Строение, морфология и гидрография торфяных болот

Сформировавшееся верховое торфяное болото обычно имеет многослойное строение (рис. 9.2, а),отражающее процесс постепенного накопления торфа и повышения поверхности болота. Каждый слой имеет специфический состав торфа, показывающий изменение видового состава растительности на разных фазах развития болота.

Вся толща торфа в болоте называется торфяной залежью. В пределах торфяной залежи выделяют инертный и деятельный слои, уровень грунтовых вод (рис. 9.2, б).

Инертный слой лежит на минеральном дне и составляет основную толщу торфяной залежи. Он имеет очень слабый водообмен с выше, расположенными слоями торфа и с окружающими болота землями, отличается постоянным или мало изменяющимся содержанием воды в торфе. Инертный слой отличают также малая водопроницаемость, отсутствие доступа кислорода в поры торфа, отсутствие аэробных бактерий и микроорганизмов. Толщина инертного слоя изменяется от нуля у границ болота до максимальных глубин торфяных отложений (иногда до 18—20 м).

Рис. 9.2. Схема слоистого строения торфяной залежи (а) и деятельного и инертного слоев (б) верхового болота:

1 — минеральное дно; 2 — сапропель; 3 — тростниковый торф; 4 — хвощевый торф; 5 — осоковый торф; 6 — лесной торф; 7 — гипновый торф; 8 — шейхцериево-сфагновый торф; 9 — пушицево-сфагновый торф; 10 — сфагновый торф с пнями сосны; 11 — поверхность болота; 12 — уровень грунтовых вод; 13 — нижний горизонт деятельного слоя; 14 — инертный слой

В пределах деятельного (или активного) слоя, лежащего над инертным слоем, происходит некоторый влагообмен торфяной залежи с атмосферой и окружающими болото территориями, изменяется содержание влаги в торфе, происходят колебания уровня грунтовых вод. Деятельный слой отличают также повышенные водопроницаемость и водоотдача, периодическое поступление воздуха в поры торфа, освобождающиеся от воды при снижении уровня грунтовых вод, большое количество аэробных бактерий и микроорганизмов, способствующих разложению части отмирающего растительного покрова и превращению его в торф, наличие в верхней части живого растительного покрова. Нижний горизонт деятельного слоя приблизительно соответствует среднему многолетнему минимальному уровню болотных грунтовых вод.

Толщина деятельного слоя — от 40 (мохово-травянистые части болот) до 80—95 см (лесные низинные болота); она больше на повышенных и меньше на пониженных элементах рельефа болота.

Содержание воды в инертном слое торфяной залежи, т. е. ниже уровня грунтовых вод, обычно весьма велико — от 91 до 97% (по объему). Выше уровня грунтовых вод в деятельном слое содержание воды существенно меньше. Во всей торфяной залежи содержание воды увеличивается или уменьшается в зависимости от повышения или понижения уровня грунтовых вод.

Основное движение воды происходит путем фильтрации в деятельном слое. Скорость движения воды (см/с) можно рассчитать по формуле Дарси для ламинарного движения воды в пористой среде (см. разд. 5.4):

v=К_фI, (9.1)

где К_ф — коэффициент фильтрации торфяной залежи; I — уклон уровня грунтовых вод в болоте. Значение К_фобычно находится в пределах 10^-2—10^-6 см/с. Коэффициент фильтрации быстро уменьшается с глубиной. Он сильно зависит от степени разложения растительных остатков и самого торфа: с ростом разложения К_фбыстро уменьшается, так как при этом уменьшаются размеры пор, и увеличивается содержание мелких и мельчайших фракций торфа. Зимой деятельный слой болота в условиях холодного и умеренного климата обычно промерзает и водоотдача болота резко уменьшается.

Поверхность болота, как уже отмечалось, может быть вогнутая, плоская или выпуклая. Характерными элементами рельефа болота служат: положительные — гряды, кочки, бугры; отрицательные — мочажины, межкочечные и межбугровые понижения.

Гряды — это отдельные вытянутые в длину повышенные участки болота, отделенные друг от друга вытянутыми, сильно обводненными понижениями — мочажинами. Гряды и мочажины обычно вытянуты вдоль горизонталей и располагаются концентрически вокруг наиболее высоких точек болота. Бугры сложены торфом и обычно связаны с явлением морозного выпучивания в условиях лесотундры; высота бугров до нескольких метров. Кочки также состоят из торфа и связаны с неравномерным распределением растительного покрова и накопления торфа.

Болота имеют специфическую гидрографическую сеть, включающую болотные водоемы, болотные водотоки и топи.

К болотным водоемам относятся болотные озера и озерки. Болотные озера — это относительно крупные водоемы (площадью до 10 км² и глубинами до 10 м), имеющие торфяные берега, иногда плавающие моховые сплавины. Озерки — водоемы меньших размеров; они обычно приурочены к местам перегибов поверхности болота и, как правило, располагаются большими группами, включающими десятки, а иногда и сотни озерков. Водоемы в болотах по своему происхождению бывают первичными, сохранившимися остатками тех водоемов, которые существовали еще до начала формирования болота, и вторичными, возникшими уже в процессе заболачивания суши или эволюции болота.

Болотные водотоки (речки и ручьи) представлены как заторфованными и зарастающими первичными водотоками, существовавшими еще до образования болота, так и вторичными водотоками, сформировавшимися в процессе болотообразования. И те, и другие водотоки способствуют дренажу болот. Течение воды во вторичных водотоках обычно очень медленное, а расходы воды в них небольшие. Своеобразные водные объекты болот — топи, т. е. сильно переувлажненные участки с разжиженной торфяной залежью. Здесь практически отсутствует деятельный слой, и уровень грунтовых вод стоит выше поверхности торфа.

РАЗВИТИЕ ТОРФЯНОГО БОЛОТА

Развитие торфяного болота — закономерный взаимосвязанный процесс накопления торфа (в результате роста, отмирания и частичного разложения растительности) и изменения водного режима торфяной залежи.

Водный режим не только создает начальные условия возникновения болота (при заболачивании суши или зарастании водоема), но и влияет на последующие фазы его развития. Накопление торфа ведет к изменению водного режима, а оно, в свою очередь, вызы­вает изменение условий существования растений и их видового состава, изменения интенсивности роста и разложения растительной массы и накопления торфа. Эти взаимодействующие процессы и приводят к развитию торфяного болота, проявляющемуся в по­степенном накоплении торфа, увеличении мощности торфяной залежи и повышении поверхности болота; в распространении болота в ширину и расширении зоны заболачивания; в последовательной смене типа растительного покрова от евтрофного к мезотрофному, а затем олиготрофному; в изменении водного режима болота, увеличении роли атмосферных осадков в его питании, повышении уровня грунтовых вод в торфяной залежи и на смежных территориях.

Образование торфяных болот начинается с очагов заболачивания, которыми могут быть водоемы, неглубокие депрессии, русла слабопроточных водотоков, места выхода грунтовых вод на поверхность (родники, мочажины), участки подтопления вблизи водохранилищ, насыпей железных и шоссейных дорог и т.д.

Рассмотрим в качестве примера процесс развития болота на месте неглубокой депрессии (рис. 9.3). Этот процесс включает три фазы: низинную, переходную и верховую.

Поступление поверхностных и грунтовых вод, направленное к центру депрессии, ведет к формированию застойного водного режима и возникновению низинного болота (1 на рис. 9.3) с присущей ему евтрофной растительностью. Пройдя переходную фазу 2, болото постепенно вступает в верховую фазу своего развития (3—6 на рис. 9.3). Формирующийся в процессе развития болота слой торфа оказывает подпорное влияние на уровень грунтовых вод. Это приводит к расширению пояса переувлажненной почвы и расширению зоны болотообразования.

Рис. 9.3. Схема развития торфяного болота на месте неглубокой депрессии:

фазы: 1 — низинная; 2 — переходная; 3—6 — верховая; 7 — исходный рельеф; 8 — поверхность болота; 9 — уровень грунтовых вод; направление: 10 — стекания вод; 11— наращивания торфяной залежи по высоте; 12 — повышения уровня грунтовых вод в минеральном грунте

Накопление торфа идет в болоте неравномерно. В низинную фазу развития болота наименьшая интенсивность разложения растительных остатков и наибольшая интенсивность накопления торфа отмечаются в наиболее низких застойных частях болота, т. е. в его центре. Это ведет к выравниванию поверхности болота и способствует началу переходной фазы его развития. В эту фазу накопление торфа идет по площади более равномерно, и его поверхность в центре болота поднимается приблизительно параллельно самой себе. В результате на краях болота возникают уклоны поверхности к периферии болота. Питание болота грунтовыми водами резко сокращается или прекращается вовсе. Питание растительности преимущественно атмосферными осадками приводит к смене в центре болота мезотрофной растительности олиготрофной. Разложение органических остатков замедляется, а интенсивность образования торфа возрастает. Центральная часть болота начинает повышаться быстрее. Одновременно идет процесс расширения болота, причем заболачиванию прилегающих территорий способствует не только подпор грунтовых вод торфяной залежью (что отмечалось и на первых двух фазах развития болота), но и фильтрация атмосферных осадков от центра болота к его периферии.

В последующем может наступить и фаза деградации торфяного болота как результат увеличения дренажной роли русловой сети, пересушения болота и его выгорания.