Единственное место на Земле, где происходит накопление торфа, — это болота.
Рост торфяных залежей зависит от соотношения двух диаметрально, 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.
Образование торфа — современный этап зарождения угля. Процессы консервации органического вещества в болотах каменноугольного, мелового или третичного периодов были различны. Различались они и по составу растительного покрова, животному населению и по микроорганизмам — разрушителям отмерших растений. Геолог Ю. А. Жемчужников в 1948 г. обосновал идею неповторимости осадков и фаций в истории Земли. Однако, несомненно, существуют общие закономерности образования органических отложений, приложимые как к прошлым геологическим эпохам, так и к настоящему времени.
Л. Ш. Давиташвили в 1971 г., анализируя различные эпохи угленакопления, пришел к выводу, что для образования горючих ископаемых решающим является соотношение автотрофов (т. е. растений — битумо-, сланце — или углеобразователей) и гетеротрофов (разрушителей, питающихся автотрофами).
Например, для докембрия было характерно накопление органических отложений из нежных, с тонкими непрочными оболочками сине-зеленых и бурых водорослей, давших впоследствии битумы. Это было возможно потому, что темпы процессов гниения и разрушения органических остатков были незначительны, даже ничтожны по сравнению с их темпами в настоящее время. Здесь, пожалуй, стоит отвлечься от основной темы. Немного поговорим о том, что такое гетеро — и автотрофы.
Гетеротрофы — организмы, которые могут существовать, лишь питаясь готовым органическим веществом растительного или животного происхождения. Первые примитивнейшие существа Земли были гетеротрофами. Они поедали себе подобных. Но ведь это не могло продолжаться бесконечно. В один прекрасный момент есть было бы некого. И эволюция органического мира не зашла в тупик лишь потому, что какая-то часть комочков первичной живой материи приобрела чудесное свойство. Появилась возможность использования солнечной энергии для превращения простых органических веществ в сложнейшие органические соединения. Словом, то, что мы сейчас называем фотосинтезом. Появились организмы-автотрофы. Самопитатели — в буквальном смысле слова. А гетеротрофы получили постоянный неисчерпаемый до сих пор источник пищи.
В каменноугольном периоде накопление остатков автотрофных организмов растений в значительной степени превышало процессы уничтожения их гетеротрофами — животными, грибами, микробами. За сотни миллионолетий слои торфа превратились в горизонты каменного угля. Такие же условия накопления органического вещества, в первую очередь растительного происхождения, возникали на болотах юрского, мелового и даже третичного времени. Подтверждение тому — месторождения различных горючих ископаемых.
На болотах антропогена господствующими растениями-торфообразователями стали травянистые формы — мхи, сфагновые и зеленые, различные осоки. Изменился состав болотных растительных сообществ, возникли и новые комплексы живущих за их счет гетеротрофов. Все вместе привело к появлению других условий накопления органических остатков.
В наше время наиболее оптимальная среда для накопления торфа существует в умеренном, достаточно влажном климате. Болота здесь достигают наибольшего развития и распространения. В целом климатические границы для торфяников уже, чем для болот. В тундре болот тоже немало, но торфообразование идет очень медленно: слишком низкие температуры и незначителен прирост органического вещества.
Мощность торфяных отложений полностью зависит от температуры и продолжительности вегетационного периода не только в тундре. В тропиках нарастание растительной массы идет интенсивно, но постоянно высокие температуры делают распад растительных остатков настолько быстрым, что торф не успевает образоваться. Болота там обычно лишены торфяных залежей.
Конечно, можно привести и диаметрально противоположные примеры. Мощные торфяники встречаются недалеко от экватора, на Зондских островах, где они занимают значительные площади, а глубина торфяного слоя может превышать 15 м. Такие болота возникают на месте лесов, частью мангровых. Наверное, так же погружались в топи и превращались в торф стволы деревьев еще в каменноугольном периоде, чтобы за сотни миллионов лет трансформироваться в каменный уголь. Неблагоприятное влияние высоких температур на образование торфа нейтрализуется огромным количеством осадков, которые способствуют такой неистовой продуктивности растений, что процесс разложения не в состоянии с ней соперничать. Природа очень разнообразна в своих проявлениях.
По имеющимся данным, 99% торфа от общих его запасов все-таки приходится на страны умеренного и субарктического поясов. Не так давно торфяные ресурсы казались практически неисчерпаемыми. Но разработки месторождений этого вида горючих ископаемых в последние годы стали весьма интенсивными и уже укоренившуюся точку зрения приходится менять. В полной мере такое положение характерно и для нашего государства, хотя оно по-прежнему и занимает первое место в мире по запасам торфа.
Например, Московская область пока продолжает быть одним из крупнейших центров его добычи, но по сравнению с прошлыми десятилетиями площади болот сократились вдвое, соответственно уменьшились возможности их разработки. Возникла необходимость очень экономно использовать торфяные богатства Белоруссии, где тоже резко сократилось количество месторождений вследствие повсеместного осушения заболоченных пространств. Становится настоящим расточительством сжигать торф в топках электростанций, тем более что опять-таки в последние годы он все больше находит применение как ценнейшее сырье для химической, фармакологической и микробиологической промышленности, которое нерентабельно восполнять искусственным синтезом.
Торф как топливо использовался еще древними римлянами. О нем упоминают Тацит и Плиний Старший. Последний в одной из 37 книг своей «Естественной истории» рассказывает о торфе как о «горючей земле», пригодной для нагревания пищи.
Что такое торф? Прежде его считали земляным маслом, горной смолой, горючей землей или серой. Растительным остаткам, т. е. именно тому, из чего в сущности состоит торф, большого значения не придавали.
Ученые средневековья полагали, что залежи торфа возникли из растворенных и раздробленных водами всемирного потопа органических веществ, которые затем вновь осели на землю. Существовали взгляды, что торф — это особая корневая ткань, способная к росту, но не образующая листьев и стеблей. Иные даже считали торф единым громадным растением. Лишь в конце XVIII в. появилось представление о торфе, как о горючей растительной болотной земле, коричневого или черного цвета, связанной волокнами или корешками разложившихся растений и минеральными частицами. Генетически правильно определил природу торфа М. В. Ломоносов, отметив, что он возникает из болотных растений.
«Торф — это горючее полезное ископаемое, образовавшееся в процессе отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затрудненного доступа воздуха» — так объясняется слово «торф» в Большой советской энциклопедии.
В странах Европы добыча торфа существует с XII— XIII вв. Сохранилась переписка настоятелей двух монастырей из Утрехтского епископства (Нидерланды), содержащая просьбу о разрешении рыть торф на болотах, принадлежащих одному из монастырей. Письма датированы 1113 годом. Примерно в это же время торф используется в Шотландии и других странах Западной Европы. Трактаты о торфе появляются позднее, уже в XVII в. Одно из первых таких сочинений было издано во Франции.
В России первая мысль об использовании торфа как топлива принадлежала Петру I. В 1696 г. он отдал приказ добывать торф в Воронеже, а год спустя — искать его в окрестностях Азова и использовать в качестве топлива в этих безлесных местах. В начале XVIII в. сенатским указом голландцу Тимофею фон Армусу было предоставлено право разрабатывать болота, которые на пашни и на сенокосные покосы не годятся, «делать своим иждивением торфу… как то есть во многих королевствах и наипаче в Голландии,— жгут оную вместо дров и обжигают кирпичи и черепицу, и бывает от оной жару больше, чем от дров». Петровский указ, однако, остался невыполненным.
В труде М. В. Ломоносова «О слоях земных», изданном в 1763 г., содержится много высказываний о природе и ценности торфа. Академик Петербургской Академии наук И. Г. Леман различает пять сортов торфа по степени пригодности их на топливо. Это первая классификация торфов. В 1810 г. выходит в свет руководство члена Санкт-Петербургского экономического общества Энгельмана по осушению болот.
Систематическое изучение болот в России в связи с бурным развитием промышленности началось лишь во второй половине XIX в., когда были организованы крупнейшие экспедиции по осушению болот Белорусского Полесья и центральных губерний Европейской России.
В 1873 г. начала работать экспедиция П. П. Жилинского по исследованию болот. Вот как об этом писал К. Паустовский (1953):
«Кроме рек в Мещерском крае много каналов. Еще при Александре II генерал Жилинский решил осушить Мещерские болота и создать под Москвой большие земли для колонизации, В Мещеру была отправлена экспедиция. Она работала двадцать лет и осушила только полторы тысячи гектаров земли, но на этой земле никто не захотел селиться — она оказалась очень скудной… Почва Мещеры — это торф, подзол и пески. На песках хорошо родится только картошка. Богатство Мещеры не в земле, а в лесах, в торфе и в заливных лугах по левому берегу Оки».
В 1874 г. появился труд В. В. Докучаева «К вопросу об осушении болот вообще и в частности Полесья», Маститый почвовед впервые дал широкую программу освоения заболоченных земель. Но отцом русского болотоведения с полным основанием можно считать Г. И. Танфильева. В 1888 г. выходят в свет его работы о болотах Петербургской губернии, в 1895 г. — о болотах Полесья, а в 1903 г. — статья «Болота и торфяники». В своих книгах Г. И. Танфильев пишет о закономерностях образования и развития болот. В это же время над исследованием болот начинает работать А. Ф. Флеров и другие исследователи. В пределах Европейской России выделяются четыре торфяно-болотные области: Прибалтийская низменность, Полесская котловина, Приволжская низменность и Московская котловина.
В начале XX века выходят в свет две капитальные работы, обобщающие полученные к тому времени знания о торфе, уделяющие особое внимание процессу заболачивания и растительному покрову болот: В. Н. Сукачев «Болота, их образование, развитие и свойства» в 1915 г.; В. С. Доктуровский «Болота и торфяники. Развитие и строение их» в 1914 г.
20-е годы характеризуются всесторонним развитием советского болотоведения. Оно связано с осуществлением ленинского плана ГОЭЛРО и непосредственно с именем В. И. Ленина. Двадцатые годы — это время рождения отечественной торфяной промышленности.
Чтобы оценить огромное значение сдвига в деле добычи торфа после Октябрьской революции, нужно опять ненадолго вернуться к истории торфяного дела в России.
…Когда в середине прошлого века к торфу пробудился интерес общественности, Московским обществом сельского хозяйства в 1858 г. был основан комитет по обработке торфа. В следующем году Общество командировало за границу своих сотрудников. Они знакомились с постановкой добычи торфа в Голландии, Австрии, Швейцарии, Франции и других странах Западной Европы. Тогда там уже проводились опыты по механической переработке подсушенного торфа: размолу, прессованию и брикетированию. В иностранной литературе писали о возможности получить из торфяной массы кокс, парафин и другие продукты переработки.
В 1859 г. Министерство государственных имуществ учредило должность торфмейстера, которому вменялось в обязанность изучать и развивать торфяное дело. В 70-е годы владелец Никольской мануфактуры близ Орехова-Зуева Савва Морозов решил разрабатывать для своих фабрик огромные торфяные месторождения между Окой и Клязьмой.
Крестьяне подмосковных губерний были вынуждены идти на торфяные работы. Добыча в основном велась ручным способом, производительность труда была крайне низкой. Для добычи и сушки одного миллиона тонн топлива требовалось свыше 20000 рабочих. Рабочий день длился 12—15 часов, труд рабочих был каторжным, и владельцы разработок получали торф по 5—6 копеек за пуд. Единственным местом, где разрабатывались новые методы добычи, была первая работавшая на этом топливе электростанция «Богородской электропередачи», сооруженная в 1912—1913 гг.
«Без преувеличения можно сказать, что именно эта станция спасла красную Москву от повального погашения и окончательной приостановки механических приводов на ее главнейших фабриках и заводах», — писал Г. М. Кржижановский. На этой станции работал инженер Р. Ж. Классон, явившийся изобретателем нового способа добычи торфа размывом торфяного массива струей воды высокого давления (так называемый гидроторф).
По инициативе В. И. Ленина стала внедряться новая техника, организовывались научно-исследовательские институты (в Москве Центральная торфяная опытная станция, Торфяной институт, ныне переведенный в г. Калинин и преобразованный в Политехнический институт), велась пропаганда необходимости подготовки кадров для торфяной промышленности. В высших учебных заведениях организуются специальные факультеты, создаются техникумы, увеличивается выпуск книг и брошюр о торфе, многие экспедиции отправляются на поиски и разведку новых торфяных массивов. Осушенные болота превращаются в своеобразные заводы, где днем и ночью идет добыча. За годы Советской власти она возрастает в десятки раз, и страна создает лучшую в мире торфяную промышленность.
В течение нескольких десятилетий торфяные месторождения центральных областей нашей страны использовались прежде всего для топливно-энергетических нужд. Основной показатель характеристики топлива — теплота сгорания (количество тепла, выделяющегося при полном сгорании одного килограмма топлива). У торфа она зависит от его вида, степени разложения, зольности. В целом по способности теплоотдачи (теплотворной способности) торф занимает промежуточное положение между дровами и бурым углем.
Древние торфа (образовавшиеся по третичный период истории Земли включительно) изменились в течение многих миллионов лет. Они прошли различные стадии обугливания (бурого угля, каменного угля, антрацита, графита) и их называют уже не торфами, а углями. Торф — это первое звено в цепи превращений растительного вещества в уголь. Для него характерно присутствие не полностью разложившихся остатков животного и в первую очередь растительного происхождения. По химическому составу торф — это смесь битумов, органических кислот, их солей, клетчатки, т. е. продуктов разложения, в основном растительного материала без доступа воздуха. Содержащиеся в нем остатки растений можно распознать под микроскопом. По ним производится номенклатура торфов: сфагновый, ольховый, лесной, гипновый (из мхов, порядка Bryales), осоковый, тростниковый, камышовый, вересковый, березовый и т. д. В состав некоторых торфов входят соли серной кислоты. Они не годятся для топлива или удобрения, но служат для лечебных ванн (от ревматизма, артритов и других болезней).
У берегов Голландии и Дании встречаются торфа, пропитанные солью (хлористым натрием) — в местах, где берега были затоплены морем. Высыхая, эти торфа покрываются соляной коркой.
В естественном виде торф из неосушенного болота содержит около 90% влаги. После сушки его влажность естественно сильно уменьшается (до 25—18%). В таком виде торф представляет собой волокнистое пористое вещество. Под микроскопом можно различить разнообразные растительные ткани с большим количеством полостей, заполненных воздухом, обусловливающих его малую теплопроводность. Благодаря этому качеству торф — прекрасный изоляционный материал. Его используют в технике, а также в пищевой промышленности (под торфяным покровом хорошо сохраняются фрукты, рыба, мясо, лед и т. п.).
В Гренландии, и вообще за полярным кругом, моховой торф с давних времен служил материалом для постройки жилищ. Эскимосы, строя свои дома, делали их из двух слоев: внешнего — снега и внутреннего — торфа. В самые жестокие морозы в таких жилищах было тепло. Торфяными кирпичами издавна утепляли стены.
Верхний слой сфагнового торфа может служить сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности: из него можно делать грубые сорта бумаги, картон, а также черепицу, спирт, кокс и т. д.
В конце прошлого века на выставке в Антверпене (Голландия) экспонировались грубые, но очень прочные ткани из торфа — ковры, половики, попоны. Были продемонстрированы и более мягкие ткани, предназначаемые для белья, хорошо впитывающие влагу. Крепость полученных из торфяной массы волокон оказалась настолько высокой, что из них можно было делать даже приводные ремни для машин. На промышленной выставке в Вене в начале нашего столетия тоже демонстрировались занавески, скатерти, обивка для мебели, сделанные «из торфа».
С давних времен торф применяли как удобрение. Сейчас торфяная масса вывозится на поля, в значительно большем количестве. Из 40 млн. т ежегодно добываемого торфа в Белоруссии — этой поистине торфяной республике — теперь сжигают торфа гораздо меньше, чем 10—15 лет назад: 9 млн. т используется «а электростанциях и для коммунально-бытовых нужд и 31 млн. т (свыше 75% всей добычи) идет на удобрение. В перспективе намечается сокращение, а затем (в одиннадцатой пятилетке) и прекращение использования торфа на электростанциях, снижение расхода его на коммунально-бытовые нужды. Предполагается более эффективное использование его в сельском хозяйстве, а также в качестве химического и микробиологического сырья.
Торф в РСФСР занимает второе место среди органических удобрений (в Белоруссии — первое). Расширение использования торфа с подобными целями может дать целый ряд положительных моментов, а добавление его в почву не только повышает ее плодородие и улучшает структуру, но и способствует естественному круговороту веществ. В этом отношении торф выгодно отличается от минеральных удобрений. Неумеренное их употребление нередко приводит к резкому изменению биохимического равновесия в пахотном слое и даже в окружающей природной среде.
Торф на удобрение заготовляют в виде мелкой крошки и применяют главным образом на подзолистых почвах. Наиболее богат азотом, кальцием, фосфором торф низинных болот. Он отличается и меньшей кислотностью. В торфе верховых болот азота почти вдвое меньше, чем в низинных, кальция и фосфора меньше в несколько раз. Кислотность верхового торфа очень высока, и на удобрение без специальной предварительной подготовки он не годится. В последнее время для экономии торфа удобрение из него готовится в виде гранул, обогащенных питательными веществами, необходимыми растениям.
Высокая способность поглощать влагу позволяет применять торф как прекрасную подстилку для скота. Один килограмм абсолютно сухого, малоразложившегося торфа может удержать около 20 кг воды. Поглотительная способность у сфагнового мха в 8—10 раз выше, чем у соломы. Так как торф обладает бактерицидными свойствами, он способен предотвращать возникновение болезней у скота.
В последние годы на страницах советской и зарубежной печати все меньше говорится об использовании торфа на топливо и даже в сельскохозяйственном производстве. Связано это с тем, что недавно были открыты еще более ценные его свойства. Торф оказался великолепным сырьем для получения битумов и восков. Торфа малой степени разложения, где органическая масса представлена в основном углеводами, могут стать сырьем для производства кормовых дрожжей и других видов кормов для животных.
Торф может быть источником ценных лекарственных препаратов, в частности «торфота», незаменимого при лечении отслоения сетчатки, а также эффективных средств против ревматизма, болезней почек, сердца, рака, экземы.
В медицине торф издавна применяется и для грязелечения. На Международном конгрессе по торфу в 1963 г. О. Штобер из австрийского Института болотоведения выступил с докладом «Теория и практика применения нейдхартингского «болотно-грязевого букета»», в котором привел перечень растений (224 названия), содержащихся в целебных торфах Бад-Нейдхартинга (Австрия). Перечисление достоинств торфа как полезного ископаемого на этом, пожалуй, можно закончить. Невзрачная буровато-черная горючая земля все больше становится ценнейшим (и пока не дефицитным) сырьем, имеющим необычайно разнообразное применение, которое непрерывно расширяется.
Заканчивая обзор свойств торфа, пожалуй, стоит рассказать еще об одной стороне торфяных залежей. Они нередко служат местом удивительных находок.
В 1950 г. на торфоразработках в Центральной Шотландии рабочие обнаружили в только что вскрытом ими пласте торфа труп человека. Его лицо, нисколько не обезображенное тлением, заставило предположить, что в болоте была скрыта жертва недавнего преступления. Вскоре на место происшествия прибыла полиция. Но оказалось, что полиции здесь делать нечего — сотрудники краеведческого музея определили, что человек был убит на заре нашей эры и погребен в торфянике около 2000 лет назад. На голове у него была остроконечная кожаная шапка, закрепленная ремешком под подбородком, волосы коротко подстрижены, щеки выбриты. Его шею стягивал ремень-удавка из двух полосок кожи. Скорее всего он был повешен, а затем брошен в болото. Медики исследовали его внутренности — все великолепно сохранилось: сердце, легкие, печень, мозг. В желудке обнаружили остатки пищи, съеденной примерно за полсуток до смерти. Что-то вроде похлебки из семян ячменя, льна, рыжика и других растений. Возможно, его принесли в жертву богине земли и плодородия Нертус, а может быть, решением собрания всего племени казнили. Как свидетельствует Тацит, древние германцы бросали в болото трусов и преступников.
Болотных людей находили в Англии: в Уэльсе и в Шотландии, в болотах Ирландии, Норвегии, Швеции, в Центральной Европе. Возраст находок был определен путем радиоуглеродного анализа.
В апреле 1952 г. в Шотландии в Небельгардских болотах близ Грубалле был найден еще один труп человека. Он пролежал в болоте около 1500 лет. На его ступнях и ладонях рисунок линий настолько отчетлив, что с некоторых пальцев удалось снять отпечатки — уникальные дактилоскопические отпечатки со столь древнего объекта.
Трупы людей и животных, попавшие в торфяник, непрерывно подвергались процессу дубления, благодаря чему и сохранились так хорошо до наших дней. Консервации способствовало также низкое содержание кислорода в болотной воде и обеззараживающие свойства сфагнового мха.
В болотах Борре (Северная Шотландия) археологи раскопали деревню железного века, насчитывающую около 20 домов. Эти дома служили одновременно укрытием и домашнему скоту.
В нашей стране свайные постройки первобытного человека обнаружены в Горбуновском торфянике у Нижнего Тагила на Урале. На Клязьме у Льялова вскрыта неолитическая стоянка. Орудия первобытных людей находили в разных торфяниках Московской области.
Нередки случаи, когда торфяной массив мог служить местом неоднократного захоронения. Тогда при разработке торфа вскрывается соответственное число слоев, наполненных остатками древних культур. На берегу озера Лача в Архангельской области вначале обнажился горизонт, несущий много керамических черепков с гребенчатым узором, а значительно ниже — разнообразные предметы охотничье-рыболовного хозяйства первобытного человека: гарпуны, наконечники стрел, рыболовные крючки. В этом слое торф был переполнен костями животных, рыб и птиц. Обилие найденных предметов позволило археологам с уверенностью отнести верхний слой к 1 тысячелетию (ранний железный век), а нижний к 3 тысячелетию до н. э., когда в этом районе еще продолжалась эпоха неолита.
Находки в торфе различных изделий первобытных людей (каменные орудия, посуда и пр.), а также остатки древних мостов, дорог и другие следы материальной культуры немало помогают в освещении различных этапов истории человеческого общества. Уточняется и возраст торфяников, определяется скорость прироста залежи. В Западной Европе близ Гамбурга в торфянике Витмоор нашли дорогу (настил из бревен) и на ней — монеты времен Римской империи. За последующее время торф, нарастая, образовал над дорогой слой от одного до двух метров. Нетрудно сосчитать: если с тех пор прошло 2000 лет, то ежегодный прирост торфа составляет 0,5—1 мм.