вымывания ледниковых отложений, а также в местах, где рыхлый песчаник распадается, образуя значительные запасы сыпучего песка. Подводные дюны формируются под воздействием течения воды (флювиальных процессов) на песчаных или галечных ложах рек, эстуариев и морского дна. В некоторых прибрежных зонах имеются один или несколько параллельных береговой линии валов дюн, расположенных непосредственно за пляжем. В большинстве случаев дюны играют важную роль в защите суши от разрушительного воздействия штормовых волн. Иногда для защиты прибрежных территорий возводят искусственные дюны. Динамическое воздействие ветра и воды может приводить к перемещению дюн, что может иметь серьезные последствия. Например, город Евкла в Западной Австралии был перенесен в 1890-х годах из-за дюнного дрейфа. Современное слово «дюна» пришло в английский язык из французского около 1790 года, а из него – из средненидерландского dūne, обозначающих отложения одного и того же типа. Обычно дюны определяются как образования высотой более 7 см и могут иметь рябь, в то время как рябь – это отложения высотой менее 3 см. Драа – это очень крупная эоловая форма рельефа, протяженностью в несколько километров и высотой от десятков до сотен метров, на которой могут накладываться дюны. Дюны состоят из песчинок и могут включать кварц, карбонат кальция, снег, гипс или другие материалы. Сторона дюны, обращенная к ветру, называется стороной стоса, а подветренная – стороной ли. Песок поднимается вверх по стороне стоса путем ползания или скачков, а затем сползает вниз по стороне ли. Сторона дюны, по которой сползает песок, называется склоном (или осыпью). Формула Багнольда определяет скорость транспортировки частиц.
A dune is a landform composed of wind or water driven sand. It typically takes the form of a mound, ridge, or hill. An area with dunes is called a dune system or a dune complex. A large dune complex is called a dune field, while broad, flat regions covered with wind swept sand or dunes, with little or no vegetation, are called ergs or sand seas. Dunes occur in different shapes and sizes, but most kinds of dunes are longer on the stoss (upflow) side, where the sand is pushed up the dune, and have a shorter slip face in the lee side. The valley or trough between dunes is called a dune slack. Dunes are most common in desert environments, where the lack of moisture hinders the growth of vegetation that would otherwise interfere with the development of dunes. However, sand deposits are not restricted to deserts, and dunes are also found along sea shores, along streams in semiarid climates, in areas of glacial outwash, and in other areas where poorly cemented sandstone bedrock disintegrates to produce an ample supply of loose sand. Subaqueous dunes can form from the action of water flow (fluvial processes) on sand or gravel beds of rivers, estuaries, and the sea bed. Some coastal areas have one or more sets of dunes running parallel to the shoreline directly inland from the beach. In most cases, the dunes are important in protecting the land against potential ravages by storm waves from the sea. Artificial dunes are sometimes constructed to protect coastal areas. The dynamic action of wind and water can sometimes cause dunes to drift, which can have serious consequences. For example, the town of Eucla, Western Australia, had to be relocated in the 1890s because of dune drift. The modern word "dune" came into English from French around 1790, which in turn came from Middle Dutch dūne. which are all deposits of the same type of materials. Dunes are generally defined as greater than 7 cm tall and may have ripples, while ripples are deposits that are less than 3 cm tall. A draa is a very large aeolian landform, with a length of several kilometers and a height of tens to hundreds of meters, and which may have superimposed dunes. Dunes are made of sand sized particles, and may consist of quartz, calcium carbonate, snow, gypsum, or other materials. The upwind/upstream/upcurrent side of the dune is called the stoss side; the downflow side is called the lee side. Sand is pushed (creep) or bounces (saltation) up the stoss side, and slides down the lee side. A side of a dune that the sand has slid down is called a slip face (or slipface). The Bagnold formula gives the speed at which particles can be transported.
Эолийские дюны
Известно пять основных типов дюн: серповидные, линейные, звездчатые, куполообразные и параболические. Области дюн могут существовать в трех формах: простые (изолированные дюны основного типа), составные (более крупные дюны, на которых формируются меньшие дюны того же типа) и комплексные (сочетания различных типов).
Поперечные дюны
Многочисленные барханные дюны могут сливаться в барханоидные гряды, которые затем постепенно переходят в линейные (или слегка извилистые) поперечные дюны, получившие такое название из-за своей ориентации поперек направления ветра, при котором ветер дует перпендикулярно гребню гряды. Некоторые линейные дюны объединяются, формируя сложные Y-образные дюны.
Параболическая
U-образные песчаные гряды с выпуклыми "носами" и вытянутыми "рукавами" являются параболическими дюнами. Эти дюны формируются из выдувных дюн, где эрозия зарастающего песка приводит к U-образной депрессии. Вытянутые "рукава" удерживаются растительностью; самый большой известный "рукав" на Земле достигает 12 км. Иногда эти дюны называют U-образными, выдувными или шпилевидными, и они хорошо известны в прибрежных пустынях. В отличие от серповидных дюн, их гребни направлены вверх по ветру. Основная масса песка в дюне мигрирует вперед. В плане это U- или V-образные холмы хорошо отсортированного, очень мелкого до среднего песка с вытянутыми "рукавами", простирающимися вверх по ветру за центральной частью дюны. На внешней стороне "носа" и на внешних склонах "рукавов" часто встречаются осыпи. Эти дюны часто встречаются в полузасушливых районах, где осадки задерживаются в нижних частях дюны и в нижележащих почвах. Ранее стабильность дюн приписывалась растительному покрову, но недавние исследования указывают на воду как на основной источник стабильности параболических дюн. Растительность, покрывающая их – травы, кустарники и деревья – помогает закрепить затяжные "рукава". Во внутренних пустынях параболические дюны обычно образуются и простираются вниз по ветру от выдувов в песчаных полях, частично закрепленных растительностью. Они также могут образовываться из пляжного песка и распространяться вглубь страны в заросшие участки в прибрежных зонах и на берегах крупных озер. Большинство параболических дюн не достигают высоты более нескольких десятков метров, за исключением их "носа", где растительность останавливает или замедляет продвижение накапливающегося песка. Простые параболические дюны имеют только один набор "рукавов", тянущихся вверх по ветру за ведущим "носом". Составные параболические дюны представляют собой объединенные образования с несколькими наборами затяжных "рукавов". Сложные параболические дюны включают в себя вторичные наложенные или слитые формы, обычно барханоидные или линейные. Параболические дюны, как и серповидные дюны, встречаются в районах, где очень сильные ветры преимущественно однонаправленные. Хотя эти дюны встречаются в районах, характеризующихся переменной скоростью ветра, эффективные ветры, связанные с ростом и миграцией как параболических, так и серповидных дюн, вероятно, наиболее постоянны по направлению. Размер зерен для этих хорошо отсортированных, очень мелких и средних песков составляет примерно от 0,06 до 0,5 мм. Параболические дюны имеют рыхлый песок и крутые склоны только на внешних боках. Внутренние склоны в основном хорошо уплотнены и закреплены растительностью, как и коридоры между отдельными дюнами. Поскольку все "рукава" дюн ориентированы в одном направлении, а междюнные коридоры обычно очищены от рыхлого песка, коридоры обычно можно пересечь между затяжными "рукавами" дюны. Однако пересечь дюну, переходя через затяжные "рукава", может быть очень сложно. Также очень трудно пересечь "нос", поскольку он обычно состоит из рыхлого песка с небольшим количеством или полным отсутствием растительности. Существует тип обширных параболических дюн, лишенных заметных осыпей и состоящих в основном из крупнозернистого песка, известный как зибар. Термин "зибар" происходит от арабского слова, обозначающего "катящиеся поперечные гряды с твердой поверхностью". Дюны небольшие, имеют небольшой рельеф и встречаются во многих местах по всему миру, от Вайоминга (США) до Саудовской Аравии и Австралии. Расстояние между зибарами варьируется от 50 до 400 метров, а их высота не превышает 10 метров. Дюны формируются под углом около девяноста градусов к преобладающему ветру, который уносит мелкий, мелкозернистый песок, оставляя после себя более крупный песок для формирования гребня.
Перевернутые дюны
Везде, где ветер периодически меняет направление, встречаются дюны обратного типа, которые могут иметь любую из вышеуказанных форм. Эти дюны обычно характеризуются основными и второстепенными осыпями, ориентированными в противоположных направлениях. Второстепенные осыпи, как правило, временные, поскольку формируются после смены направления ветра и обычно разрушаются при возобновлении преобладающего ветра. Достигнув определенного размера, драа обычно приобретает наложенные формы дюн. Считается, что они более древние и медленно перемещаются по сравнению с более мелкими дюнами.
Прибрежные дюны
Прибрежные дюны формируются, когда влажный песок откладывается вдоль побережья, высыхает и переносится ветром по пляжу. Дюны образуются там, где пляж достаточно широк для накопления песка, переносимого ветром, и где преобладающие прибрежные ветры направляют песок вглубь суши. Три ключевых фактора для формирования прибрежных дюн – это большой запас песка, ветры для перемещения этого запаса и место для его накопления. Препятствия, такие как растительность, галька и т.п., замедляют ветер и способствуют отложению песчинок. Эти небольшие “зарождающиеся дюны” или “теневые дюны” обычно растут вверх, если препятствие, замедляющее ветер, также способно расти вертикально (например, растительность). Прибрежные дюны расширяются в стороны за счет бокового роста прибрежных растений посредством семян или корневищ. Модели прибрежных дюн показывают, что их конечная равновесная высота связана с расстоянием между линией воды и границей распространения растительности. Прибрежные дюны классифицируются в зависимости от места их формирования или начала развития. Обычно дюны объединяют в первичную и вторичную группы. Различные регионы мира характеризуются уникальными формами дюн, обусловленными особенностями их береговой линии. Прибрежные песчаные дюны могут обеспечивать уединение и служить средой обитания для местной флоры и фауны. В прибрежных песчаных дюнах обитают песчаные змеи, ящерицы, грызуны и разнообразные насекомые. Часто обсуждают растительность песчаных дюн, не учитывая их важность для животных. Кроме того, некоторые животные, такие как лисы и дикие свиньи, используют прибрежные дюны как охотничьи угодья. Птицы также используют прибрежные дюны для гнездования. Все эти виды считают прибрежную среду песчаных дюн жизненно важной для выживания. Со временем на прибрежные дюны могут влиять тропические циклоны или другие сильные штормы, в зависимости от их местоположения. Недавние исследования показывают, что прибрежные дюны эволюционируют к высокой или низкой морфологии в зависимости от скорости роста дюн по отношению к частоте штормов. Во время шторма дюны играют важную роль в уменьшении энергии волн при движении к берегу. В результате прибрежные дюны, особенно в зоне переднего вала, подвергающиеся воздействию штормового нагона, отступают или разрушаются. Для смягчения ущерба от тропической активности на прибрежных дюнах отдельные ведомства могут предпринимать краткосрочные меры после шторма, такие как установка ограждений для помощи в накоплении песка. Степень эрозии дюны во время штормового нагона зависит от ее местоположения на береговой линии и профиля пляжа в определенный сезон. В районах с суровыми зимами пляж летом приобретает более выпуклую форму из-за более спокойных волн, в то время как зимой он может стать более вогнутым. Следовательно, прибрежные дюны зимой разрушаются быстрее, чем летом. Обратное верно для районов с суровой летней погодой. Существует множество угроз для этих прибрежных экосистем. Некоторые прибрежные дюны, например, в Сан-Франциско, были полностью изменены в результате урбанизации, переформированы для нужд человека. Это ставит под угрозу местные виды. Другая опасность, особенно в Калифорнии и Великобритании, – это интродукция инвазивных видов. Растения, такие как Carpobrotus edulis, были завезены из Южной Африки для стабилизации дюн и получения декоративных преимуществ, но вместо этого распространились, вытесняя местные виды. Ammophila arenaria, известная как европейский песчаник, имеет схожую историю, хотя и не обладает декоративными качествами. Она хорошо покрывает почву и, как и предполагалось, стабилизировала дюны, но непреднамеренно препятствовала процветанию местных видов. Примером является дюновое поле в Пойнт-Рейес, Калифорния. В настоящее время предпринимаются усилия по избавлению от обоих этих инвазивных видов.
Экологическая преемственность на прибрежных дюнах
Когда формируется дюна, происходит сукцессия растений. Условия на зародышевых дюнах суровые: соляные брызги из моря переносятся сильными ветрами. Дюна хорошо дренирована и часто сухая, состоит из карбоната кальция, образовавшегося из ракушек. Разлагающиеся морские водоросли, приносимые штормовыми волнами, добавляют питательные вещества, позволяя пионерным видам колонизировать дюну. Например, в Соединенном Королевстве к этим пионерам часто относятся песчаница обыкновенная, лисохвост морской и другие морские травы. Эти растения хорошо приспособлены к суровым условиям передней дюны, обычно имея глубокие корни, достигающие уровня грунтовых вод, азотфиксирующие корневые клубеньки и защищенные устьица, снижающие транспирацию. Кроме того, глубокие корни связывают песок, и дюна растет в переднюю дюну по мере того, как на траву наносится все больше песка. Травы обогащают почву азотом, что позволяет другим, менее выносливым растениям колонизировать дюны. Обычно это вереск, эрика и шиповник. Они также приспособлены к низкому содержанию воды в почве и имеют мелкие, колючие листья, уменьшающие транспирацию. Вереск добавляет в почву гумус и обычно замещается хвойными деревьями, которые могут переносить низкий pH почвы, вызванный накоплением и разложением органического вещества с выщелачиванием нитратов. Хвойные леса и вересковые пустоши – типичные климаксные сообщества для систем песчаных дюн. Молодые дюны называют желтыми, а дюны с высоким содержанием гумуса – серыми. На дюнах происходит выщелачивание, смывающее гумус в понижения, и эти понижения могут быть гораздо более развитыми, чем открытые вершины дюн. Именно в понижениях обычно развиваются более редкие виды, и почва дюнных понижений склонна к переувлажнению, где могут выживать только болотные растения. В Европе к ним относятся: ива ползучая, пушица, желтый ирис, тростник и камыш. Что касается позвоночных в европейских дюнах, то здесь иногда размножаются остромордые лягушки.
Гипсовые дюны
В пустынях, где большое количество известняковых гор окружает замкнутую впадину, как, например, в Национальном парке Белые Пески в южно-центральной части Нью-Мексико, случайные стоки после дождей переносят растворенный известняк и гипс в понижение внутри впадины, где вода испаряется, отлагая гипс и формируя кристаллы, известные как селенит. Кристаллы, оставшиеся после этого процесса, подвергаются ветровой эрозии и откладываются в виде обширных белых дюнных полей, напоминающих покрытые снегом ландшафты. Такие дюны встречаются редко и формируются только в замкнутых аридных впадинах, удерживающих легкорастворимый гипс, который в противном случае был бы вынесен в море.
Дюны Набха
Набха, или бархан-кустарник, – это небольшая дюна, закреплённая растительностью. Обычно они свидетельствуют об опустынивании или эрозии почвы и служат местами для гнездования и нор животных.
Субводные дюны
Подводные дюны формируются на песчаном или гравийном ложе под воздействием водного потока. Они широко распространены в естественных руслах, таких как реки и устья, а также образуются в искусственных каналах и трубопроводах. Дюны перемещаются вниз по течению за счет эрозии наклонной поверхности выше по течению и отложения осадка на наветренном или подветренном склоне, что характерно для формирования рельефа дна. В случае подводных барханных дюн, осадок теряется по их краям, называемым рогами. Эти дюны чаще всего образуют непрерывную "цепь" дюн, демонстрируя значительное сходство по длине волны и высоте. Форма дюны предоставляет информацию об условиях ее образования. Например, реки формируют асимметричные ряби, с более крутым склоном, обращенным вниз по течению. Сохранившиеся в осадочных породах геологической летописи ряби позволяют определить направление течения и, следовательно, источник осадков. Дюны на дне русла значительно увеличивают сопротивление потоку, и их присутствие и рост играют важную роль в возникновении речных наводнений.
Литифицированные дюны
Литифицированная (консолидированная) песчаная дюна – это тип песчаника, образующийся при уплотнении и затвердевании морской или эоловой песчаной дюны. После этого вода, проходящая сквозь породу, может переносить и откладывать минералы, изменяя её цвет. Перекрестно-слоистые структуры, образованные наслоениями литифицированных дюн, создают характерный рисунок, подобный тому, что можно увидеть в Национальном парке Сион на западе Соединенных Штатов. В юго-западных штатах США для обозначения консолидированных и затвердевших песчаных дюн используется сленговый термин "slickrock", название, данное пионерами Дикого Запада из-за того, что стальные обода их повозок не могли обеспечить сцепление с этой породой.
Опустынивание
Песчаные дюны могут оказывать негативное воздействие на людей, когда они вторгаются в зоны их обитания. Дюны перемещаются несколькими способами, всем из которых способствует ветер. Один из способов перемещения дюн – это сальтация, когда песчинки перескакивают по поверхности, подобно отскакивающему мячу. При приземлении эти частицы могут сталкиваться с другими, приводя их в движение посредством процесса, известного как ползучесть. При несколько более сильном ветре частицы сталкиваются в воздухе, образуя листовые потоки. Во время крупных пыльных бурь дюны могут перемещаться на десятки метров благодаря этим потокам. Также, как и в случае со снегом, песчаные обвалы, сползающие по подветренной стороне дюн – той, что обращена от ветра – также способствуют их перемещению. Песок представляет угрозу для зданий и сельскохозяйственных культур в Африке, на Ближнем Востоке и в Китае. Пропитка дюн нефтью останавливает их миграцию, но этот метод использует ценные ресурсы и оказывает разрушительное воздействие на среду обитания дюн. Песчаные ограждения могут значительно замедлить их движение, однако геологи продолжают анализировать результаты, чтобы определить оптимальную конструкцию. Предотвращение захвата дюн городами, поселками и сельскохозяйственными угодьями стало приоритетной задачей Программы ООН по окружающей среде. Посадка растительности на дюнах также способствует их стабилизации.
Сохранение
В дюнах создаются экологические ниши для высокоспециализированных растений и животных, включая множество редких видов и некоторые находящиеся под угрозой исчезновения. В связи с расширением ареала расселения человека, дюны подвергаются разрушению из-за застройки и рекреационного использования, а также изменению рельефа для предотвращения заноса песком населенных территорий. Ряд стран, в частности, США, Австралия, Канада, Новая Зеландия, Великобритания, Нидерланды и Шри-Ланка, разработали масштабные программы защиты дюн посредством стабилизации песчаных дюн. В Великобритании был разработан План действий по сохранению биоразнообразия для оценки утраты дюн и предотвращения их дальнейшего разрушения.
Самые высокие дюны в мире
+ Примечание: Данная таблица частично основана на оценках и неполных данных. Высота дюны от основания в футах/метрах Высота от уровня моря в футах/метрах Местоположение ПримечанияДюна Федерико Кирбуса≈4,035/1,230 ≈9,334/2,845 Больсон-де-Фиамбала, Фиамбала, провинция Катамарка, Аргентина Самая высокая в миреCerro Blanco≈3,860/1,176 ≈6,791/2,080 Провинция Наска, регион Ика, Перу Самая высокая в Перу, вторая по высоте в миреДюны Бадаин-Джаран ≈1,640/500 ≈6,640/2,020 Пустыня Бадаин-Джаран, Алашанская равнина, Внутренняя Монголия, Пустыня Гоби, Китай Самые высокие стационарные дюны в мире и самые высокие в АзииДюна Ригалан-Ейлан ≈1,542/470 ≈3,117/950 Пустыня Лут, Керман, Иран Самое жаркое место на Земле (Гандам Бериан)Средняя высота дюн в самой большой области 1,410/430? ≈6,500/1,980? Исауан-н-Тифернин, Алжирская Сахара Самая высокая в АфрикеBig Daddy/Dune 7 (Big Mama?) 1,256/383 ≈1,870/570 Дюны Соссусфлей, пустыня Намиб, Намибия / Около Уолвис-Бей, пустыня Намиб, Намибия Согласно министерству окружающей среды и туризма Намибии – самая высокая дюна в миреMount Tempest ≈920/280 ≈920/280 Остров Мортон, Брисбен, Австралия Самая высокая в АвстралииStar Dune >750/230 ≈8,950/2,730 Национальный парк и заповедник Великих песчаных дюн, Колорадо, США Самая высокая в Северной АмерикеДюна Пила ≈345/105 ≈699/130 Залив Аркашон, Аквитания, Франция Самая высокая в ЕвропеMing Sha Dunes ? 5,660/1,725 Оазис Дунхуан, пустыня Такла-Макан, Ганьсу, Китай Дюна Меданосо ≈1805/550 ≈5446/1,660 Пустыня Атакама, Чили Самая высокая в Чили
Инопланетные дюны
Дюны, вероятно, встречаются в любой среде, где есть существенная атмосфера, ветры и переносимая пыль. Дюны широко распространены на Марсе и в экваториальных регионах Титана. Дюны Титана включают в себя обширные участки с преобладающей длиной около 20–30 км. Эти регионы не ограничены рельефом и напоминают песчаные моря. Эти дюны интерпретируются как продольные, с гребнями, ориентированными параллельно преобладающему направлению ветра, которое обычно указывает на западный – восточный поток. Песок, вероятно, состоит из частиц углеводородов, возможно, с примесью водяного льда. Дюны – популярная тема в научной фантастике, появляющаяся в изображениях засушливых пустынных планет, начиная с фильма 1956 года «Запретная планета» и романа Фрэнка Герберта «Дюна» 1965 года. Окружающая среда пустынной планеты Арракис (также известной как Дюна) во вселенной «Дюна» в свою очередь вдохновила вселенную «Звёздных войн», которая включает в себя заметную тему дюн на вымышленных планетах, таких как Татуин, Геоносис и Джакку.