Торфяное месторождение состоит из живого слоя — современного растительного покрова и свиты торфяных отложений, образовавшихся в результате ежегодного отмирания и неполного разложения растительности в условиях определенного водно-минерального режима.
Водный режим торфяника обусловливается факторами гидрологического процесса, т. е. круговорота воды в природе, одним из элементов которого является и растительный покров. В основном растительный покров торфяных месторождений, в особенности верхового типа, состоит из растений, обладающих в силу особенностей своего анатомического строения и роста способностью поддерживать влагонасыщенное состояние в субстрате. В благоприятных геоморфологических и климатических условиях это способствует поднятию уровня грунтовых вод в прилегающих минеральных берегах, и болотная растительность заселяет их, покрывая сплошным влагонасыщенным ковром. Таким образом, происходит рост торфяника вширь.
По отмирании остатки растений оказываются в условиях того же насыщения застойной влагой. Это затрудняет доступ к ним кислорода воздуха, способствует их полному распаду и переходу в торф в полуразложившемся состоянии. Ежегодное отложение торфа на поверхности торфяника обусловливает рост вверх над его минеральным ложем.
Повышение поверхности торфяника вносит изменение в его гидрологический режим, увеличивая значение атмосферного питания в общей сумме питающих его вод и обедняя питание торфяника минеральными солями, в связи с чем происходит смена одних растительных группировок, более требовательных к минеральному питанию, другими, менее требовательными. Таким образом, развитие торфяников складывается из двух процессов: накопления органической массы в живом растительном покрове и разрушения ее, т. е. перехода этой органической массы в торф. Причем отмирающая часть растительной массы разлагается медленнее, чем происходит образование нового, способного разлагаться растительного материала.
Торфяные месторождения неравномерно распределены по земной поверхности. Степень заболоченности отдельных районов определяется суммой факторов гидрологического процесса.
В основном это — климатические, почвенно-геологические и геоморфологические условия местности и растительный покров.
Климатические условия того или иного района находятся в зависимости от его географической широты, расстояния от испаряющей поверхности океанов, морей и динамики воздушных масс (ветер). Географическая широта обусловливает в основном температуру воздуха, почвы и воды, а расстояние от испаряющей поверхности по направлению господствующих ветров — количество осадков, их распределение и интенсивность. С температурой и осадками тесно связаны для каждой данной местности интенсивность испарения, влажность воздуха и почвы, облачность.
На рельефе и почвенно-геологическом строении северной половины европейской части Советского Союза в сильной степени отразилась деятельность ледников и их талых вод. Неоднократное оледенение, направлявшееся от Фенноскандии к юго-востоку, захватывало большую часть Восточно-Европейской равнины. Наиболее мощное днепровское (второе) оледенение в виде двух языков спускалось по долине р. Днепра до широты г. Кременчуга, а по долине р. Дона — до устья р. Медведицы. Границы лихвинского (первого) и валдайского (третьего) оледенений проходили значительно севернее.
В результате неоднократных оледенений северная половина европейской части Советского Союза приобрела характерный мягкоравнинный рельеф со сглаженными округлыми повышениями обширными водосборными площадями и часто незначительной разницей в уровнях водоразделов и речных долин. Для южной внеледниковой части Союза характерна, как результат водноэрозионных процессов, большая расчлененность рельефа при довольно значительной разнице высот водоразделов и речных систем.
Ледниковые эпохи на пространстве Восточно-Европейской равнины сопровождались процессами мощной аккумуляции. Ледники несли с собой большое количество обломочного материала, который отлагался при их таянии. Особенно обильно нагромоздили ледники его на периферии при максимальном своем развитии в виде широкого пояса конечноморенных образований, получившего название главного конечноморенного пояса.
Последний слагает водораздел между реками, текущими к югу в бассейны Черного и Каспийского морей, — с одной стороны, — и реками, текущими на запад, северо-запад и север в бассейны Балтийского и Белого морей, Ладожского и Онежского озер, — с другой. Ледники отступали с задержками и остановками, во время которых успевали накапливаться конечноморенные отложения, иногда размытые, сыгравшие важную роль в определении направления русел водно-ледниковых потоков, частью использованных долинами современных рек. При надвигании и отступании ледниковых масс у их краев образовывались мощные потоки талых вод, испытывавшие иногда временное или частичное подпруживание и переотлагавшие перемытый и отсортированный моренный материал в виде песчаных и глинистых флювиогляциальных отложений, выстилающих местности равнинного характера. К ним приурочены речные долины с более или менее ясной выраженностью уступов — террас.
Южная половина европейской части Советского Союза, которая не была подо льдом, оказалась покрытой мощной толщей лёссовых отложений.
Сложенные в основном деятельностью ледника рельеф и почвенный покров европейской части Союза в послеледниковое время подвергались воздействию факторов выветривания. Наиболее разрушительное воздействие на почвы и рельеф оказывают текучие воды. К их разрушающему действию в настоящее время применяют термин эрозия. В районах с большим количеством летних осадков ливневого характера и с глубоким местным базисом эрозии водные потоки, стекающие с водоразделов в реки, глубоко размывают склоны и приводят к образованию сгущенной овражно-балочной сети. Выраженность и густота этой сети определяются комплексом природных факторов местности и различны в отдельных районах.
Для европейской части СССР легко установить, что местности с менее расчлененным рельефом являются наиболее заторфованными. Там, где сильно развита овражно-балочная сеть, отводящая избыточную воду, торфяники весьма редки.
Другим важным фактором, определяющим заболоченность района, является уровень стояния грунтовых вод. Накопление и распределение влаги в поверхностных слоях земной коры в значительной степени зависят от механического состава почв. С этой точки зрения все породы, слагающие земную кору, делятся на водопроницаемые и водонепроницаемые, более влагоемкие и менее влагоемкие.
Взаимное расположение слоев различной влагоемкости и водопроницаемости, мощность этих слоев и условия их залегания определяют передвижение вод в поверхностных слоях земной коры. Атмосферные воды, выпадающие в виде осадков, частью стекают по уклону поверхности, частью испаряются обратно в атмосферу и частью просачиваются в грунт до встречи с водонепроницаемым горизонтом. Скопляясь над ним, частицы воды заполняют на некоторую высоту все поры грунта, образуя водонасыщенный слой, и дальнейшее передвижение совершают по уклону водонепроницаемого горизонта. Эти грунтовые воды, образованные из атмосферных осадков, при выклинивании водоносных горизонтов вновь выходят на поверхность и дают начало ключам.
Залегание водоносных горизонтов во многих случаях определяется глубиной дренирующей их сети речных долин, балок и оврагов, а также частотой эрозионного расчленения. Эти природные явления обусловлены в основном климатическими и почвенно-геологическими факторами местности и степень их выраженности носит зональный характер. Некоторые исследователи указывают на определенную зональность в размещении грунтовых вод.
По В. С. Ильину и А. А. Соколову, одни грунтовые воды распределяются поясами, закономерно сменяющимися с севера на юг в связи со сменой климатических и физических факторов. Это воды зональные. Другие грунтовые воды — азональные — в своем распределении указанным закономерностям не подчинены.
Тундровые воды в своем уровне почти совпадают с поверхностью почвы, слабо минерализованы и богаты органическими веществами.
Зона высоких вод Севера лежит непосредственно к югу от предыдущей, занимая верховья крупных рек Печоры, Волги, Камы и распространяясь к юго-западу вплоть до г. Киева. Приурочены грунтовые воды этой зоны главным образом к четвертичным отложениям, залегают на междуречьях на глубине 3—4, реже до 10 м. Минерализация их невысока, но уже ощутима. Количество органических соединений невелико.
В зоне неглубоких оврагов грунтовые воды залегают на глубине до 20—25 м. По сравнению с предыдущей зоной они сильнее минерализованы (до 0,5 г/л), но еще мягки. Органических соединений почти не содержат. В оврагах и речных долинах образуют ключи, играющие заметную роль в питании рек. К этой зоне относится значительная часть бассейна рек Волги и Камы.
В зоне глубоких оврагов глубина залегания грунтовых вод достигает 25—30 м. Степень минерализации их увеличивается до 0,75 г/л, жесткость воды средняя. Доля участия грунтовых вод в питании рек уменьшается. Зона распространения их включает значительную часть Средне-Русской возвышенности от р. Десны до р. Волги.
Зона овражно-балочная простирается полосой от Левобережной Украины до Саратовско-Куйбышевского Поволжья и Заволжья. Грунтовые воды залегают здесь на глубине 50— 60 м; они обычно жестки, иногда солоноваты (1 г/л и более). В оврагах только местами грунтовые воды выходят на поверхность в виде родников и ключей и не играют особой роли в питании рек.
Зона балочная занимает широкую полосу Черноморского и Азовского побережий и простирается на восток до Прикаспийской низменности. Глубина залегания грунтовых вод достигает иногда 100 м. Близко к поверхности находятся они только в балках. Эти воды обычно очень жестки, засолены или солоноваты.
Зональность грунтовых вод, особенно отчетливо выраженная в европейской части СССР, нередко нарушается местными условиями, создающими районы с азональными водами. К ним относятся: 1) районы конечных морен с очень разнообразными условиями залегания грунтовых вод; 2) карстовые районы с различной глубиной грунтовых вод в легкокарстующихся породах, например, на Онежско-Двинском междуречье, в отдельных районах Тульской, Горьковской, Владимирской областей, в Литовской ССР и т. д.; 3) болотные районы с поверхностным залеганием грунтовых вод; 4) районы аллювиальных и флювиогляциальных отложений; 5) районы кристаллических пород (трещинное залегание грунтовых вод); 6) солончаки.
С распределением зональных вод связан характер заторфованности отдельных районов. Учитывая основные факторы гидрологического процесса, А. Н. Костяков для каждой данной местности вывел формулу водного баланса, построенную на приходных элементах ее (осадки) и расходных (испарение, сток вод). Коэффициент водного баланса для одних местностей выражается величиной более единицы, т. е. для них поступление воды (осадки) больше расхода (испарение, сток), для других он равен единице, для третьих — менее единицы.
А. Н. Костяков делит европейскую часть Советского Союза на три зоны: избыточного, неустойчивого и недостаточного увлажнении. Расположение зон характеризуется общим направлением с северо-запада на юго-восток, а каждая зона — следующим сочетанием факторов гидрологического режима.
Зона избыточного увлажнения: относительная влажность воздуха высокая, почвы богаты водой и бедны воздухом (аэрация почвы слабая), густота гидрографической сети велика, горизонт грунтовых вод лежит высоко.
Зона неустойчивого увлажнения характеризуется неустойчивым соотношением прихода и расхода влаги.
Зона недостаточного увлажнения: относительная влажность воздуха пониженная: почвы легко размываются, образуя овраги; густота гидрографической сети небольшая, горизонт грунтовых вод лежит глубоко под поверхностью. Интенсивность испарения возрастает в направлении с севера на юг, т. е. с ростом средних температур. Глубина залегания грунтовых вод в этом направлении увеличивается: на Крайнем Севере в зоне тундр грунтовые воды почти совпадают с поверхностью почвы, на юге они залегают на значительных глубинах. Наибольшее количество осадков (500 мм) относится к средней полосе при падении кривой как к югу, так и к северу. В действительности максимум осадков для этой территории не совпадает с осью данной схемы: несколько отклоняется к западу, достигая 650 мм в истоках рек Днепра и Даугавы. Ось понижения уровня стояния грунтовых вод также не совпадает с меридиональным направлением и ориентирована с северо-запада на юго-восток.
Суммы этих факторов нашли свое отражение в установленных почвенно-ботанических зонах, особенно хорошо и полно выраженных на европейской территории Советского Союза: зонах тундр, лесов умеренного климата, лесостепи, степей, полупустынь и пустынь.
Посмотрим, как развивается процесс торфообразования на фоне природных условий основных зон.
В зоне тундр при низких температурах воздуха испарение пониженное. Общее количество осадков не превышает 200—300 мм в год. Летом дожди часты, но незначительны, снегопад зимой ничтожен. Почва, плохо прикрытая снеговым покровом зимой сильно промерзает и не успевает оттаивать за короткий летний период. Уже на небольшой глубине почва в тундрах скована многолетней мерзлотой. Последняя обусловливает высокое стояние грунтовых вод, бедных минеральными соединениями. Растительность в тундре карликовая, древесные породы почти отсутствуют, встречаясь лишь в ее южной части вдоль рек. За короткий вегетационный период общий прирост органической массы в тундре незначителен. Микробиологические процессы разложения ее идут замедленно. По занимаемой площади болота в тундре становятся господствующим элементом ландшафта: громадные пространства затянуты сплошным ковром мхов и лишайников, отлагающих по отмирании маломощные слои торфа.
В зоне лесов умеренного климата средняя температура воздуха несколько выше по сравнению с зоной тундр. Лето здесь сравнительно теплое и довольно влажное, зима холодная. Количество осадков значительно выше (до 500 мм). В условиях избыточного увлажнения в почве интенсивно развивается подзолообразовательный процесс, способствующий иногда повышению уровня стояния грунтовых вод. Вегетационный период продолжительнее, чем в тундре, и дает большой прирост растительной массы. Торфонакопление в условиях этой зоны происходит значительно быстрее и мощность торфяных отложений здесь наибольшая, но степень распространения торфяных месторождений по сравнению с тундрой меньшая. В пределах зоны месторождения распределены неравномерно в зависимости от особенностей геоморфологического сложения отдельных ее частей.
В зоне лесостепи уровень стояния грунтовых вод пониженный. Рельеф расчленяется сетью оврагов или довольно высокими всхолмлениями. Почвы чаще черноземные, подостланные лёссом. Растительный покров представлен перемежающимися участками лиственных лесов и степи. Условия климата, рельефа и почв зоны в целом не способствуют развитию торфообразовательного процесса. Поэтому зона бедна торфяными месторождениями, и последние приурочены преимущественно к условиям пойменного, изредка котловинного залегания на водоразделах. Мощность торфяных отложений в зоне лесостепи невелика.
Зона степей относится к зоне недостаточного увлажнения, и коэффициент водного баланса здесь ниже единицы. Рельеф степи чаще сильно расчленен. Почвы — черноземные. Уровень стояния грунтовых вод очень низкий. Воды богаты содержанием растворимых солей. Безлесные пространства покрыты травяной растительностью. Для развития торфяных месторождений условия степи чрезвычайно неблагоприятны; месторождения формируются главным образом в поймах рек. В устьях крупных рек: Днепра, Дона и Кубани, встречается особый вид обширных торфяников, так называемые плавни.