Характеристики торфов
Оглавление
Введение
Глава
1. Условия образования торфов
Глава
2. Характеристики торфов
.1
Ботанический состав
.2
Степень разложения
.3
Зольность
.4
Кислотность
.5
Теплотворная способность
Заключение
Список
литературы
Введение
Торф - уникальноё сырьё и многофункциональный
материал, используемый людьми уже несколько тысячелетий - как топливо,
удобрение, строительный материал и в других качествах.
Тюменская область является уникальным по
заболоченности регионом мира. Болота как природные образования, имеют большое
практическое значение для хозяйственной жизни общества. В результате увеличения
антропогенного воздействия на все природные экосистемы территории Тюменской
области (и в частности на болота) изменяется их экологическое состояние, а
следовательно снижается средообразующее и биосферное значение этих природных
сообществ.
Торфяные залежи, занимающие большие площади в
районах активного антропогенного воздействия, как остатки растений, могут быть
использованы для индикации каких-либо экологических условий местообитаний.
Этим объясняется выбор темы курсовой работы,
целью которой было изучение индикационных свойств торфов.
Для достижения поставленной цели были определены
следующие задачи:
дать определение торфяной залежи;
рассмотреть основные характеристики торфов;
проанализировать возможности использования
характеристик торфа для возможностей индикационного использования.
Глава 1. Условия образования торфов
Торф представляет собой органическую горную
породу, образующуюся в результате неполного разложения растений в условиях
повышенного увлажнения при недостатке кислорода. Торф состоит из растительных
остатков и гумуса и является сложной многокомпонентной полифракционной
полуколлоидальной высокомолекулярной системой с некоторыми признаками
полиэлектролитов и микромозаичной неоднородности. [1] Торф имеет сложный
химический состав, который определяется условиями генезиса, химическим составом
растений-торфообразователей и степенью разложения торфа. Элементный состав торфа:
углерод 50-60%, водород 5-6,5%, кислород 30-40%, азот 1-3%, сера 0,1-1,5%
(иногда 2,5) на горючую массу. В компонентном составе органической массы
содержание водорастворимых веществ 1-5%, битумов 2-10%, легкогидролизуемых
соединений 20-40%, целлюлоза 4-10%, гуминовых кислот 15- 50%, лигнина 5-20%.
[4]
Перегной (гумус) придаёт торфу тёмную окраску.
Относительное содержание в общей массе торфа продуктов распада растительных
тканей, утративших клеточную структуру, называют степенью разложения торфа.
Различают торф слаборазложившийся (до 20%), среднеразложившийся (20-35%) и
сильноразложившийся (свыше 35%). [4]
Торфообразование протекает в пределах так
называемого торфогенного слоя, который представляет собой верхний (0.2- 0.7 м)
слой торфяной залежи. [
Торфяная залежь - геологическое тело,
образованное напластованием торфов различных видов, закономерная смена которых
отражает изменения условий водно-минерального питания, растительного покрова и
процесса торфообразования. Основные характеристики торфяной залежи:
генетический тип и вид, размеры (площадь) в границе промышленных глубин и в
нулевой границе, глубина, мощность торфа, мощность минеральных прослоек,
наличие и мощность сапропеля, влажность, степень разложения, зольность торфа,
пнистость и др. [6]
Торфяные залежи подразделяются на четыре типа:
низинный, переходный, смешанный и верховой. К низинному типу относятся залежи с
мощностью низинных торфов свыше половины общей глубины, слой верховых торфов не
превышает 0,5 м; к переходному типу - залежи, сложенные переходными торфами не
менее чем на половину общей глубины, слой верховых торфов не превышает 0,5 м.
Смешанный тип включает залежи, в которых слой верховых торфов составляет менее
половины общей глубины, но не менее 0,5 м; нижние слои могут быть сложены низинными
или переходными торфами. Верховой тип включает залежи, где слой верховых торфов
составляет не менее половины общей глубины; нижняя часть залежи может быть
сложена переходными или низинными торфами. [6]
Исследования Д. А. Бегака, И. М. Курбатова, М.
В. Беликовой, Д.А.Герасимова и других показали, что торфообразование -
сравнительно короткий биохимический и физический процесс, происходящий в
периоды понижения уровней грунтовых вод. При высоком стоянии воды возникают
анаэробные условия, при которых разложение замедлено. Дальнейшие изменения,
проявляющиеся в торфе, прошедшем стадию разложения в верхних слоях, уже
незначительны. [2]
Химические и биологические процессы
торфообразования значительно сложнее. Разложение растительных остатков
происходит с участием микроорганизмов - актиномицеты, плесневые и дрожжевые
грибы, различные бактерии. В этом процессе принимают участие и многочисленные
беспозвоночные, в том числе и дождевые черви. Все эти организмы-аэробные,
поэтому процесс разложения растительных остатков протекает в самом
поверхностном, наиболее аэрированном торфогенном слое. Глубина его в среднем
составляет 50 см. Все основные свойства торф получает именно в этом слое, а
глубже подвергается лишь незначительным морфологическим изменениям. Ниже торфогенного
слоя разложение сильно замедляется, но не прекращается даже в глубоких слоях
залежи (до 6 м), откуда выделяется метан, свидетельствующий об анаэробных
процессах (вторичное разложение, диагенез). [2]
Активность аэробных микроорганизмов обусловлена
климатическими особенностями. В более сухие периоды жизнедеятельность их
становится интенсивнее, они быстрее размножаются, и вследствие этого
откладываются торфа более высокой степени разложения. Во влажные периоды
активность аэробных организмов снижается, тогда откладываются менее
разложившиеся торфа. Последующее потепление и понижение влажности усиливают
интенсивность микробиологических процессов и обусловливают отложение более
разложившихся торфов. [5]
Таким образом причиной неравномерности,
скачкообразности торфообразовательного процесса, что типично для верховых
болот, получающих основное питание с атмосферными осадками является изменения
климата. В низинных залежах не наблюдается скачкообразного распределения торфов
по степени разложения, что объясняется более стабильным грунтовым питанием.
По условиям образования и свойствам торф
подразделяют на низинный, переходный и верховой. [4]
- низинный тип. А -
лесной подтип, 1 - лесная залежь; Б - лесо-топяной подтип, залежи: 2 -
древесно-тростниковая, 3 - древесно-осоковая, 4 - топяно-лесная, 5 -
лесб-топяная, 6 - многослойная лесо-топяная; В - топяной подтип, залежи: 7 -
хвощовая, 8 - тростниковая, 9- осоковая, 10 - шейхцериевая, 11
-осоково-гипновая, 12 - осоково-сфагновая, 13 - гипновая, 14 - сфагновая, 15 -
многослойная топяная. - переходный тип. А - лесо-топяной подтип, залежи: 16 -
лесо-топяная; Б- топяной подтип, залежи: 17 - топяная.- cмешанный тип. А-
лесной подтип, залежи: 18 - пушицево-лесная; Б - лесо-топяной подтип, залежи:
19 - лесо-топяная; В - топяной подтип, залежи: 20 - топяная. - верховой тип . А
- лесной подтип, залежи: 21 - сосново-пушицевая; Б - лесо-топяной подтип,
залежи: 22 - магелланикум; В - топяной подтип, залежи: 23 -
шейхцериево-сфагновая, 24 - комплексная, 25 - фускум-залежь.
Глава 2. Характеристики торфов
Основными характеристиками торфа являются:
ботанический состав, степень разложения, зольность, кислотность, теплотворная
способность. [2]
.1 Ботанический состав
Свойства торфяных отложений зависят от
ботанического состава слагающих их видов торфа. Различные сочетания остатков
растений-торфообразователей определяют величины степени разложения, зольности,
влажности, кислотности торфа. По этим показателям можно судить о
водно-физических и водно-механических свойствах торфа, знание которых
необходимо для проведения различных инженерных расчётов, связанных с освоением
заболоченных территорий. [2]
По изменению этих показателей в пределах видов
торфа и их групп в зависимости от географического и геоморфологического
положения болот можно судить о пространственно-временных сменах биогеоценозов
болотных типов.
Состав растений-торфообразователей в
значительной степени отражает и региональные структурно-функциональные
особенности этих типов биогеоценозов. Ботанический состав многих видов торфа
Западной Сибири отличается от аналогичных по наименованию видов торфа
европейской части России. [2]
Для многих видов торфа Западной Сибири
характерно присутствие: из древесных - остатков коры и древесины кедра, лиственницы,
пихты: из травянистых - корешков и эпидермиса Сагех globularis, С. acuta,
C.buxbaumii, Baeothryon cespitosum, Scolochloa festucacea; из мхов -
Drepanocladus aduncus, Pseudo- calliergon trifarium.
Среди остатков сфагновых мхов в торфе Западной
Сибири чаще, чем в торфе европейской части России, встречаются остатки сфагнума
линдберга (Sphagnum lindbergi)i, с. узколистногоS. angstroemii, с. скученногоS.
compactum. В мочажинном торфе Западной Сибири доминируют остатки с. большогоS.
majus и с. балтийскогоS. balticum, к которым обычно примешиваются с. Йенсена S.
jensenii, с. Бородавчатого S. papillosum и чрезвычайно редко присутствуют
остатки с. головчатого S. cuspidatum. Для северо-запада европейской части
России S. cuspidatum является довольно частым мочажинным видом. В Западной
Сибири в сложении залежей верхового типа участвуют сосново-осоковый и
осоково-сфагновый виды торфа с осокой шаровидной Carex globularis. Эти залежи
отсутствуют в стратиграфии торфяных отложений европейской части России.
Региональной особенностью ботанического состава многих низинных видов торфа
Западной Сибири является и присутствие остатков олиготрофных видов сфагновых
мхов. Олиготрофность низинных видов торфа возрастает в направлении с юга на
север. Эта особенность ботанического состава низинных видов торфа также
определяет специфику таких показателей, как степень разложения, зольность,
влажность, кислотность. [2]
.2 Степень разложения
Многие виды торфа Западной Сибири (особенно
верхового типа) отличаются несколько пониженными показателями степени
разложения по сравнению с одноимёнными видами торфа европейской части
России.[2]
В пределах каждого типа торфа наблюдается резкое
увеличение величины степени разложения (до 65%) для видов торфа, относящихся к
древесной, древесно-травяной и древесно-моховой группам. Относительно высокую
степень разложения (35-45%) имеют и виды торфа травяной группы верхового типа.
Минимальные значения (5-10%) этот показатель имеет у видов торфа, относящихся к
моховой группе. Прямой зависимости величины степени разложения от глубины
залежи не обнаружено.
Величина степени разложения отражает условия
увлажнения, в которых формируются соответствующие виды торфа, а также характер
температурного режима вегетационного периода. Поэтому этот показатель может
быть использован в качестве одного из индикаторов для реконструкции
климатических условий голоцена. [2]
.3 Зольность
Зольность - отношение массы негорючего остатка
(Золы), полученного после выжигания горючей части топлива, к массе исходного
топлива. [7]
Величина зольности видов торфа в Западной Сибири
значительно превышает этот показатель одноимённых видов торфа в европейской
России. Для низинных и переходных видов торфа выявлено более существенное
увеличение этого показателя в восточных и особенно южных засоленных районах
Западной Сибири. Низинные виды торфа, сформировавшиеся в речных долинах,
отличаются не только большими показателями зольности по сравнению с зольностью
одноимённых видов торфа водораздельных равнин, но и резкими её колебаниями по
разрезу. Причиной этого является постоянное поступление с грунтовыми водами
солей железа (в центральных районах Западной Сибири) и кальция (на юге этой
территории).
Причиной повышения зольности некоторых видов
торфа в Западной Сибири, несмотря на высокую обводнённость болот этой
территории в течение всего голоцена, является и постоянный снос минеральных
частиц с окружающих возвышенностей на поверхность болот, что в некоторой
степени является результатом отрицательных тектонических движений, отмечаемых
на большей части заболоченной территории исследуемого региона. [2]
Средняя зольность видов торфа верхового типа,
независимо от принадлежности к соответствующей группе и географического
положения болот, колеблется в довольно узких пределах (2,5-5%). Низкими
показателями зольности характеризуются и переходные виды торфа (2,5-8%).
Заметно увеличение зольности (до 30%) у видов торфа низинного типа, особенно у
торфов древесной, древесно-травяной и древесно-моховой групп. Среди видов торфа
низинного типа нередко встречаются высокозольные виды торфа с зольностью 20-30%
[2]
.4 Кислотность
Кислотность торфа тесно связана с его
зольностью. Кислотность верховых видов торфа в Западной Сибири колеблется в
пределах 2,9-4,1, переходных - 5,0-7,2, низинных - 5,0- 7,3. Из анализа
колебания кислотности видов торфа следует, что низинные и переходные виды торфа
в Западной Сибири отличаются более кислой реакцией по сравнению с одноимёнными
видами торфа европейской России. [2]
Закономерности изменения кислотности и зольности
торфа, как по профилю строения торфяных залежей, так и в пределах болот,
определяются особенностями стратиграфии торфяных залежей. В однородных по
строению торфяных залежах величины кислотности и зольности очень незначительно
изменяются по глубине. В неоднородных по строению залежах торфа значительное
изменение величины кислотности и зольности по глубине залежи - характерное
явление. Кислотность нормальнозольного торфа (А<12%) тесно связана со
структурой торфа. Поэтому по величине кислотности можно судить о структуре
торфа и о степени его гидрофильности. Зольность торфа, химический состав его
минеральной части и органической массы, кислотность - очень важные показатели,
отражающие условия водно-минерального режима, в которых протекал болотообразовательный
процесс. Поэтому водно-физические свойства видов торфа можно использовать для
реконструкции палеогеографической обстановки начала болотообразовательных
процессов. [2]
.5 Теплотворная способность
Теплотворная способность - количество теплоты,
выделяемое при сжигании 1 кг. топлива.
Теплотворность каждого вида топлива зависит: от
его горючих составляющих: углерода, водорода, летучей горючей серы и др.; а
также от его зольности и влажности. [4]
Теплотворная способность торфа - зависит от
степени гумификации его, зольности и влажности. Теплотворная способность
органической части торфа (за вычетом золы и влаги) колеблется от 6.700 до 4.200
калорий, причем крайние пределы встречаются редко (в среднем 5.900-5.500
калорий). Полезная теплотворная способность среднего торфа при 25% влаги и 5%
золы - около 3.700 калорий или 5.700 кал. на органическое вещество.[8]
Заключение
Торфяные залежи, занимающие большие площади в
районах активного антропогенного воздействия, как остатки растений, могут быть
использованы для индикации каких-либо экологических условий местообитаний, так
как именно торф оказывает наиболее сильное воздействие на окружающие
территории, что имеет большое значение в санитарном отношении, так как
состояние болота сильно меняет санитарные гидрохимические и бактериологические
показатели в значительном радиусе вокруг него. Также, болота оказывают
определенное влияние на развитие ряда культурных растений.
Для индикационного использования необходимо
учитывать такие характеристики торфов: ботанический состав, степень разложения,
зольность, кислотность, теплотворная способность.
Список литературы
Лиштван
И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск: Наука
и техника, 1975. 320с.
Боч
М.С., Мазинг В. В. Экосистемы болот СССР. - Л.: Наука, 1979. 188 с.
Лиштван
И.И. Физика и химия торфа. - М.: Недра, 1989. - С. 304.
М.:
Советская энциклопедия, 1969
Денисенков
В.П. Основы болотоведения. - С-Пб.: изд-во С.-Петербургского университета,
2000.юремнов C. H., Tорфяные месторождения, 3 изд., M., 1976.
Горная
энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского.
1984-1991