Здавалося б, усім зрозумілий і рядовий питання — чому болото засмоктує? Насправді цей процес не такий простий як здається, і можливо ви дізнаєтеся для себе щось нове.
По-перше, болото, яке засмоктує називається трясинным. Воно здатне затягувати тільки живі об’єкти. Трясовина утворюється на основі озер заростанням зеленим килимом моху і водоростей, не у всіх болотах.
Виникнення болота сприяють 2 причини: заростання водойми або заболочування суші. Болоту характерна надмірна вологість, постійне відкладення не до кінця розклалася органічної речовини торфу. Здатні засмоктувати об’єкти не всі болота, а тільки ті, в яких утворилася трясовина. Трясинное болото утворюється на місці озера. Лілії, латаття та очерет на поверхні озера розростаються з часом в щільний килим на поверхні водойми. Разом з цим на дні озера водорості розростаються. По мірі формування хмара водоростей і моху піднімається з дна до поверхні. З-за відсутності кисню починається гниття, утворюються органічні відходи, що розходяться у воді і утворюють трясовину.
Тепер перейдемо до самого процесу засмоктування…
Трясовина засмоктує живі об’єкти. Пояснюється це її фізичними властивостями. Трясовина відноситься до класу бингамовских рідин, фізично описаних рівнянням Бингама-Шведова. При попаданні на поверхню об’єкта з невеликою вагою, вони поводяться як тверді тіла, тому предмет занурюватися не буде. Коли об’єкт має досить велику вагу, він тоне.
Є 2 види занурення: недопогружение і перепогружение. Поведінка тіла, що потрапив в рідину, підпорядковується співвідношенням впливу сили тяжіння і виштовхувальної сили Архімеда. Тіло буде занурюватися в трясовину до тих пір, поки сила Архімеда не зрівняється з його вагою. Якщо виштовхувальна сила менше ваги, то відбудеться недопогружение об’єкта, якщо більше, то — перепогружение.
Чому перепогружению піддаються тільки живі об’єкти? Все тому, що такі об’єкти постійно рухаються. А що якщо завмерти? Припиниться чи занурення? На жаль, це лише сповільнить занурення, адже живе тіло рухається завжди, оскільки воно дихає. Неживі об’єкти залишаються нерухомими, тому повністю не занурюються. Перепогружение у трясовину і є засмоктування болота. Чому ж рух тіла прискорює занурення? Будь — який рух- це додаток сили, збільшує силу тиску на опору. Воно обумовлено вагою об’єкта і силою тяжіння. Різкі рухи — причина утворення під тілом областей зниженого тиску. Ці області призведуть до збільшення атмосферного тиску на живий об’єкт, що ще більше занурить його.
Тому, фізична визначення слову «засмоктування болота» виглядає так: бингамовская рідина(трясовина), намагається перекласти потрапив у неї живий об’єкт на рівень нижче нормального занурення, при якому сила Архімеда менше тіла. Процес засмоктування незворотній. Утонувшее тіло навіть після припинення життєдіяльності не спливе.
Крім теоретичного інтересу, вивчення фізичних процесів, що відбуваються на болоті, має практичне значення: на болотах гине багато людей, які могли б залишитися живими, якби вони були краще поінформовані про підступні властивості трясовини. А ці властивості дійсно дуже підступні. Трясовина подібна хищнице. Вона по-різному реагує на потрапляють в неї живі і неживі об’єкти: не чіпає мертве, але засмоктує все живе. Це властивість трясовини заслуговує особливої уваги і буде цікавити нас в першу чергу. Для початку опишемо його докладніше.
У першому наближенні трясовину можна вважати рідиною. Тому потрапили в неї тіла повинна діяти архімедового виштовхувальна сила. Це дійсно так, і навіть предмети великої щільності, що перевищує щільність людського тіла, в трясовині не тонуть. Але варто потрапити в неї людині або іншій живій істоті — їх «засмокче», тобто вони цілком поринуть в трясовину, хоча їх щільність менше щільності не потопаючих в трясовині предметів.
Питається, чому трясовина веде себе настільки несподіваним чином? Як вона відрізняє живі об’єкти від неживих?
Щоб відповісти на ці запитання, нам доведеться детальніше зупинитися на вивченні фізичних властивостей трясовини.
Про плавання тіл в рідинах ньютонівських
Розглянемо як плаває тіло в ньютонівських рідин, наприклад у воді. Поднесем до поверхні води тіло, щільність якого менше її щільності, і відпустимо його. Через деякий час встановиться стан рівноваги: тіло буде до такого рівня, при якому архімедового виштовхувальна сила в точності дорівнює вазі тіла. Це стан рівноваги є стійким — якщо на тіло подіяти зовнішньою силою і втопити його глибше (або, навпаки, підняти вгору), то після припинення дії сили воно повернеться в колишнє положення. Рівень занурення, при якому архімедового сила дорівнює вазі, ми будемо називати рівнем нормального зануренні.
Зверніть вашу увагу на те, що рівень нормального занурення визначається тільки співвідношенням щільності і не залежить від в’язкості рідини. Якби болотна трясовина була просто ньютонівською рідиною з великою в’язкістю, вона була б не дуже небезпечна. При розумному поведінці на її поверхні можна було б триматися досить довго. Згадайте, як ведуть себе втомлені плавці, якщо вони хочуть відпочити прямо у воді? Вони перевертаються на спину, розкидають руки і лежать не рухаючись стільки, скільки хочуть. Оскільки щільність менше щільності води трясовини, то аналогічним чином можна було б довго лежати на поверхні трясовини, і в’язкість цього, особливо не заважала б. Можна було б не поспішаючи обдумати ситуацію, прийняти найкраще рішення, спробувати обережно гребти руками, намагаючись потрапити до твердого місця (ось тут в’язкість була б перешкодою), нарешті, просто чекати допомоги. Виштовхувальна сила надійно тримала людину на поверхні болота: якщо в результаті необережного руху людей занурився б нижче нормального рівня занурення, архімедового сила все одно виштовхнула його назад.
На жаль, насправді все йде набагато гірше. У людини, що потрапив у трясовину, немає часу на роздуми, ні, тим більше, на очікування. Трясовина є неньютонівської рідиною і її бингамовские властивості кардинально змінюють ситуацію.
Про плавання тіл в рідинах бингамовскнх
Поднесем тіло до поверхні бингамовской рідини і опустимо його. Якщо тіло досить легке і чиниться тиск їм мало, то може статися так, що виникають в рідині напруги менше порогу текучості і рідина буде вести себе як тверде тіло. Тобто предмет може стояти на поверхні рідини і не занурюватися.
З одного боку, це начебто добре. Саме завдяки цій властивості всюдиходи з малим тиском на грунт легко долають непрохідні для людини болота. Так і людина, з допомогою спеціальних «болотних лиж» або мокроступов може знизити тиск на грунт і почувати себе на болоті у відносній безпеці. Але у цього явища є і інша сторона. Вже сам факт того, що занурення тіла припиняється при наявності нерівності ваги і до архімедового сили, насторожує — все відбувається не так, як зазвичай. Уявімо собі, що вага нашого тіла досить великий і воно почне занурюватися. До яких пір буде відбуватися це занурення? Ясно, що не до тих, коли архімедового сила зрівняється з вагою. При зануренні тіла архімедового сила буде частково компенсувати вагу, тиск на грунт буде зменшуватися і настане момент, коли напруги знову стануть менше to. При цьому бингамовская рідина перестане текти і тіло зупиниться раніше, ніж архімедового сила стане дорівнює вазі. Такий стан, коли архімедового сила менше ваги, але далі тіло не занурюється, називається станом недопогружения (див. рис.а).
А. тепер — найголовніше. Якщо в рідині можливі стану недопогружения, то з тих же причин можливі і стану перепогружения, в яких архімедового сила більше ваги, але тіло не спливає (рис. в). Пам’ятайте, що відбувалося вньютоновской рідини? Якщо в результаті яких-небудь дій осіб опускався нижче нормального рівня занурення, то архімедового сила ставала більше ваги і повертала його назад. У бингамовской рідини нічого подібного (при досить великій т0) не відбувається. Занурившись в результаті яких-небудь необережні дії, ви вже не всплывете назад, а будете перебувати в перепогруженном стані. Процес «утопания» в трясовині виявляється необоротним. Тепер можна надати більш точний зміст слова «засмоктування». Воно означає прагнення трясовини втопити живі об’єкти нижче нормального рівня занурення — в перепогруженное стан.
Нам залишилося зовсім небагато — розібрати, чому болотна трясовина засмоктує, тобто захоплює в перепогруженное стан тільки живі об’єкти.
Причини перепогружения
Живі об’єкти перепогружаются тому, що, потрапивши в трясовину, вони рухаються, тобто змінюють взаємне розташування частин свого тіла. Це веде до перепогружению з чотирьох причин.
Причина перша.
Уявіть, що у вас в руках важкий вантаж і ви починаєте його піднімати. Щоб повідомити йому прискорення вгору, ви повинні подіяти на нього з силою, що перевищує вага цього тіла. Згідно з третім законом Ньютона сила, діюча на ваші руки з боку вантажу, теж буде більше його ваги. Тому сила, з якої ваші ноги тиснуть на опору, збільшиться. Якщо ви стоїте в трясовині, то спроба підняти вантаж, який ви тримаєте в руках, призведе до того, що ноги потонуть у трясовині глибше.
А якщо вантажу в руках немає? Принципової сторони справи це не міняє — рука має масу, і тому сама є вантажем. Якщо ви знаходитесь на рівні нормального занурення, то спроба просто підняти руку призведе до перепогружению. В даному випадку перепогружение буде дуже незначно, але воно буде незворотнім, і багаторазові руху можуть призвести до перепогружению на більшу величину.
Причина друга.
Трясовина має більшу липкість і щоб відірвати, наприклад, руку від поверхні трясовини, потрібно прикласти силу. При цьому тиск на опору зростає і буде відбуватися перепогружение.
Причина третя.
Трясовина є в’язкою середовищем і чинить опір рухається в ній предметів. Якщо ви спробуєте витягнути яка загрузла руку, то при її русі ви повинні будете подолати сили в’язкості, і тиск на опору зростає. Знову відбудеться перепогруженне.
Причина четверта.
Всі добре знають, що при висмикуванні ноги з багнюки чутний характерний хлюпає звук — це атмосферне повітря заповнює залишений ногою слід. Як ви думаєте, чому такого звуку не чутно при витаскуванні ноги з води? Відповідь досить очевидна — вода має малу в’язкість, тече швидко і встигає заповнювати простір під рухається вгору ногою. Бруд має набагато більшу в’язкість і сили, що перешкоджають переміщенню одних шарів щодо інших, для неї більше. Тому бруд тече повільно і не встигає заповнювати простір під ногою. Там утворюється «порожнеча» — область зниженого тиску, не зайнята грунтом. При витаскуванні ноги з багнюки ця область повідомляється з атмосферою, в неї вривається повітря і в результаті чути той самий звук, про який ми говорили раніше.
Таким чином, наявність хлюпающего звуку говорить про те, що при спробі звільнити яка загрузла в багнюці ногу доводиться долати не тільки сили, обумовлені липкість і в’язкістю, але і сили, пов’язані з атмосферним тиском.
При різких рухах людини, що потрапив у трясовину, під переміщаються в трясовині частинами тіла будуть виникати області зниженого тиску, і атмосферний тиск буде з великою силою тиснути на людину вниз, заштовхуючи його в перепогруженное стан.
Спільна дія всіх чотирьох причин призводить до наступного ефекту: зміна форми потрапив у трясовину тіла веде до його перепогружению.
Тепер багато чого стало зрозуміло. Неживі тіла при попаданні в трясовину не змінюють своєї форми і причини для їх перепогружения відсутні. Такі тіла не засмоктує трясовина, вони, потрапивши в трясовину, залишаться в стані недопогружения. А живі істоти, потрапивши в трясовину, починають боротися за своє життя, борсатися, що відразу призводить до їх перепогружению. Це і є «засмоктування». Відповідь на питання, поставлене в самому початку, отримано. Однак цього мало. Як же все-таки врятуватися, як використовувати результати цього розгляду для вироблення практи чних рекомендацій тим, хто потрапив у трясовину.
На жаль, але в цьому напрямі можна зробити набагато менше, ніж хотілося б. Якщо не розглядати фантастичних і полуфатастическнх проектів («миттєво надувати повітряну кулю, витягує людини з трясовини», «речовина, що викликає твердіння болота») і т. д.), то ситуація виглядає невтішною.
Як же можна вибратися з трясовини?
Головне правило, яке потрібно знати кожному, — це не робити ніяких різких рухів, опинившись в болоті. Якщо в болото засмоктує повільно, є всі шанси врятуватися. По-перше, опинившись в болотистій місцевості, потрібно обзавестися палицею, бажано, щоб вона була широкою і міцною, то є справжній брусок. Ця палиця може виявитися вашим порятунком, тому вибирати її потрібно ретельно, а не брати перший-ліпший під руку сучок. Якщо ви потрапили в болото, зісковзнувши з купини, то вас, швидше за все, швидко засмокче, так як за інерцією ви будете продовжувати свій рух, допомагаючи тим самим трясовині, тому падати краще на живіт або на спину, так вас буде засмоктувати набагато повільніше.
Якщо ви не занадто швидко йдіть під воду і у вас є палиця, то її слід акуратно покласти перед собою, добре, якщо до найближчої твердині не більше півметра, тоді кінець палиці впаде на землю і вам буде легше вибратися. Але навіть якщо палиця повністю лежить в болоті, вам необхідно вчепитися в неї і спробувати перенести свій центр тяжіння на палицю, таким чином у вас вийде якусь подобу містка і ви зможете вибратися на сушу або чекати допомоги, не ризикуючи остаточно піти в мул.
Якщо у вас під рукою немає абсолютно нічого такого, що могло б послужити вам важелем, постарайтеся зайняти горизонтальне положення. Робіть це якомога обережніше, обережніше переміщаючи свій центр ваги з ніг на тулубі, якщо вам вдасться це зробити, то маса вашого тіла значно зменшиться і вас перестане затягувати в болото. В такому положенні ви можете чекати підмоги. Але, перебуваючи в болоті, ні в якому разі не можна робити різких рухів, махати руками і намагатися смикати ногами, від цього вас ще більше засмокче безодня.
Перебуває в такому положенні не можна навіть голосно кричати, закликаючи на допомогу, і тим більше розмахувати вільними кінцівками. Якщо верх вашого тулуба ще на свободі, то потрібно зняти з себе куртку чи плащ і кинути його на поверхню болота, з нього також можна вибратися, він не дасть можливості болоту засмоктати вас.
Якщо в болото засмоктує дуже швидко, то допомогти може тільки стороння людина, він повинен кинути мотузку або палицю, за якою людина, яка потрапила в болото, зміг би вибратися на тверду поверхню. Іноді для того, щоб витягнути одну людину з болота, потрібно не менше трьох осіб на суші, так як сила засмоктування у болота дуже велика. Слід також пам’ятати, якщо людину тягнуть з болота, то його ні в якому разі не можна відпускати, щоб зробити перепочинок, злегка відпущений людина моментально піде в трясовину, отримавши додаткову енергію з суші при відштовхуванні. Захід порятунку повинно відбуватися активно і без затримок. Тоді успіх буде забезпечений.
А що ще нам можуть розповісти болота?
Є таке явище, як торф’яне дублення — своєрідний стан трупа, що виникає при попаданні трупа в торф’яні болота і грунти, які містять гумінові кислоти. Торф’яне «дублення» можна також назвати одним з видів природної консервації мертвого тіла. Труп, що перебуває в стані торф’яного «дублення», має щільну темно-буре, як би дубленую шкіру. Внутрішні органи зменшуються в об’ємі. Під дією гумінових кислот мінеральні солі в кістках розчиняються і повністю вимиваються з трупа. Кістки в такому стані по консистенції нагадують хрящі. Трупи в торф’яних болотах добре зберігаються невизначено довго, і при їх дослідженні судові медики можуть визначити одержані за життя ушкодження. Хоча такі випадки зустрічаються досить рідко, але деколи знахідки в торф’яних болотах можуть піднести дослідникам різні сюрпризи.
На нашій планеті є страшні болота, знамениті своїми моторошними, але історично безцінними знахідками. Мова йде про «болотах людських органів» Німеччини, Данії, Ірландії, Великобританії та Нідерландів.
Напевно, найвідомішою з болотних мумій є толлундский людина, на якого в травні 1950 р. біля села Толлунд в Данії натрапили двоє братів, збирачів торфу.
Вони різали торф на брикети, як раптом побачили дивиться прямо на них обличчя і, подумавши, що це жертва вчиненого нещодавно вбивства, негайно зв’язалися з місцевою поліцією.
Проведена незабаром радіовуглецеве датування волосся толлундского людини показала, що він загинув близько 350 р. до н. е.
Ще один древній данець з відмінно збереженими волоссям був знайдений в 1952 році на болоті поблизу містечка Гроболл. Судячи з перерезанному горла, бідолаху вбили і кинули труп у багно.
Ну а відрубане череп так званого людини з Остерби, знайдений в болоті в районі однойменного німецького містечка, дає уявлення про те, які зачіски носили літні чоловіки в давньогерманських племен, що жили на території ФРН в першому тисячолітті до нашої ери. Така зачіска називається «швабський вузол». Волосся покійного спочатку були сивими, а рудими стали внаслідок окислення в похмурій торф’яної безодні.
Кислотна вода, низька температура, нестача кисню всі необхідні умови для збереження. Внутрішні органи, волосяний покрив, шкіра настільки чудово збереглися, що за ним можна з точністю дізнатися, яку носив зачіску людина, що їв перед смертю і навіть у що був одягнений 2000-2500 років тому.
На даний момент відомо близько 2000 болотних людей. З них найвідоміші — це людина з Толлунда, жінка з Елінгу, Дівчинка з Іду, тіло Болотне з Виндеби і людина з Ліндоу.
Вік більшості болотних людей за результатами радіовуглецевого аналізу становить 2000-2500 років, однак існують і набагато стародавні знахідки.
Так, жінка з Кельбьерга, померла близько 10 000 років тому в епоху археологічної культури Маглемозе.
На деяких тілах збереглася одяг або її фрагменти, що дало змогу доповнити дані про історичному костюмі тих років. Найбільш добре збереглися предмети: шкіряна островерха шапочка людини з Толлунда; вовняне плаття, виявлена поряд з місцем поховання жінки з Хюлдремосе; вовняні обмотки з відокремлених від тіла ніг з болота в Данії.
Крім того, завдяки знахідкам, на головах яких збереглися волосся, вдалося реконструювати зачіски древніх. Так, людина з Клоникавана укладав волосся з допомогою суміші смоли та олії, а волосся на черепі людини з Остерби були закладені над правим скронею і зав’язані так званим «швабським вузлом», що підтвердило описані Тацитом зачіски свевів.
Тіло болотне з Виндеби (ньому. Moorleiche von Windeby) — таку назву отримало добре збережене тіло підлітка, виявленого в торф’яному болоті на півночі Німеччини.
Тіло знайшли в 1952 році робітники, зайняті на торф’яних розробках поблизу селища Виндеби в землі Шлезвіг-Гольштейн. Про знахідку повідомили вчених, які витягли труп з трясовини і приступили до досліджень.
З допомогою споро-пыльцевого аналізу було встановлено, що підліток помер в залізному столітті у віці 14 років. В 2002 році за допомогою радіовуглецевого аналізу час його смерті було більш точно датована — між 41 і 118 роками н. е. Рентгенограми показали наявність дефектів на кістках гомілки (лінії Гарріса), що свідчить про виснаження і, як наслідок, порушення росту. Відповідно, смерть могла настати від голоду.
