Baza wiedzy

Torf – wartość dla klimatu i bioróżnorodności

Torf, węgiel brunatny i węgiel kamienny to surowce powstałe na różnych etapach przemian materii roślinnej. Polska dysponuje znacznymi zasobami każdego z nich, jednak ich rola i sposób wykorzystania są odmienne. Węgiel kamienny i brunatny służą głównie jako paliwa energetyczne. Torf, dzięki płytkim pokładom i łatwemu pozyskiwaniu, znajduje znacznie szersze i bardziej zróżnicowane zastosowania. Wykorzystuje się go m.in. w rolnictwie i medycynie. Ochrona mokradeł jest kluczowa i niezbędna do prawidłowego funkcjonowania ekosystemów.

torfowisko w polsce - tam wlasnie znajduje sie duzo torfu
Torfowisko pod Zieleńcem. Źródło: Wikipedia

Skład chemiczny torfu

Pod względem chemicznym torf stanowi mieszaninę substancji organicznych, składników mineralnych oraz wody. W Polsce torf i gleby torfowe zalicza się do gleb organicznych, jeśli zawartość materii organicznej przekracza 20% objętości. Jego cechy zależą przede wszystkim od składu roślin torfotwórczych oraz warunków wodnych i termicznych, w których następował rozkład biomasy. Torf występujący w torfowisku tworzy zwartą masę organiczną, zbudowaną z różnie zachowanych szczątków roślinnych. Bezpośrednio po wydobyciu jest miękki. Natomiast słabo rozłożony torf o jasnej, żółtawej barwie szybko ciemnieje pod wpływem powietrza. Struktura torfu może być zróżnicowana. Przy niewielkiej ilości humusu jest włóknista, a przy jego większym udziale staje się plastyczna.

Składniki materii organicznej

Najważniejszą częścią materii organicznej torfu są związki humusowe. Kwasy huminowe, fulwowe i huminy. Stanowią one źródło energii i składników odżywczych dla mikroorganizmów i roślin, wpływają też na barwę gleby.

  • Kwasy huminowe – ciemnobrązowe i wielkocząsteczkowe – mają złożoną budowę obejmującą aromatyczne rdzenie oraz liczne grupy funkcyjne, takie jak karboksylowe, fenolowe czy hydroksylowe. Ich skład zależy od typu torfu: związki pozyskiwane z torfów wysokich mają zwykle więcej węgla i większą kwasowość niż te z torfów niskich.
  • Kwasy fulwowe, których w torfach jest 5,5–25%, mają jaśniejszą barwę, mniejszą masę cząsteczkową i są rozpuszczalne w wodzie w całym zakresie pH. Zawartość tych związków maleje wraz z głębokością zalegania torfu.
  • W torfie znajdują się też bituminy – trudno rozpuszczalne związki (np. woski i smoły), które nadają glebie bardziej hydrofobowy charakter. Ich ilość wzrasta wraz z wiekiem torfu i wynosi 7–22%. Huminy, kolejne składniki torfu, są najsłabiej poznane; odznaczają się czarną barwą i nierozpuszczalnością w wodzie.
  • Torf zawiera również niewielkie ilości białek pochodzenia roślinnego i mikrobiologicznego, ligninę, celulozę oraz różne cukry.
torf znajdujacy sie w dolinie narwii
Torfowisko niskie w dolinie Narwi. Źródło: Wikipedia

Składniki materii nieorganicznej

Zawartość składników mineralnych w torfie określa się poprzez jego popielność, czyli ilość popiołu pozostającą po spaleniu próbki w temperaturze 550–800°C. Torfy wysokie mają zwykle niską zawartość substancji nieorganicznych (1–5%), natomiast torfy niskie, wyższą, sięgającą 5–20%. Popielność rośnie wraz z postępującą mineralizacją oraz w wyniku nanoszenia osadów wodnych, które mogą zwiększyć ją nawet do 80%.

Skład popiołu zależy od rodzaju torfowiska, głębokości i stopnia rozkładu oraz od minerałów obecnych w wodach zasilających. W popiele dominują pierwiastki takie jak wapń, magnez, potas, sód, żelazo, krzem i fosfor. Każdy z nich jest istotny dla procesów biologicznych roślin. Tworzą one tlenki, m.in. tlenek magnezu czy sodu. Torfowiska w Polsce są również bogate w mikroelementy, m.in. tytan, mangan, bor, miedź i cynk, natomiast zawierają niewiele kobaltu i molibdenu. W torfach wysokich występują także brom i jod.

Mechanizm powstawania torfu

Procesy zachodzące na torfowiskach wynikają z ich specyficznej budowy. Zgodnie z koncepcją Ivanova (1953) torfowisko składa się z dwóch warstw: akrotelmu – żywej, aktywnej strefy powierzchniowej o dużej przepuszczalności i zmiennej wilgotności, w której powstaje torf, oraz katotelmu – głębszej, stale nasyconej wodą, beztlenowej warstwy martwego torfu. W miarę narastania osadów objętość torfowiska stopniowo się zwiększa.

Najważniejszym procesem zachodzącym na torfowiskach jest torfienie, czyli powolny rozkład szczątków roślin bagiennych w warunkach nadmiernej wilgotności i ograniczonego dostępu powietrza. Prowadzi on do wzrostu udziału węgla i azotu oraz redukcji tlenu i wodoru w materii organicznej. W zależności od składu wód i roślin torfotwórczych powstają torfowiska o odmiennych właściwościach.

Szczątki roślinne w glebie podlegają dwóm równoległym procesom: mineralizacji – rozkładowi do prostych związków mineralnych, oraz humifikacji – przekształcaniu materii organicznej w substancje próchniczne. Oba procesy wpływają na żyzność i właściwości gleby.

Funkcjonowanie torfowisk w dużym stopniu zależy od ilości wody. Odwodnienie uruchamia intensywną mineralizację i humifikację, prowadząc do osiadania torfu, zmian jego struktury i powstawania tzw. murszu. W efekcie torfowiska tracą zdolność magazynowania wody i stopniowo zanikają. Szacuje się, że zdegradowano już 70–85% torfowisk w Polsce. Osuszanie torfowisk powoduje również wzrost emisji CO₂ i związków azotu oraz uproszczenie składu roślinności. Zaburzone obiegi wody i składników odżywczych prowadzą do degradacji gleb i pogarszają warunki siedliskowe.

Torfowiska są także cennym źródłem wiedzy archeologicznej dzięki właściwościom konserwującym. Doskonale zachowane „ciała bagienne”, jak słynny Człowiek z Tollund, świadczą o wyjątkowych warunkach chemicznych panujących w tych ekosystemach.

torf na torfowisku wysokim w dolinie zwoleńki
Torfowisko wysokie w dolinie Zwoleńki. Źródło: Wikiepedia

Torfowiska jako naturalne filtry

Torf znany jest z wielu drogocennych właściwości. Może by c on też wykorzystywany jako naturalny filtr. Chenxi Li i Pascale Champagne w 2009 roku przeprowadzali badanie, którego celem było określenie skuteczności kwaśnego torfu jako naturalnego materiał filtracyjnego. Miał on usuwać jony kadmu i niklu z roztworów wodnych.

Ich metoda polegała na przepuszczaniu wodnych roztworów metali przez kolumny wypełnione torfem o różnym stopniu napełnienia. W przypadku kolumn z 15-centymetrową warstwą torfu zaobserwowano znacznie korzystniejsze warunki pracy, które pozwoliły na usunięcie 47,9% kadmu oraz 42,7% niklu. Materiał okazał się skutecznym filtrem, jednak w wąskich zakresach pH. Na efektywność usuwania metali ciężkich wpływ miał również skład oraz wartość pH wody. Przeprowadzone badania udowodniły, że metody usuwania metali ciężkich z wykorzystaniem torfu są skuteczne.

Rola torfowisk w środowisku

Bibliografia:

  • Skreczko, S., Trepka, W. 2016. Torf–naturalne laboratorium chemiczne. Wszechświat, 117(4-6), 132-137.
  • Marczewska, B., Kuzioła, R., & Szoja, M. (2016). Wykorzystanie torfu do usuwania metali ciężkich z wód. LAB Laboratoria, Aparatura, Badania, 21(4), 36-41.
  • Pęczuła, W. 1996. Stan i znaczenie torfowisk w Polsce. Roczniki Filozoficzne, 177-191.
  • Borówka, R. K., Tomkowiak, J., i.in. 2015. Skład chemiczny osadów bagiennych z doliny Luciąży (torfowisko Bęczkowice na Równinie Piotrkowskiej). Folia Quaternaria, 5-23.
  • Chenxi, L. Champagne P. 2009. Fixed-bed column study for the removal of cadmium (II) and nickel (II) ions from aqueous solutions using peat and mollusk shells, Journal of Hazardous Materials.