Определение, свойства торфа

1. Лекция №2

Тема: Торф

2. 1.Определение, свойства

1.Определение,
свойства
Торф – это разновидность каустобиолитов угольного ряда, продукт начальной
стадии углефикации.
Торф – осадочная горная порода, продукт неполного разложения растений на
болотах, содержащая не более 50% минерального вещества и образовавшаяся в
результате отмирания и неполного распада болотных растений в условиях
повышенной влажности и затрудненного доступа кислорода и не подвергшаяся
воздействию высоких Т и Р.
В естественном состоянии – это однородная плотная масса черного или
коричневого цвета.
Естественная влажность его 83-95%.
Сухое вещество торфа состоит из не полностью разложившихся растительных
тканей в виде потерявшего клеточную структуру темного аморфного вещества
(гумуса) и минеральных веществ.
Теплота сгорания Q (ккал/кг) является важным показателем торфа как топлива. В
сравнении с другими твердыми горючими ископаемыми торф по теплоте сгорания
органической массы занимает промежуточное положение между древесиной и
бурыми углями:

3. Таблица 1. Сравнительная характеристика различных видов топлива

Состав органической массы, в %
Род топлива
Теплота сгорания
органич.
массы
(Q, ккал/кг)
C
H
O+N
50
6
44
4500
степени
55
6
39
5000
Торф высокой степени
разложения
60
5,5
34,5
5700
Бурый уголь
70
5
25
6200
Каменный уголь
83
5
12
7900
Антрацит
96
2
2
8400
Древесина
Торф малой
разложения

4. 2. Процессы торфообразования

• Торфообразование - сложный биологический
процесс преобразования в торф растительной
массы, растущей на болотах.
• Для процесса торфообразования характерны два
наиболее важных фактора:
• ежегодный прирост растений – торфообразователей
– накопление живой органической массы;
• отмирание растений – торфообразователей, их
неполный распад и накопление органической массы
в виде торфа.

5. Таблица 2. Органический состав торфообразующих растений, в %.

Целлюлоза
15-30
Гемицеллюлоза
20-30
Лигнин
10-40
протеины
2-15
Танин, масла, озокерит, смолы
1-5
Наиболее устойчивы к
разложению
При разложении этих органических соединений конечными продуктами окажутся H2O, CO2,
CH4, N и его окиси, NH3, H2S, S и ее окиси.
Степень разложения торфа, т.е. соотношение между гумусом и растительными остатками в
большей мере зависит от скорости биохимического распада в результате деятельности
микроорганизмов в анаэробных условиях (без доступа кислорода). При этом лигнинноцеллюлозные ткани растений в результате процесса гумификации превращаются в
гуминовые кислоты – бурого цвета.

6.

Торфообразование весьма энергично идет в верхнем, «торфогенном» слое и практически
прекращается в более глубоких слоях торфяника (глубже 1-2 м), здесь в условиях отсутствия
кислорода анаэробными бактериями низшие растения превращаются в сапропели, а затем белки и
жиры их превращаются в жирные кислоты – битумы (щелочная среда).
Степень обводненности торфяного болота, т.е. высота и постоянство уровня грунтовых вод,
определяют степень разложения, попадающей в болото растительной массы. Наиболее полно
разрушаются наземные части растений (стволы, стебли, листья), подземные (корни и корневища)
сохраняются, входя в состав торфа, в них хорошо заметны особенности их анатомического строения.
Изменение уровня грунтовых вод является причиной чередования в вертикальном разрезе
торфяников торфов с различной степенью разложения (при высокой воде – слабо разложены, при
низком уровне воды – интенсивно разложены.
Химический и видовой состав торфов определяется составом растений и степенью их разложения.
Содержание биохимически устойчивых компонентов растений зависит от степени разложения
торфа, т.е. этих компонентов больше в более разложившихся торфах, содержание углеводородов
обратно пропорционально степени разложения.
Растительность болот по видовому составу довольно богата, для ряда видов свойственны
определенный режим влажности, аэрации, минерального питания.
Каждый определенный вид торфа отражает конкретные фитоценозы (растительные сообщества):
древесные, древесно-кустарничково-травяно-моховые, лесотопяные, травяно-моховые, моховые,
топяные и др.
Каждая разновидность фитоценоза различается по условиям водно-минерального питания.
На торфяниках преимущественно атмосферного питания произрастают растения верхового типа, не
требующие богатого минерального питания (сосна, сфагновые мхи и растения вида пушицы,
кустарник – вереск и др.).
Низинные торфяники, питаемые грунтовыми и поверхностно- сточными водами, богатыми
минеральными солями, прорастаются растениями, нуждающимися в большом количестве
минеральных солей (древесные – ольха, береза и др.; травы – осока, тростник; кустарники – ива,
крушина, тальник и др.; мхи зеленые гипновые). Для низинных торфяников характерна высокая
производительность торфообразующих фитоценозов.
Таким образом, по составу исходной растительности различаются торфы верховые и низинные.

7.

В торфах верхового типа с увеличением степени разложения содержание битумов и гумуса
повышается, количество остаточной целлюлозы уменьшается, а относительное количество лигнина
увеличивается.
Низинные торфы древесной и древесно-травяной групп имеют высокую степень разложения: торфы
травяной подгруппы состоят в основном из корешков осок, корневищ тростника и шейхцерии, а
стеблевые части растений сохраняются плохо. Моховая группа торфов характеризуется высокой
степенью сохранности ей. Низкая степень разложения этих торфов вызвана их обильным
увлажнением, а не устойчивостью мхов.
В торфяных залежах низинного типа создаются благоприятные условия для бактериальной
деятельности, поэтому остаточная целлюлоза в таких залежах встречается редко.
В слабо минерализованных низинных торфяниках при торфообразовании происходит деградация
состава органического материала до более простого с одновременным накоплением веществ,
устойчивых к биохимическому процессу, и образованием новых продуктов, отсутствовавших в
растениях - торфообразователях. Интенсивность процесса обусловлена степенью обводненности
торфяника, составом торфяных вод и содержанием в них микроэлементов. При содержании солей
кальция 1-7 мг на 1 л торфяной воды синтетические реакции идут более интенсивно с образованием
битумо выделяющих компонентов.
В сильно минерализованных торфяниках при повышенных содержаниях солей кальция (42-102 мг
на 1 л торфяной воды) вместо битума образуются кальций-органические соединения;
образующиеся торфы здесь рыхлые, повышенной зольности.
Повышенное содержание Ca подавляет развитие мхов.
Повышенное содержание P стимулирует появление и развитие пушицы.
Повышенное содержание сульфатов стимулирует появление и развитие тростника.
Повышенное содержание кремнезема стимулирует появление и развитие хвоща.
Торфы, образовавшиеся в прибрежно-морских торфяниках, характеризуются большим содержанием
S за счет сульфатов серы морской воды.
В сущности, накопление растительного материала происходит в результате постепенного зарастания
водоемов как на вершинах, водоразделах, так и в долинах со сточной водой и различными
растительными сообществами – фитоценозами.
В дальнейшем, с уменьшением воды на поверхности такого торфяного болота развиваются мхи,
способные существовать за счет влаги атмосферных осадков. Одновременно с зарастанием болота
травянистой растительностью с берегов начинает продвижение и древесно-кустарниковая
растительность (вереск, ива, крушина, тальник, ольха, береза, сосна).

8.

Отдельные стадии в зарастании озерного водоема видны из следующей схемы
(по Шмитцу):
I стадия – в центре озера развивается планктон водорослей,
образующий слой сапропеля;
II стадия – увеличение накопления сапропеля и образование торфа в береговой
зоне;

9.

III стадия – дальнейшее торфообразование в более глубоких частях озера и наступление
с берега древесной растительности;
IV стадия – видно полное зарастание озера и переход его в торфяное болото. Мощность
торфяного слоя достигает 4-5 м, редко до 25 м.

10. 3. Р а с т е н и я-т о р ф о о б р а з о в а т е л и

Растительность болот по видовому составу довольно богата.
Все представители растительного покрова болота, каждый по-своему, участвуют в его жизни и развитии.
Одни виды доминируют в растительном покрове, иногда почти совершенно вытесняя другие и покрывая
участки болота сплошным ковром (мхи, осоки и др.), эти растения преимущественно участвуют и в
сложении торфяных толщ. Другие виды встречаются на болоте часто, но в виде единичных экземпляров.
Они интересны как индикаторы среды, и нахождение их остатков в торфе указывает на первичные
условия отложения торфа. Все растения-торфообразователи в условиях повышенной влажности болота
не подвергаются полному распаду и в полуразрушенном состоянии переходят в торф. В анаэробных
условиях они более или менее сохраняют особенности своего анатомического строения.
Перечень растений-торфообразователей, которые могут служить руководящими при определении типа
торфа: 1. Основные торфообразователи в торфах низинного типа:
а)
зеленые мхи - Drepanocladus verrucosus, D. Sendtneri, Scorpidium scorpioides, Calliergon
cuspidatum, Carex. giganteum, C. cordifolium, С trifarium, Camptothecium trichoides, Meesea triquetra,
Paludella squarrosum;
б)
низинные сфагновые мхи: Sphagnum: subsecundum, Sph. obtusum, Sph. teres, Sph. Warnstorfii;
в)
травянистые растения: осоки-шершавоплодная, бутыльчатая, своеобразная, дернистая,
омская; тростник, вейник, хвощ, вахта, пушица узколистная, пушица широколистная;
г)
древесные породы: береза, ольха, ель, ивы.
II. Основные торфообразователи в торфах верхового типа:
а)
верховые сфагновые мхи: Sph. medium, Sph. parvifolium, Sph.
balticum, Sph. Dusenii, Sph. fuscum;
б)
зеленые мхи: Polytrichum strictum;
в)
травянистые растения: пушица влагалищно-листная, шейхцерия,
очеретник;
г)
кустарнички: подбел, Кассандра, багульник, водяника.

11. 4. Классификация видов торфа

12.

• В первую очередь определяется тип торфа,
а затем вид торфа. В случае, если отнесение
данного образца к тому или иному виду
торфа затруднительно, торф именуется
названием вышестоящей таксономической
единицы, группы, с обязательным
указанием типа торфа, — например, «торф
древесный низинный», или — «торф
травяно-моховой верховой» и т. д. (см.
классификацию).

13. 5.Торфяные месторождения и их географическое расположение

Торфяным месторождением называется болото, в котором торфяная свита имеет достаточную
производственную мощность и протяженность.
Торфяная залежь - закономерное вертикальное сочетание отдельных видов торфа по всей
мощности от поверхности до минерального грунта или до подстилающих озерных отложений.
Стратиграфия (последовательность залегания и взаимоотношение слоев) торфяной залежи
отличается большей или меньшей сложностью: одни залежи на всю глубину сложены торфом
одного вида или хотя бы одного типа; в других - слои торфов различных видов или типов
чередуются по вертикали и латерали.
На возникновение и формирование торфяных месторождений влияет целый комплекс
условий (тепло, влага, геоморфологический фактор). Последнему принадлежит ведущая роль, о чем
свидетельствует приуроченность торфяников к определенным физико-географическим средам:
I. Область полярных реликтовых торфяных месторождений - тундра, лесотундра. Месторождения
характеризуются наличием в них вечной мерзлоты и в значительной мере реликтовостью. В этой
области расположены крупно- и плоскобугристые торфяники, происхождение которых связано с
мерзлотными процессами.
II. Область торфяного месторождения верхового типа расположена в зоне хвойных и смешанных
лесов. Процессы торфообразования в этой области протекает в наиболее благоприятных условиях.
Здесь сосредоточена наибольшая часть мировых запасов торфа. Эта область характеризуется резким
преобладанием на водоразделах месторождений верхового типа, часто со слабо разложившимися
сфагновыми торфами большой мощности. Для этих месторождений свойственна разнообразная
стратиграфия и значительные колебания качественных показателей. Наиболее крупные
месторождения на Западно-Сибирской равнине и в ряде регионов европейской части России.

14.

III. Область торфяных месторождений низинного типа занимает лесостепную и степную
зоны. Здесь преобладают торфяники низинного типа, расположенные в поймах рек или
на низких террасах. Торфяная залежь сверху до низу сложена торфами низинного типа
(осоковыми, тростниковыми, ольховыми и др.), часто покрыта минеральными
наносами и имеют внутри минеральные прослойки.
Торф в этой области средней и высокой степени разложения с повышенной
зольностью, преимущественно аллювиально-делювиального генезиса.
IV.Область центрально-сибирских торфяных месторождений занимает СреднеСибирское плоскогорье и Центрально-Азиатскую равнину. Торфяников здесь очень
мало, они характеризуются небольшой плошадью распространения, малой глубиной и
незначительными запасами. Здесь торфяные залежи низинного типа, часто с участками
вечной мерзлоты.
V. Область горно-долинных торфяных месторождений приурочена к горным
поднятиям Южной и Восточной Сибири и Дальнего Востока. Месторождения
развиваются на террасах горных рек, а них отмечается чередование торфов с
аллювиальными отложениями и часто с участками вечной мерзлоты. Развиты
преимущественно торфяники низинного типа небольшой площади с повышенной
зольностью и минеральными прослойками.
VI. Область приамурских низинных маломощных торфяных месторождений.
Торфяники расположены преимущественно по долине р. Амур и по его притокам,
имеют среднюю и высокую зольность, сложены свитой низинных торфов и
характеризуются высокой степенью разложения и малой мощностью.

15.

VII. Область привулканических торфянных месторождений охватывает Камчатку и Курильские
острова. В торфяных месторождениях Восточной Камчатки встречаются 2 или 3 прослойки
вулканического пепла и песка различной мощности. Вследствие этого зольность торфяников
высокая. Преобладают торфяные залежи низинного типа, сложенные преимущественно
осоковыми и осоково-хвощевыми видами торфа. Торфяники располагаются отдельными
очагами, вдоль побережья Тихого океана. Основные ресурсы торфа сосредоточены на
западном побережье Камчатки, местами заторфованном до 80%. Торфяники здесь
преимущественно низинного и переходного типа, с большими запасами в последнем
верхового торфа.
VIII. Область “Карельского” типа месторождений занимает Карелию и Кольский
полуостров. Территория области сильно заторфована и покрыта сетью торфяников, связанных
друг с другом узкими перешейками и образующих целые торфяно-болотные системы.
Торфяные залежи состоят из свит низинных, переходных или верховых торфов с высокой
зольностью.
IX. Область субтропических месторождений расположена в пределах Колхидской
низменности на побережье Черного моря. Здесь преобладают торфяники низинного типа с
повышенной зольностью. Встречаются также значительные участки верхового типа с мощной
толщей (до 12 м) сфагнового слабо разложившегося торфа. Осушение затруднено, т.к. дно
торфяных месторождений обычно находится ниже уровня Черного моря.
X. Область локальных топогенных торфяных месторождений низинного типа занимают
северную часть Казахстана и характеризуется очень редкими торфяниками, образовавшимися
в определенных условиях рельефа. Обычно они связаны с озерами, по краям которых и
развиваются. Нередко озера превращаются в торфяники низинного типа с тростниковой
растительностью и тростниковым торфом. Зольность такого торфа понижена, т.к. здесь нет
аллювиальных процессов и значительно слабее выражен делювиальный снос.
Мировые запасы торфа около 500 млрд т, в т.ч. свыше 180 млрд т в России. Главные
добывающие страны: Россия, Индонезия, Финляндия, США, Канада. В СССР на 1990 г.
добывалось свыше 100 млн т в год.

16. 6. Классификация торфяных залежей

17. 7.Практическое использование торфа

В ряде районов, где нет месторождений угля, нефти и много торфа, он используется как
топливо для ТЭС.
Сильно минерализованный торф - отличное удобрение.
Мало разложившийся, сильно влагоемкий торф употребляют для подстилки скоту, после
использования он является прекрасным удобрением.
Кусковой торф идет для газификации и коксования, полученная при этом смола используется
на специальных торфо-химических заводах для дальнейшей технологической переработки в
высокоценные продукты: воск, креолин, фенолы и др.
Фрезерная крошка торфа служит сырьем для изготовления бытового топлива - брикетов.
Брикеты торфа
Из торфа малой степени разложения изготовляются плиты и фасонная изоляция высокого
качества.
В медицине торф применяется при грязевом лечении многих заболеваний.