Как замерзают болота?

Какие структурные изменения происходят с болотом зимой? Промерзают ли болота целиком? Что при этом происходит с растительностью?

kak-zamerzajut-bolota-zimoj-03

Отвечает Олег Созинов, заведующий кафедрой ботаники Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, доцент, кандидат биологических наук

Замерзание болотных массивов обычно начинается примерно через две недели после устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С к отрицательным величинам. Промерзание торфа происходит под воздействием четырех групп факторов:

1) метеорологических условий,

2) свойств поверхности раздела «грунт-атмосфера» и

3) водно-тепловых свойств торфа (влажность, теплоёмкость, теплопроводность),

4) распределения температур в начале промерзания.

Практически все физические свойства замерзшего слоя также зависят от трех факторов: ботанического состава растений-торфообразователей, степени уплотнения растительного материала и степени заполнения льдом порового пространства торфа.

В пределах болотных массивов интенсивность нарастания мерзлого слоя и его толщины зависит от особенностей растительного покрова (открытые или лесные болота), рельефа, влажности и температуры деятельного слоя болота, а также высоты и плотности снежного покрова.

kak-zamerzajut-bolota-zimoj-01

Интенсивность промерзания болот — величина переменная во времени. Ее уменьшение связано с возрастающей теплоизолирующей ролью верхних промерзающих слоев. Условно выделяют два периода промерзания торфяного покрова болот:

- первый (осенний, бесснежный) соответствует интенсивному промерзанию поверхности болота, когда отепляющее влияние снежного покрова незначительно (толщина снега не более 8-10 см);

- второй (зимний, снежный) период заканчивается к моменту максимальной глубины промерзания.

Большое значение при промерзании почвы имеет её влажность и, следовательно, глубина грунтовых вод. Влагоёмкие торфяные почвы промерзают незначительно. Для промерзания торфа на 1 см в среднем необходима сумма отрицательных температур воздуха ~47°С. При промерзании и оттаивании торфяной залежи тепловые свойства изменяются. Так, при влажности, близкой к полному насыщению, объемная теплоемкость мерзлого торфа (при температуре -20°С) примерно в 2 раза ниже талого, а коэффициент теплопроводности, наоборот, в 3 раза выше.

Теплообмен на поверхности и, следовательно, глубина промерзания болота существенно зависят от наличия снежного покрова. Причем его отепляющее воздействие сказывается для болот в значительно большей степени, чем для минеральных грунтов. Слабая теплопроводность снега препятствует теплообмену между атмосферой и почвой. Каждый сантиметр снегового покрова повышает температуру почвы на 0,1°С, плотность снега определяет его коэффициент теплопроводности, связанный с нею линейной зависимостью. Повышение температуры воздуха сказывается на температуре почвы из-за низкой теплопроводности снега с запаздыванием на 1-4 дня. Наличие растительности способствует повышению мощности снегового покрова. Так, свободная от снега поверхность болот промерзает в 3,5–6 раз быстрее, чем под снежным покровом, тогда как для минеральных грунтов это соотношение составляет 2,5-4. Снежный устойчивый покров высотой 8-10 см уменьшает промерзание повышенных участков болота (гряды, кочки) в 15-20 раз, а пониженных (межкочья, мочажины, топи) в 4-7 раз. На промерзание торфяного покрова болот оказывают влияние условия залегания снежного покрова и его плотность. Наиболее интенсивно промерзание торфяной залежи происходит до образования устойчивого снежного покрова высотой 8-10 см. Но если снежный покров образовался до устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С, глубина промерзания болота к концу зимы не превышает 10-15 см. Известны случаи, когда отдельные сильно обводненные участки болот при значительном снежном покрове не промерзали в течение всей зимы.

Так, средняя многолетняя толщина мерзлого слоя к концу зимы на грядах грядово-мочажинного комплекса в болотных массивах почти в 1,5 раза больше, чем в мочажинах. Общее промерзание на повышениях микрорельефа, как правило, всегда больше, чем в понижениях. По сравнению с минеральными почво-грунтами толщина мерзлого слоя торфяной залежи на 25-40% меньше.

kak-zamerzajut-bolota-zimoj-02

Если зима малоснежная, то моховой покров, который обладает малой теплопроводностью и теплоемкостью, при первых морозах быстро остывает и образует корку замерзания. В то же время замерзание мочажин и топей, теплоемкость и теплопроводность которых велика, начинается позднее и идет медленнее. В малоснежные зимы рост толщины промерзшего слоя на грядах и кочках резко замедляется, так как корка замерзания препятствует дальнейшему охлаждению. В такие зимы, которые у нас в Беларуси не редкость, мощность промерзшего слоя в мочажинах становится такой же, как и на грядах и кочках.

На верховых болотах глубина промерзания в среднем за зиму составляет на мочажинах 15-25 см, на кочках — 30-40 см, на топяных участках, как правило, промерзание не наблюдается, а если случается, то после выпадения снега топи оттаивают; на низинных болотах, в зависимости от уровня грунтовых вод и снегового покрова, промерзание грунта может быть до 30-40 см.

Рисунок из книги Иванов К.Е. Гидрология болот 1953

Рисунок из книги Иванов К.Е. Гидрология болот 1953

В одинаковых условиях глубина промерзания осушенного болота (торфяника) примерно в 2 раза больше, чем неосушенного.

Болотные виды растений адаптированы к экстремальному зимнему температурному режиму на торфяном субстрате, но уменьшение продолжительности и толщины снегового покрова и, соответственно, большая глубина промерзания субстрата и более длительное его оттаивание весной, а также высокая амплитуда и частота колебаний температуры в течение зимы приводит к ослаблению зимостойкости растений и повышению рисков потерь к началу вегетации.

Литература
  1. Гидрология заболоченных территорий зоны многолетней мерзлоты Западной Сибири. Под. ред. С. М. Новикова. СПб., ВВМ, 2009.
  2. Давыдов Л.К., Дмитриева А.П., Конкина Н.Г. Общая гидрология. Л., Гидрометеоиздат, 1973.
  3. Иванов К.Е. Гидрология болот. Л., Гидрометеоиздат, 1953.
  4. Маслов Б.С. Гидрология торфяных болот. Томск, Издательство Томского государственного педагогического университета, 2008.
  5. Новиков С.М., Котова Л.В. Промерзание болот Среднего Приобья // Труды Государственного гидрологического института. Вопросы гидрологии болот. Л., Гидрометеоиздат 1988. Вып. 333. – С. 55–69.
  6. Полевая геоботаника. Том I. // Корчагин А.А., Лавренко Е.М.(ред.). М.-Л., Наука, 1959.
  7. Чечкин С.А. Водно­тепловой режим неосушенных болот и его расчёт ­Л., Гидрометеоиздат, 1970.

Фото Заказник Ельня

Поделиться:

Оставить комментарий