2.6.6. Гідрологія боліт

Важливою рисою практично всіх водних об’єктів суходолу є значний вплив на закономірності їх розвитку речовини літосфери. Ступінь цього впливу різний. Для підземних вод це провідний фактор, для озер та льодовиків — додатковий. Включення твердих часток (наносів) важливе для річок і невід’ємна частина основних властивостей — для селей. Особливу групу утворюють приповерхневі «земноводні» об’єкти: підтоплені землі, періодично затоплювані землі, болота і фактично всі ґрунти. Часово-просторові співвідношення води та ґрунту можуть бути різні, але без води немає специфіки цих об’єктів. При значному зволоженні і достатній кількості тепла важливою їх складовою стає рослинність. Вона впливає на хід розвитку та основні риси об’єктів. Їх дослідження лежать на межі гідрології, ґрунтознавства, біології та географії.

Таким чином ми можемо говорити про існування цілого ряду рослино-земноводних об’єктів в якому виділяються перезволожені ділянки поверхні суходолу — болота у широкому розумінні. Їх можна визначати так: це перезволожена ділянка поверхні суходолу, на якій відбувається накопичення органічної речовини у вигляді неповністю розкладених рослинних решток.

Серед всіх боліт виділяють особливу групу — торф’яні, які значно розповсюджені у помірних широтах. Ними називають: природні утворення, що являють собою відклади на поверхні мінеральних порід органічного матеріалу насиченого водою — торфу, товщина якого перевищує 30 см і на якому росте специфічна болотна рослинність, що пристосована до умов застійного, або слабопроточного зволоження.

Фактори перезволоження територій і утворення боліт досить різноманітні: підступання до поверхні ґрунтових вод; періодичне підтоплення та затоплення морями, озерами, водосховищами, річками; застій поверхневих вод над слабоводопрониклими шарами, або в межах низин; поступове заростання і замулювання відносно невеликих водойм та інші.

Заболочування суходолу властиве багатьом природним зонам Землі. Основні його шляхи — затоплювання та підтоплювання територій. В свою чергу затоплювання також поділяється на два види: 1) переважання опадів над випаровуванням при відсутності значних фільтрації та відтоку вод з даної ділянки (тропічні ліси, тундра та ін.); 2) затоплення водами річок, озер, морів відносно невисоких та вирівняних ділянок. Підтоплювання пов’язане з підвищенням рівня ґрунтових вод.

Заростання та заболочування водойм відбувається в умовах помірного та теплого клімату. Воно починається від мілких берегів. Обмілінню озера сприяють відклади наносів. Рослинність від берегів до центральних частин розташована концентричними смугами (рис. 2.80). Спочатку ростуть просто вологолюбні рослини, далі земноводні, далі (на глибинах до 2 м) — очерет, далі напівзанурені рослини (кувшинки та інші), вони покривають поверхню. Наступними розташовані вже підводні рослини. Залишки рослин разом з наносами сприяють облімінню озера. Зменшення глибин призводить до зсування смуг рослинності все більше до центру. На дні накопичуються специфічні намули. Мала рухомість прибережних, зарослих вод частково створює анаеробні умови і сприяє початку утворення торфу. Досить часто в зоні плаваючої рослинності, за рахунок високої її щільності, утворюється поверхневий килим, який складається як з живих рослин, так і з їх решток та принесених вітром твердих часток. Частини цього килима можуть відриватися і плавати у вигляді острівців (сплавин). Описані процеси призводять до поступового замулювання та заболочування озера.

Враховуючи специфіку переробки і розпаду решток рослин всі болота поділяють на дві крупні групи: 1) торф’яні болота; 2) заболочені землі, або болота без значного шару торфу. В другу групу можна віднести: трав’яні болота тундри, очеретові та осокові болота лісостепу, засолені болота пустель та напівпустель (солончаки та ін.), заболочені тропічні ліси, прісноводні тропічні болота сезонного зволоження, солонуваті приморські болота (марші), солоні мангрові болота, прісноводні та солонуваті болота лиманів та інші.

Загальна площа всіх типів боліт на Землі складає понад 3,5 млн. км², з них на торф’яні болота приходиться 2,7 млн. км². Основна область розповсюдження останніх — північна частина зони лісів помірного клімату, лісотундра та тундра. Торф’яні болота характеризуються певними різновидами, що залежать від фізико-географічних умов місцевості. Зокрема проявляється географічна зональність в їх розташуванні. Зональними ознаками боліт вважають:

1) прив’язаність до певних морфологічних елементів суходолу (низини, схили, вододіли);

2) переважання певного типу рослинності та певної структури болотних фацій;

3) середня товщина торф’яного покладу та характерні форми рельєфу поверхні боліт;

4) загальний ступінь заболоченості територій.

Особливості рельєфу місцевості впливають на утворення боліт як безпосередньо, так і через зміни клімату. Безпосередній вплив визначає особливості водного живлення, будови та розвитку боліт. В кліматичній зоні надлишкового зволоження помірного поясу болота можуть бути розташовані і на вододільних плато, і на пологих схилах межиріч, і на терасах і у низинах. Це їхня зональна ознака. В зоні недостатнього зволоження болота розташовані тільки у від’ємних формах рельєфу. В їхньому живленні основними факторами стають поверхневий та підземний притік.

В межах кліматичних зон виділяють власне зони боліт за особливостями рослинних асоціацій, структури болотних утворень, товщиною (потужністю) торф’яних покладів. В зоні надлишкового зволоження: зону арктичних мінеральних осокових боліт; зону горбастих боліт та опуклих оліготрофних боліт. В зоні недостатнього зволоження: зону євтрофних гіпновоосокових та осокових боліт та зону засолених очеретяних боліт. В перехідній зоні нестійкого зволоження (кількість опадів перевищує випаровування не більше ніж на 100 мм) на рівнинах розвинуті євтрофні та оліготрофні сосново-сфагнові болота. Вони можуть утворюватися навіть на виположених перезволожених ділянках поверхні хребтів (наприклад в Українських Карпатах).

Враховуючи розташування боліт на різних елементах рельєфу була розроблена їх геоморфологічна класифікація.

Перша група — болота вододільних міжрічкових просторів. Типи:

1) болота плоско-вододільного залягання;

2) вододільно-схилові болота плоского залягання;

3) болота котловинного залягання.

Друга група — болота річкових долин. Типи:

1) терасові;

2) заплавні;

3) стариць та старорічь.

Спрощено (узагальнено) говорять також про низинні, перехідні та верхові болота. Але ці назви пов’язані не тільки з характером первинного рельєфу, але і з розвитком рельєфу самих боліт (накопиченням торф’яного покладу).

Розвиток торф’яних боліт у більшості випадків починається з певних локальних центрів (осередків). Як правило це понижені частини рельєфу. Спочатку тут утворюється низинне болото з плоскою, або ввігнутою поверхнею. Сюди попадають не тільки атмосферні опади, але також стікають багаті на мінеральні речовини поверхневі та підземні води. Багате водномінеральне живлення сприяє розвитку відповідних видів рослин. Така рослинність, як і болото, називається євтрофною. Торф, відкладений тут, має велику зольність (6-7%). Він може використовуватися як добриво. Далі болото вступає у перехідну стадію розвитку. Їй відповідає мезотрофна рослинність. При значному накопиченні торфу настає стадія верхового болота з оліготрофною рослинністю (рис. 2.81). За рахунок опуклості поверхні та нашарувань торф’яного покладу води від центральної частини відтікають. Сюди попадають тільки бідні на мінеральні речовини атмосферні опади. Тому рослинність тут оліготрофна. Тут накопичується торф малої зональності (до 4%).

Розглянута система розвитку болотного масиву являється ідеалізованою. Насправді процеси розвитку значно більш різноманітні. Тим не менш вона важлива з точки зору виділення певних головних закономірностей і лежить в основі більш складних схем.

З одного осередку заболочування розвивається один болотний масив (болотний мезоландшафт). При їх злитті утворюється складний масив — макроландшафт (рис. 2.82). На поверхні любого болота розвиваються також певні локальні утворення — пасма, мочарі, купини, міжкупинні пониження, горби, трясовини, драговини, мікроозера-озерця та ін. Вони тісно взаємопов’язані з особливостями рослинності та водного режиму. Різновиди цих комплексних утворень називають болотними мікроландшафтами. Вони є основним показником типу болота і тому з ними пов’язана основна класифікація.

Торф’яні болота характеризуються певною будовою і специфічною гідрографічною сіткою. Сформований торф’яний поклад характеризується наявністю багатьох шарів. Кожен шар має специфічний склад торфу, що відображає зміни видового складу рослинності і загальних умов на певних стадіях розвитку болота. Узагальнено весь поклад поділяють на інертний та діяльний (активний) шар (рис. 2.83). Інертний шар займає основну частину покладу. Рух та зміни вмісту води тут майже відсутні. Сюди не поступає кисень. Діяльний шар це приповерхнева частина болота, область руху вод, розвитку рослинності, торфонакопичення. Його товщина може складати 40-95 см. Нижній горизонт діяльного шару приблизно відповідає середньому багаторічному значенню з мінімальних річних рівнів ґрунтових (болотних) вод.

Основний рух вод в болоті відбувається шляхом фільтрації в діяльному шарі. Фільтрація відбувається за законом Дарсі (див. 1.2.17). Коефіцієнт фільтрації досить швидко змінюється з глибиною (рис. 2.84). Об’єми стікання можуть бути дуже великі (до 150 м³ з одного гектара за добу). Через інертну товщу проходить лише 1% витрат води. Напрямки горизонтальних фільтраційних потоків відповідають похилам поверхні болота. При котловинному заляганні та опуклій формі поверхні (верхове болото) рух іде від центральних частин до периферії. Тут болотні води разом з поверхневими та ґрунтовими, що стікають з оточуючих схилів, утворюють драговини, мочарі, трясовини, а також струмки. На ввігнутій поверхні низинного болота рух води направлений до центру.

Болота мають специфічну гідрографічну сітку. Болотні водойми — це озера та озерця. Вони мають береги з торфу. Деколи на їх поверхні мандрують мохові сплавини. Озерця пов’язані з мікрорельєфом поверхні та болотними мікроландшафтами. Це елемент мікроландшафту (пасмово-озерцевого). Їх можуть бути десятки, сотні. Болотні водотоки (річки, струмки) здійснюють основне відведення води з боліт. Ті водойми та водотоки, що залишилися від початку торфонакопичення і мають мінеральне ложе, називають первинними, інші — вторинними.

Структура водного балансу боліт залежить від їх типу, а також складається з балансів окремих ландшафтів. Для верхових боліт у прихідній частині переважають опади. Для низовинних — поверхневий та підземний притік. У витратній частині практично завжди переважає випаровування. Для низинних боліт зони недостатнього зволоження його частка може досягати 100%. Найбільшу кількість води випаровують плавні та заболочені дельти річок в умовах сухого субтропічного клімату (до 1 300 мм на рік). Багато випаровують також заболочені тропічні ліси. В умовах помірного клімату найбільше випаровують певні види трясовин — до 600 мм за теплу пору року). Сезонні зміни складових водного балансу призводять до закономірних коливань рівня ґрунтових вод у болоті, тобто формують його водний режим. Характерний графік ходу рівнів води для торф’яних боліт помірних широт показано на рис. 2.85.

Тепловий режим таких боліт залежить не тільки від змін зовнішніх факторів, але і від водно-теплових характеристик боліт. Чим більший вміст води у торфі тим більша його теплоємність. Теплопровідність дуже низька. Добові коливання температур помітні до глибин 15-25 см, а сезонні — до 3-3,5 м. Замерзання боліт відбувається пізніше ніж невеликих озер та річок (приблизно через 15-17 діб після стійкого переходу температур повітря нижче 0^о). Максимальна товщина шару перемерзання досягає лише 60-65 см.

Цікавим прикладом не торф’яних боліт є марші. Це смуга низинних узбережь морів, що затоплюється лише під час найвищих припливів, або нагонів води. Її ширина досягає 30 км. Тут поєднуються луки та болота. Ґрунти багаті на гумус, рослинність галофітна. Значна частина маршів відгороджена дамбами і перетворена на поля. Марші можуть утворюватися на намулах, мулистих пісках або піщанистих намулах. На пісках вони не утворюються. Піски занадто рухливі і мають значні коефіцієнти фільтрації. Типовими фізико-географічними особливостями територій маршів є наявність кріків (вузьких протоків, що дренують ґрунтові води) та пенів — западин заповнених водою. Останні бувають первинними, вторинними, а також відсіченими вер-хів’ями кріків.

Первинні рослинні асоціації сильно затоплюються під час припливів. Але з появою рослин інтенсивність відкладання наносів значно підвищується. Рівень суші піднімається і умови середовища змінюються. З’являються нові рослинні асоціації. Таким чином характерною особливістю рослинності маршів є смугастий (мікрозональний) розподіл в залежності від умов середовища. Марші поступово наступають на море. Перші стадії розвитку приморського солоного болота проходять за 25-50 років, але повна сукцесія може тривати декілька сот років. Останні її стадії залежать від умов на межах маршів. Це виражається в наявності крайових дюн, контакту з луками, притоку прісних вод. В останньому випадку сукцесія продовжується до появи солонуватоводних спільнот і кінцевого перетворення маршу у прісноводне болото.

Болота відіграють важливу роль у загальному гідрологічному режимі територій. Внаслідок підвищеного випаровування та транспірації болота зменшують середню величину стоку води з територій. Різниця у випаровуванні з боліт та оточуючих територій наростає із загальним зменшенням зволоженості територій (збільшенням сухості клімату). Таким чином при осушенні боліт випаровування зменшується, а стік збільшується. Вплив боліт на максимальний та мінімальний стік неоднозначний. Відомо, що осушення боліт в цілому вирівнює сезонні коливання стоку. Болота також впливають на гідрохімічний склад річкових вод. Слід також зауважити, що технології меліорації боліт повинні бути гнучкими і високорозвиненими. При неправильному осушенні можуть створюватися пилові бурі (видування вітром легких осушених часток торфу та намулу).