История болота. Торфяные болота и образование торфа


Стрелолист. Водная (на глубине 1,5—2 м) и надводная формы.
Стрелолист. Водная (на глубине 1,5—2 м) и надводная формы.

Болота образуются в пониженных местах — в котловинах, где застаивается вода, в зарастающих озерах, прудах, медленно текущих реках. Обилие влаги определяет характер болотной растительности. Она состоит из так называемых гигрофильных, т. е. влаголюбивых растений. Листья у них большей частью широкие, не приспособленные к уменьшению испарения. Корневая система слабая, поверхностная. В воде значительно меньше газообразного кислорода, чем в почве. Поэтому в стеблях и корнях гигрофильного растения образуются полости, воздушные ходы, по которым в его подводные части проникает атмосферный кислород.

Ежегодно растения отмирают. Обилие влаги и недостаток кислорода мешают полному разложению их остатков, и эти остатки из года в год накапливаются. Из них-то и образуется торф. На севере, особенно в тундре, торфа на болотах нет из-за слабого прироста растений. Не образуется они в южных районах, там, где болота летом подсыхают и разложение растительных остатков идет поэтому быстрее. Но и в тундре и на юге, так же как и в средней полосе, развивается на болоте только влаголюбивая растительность.

Болота распространены на Земле повсюду, где климат достаточно влажен. Они есть во всех растительных зонах, кроме пустынь и полупустынь. Но больше всего их на севере лесной зоны и в тундре. Если в озере, речной старице, в пруду нет течения или оно очень слабо, в водоеме поселяются растения и постепенно затягивают всю его поверхность. Остатки отмирающих растений падают на дно; за многие десятки и сотни лет они заполняют котловину и превращают водоем в болото.

В водоемах с пологими берегами болотная растительность располагается концентрическими кругами. В местах наибольшей глубины (свыше 6 м) на дне произрастают различные водоросли — сине-зеленые, диатомовые, нитчатые (кладофора, вошерия). Эти места называются поясом микрофитов. На меньших глубинах пояс микрофитов переходит в пояс макрофитов. Здесь растут под водой зеленые водоросли — хара, нителла, мхи и некоторые цветковые растения — рдест узколистный, роголистник (см. ст. «Растения пресных вод»).

Нарастание сплавины. На самом дне лежат минеральные осадки, например мергель (3), поверх него — смесь торфа и глинистых осадков (2). У поверхности воды нарастает от берега сплавина, состоящая из торфяного ила (1). На ней и поселяется болотная растительность.
Нарастание сплавины. На самом дне лежат минеральные осадки, например мергель (3), поверх него — смесь торфа и глинистых осадков (2). У поверхности воды нарастает от берега сплавина, состоящая из торфяного ила (1). На ней и поселяется болотная растительность.

Ближе к берегу на глубине не меньше 3 м располагается пояс широколистных рдестов. Кроме рдестов, здесь растет уруть с сильно рассеченными листьями, распластанными в толще воды. За этим поясом идет пояс кувшинок: белые водяные лилии, кубышки с желтыми цветами, рдест плавающий. У растений пояса кувшинок корневища скрыты в иле на глубине от 2,5 до 4 м, а листья — обычно широкие, с длинными черешками — плавают на поверхности воды.

На меньших глубинах — от 1,5 до 3 м — развивается пояс камыше й. Камыши, тростники и хвощи образуют здесь сравнительно плотную травянистую массу. Еще ближе к берегу идут: пояс крупных осоки пояс мелких осок. В этих двух поясах вода сильно прогревается и болотные растения более разнообразны. Кроме осок, здесь растут: стрелолист, сусак, ежеголовка, пастуха, ситняг, лютик, ирис болотный. У некоторых из этих растений листья на различной глубине принимают разные формы —подводную, плавающую и надводную. Пояс мелких осок примыкает к самому берегу. Дальше идет уже наземная растительность.

Цветущая веточка багульника.
Цветущая веточка багульника.

Ежегодные отложения остатков отмерших растений обмеляют водоем. Растительные пояса сменяют друг друга, передвигаются от берега к центру, сжимая открытую водную поверхность все более тесным кольцом. В конце концов наступает время, когда на месте бывшего водоема остается один пояс мелких осок — водоем превращается в осоковое болото.

Водоемы со спокойной, защищенной от ветра поверхностью часто заболачиваются нарастанием сплавины. Прибрежный моховой ковер, состоящий из различных зеленых мхов или одного торфяного мха — сфагнума, образует плавающую на воде более или менее плотную дернинку. Она разрастается к центру водоема и постепенно покрывает его поверхность. На дернинке поселяются некоторые болотные растения, чаще всего вахта, белокрыльник, шейхцерия. Длинные корневища этих растений скрепляют дернинку и тянутся под водой к открытой поверхности, так как там больше питательных веществ. Корневища разрастаются и ускоряют нарастание сплавины. Когда толщина дернинки достигает 5-10 см, на ней поселяются пушица и клюква, а затем и болотные кустарнички — кассандра, андромеда, багульник, морошка. При толщине же сплавины в 1 —1,5 м на ней появляются и деревья — береза, а затем и сосна. Когда идешь по такой сплавине, она под ногами колеблется. Нередко на ней встречаются «окна» — незаросшие или затянутые тонкой растительной пленкой участки над ключами или наибольшими глубинами. В «окно» легко провалиться, в нем даже можно утонуть.

Карликовая сосна на болоте. Горизонтальной линией обозначена поверхность болота.
Карликовая сосна на болоте. Горизонтальной линией обозначена поверхность болота.

От сплавины постоянно опадают на дно водоема растительные остатки, частицы торфа. Падают на дно даже целые куски сплавины. Постепенно котловина заполняется торфом, и водоем превращается в болото. Иногда в одном и том же водоеме идет одновременно и зарастание болотной растительностью и образование сплавины.

Но болото может образоваться не только из водоема. В средних и северных широтах часто происходит заболачивание участков суши — лесов, лугов, тундры. Иногда заболачиваются луга —там, где есть избыток влаги: на лесных полянах, вдоль ручьев и речек, у выхода ключей. Особенно часто заболачиваются лесные вырубки и гари. В лесу грунтовые воды располагаются на большой глубине, так как деревья корнями высасывают их из поверхностных слоев почвы и испаряют через кроны. После вырубки леса или пожара уровень грунтовых вод повышается. На влажной почве появляется моховой покров —сначала зеленые болотные мхи, а затем и сфагновые. Нижние части моховых дернин отмирают, но полностью разложиться не могут: в увлажненной почве мало кислорода, много кислот, и бактерии, разлагающие растительные остатки, не могут развиваться в ней достаточно интенсивно. Под моховой дерниной начинает образовываться торф. На моховом ковре поселяются травянистые болотные растения, затем кустарниковые и, наконец, деревья.

Как бы болото ни образовалось — из заросшего водоема или из заболоченной суши — вначале оно снабжается грунтовыми водами, которые богаты минеральными солями. Обычно это низинные болота. У них плоская поверхность, и они заполняют впадины, низины. На ковре зеленых мхов здесь растут различные осоки, образующие кочки, злаки, хвощи, болотные растения с широкими листьями — сабельник, вахта. На более старых болотах появляются березы, ивы, ольха.

Схема образования верхового болота: 1 — фаза атмосферного питания; 2 — фаза грунтового питания; 3 — фаза смешанного питания; 4 — грунт.
Схема образования верхового болота: 1 — фаза атмосферного питания; 2 — фаза грунтового питания; 3 — фаза смешанного питания; 4 — грунт.

Нарастание торфа идет быстрее на кочках и вокруг пней. Постепенно поверхность болота повышается, и оно отрывается от питания грунтовой водой. Возвышенные участки болота получают воду лишь из атмосферы. В такой воде почти нет солей, и она бедна питательными веществами. Не всякое растение может с этим мириться. Происходит смена растительности. На возвышениях поселяются сфагновые мхи и сопутствующие им растения, например пушица, клюква, Кассандра. А в низинках, между кочками болото еще питается грунтовыми водами. Такое болото называется переходным или болотом смешанного питания.

Мох сфагнум: 1 — общий вид растения; 2 — часть листа при большом увеличении: а — хлорофиллоносные клетки, б — водоносные клетки, в — поры.
Мох сфагнум: 1 — общий вид растения; 2 — часть листа при большом увеличении: а — хлорофиллоносные клетки, б — водоносные клетки, в — поры.

Постепенно все большая часть болотной поверхности отрывается от грунтовых вод, пока, наконец, все болото не переходит на атмосферное питание и становится верховым болото м. Поверхность болота становится выпуклой, и его середина возвышается над окраинами на 2, а иногда и более чем на 5 м. Торфяной слой достигает в таком болоте 6-10 м.

На верховых болотах сплошной сфагновый ковер, поэтому их иногда называют сфагновыми.

При дальнейшем нарастании торфа его верхние участки не могут получить достаточного увлажнения и постепенно разрушаются. Поверхность болота начинает расчленяться на возвышенные участки (гряды, кочки) и пониженные (мочажины, веретья). На повышенных, более сухих участках поселяются низкорослая, иногда даже карликовая, сосна и болотные кустарнички.

На обводненных мочажинах и веретьях ни деревьев, ни кустарников нет. Здесь сплошной сфагновый ковер, на котором растут болотные травы — осоки, шейхцерия, ринхоспора и др.

Такая смена типов болота характерна для северной и средней зоны СССР. На юге лесной зоны встречаются главным образом низинные болота и редко — переходные, в лесостепи и степной зоне — только низинные.

Накапливающийся в болотах торф имеет огромное значение для народного хозяйства. В торфе низинных болот много питательных веществ, и он используется в сельском хозяйстве на удобрение. Сфагновый торф верховых болот — прекрасное топливо, так как он оставляет при сгорании очень мало золы. На нескольких крупных электростанциях в СССР, в том числе на Шатурской, невдалеке от Москвы, получают электроэнергию, сжигая в топках торф.

У росянки ежегодно образуется новая розетка листьев. По остаткам этих розеток можно определить толщину торфяного слоя, нарастающего ежегодно.
У росянки ежегодно образуется новая розетка листьев. По остаткам этих розеток можно определить толщину торфяного слоя, нарастающего ежегодно.

Кроме того, торф идет на изготовление теплоизоляционных плит, и из него получают ценные химические продукты путем сухой перегонки (см. т. 2, ст. «Как образуется и как используется торф»).

Наиболее ценный торф образуется в верховых болотах из мха сфагнума. На Земле известно свыше 350 видов сфагнума. В СССР встречается 43 вида, распространенных главным образом в лесной зоне.

У сфагнума своеобразное строение, которое обеспечивает ему быстрое всасывание и накопление воды. На верхушке стебелька сфагнума густым пучком расположены почковидные веточки, ниже на стебле — мутовки более длинных и узких веточек, идущих от стебля горизонтально. В каждой мутовке есть еще свисающие веточки, плотно окружающие стебель и одевающие его как бы чехлом. Все веточки несут спирально расположенные листья, обычно ланцетной, реже овальной формы. Листья сфагнума состоят из двух видов клеток: узкие зеленые — содержат хлорофилл; крупные, широкие и бесцветные — заполнены водой, легко и быстро проникающей внутрь клеток через отверстия (поры) в оболочке клеток. На долю водоносных клеток приходится до ¾ поверхности листа, этим и объясняется необычайно большая влагоемкость сфагнума. Многие виды его могут впитать воды в 37,5 раза больше своего веса.

Поверхность сфагнового болота ежегодно повышается. В средней полосе сфагнум за год вырастает на 4-8 см. Быстро растущая дернина может захоронить в себе цветковые растения, и все они так или иначе приспособились, чтобы не отставать в росте от сфагнума. У многих болотных кустарничков — у вереска, Кассандры, андромеды — в любом месте стебля могут возникать придаточные корни. Нижние части кустарничка, захороненные в торфе, отмирают, а на верхних — образуются новые корни. Другие растения, например клюква, стелются длинными плетями по поверхности сфагнового ковра. Корневища у пушицы, некоторых осок, сабельника растут косо вверх. Весной из корневищ этих многолетних растений вырастают стебли, и они оказываются выше сфагнума. У росянки ежегодно образуется розетка листьев, лежащая на поверхности сфагнового ковра. Раскапывая дернину сфагнума, можно обнаружить розетки росянки за 5—10 лет и, отмерив длину межрозеточных расстояний, определить быстроту нарастания сфагнового ковра.

У сосны нет на стволе придаточных корней. Поселившись на сфагновом болоте, она обрастает торфом. Через несколько лет ее корни оказываются на большой глубине. Распилив ствол сосны около корней, в области корневой шейки, можно определить быстроту нарастания торфа. Для этого надо разделить толщину торфяного слоя, наросшего от корней сосны до поверхности болота, на число годичных колец, видимых на срезе ствола. Прирост торфа на верховых болотах Европейской части СССР, измеренный таким способом, оказался равным 0,75 — 1,00 см в год.

Определение прироста торфа по сосне: 1 — поверхность сфагнового ковра; 2 — корневая шейка сосны.
Определение прироста торфа по сосне: 1 — поверхность сфагнового ковра; 2 — корневая шейка сосны.

Верховые болота получают влагу из атмосферных осадков, бедных минеральными веществами. Растения особенно остро ощущают нехватку азотистых солей. В обычной почве большая часть таких солей образуется в результате разложения остатков отмерших растений. Но в болоте эти остатки не могут разложиться полностью. Некоторые болотные растения восполняют нехватку азота, улавливая насекомых и растворяя их тела в своем соке (см. ст. «Насекомоядные растения»).

Все предметы, попавшие в торф и захороненные в его толще, сохраняются многие века почти без изменений. В Германии в одном из баварских болот был найден средневековый рыцарь в доспехах. В Австрии в болоте Лейбах были обнаружены на глубине 1,2 м остатки бревенчатой дороги, проложенной римлянами, а на дороге — римская монета с изображением императора Тиберия Клавдия, датированная 41-м годом н. э.

В торфе находят остатки доисторического человека, предметы его домашнего обихода, свайные постройки и т. д.

Наибольший интерес для науки представляет сохранившаяся в торфе пыльца деревьев и кустарников, споры мхов и папоротников. Распознав под микроскопом эти споры и пыльцу, можно определить, какая растительность окружала болото в различные периоды и какая пришла ей на смену. А следовательно, мы можем судить и об изменениях климата в этом районе.

Изучением пыльцы в болотах СССР и Западной Европы установлено, что после ледникового периода климат в Европе изменялся неравномерно. На северо-западе Европейской части СССР сразу же после отступания ледника стали формироваться болота северного, тундрового типа. Здесь, в придонных слоях торфяников, найдены остатки тундровых растений — карликовой березки, куропаточьей травы. Климат тогда был суровым и холодным. Из деревьев росли здесь лишь сосна и береза. Только их пыльца и встречается в придонных слоях торфяника. Выше в торфе появляется пыльца ели, но вскоре снова пропадает. Еще выше сохранилась пыльца теплолюбивых деревьев и кустарников — дуба, липы, клена, вяза, орешника. Теперь широколиственные леса, состоящие из таких деревьев, расположены значительно южнее. Следовательно, в то время климат на северо-западе Европейской части СССР был намного теплее современного. В этих же средних слоях торфа попадаются крупные пни сосны. Очевидно, болота в то время пересыхали, и на них росли высокоствольные сосны. В верхних слоях торфяников пыльца теплолюбивых деревьев исчезает и появляется пыльца ели и березы. Это свидетельствует о том, что за последние 2000—2500 лет средняя температура на северо-западе понизилась, а климат стал более влажным.

Распространение водного растения наяда.
Распространение водного растения наяда.

Таким образом, у наших болот не только своя сложная история, они сами — как бы природная летописная книга, на страницах которой сохранились сведения о растительности и климате прежних эпох.Пыльцевой метод позволяет установить и абсолютный возраст торфяников: в средней полосе Европейской части СССР — от 5000 до 8000 лет.