Полюби эту вечность болот:
Никогда не иссякнет их мощь,
Этот злак, что сгорел, — не умрет.
Этот куст — без истления тощ.
Эти ржавые кочки и пни…
А. А. Блок
Среди различных экосистем нашей планеты болота являются как бы изгнанниками — о них говорят чаще с негативным оттенком. С древних времен они считались местом обитания всякой нечисти, гиблых болезней, а непроходимые топи и блуждающие огни внушали мистический ужас. Постоянные болотные туманы, да и реальные опасности, подстерегающие путника в подобных местах, породили множество сказаний и легенд. Позже болота считались местом, причиняющим трудности при хозяйственном освоении, — и безжалостно осушались.
Никакой мистики
В настоящее время хорошо известно, как образуются гиблые болотные топи («окна», «водья» или «чарусы»). Отдельные участки твердых горных пород, подстилающих болотный массив, могут располагаться почти под поверхностью трясины, и по ряду причин в них возникают вертикальные пустоты. Получаются практически бездонные колодцы, заполненные песчанистым материалом, обильно насыщенным водой, и любой предмет, попадающий на такую поверхность, быстро засасывается.
Естественное объяснение получили и болотные огни — это результат самовозгорания болотного газа при соприкосновении с кислородом воздуха. Кроме метана, в болотном газе могут содержаться в небольшом количестве светящиеся сероводород и соединения с водородом фосфора, так как некоторое количество серы и фосфора высвобождается при разложении растительных и животных остатков.
Особый резервуар
Болота — это уникальные природные образования, играющее вполне определенную и важную экологическую роль в биосфере нашей планеты. Она заключается прежде всего в том, что болота являются генераторами и резервуарами стока углекислого газа, хранителями биологического разнообразия. Они удерживают излишнюю углекислоту и обогащают атмосферу кислородом: гектар естественного болота выводит из атмосферы 550–1800 кг CO2 и выделяет в атмосферу 260–700 кг кислорода, то есть болота имеют непосредственное отношение к поддержанию газового состава атмосферы, выполняя буферную функцию в процессах глобального изменения климата. Они обладают высокоразвитым механизмом саморазвития и формируют сложный рисунок ландшафтной̆ поверхности.
Запасы торфа в болотах — мощнейший резерв сырья, которое может использоваться в сельском хозяйстве, химии, медицине. Болота играют большую роль в гидрологическом балансе территории, поддерживая его стабильность, давая истоки ручьям и рекам, очищая, подобно гигантским фильтрам, проходящие через них воды. Они сохраняют внутри себя избыточные атмосферные осадки: в болотах Земли накоплено более 11 500 куб. км воды, что составляет около 10% глобальных запасов пресной̆ воды. Кроме того, на болотах обитают многие уникальные виды растений и животных, способные жить только в условиях этой экосистемы. Среди растительных сообществ болот огромное количество ягодных, лекарственных и медоносных растений, а минеральные воды и грязи используются в лечебных целях.
Болотные системы относятся и к древнейшим образованиям биосферы. Палеозойские и мезозойские болота явились основой для формирования месторождений каменного угля. В голоцене происходило накопление торфа, основой которого стали не древесные породы, а мхи и травы. При этом в торфе как консервирующем материале относительно хорошо сохраняются остатки растений, а также их споры и пыльца. Поэтому торфяную залежь можно рассматривать как своеобразную память, летопись болот, где в слое за слоем запечатлены все фазы развития не только болота, но и окружающих территорий. По сохранившимся в торфе остаткам растений можно восстановить особенности прежних ландшафтов, климата, растительности, экологического состояния территории за много тысячелетий. Болота служат и уникальным археологическим объектом — торфяные залежи хранят в себе немало памятников прошлой̆ жизни людей̆. Они находятся в прекрасной сохранности благодаря тому, что пролежали в насыщенном водой̆ торфе, кислород в котором практически отсутствует, но содержатся вещества, способствующие консервации.
Кругом болота
В настоящее время болотами покрыто 4% общей территории суши. Они есть на всех континентах, кроме Антарктиды, и во всех географических зонах: их нет лишь в районах с очень засушливым климатом или в полярных областях. Но в прошлые геологические эпохи болота были и там, о чем свидетельствуют погребенные слои торфа (Гренландия, Шпицберген, некоторые приантарктические острова). Основные площади торфяных болот находятся в Северном полушарии, в зоне умеренного климата. Огромные пространства болота занимают в России — 10 % территории, причем в российских болотах сосредоточено 40% мировых запасов торфа. Уникальным болотным регионом является Западная Сибирь — на земном шаре больше нет мест, где болота занимали бы такие огромные площади и были бы столь разнообразны по своему строению. Там, в междуречье Оби и Иртыша, находится и самое большое в мире Васюганское болото протяженностью с запада на восток 570 км, с севера на юг — 320 км.
Так что же такое болото? Как ни парадоксально, четкого определения до сих пор не существует. Точнее, определение зависит от того, с какой стороны болото рассматривается: биологической, геоморфологической, физико-географической? Прежде всего это характеристика ландшафта, саморегулирующаяся экосистема, в которой степень продукции органического вещества растениями во много раз превышает степень их разложения. Это определение подчеркивает коренное отличие болотных экосистем от луговых, лесных и других, где аккумуляция органического вещества не занимает ведущего положения в круговороте.
Для болотных экосистем характерны свои виды растительности, приспособленные к условиям повышенного увлажнения, и особый болотный тип почвообразования, выражающийся в отложении торфа. Хотя последнее вовсе не обязательно: существуют и неторфяные болота — заболоченные пространства без торфа встречаются близ экватора в Африке и в других районах Земли.
Снизу вверх
Основные отличительные особенности болотных территорий — обильное и застойное увлажнение, недостаток кислорода, низкая теплопроводность, особенно характерная для сухих, пористых слабо разложенных торфов, бедность азотом и минеральными веществами, образование торфа. Даже летом поверхность болота нагревается сильнее, чем воздух, но уже на глубине 25 см суточные колебания температуры почти неощутимы, и температура в несколько раз холоднее температуры поверхности. То есть болотные ландшафты в целом являются более влажными, холодными и бедными кислородом и питательными веществами по сравнению с неболотными. Но соответствующие показатели среды сильно меняются как по сезонам, так и на болотах разных типов и в разных природных зонах.
В первую очередь принято различать болота по тому, насколько их растительность обеспечена минеральным питанием. От этого зависит их видовое разнообразие. Есть евтрофные (от греческого «еу» — хорошо и «трофе» — пища), или низинные болота — к ним близко подходят грунтовые воды, богатые солями, нужными растениям. Они обычно располагаются по долинам рек и их поймам, по берегам озер.
Полная противоположность им — болота олиготрофные (от греческого «олигос» — малый, недостаточный), или верховые. Растительность там приподнята, отделена от почвы уже накопившимся слоем торфа. Немного минерального питания она получает только с атмосферными осадками. Вода удерживается и накапливается сфагновыми мхами, которые впитывают воду не хуже, чем губка.
Низинное болото превращается в верховое по мере накопления торфа. Торфяная залежь растет медленно, в среднем на миллиметр в год, и, конечно, в природе встречается целый ряд промежуточных болотных форм. Такие болота объединяются под общим названием — мезотрофные, или переходные.
Переходной мост
Есть два пути образования болот: первый — заболачивание озер и других водоемов, второй — заболачивание суши. Самый древний путь — образование болот из озер и прудов, начатое после отступления ледника и продолжающееся до сего времени. Но болото может появиться и на суше, если есть к тому условия. Например, в Финляндии 95 % площади болот раньше занимали леса.
Известно, что жизнь на Земле и ее биосфера возникли из океана. Однако свое развитие жизнь получила на болотах — болотное почвообразование в истории биосферы выполнило своего рода роль переходного моста, по которому растения вышли из воды на сушу. В память об этом остались пласты угля. Торф — младший брат угля древних эпох. Но если на образование угольных пластов уходят миллионы лет, торфяные пласты растут у нас на глазах.
Из грязи в торф
Как возникает торфяная залежь? Отмирающие и частично разрушенные процессами гниения части растений медленно погружаются в болотную топь. В глубине топи процессы разрушения резко замедляются из-за недостатка или даже полного отсутствия кислорода. Микроорганизмы, живущие в бескислородной среде, — так называемые анаэробные — разлагают растительные остатки значительно слабее, чем аэробные. Рост торфяных залежей зависит от соотношения двух противоположных процессов: образования органического вещества в процессе фотосинтеза и его распада. Чем быстрее увеличивается масса болотных растений, тем больше возможностей для сохранения их отмирающих частей. Но чем интенсивнее идет процесс разложения, тем меньше их оседает на дне водоема. В итоге скорость формирования залежи находится в прямой зависимости от преобладания первого процесса над вторым.
Основную роль в торфообразовании играют так называемые сфагновые мхи, которые пестрым и прочным ковром покрывают болота — только в нашей стране их насчитывается более 40 видов. Их природа удивительна! Они имеют два вида клеток: мелкие, наполненные протоплазмой, и крупные, пустые. Пустые клетки соединяются между собой многочисленными отверстиями, которые активно впитывают воду. В естественно-влажных торфяниках содержание влаги поддерживается на уровне 900–1200% по отношению к массе торфа! Верхняя часть мха может совсем потерять воду и стать сухой, но мох при этом остается живым.
Болота относят к водным объектам — в торфе более 85 % объема занимает вода и лишь 3–15% приходится на минеральные, зольные вещества. О воде как важнейшем компоненте природной среды, обеспечивающем жизнь на Земле и сохраняющем биосферу, написано достаточно много, но о болотной воде мы знаем пока очень мало — а это вода особого химического состава.
Last but not least
Еще одна важная особенность болот — они являются одним из основных биогенных источников поступления в атмосферу метана (CH4) — газа, который играет важнейшую роль в экологических процессах на Земле. Несмотря на то, что его процентное содержание в атмосфере очень невелико, он является эффективным парниковым газом. Рост его концентрации приводит к гораздо более сильному парниковому эффекту по сравнению с аналогичным приростом (в процентах) углекислого газа. Потенциал глобального потепления CH4 в краткосрочной перспективе в 72, а среднесрочной — в 25 раз выше, чем у CO2. И роль CH4 как парникового газа постоянно возрастает. Метан является конечным продуктом разложения органического вещества, при этом единственными производителями данного газа являются метаногены, обитающие в анаэробных, то есть бескислородных условиях. Их жизнь и развитие бывают очень комфортными в нижних торфяных слоях болота. Отсюда и болотные огни, и газовые месторождения Сибири, и пузыри на болотных озерах.
Все вышесказанное подтверждает, что болотные экосистемы крайне важны для нашей планеты и являются интереснейшим объектом исследований. Есть даже отдельная область науки — болотоведение. С одной стороны, оно тесно связано с биологическим циклом наук, с другой — с физическим. Оно берет свои основы от естественных наук, имея корни в ботанике и геологии, тесно связываясь при изучении природы торфа с химией, физикой и технологическими науками. При разъяснении некоторых внутренних процессов, происходящих в торфе, заметную играет и микробиология. Также болотоведение занимается исследованием структуры ландшафтов болот, связи процессов болотообразования с тектоническим строением и гидрогеологией региона, стационарными наблюдениями за гидрологическим режимом функционирования болотных геосистем и многим другим. Во всех этих областях еще достаточно загадок, и исследователей ждет немало открытий. Если отвлечься от комаров, болотных змей, топей и сырости, то можно увидеть одни из самых красивых и завораживающих земных ландшафтов, поэтичность которых ничуть не уступает столь многими воспетой поэтичности океанов.
Исследования болот проводятся при поддержке гранта РФФИ 18-05-60126-Арктика.
