3.1.1. Условия накопления растительных остатков в процессе торфообразования

Происхождение торфа связано c ежегодным приростом растений на болотах, их отмиранием, накоплением и неполным распадом фитомассы в условиях избыточного увлажнения и недостаточного доступа кислорода [12].

Процесс торфообразования зависит от многих факторов: природы исходного растительного материала, условий его накопления, водо- и воздухонасыщенности торфогенного слоя, состава и химических характеристик среды (её окислительно-восстановительные свойства), в которой происходило преобразование растительных остатков. Особенности исходного растительного материала, гидрохимических и климатических условий оказывают влияние на интенсивность и характер деятельности микроорганизмов в торфообразующем слое. Всё это определяет большое разнообразие состава и свойств различных видов торфа, а также образующихся из него ископаемых углей.

Остановимся более подробно на основных факторах, влияющих на процесс накопления растительных остатков в процессе торфообразования.

По характеру растительности торфяники подразделяются на три типа: низинный – эвтрофный, требовательный к содержанию питатель­ных веществ в субстрате; верховой – олиготрофный, малотребователь­ный к содержанию питательных веществ в субстрате, и переходный – мезотрофный, занимающий промежуточное положение между эвтрофным и олиготрофным типами.

Эвтрофный тип растительности встречается в условиях богатого грунтового или намывного питания. Зольность субстрата составляет 5-18%, реакция среды – от слабокислой до щелочной. Содержание раст­воримых минеральных элементов колеблется от 200 до 300 мг/л. Из растений, встречающихся на болотах, к этому типу относятся: древес­ные породы – ольха, различные виды ив, береза, ель, пихта; травянис­тые растения – тростник, камыш, рогоз, большинство видов осок, хвощи, вахта, сабельник и многие другие; моховые – большинство видов зеленых (гипновых) мхов.

Мезотрофный развивался в условиях питания бедными грунто­выми водами, зольность субстрата составляет 4-5%, реакция среды – от сла­бокислой до нейтральной. Содержание в болотных водах растворимых минеральных элементов колеблется от 80 до 180 мг/л. Из растений к ним относятся древесные – сосна и береза, травянистые – ряд видов осок, сфагновый мох, кустарники: багульник, вереск и др.

Олиготрофный встречается в условиях питания бедными, преимущественно атмосферными водами, зольность субстрата менее 4%, реакция среды кислая. Содержание растворимых минеральных элементов колеблется от 40 до 75 мг/л. Из растений к ним относятся древесные породы – сосна и лиственница (в Сибири), травянистые растения – пушица, шейхцерия; моховые – большая часть сфагновых мхов; некоторые виды лишайников и болотные кустарники (Кассанд­ра, подбел, клюква).

По степени обводнённости торфяники делятся на обильно и пос­тоянно увлажнённые топи, где вода стоит над поверхностью раститель­ного (мохового) покрова; среднеувлажнённые, где водяное зеркало находится ниже поверхности растительного покрова, и периодически увлажнённые, где вода только проступает под ногами.

Большое влияние на формирование торфяников оказывает присутствие в болотных водах конк­ретных катионов и анионов, обусловливающих рН среды, что способст­вует или препятствует развитию растений определенного вида.

В современных торфяниках сильнокислой среды (рН 3,5-2,5) при содержании СаО в органическом веществе менее 0,3% хорошо развиваются сфагновые мхи. При более высоком содержании ионов Са (рН 4 и более) сфагновые мхи поги­бают и развиваются гипновые. По данным В.Е. Раковского [13], большое влияние на смену болотной растительности оказывают ионы калия, марганца, фосфора и анионы сульфатов. Так, появление суль­фатов и проникновение морских вод в болотные приводят к развитию тростника и гибели других видов растений, повышенное содержание фосфора способствует активному развитию пушицы и т. д.

Накопление растительного материала в местах торфообразования происходит двумя способами – на месте произрастания (автохтонно) и после переноса в другое место (аллохтонно). От способа накопления исходного материала в значительной мере зависят химико-технологические свойства торфа, а затем и углей, особенно их зольность и обогатимость.

При типичном автохтонном процессе основная масса материнского вещества угля в форме растительных остатков накапливается на месте произрастания растений. Вид растений-торфообразователей обусловлен обводнённостью и химизмом болотной среды. Отмирая, они проходят путь превращения от первоначальной торфогенного слоя черёз восстановительные промежуточные фазы гумификации до стадии диагенеза. В этом случае образуются малозольные торфяники и угли с зольностью до 10-15%.

При автохтонном накоплении поверхность торфяника а, следовательно, и торфогенный слой постепенно подни­маются над минеральным ложем, изменяется его положение по отно­шению к источникам питания.

Размеры и формы участков или зон, на которых в течение длитель­ного периода сохраняются одинаковые водно-минеральные условия, изменяющиеся только с ростом мощности торфяного месторождения над минеральным ложем или с вековыми изменениями климата, а в геологическом прошлом и в связи с другими экологическими фак­торами, могут быть различны. В этих зонах на любом участке залежь имеет одно и то же строение.

Аллохтонное накопление биомассы характеризуется отложением торфогенного слоя из несвойственного для данной болотной среды растительного материала, состав которого может быть самым разнообразным. Торфяные залежи проточных болот образовывались в результате переноса и переотложения растительного материала текучими водами. Для этих торфяников характерно высокое содержание обломочного материала, окатанность древесных обломков, оборванность коры и хаотическое располо­жение растительного материала. Из таких торфяников образуются угли с повышенным содержанием минеральных примесей.

При аллохтонном накоплении торфяников в зависимости от усло­вий водно-минерального питания создаются также зоны первоначаль­ного образования растительных остатков, которые сменяются по мере поднятия по­верхности торфяника над минеральным ложем. В зависимости от сме­ны химизма среды изменяются процессы превращения растительного материала и формирования слоев различных типов торфа.

Все воды, питающие торфяники, делят по генезису на атмосферные, грунтовые, поверхностно-сточные, озерные, речные и морские. Особен­но важную роль в формировании торфяников могли сыграть морские воды в девонское и каменноугольное время.

Поверхностное движение вод в торфяниках охватывает лишь верх­ний деятельный горизонт – торфогенный слой (от поверхности торфя­ника до уровня грунтовых вод). Свободное перемещение вод отме­чается только в самой верхней части этого слоя, где растительный ма­териал имеет низкую степень разложения, а масса обладает крупными порами. С глубиной по мере увеличения степени разложения умень­шаются размеры пор продуктов разложения и соответственно коэффициент фильтрации. Верхняя часть торфогенного слоя почти беспрепятственно пропускает осадки и воды, попадающие на поверхность торфяника, а средняя и особенно его нижняя часть, где степень раз­ложения достигает 15-20%, пропускают их ограниченно.

Все перечисленные факторы не только оказывают непосредственное влияние на формирование торфогенного слоя, характеристики торфяной среды, но и закладывают условия последующего превращения исходного растительного материала во все последующие стадии торфообразования и диагенеза.