5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ БОЛОТНЫХ СИСТЕМ В ГОЛОЦЕНЕ

Торфяные болота – самый благодатный объект для изучения прошлого Земли. Ежегодно отмирая, растения болот сохраняются в виде торфяных отложений. Определив вид растений по их остаткам в торфе, можно узнать прошлое болот и условия, в которых они существовали. Эту возможность предоставляет ботанический анализ торфа. В торфах низкой степени разложения растения торфообразователи сохраняют свой облик почти полностью. Но даже в сильно разложившемся торфе находят остатки растений. Совершенно неизменными остаются семена. О климате и растительности прошлых эпох, смене ландшафтов можно узнать и с помощью спорово-пыльцевого анализа – одного из методов палеоботанических исследований.

Образование болот и накопление торфа гораздо интенсивнее происходило в более ранние геологические периоды.

5.1. Эволюция биосферы и роль болот

Возраст Земли в настоящее время определяется в 4,6 млрд лет, древнейших пород – в 4,3 млрд лет (табл. 4). К рубежу 4 млрд лет относят зарождение жизни, когда начался эволюционный биологический процесс, приводивший к появлению все новых организмов и их усложнению. Хронология зарождения и вымирания основных представителей флоры и фауны показана ниже.

Таблица 4

Геохронология эволюции организмов и отложений твердых каустобиолитов (Бахнов, 2002)

Гидроземный период. Самые древние остатки организмов были обнаружены в породах формации Варравуна (Австралия), возраст которых составляет 3,45 млрд лет. Океан – самая древняя часть биосферы. Первые и самые продолжительные этапы эволюции органического мира протекали в океане. Древнейшие организмы сыграли огромную роль в образовании первичной биосферы, а также в формировании ее ключевых механизмов,

52

которые послужили основой дальнейшего развития жизни на планете.

С позиции древнего подводного почвообразования исключительно важный интерес представляют цианобактерии в связи с тем, что они являются одновременно не только фитосинтетиками, продуцирующими органическое вещество, но и азотфиксаторами. Процесс биологической фиксации азота в природе такой же жизнеобеспечивающий, как и фотосинтез. Приобретение водорослями способности прикрепляться к донному субстрату способствовало образованию сомкнутого водорослевого покрова и созданию на месте обитания значительной биомассы и, следовательно, большого количества мертвых остатков, которые формировали органическое вещество подводных почв. К первым подводным почвам на Земле, очевидно, следует отнести строматолитовые биоседиментационные образования слоистого сложения. В дальнейшем с увеличением видового разнообразия биоты и в зависимости от условий осадконакопления формировались богатые органическим веществом подводные органические почвы. Об этом свидетельствуют такие высокоуглеродистые, прошедшие стадию подводного почвообразования породы, как шунгиты, доманикоиды (битуминозные сланцы), черные сланцы и др.

Велика историческая роль гидроземных почв в становлении современной биосферы. Древнее подводное почвообразование кроме очищения гидросферы выполнило еще одну исключительно важную функцию – формирование кислородсодержащей биосферы.

Атмоземный период. Утилизация органического вещества после гидроземного периода проявилась в последующий период развития биосферы – атмоземный, о чем свидетельствуют залежи каменного угля, исходным материалом образования которых служили древние болота.

Образование каменных, особенно бурых третичных, углей связано с накоплением торфяных отложений, подвергшихся впоследствии углефикации под воздействием погребения и уплотнения толщами минеральных осадков. Известны также довольно многочисленные менее древние погребенные торфяники, сформировавшиеся в межледниковые эпохи, т. е. несколько десятков тысяч лет назад. Они не подверглись углефикации, но их залежи значительно более уплотнены и обезвожены по сравнению с современными. По составу растений торфообразователей они уже похожи на современные торфяные болота.

Болотное почвообразование кроме утилизации органических остатков выполнило еще одну важную функцию в истории биосферы. Болотные почвы оказались наиболее благоприятной экологической средой в процессе выхода растений из воды и освоения ими воздушного окружения, а затем и литосферной оболочки суши.

Выход растений из водной среды сопровождался выработкой соответствующих приспособлений как на уровне организма, так и на уровне популяции и сообщества, которые позволяли преодолеть отсутствие водного окружения и связанную с ним опасность гибели вследствие иссушения. С появлением влаги их вегетация возобновлялась. Такой образ жизни в почве,

53

на коре деревьев, камнях, скалах ведут не только так называемые аэрофильные водоросли, но и многие низшие организмы (бактерии, грибы, лишайники). Очевидно, предки организмов с таким ритмом жизни мигрировали из водной среды на сушу через приливно-отливную полосу морей и океанов.

Болото можно рассматривать и как водоем, где вода связана с органикой,

икак сушу, содержащую 80–90 % воды и 20–10 % сухого вещества. При таком двуединстве экологический контраст между водной средой и сушей в болоте являлся наименьшим. Благодаря этому болотное почвообразование в истории биосферы выполнило своего рода роль переходного моста, по которому растения вышли из воды на сушу.

Древние болота на Земле появились в конце силура – начале девона. Болота служили не только резервуаром влаги, но и источником азота и зольных элементов для растений. Торф был благоприятной средой обитания для гетеротрофных организмов. Удачное сочетание основных свойств делало болота благоприятным субстратом в период адаптации растений к воздушной среде, а затем и к литосферной оболочке суши. Таким образом, благодаря болотному почвообразованию растения эволюционно были подготовлены к переселению на литосферную оболочку суши. Дальнейшее совершенствование растений, прежде всего корневых систем, отмечалось уже в период освоения литосферы суши.

Литоземный период. На данном историческом этапе происходило становление современной флоры и фауны. Основные преобразования в растительном мире были направлены на формирование корневых систем, способных активно осваивать толщу минерального субстрата и обеспечить освоение растениями суши.

Усилившаяся сухость климата ограничивала влагообеспеченность растений и тем самым снизила продукционный процесс и темпы накопления растительных остатков, формировавших влагоемкий органогенный субстрат для самих же растений. Это привело к уменьшению мощности торфяного слоя

изатуханию болотного почвообразования. Свидетельством резкого ослабления на планете болотного процесса служат ничтожные запасы каменного угля триасового времени.

Заселение суши растениями и появление в ней почвообразования началось, вероятнее всего, в конце пермского – начале триасового периода. Одними из первых растений суши могли быть хвойные и мохообразные.

Разнообразие в почвообразовании на суше и во флору внесли своим появлением вначале древесные, затем травянистые представители цветковых растений. Общая тенденция эволюции представителей зеленого ствола растительного мира, в том числе цветковых, состояла в следующем: чем дальше уходил вид от водных предков, тем менее требовательным он становился к повышенному увлажнению среды обитания.

Свозникновением новых видов, более выносливых и устойчивых к недостатку влаги, осуществлялось постепенное, по мере усиления сухости климата, заселение растениями территории суши. На рубеже мезозойской и

54

кайнозойской эр, примерно 70 млн лет назад, в основном завершилось становление современных растительных формаций природных зон и зональных типов почв.

Эволюция системы. Итак, гидроземный период – самый продолжительный в истории биосферы. Он длился более 3 млрд лет.

Атмоземный период – время адаптации организмов, прежде всего растений, к условиям воздушного окружения. Его продолжительность составила около 175 млн лет. Для данного отрезка времени характерны резкие эволюционные преобразования флоры и фауны. Появляются и достигают господства папоротникообразные (лепидодендроны, сигиллярии, клинолистные, каламиты) и голосеменные (кордаиты, семенные папоротникообразные). Эти растения имели преимущественно древовидные формы, достигавшие высоты 30 м и более, и создавали огромную надземную фитомассу. Из остатков этих растений формировались профили болот большой мощности, о чем свидетельствуют современные залежи каменного угля.

Далее на смену приходят хвойные, цикадовые, гинкговые, мохообразные. Существенные изменения претерпевает водная и появляется новая фауна.

Литоземный период – время освоения растениями и животными литосферной оболочки суши. Охватывает все геологические периоды мезозойской эры: триас, юра, мел. Его продолжительность – около 160 млн лет.

На данном этапе истории биосферы большое развитие получают хвойные, цикадовые и гинкговые. Появляются покрытосеменные: сначала древесные, затем травянистые растения, с которыми связана эволюция насекомых и других животных.

Вконце литоземного периода происходит коренное преобразование органического мира. В наземной флоре происходит постепенная смена мезозойской растительности растительностью современного облика. Меняется фауна. На литосферной оболочке суши сформировался почвенный покров.

Впроцессе эволюции биосферы большая роль принадлежит болотам. Образно говоря, современный мир вышел из болот.

5.2.Образование и развитие болот в голоцене

Современные торфяные болота и торфяные залежи – молодые в геологическом смысле образования, возникшие уже после ледниковой эпохи, в голоцене. Нижняя граница голоцена определяется в 12 тыс. лет назад, когда основная часть Европейского субконтинента освободилась от последнего ледникового покрова. После этого таяния на равнинах осталось множество озер и озерков, занимавших депрессии рельефа. Некоторая часть озер образовалась в результате просадки моренных или флювиогляциальных отложений при таянии погребенных ими ледяных линз (термокарст).

Надо полагать, зарастание и заторфовывание образовавшихся водоемов началось через некоторое время, в течение которого шло водное и ветровое перераспределение рыхлых ледниковых осадков. В результате этого в озерах

55

отлагались сначала эрозионные осадки, а затем, по мере возникновения планктона и растительности, образовались сапропели. Период накопления сапропелей был довольно продолжительным, о чем свидетельствует мощность их залежей под торфяниками, достигающая 3–8 м. Разумеется, этот процесс происходил только в глубоких водоемах, тогда как в неглубоких озерках сразу начиналось образование торфа.

На состоявшемся в 1969 году во Франкфурте-на-Одере симпозиуме по голоцену было принято, что в интервале 12–10 тыс. лет назад был переходный период от плейстоцена к голоцену с постепенной сменой холодного арктического климата на субарктический. В голоцене принято выделять ряд последовательных времен – бореальное, атлантическое, суббореальное, субатлантическое и современное, – различающихся главным образом климатом. Схема разделения голоцена на климатические периоды БлиттаСернандера в интерпретации М. И. Нейштадта (1957) выглядит следующим образом (табл. 5).

Климат конца предбореального и начала бореального периода

оценивается исследователями как умеренно теплый, а к концу как холодный и сухой.

Весьма примечательно, что возраст залегающих под торфяными болотами сапропелей, как в границах последнего оледенения, так и лежащих южнее, характеризуется примерно одинаковыми цифрами. Это относится не только к Европейской России, но и к территории Западной Сибири.

Торфяные болота предбореального возраста встречаются очень редко. Вероятно, для заторфовывания водоемов тогда еще не было благоприятных условий из-за значительной глубины воды и интенсивного отложения минеральных осадков в озерах, а заболачиванию не занятой водоемами суши препятствовала сухость климата. Сходные условия сохранялись и на протяжении бореального периода, вследствие чего болотообразовательный процесс не получил тогда значительного развития.

Развитие интенсивного заторфовывания водоемов и заболачивания лесных земель относится к началу атлантического периода (климатического

56

оптимума голоцена, 8 000 лет назад). К этому времени произошло изменение климатических условий в сторону большей влажности при одновременном потеплении. Однако усиление болотного процесса можно объяснить и с других позиций. За 2–3 тыс. лет, истекших с конца оледенения, мелководные водоемы заполнились осадками, что благоприятствовало развитию в них водно-болотных фитоценозов и накоплению торфа. Образование болот на суше могло быть связано как с тектоническими процессами, обусловившими повышение уровня грунтовых вод, так и с изменением рельефа суши, в частности, с возникновением бессточных или слаботочных западин в результате эрозионных и дефляционных процессов, а также вследствие просадки грунта под влиянием карстовых и суффозионных явлений, например вытаивания линз льда, длительно сохранявшихся под наносами.

В атлантическое время в составе лесов энергично распространяется сосна, безлесные пространства со степными группировками замещаются лесной растительностью; все более распространяются ель и широколиственные породы – липа, дуб, а также лещина и ольха.

В течение атлантического периода (от 8 000 до 5 000 лет назад) образовалась преобладающая часть современных торфяных болот и накопилась толща торфа мощностью до 3 м и местами больше. Многие торфяные болота, возникшие на месте озер или в неглубоких влажных депрессиях, заполнили первоначальные очаги и начали разрастаться в стороны, вызывая заболачивание и гибель прилегавших к ним лесов. Об этом наглядно свидетельствуют слои древесного и травяно-древесного торфа, лежащие в основании многих болот (рис. 19).

Рис. 19. Обобщенная схема экологически обусловленной смены фаз и стадий болотообразования и свойств торфа

57

Следующий, суббореальный период (от 5 000 до 3 000 лет назад), характеризуется продолжением торфообразования и распространением торфяных болот. Но в этот период многие болота озерного происхождения, развивавшиеся по низинному (эвтрофному) типу, переходят в верховую (олиготрофную) стадию развития с господством в растительном покрове сфагновых мхов. Местами, преимущественно в центральных и северозападных областях Европейской России, в торфяных залежах формируется, так называемый пограничный горизонт, представляющий собой 20–70- сантиметровый слой сильно разложившегося, почти черного сосновопушицевого торфа с крупными пнями и стволами сосны, включениями угля – свидетельство распространения лесной растительности и былых пожаров в период образования этого торфа. Сверху он перекрыт толщей малоразложившегося сфагнового торфа (1–2 м). Образование его объясняли в начале изменением климата в сторону усиления тепла и сухости, обусловившим полное или частичное усыхание болот и их облесение, прекращение или замедление торфообразования и усиленное разложение торфа.

Помимо климатической гипотезы образование пограничного горизонта в торфяных залежах можно объяснить и саморазвитием болотных экосистем, достигших стадии смены грунтового питания атмосферным вследствие роста торфяников в высоту.

С прекращением регулярной подпитки деятельного слоя болот грунтовой водой он попадает в условия лишь периодического промачивания и хорошей аэрации. Это благоприятствует усилению процессов гумификации и минерализации растительных остатков и образовавшегося ранее торфа.

Лесная стадия таких болот продолжалась до тех пор, пока выщелачивание верхнего горизонта торфяной залежи водой атмосферных осадков и увеличение ее кислотности не создадут условия для распространения олиготрофных сфагновых мхов. Образование сплошного сфагнового покрова и накопление им воды вызывали гибель лесов и развитие торфонакопления сфагнового верхового типа.

Некоторое похолодание и увеличение влажности климата в субатлантический период (от 2 500–3 000 лет назад до настоящего времени), наиболее ощутимые в таежной зоне и севернее, благоприятствовали дальнейшему росту сфагновых болот и «расползанию» их в стороны, а также развитию в северных и северо-западных регионах явлений современного заболачивания суши, в основном лесных земель.

На юге лесной зоны и в лесостепных районах, относящихся к зонам неустойчивого и недостаточного увлажнения, развитие болот в современный период наблюдается главным образом в речных поймах, приозерных низменностях и других элементах рельефа, обеспечивающих выход подземных грунтовых вод на дневную поверхность или в торфяную залежь. В этих условиях накапливаются торфяные залежи низинного типа: осоковотростниковые, осоково-гипновые, осоково- и тростниково-древесные умеренной и повышенной степени разложения.

58