Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Природообустройство».
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 часто самовоспламеняются. Торфяные пожары снижают плодородие почв, 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 РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева 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 грамм 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. Его 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, — рассказал участник проекта, доктор технических наук, доцент кафедры тракторов и автомобилей Алексей Владимирович Евграфов.