Огни и мумии: мифы и легенды о болоте

Физика болота

Страх перед болотом возник не на пустом месте. В окружении диких топей, трясины и бездонных омутов человек оказывался в опасности, которая исходила даже не от врага или дикого хищника, а от самого места. Необъяснимое и пугающее люди всегда отдавали на откуп мифического: отсюда и легенды о страшной нечисти. Сегодня мы знаем, что утаскивает на дно никакой не болотник, а вполне объяснимые физические явления.

И опасность представляют не все болота, а только трясинные – то есть те, что образуются из заросших водоемов. Они легко обманывают нас: на поверхности может лежать и не тонуть, например, ствол упавшего дерева, но если к нему подойдет человек, то попадет в беду.

Трясина – субстанция интересная: она может проявлять свойства как твердых, так и жидких тел. С точки зрения физики это неньютоновская жидкость, относящаяся к категории бингамовских, таких как некоторые смолы или масляные краски.

Масляная краска. Фото: Golubovy, shutterstock.com

Еще со школы все мы помним закон Архимеда: на тело, погруженное в воду, действует выталкивающая сила, равная объему вытесненной воды. Если предмет весит больше жидкости, которую вытесняет, то он пойдет ко дну, а если меньше – останется плавать на поверхности, погруженный ровно настолько, чтобы установилось равновесие между двумя действующими в противоположном направлении силами.

И если это равновесие нарушить, скажем, усилием погрузив предмет, он вернется на поверхность, а система снова придет в устойчивое состояние. И это не зависит от вязкости жидкости: будь то вода, масло или даже мед – изменится только скорость, с которой все вернется на круги своя.

С бингамовскими жидкостями все по-другому: у них есть предел вязкости. Если к такой субстанции применить небольшое равномерное усилие, она будет вести себя, как твердое тело. Но если предел повышен – то перед нами вязкая жидкость. Благодаря этому эффекту по болотам могут спокойно ездить гусеничные вездеходы и ходить люди в мокроступах – специальной обуви, напоминающей теннисные ракетки.

Итак, почему же болота так опасны? Предположим, вы оказались в трясине (надеемся, такого с вами никогда не произойдет). До какой степени вас затянет? Будь вы в воде, мы бы сказали: «пока сила Архимеда не сравняется с весом тела». Но в случае с болотом это случится раньше: как только сила давления на опору достигнет предела текучести трясины, она восстановит свойство твердого тела, и засасывание прекратится.

Это называется состоянием недопогруженности – когда сила тяжести больше архимедовой, но система все равно находится в равновесии. Увы, раз существует недопогружение, то по тем же самым причинам возможна и обратная ситуация, когда сила выталкивания больше вашего веса, но всплыть вы все равно не сможете.

А теперь самое интересное: почему лежащее на поверхности болота бревно не переходит из первого состояния во второе, в отличие от попавших в болото несчастных утопающих? Ответ очевиден – люди и животные двигаются. И чем активнее они это делают, тем быстрее уйдут на дно.

Причин тут несколько. Во-первых – любое движение приведет к тому, что вы увеличите давление на опору и погрузитесь еще сильнее. Предположим, вы подняли руку. Сделав это, вы применили по направлению вверх силу, равную весу поднятой конечности. Теперь, по закону Ньютона, получите равное этой силе и обратное по вектору противодействие. Если, плавая в бассейне, вы поднимите руки вверх, то булькнете под воду и сразу всплывете обратно. Но, к сожалению, в болоте погружение необратимо.

Во-вторых, трясина – субстанция липкая и вязкая. Если вы попробуете вытянуть из нее руку, то снова примените силу, а давление на опору увеличится. В-третьих, в результате любого резкого движения в трясине образуется пустая область, которую она из-за своей вязкости не сможет быстро заполнить. Давление в этом пространстве будет пониженным, как если закупорить носик медицинского шприца и оттянуть поршень: образовавшийся вакуум вновь вернет его на место.

В общем, попав в трясину, все живые существа оказываются, мягко говоря, в затруднительном положении: любое движение приведет к еще более печальной ситуации. Можно, конечно, совсем не двигаться, но мы ведь так не умеем: человеку нужно, как минимум, дышать – а это тоже приведет к медленному, но погружению.

Чтобы спастись, первым делом нужно перераспределить центр тяжести и лечь на живот, увеличив площадь соприкосновения с болотом. Если у вас при себе палка, рюкзак или другой подходящий предмет, подложите его под себя и постарайтесь осторожно приподняться над поверхностью. После этого можно начинать аккуратно выползать, стараясь цепляться за траву и деревья.

А вот если засасывание происходит быстро, то выбраться без посторонней помощи практически невозможно, что делает трясинные болота непроходимыми без специального транспорта.

Болотные люди

6 мая 1950 года братья Вигго и Эмиль Хойгорд копали торф в болоте неподалеку от датской деревни Толлунд, когда на глубине двух метров под поверхностью трясины натолкнулись на жертву убийства. Шея мужчины приблизительно сорока лет с удивительно умиротворенным выражением лица была обернута кожаной плетеной удавкой. Несмотря на странный и явно не относящийся к современной эпохе головной убор, братья решили, что преступление произошло недавно, и вызвали полицию.

После тщательного расследования детективы только развели руками: в окрестностях не было ни малейших намеков на следы борьбы и какие-либо улики. Тогда о находке оповестили ученых и 17 мая отправили тело поездом в Копенгаген, в Национальный университет Дании.

Самым примечательным оказался возраст находки. Изначально ученые предположили, что он жил в I веке до нашей эры, но радиоуглеродный анализ, проведенный в 2017 году антропологами из Орхусского университета с помощью современного масс-спектрометра показал, что Толлундский человек (так его назвали копенгагенские ученые) погиб в промежутке между 405 и 384 годами до нашей эры!

После исследования рентгеновскими лучами выяснилось, что даже внутренние органы хорошо сохранились. Получилось даже изучить содержимое желудка: за сутки до гибели современник Сократа съел немного речной рыбы и кашу из семян льна.

Толлундский человек – лишь один из более чем двух тысяч болотных мумий, которых в течение уже более чем двухсот лет и до сих пор находят в болотах Северной Европы на территории Скандинавии, Германии, Польши, Нидерландов и Британских островов. Большинство из них жили в IV–III веках до нашей эры, но самому древнему болотному человеку – 25-летнему мужчине, найденному на датском острове Фюн, около 10 тысяч лет.

Как правило, «болотные люди» – это те, кто умер насильственной смертью. Их убийцы рассчитывали таким образом скрыть следы преступления и надеялись, что болото уничтожит все улики, но в каком-то смысле просчитались. Химический состав торфа, из которого состоит трясина, оказался идеальным природным консервантом, предотвращающим неизбежное почти в любом другом месте разложение тканей, благодаря чему многие из мумий выглядят так пугающе реалистично.

Торф – это тот самый мутный и вязкий илистый слой, который накапливается в болоте. Он годами образуется во влажной среде при отсутствии кислорода из не до конца разложившихся растений и мхов. Биологический состав торфа различен. Верхняя его часть зачастую состоит из сфагнового мха – природного антисептика, который с XIX века и до Второй мировой войны применяли для перевязки ран, а сегодня добавляют в состав антибактериального мыла.

Изготовление перевязочного материала из сфагнума в университете Торонто (Канада, 1914 г.). Фото: William James, en.wikipedia.org

Именно в болотах, богатых сфагнумом, и находят удивительно хорошо сохранившиеся тела людей и животных, экземпляры древней одежды и деревянные инструменты возрастом в несколько тысяч лет, которые в любой другой почве были бы «съедены» бактериями и не дожили бы до наших дней.

Присутствие этого мха оказывает тройной эффект на активность любых микроорганизмов. Его описал норвежский биолог Тэренс Пэйнтер. Помимо антисептического действия, сфагнум создает в болоте кислую среду, которую не любят большинство микроорганизмов. Для сравнения, средняя кислотность низинных болот, в которых не растет сфагнум, нейтральная – 5 pH, а верховых – около 3 pH, примерно как у белого вина.

И третье: когда сфагнум умирает, он выделяет в болото натуральное соединение сахара – сфагнол и гуминовые кислоты, которые, вступая в реакцию с кальцием, азотом и человеческой плотью, спасают ее от разложения.

Похожий процесс происходит во время дубления – одного из этапов обработки кожаных изделий, который повышает их пластичность и долговечность. А еще – когда вы обжариваете мясо или запекаете хлеб. Но если бы вы говорили с химиком, он называл бы это реакцией Майяра. Она связывает аминокислоты и пептиды, оставляя бактерии без пищи, и выделяет меланоидины – полимеры, которые ответственны за румяную корочку на выпечке. И именно из-за них кожа найденных в топях древних людей окрасилась в коричневый цвет, а волосы – в рыжий.

Болота подарили множество открытий не только археологам и антропологам, но и палеонтологам, которые изучают гораздо более древние периоды истории нашей планеты. Болота появились очень давно (о том, как это происходило, читайте в статье «Жидкая земля»), и за миллионы лет торф превратился в каменный уголь, который сохранил отпечатки древней флоры и фауны. И вот так благодаря болотам ученые узнали, например, что когда-то на острове Шпицберген в Северном Ледовитом океане росли пальмы.

Гравюра: Charles Whymper, wellcomecollection.org

Голубой огонек

В книгах о Гарри Поттере было такое существо – болотный фонарник: одноногий чертик с лампой в руке, который зазывал путников в трясину. Похожие мифы существуют и в настоящем мире, а основаны они на реальном явлении – болотных огнях. Впервые за исследование этого феномена взялся итальянский физик Алессандро Вольта в 70-х годах XVIII века. Он первым открыл болотный газ – метан. Откуда он берется?

Алессандро Вольта, sciencephoto.com

Несмотря на бескислородную среду и на наличие уничтожающего бактерии сфагнума, нельзя сказать, что под поверхностью болота совсем нет жизни. Даже там, где не разлагается органика, обитают миллиарды микроорганизмов. В первую очередь это анаэробные микробы, которым для существования не нужен кислород.

Нижние слои болота, где этот элемент отсутствует почти полностью, создают метаногенным археям лучшие условия для жизни. Эти одноклеточные при отсутствии кислорода получают энергию за счет окисления водорода углекислым газом, образуя при этом побочный продукт – метан. Другие обитающие в болотах микроорганизмы из семейств ризо-, родо- и энтеробактерий, перерабатывая разлагающиеся растения, вырабатывают фосфин и дифосфин.

Болотный газ собирается в пузыри, которые, накапливаясь, под действием выталкивающей силы поднимаются на поверхность, лопаясь с характерным булькающим звуком. Именно метан – главный подозреваемый на роль источника болотных огней. Но сам по себе он загореться не может, для этого нужна хотя бы искра.

Алессандро Вольта проводил много времени на болотах, стараясь уловить и изучить природный газ. В то время он занимался физикой электромагнетизма и предполагал, что воспламенение метана связано с природными электростатическими явлениями, наподобие молний.

Впрочем, это объяснение вызвало немало критики в научном сообществе. В частности, необъясненным осталось почти мистическое свойство болотных огней «убегать» от преследующего их человека. В 1833 году прусский военный инженер майор Иоганн Блессон провел серию экспериментов на болотах, где часто замечали это явление. Свои исследования он опубликовал в статье «Наблюдение за блуждающими огнями».

Майор предположил, что его движения вызывают колебания воздуха и отталкивают газ вперед. На следующий день он пришел на болота на закате и наблюдал, как огни постепенно становились видимыми, из чего сделал вывод, что они существуют и днем, просто не видны при свете солнца.

Блессон снова попробовал следовать за огнями, они отступали. А когда он замер, начали возвращаться на место. Испытатель пробовал гасить огни, «уводить» их за пределы болота, но каждый раз после того, как они гасли, спустя некоторое время загорались снова. Позднее майор попробовал прийти на болото с факелом и поджечь болотный газ. Последовали громкий хлопок и яркая вспышка, после чего огни возникали вновь.

После нескольких безуспешных попыток прикоснуться к убегающим огонькам инженеру все же удалось зажечь от них клочок бумаги, что доказывало теорию о том, что болотные огни – это результат горения, а не фотолюминесценции, как считали тогда некоторые ученые. Правда, повторить эксперимент на других болотах Блессону не удалось: бумага не загоралась, а наоборот – покрывалась вязкой влагой.

Главная сложность для объяснения феномена в современной науке в том, что болотные огни сперва стали появляться все реже, а сегодня сообщения об их наблюдении и вовсе прекратились. Ученые предполагают, что причина кроется в деятельности человека – осушении болот и изменении окружающей среды, которая когда-то благоприятствовала возникновению загадочного явления.

Блуждающие огни на картине 1878 г. Иллюстрация: Josef Gabriel Frey, publicdomainreview.org 

Тем не менее, главное на данный момент научное объяснение заключается в наличие фосфина и дифосфина, которые образуются в болоте наряду с метаном. При контакте с воздухом и определенных условиях эти газы самовоспламеняются, чего может быть достаточно для того, чтобы поджечь метан, образующий голубой огонек. Это объяснение простое и элегантное, но имеет много недостатков.

Главный заключается в том, что смесь воздуха и фосфина воспламеняется при температуре не ниже 38 градусов, которую вряд ли можно наблюдать на ночном болоте. На это защитники теории утверждают, что «зажигалкой» может служить и дифосфин, пары которого могут загореться и при комнатной температуре. Но и у этого объяснения много недостатков: начиная с того, что, по оценкам ученых, в болотах не может содержаться дифосфин в нужных концентрациях, и заканчивая недостаточной для воспламенения метана температурой его горения.

Еще одна интересная теория объясняет сразу и проблему самовозгорания метана, и исчезновение болотных огней в современном мире. Группа бразильских химиков утверждает, что сам по себе метан все же загореться не может – даже при участии других элементов. А записи Иоганна Блессона подтверждают, что зажечь огоньки можно с помощью факела. Так может быть, они загорались искусственно?

И если использование проходящими через болото людьми огня в качестве освещения и было катализатором таинственного эффекта, то нет ничего удивительного в том, что болотные огни исчезли в наши дни.