5. Механізм дії вітрової ерозії

Руйнування ґрунту вітром – фізичний процес, що відбувається при взаємодії повітряного потоку з поверхнею ґрунту. Інтенсивність даного процесу залежить від швидкості вітру та стану поверхні ґрунту.

На висоті 0,2-0,4 мм від поверхні ґрунту (штилевий шар) швидкість потоку повітря практично дорівнює нулю. Зі збільшенням висоти вона стрімко зростає.

Швидкість вітру, при якій починається рух ерозійно небезпечних фракцій ґрунту, називається критичною, або пороговою. Для ґрунтів важкого гранулометричного складу характерні більш високі порогові швидкості вітру.

Ступінь дії повітряного потоку на частки ґрунту визначається їх розміром та масою. Мікроагрегати та елементарні ґрунтові частки розміром 0,1-0,5 мм виділяються із штилевого шару та пересуваються стрибками, обертаючись з частотою 200-1000 об/с. Агрегати більшого розміру (0,5-1 мм) перекочуються або ковзають по поверхні ґрунту. Під час руху вони вдаряються один з одним, розбиваються, збільшуючи кількість часток, найбільш агресивних в ерозійному відношенні (розмір від 0,1 до 0,5 мм).

Частки за розміром менш 0,1 мм, знаходячись у штилевому шарі, не можуть бути відірваними і піднятими вітром. У потік рухомого повітря вони потрапляють виштовхуванням крупнішими рухомими частками. Після підняття в повітря швидкість падіння цих часток стає дуже малою, і вони можуть тривалий час перебувати в завислому стані. В цьому і полягає основна причина перенесення їх на значні відстані.

Початковий рух часток ґрунту здійснюється внаслідок їх підняття під дією сил, що виникають при зростанні швидкості повітряного потоку під час охоплення ним криволінійної поверхні грудочок ґрунту.

Під час перекочування частки ґрунту по поверхні її верхня частина рухається значно швидше, ніж вітер, при цьому нижня частина рухається у протилежному напрямі. Оскільки повітря біля поверхні частки обертається разом з нею, вище частки виникає парціальний вакуум, а під ним повітря стискується. Обидві ці зміни тиску намагаються підняти частку, що підстрибує у повітря майже вертикально, але інерція горизонтального руху примушує її підніматися під кутом 75-90°. Частки піднімаються на висоту 15-30 см, а інколи на 60 і навіть 90 см. З підняттям у повітря обертання навколо осі сповільнюється, і частка надходить у шари зі значно більшою швидкістю вітру. Втративши таким чином вертикальний імпульс, частка переноситься у потоці повітря, поступово повертаючись на поверхню ґрунту по довгій похилій траєкторії і вдаряючись об ґрунт з великою силою. Кут падіння частки на поверхню ґрунту становить 6-12°.

Отже, найбільш ерозійно небезпечними є фракції розміром від 0,1 до 0,5 мм, тому що їм властивий стрибкоподібний рух у повітряному потоці. Це найактивніша частина механічних часток і агрегатів, що обумовлює руйнування ґрунту, засікання, видування, засиплення та загибель рослин, а також загибель комах, птахів і дрібних диких тварин.

Вітрова ерозія є лавиноподібним активним процесом, що має велику руйнівну силу. Якщо пилоповітряний потік з поля, що зазнає ерозії, перекидається на сусідні, вони теж починають еродувати під дією часток ґрунту, що містяться в повітряному потоці. Лише пізнавши сутність походження, механізм дії і принципи, що породжують вітрову ерозію, можна успішно вести боротьбу з нею.

Порогова швидкість вітру, при якій починається пилова буря, залежить від виду ґрунту, його структурності, гумусованості, гранулометричного складу, а також від пори року. Для конкретного ґрунту порогова швидкість вітру залежить від дефіциту вологості повітря

Між пороговою швидкістю вітру та дефіцитом вологості повітря існує обернений зв'язок з коефіцієнтом кореляції г, який дорівнює -0,95. Таким чином, можна визначити, за якої швидкості вітру починається пилова буря через цей дефіцит вологості, що важливо для прогнозування пилових бур. Цей зв'язок пояснює, чому в різні періоди року пилова буря починається при різній швидкості вітру. Коли вологість повітря більш висока, дефіцит її низький, пилові бурі починаються при швидкості вітру 15—20 м/с. Якщо ж вологість повітря низька, різко зростає її дефіцит, і тоді, пилова буря може початися при швидкості вітру 3-5 м/с. Такі явища нерідко спостерігаються влітку в середині дня, коли, здавалося б при штильовому вітрі, на паровому полі виникає пилова буря.