Ученые выяснили, что плотные торфяные почвы менее подвержены самовозгоранию в жаркий летний сезон, чем более рыхлые образцы. Это объясняется тем, что почвы с низкой плотностью обогащены кислородом, необходимым для горения. Поэтому снизить пожароопасность торфяников, широко распространенных на территории Сибири, а также Тверской и Рязанской областей, можно, если искусственно уплотнить местные почвы. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Природообустройство».
Сбор образцов торфа. Источник: Алексей Евграфов
Россия имеет крупнейшие в мире торфяные месторождения, большая часть которых сосредоточена в Сибири, а также на территории Тверской и Рязанской областей. Торфяники, хотя и ценны с точки зрения добычи полезного ископаемого, при сухой и жаркой погоде — преимущественно в летний сезон — часто самовоспламеняются. Торфяные пожары снижают плодородие почв, а также отрицательно сказываются на здоровье населения из-за того, что в атмосферу при горении торфа попадают токсичные вещества, например, сернистый газ и сероводород. Поэтому важно уметь прогнозировать и заранее предупреждать возникновение торфяных пожаров на сельскохозяйственных землях.
Ученые из Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева (Москва) исследовали причины самовозгорания торфяных почв, чтобы определить факторы, повышающие риск возникновения пожаров. Авторы отобрали девять образцов торфяных почв с сельскохозяйственных земель Тверской и Рязанской областей. Исследуемые почвы отличались по плотности: этот параметр варьировался от 0,88 до 2,89 грамма на кубический сантиметр. Таким образом, плотность наиболее рыхлого образца была почти в 3,3 раза ниже, чем у самого плотного.
Почвы по очереди помещали в цилиндрический контейнер, к которому были подведены датчики температуры. Контейнер с образцом в течение 30 дней хранили в сушильном шкафу, в котором в дневное время поддерживалась температура 58°С, а в ночное — 20°С. Такие условия были выбраны потому, что летом на исследуемых территориях в дневные часы температура поверхности торфяной почвы может подниматься до 58–65°С, тогда как ночью она в среднем составляет 20°С.
В ходе эксперимента в центральной части образцов торфа за счет химической реакции саморазогрева запустился процесс тления, который предшествует горению. При этом тление в наиболее рыхлой почве началось в 2,5 раза быстрее, чем в самом плотном образце. Это связано с тем, что почвы с малой плотностью более насыщены кислородом — газом, необходимым для горения.
Авторы сделали вывод: снизить риск самовозгорания торфяных почв можно, если искусственно повышать их плотность с помощью сельскохозяйственной обработки. Ученые предложили комплекс технологических операций, с помощью которых можно изменять плотность торфяного слоя. Так, сначала верхние 60–70 сантиметров почвы вспахивают, чтобы разрыхлить уплотненную часть подстилающего грунта, которая препятствует поступлению влаги в поверхностные слои торфа. После этого вспаханную почву перемешивают, чтобы смешать верхний пожароопасный слой с более плотными нижележащими слоями. В результате получается единый более плотный слой, который затем дополнительно «утрамбовывают».
Авторы подчеркивают, что для проведения подобных мероприятий в случае торфяных почв, которые не относятся к сельскохозяйственным и располагаются, например, в лесах, нужны дополнительные меры: расчистка от мелколесья и выравнивание рельефа. Без них не удастся осуществить требуемую обработку.
«В дальнейшем мы планируем разработать программное обеспечение для комплексной системы раннего предупреждения торфяных пожаров на основе уже имеющихся математических моделей самовозгорания торфа. Такое программное обеспечение можно будет использовать в блоках слежения, размещаемых на сельскохозяйственных угодьях. Они позволят в режиме реального времени получать информацию о параметрах торфяной почвы для прогнозирования возникновения торфяного пожара заблаговременно до его начала», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Евграфов, доктор технических наук, доцент кафедры тракторов и автомобилей МСХА имени К.А. Тимирязева.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда