جلوگیری از پیش‌روی کویر

گسترش مناطق کویری با سرعت شصت هزار کیلومتر مربع در سال، خسارت‌هایی جدی برای محیط زیست به وجود آورده است. آزمایشگاه ملی شیمی برای صنایع وابسته به وزارت صنایع و بازرگانی ژاپن، به منظور مقابله با این روند که پیش‌روی کویر نامیده می‌شود ترکیب جامدی به نام TMK را تولید کرد که به کمک آن، درختان مقاوم در مقابل کم آبی می‌توانند در حاشیه‌ی پیش‌رونده‌ی کویر رشد کنند.
پیش‌روی کویر بر اثر استفاده‌ی بی‌رویّه‌ی انسان از جنگل‌ها و چرای بیش از حد گوسفندان و بز تشدید شده است. خاک، با از دست دادن پوشش گیاهی خود که تنها منبع مواد آلی است دیگر نمی‌تواند از ارگانیسم‌هایی حمایت کند که سلامت خاک را حفظ می‌کنند. ساختار خاک تغییر می‌کند و باد و باران، ذرات ریز لازم برای حاصل‌خیزی خاک را می‌شویند و با خود می‌برند و آن‌چه باقی می‌ماند کویر است.
تأمین دوباره‌ی مواد آلی و ذرات ریز ممکن است خاک را احیا کند و روند پیش‌روی کویر را معکوس گرداند. آن گروه از مواد مصنوعی که به این منظور به خاک اضافه می‌شوند باید از مواد مضر برای محیط زیست عاری باشند زیرا ممکن است آب‌های زیرزمینی را، که منبع اصلیِ آبِ موجودات زنده‌ی کویر است، آلوده کنند.
تحقیقات مربوط به به‌سازیِ خاک کویر به طور خاص بر روی تشکیل دهنده‌های اصلی TMK متمرکز شده است که عبارتند از مون موریونیت (ترکیبات سیلیکات آلومینیم هیدراته) و پلیمرهای آب‌دوست (هیدروفیل) مانند گیاخاک (هوموس) و پلی‌ساکاراید.
مون موریونیت یک ماده‌ی معدنی رسی است که بر اثر دگرگونی آتشفشانی سنگ‌های رسوبی به وجود می‌آید. لایه‌های متناوب سیلیس و آلومین موجود در این ماده مانند اسفنج عمل کرده و آب را در خود جذب می‌کنند و نگه می‌دارند.
گیاخاک موجود در خاک، حاصل فعل و انفعال زیست شیمیایی گیاهان مرده است که در تورب (زغال سنگ نارس) به وفور یافت می‌شود. پلی ساکاراید ترکیبی از مولکول‌های زنجیره‌ای طولانی است که از بعضی از گیاهان مانند ریشه‌ی گیاهان تیره‌ی گل شیپوری و کتنجک (داشنه‌ی دریایی) قابل استخراج است. هر دو پلیمر حاوی ترکیبات شیمیایی جاذب آب (مانند گروه‌های COOH و OH) هستند که در موقع ترکیب با مون موریونیت، آب را جذب می‌کنند و ظرفیت نگه‌داری آب را افزایش می‌دهند.
یک گرم TMKی جامد با صفر درصد رطوبت می‌تواند بیست و سه گرم آب را در مدت نود ساعت در خود نگه دارد. برعکس، یک گرم از خاک ماسه‌ای کم‌تر از یک گرم آب را در خود نگه می‌دارد که آن هم فوراً تبخیر می‌شود. علاوه بر آن، میکروارگانیسم‌های موجود در خاکِ عمل‌آوری شده با TMK، می‌توانند پلیمرهای طبیعی جاذب آب موجود در خود را به عنوان منبع انرژی به کار گیرند.
TMK وقتی در اطراف ریشه‌های درختان جوان که برای جنگل‌کاری به کار می‌روند مصرف شود بسیار مؤثر است. TMK، آب باران یا آب حاصل از آبیاری را به طور مؤثر جذب می‌کند و در زمانی که خاک زمین خشک می‌شود، آن را به ریشه‌ی درخت می‌رساند. به تدریج که TMK بر اثر جذب و از دست دادن آب متورم و منقبض می‌گردد، تجزیه می‌شود و مواد آلی و ذرات ریز را به خاک کویر می‌افزاید. این عمل به نوبه‌ی خود مانند چسبی عمل می‌کند که باعث سرعت بخشیدن به روند جمع شدن و توده شدن ذرات خاک می‌شود و مقاومت خاک را در مقابل تبخیر آب افزایش می‌دهد، و باعث احیای آن می‌شود.
اگرچه TMK در جنگل‌کاری نیز می‌تواند کمک مؤثری باشد اما باید در مورد گیاهان سازگاری به کار رود که می‌توانند در مناطق خشک رشد کنند. اقاقیای تورتیلیس در دوران رشد خود، مقدار اندکی آب لازم دارد و برای تحمل شرایط خشک کویر بسیار مناسب است. علاوه بر آن، ریشه‌ی این گیاه باعث چسبندگی ذرات خاک می‌شود و برگ‌های خشک آن، مواد آلی لازم را به خاک می‌دهد.
از سال 1988 میلادی، دانشمندان ژاپن و مصر در یک پروژه‌ی ایجاد فضای سبز در حال همکاری بودند که شامل ابداع پلیمرهای گوناگونی است که نگه‌داری آب را در خاک کویر تسهیل می‌کنند. اسید پلی اکرلیک که برای مصارف بهداشتی ساخته می‌شود نمونه‌ای از آن‌هاست. پلیمر مورد نظر، ژل شارژ شده‌ای با الکتریسیته است که آب را با روش اسمز جذب می‌کند. یک گرم از این پلیمر می‌تواند تا شش‌صد گرم آب خالص یا پنجاه گرم آب شور را جذب کند که خیلی بیش از آبی است که TMK جذب می‌کند. با وجود این، TMK از رسِ ارزان قیمت و پلیمرهای طبیعی تشکیل شده است که از نظر محیط زیست بی‌ضررند. علاوه بر آن، تجزیه‌ی TMK، مواد ریز و پلیمرهای جاذب آب را به خاک می‌دهد که خاصیت نگه‌داری آب را در خاک بالا می‌برند.
آزمایشگاه ملی شیمی برای صنایع ژاپن (NCLI)، با مرکز تحقیقات مناطق کویری هند (CAZRI) همکاری مستمری را به منظور کاربرد عملی TMK در مناطق کویری انجام می‌داد. مرکز تحقیقات مناطق کویری هند در سال 1952 به عنوان ایستگاه تحقیقات جنگل‌کاری در حاشیه‌ی کویر راجستان تأسیس شد. روش‌های پیش‌رفته‌ی جنگل‌کاری و کنترل کویر این مرکز، اهمیت آن را به عنوان مرکز علوم کویر به اثبات رساند. نتایج تحقیقات این مرکز بر روی TMK، کاربرد عملی این ماده را در کویر ارزیابی می‌نماید.
در تحقیقات دیگری به سرپرستی آزمایشگاه ملی شیمی برای صنایع ژاپن، سعی می‌شد که قابلیت‌های TMK در فعالیت‌های جنگل‌کاری افزایش داده شود. پروژه‌ی یاد شده هم‌چنین شامل طرح ترکیب TMK با مواد مغذی لازم و ساخت نوع جدیدی از TMK با خلل و فرج زیادتر برای افزایش ظرفیت و توانایی نگه‌داری آب و بهبود ساختار خاک بود.