Какие полезные ископаемые образуются на болоте

Геологическая деятельность болот

Болотом называют избыточно увлажненный участок суши, покрытый гидрофильной растительностью, обладающий слоем торфа мощностью более 30 см. Формирование болот и специфика протекающего в них осадконакопления определяются следующими факторами: климат, рельеф, геологическое строение территории, растительность. Если заболачивание сопровождается торфонакоплением, возникают торфяные болота. Мощность слоя торфа в них должна превышать 30 см, если же она меньшая, то избыточно увлажненные территории называют заболоченными землями.

Болотами на Земле занято около 2 млн км2, а торфяные залежи – массивы торфа, мощностью более 0,5 м – распространены на территории свыше 1,75 млн км2. В пределах Беларуси современные торфяники охватывают примерно 12,5 % площади, их средняя мощность составляет 1,9 м, наибольшая достигает 12 м в массиве Ореховский Мох в Узденском районе.

Главный результат геологической работы болот – накопление торфа. Помимо торфа, нередко образуются и другие осадки, в том числе минеральные.

Торф – органогенная горная порода от желто-коричневого до черного цвета, состоящая из растительных остатков, разлагавшихся в условиях высокой влажности и дефицита воздуха. Состав торфа зависит от состава растительности, а значит, от климата, от происхождения болота и от его типа по местоположению и условиям образования. Главное значение в торфообразовании принадлежит процессам биохимической гумификации, осуществляемым микроорганизмами. Процентное содержание возникающего при этом гумуса характеризует степень разложения торфа. Последний показатель увеличивается вниз по разрезу во всех типах торфяников и определяет структуру и текстуру торфа. Вниз по разрезу возрастает также плотность торфа, его окраска становится темнее. Среднегодовая скорость прироста торфяников составляет около 1 мм, хотя может сильно колебаться в зависимости от местных природных условий.

Структура торфа изменяется от биоморфно-детритусовой, волокнистой при низкой степени разложения, до аморфной при высокой. Содержание влаги в невысушенном торфе достигает 80–95 %, доля минеральных веществ – зольность – колеблется от 2–4 % в верховых торфяниках до 4–18 % в низинных.

Текстура торфа, как правило, пористая и неслоистая. Пористость составляет от нескольких процентов при высокой степени разложения до 70–80 % при низкой.

По происхождению различают болота озерные, лесо-луговые и приморские. Соответственно условиям образования они отличаются составом отложений и выраженностью в рельефе.

Озерные болота возникают при зарастании (дистрофии) озер (рис. 7). Зарастание водоема идет от берегов к центру, и главное значение в этом процессе принадлежит травяной растительности, укореняющейся на дне озера, или же плавающей по поверхности. Среди отложений господствуют травяные торфа. В зависимости от формы озерной котловины процесс заболачивания приобретает некоторые особенности.

Рис. 7. Стадии заболачивания озера (по К.И. Лукашеву, 1971):

А – открытое водное пространство; Б – прибрежно-водная растительность;

В и Г – осоковое низинное болото; Д – сосновый лес на сфагновом торфе.

1 – сфагновый торф; 2 – осоковый торф; 3 – сапропель; 4 – минеральный грунт;

5 – сапропелевый торф.

Озера, берега которых полого уходят под воду, зарастают укореняющимися травами. Травы распределяются по глубине, образуя концентрические полосы. На прибрежном мелководье глубиной до 1 м в озерах умеренных широт произрастают осоки, рдесты, ситник, стрелолист и др. На глубине 2–3 м распространены камыши, тростники. Еще глубже (4–5 м) их сменяют водяные лилии и широколиственные рдесты. В центральной и самой глубокой части котловины обитают сине-зеленые, зеленые и диатомовые водоросли. Соответственно зонам растительности накапливаются осадки разного состава. Близ берега отлагается осоковый торф, глубже – камышовый и тростниковый торф, затем – торфянистый сапропель и, наконец, сапропель карбонатный или кремнистый. По мере заполнения водоема осадками, площадь водного зеркала уменьшается, зоны растительности сдвигаются ближе к центру. Это влечет за собой смену состава торфа: на первоначально накопившийся тростниковый торф оседает осоковый и т. д. Постепенно озеро превращается в вогнутое низинное болото, которое со временем может трансформироваться в выпуклое верховое (рис. 8).

Рис. 8. Разрез верхового болота,

возникшего путем зарастания озера (по К.И. Лукашеву, 1971):

1 – минеральное дно; 2 – пресноводный мергель; 3 – сапропелит; 4 – тростниковый торф; 5 – хвощовый торф; 6 – осоковый торф; 7 – лесной торф; 8 – гипновый торф; 9 – шейхцериево-сфагновый торф; 10 – пушицево-сфагновый торф.

Глубокие, с круто погружающимися берегами озера зарастают также от берега, но уже плавающей растительностью: сабельником, белокрыльником и проч. Вначале возникает сплавина – слой водных и болотных корневищных растений, наползающий с берега на водоем. Со временем сплавина утолщается и уплотняется. Иногда на самых мощных сплавинах растут деревья. Отмирающая растительность сплавины создает плавающий торфяник-зыбун травяного или древесно-травяного состава. На дне под зыбуном отлагаются озерные осадки – сапропели, сложенные смесью минеральных частиц и органических остатков, вымытых из сплавины. Иногда погружающаяся сплавина смыкается с нижележащим сапропелем. Тогда зыбкое болото (трясина) превращается в сплошное плотное болото. Таким образом, зарастание озера и заполнение его осадками происходят в двух направлениях: от берегов к центру, а также от поверхности ко дну (или от дна к поверхности).

Лесо-луговые болота образуются за счет подтопления поверхности подземными водами или атмосферными осадками. Соответственно условиям водного питания болот, выделяют три типа торфов: низинные, верховые и переходные. Посмотреть самые прикольные картинки вы сможете на сайте prostoklevo.ру. Также здесь вы найдете уйму увлекательных карикатур, анекдотов, афоризмов и многое другое!

Торфа низинного типа возникают либо в понижениях рельефа, подтапливаемых грунтовыми водами, либо на месте заросших озер. Питающие их подземные воды эвтрофны – богаты минеральными солями. Растительность болот разнообразна: мхи, травы, кустарники, деревья. Торфа отличаются высокой зольностью (6–18 %, иногда до 50 %), содержат до 3,8 % азота и до 1 % серы. В составе золы преобладают окислы магния и кальция, иногда значительно содержание фосфора. Низинные торфа характерны для гумидных условий лесных зон умеренных и низких широт. На территории Беларуси низинные торфяники господствуют, занимая около 80 % площади всех торфяных массивов. Встречаются повсеместно, наиболее распространены в пределах Полесья. Приурочены к отрицательным формам рельефа; сложены гипновыми, осоковыми, тростниковыми и древесными торфами.

Торфа верхового типа приурочены к понижениям рельефа, где в рыхлых поверхностных породах над близлежащим водоупором скапливаются атмосферные осадки. Дождевым водам свойственна кислая химическая реакция и олиготрофность – бедность минеральными солями. Просачиваясь сквозь грунты, кислые воды выщелачивают из почвы питательные вещества, заполняя поры, препятствуют доступу воздуха к корням деревьев и трав. Такие условия выдерживают лишь самые нетребовательные растения – мхи. Вначале распространяются мхи зеленые – гипновые (кукушкин лен), затем – сфагновые. Во мхах скапливается вода, не пропускающая атмосферный  кислород, поэтому органические остатки полностью не разлагаются и формируют торф. Составу сфагнового мха присущи биохимически обусловленные особенности. Ферменты, содержащиеся в сфагнуме, разрушают протоплазму клеток после их отмирания. Высвободившиеся при этом азот и минеральные соли усваиваются живыми растениями. В итоге вверх по разрезу прогрессивно уменьшается зольность: содержание минеральных элементов питания в горизонте живого сфагнума несравнимо большее, чем в подстилающем торфе. Зольность верховых торфов не превышает 4 %. В составе минеральной части господствует SiO2. Гораздо ниже, чем в низинных торфах, содержание азота (1,5 %) и серы (0,2 %). Торфонакопление активно протекает в центре массива, поскольку на края поступают минерализованные воды, стекающие с окружающей местности и препятствующие развитию сфагнума. Образуется торфяная залежь с выпуклой поверхностью. На верховом торфянике может расти болотная сосна, кустарники и кустарнички, корневищные травы: осоки и злаки. Однако бедность питательными веществами не позволяет всем группам растений развиваться одновременно. Поэтому в жизни сфагнового болота наблюдаются смены растительности, отражающиеся в составе и строении торфа. Особенность разреза верховых торфяников – чередование горизонтальных слоев торфа разного состава: мохового (слои широкие и светлые) и древесного (слои узкие и темные). Верховые торфяники характерны зонам тундры, лесотундры и тайги: их мощность соответственно достигает 2, 10 и 20 м. В Беларуси верховые торфяники чаще всего встречаются на территории Поозерья и Центрально-Березинской равнины; сложены торфами сфагновыми, пушицево-сфагновыми, шейхцериевыми, иногда содержат остатки древесины.

         Торфа переходного типа возникают, когда начинается образование верхового торфяника поверх низинного: болото питается как подземными, так и атмосферными водами. Отложения представлены остатками растительности, присущей болотам низинным и верховым. Накопления обладают небольшой мощностью, образуют прослои между низинными и верховыми торфами, характеризуются невысокой зольностью – до 8 % и средним содержанием азота – до 2,6 %. Среди всех торфяников Беларуси на долю переходных приходится лишь 2 % площади, и встречаются они там же, где и верховые.

Помимо торфов, в болотах могут накапливаться различные терригенные (песчано-глинистые) и хемогенные осадки, образующие прослои, линзы и гнезда внутри торфа.

Хемогенные накопления характерны для низинных болот. Они представлены белесым известняком СаСО3, приносимым жесткими подземными водами. В болотах умеренных широт, особенно в зонах тайги и смешанных лесов накапливаются железные руды: светло-серый сидерит FeCO3, превращающийся в результате окисления в бурый лимонит Fe2O3 × nН2О. Нередко в восстановительной среде образуется изумрудно-синий вивианит (Fe3PO4)2 × 8Н2О, который, окисляясь на воздухе, быстро меняет свою окраску на белую. При выветривании вивианит переходит сначала в фиолетово-синий керченит, а затем в желтовато-серый пицит.

         Приморские болота встречаются на пониженных участках отмелых (полого погружающихся) морских берегов и характеризуются сменой соленых вод пресными. Среди приморских болот наиболее распространены болота маршей и мангровые болота. Мангровые болота характерны низким берегам тропических морей, устьям рек. Здесь пресные речные воды сменяются во время приливов солеными морскими. Господствует своеобразная древесная растительность с воздушными и опорными корнями, между которыми на дне накапливаются черные зловонные илы, насыщенные сероводородом, и торфа древесного состава и повышенной зольности.

В Киевской, а потом и в Московской Руси почти до конца XVI столетия основной сырьевой базой для производства железа являлись залегающие близко к поверхности болотные и озерные руды. Научным термином они именуются как «бурый железняк органического происхождения» или «лимонит». Сегодняшние названия некоторых поселений, урочищ и ручьев до сих пор отображают интерес древности к этому сырью: деревня Железняки, водоем Рудокоп, ручей Ржавец. Непритязательный болотный ресурс выдавал железо весьма сомнительного качества, но именно оно долгое время спасало Русское государство.

Характеристика болотной руды

Руда на болотах представляет разновидность бурого железняка, отлагающегося в заболоченной местности на корневищах водных растений. По виду она обычно являет собой россыпи или кряжистые землистые куски красно-рыжих оттенков, состав которых большей частью представлен гидратом окиси железа, а также включает воду и разные примеси. Не так часто в составе можно встретить окись никеля, хрома, титана или фосфора.

Болотные руды бедны содержанием железа (от 18 % до 40 %), но имеют одно неоспоримое достоинство: выплавка металла из них происходит при температуре всего 400 градусов по Цельсию, а 700–800 градусов могут дать уже железо приемлемого качества. Таким образом, производство из такого сырья легко можно наладить и в простых печах.

Болотная руда широко распространена в Восточной Европе и всюду сопутствует лесам умеренного пояса. Южная граница ее распространения совпадает с южным рубежом лесостепи. В степных зонах железная руда данного типа почти отсутствует.

По страницам истории

Болотная руда длительное время превалировала над рудой жильной. В Древней Руси для изготовления железных изделий прибегали к руде, собранной на болотах. Извлекали ее черпаком, убирая сверху тонкий слой растительного покрова. Поэтому такая руда известна еще как «дерновая» или «луговая».

Добыча железа из болотной руды являлась сугубо сельским ремеслом. На промысел крестьяне выходили, как правило, в конце летнего сезона и ранней осенью. При поиске руды использовали деревянный кол с заостренным концом, которым пробивали верхний слой дерна, погружая на небольшую глубину 20-35 сантиметров. Результаты поиска добытчиков венчались производимым колом определенным звуком, а затем по цвету и вкусу куска определяли извлекаемую породу. На просушку руды от лишней влаги уходило до двух месяцев, а в октябре ее уже прокаливали на кострах, выжигая различные примеси. Окончательная выплавка производилась зимой в доменных печах. Секреты того, как добыть болотную руду, передавались по наследству и сохранялись поколениями.

Интересно, что в древнерусском языке лексема «руда» употреблялась в значении и руда, и кровь, а производная «рудый» являлась синонимом «красный» и «рыжий».

Образование руды

В 1836 году немецкий геолог Х. Г. Эренберг впервые сформулировал гипотезу, что разрастающиеся донные отложения бурого железняка в болоте являются результатом жизнедеятельности железобактерий. При этом, несмотря на свободное развитие в природной среде, этот главный организатор болотной руды по сей день не поддается разведению в лабораторных условиях. Его клетки покрыты своеобразным чехлом из гидроокиси железа. Таким образом, в водоемах через развитие и жизнедеятельность железобактерий совершается постепенное скапливание железа.

Рассеянные частицы соли железа первичного месторождения проходят в грунтовые воды и при значительном скоплении оседают в рыхлых неглубоких наносах в виде гнезд, почек или линз. Встречаются эти руды в низменных и очень влажных местах, а также в долинах рек и озер.

Еще один фактор, оказывающий влияние на образование болотной руды — это череда окислительно-восстановительных процессов в общем развитии болотной системы.

Месторождения

Крупнейшие месторождения болотной руды в России находятся на Урале, где суммарный запас всех залежей составляет порядка 16,5 млн тонн. Бурый железняк органического происхождения содержит железо от 47 % до 52 %, наличие глинозема и кремнезема находится в умеренных пределах. Такая руда выгодно применяется для плавки.

В Карельской республике, в Новгородской, Тверской и Ленинградской областях встречаются месторождения гетита (гидрат окиси железа), который сосредоточен большей частью в болотах и озерах. И хотя он содержит много ненужных примесей, однако легкость добычи и обработки делали его экономически выгодным. Объемы озерной руды настолько существенны, что при железоплавильных заводах Олонецкого округа в 1891 году извлечение этих руд достигало 535000 пудов, и было выплавлено 189500 пудов чугуна.

Тульская и Липецкая области также богаты бурожелезняковыми рудами болотного генезиса. Железо в составе колеблется в пределах 30-40 %, наличествует высокое содержание марганца.

Особенности добычи

Болотная руда в наши дни едва ли рассматривается как полезное ископаемое и не вызывает большого интереса для развития местной промышленности. И если для металлургии незначительная мощность рудосодержащих пластов не представляет никакой ценности, то для домашнего любительского хобби они в самый раз.

В природе такая руда встречаются всевозможного вида и качества, от объемистых бобовин и мелких крошек до сапропелевидного строения. Их залежи размещаются на дне топей, в низинах и на прилегающих к ним склонах возвышенностей. Места расположения опытные промысловики определяют по характерной ржавой воде и темному илу на поверхности болот, а также по ряду других признаков. Сняв верхний пласт грунта, часто по колено в воде, а порой и по пояс, они извлекают «железную землю» красно-рыжих оттенков. Стоит отметить, что руда с высоких мест и под зарослями березняка считается лучшей, поскольку железо из нее будет мягче, а вот более твердое железо получается из руды, находящейся под ельниками.

Дальнейший процесс с незапамятных времен не сильно изменился и заключает в себе примитивную сортировку сырья, чистку от растительных остатков и измельчение. Затем руда складывается на сухие места, на землю или специальные деревянные настилы и оставляется на время для просушки. На заключительном этапе ее обжигают для удаления оставшейся органики и отправляют на выплавку в горны.

Практическое применение

Наличие в составе болотных руд фосфора и других металлических добавок приводит к уменьшению использования лимонитных пород для выплавки стали и чугуна. Металлурги все чаще применяют землистые разновидности как сырье для изготовления формовочных смесей. С недавних пор болотная руда стала востребована в химических очистителях, на коксовых заводах с ее помощью удаляют сероводород из воздуха. А в некоторых государствах Европы она задействована для очистки бытового газа. Определенные виды бурого железняка применяются также для производства лакокрасочной продукции, в частности охры и умбры.

Такая разновидность болотной руды как «бурая стеклянная голова» в своем самородном состоянии весьма ценится ювелирными мастерами и коллекционерами камней. Из ее кристаллов создаются изысканные украшения на любой вкус: подвески, браслеты, кулоны, кольца и серьги. Лимонит прекрасно сочетается с серебром.