Эрозионное изнашивание: 4.10 Эрозионное изнашивание

Содержание

4.10 Эрозионное изнашивание

Эрозия в широком понятии — процесс поверхностного разрушения вещества под воздействием внешней среды. В машиностроении эрозия имеет более узкое понятие, разрушение поверхности материалов вследствие механического воздействия высокоскоростного потока жидкости, газа или пара. Разрушение металлов под действием электрических зарядов также относится к эрозии.

Эрозионное воздействие высокоскоростного потока жидкости, газа или пара в чистом виде слагается из трения сплошного потока и его ударов о поверхность.

В результате трения происходит расшатывание и вымывание отдельных объемов материала. В зависимости от свойств материала возможны вырывы отдельных объемов или групп зерен. Жидкость, внедряясь при ударах в образовавшиеся микротрещины, ведет себя подавно клину, раздвигая боковые стенки.

Если поток содержит абразивные частицы, то изнашивание становится эрозионно-абразивным.

Схватывание — явление прочного соединения металлов в результате взаимного трения или совместного деформирования при температуре ниже температуры рекристаллизации.

При этом образуются прочные металлические связи в зонах непосредственного контакта поверхностей. В местах схватывания исчезает граница между соприкасающимися телами, происходит сращивание одно- разноименных металлов.

На образовании прочных металлических связей между двумя заготовками основаны такие технологические процессы, как кузнечно-прессовая сварка, контактная сварка сопротивлением плакирование методом горячей прокатки. Но в отличие от сваривания эти процессы характеризуются соединением металлов при значительном давлении и при температуре выше температуры рекристаллизации.

На явлении схватывания базируются технологические процессы холодной сварки металлов.

Сущность схватывания: если приложить нагрузку к двум соприкасающимся металлическим поверхностям, то в результате контакта ( на расстояниях порядка межатомных) произойдет схватывание поверхностей с выделением энергии.

Если у одного и того же металла контактирует два кристаллита с одинаковой ориентацией, т. е. с параллельным расположением кристаллографических плоскостей, то произойдет их простое сращивание в один общий кристаллит.

Если же контактируют два кристаллита с различной ориентацией, то между ними образуется переходная зона. Для образования переходной зоны используется поверхностная энергия, высвобождающаяся в результате перестройки структуры. При этом образуются узлы сваривания.

Процесс возникновения и разрушения узлов сваривания видоизменяется в зависимости от контактирующих деталей, их материалов и режимов трения. При контакте двух тел могут происходить вырывы материала в макро-, микро- и субмикроскопических частиц с одной поверхности и перенос их на другую поверхность. При дальнейшем контакте приваренные частицы срабатываются, вырываются и уносятся из зоны трения. При этом интенсивности изнашивания будет различной. При эксплуатации машин для качественной оценки степени повреждений поверхностей используются следующие термины:

Натир — участок поверхности трения, отличающийся по цвету от прилегающих участков и испытывающий наибольшее давление. Натир бывает светлым (результат сглаживания микронеровностей поверхности или образования мельчайших рисок в направлении скольжения) и темного цвета ( результат местных повышенных температур и образования окисных пленок). Натиры могут образовываться при любом виде изнашивания.

Задир – наиболее яркая форма проявления схватывания. Образуются широкие и глубокие борозды с неровными краями, иногда слившиеся; присутствую крупные наросты; возможно оплавление поверхности. Может произойти полное заклинивание деталей.

ᐉ Виды изнашивания

Изнашивание деталей сопровождается сложными физико-химическими явлениями. Скорость изнашивания зависит от материала и качества трущихся поверхностей, характера контакта и скорости их взаимного перемещения, вида и значения нагрузки, вида трения и смазки, качества смазочного материала и от многих других факторов. В соответствии с ГОСТ 27674-88 установлены следующие виды изнашивания в машинах.

Механическое изнашивание — это изнашивание в результате механических воздействий. Этот вид изнашивания подразделяется на абразивное, гидроабразивное (газоабразивное), гидроэрозионное (газоэрозионное), кавитационное, усталостное, при заедании и при фреттинге.

Абразивное изнашивание — это процесс микропластических деформаций и резания металла твердыми абразивными частицами, находящимися между поверхностями трения, а также в результате непосредственного контактирования с абразивной средой (рабочие органы сельскохозяйственных, мелиоративных и строитель-ных машин, детали ходовой части гусеничных машин и др.).

Гидроабразивное (газоабразивное) изнашивание — результат действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе) и перемещающихся относительно поверхности детали. Этот вид изнашивания характерен для деталей водяных и масляных насосов, гидроусилителей, гидроприводов тормозных систем и др.

Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание — это эрозионное изнашивание в результате действия (трения) потока жидкости (газа) о металл. Этому виду изнашивания подвергаются детали системы охлаждения, системы вентиляции и т. п.

Усталостное изнашивание — механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. Под действием больших удельных повторно-переменных нагрузок, превышающих предел текучести металла, появляются микротрещины, которые развиваются и приводят к усталостному отслаиванию и выкрашиванию частиц металла. Усталостное изнашивание проявляется на поверхностях подшипников качения, зубьев шестерен и т. п.).

Кавитационное изнашивание — механическое изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное высокое удельное давление или температуру, под действием которых происходит разрушение поверхности. Этому виду изнашивания подвержены наружные поверхности гильз цилиндров, стенки рубашки охлаждения, лопасти водяных насосов и т. п.

Изнашивание при заедании — результат схватывания микронеровностей сопрягаемых поверхностей, глубинного вырывания материала и его переноса с одной поверхности на другую. Особенно подвержены этому изнашиванию тяжел она груже нн ые детали (шейки коленчатых и распределительных валов, поршни и т. п.).

Изнашивание при фреттинге возникает в соприкасающихся поверхностях при малых колебательных относительных перемещениях. Этому виду изнашивания подвержены кольца шарико- и роликоподшипников, поверхности деталей при ослаблении резьбовых соединений и т. п.

Изнашивание при действии электрического тока называют электроэрозионным. Оно происходит в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока (электроды свечи, контакты прерывателя — распределителя, клеммы электроприборов и т. п.).

Коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим взаимодействием материала со средой. Это изнашивание подразделяется на окислительное и изнашивание при фретгинг-коррозии.

Окислительное изнашивание характеризуется тем, что основное влияние иа изнашивание имеет химическая реакция металла с кислородом или окислительной средой. Проявляется этот вид изнашивания у деталей подвижных сопряжений, на поверхности которых образуется твердая пленка окислов. При трении происходит выкрашивание пластически недеформируемых хрупких окислов.

Изнашивание при фретпитг-коррозии возникает при трении скольжения с очень малыми колебательными относительными перемещениями. При ударах и вибрации происходит интенсив- вое окисление соприкасающихся поверхностей вследствие резкой активации шгастически деформируемого металла. В результате на рабочих поверхностях в местах контакта появляется резко выраженное разрушение.

Изнашиванию при фретгинг-коррозии подвергаются посадочные поверхности подшипников качения, болтовые и заклепочные соединения рам и другие детали.

Что такое эрозионный износ – определение

Эрозионный износ – это процесс постепенного удаления материала с поверхности мишени из-за повторяющихся ударов твердых частиц. Каждая частица срезает или разрушает небольшое количество материала (называемого износной стружкой) с поверхности. Если это повторяется в течение длительного периода времени, это может привести к значительным материальным потерям.

В целом, износ представляет собой механически вызванное повреждение поверхности, которое приводит к постепенному удалению материала из-за относительного движения между этой поверхностью и контактирующим веществом или веществами. Контактирующее вещество может состоять из другой поверхности, жидкости или твердых абразивных частиц, содержащихся в той или иной форме жидкости или суспензии, такой как, например, смазка. Как и в случае с трением, наличие износа может быть как хорошим, так и плохим. Продуктивный контролируемый износ можно обнаружить в таких процессах, как механическая обработка, резка, шлифовка и полировка. Однако в большинстве технологических применений возникновение износа крайне нежелательно и является чрезвычайно дорогостоящей проблемой, поскольку приводит к износу или даже выходу из строя компонентов. С точки зрения безопасности это часто не так серьезно (или так внезапно), как перелом. Это связано с тем, что износ обычно ожидается.

Определенные характеристики материала, такие как твердость , тип карбида и объемный процент, могут иметь решающее влияние на износостойкость материала в данном применении. Износ , как и коррозия, имеет несколько типов и подтипов, в некоторой степени предсказуем, и его довольно сложно надежно протестировать и оценить в лаборатории или при эксплуатации.

Эрозионный износ

Эрозионный износ представляет собой процесс постепенного удаления материала с поверхности мишени в результате повторяющихся ударов твердых частиц. Частицы, взвешенные в потоке твердожидкостной смеси, размывают смачиваемые каналы, что ограничивает срок службы оборудования системы транспортировки пульпы. Каждая частица разрезает или ломает крошечное количество материала (называемое износ чипов ) с поверхности. Если это повторяется в течение длительного периода времени, это может привести к значительным материальным потерям.

Эрозионный износ характерен для насосов и рабочих колес, вентиляторов, паропроводов и форсунок, на внутренней стороне острых изгибов труб и трубопроводов. Поэтому он является широко распространенным механизмом в промышленности и энергетике. Из-за характера процесса транспортировки трубопроводные системы подвержены износу при транспортировке абразивных частиц.

Эрозионный износ вызывается кинетической энергией, передаваемой поверхности мишени при столкновении с твердыми частицами. Скорость эрозионного износа зависит от ряда факторов. Материальные характеристики частиц, такие как их форма, твердость, скорость удара и угол столкновения, являются основными факторами наряду со свойствами разрушаемой поверхности. Материальные потери материала мишени тем выше, чем выше кинетическая энергия падающей частицы. Таким образом, скорость удара в значительной степени влияет на эрозионный износ материала мишени. Угол столкновения является одним из наиболее важных факторов и широко известен в литературе. Острые кривые или изгибы, как правило, вызывают большую эрозию, чем плавные изгибы.

Эрозионный износ можно разделить на три категории:

Эрозия твердыми частицами. Эрозия твердых частиц представляет собой потерю объема материала из целевого материала из-за продолжающегося столкновения твердых частиц, присутствующих в протекающей жидкости.
Жидкостная ударная эрозия. Продолжающееся попадание струи жидкости на поверхность материала вызывает эрозию ударной жидкости.
Кавитационная эрозия. Когда пар или газ в жидкости образуют полости или пузырьки, вызывающие износ.

Как правило, стойкость к эрозионному износу может быть улучшена за счет увеличения твердости поверхности, использования соответствующих материалов и правильной конструкции изделия. Некоторые конкретные шаги, которые можно предпринять для изменения условий потока, включают: снижение скорости жидкости, устранение турбулентности при несоосности и избежание резких изгибов.

Эрозия – коррозия

Эрозия также может возникать в сочетании с другими формами деградации, такими как коррозия. Это называется эрозией-коррозией. Эрозионная коррозия — это процесс деградации материала из-за комбинированного воздействия коррозии и износа. Почти все текущие или турбулентные агрессивные среды могут вызывать эрозионную коррозию. Механизм можно описать следующим образом:

механическая эрозия материала или защитного (или пассивного) оксидного слоя на его поверхности,
усиленная коррозия материала, если скорость коррозии материала зависит от толщины оксидного слоя.

Износ представляет собой процесс механического разрушения материала, происходящий при трении или соударении поверхностей, в то время как коррозия включает химические или электрохимические реакции материала.

Коррозия может ускорить износ, а износ может ускорить коррозию.

Твердость поверхности и износостойкость

Твердость важна с инженерной точки зрения, поскольку сопротивление износу при трении или эрозии под действием пара, масла и воды обычно увеличивается с увеличением твердости. Если твердость материала выше, чем твердость абразивного материала, скорость износа будет меньше.

Закалка поверхности или поверхностная закалка – это процесс, при котором повышается твердость поверхности (корпуса) объекта, в то время как внутреннее ядро объекта остается эластичным и прочным. После этого процесса повышается твердость поверхности, износостойкость и усталостная долговечность. Это достигается с помощью нескольких процессов, таких как процесс науглероживания или азотирования, при котором компонент подвергается воздействию углеродистой или азотной атмосферы при повышенной температуре. Как уже было сказано, влияют две основные характеристики материала:

Значительно повышена твердость и износостойкость . В материаловедении твердость — это способность выдерживать вмятин на поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапание . Твердость , вероятно, является наиболее плохо определенным свойством материала, поскольку она может указывать на стойкость к царапанью, стойкость к истиранию, стойкость к вдавливанию или даже стойкость к формованию или локализованной пластической деформации. Твердость важна с инженерной точки зрения, потому что сопротивление износу при трении или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.
Прочность не подвергается отрицательному влиянию . Прочность
— это способность материала поглощать энергию и пластически деформироваться без разрушения. Одно из определений ударной вязкости (для высокой скорости деформации, , вязкость разрушения ) состоит в том, что это свойство указывает на сопротивление материала разрушению при наличии трещины (или другого дефекта, концентрирующего напряжение).

Для чугуна или стали с низким содержанием углерода, которые сами по себе плохо прокаливаемы или вообще не прокаливаются, процесс поверхностного упрочнения включает введение дополнительного количества углерода или азота в поверхностный слой. Упрочнение корпуса полезно в таких деталях, как кулачок или зубчатый венец, которые должны иметь очень твердую поверхность, чтобы противостоять износу, а также прочную внутреннюю часть, чтобы противостоять ударам, возникающим во время работы. Кроме того, поверхностная закалка стали имеет преимущество перед сквозной закалкой (то есть закалкой металла равномерно по всему изделию), поскольку менее дорогие низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали могут подвергаться поверхностной закалке без проблем деформации и растрескивания, связанных с закалкой. за счет упрочнения толстых участков. Богатый углеродом или азотом внешний поверхностный слой (или

случай ) вводится путем атомной диффузии из газовой фазы. Корпус обычно имеет глубину порядка 1 мм и тверже внутреннего ядра материала.

Типичные износостойкие материалы

Как правило, износ представляет собой механическое повреждение поверхности, которое приводит к постепенному удалению материала из-за относительного движения между этой поверхностью и контактирующим веществом или веществами. Следовательно, существует идеальный износостойкий материал, и в каждом случае он сильно зависит от многих переменных (например, комбинации материалов, контактного давления, окружающей среды, температуры). 9Твердость 0005 материала коррелирует с износостойкостью материала . Если твердость материала меньше твердости абразивного материала, то скорость износа высокая. Твердость материала играет важную роль в износостойкости. Некоторые материалы обладают особыми характеристиками износа:

Ni ₃ Al – Alloy . Алюминид никеля представляет собой интерметаллический сплав никеля и алюминия со свойствами, подобными как керамике, так и металлу. Алюминид никеля уникален тем, что обладает очень высокой теплопроводностью в сочетании с высокой прочностью при высоких температурах. Эти свойства в сочетании с высокой прочностью и низкой плотностью делают его идеальным для специальных применений, таких как покрытие лопаток газовых турбин и реактивных двигателей. Композитные материалы с Ni ₃ Сплавы на основе Al в качестве матрицы, упрочненной, например, TiC, ZrO2, WC, SiC и графеном, являются передовыми материалами. Сообщалось, что в 2005 году наиболее устойчивый к истиранию материал был создан путем внедрения алмазов в матрицу из алюминида никеля.
Карбид вольфрама . Ударный износ имеет наибольшее значение при добыче полезных ископаемых. Горнодобывающая промышленность и переработка полезных ископаемых требуют износостойких машин и деталей, так как энергии и массы взаимодействующих тел значительны. Для этого необходимо использовать материалы с наивысшей износостойкостью. Например, карбид вольфрама широко используется в горнодобывающей промышленности в буровых долотах с верхним ударником, забойных молотах, шарошечных резцах, долотах с длинными стенками, резцах с длинными стенками, расширителях для бурения восстающих и туннельных проходческих машинах.
Карбид кремния . Карбид кремния представляет собой чрезвычайно твердое, синтетически полученное кристаллическое соединение кремния и углерода. Его химическая формула – SiC. Карбид кремния имеет твердость по шкале Мооса 9, что приближается к твердости алмаза. В дополнение к твердости кристаллы карбида кремния обладают характеристиками разрушения, что делает их чрезвычайно полезными в шлифовальных кругах. Его высокая теплопроводность в сочетании с жаропрочностью, малым тепловым расширением и устойчивостью к химическим реакциям делают карбид кремния ценным при производстве высокотемпературных изделий и других огнеупоров.
Сплавы с покрытием . Упрочнение путем поверхностной обработки может быть далее классифицировано как диффузионная обработка или обработка локальным нагревом. Диффузионные методы вводят легирующие элементы, которые попадают на поверхность путем диффузии либо в виде агентов твердого раствора, либо в качестве агентов прокаливаемости, которые способствуют образованию мартенсита во время последующей закалки. В этом процессе концентрация легирующего элемента увеличивается на поверхности стальной детали. Методы распространения включают:
Науглероживание — это процесс цементации, при котором концентрация углерода на поверхности ферросплава (обычно низкоуглеродистой стали) увеличивается за счет диффузии из окружающей среды. Науглероживание дает твердую, очень износостойкую поверхность (средняя глубина корпуса) продукта с отличной способностью выдерживать контактную нагрузку, хорошей усталостной прочностью при изгибе и хорошей устойчивостью к заеданию.
Азотирование – это процесс цементации, при котором поверхностная концентрация азота железа увеличивается за счет диффузии из окружающей среды для создания цементируемой поверхности. Азотирование обеспечивает получение твердой, очень износостойкой поверхности (небольшая глубина корпуса) продукта с достаточной способностью выдерживать контактную нагрузку, хорошей усталостной прочностью на изгиб и отличной устойчивостью к заеданию.
Борирование , также называемое борированием, представляет собой процесс термохимической диффузии, аналогичный нитроцементации, при котором атомы бора диффундируют в подложку с образованием твердых и износостойких поверхностных слоев. Процесс требует высокой температуры обработки (1073–1323 К) и большой продолжительности (1–12 ч) и может применяться к широкому спектру материалов, таких как стали, чугун, металлокерамика и цветные сплавы.
Упрочнение титан-углеродом и нитридом титана . Нитрид титана (чрезвычайно твердый керамический материал) или покрытия из карбида титана могут использоваться в инструментах, изготовленных из этого типа сталей, посредством процесса физического осаждения из паровой фазы для улучшения производительности и срока службы инструмента. TiN имеет твердость по Виккерсу 1800–2100 и цвет металлического золота.
Цементируемые стали . Для повышения износостойкости сталей обычно проводят поверхностную закалку на основе мартенситного превращения. Мартенситное упрочнение с превращением является одним из наиболее распространенных методов упрочнения, который в основном используется для сталей (т.е. углеродистых сталей, а также нержавеющих сталей).
Пламенная закалка . Закалка пламенем — это метод поверхностной закалки, в котором используется одна горелка со специально разработанной головкой для обеспечения очень быстрого нагрева металла, который затем быстро охлаждается, обычно с использованием воды. Это создает «корпус» мартенсита на поверхности, в то время как внутреннее ядро объекта остается эластичным и прочным. Это метод, аналогичный индукционной закалке. Для этого типа упрочнения необходимо содержание углерода 0,3–0,6 мас.% С.
Индукционная закалка. Индукционная закалка — это метод поверхностной закалки, в котором используются индукционные катушки для обеспечения очень быстрого нагрева металла, который затем быстро охлаждается, как правило, с использованием воды. Это создает «корпус» мартенсита на поверхности. Для этого типа упрочнения необходимо содержание углерода 0,3–0,6 мас.% С.
Лазерная закалка . Лазерная закалка — это метод поверхностной закалки, в котором используется лазерный луч для обеспечения очень быстрого нагрева металла, который затем быстро охлаждается (обычно путем самозакалки). Это создает «корпус» мартенсита на поверхности, в то время как внутреннее ядро объекта остается эластичным и прочным.

Некоторые распространенные материалы:

Nibral Propeller (никель-алюминиевая бронза) Источник: generalpropeller.com
Ковкий чугун . Ковкий чугун , также известный как шаровидный чугун или чугун с шаровидным графитом, по составу очень похож на серый чугун, но во время затвердевания графит образует зародыши в виде сферических частиц (узелков) в ковком чугуне, а не в виде чешуек. Типичные области применения этого материала включают клапаны, корпуса насосов, коленчатые валы, шестерни и другие компоненты автомобилей и машин из-за его хорошей обрабатываемости, усталостной прочности и более высокого модуля упругости (по сравнению с серым чугуном), а также в шестернях для тяжелых условий эксплуатации из-за его хорошей обрабатываемости. его высокий предел текучести и износостойкость.
Алюминий Бронза . Алюминиевые бронзы представляют собой семейство сплавов на основе меди, обладающих сочетанием механических и химических свойств, не имеющих себе равных ни в одной другой серии сплавов. Они содержат от 5 до 12% алюминия. Алюминиевая бронза находит все большее признание в самых разных областях применения, требующих устойчивости к механическому износу. Его износостойкость основана на переходе от более мягкого металла (алюминиевой бронзы) к более твердому металлу (стали) и образовании тонкого слоя более мягкого металла на более твердом металле.

Ссылки:

Материаловедение:

Министерство энергетики США, Материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 и 2. Январь 1993 г.
Уильям Д. Каллистер, Дэвид Г. Ретвиш. Материаловедение и инженерия: введение, 9-е издание, Wiley; 9 издание (4 декабря 2013 г.), ISBN-13: 978-1118324578.
Эберхарт, Марк (2003). Почему все ломается: понимание мира по тому, как он разваливается. Гармония. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Гаскелл, Дэвид Р. (1995). Введение в термодинамику материалов (4-е изд.). Издательство Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-56032-992-3.
Гонсалес-Виньяс, В. и Манчини, Х.Л. (2004). Введение в материаловедение. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-07097-1.
Эшби, Майкл; Хью Шерклифф; Дэвид Себон (2007). Материалы: инженерия, наука, обработка и дизайн (1-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-8391-3.
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

См. выше:
Wear

Мы надеемся, что эта статья Erosion Wear поможет вам. Если это так, дайте нам лайк на боковой панели. Основная цель этого веб-сайта — помочь общественности узнать интересную и важную информацию о материалах и их свойствах.

Эрозия

Эрозия – это геологический процесс, при котором земляные материалы изнашиваются и переносятся естественными силами, такими как ветер или вода. Подобный процесс, выветривание, разрушает или растворяет горные породы, но не связан с движением. Эрозия противоположна отложению, геологическому процессу, при котором земляные материалы откладываются или накапливаются на рельефе. Большая часть эрозии осуществляется жидкой водой, ветром или льдом (обычно в виде ледника). Если ветер пыльный, вода или ледниковый лед мутные, происходит эрозия. Коричневый цвет указывает на то, что кусочки породы и почвы взвешены в жидкости (воздухе или воде) и переносятся из одного места в другое. Этот переносимый материал называется осадком.

Физическая эрозия

Физическая эрозия описывает процесс изменения физических свойств горных пород без изменения их основного химического состава. Физическая эрозия часто приводит к тому, что камни становятся меньше или гладче. Скалы, разрушенные физической эрозией, часто образуют обломочные отложения. Обломочные отложения состоят из обломков более древних пород, которые были перенесены с места их образования. Оползни и другие формы массового опустошения связаны с физическим выветриванием. Эти процессы заставляют камни смещаться со склонов холмов и разрушаться, когда они падают со склона.

Рост растений также может способствовать физической эрозии в процессе, называемом биоэрозией. Растения разрушают земляные материалы по мере укоренения и могут создавать трещины и расщелины в скалах, с которыми они сталкиваются. Лед и жидкая вода также могут способствовать физической эрозии, поскольку их движение заставляет камни сталкиваться друг с другом или раскалываться. Некоторые камни разбиваются и крошатся, а другие изнашиваются. Речные камни часто намного более гладкие, чем камни, найденные в других местах, например, потому что они были разрушены постоянным контактом с другими речными камнями.

Эрозия водой

Жидкая вода является основным фактором эрозии на Земле. Дождь, реки, наводнения, озера и океан уносят куски почвы и песка и медленно смывают осадок. Дожди вызывают четыре типа эрозии почвы: эрозия брызг, плоскостная эрозия, ручейковая эрозия и эрозия оврагов.

Всплеск эрозии описывает воздействие падающей капли дождя, которая может разбрасывать крошечные частицы почвы на расстояние до 0,6 метра (два фута).
Листовая эрозия описывает эрозию, вызванную стоком.
Ручьевая эрозия описывает эрозию, которая происходит по мере того, как сток превращается в отдельные потоки (ручейки).
Наконец, овражная эрозия является стадией, на которой частицы почвы переносятся по крупным каналам.

Овраги переносят воду на короткие промежутки времени во время дождя или таяния снега, но в засушливые сезоны выглядят как небольшие долины или трещины. Эрозия долины — это процесс, при котором стремительные ручьи и реки стирают свои берега, образуя все более и более крупные долины.

Каньон Фиш-Ривер на юге Намибии — крупнейший каньон в Африке, образовавшийся в результате эрозии долины. За миллионы лет Фиш-Ривер размыла твердую коренную гнейсовую породу, образовав каньон длиной около 160 километров (99 миль), шириной 27 километров (17 миль) и глубиной 550 метров (1084 фута).

Океан — огромная сила эрозии. Береговая эрозия — стирание камней, земли или песка на пляже — может изменить форму всей береговой линии. В процессе береговой эрозии волны разбивают скалы на гальку, а гальку — на песок. Волны и течения иногда уносят песок с пляжей, перемещая береговую линию дальше вглубь суши. Береговая эрозия может иметь огромное влияние на населенные пункты, а также на прибрежные экосистемы. Маяк на мысе Хаттерас, например, был почти разрушен береговой эрозией.

Маяк на мысе Хаттерас был построен на Внешних отмелях, ряде барьерных островов у побережья американского штата Северная Каролина, в 1870 году. В то время маяк находился на расстоянии почти 457 метров (1500 футов) от океана. Со временем океан размыл большую часть пляжа возле маяка. К 1970 году бушующий прибой был всего в 37 метрах (120 футов) и поставил структуру под угрозу. Многие думали, что маяк рухнет во время сильного шторма. Вместо этого, благодаря значительному инженерному подвигу, совершенному в 1999, он был перемещен на 880 метров (2900 футов) вглубь суши.

Сила ударов океанских волн также разрушает прибрежные скалы. Действие эрозии может создать множество особенностей прибрежного ландшафта. Например, эрозия может пробивать отверстия, образующие пещеры. Когда вода прорывается через заднюю часть пещеры, она может создать арку. Непрерывный удар волн может привести к обрушению верхней части арки, не оставив ничего, кроме каменных колонн, называемых морскими столбами. Семь оставшихся морских стеков Морского национального парка Двенадцати Апостолов в Виктории, Австралия, являются одними из самых ярких и известных из этих особенностей береговой эрозии.

Ветровая эрозия

Ветер является сильным эрозионным агентом. Эоловые (ветровые) процессы постоянно переносят пыль, песок и пепел из одного места в другое. Иногда ветер может задувать песок в высокие дюны. Например, некоторые песчаные дюны в районе Бадайн-Джаран пустыни Гоби в Китае достигают более 400 метров в высоту. В засушливых районах переносимый ветром песок может удариться о скалу с огромной силой, медленно стирая мягкую породу. Он полирует скалы и скалы до тех пор, пока они не станут гладкими, придавая камню так называемый «лак пустыни». Ветер несет ответственность за эрозию, которая дала название Национальному парку Арчес в американском штате Юта.

Ветер также может разрушать материал до тех пор, пока его совсем не останется. Вентифакты — это скалы, сформированные ветровой эрозией. Огромные меловые образования в Белой пустыне Египта — это артефакты, вырезанные тысячелетним ветром, ревущим в плоском ландшафте. Одними из наиболее разрушительных примеров ветровой эрозии являются пыльные бури, характерные для «пыльного котла» 1930-х годов в Северной Америке. Из-за многолетней засухи и бесхозяйственности в сельском хозяйстве миллионы тонн ценного верхнего слоя почвы были разрушены сильными ветрами, которые стали известны как «черные метели». Эти пыльные бури разрушили местную экономику, вынудив тысячи людей, средства к существованию которых зависели от сельского хозяйства, мигрировать.

Ледяная эрозия

Лед, обычно в виде ледников, может разрушать землю и создавать драматические формы рельефа. В холодных районах и на некоторых горных вершинах ледники медленно движутся вниз по склону и по суше. По мере своего движения они переносят все на своем пути, от крошечных песчинок до огромных валунов. Камни, переносимые ледниками, царапают землю внизу, размывая и землю, и скалы. Таким образом, ледники измельчают скалы и соскребают почву. Движущиеся ледники вырывают котловины и образуют горные долины с крутыми склонами. На ледниках и вокруг них часто видны размытые отложения, называемые мореной.

Несколько раз в истории Земли огромные ледники покрывали части Северного полушария. Эти ледниковые периоды известны как ледниковые периоды. Ледники ледникового периода вырезали большую часть современного ландшафта северной части Северной Америки и Европы. Например, ледники ледникового периода рыли землю, образуя то, что сейчас называется Фингер-озером в американском штате Нью-Йорк. Они вырезали фьорды, глубокие заливы вдоль побережья Скандинавии. Морда ледника разрушила залив Кейп-Код, штат Массачусетс, США, и сформировала узнаваемую форму рыболовного крючка самого Кейп-Код.

Сегодня в таких местах, как Гренландия и Антарктида, ледники продолжают разрушать землю. Ледяные щиты могут иметь толщину более мили, что затрудняет измерение скорости и закономерностей эрозии для ученых. Однако ледяные щиты разрушаются очень быстро — на полсантиметра (0,2 дюйма) каждый год.

Другие силы эрозии

Термическая эрозия описывает эрозию вечной мерзлоты вдоль реки или береговой линии. Теплые температуры могут привести к тому, что богатая льдом вечная мерзлота оторвется от береговой линии огромными кусками, часто унося с собой ценный верхний слой почвы и растительность. Эти разрушенные эрозией «плавучие острова» могут раствориться в океане или даже врезаться в другой участок земли, способствуя распространению новой жизни в различных ландшафтах. Массовое истощение описывает нисходящее движение камней, почвы и растительности. Инциденты массового истощения включают оползни, камнепады и лавины. Массовое истощение может привести к эрозии и перемещению миллионов тонн земли, изменению формы холмов и гор и, зачастую, опустошению населенных пунктов на своем пути.

Факторы, влияющие на эрозию

Некоторые из природных факторов, влияющих на эрозию ландшафта, включают климат, топографию, растительность и тектоническую активность. Климат, возможно, является самой влиятельной силой, влияющей на влияние эрозии на ландшафт. Климат включает осадки и ветер. Климат также включает сезонную изменчивость, которая влияет на вероятность переноса выветрелых отложений во время погодного явления, такого как таяние снега, ветер или ураган. Топография, форма поверхностных элементов области, может влиять на то, как эрозия влияет на эту область. Земляные поймы речных долин гораздо более подвержены эрозии, чем каменистые паводковые русла, на эрозию которых могут уйти столетия. Мягкие породы, такие как мел, разрушаются быстрее, чем твердые породы, такие как гранит.

Растительность может замедлить воздействие эрозии. Корни растений прилипают к частицам почвы и горных пород, предотвращая их перенос во время дождя или ветра. Деревья, кустарники и другие растения могут даже ограничить воздействие массовых опустошительных явлений, таких как оползни и другие стихийные бедствия, такие как ураганы. Пустыни, в которых обычно отсутствует густая растительность, часто являются наиболее размытыми ландшафтами на планете.

Наконец, тектоническая активность формирует сам ландшафт и, таким образом, влияет на то, как эрозия воздействует на местность. Например, тектоническое поднятие заставляет одну часть ландшафта подниматься выше, чем другие. В течение примерно 5 миллионов лет тектонический подъем заставил реку Колорадо все глубже и глубже врезаться в плато Колорадо на территории нынешнего американского штата Аризона. В конечном итоге он сформировал Гранд-Каньон, глубина которого составляет более 1600 метров (одна миля) и целых 29километров (18 миль) в ширину в некоторых местах.

Эрозия и люди

Отложения, почвы и отложения

Эродированные отложения оказали глубокое влияние на развитие цивилизаций во всем мире. Развитие сельского хозяйства часто зависит от богатых питательными веществами почв, образовавшихся в результате накопления эродированной земли. Когда скорость ветра или воды замедляется, эродированные отложения откладываются в новом месте. Осадок накапливается в процессе, называемом седиментацией, и создает плодородную землю. Дельты рек почти полностью состоят из наносов, смытых с берегов и русла реки.

Богатые почвы дельты рек Сан-Хоакин и Сакраменто в северной Калифорнии, например, создали один из самых сельскохозяйственных районов в мире. Лёсс представляет собой отложения, богатые сельскохозяйственными угодьями, почти полностью состоящие из вынесенных ветром и эродированных отложений.

Река Хуанхэ в центральном Китае получила свое название из-за желтого лёсса, выброшенного ветром и взвешенного в ее воде. Плодородные земли вокруг реки Хуанхэ на протяжении тысячелетий были одними из самых продуктивных в Китае.

Борьба с эрозией

Эрозия — естественный процесс, но деятельность человека может ускорить его. Деятельность человека, изменяющая растительность местности, является, пожалуй, самым большим антропогенным фактором, способствующим эрозии. Деревья и растения удерживают почву на месте. Когда люди вырубают леса или распахивают траву для нужд сельского хозяйства и развития, почва становится более уязвимой для вымывания или выдувания. Оползни становятся более частыми. Вода течет по открытой почве, а не впитывается в нее, вызывая затопление.

Глобальное потепление, текущий период изменения климата, ускоряет эрозию. Изменение климата связано с более частыми и сильными штормами. Штормовые нагоны, следующие за ураганами и тайфунами, могут разрушить километры береговой линии и прибрежную среду обитания. Эти прибрежные районы являются домом для жилых домов, предприятий и экономически важных отраслей, таких как рыболовство.

Повышение температуры также приводит к быстрому таянию ледников. Более медленная, более массивная форма ледниковой эрозии вытесняется кумулятивным воздействием эрозии ручьев, оврагов и долин. В районах ниже по течению от гребней ледников быстрое таяние ледников способствует повышению уровня моря. Поднимающееся море быстрее разрушает пляжи.

Борьба с эрозией – это процесс уменьшения эрозии ветром и водой. Фермеры и инженеры должны регулярно практиковать борьбу с эрозией. Иногда инженеры просто устанавливают конструкции, чтобы физически предотвратить транспортировку грунта. Например, габионы — это огромные каркасы, удерживающие на месте валуны. Габионы часто размещают возле скал. Рядом с этими скалами, часто расположенными недалеко от побережья, есть дома, предприятия и автомагистрали. Когда эрозия водой или ветром угрожает обрушить валуны на здания и автомобили, габионы защищают землевладельцев и водителей, удерживая камни на месте.

Борьба с эрозией также включает физическое изменение ландшафта. Сообщества часто инвестируют в ветрозащитные полосы и прибрежные буферы для защиты ценных сельскохозяйственных земель. Ветрозащитные полосы, также называемые живыми изгородями или лесозащитными полосами, представляют собой ряды деревьев и кустарников, посаженных для защиты пахотных земель от ветровой эрозии. Прибрежные буферы описывают такие растения, как деревья, кустарники, травы и осоки, которые растут вдоль берегов реки. Прибрежные буферы помогают сдерживать реку во время увеличения стока и наводнений.

Живые береговые линии являются еще одной формой защиты от эрозии на водно-болотных угодьях. Живые береговые линии создаются путем размещения местных растений, камней, песка и даже живых организмов, таких как устрицы, вдоль побережья заболоченных земель. Эти растения помогают закрепить почву на участке, предотвращая эрозию. Защищая землю, живые береговые линии создают естественную среду обитания. Они защищают береговые линии от мощных штормовых нагонов, а также эрозии.