1.Предмет, задачи и составные части гидрологии.
2.Методы гидрологических исследований.
3.Использование природных вод и практическое значение гидрологии.
4.Развитие гидрологических исследований в России.
5.Молекулярная структура и изотопный состав воды.
6.Физические свойства природных вод и их значение.
7.Химический состав природных вод и условия его формирования.
8.Круговорот воды в природе и водные ресурсы Земли.
9.Понятие о водном балансе. Мировой водный баланс.
10.Река, речная система, притоки и их порядок, бассейн реки, водосбор, водораздел.
11.Морфометрические характеристики рек и речных бассейнов.
12.Долина и русло реки. Типы речных долин.
13.Физико-географические характеристики речного бассейна.
14.Уровень воды в реке. Методы измерения и обработки уровней воды.
15.Движение воды в реках. Измерение скоростей течения рек.
16.Расход воды и методы его определения. Кривая расходов воды и гидрограф стока
17.Виды питания рек. Классификации рек по видам питания.
18.Водный режим рек. Классификации рек по водному режиму.
19.Характеристики речного стока.
20.Факторы речного стока.
21.Норма и многолетняя изменчивость годового стока.
22.Речные наносы.
23.Термический и ледовый режим рек. Ледовые явления в реках.
24.Физические и водные свойства горных пород.
25.Виды воды в горных породах.
26.Классификации подземных вод.
27.Движение подземных вод. Формула Дарси.
28.Режим грунтовых вод.
29.Взаимосвязь поверхностных и подземных вод. Подземное питание рек.
30.Распространение озер на земном шаре. Типы озер.
31.Морфометрические характеристики водоемов.
32.Водный баланс и водный режим озер.
33.Термический и ледовый режим озер. Термический бар
34.Назначение и типы водохранилищ
35.Водный баланс и водный режим водохранилищ
36.Образование и строение болот
37.Распространение и типы болот
38.Гидрологический режим болот
39.Образование и строение ледников
40.Питание, движение и работа ледников
41.Распространение и типы ледников
42.Мировой океан и его части. Классификации морей.
43.Рельеф дна Мирового океана. Донные отложения
44.Оптические и акустические свойства морской воды.
45.Химический состав и соленость вод Мирового океана.
46.Термический режим Мирового океана.
47.Плотность морской воды.
48.Морские льды.
49.Уровень воды океанов и морей
50.Волны в океанах и морях.
51.Приливы.
52.Морские течения.
1.Предмет, задачи и составные части гидрологии.
Гидрология (буквально - наука о воде) занимается изучением природных вод, явлений и процессов, в них протекающих, а также определяющих распространение вод по земной поверхности и в толще почво- грунтов, и закономерностей, по которым эти явления и процессы развиваются. Гидрология относится к комплексу наук, изучающих физические свойства Земли, в частности ее гидросферы.
Предметом изучения гидрологии являются водные объекты: океаны, моря, реки, озера и водохранилища, болота и скопления влаги в виде снежного покрова, ледников, почвенных и подземных вод.
Основное содержание гидрологических исследований в зависимости от их направления - либо определение географических характеристик водных объектов (их распределения по территории, размеров, общих описаний), либо выяснение физических закономерностей взаимодействия воды с окружающей средой (законы перемещения водных масс, испарения воды, таяния снега и ледяного покрова, воздействия воды на речное ложе и пр.). Таким образом, всестороннее изучение гидрологических процессов должно предусматривать, с одной стороны, исследование вод как элемента географического ландшафта, а с другой - установление физических закономерностей, которым подчиняются гидрологические процессы.
Воды поверхности Земли (океанов, морей, рек, озер, болот, ледников), ее воздушной оболочки (атмосферы) и находящиеся в земной коре тесно связаны между собой, поэтому ряд вопросов, относящихся к деятельности воды на земном шаре, одновременно рассматривается гидрологией, метеорологией, геологией, почвоведением, геоморфологией, географией и другими науками, изучающими атмосферу и литосферу.
Так, например, общими для гидрологии и метеорологии являются вопросы образования, выпадения и распределения по земной поверхности атмосферных осадков, испарения воды с поверхности рек, озер и водохранилищ, испарения влаги с почвы и растительного покрова. Общими вопросами для гидрологии, геоморфологии и почвоведения являются процессы размыва (эрозии) и отложения (аккумуляции) продуктов разрушения горных пород, совершающиеся на земной поверхности.
В гидрологических исследованиях широко используются выводы физики, гидравлики и гидродинамики.
Так как процессы, совершающиеся в морях и океанах, существенно отличаются от процессов, происходящих в реках, озерах и болотах. В зависимости от объектов исследования можно различать: гидрологию рек; гидрологию озер; гидрологию болот; гидрологию подземных вод; гидрологию ледников.
2.Методы гидрологических исследований.
3.Использование природных вод и практическое значение гидрологии.
Вода явл. тем веществом без которого не обходиться ни одна отрасль н/х. Многие отрасли явл. потребителями инф-и о состоянии водных объектов, например гидроэнергетика, водный транспорт.
В нашей стране этим занимается Единая ГидроМетеорологическая служба (РосГидроМет), в состав службы входят общегосударственная сеть гидрометеорологических станций и постов.
Кроме этой сети пунктов есть также несколько институтов, которые осуществляют руководство деятельностью станций и обобщением информации. Головной институт – Гос.Гидролог.Институт, г. Санкт-Петербург, и главная геофизическая обсерватория.
Т.е. это подтверждение важного значения, которое придается этой науке.
4.Развитие гидрологических исследований в России.
5.Молекулярная структура и изотопный состав воды.
6.Физические свойства природных вод и их значение.
Вода обладает рядом физ-х св-в отличающих её от других ве-в – она необыкновенное ве-во, стоящее особняком в истории нашей планеты. Благодаря такой аномалии как наличие на Земле воды, появилась жизнь. Неокоторые физ. св-ва определены водородными связями м/у мол-ми самой воды. Аномалии:
1) Т-кипения, Т-замерзания. Обычно эти температуры зависят от молекулярного давления. В следствии вода может находиться в трёх состояниях: ТВ., Ж., Г. Причина – это особенности водородных связей.
2)Скачкообразное изменение плотности при замерзании. Максимальная плотность при +4
3)Морская и речная вода различны по солёности. Речная замерзает при 0, на дне при +4; Морская при +3,5, на глубине при +9.
4)Исключительная теплоёмкость воды (самая высокая за искл. Н2 и жидкого аммиака)
5)Высокая скрытая теплота парообразования и таяния льда. Причина необычных тепловых св-в – прочные водородные связи м/у мол-ми воды, чтобы их разорвать нужны большие порции теплоты. В результате водоёмы не высыхают, гидробионты не гибнут. Тепл. св-ва имеют важное значение для выравнивания климатического равновесия на Земле. Не происходит перегрева зимой-летом, ночью-днём. Роль МО велика как транспортировщика тепла, которое переносится к полюсам течениями, атмосферными потоками.
6)Очень малая теплопроводность воды, значит вода, лёд плохо проводят тепло в связи с этим передача тепла в глубинные слои и оттуда происходит медленно. Тепло поступает в основном в результате механического перемешивания.
7) Относительно большое поверхностное натяжение. Благодаря этому свойству вода обладает способностью легко прилипать к твёрдым телам, другим веществам – явление смачиваемость. Высокая капиллярность – подъём жидкости в тонких трубках. Существенная роль в жизни растений (питаются корни).
8) Высокая растворяющая способность.
Вода сильный растворитель. Около 80 химических элементов растворено в воде. Пресные воды; поверхностные и подземные являются растворами. Кроме растворов в воде содержатся взвешенные частицы органического и неорганиче6ского происхождения. Воду сравнивают с почвой по содержанию минералов. Вода переносит минералы в большом количестве. Глобальный круговорот воды в природе – глобальный перенос тепла.
Жесткость воды обусловлена присутствием в ней растворимых кальциевых и магниевых солей различных кислот (угольной, серной, соляной, азотной, фосфорной и кремниевой).
Жесткость воды бывает карбонатная и некарбонатная. Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния и называется временной, потому что ее можно почти полностью устранить кипячением. Гидрокарбонаты при этом подвергаются разложению с образовани ем углекислоты и выпадающих в осадок карбонатов.
Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей серной, соляной, азотной, фосфорной и кремниевой кислот, которые при кипячении остаются в растворе.
Жесткость воды подразделяют на кальциевую и магниевую.
Жесткость выражают в миллиграмм-эквивалентах растворимых солей кальция и магния на литр. До издания ГОСТа 6055 — 51 жесткость воды выражали в градусах. Одному немецкому градусу жесткости соответствует жесткость раствора, в литре которого растворено 10 мг СаО или 7 8 мг MgO. Одному миллиграмм-эквиваленту жесткости соответствует 2,8°. 1мг-экв жесткости составляет 20,04 мг Са2+, или 12,16 мг Mg2+ в 1 л воды.
По жесткости воду можно подразделить на: очень мягкую (от 0 до 1 5 мг-9Кв/л), мягкую (от 1,5 до 3 мг-экв/л), средней жесткости (от 3 до 4,5 мг-экв/л), довольно жесткую (от 4,5 до 6,5 мг-экв/л), жесткую (от 6,5 до 11 мг-экв/л) и очень жесткую (свыше 11 мг-экв/л).
Вода обладает качественными характеристиками. Таковы: жесткость, щелочность, окисля емость, агрессивность. Эти свойства обусловлены не одним, а совокупностью нескольких компонентов состава воды.
В химии широко распространен еще термин минерализация воды, под которым понимают сумму всех найденных при анализе минеральных веществ в мг/л или г/кг (при сумме больше одного г/кг), содержащихся в данной воде. Эта количественная характеристика состава воды носит условный характер, так как полнота анализа вод может быть различна, так же как и форма выражения его результатов (особенно для тяжелых металлов). В океанологической практике вместо минерализации употребляется термин соленость.
Кроме минерализации, существует ещё близкое к ней по величине понятие сумма ионов, т. е. сумма всех видов ионов в мг/л или г/кг, концентрация которых больше 0, 1 мг/л. ( 2 ).
7.Химический состав природных вод и условия его формирования.
В природе нет абсолютно, нерастворимых веществ. Все они в той или иной степе ни подвергаются воздействию воды, отличаясь, друг от друга только количеством переходящего в раствор вещества. Даже, казалось бы, столь неизменяемые горные породы, как гранит, диабаз, базальт, - и те постепенно разрушаются водой, обогащая ее растворимыми веществами. Поэтому в естественном состоянии вода всюду представляет собой сложный раствор различных веществ, который принято называть природной водой в отличие от химически чистой воды Н2О.
Сложность веществ, находящихся в природе, отражается на составе природных вод. Соприкасаясь в своём круговороте с огромным числом, разно образных минералов, газов и органических веществ, природная вода включает в свой состав значительное число химических соединений. В настоящее время опpeделено уже большинство химических элементов периодической системы, находящихся в природной воде. Нет сомнений, что при дальнейшем усовершенствовании чувствительности методов химического анализа в природных водах будут определены все присутствующие на Земле в естественном состоянии химические элементы.
Природные воды по химическому составу чрезвычайно разнообразны. Встречаются более или менее сходные по составу воды, но никогда не бывает совершенно одинаковых. Они отличаются не только по химическим элементам и общей концентрации растворенных веществ, но и по количественному соотношению между компонентами состава и форме их соединений. В состав воды входят газы, главным образом в виде молекул и частично гидратированных соединений, соли, преимущественно в виде ионов, а при больших концентрациях комплексов и молекул - органические вещества как в молекулярных и высокомолекулярных соединениях, так и в коллоидном состоянии. Сложность состава природных вод подтверждается, хотя бы тем, что один и тот же элемент может находиться в воде в различных соединениях и состояниях.
Так, например, азот находится в воде в виде растворенных свободных молекул N2, растворенных газообразных соединений NН3, ионов неорганических веществ NO2 и NО3, а также многочисленных органических веществ в молекуляр ном и коллоидном состоянии.
Таким образом, под химическим составом природных вод надо понимать весь сложный комплекс минеральных и органических веществ, находящихся в разных формах ионно-молекулярного и коллоидного состояния.
С некоторой условностью химический состав природных вод можно разделить на следующие пять групп:
1) главные ионы, т. е. ионы, содержащиеся в наибольшем количестве (хлоридные Сl-, сульфатные SO4-, гидрокарбонатные НСОз-, карбонатные СО3-, натрия Na+; калия К+, магния Mg2+ и кальция Са2+);
2) растворенные газы (кислород О2, азот N2, двуокись углерода СО2, сероводород H2S и др.);
3) биогенные элементы (соединения азота, фосфора, кремния);
4) микроэлементы - соединения всех остальных химических элементов;
5) органические вещества.
Несколько особое положение занимают ионы водорода Н+, находящиеся в природных водах в очень небольшом количестве, но играющие очень большую роль в химических и биологических процессах, протекающих в природных водах.
Деление на эти группы в известной мере условно, так как некоторые элементы, например, кальций, калий, также усваиваются и необходимы организмам, как и биогенные элементы, а концентрации биогенных элементов часто бывают еще меньше, чем микроэлементов.
Факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, могут быть разделены на две основные группы. К первой группе следует отнести прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (т. е. действие веществ, которые могут, обогащать воду растворимыми соединениями, или, наоборот, выделять их из воды): 1) горные породы, 2) почвы, 3) живые организмы, а также 4) деятельность человека. Ко второй группе относятся косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр.
8.Круговорот воды в природе и водные ресурсы Земли.
Вода находится в постоянном движении, испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80 % попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20 % , выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. У воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения.
Уже в атмосфере мельчайшие капли воды содержат растворенные вещества, хотя и в небольшом количестве. Но основное - преобразование воды в сложный раствор начинается после выпадения ее на земную поверхность. Просачиваясь через почву, вода обогащается солями и органическими вещества ми, меняет свой газовый состав. Не меньшую роль в изменении химического состава играют и подстилающие почву горные породы, с которыми вода вступает в соприкосновение, профильтровавшись через почву.
Большой круговорот воды на Земле можно представить следующим образом. Вода, испарившаяся с поверхности Мирового океана, переносится воздушными потоками на сушу, выпадает на нее в виде осадков и частично стекает обратно в Мировой океан, частично аккумулируется в области внутреннего стока, обычно в крупных бессточных озерах. Испаряясь с поверхности этих озер, влага в общем потоке водяных паров вновь попадает в Мировой океан.
Круговорот воды играет громадную роль в географической оболочке. В процессе круговорота воды осуществляется перераспределение тепла. Тепло, затрачиваемое на испарение в одном месте, высвобождается при конденсации влаги в другом. Круговорот воды — важнейшее звено в энергетическом обмене между гидросферой и атмосферой. Скрытая энергия, поступившая в атмосферу с водяными парами с поверхности земного шара, частично преобразуется в механическую энергию, обеспечивающую перемещение воздушных масс. Наряду с энергетическим обменом, взаимодействие гидросферы и атмосферы в процессе влагооборота сопровождается и обменом веществами (газовый и солевой обмен).
9.Понятие о водном балансе. Мировой водный баланс.
Количественно круговорот воды характеризуется водным балансом. Все составляющие вод баланса можно разбить на две части: приходную и расходную. В целом для земного шара приходную часть водного баланса составляют одни атмосферные осадки. Приток водяных паров из глубоких слоев земли и их конденсация играют ничтожную роль. Расходная часть для земного шара в целом состоит только из испарения.
Ежегодно с поверхности земного шара испаряется 577 тыс. км3 воды.
В течение года в Мировом влагообороте принимает участие всего 0,037% общей массы гидросферы. Так как скорость переноса отдельных видов воды неодинакова, то и время их расходования и возобновления различно (табл. 2). Наиболее быстро возобновляются биологические воды, входящие в состав растений и живых организмов. Смена атмосферной влаги и запасов воды в руслах рек осуществляется за несколько дней. Запасы воды в озерах возобновляются в течение 17 лет, в крупных озерах этот процесс может длиться несколько сот лет. Так, в озере Байкал полное возобновление водных запасов происходит в течение 380 лет. Наиболее длительный период восстановления имеют запасы воды в подземных льдах зоны многолетней мерзлоты — 10000 лет. Полное возобновление океанических вод происходит через 2500 лет. Однако за счет внутреннего водообмена (морских течений) воды Мирового океана в среднем совершают полный оборот в течение 63 лет.
10.Река, речная система, притоки и их порядок, бассейн реки, водосбор, водораздел.
Рекой называется естественный водный поток, текущий по одному и тому же месту (руслу) постоянно или с перерывами на сухой сезон (пересыхающие реки).
Место, с которого появляется постоянное течение воды в русле,— исток, в большинстве случаев можно определить только условно. Истоком реки часто являются родник, болото, озеро или ледник, если река образуется путем слияния двух меньших рек, то место их слияния является началом этой реки, однако за исток следует принимать исток более длинной из слившихся рек.
Место впадения реки в другую, в озеро или в море называется ее устьем. Обычно в устьях рек отлагаются влекомые по дну наносы и выпадает взвешенный материал. По мере роста наносов из них возникает равнина, которая в плане имеет форму треугольника, сходного с греческой буквой. Поэтому обширные наносные равнины в устьях рек называют дельтами.
Русло реки в пределах дельты ветвится на множество рукавов и проток. Дельты непрерывно растут.
Устья некоторых рек расширены в форме залива; они называются эстуариями. Немноговодные пустынные реки оканчиваются слепыми устьями, не доходя до водоема.
Водосборы и водоразделы. Каждый водный объект на поверхности суши (река, озеро, море, океан) имеет свою область питания, или водосбор (бассейн), представляющий собой часть земной поверхности и толщу почв и горных пород, откуда вода поступает к водному объекту.
Водосборы (бассейны) водных объектов отделяются друг от друга водоразделами, т. е. линиями, проходящими по наивысшим точкам земной поверхности, расположенной между ними. Главный водораздел земного шара разделяет всю поверхность Земли на два склона (покатости) Атлантико-Ледовитую и Тихоокеанско-Индийскую, по которым воды суши стекают в Мировой океан. Он проходит по Южной и Северной Америке, Азии и Африке и тянется от мыса Горн по Андам, Скалистым горам до Берингова пролива, по восточному нагорью Азии, пересекает его в широтном направлении, а затем продолжается вдоль восточной окраины Африки к ее южной оконечности. Второстепенные водоразделы — это водоразделы бассейнов океанов Тихого, Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого и областей с внутренним стоком или бессточных областей. Водоразделы, отделяющие части суши, сток которых происходит в те или иные речные системы, называют водоразделами речных бассейнов.
В горных и всхолмленных равнинных районах водоразделы обычно хорошо выражены и проходят по гребням хребтов или возвышенностей. На слабовсхолмленных равнинах, особенно в заболоченных районах, водоразделы неясно выражены, и провести их на топографических картах бывает трудно. В некоторых местах провести водоразделы вообще невозможно, так как происходит разветвление одной реки на две части, направляющиеся в разные речные системы. Это явление носит название бифуркации (раздвоение). Примером бифуркации может служить р. Пижма, соединяющая бассейны рек Печоры и Мезени. Одна часть Пижмы называется Печорской Пижмой, вторая —Мезенской Пижмой. У некоторых рек наблюдается сезонная бифуркация (в период половодья).
11.Морфометрические характеристики рек и речных бассейнов.
К морфометрическим характеристикам относятся длина реки, коэффициент извилистости, густота речной сети. Длиной реки называется расстояние по реке от устья до истока. На карте длину реки измеряют обычно курвиметром или мокрой ниткой. Степень извилистости реки определяется коэффициентом извилистости — отношением длины реки к длине прямой линии, соединяющей исток и устье.
Густота речной сети определяет условия стока атмосферных осадков, питания грунтовыми водами и представляет собой длину речной сети, приходящуюся на 1 км2 площади какой-либо территории. Для речных бассейнов густота речной сети определяется как отношение суммы длин всех водотоков к площади бассейна реки. Густота речной сети зависит от климата, геологического строения местности и рельефа. В пределах СССР густота речной сети распределена крайне неравномерно и изменяется от нуля в пустынях Средней Азии до 1,5—2,6 км/км2 в горных районах Кавказа и Карпат.
Морфометрические особенности речной сети существенно влияют на формирование стока, водность рек и их режим. Знание их необходимо для выполнения гидрологических расчетов при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений, проведении мелиоративных работ и т. д.
12.Долина и русло реки. Типы речных долин.
Руслом реки называется выработанное речным потоком ложе, по которому осуществляется сток речных вод без затопления поймы.
В плане русла рек имеют извилистую форму. Извилины (меандры) легко смещаются под воздействием размывающей деятельности потока в пределах дна долины; при этом происходит сближение центральных участков выше- и нижерасположенных излучин, которое завершается образованием узкого перешейка между ними и его прорывами. Образовавшаяся короткая спрямляющая протока с большим продольным уклоном быстро разрабатывается и обращается: основное русло, куда переходит весь сток реки, а отпавшая пучина превращается в староречье (старицу). В зависимости от извилистости русла закономерно изменяются и его глубины. Более глубокие места (плесы) расположены в петле излучины вогнутого участка берега, а более мелкие (перекаты) — на относительно прямолинейных участках русла между соседними плесами. Линия наибольших глубин (фарватер) в излучинах прижата к вогнутым подмываемым берегам, т. е. последовательно переходит от одного берега к другому.
В поперечном сечении русла рек в излучинах диссиметричны: глубокие у вогнутых берегов, где река эродирует, и мелкие у выпуклых, где откладывается песок. Форма и размеры поперечного сечения характеризуются площадью водного сечения, шириной реки, длиной смоченного периметра, средней и наибольшей глубинами, гидравлическим радиусом.
13.Физико-географические характеристики речного бассейна.
Площадь водного сечения (F, м2) определяется в результате промеров глубины по всему поперечному сечению через определенные интервалы, принимаемые в зависимости от ширины. Как видно из рис. 12, промерные вертикали разбивают водное сечение на ряд трапеций, и только береговые участки его могут иметь форму прямоугольного треугольника, если глубина на урезе воды (границе воды у берега реки) равна нулю. Аналитически общая площадь водного сечения получается как сумма частных площадей:
На гидрометрических створках, где измеряют расходы воды, помимо площади водного сечения, определяют площадь живого сечения, которая при наличии течения воды в пределах всего сечения будет равна ему, а при наличии в нем застойной зоны (мертвой) будет меньше площади водного сечения на величину площади мертвого пространства.
Смоченный периметр х — длина дна реки на профиле, заключенная между урезами воды.
Гидравлический радиус (R) — отношение площади поперечного сечения к смоченному периметру: Гидравлический радиус характеризует форму русла в поперечном разрезе, так как зависит от соотношения его ширины и глубины. V мелких и широких рек смоченный периметр почти равен ширине, в этом случае гидравлический радиус почти равен средней глубине. Средняя глубина (hcp) поперечного сечения реки определяется делением его площади на ширину (В). Ширину и максимальную глубину получают путем непосредственных измерений. Все элементы поперечного сечения реки изменяются в зависимости от высоты уровня воды. Одной из важнейших морфометрических характеристик русла является его продольный профиль.
Продольный профиль вырабатывается под влиянием большого числа факторов, главными из которых являются степень сопротивляемости пород и грунтов, слагающих русло реки, размыв, водоносность реки и уклон ее долины.
Продольный профиль представляет собой линию пересечения дна и или водной поверхности вертикальной плоскостью, проходящей через фарватер. В первом случае он называется продольным профилем дна реки, во втором — водной поверхности (рис. 13). Продольный профиль речного русла характеризуется падением и уклоном. Падение (Ah) — разность высот двух точек в начале и конце заданного участка реки. Отношение падения к длине участка называется уклоном.Если падение и длина участка берутся в одной размерности (например в метрах), то уклон является безразмерной величиной. А если падение принимается в метрах, длина в километрах, то единица уклона будет промилле (0/00%).
14.Уровень воды в реке. Методы измерения и обработки уровней воды.
Водоносность реки определяется ее питанием, которое в зависимости от физико-географических условий может быть дождевым, снеговым, ледниковым, подземным, озерным и болотным.
Чаще всего питание носит смешанный характер с преобладанием одного из видов. Роль того или иного источника питания, их сочетание и распределение во времени зависят главным образом от климатических условий. Так, например, в странах с жарким климатом снеговое питание отсутствует, напротив в полярных областях играет главную роль. В умеренном климате, как правило, различные источники питания.
В зависимости от питания объем воды в реке изменяется, что проявляется в колебаниях уровня. На равнинных реках, питающихся в основном талыми водами, наивысшие уровни наблюдаются весной. На реках Дальнего Востока—летом и осенью, в период выхода на этот район тропических циклонов. Уровень рек, вытекающих из озер, отличается плавным ходом в течение всего года.
Уровень воды в реке зависит от расхода. Изменение во времени уровней и расходов воды в реках представляет собой водный режим реки.
15.Движение воды в реках. Измерение скоростей течения рек.
По характеру движения воды реку зрелого возраста можно разделить на 3 участка: верховье с быстрым движением воды, среднее течение, где скорость средней величины, и нижнее течение, где вода движется медленно. И в поперечном разрезе скорости течения закономерно изменяются. Наибольшая скорость обычно наблюдается у поверхности. По мере приближения ко дну и к стенкам русла скорость уменьшается.
Представление о распределении скоростей в живом сечении дают линии равных скоростей — изотахи, которые вычерчиваются по данным измерений скоростей в отдельных точках.
Линию, соединяющую наибольшие скорости на поверхности реки, называют стрежнем. На прямых плесах стрежень проходит по середине реки и подчиняется симметрии стрелы, а на излучинах он прижимается к вогнутому берегу, и течение резко диссимметрично. Симметрии или дисимметрии водного потока соответствует и форма русла: стрежень и фарватер совпадают.
Измерение скоростей течения воды необходимо для нужд судоходства и лесосплава, строительства мостов и гидротехнических сооружений, для решения множества других научных и практических задач, в том числе и для определения расходов воды.
16.Расход воды и методы его определения. Кривая расходов воды и гидрограф стока
Расход воды (Q) — количество воды, протекающей через живое сечение в единицу времени; обычно выражается в м3/с, а для малых водотоков — в л/с. Расход воды является одним из основных гидравлических элементов потока. Для рек расход воды — важнейшая характеристика, определяющая другие ее параметры: уровень воды, скорость течения, уклон водной поверхности и др. На основании систематических определений расходов воды вычисляют величины средних, суточных расходов, максимальные и минимальные расходы, а также объемы стока реки за тот или иной интервал времени. Существующие методы определения расхода воды можно разбить на две основные группы: непосредственное измерение и :венное определение. К первой группе относится объемный метод, позволяющий измерять расход только малых водотоков. Под струю воды подставляется мерный сосуд и замеряется время его наполнения. Делением объема воды в сосуде на время наполнения определяем расход.
Косвенное определение расхода воды может выполняться различными методами, но наиболее распространенным является метод “скорость—площадь”. Расход воды вычисляется по измеренным скоростям течения и площади поперечного сечения потока: Q=F.Vcp.
Площадь поперечного сечения потока определяется по результатам измерений глубин, а скорости в отдельных точках живого сечения измеряются чаще всего гидрометрической вертушкой, иногда с помощью других приборов или поплавков.
17.Виды питания рек. Классификации рек по видам питания.
Первая классификация на основе указанных признаков была разработана А. И. Воейковым в 1884 г. На территории земного шара им было выделено девять типов рек, получающих различное питание с учетом времени года. К ним отнесены водотоки со снеговым питанием на равнинах и в горах, с дождевым питанием в теплый или холодный периоды года, пересыхающие реки аридных районов и временные водотоки полярных стран.
Использованные Воейковым принципы классификации рек получили дальнейшее развитие в трудах многих зарубежных и отечественных ученых. Наиболее полная и четкая классификация разработана М И. Львовичем. В ее основу положены два признака: источники питания и сезонное распределение стока. Для характеристики источников питания (снеговое, дождевое, ледниковое, грунтовое) в классификации условно принято три градации. В тех случаях, когда один из источников питания имеет более 80% годового стока, ему придается наименование “почти исключительно”, остальные источники питания не учитываются. Если вклад данного источника составляет от 50 до 80% годового стока, то ему придается наименование “преимущественно”. Наконец, когда преобладающий вид питания не превышает 50% годового стока, то ему придается наименование “преобладает”.
Такие же градации приняты для характеристики сезонов года весна, лето, осень, зима. Таким образом, классификационная Львовича позволяет рассчитывать сочетание 12 групп источников питания (четыре источника питания, по три градации в каждом) с 12-ю группами распределения стока по сезонам четыре сезона, по три градации в каждом), т. е. всего 144 разноводности режима рек. Однако некоторые из них теоретически возможны, например, преобладание снегового или ледникового питания зимой, часть сочетаний, теоретически возможных, еще не обнаружена.
Естественные сочетания различных комбинаций источников питания с разными вариантами распределения стока позволили выделить основные зональные типы водного режима: полярный, субарктический, умеренный, субтропический, тропический и экваториальный.
Реки полярного типа питаются за счет таяния полярных льдов и снегов. Сток на них наблюдается только в период короткого полярного лета.
Реки субарктического типа питаются талыми снеговыми водами за счет многолетней мерзлоты. Многие из них промерзают зимой до дна. Подъем воды наблюдается в летнее время (Яна, Индигирка, Вилюй). Реки умеренного типа делятся на 4 подтипа: умеренный континентальный с преобладанием питания за счет весеннего таяния снежного покрова, умеренный морской с преобладанием дождевого питания при более или менее равномерном распределении осадков в течение года; умеренный муссонный (дальневосточный) с преобладанием дождевого питания летом за счет муссонных дождей; умеренный полупустынный и пустынный с кратковременным стоком за счет весенних талых вод (рис. 15 a, б, в, г).
18.Водный режим рек. Классификации рек по водному режиму.
Годовой цикл водного режима рек подразделяется на характерные фазы: половодье, паводки, межень (летняя и зимняя).
Половодье — ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное значительное увеличение количества воды в реке, обычно сопровождается выходом воды из русла и затоплением поймы. Оно вызывается весенним таянием снега на равнинах, ранним таянием снега и льда в горах. Время прохождения весеннего половодья зависит от географического положения водосбора. Так, на юге Европы оно проходит в среднем в марте—апреле, а на Севере — в мае—июле. Продолжительность половодья на малых реках колеблется в широких пределах и определяется интенсивностью снеготаяния; в нижнем течении больших рек она составляет два — три месяца.
Паводки — относительно кратковременные и непериодические подъемы уровня воды в реке, возникающие в результате быстрого таяния снега при оттепели, обильных дождях, попусках воды из водохранилищ. Обычно дождевые максимумы на средних и больших реках уступают по высоте максимума весенних половодий, но на реках с малыми водосборами, которые могут быть целиком охвачены интенсивными дождями, они значительно превосходят их. В районах с дождевым питанием рек (Дальний Восток), где доля талого стока в годовом цикле незначительна, максимальные расходы дождевых паводков независимо от размера реки превышают максимальные расходы половодий.
Межень — фаза водного режима продолжительностью не менее 10 дней, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью. В умеренных и высоких широтах различают летнюю и зимнюю межень.
Меженный сток зависит как от климатических условий (осадков и испарения), так и, главным образом, от количества и характера грунтового питания рек.
19.Характеристики речного стока.
Главной характеристикой речного стока являются расходы воды. Наряду с экстремальными значениями (максимальными и минимальными) часто используются расходы воды, осредненные за различные периоды времени (сутки, месяц, сезон, год и т. д.).
Все остальные характеристики речного стока по сути являются производными от соответствующих расходов воды. Рассмотрим наиболее часто употребляемые характеристики речного стока.
Объем стока W (м3, км3) — количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени (сутки, месяц, год и т. д.). Модуль стока М (л/с • км2) или q[м3/c • км2)] —количество воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени. F — площадь водосбора, км2. Слой стока h (мм) —количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади этого водосбора. Т — число секунд в расчетном периоде. Коэффициент стока — отношение слоя стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока.
Годовой сток подсчитывается в умеренном климате не за календарный год, а за гидрологический, начинающийся осенью (1 октября или 1 ноября), когда запасы влаги в речных бассейнах, переходящие из одного года в другой, малы. При подсчете за календарный год сток и осадки не могут соответствовать друг другу, так как осадки, выпавшие в конце одного года, стекают весной следующего года.
Из уравнения водного баланса для суши Ec=Xt—У, где Ес — испарение с поверхности суши, Хс — осадки на ее поверхность, У — сток, видно, что важнейший фактор формирования стока -климат; сток является функцией осадков и испарения, т. е. гидрометеорологических компонентов географического ландшафта, отражающих то соотношение тепла и влаги, которое свойственно данной географической зоне. Все остальные элементы ландшафта, или факторы подстилающей поверхности, влияют на сток не непосредственно, а через осадки и испарение. Соотношение влияний различных элементов ландшафта (т. е. климатических и подстилающей поверхности) на сток зависит как от характера водотока и его географического положения, так и от характеристики стока, о которой идет речь (средний, максимальный, минимальный), и периода осреднения (годовой, месячный, суточный” Например, климатические факторы оказывают решающее влияние на средний годовой и максимальный сток, величина минимального стока определяется главным образом величиной и характером грунтового питания рек. Поэтому рассмотрим влияние подстилающей поверхности на основную характеристику стока—его среднее многолетнее значение — норму.
20.Факторы речного стока.
Почвы как элемент географического ландшафта имеют зональное распределение. Различные почвы обладают неодинаковыми водно-физическими свойствами и, в частности, разной водопроницаемостью. Водопроницаемые почвы быстро поглощают атмосферные осадки, которые, просачиваясь в почву, менее подвергаются испарено и увеличивают подземную составляющую стока. На малопроницаемых почвах при прочих равных условиях выпавшая атмосферная влага задерживается на поверхности и более интенсивно испаряется. Таким образом, влияние почв отражается на стоке через испарение.
Рельеф воздействует на сток, главным образом, через осадки испарение. Осадки с повышением местности возрастают до известного предела. Испарение же, наиболее значительное в низких местах, убывает с высотой вследствие понижения температуры и уменьшения радиационного баланса. Поэтому сток с высотой растет, правда, следует заметить, что изменение осадков и испарения с .высотой не так однозначно и зависит от форм рельефа, экспозиции склонов относительно направления преобладающих влагоносных ветров и пр. Так, модуль стока на западных (наветренных) склонах Скандинавских гор повышается до 200 л/с км2; во внутренних частях горных областей сток меньше, чем в окраинных.
Влиянию леса посвящено большое количество исследований. Леса имеют важное водорегулирующее значение, однако по вопросу об их водо-охранной роли существовали и существуют разные взгляды и исследователи утверждали, что лес увеличивает речной сток, другие отстаивали противоположное мнение.
Влияние леса на норму стока, согласно уравнению водного баланса, может быть вызвано его воздействием на количество осадков и на испарение. В настоящее время большинство исследователей признают увеличение осадков над лесом в среднем на (0— 12%). Испарение же с лесных водосборов, как показали экспериментальные данные, примерно такое же, как и с полевых. Следовательно, влияние леса на сток рек, полностью дренирующих подземный сток, выразится в его увеличении.
21.Норма и многолетняя изменчивость годового стока.
22.Речные наносы.
Общее количество наносов (взвешенных и донных), проносимое через живое сечение реки за большой промежуток времени (сутки, месяц, сезон, год и т. д.), называется стоком наносов.
Следует отметить, что реки выносят в море лишь часть тех продуктов водной эрозии, которые образуются на их водосборах. При перемещении наносов в руслах рек и особенно в их низовьях, где энергия потока ослабевает и транспортирующая способность уменьшается, наблюдается отложение наносов, в результате чего на устьевых участках образуются дельты. За счет отложений наносов образовались Великая Китайская равнина, Амазонская и Миссисипская дельтовые равнины. Дельты многих рек простираются в море на десятки километров. Так, соединенные между собой дельты рек Хуанхэ, Хуайхэ и Янцзы простираются на 1100 км.
Интенсивность эрозии и величина стока наносов определяется как климатическими компонентами географического ландшафта, так и прочими факторами подстилающей поверхности, в частности, характером рельефа, растительного покрова и почв. В связи с изменением этих факторов с севера на юг наблюдается и изменение стока наносов, т. е. обнаруживается его географическая зональность, что позволяет картировать характеристики стока наносов.
23.Термический и ледовый режим рек. Ледовые явления в реках.
Реки вместе с водой выносят в океаны, моря и внутренние водоемы не только твердые осадки и химические вещества, но и большое количество тепла. Тепловой режим реки определяется поглощением тепла прямой солнечной радиации, эффективным излучением водной поверхности, затратами тепла на испарение, его выделением при конденсации, теплообменом с атмосферой и ложем русла. Изменение составляющих теплового баланса реки в течение суток, сезона, года вызывает соответствующие колебания температуры воды в реках.
Суточный ход температуры наиболее четко выражен летом, когда днем вода нагревается под действием солнечного тепла, а ночью остывает в результате преобладания эффективного излучения. Амплитуда суточных колебаний температуры воды зависит от широты места, водности рек, погодных условий. Так, в северных районах она меньше вследствие меньшей длительности ночи (ночного выхолаживания). На реках с малыми расходами она больше, чем на полноводных реках; при ясной погоде амплитуда больше, чем при облачной.
Годовой ход температуры также тесно связан с изменением теплового баланса. После вскрытия реки температура воды растет. В период нагревания воды (в первую половину лета) она несколько ниже температуры воздуха, в период охлаждения, наоборот, выше.
Средняя годовая температура воды обычно выше средней годовой температуры воздуха, т. к. зимой в реке вода не охлаждается ниже 0° С, тогда как воздух может иметь отрицательную температуру.
Благодаря интенсивному турбулентному перемешиванию, обусловленному течением реки и сравнительно малым объемом воды в русле, изменения температуры в зависимости от глубины незначительны и не превышают десятых долей градуса, и только летом температуры у дна на 2—3° С ниже, чем у поверхности. В распределении температуры по ширине также существуют определенные закономерности. Температура воды большинства рек в период нагревания в прибрежной части выше, чем на стрежне, в период охлаждения — ниже.
Направление течения реки может обусловливать некоторое несоответствие термического режима и местных метеоусловий. Реки, текущие с севера на юг, в период нагревания могут выносить более холодную воду, а для рек, текущих с юга на север и пересекающих ряд климатических зон, в период остывания может наблюдаться обратная картина — температура воды может быть выше температуры воздуха из-за выноса теплых вод из южных районов.
На температуру воды рек, вытекающих из озер, большое влияние оказывает температура озерных вод, причем чем больше водная масса, тем на большее расстояние распространяется это влияние. Так, влияние холодных вод озера Байкал на температуру воды р. Ангары в теплый период года заметно на расстоянии 1170 км от истока.
Термический режим рек на отдельных участках в значительной мере может определяться хозяйственной деятельностью человека.
Образование внутриводного льда создает большие затруднения при эксплуатации водопроводов, гидроэлектростанций. Одна из весьма распространенных форм ледяных образований на реках, связанных с внутриводным льдом,— шуга. Шугой называется всплывший на поверхность внутриводный лед в виде комьев и подледных скоплений, в массе которого часто содержится снежура, сало и мелкобитый лед. На шугоносных реках нередко образуются зажоры — стеснение водного сечения массой внутриводного льда и шугой. Выше зажора уровень воды резко повышается, взламывая ледяной покров, и вызывает затопление прилегающих участков долины. Для борьбы с зажорными явлениями прибегают к взрывным и ледокольным работам.
В ледяном покрове иногда сохраняются участки открытой воды, называемые полыньями. Возникают они на участках с большими скоростями течения воды (более 0,6—0,7 м/с), в местах выходов грунтовых вод, сбросов промышленных стоков или, если реки вытекают из озера, вследствие притока более теплых вод озера.
Вскрытие рек начинается близ берегов под влиянием солнечных лучей, тепла атмосферы и поступающих в рекуталых вод. На реках, текущих с севера на юг ледоход проходит более спокойно, чем на реках, текущих с юга на север. В последнем случае вскрытие начинается с верховьев, в то время как среднее и нижнее течение реки сковано льдом. Волна весеннего половодья перемещается вниз по реке; при этом образуются мощные заторы, вызывающие большие подъемы уровня воды. Так, затор на Енисее в 1909 г. за период, меньший суток, вызвал подъем уровня на 12 м.
На малых реках вскрытие может проходить без весеннего ледохода; на реках, вытекающих из озер, часто наблюдается два весенних ледохода — сначала идет речной лед, затем озерный.
24.Физические и водные свойства горных пород.
25.Виды воды в горных породах.
26.Классификации подземных вод.
Верховодка — безнапорный горизонт подземных вод, залегающий наиболее близко к земной поверхности над местным водоупором, и не имеющий сплошного распространения Она образуется в результате просачивания дождевых и талых вод Уровень верховодки подвержен колебаниям в зависимости от гидрометеорологических условий Эта вода легко загрязняется, исчезает в засушливое время года или промерзает зимой, поэтому использовать ее в бытовых целях нельзя.
Грунтовые воды — воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое, не перекрытом водонепроницаемой породой. Эти воды могут представлять неподвижный подземный водоем если их водоупорное ложе залегает чашеобразно, поверхность или зеркало грунтовых вод в таком случае лежит горизонтально (рис 10 а).
Минерализация и химический состав грунтовых вод формируются и изменяются в результате взаимодействия физико-географических, геологических, физико-химических, физических, биологических и антропогенных факторов. Роль последних все возрастает мере развития техники и хозяйственного освоения территорий. Для грунтовых вод характерны зональные различия состава и концентрации растворенных веществ в пространстве и значительные колебания во времени. Так как географической зональности подчиняются и другие элементы режима грунтовых вод (температура, уровень), можно сделать вывод о зональности грунтовых вод.
Зональными называют грунтовые воды, особенности залегания, состав питания и режим которых зависят от климата и сочетания геоморфологических, почвенно-ботанических и литологических факторов Выделяют семь основных зон грунтовых вод:
1) тундровая зона ультрапресных вод — зеркало находится близко от дневной поверхности или сливается с ней; 2)лесная зона пресных высокостоящих вод — грунтовые воды залегают на глубине 1,5—4 м; 3) степная зона слабоминерализованных и глубокозалегающих вод— грунтовые воды залегают на глубине до 20 м и имеют гидрокарбонато-кальциевую минерализацию от 0,5 до 1,0 г/л, а на междуречьях — хлоридную и хлоридно-сульфатную минерализацию от 8 г/л;4) зона солевых глубокозалегающих грунтовых вод и транзитных потоков пресных вод полупустынной и пустынной зон — основная масса грунтовой воды засушливых зон — представлена миграционными потоками, поступающими из районов с иными природными условиями; 5) зона слабоминерализованных и глубокозалегающих вод тропических степей и саванн — грунтовые воды залегают на глубине от 15 до 50 м; 6) зона высокостоящих и пресных грунтовых вод экваториальных лесов — при избыточном атмосферном увлажнении и обилии поверхностных водоемов в зоне гилей грунтовые воды стоят высоко; 7) зона подземных вод областей многолетней мерзлоты Северной Азии и Северной Америки — определяющую роль играют специфические тепловые условия за последнее геологическое время, а не величина увлажнения территории.
Межпластовые воды отличаются от грунтовых тем, что межпластовый водоносный грунт перекрыт с поверхности водоупорной кровлей. Поэтому питание их атмосферными водами происходит только там, где верхний водоупорный пласт отсутствует. Межпластовые воды подразделяются на два типа: ненапорные (нисходящие) и напорные (восходящие).
Ненапорные межпластовые воды насыщают водоносный пласт частично и стекают по уклону так же, как и грунтовые.
Напорные межпластовые воды залегают в тектонических структурах, вогнутых (мульдообразных) или наклонных пластах. Их обычно называют артезианскими. Артезианские воды, залегая глубоко в земной коре, испытывают воздействие внутреннего тепла Земли, поэтому они нередко имеют высокую температуру. Воду, имеющую температуру 37— 42° С, называют термальной, свыше 42° С — горячей (гипертермальной).
Химический состав артезианских вод весьма разнообразен. Верхние пласты в пределах глубин от 100 до 600 м имеют пресную или слабоминерализованную гидрокарбонатную воду; на них сказывается опресняющее влияние атмосферных, поверхностных и грунтовых вод. Ниже залегают минерализованные воды, химический состав которых формируется в результате смешения верхних пресных нижних высокоминерализованных вод. По преимуществу они сульфатные и щелочные.
Особую разновидность артезианских вод представляют минеральные воды, обладающие лечебными свойствами: углекислые, водородные, радоновые, бромистые, железистые и др. Так как артезианские воды залегают на больших глубинах и изолированы от загрязнения с поверхности, качество их хорошее.
27.Движение подземных вод. Формула Дарси.
Если зеркало грунтовых вод обладает уклоном, то в сторону уклона под действием силы тяжести стекает и грунтовая вода, это потоки нисходящие (рис 10 б) Скорость перемещения грунтовых вод в крупнозернистых песках 1,5—2,0 м/сут, в мелкозернистых песках и супесях 0,5—1,0 в суглинках и лессах 0,1—0,3 м/сут Так как грунтовые воды ненапорные, область их питания совпадает с областью распространения и питание происходит за счет: а) инфильтрации атмосферных осадков и снеговых вод; б) фильтрации из рек, озер, водохранилищ и каналов; в) конденсации водяных паров и внутригрунтового испарения; г) подтока (подпитывания) из более глубоких водоносных горизонтов.
Колебании уровня фунтовых вод иногда имеют весьма выражений характер и достигают в течение года нескольких метров В условиях континентальною климата умеренных широт наивысший уровень приходится на весну, в морском климате — на зиму. На положение уровня грунтовых вод оказывают влияние колебания температуры почвы, атмосферного давления, рельеф местности, заселенность, заболоченность, искусственные причины. В приморских властях грунтовые воды подвержены воздействию морских приливов.
28.Режим грунтовых вод.
Температура грунтовых вод может подвергаться значительным колебаниям, причем они тем сильнее, чем ближе зеркало грунтовых вод к поверхности земли. Если зеркало грунтовых вод лежит неглубоко, то грунтовые воды испытывают суточные колебания температуры и в условиях холодных зим могут замерзать. При более глубоком залегании грунтовых вод суточные колебания постепенно затухают, но сезонные колебания все же могут иметь место.
29.Взаимосвязь поверхностных и подземных вод. Подземное питание рек.
30.Распространение озер на земном шаре. Типы озер.
Озера - естественные водоемы, представляющие собой заполненные водой углубления в земной поверхности с выработанным воздействием ветрового волнения и течений профилем береговой зоны и замедленным водообменом. От реки озеро отличается, как правило, отсутствием течения, обусловленного уклоном русла, от моря — отсутствием двусторонней связи с океаном.
Каждое озеро состоит из трех взаимно связанных составных частей: 1) котловины — формы рельефа земной коры, 2) воды и растворенных в ней веществ — части гидросферы и 3) растительного и животного населения водоема — части живого вещества планеты. Размеры и форма котловин определяются их происхождением, в зависимости от которого принято выделять восемь главных генетических типов озер:
1) тектонические озера, располагающиеся в трещинах, сбросах, грабенах и отличающиеся значительной глубиной и размерами. К ним относятся озера: Каспийское, Ладожское, Онежское, Байкал, Иссык-Куль, Севан, озера африканского грабена (Виктория, Ньяса, Танганьика и др.), американские Великие озера (Эри, Онтарио, Гурон, Мичиган, Верхнее);
2) вулканические озера, занимающие кратеры потухших вулканов или располагающиеся среди лавовых полей. Распространены они в районах современной или древней вулканической деятельности (Исландия, Италия, Япония, Камчатка, Закавказье и др.);
3) ледниковые эрозионные озера, возникшие в выпаханных ледниками котловинах на крупных кристаллических массивах (Кольский п-ов, Карелия, Скандинавия, Альпы, Кавказ), и ледниковые аккумулятивные озера, расположенные среди моренных, отложений областей древнего оледенения (Прибалтика, Канада, север США и др.);
4) гидрогенные озера, связанные с эрозионной и аккумулятивной деятельностью речных и морских вод. К ним относятся старицы, плесы пересыхающих рек, озера речных дельт, озера морских побережий: лагуны — отчлененные от моря наносами заливы, лиманы — устьевые участки рек, отделенные от моря косами или барами озера Кубанских плавней, лиманы Черноморского побережья и т. д.);
5) провальные озера (карстовые, суффозионные, термокарстовые), возникающие под действием подземных вод или при таянии льда в грунте.
6) эоловые озера — водоемы, отгороженные песчаными дюнами или образованные в котловинах выдувания, созданных ветром (Казахстан);
7) запрудные (подпрудные) озера, возникающие обычно в горных системах в результате преграждения речных долин обвалами или оползнями. Примером может служить Сарезское озеро на Памире в долине р. Мургаб;
8) органогенные озера, образующиеся дамбами из растений внутри болот или среди коралловых построек (аттолов).
В особую группу выделяются озера антропогенного происхождения: пруды, водохранилища, а также озера, возникающие на месте копей, карьеров и т. п.
Большинство крупных естественных озер имеет тектоническое или ледниковое происхождение.
31.Морфометрические характеристики водоемов.
Морфометрия озер связана с количественными оценками и изменениями формы озера и его элементов. Морфометрические показатели определяются по плану или карте водоема в изобатах и относятся к определенному уровню воды. Длина озера L (км) - кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга точками береговой линии водоема, измеренное по его поверхности.
Ширина озера В (км): средняя ширина Вср. — частное от деления площади зеркала водоема F на его длину; максимальная ширина Вmax — наибольшее расстояние между берегами по перпендикуляру к длине водоема.
Длина береговой линии L (км) измеряется по урезу воды (нулевой изобате). Изрезанность береговой линии характеризует степень неправильности очертания берегов и определяется как отношение длины береговой линии озера к длине окружности круга, имеющего площадь, равную площади озера. Площадь поверхности (зеркала) озера F (км2) — площадь водной поверхности без островов. Глубина: максимальная Нmax (м) находится по данным промеров; средняя Hср (м) —вычисляется как частное от деления объема водной массы (V) на площадь его зеркала (F). Объем водной массы V (км3) вычисляется как сумма объемов отдельных слоев, заключенных между двумя смежными горизонтальными плоскостями, проведенными по изобатам. Горизонтальные слои рассматриваются как усеченные конусы или как призмы.
32.Водный баланс и водный режим озер.
Водный баланс озера — соотношение за какой-либо промежуток времени (год, месяц, декаду и т. д.) прихода, расхода и аккумуляции (изменение запаса воды) воды.
Приход воды в озеро складывается из атмосферных осадков на его поверхности (X), поверхностного притока (У1), подземного притока (И1) и конденсации на поверхности озера (К), Расход составляет испарение (Z), поверхностный сток из озера (У2), подземный сток из озера (И2).
По приходу и расходу водной массы озера подразделяются на сточные, бессточные и с перемежающимся стоком.
Бессточные озера, так же как и сточные, принимают притоки, но в отличие от вторых не имеют ни поверхностного, ни подземного стока и теряют воду практически только на испарение.
Озера с перемежающимся стоком занимают промежуточное положение между обеими группами. Они дают сток только в период высоких вод; в межень вытекающие из них водотоки высыхают
Особую группу бессточных образуют озера, не имеющие ни стока в виде рек, ни притока и питающиеся атмосферными осадками. Они носят название глухих или замкнутых озер.
Водный баланс определяет колебания уровней озер. При положительном балансе уровень повышается, при отрицательном — падает. Чем больше разность прихода и расхода тем значительнее колебания уровней. На ход уровней оказывают влияние также движения воды (течения, сгоны и нагоны, сейши), вызывающие денивеляции — перекосы водной поверхности и мор-фометрические особенности водоемов.
В режиме уровней озер четко выражены как внутригодовой ход, так и многолетние вековые колебания. Внутригодовой ход зависит в первую очередь от климатических условий.
В арктическом и субарктическом климатических поясах, где испарение минимально, ход уровней озер определяется режимом атмосферных осадков и стоком талых вод. Резкий подъем уровней здесь отмечается летом, осенью идет снижение, продолжающееся до следующего летнего подъема.
В режиме уровней озер умеренного пояса в условиях континентального климата с избыточным увлажнением отмечаются четко выраженный весенний подъем, плавный спад в течение лета и осени, нарушаемый дождевыми паводками, и минимальные уровни зимой.
В аридных районах умеренных широт снеговые воды являются часто единственным источником питания озер, поэтому после резкого весеннего подъема уровня здесь происходит спад вплоть до летнего пересыхания. Для озер, питающихся водой, приносимой реками с горных ледников, характерен летний максимум уровня.
Озера областей муссонного климата умеренных широт отличаются резкими подъемами уровней летом и осенью в период дождей.
В субтропическом и тропическом поясах максимальные уровни наблюдаются зимой, минимальные — летом. В экваториальном поясе в ходе уровней отмечаются два максимума (май—июнь и декабрь) и два минимума (февраль—март и октябрь—ноябрь), сливающихся от экватора к тропикам в один максимум и один минимум.
Уровень одного и того же озера в различные годы может сильно варьировать в зависимости от особенностей метеорологических условий отдельных лет.
В многолетних колебаниях уровней озер прослеживается цикличность, связанная с изменениями солнечной активности и сменами эпох атмосферной циркуляции. Продолжительность циклов изменения объема водной массы озер и связанных с ними колебаний уровня ограничивается периодами в 20—25 и 45—50 лет, редко выходя из этих пределов.
33.Термический и ледовый режим озер. Термический бар
Термический режим озер обусловлен приходом и расходом тепла во времени и распределением его в водной массе и котловине. Тепловой баланс может быть рассчитан в абсолютных значениях составляющих (дж) или в относительных единицах — дж/см2 акватории водоема, что позволяет сравнить тепловой режим различных водоемов.
Основным источником прихода тепла в озера является солнечная радиация. Наиболее интенсивно поглощает солнечную радиацию поверхностный слой воды. Опыт показывает, что в озерах с прозрачной водой в слое воды 25 см поглощается 43—59%, а в озерах с повышенной мутностью — 30—80% падающей радиации. Поэтому, если бы вода в озерах была неподвижной, то нагрев ее происходил бы лишь в самом верхнем слое, проникновение тепла в глубины из-за очень малой теплопроводности воды осуществлялось бы в ничтожных размерах. Но благодаря движению водных масс в озерах активно осуществляется обмен теплом между различными слоями воды по вертикали. В связи с этим суточные колебания температур в озерах прослеживаются на глубине нескольких метров, а годовые обычно захватывают всю водную толщу (за исключением некоторых наиболее глубоких озер).
Перенос тепла в глубины озера, а следовательно, и термический режим глубин, связаны с двумя видами перемешивания вод: конвективным — вертикальным обменом частиц воды, связанным с разностью плотностей этих частиц, и фрикционным, возникающим в результате движения водных масс, вызванного, главным образом, ветром.
В результате поступления и отдачи тепла через водную поверхность и перераспределения его в водной массе в озерах наблюдаются различные типы термического режима.
Рассмотрим особенности внутригодового распределения температуры в пресных озерах умеренного климата.
Весной, после вскрытия озера, частицы воды в поверхностном слое нагреваются до температур, близких к 4° С, плотность их возрастает, возникает свободная конвекция, выравнивающая температуры сначала в верхнем слое, а затем во всей водной массе (весенняя гомотермия).
При весенней гомотермии вода озера легко перемешивается ветром и становится однородной не только по температуре, но и по минерализации, мутности, насыщению газами и т. д. Продолжительность и интенсивность весеннего перемешивания чрезвычайно важна для жизни в озере, т. к. в этот период глубинные слои его насыщаются кислородом. Устанавливаясь обычно при температуре 4° С. гомотермия может продолжаться (при сильных ветрах) и при более высоких температурах. Так, в мелководных озерах ветровое перемешивание может поддерживать ее в течение всего безледного периода.
К концу весны верхний слой воды прогревается; разность температуры, а следовательно, и градиенты плотности воды между верхними и глубинными слоями возрастают. В озере устанавливается прямая температурная стратификация, характеризующаяся понижением температуры с глубиной. Наступает летний период годового теплооборота озера. В период летнего нагревания энергии ветра оказывается недостаточно для полного перемешивания водоема и в нем образуются три вертикальные термические зоны (рис. 18, кривая 11).
Процесс льдообразования на озерах начинается так же, как и на реках, с возникновения заберегов и сала. На малых озерах, где тепловой запас и перемешивание невелики, а охлаждение по площади происходит почти равномерно, сплошной ледяной покров может образоваться почти одновременно на всей площади за счет смыкания заберегов, продвигающихся от берегов к центру озера. Если похолодание сохраняется, то возникновение первой ледяной корки является и установлением ледостава.
Нарастание льда идет наиболее интенсивно в первый период после замерзания, причем процесс этот происходит одновременно и снизу и сверху. Поэтому для озерного льда в большинстве случаев характерна слоистая структура: поверх прозрачного водного льда лежит мутный и беловатый водно-снеговой и снеговой лед. К весне толщина льда на озерах может достигать 200 см. Лед и особенно покрывающий его снег делают практически невозможным теплообмен между водной массой и атмосферой.
Вскрытие озер происходит под влиянием притока тепла, механического воздействия ветра и колебаний уровня воды. Стаивание льда за счет притока тепла может происходить как с верхней, так и с нижней поверхности. На малых озерах вскрытие и очищение ото льда происходит почти исключительно за счет притока тепла, лед тает на месте. На больших озерах усиливается роль ветра, наблюдается дрейф льда (ледоход), а на сточных озерах часть льда выносится реками. Вскрытие озер происходит на 8—15 дней позднее, чем вскрытие рек.
На незамерзающих озерах охлаждение, особенно интенсивное, при ветровом перемешивании и циркуляции продолжается в течение всей зимы. Температура воды в них достигает минимума перед началом весеннего нагрева; на тех из них, глубина которых не очень велика, к концу зимы устанавливается гомотермия.
В очень глубоких озерах полного перемешивания не происходит. Например, в Байкале обратная стратификация устанавливается в слое 200—250 м, глубже — всегда прямая стратификация, и на глубине 1600 м вода имеет температуру наибольшей плотности. С увеличением давления температура наибольшей плотности воды понижается, поэтому на большой глубине в Байкале она равна 3° С.
По термическому режиму озера можно разделить на 3 типа: тропические, полярные и умеренные.
Тропические (теплые) озера имеют температуру выше +4° С в течение всего года. Полярные (холодные) характеризуются обратной температурной стратификацией и температурой ниже 4° С в течение всего года, Циркуляцией летом. К полярным относятся озера севера Канады и Сибири, а также озера высоких гор.
Умеренные (смешанные) озера летом характеризуются прямой температурной стратификацией и температурой выше 4° С, зимой— обратной температурной стратификацией и температурой ниже 4° С. К этой группе относятся многочисленные озера в умеренных широтах Европы, Азии, Северной Америки.
34.Назначение и типы водохранилищ
Искусственные водоемы, созданные при помощи гидротехнических сооружений и имеющие полный объем более 1 млн м3, называются водохранилищами. Водохранилища отличаются друг от друга параметрами (площадью зеркала, объемом, длиной, шириной, глубиной), конфигурацией, характером регулирования, режимом сработки, назначением, характером и степенью воздействия на природу и хозяйство прилегающих районов, технико-экономическими показателями и т. п. Вместе с тем они имеют и общие черты: почти все водохранилища образуются путем подпора рек плотинами (лишь некоторая часть образована путем обвалования участков территории дамбами с самотечной или механической подачей воды извне); большинство водохранилищ предназначается для регулирования естественного стока рек в целях комплексного использования водных ресурсов; для всех водохранилищ (за исключением тех из них, в состав которых вошли крупные естественные озера) характерны возрастание глубины по направлению к плотине, весьма замедленные по сравнению с рекой водообмен и скорости течения воды, неустойчивость летней термической и газовой стратификации и некоторые другие особенности. По полному объему и площади зеркала принято делить водохранилища на шесть категорий: (Крупнейшие, Очень крупные, Крупные, Средние, Небольшие, Малые)
На земном шаре создано более 10 тыс. водохранилищ, содержащих примерно в 4 раза больше воды, чем все реки (пол объем — 5 тыс. км3). Площадь их водного зеркала с учетом площади озер, находящихся в подпоре,— 600 тыс. км3, что значительно больше площади Каспийского моря.
Водохранилища создаются во всем мире как в промышленно-развитых, так и в развивающихся странах. 30 лет назад в Африке практически не было крупных водохранилищ, а сейчас четыре из пяти крупнейших водохранилищ мира находятся на этом материке. В США в ближайшие 20—30 лет предполагается удвоить полезный объем водохранилищ, хотя эта страна по их количеству занимает первое место в мире.
35.Водный баланс и водный режим водохранилищ
Создание водохранилищ и регулирование ими стока значительно преобразует естественный гидрологический режим реки, что влечет изменения и многих других природных процессов. Эти изменения проявляются по-разному в верхних (выше плотины) и нижних бьефах гидроузлов (ниже плотины). В первую очередь это относится к режиму уровней воды.
С образованием водохранилищ коренным образом изменяется волновой режим: на реках высота волн обычно не превышает 0,5— 0,75 м, а на многих водохранилищах она достигает 3 м и более. Волны на водохранилищах круче и короче морских и озерных из-за меньшей глубины и относительно меньшего разгона волны. У подветренного берега водохранилища всегда спокойно; к открытой части высота волн возрастает. С понижением уровня водохранилищ размеры волн уменьшаются.
Решающую роль в переносе и циркуляции вод на водохранилищах играют течения — постоянные и временные. Течения и волнение, способствуя перемешиванию вод, создают неприятные условия для развития организмов и существенно влияют на термический и гидрохимический режим водоемов, а также направляют процессы илонакопления. Термический режим водохранилищ отличается отсутствием закономерного изменения температур с глубиной и довольно высокой температурой придонных слоев воды вследствие более интенсивного ее перемешивания под действием ветровых и стоковых течений. Наиболее теплой вода бывает в конце лета. Температура воды летом в тихую, нештормовую погоду обычно понижается от поверхности ко дну. Разность температур поверхностных и придонных слоев, как правило, не превышает 4—6° С. В период штормов, особенно характерных для осени, происходит перемешивание воды, и температуры практически выравниваются по акватории и глубине.
По гидрохимическим и гидробиологическим особенностям водохранилища ближе к озерам, чем к рекам. Затопленные почвы, размыв берегов, торфяники, растительность пополняют воду водохранилищ азотом, фосфором, железом, органическими веществами. Вследствие обогащения воды органическими веществами увеличивается содержание углекислоты и уменьшается количество растворенного кислорода. Наблюдается тенденция к увеличению солености, связанная с режимом регулирования и с загрязнением сточными водами.
Крупные водохранилища рассчитываются на заиление в течение нескольких столетий, тем не менее в практике гидростроительства известны случаи очень быстрого их уничтожения наносами.
Бороться с заилением водохранилищ можно путем уменьшения эрозии и твердого стока в его бассейне и своевременного сброса наносов из водохранилищ через специальные грязеспуски.
36.Образование и строение болот
По характеру водообмена и по некоторым характеристикам относят к категории водоемов
Болота – это природный комплекс, занимающий участок ЗП, характеризующийся избыточным увлажнением почвогрунтов и специфической растительностью.
Болота обр-ся 2мя путями: 1-заболачивание суши; 2-зарастание водоема;
Возникновение развитие болот происходит при 2х необходимых условиях: 1-переувлаженение верхних горизонтов почвогрунтов в следствии слабой проточности или застоя воды. 2-наличие очагов заболачивания (неглубокие депрессии, водоемы)
Существование болот часто связано с образованием и накоплением торфа.
Торф – органическая порода обр-ся при уплотнении полуразложившихся остатков болотных растений, избыточное увлажнение почвы затрудняет доступ кислорода, что обуславливает неполное окисление.
Увеличиваясь и накапливаясь слой торфа достигает такой толщины, что корни основной массы растений не достигают подстилающей поверхности. С этого времени это болото.
37.Распространение и типы болот
Болотообразующие процессы наблюдаются как на равнинах, так и в горах, в условиях холодного и теплого климата.
Болота классифицирую по нескольким признакам: -по характеру водно-минерального питания; -видового состава растительности; -высотного положения по отношению к окружающей местности;
1-низинные болота, обр-ся при зарастании водоема, пов-ть слабовогнутая или плоская. В питании этого типа болот участвуют пов-е (талые и дождевые) и грунтовые подземные воды, богатые минеральными солями, что обуславливает развитие травяной растительности.
2-верховые болота, х-ся мощным слоем торфа, питание таких болот осуществляется только за счет атм. Осадков, по-скольку связь с подземными водами полностью утрачивается. Минеральных вещ-тв мало – в составе раст-ти преобладают наименее требовательные к питанию алиготрофные растения.
3- переходные – промежуточная стадия развития низинных болот в верховые.
38.Гидрологический режим болот
При котловинном залегании, горизонтальная фильтрация направлена от центра к периферии, сюда же стекается вода со склонов котловины. Вдоль границ скапливается топи, ручьи, вод из которых отводиться через ручьи водоприемники.
При вогнутой форме пов-ти, движение гор-х потоков направлено от периферии к центру, откуда также берет начало ручей-водоприемник, выводящий воду за пределы болот. Движение идет до тех пор пока не истощиться запас влаги в верх деятельном слое торфа.
ЗАМЕРЗАНИЕ И ОТТАИВАНИЕ
Термический режим отличается своеобразием, обусловленный тепловыми свойствами торфа: теплоемкость, теплопроводность. Замерзание болот начинается через 12-17 дней после устойчивого наступления отрицательных температур. Оттаивание, как и замерзание также не одновременно. Наибольшенй заболоченностью отличатеся зона тундры и тайги.
39.Образование и строение ледников
Ледники (глетчеры) — движущиеся многолетние толщи льда, возникшие на суше в результате накопления и постепенного преобразования твердых атмосферных осадков Движение, обусловленное свойствами самого льда, отличает ледники от снежников (остатки зимнего снегового покрова, сохраняющиеся в течение части теплового периода), от мертвого льда (бывших ледников) и от водных льдов, разносимых ветрами или течениями
Образование ледников возможно там, где твердых осадков выпадает больше, чем за это же время успевает растаять и испариться, т е там, где их баланс положителен С поднятием в горы количество осадков, выпадающих в твердом виде, будет больше, температура воздуха ниже и потребуется больше и солнечной энергии и времени, чтобы этот снег растаял. Чем выше местность над уровнем моря, тем больше проявляется такая закономерность. И наверняка на земной поверхности мы можем найти высоту над уровнем моря с таким сочетанием климатических и других факторов, где количество выпавших за зиму твердых осадков будет равно количеству их, израсходованных на таяние и испарение за теплый период. Это линия нулевого баланса, или снеговая линия. Среднее многолетнее положение этой линии называют климатической снеговой линией, среднее положение за сезон - сезонной, а положение в данное время - местной или истинной снеговой линией. Ниже снеговой линии твердых осадков выпадает меньше их возможного расхода, выше - приход больше расхода, но только до известной предельно! высоты, на которой вновь станет равным расходу; здесь находится верхний уровень нулевого баланса твердых осадков. Выше этого уровня количество твердых осадков опять становится меньше их возможного расходования.
Нижняя и верхняя границы нулевого баланса твердых атмосферных осадков, объемлющие земной шар со всех сторон, образуют оболочку неправильной, но в общем сферической формы, внутри которой возможно непрерывное накопление снега и, стало быть, зарождение ледников. Эта оболочка получила название хионосферы.
При благоприятных условиях рельефа (углубления, затемненные участки склонов) твердые осадки могут накапливаться ниже климатической снеговой линии, образуя постоянные снежники. Нижняя граница их распространения — орографическая снеговая линия; она может находиться на несколько десятков и даже сотен метров ниже климатической. Высота снеговой линии зависит главным образом от климата и рельефа подстилающей поверхности. В полярных областях она располагается практически на уровне океана, в сторону экватора поднимается, достигая максимальных высот (до 6400 м) близ субтропиков.
Выше снеговой линии расположено 10% суши. Верхней границы хионосферы не достигают даже самые высокие горы на Земле. Оказавшиеся выше нее вершины гор были бы бесснежными.
40.Питание, движение и работа ледников
Основным источником питания ледников являются твердые атмосферные осадки, однако существуют и некоторые другие, второстепенные источники питания. К ним относятся:
1) нарастающие осадки — иней, изморозь;
2) наложенный лед — талые воды сезонного снега, попавшие внутрь ледника;
Приведенные примеры показывают только порядок величин, т к каждый ледник в разных своих точках, в разное время суток, в разные сезоны и в разные годы движется с различными скоростями.
Распределение скоростей в леднике сходно с их распределением в водном потоке Скорость движения льда постепенно, без скачков уменьшается от середины к краям и от дна к поверхности вследствие трения ледника о борта и ложе занятого им русла. Следует отметить, что хотя средние части ледника и движутся быстрее боковых, но максимальная скорость движения характеризует не ось ледника Линия наибольшей скорости — своего рода “ледниковый стрежень” — смещается то к правому, то к левому берегу, в зависимости от изгибов ледника, приближаясь к “подмываемому” берегу ледниковой долины На очень широких ледниках обнаруживается иногда несколько стрежней, между которыми продольно располагаются пояса с меньшей скоростью Линия наибольшей скорости совпадает с зоной наибольшего поднятия поверхности ледника
Весьма своеобразно распределение скоростей поверхности ледника по продольному профилю Обычно на обоих концах горного ледника скорости равны нулю, от головы ледника в сторону фирновой линии скорость увеличивается, достигает максимума несколько ниже фирновой линии и затем постепенно уменьшается к концу ледника В ледниковых щитах скорость движения увеличивается от центральных частей к периферическим
На некоторых выводных ледниках Гренландии скорость увеличивается к концу ледника.
Всякое сужение ледника вызывает увеличение скорости в данном месте, всякое расширение — понижение скорости. Кроме этого скорость движения ледника зависит от угла его падения и от массы льда. При одинаковых уклонах крупный ледник будет двигаться быстрее, чем малый. Увеличение массы на 1% способно вызвать удвоение скорости, при изменении массы на 25% скорость изменяется в 10 раз. При одинаковых массах большая скорость движения наблюдается у круче падающих.
Представление о распределении скоростей в леднике затруднено тем, что они со временем изменяются: днем и ночью, зимой. И летом ледник движется по-разному. Изменение скорости происходит также и от года к году, и эти колебания могут охватывать многолетние периоды.
Особое место занимают пульсирующие горные ледники, увеличивающиеся в длину за несколько месяцев на 3-5 км. Скорость движения достигает 100-200 м/сут. и более. Характерно, что период пульсаций (подвижек) у них постоянный. Причина больших скоростей пульсирующих ледников еще полностью не выяснена. Высказывается предположение о роли возникающего у дна слоя талой воды, действующей как смазка. Пульсирующие ледники характерны для горных районов Средней Азии, полярных островов. Только в нашей стране их обнаружено уже более 70.
Во время движения в леднике возникают напряжения, приводящие к образованию трещин, т е. вертикальных разломов В результате различия скоростей между осевой и боковой частями ледника образуются боковые трещины. При выходе ледника из узкого участка долины в расширенные в его теле появляются продольные трещины, направленные параллельно течению ледника, но иногда и радиально. При резком увеличении уклона льда (на 2—3° и более) лед раскалывается поперечными трещинами. На очень крутых перегибах продольного профиля образуются ледопады. Здесь трещины иногда настолько обильны, что площадь, охваченная ими, оказывается больше площади, занятой неразорванными массами льда.
Внутри Гренландии и Антарктиды трещин почти нет, но в окраинных областях ледниковых щитов их может быть очень много.
Длина трещин — от нескольких десятков до многих сотен метров, ширина исчисляется обычно метрами, реже — десятками метров, глубина — не более 60 м. Большинство трещин книзу смыкается.
Очевидно, что состояние ледника определяется соотношением в нем между накоплением и расходом вещества в целом. Соотношение это, т. е. разность между аккумуляцией и абляцией, называется балансом ледника. Равенство прихода и расхода говорит о стационарности ледника. Если приход превышает абляцию (баланс положительный), ледник может наступать. Если абляция превышает аккумуляцию (баланс отрицательный), ледник находится в стадии отступления. Наступление сопровождается увеличением скорости течения льда Количество трещин на леднике становится больше, учащаются ледопады и т. д. Иными словами, активность ледника
41.Распространение и типы ледников
В результате объединения отдельных ледников образуются ледниковые комплексы. В них каждый ледник - часть целого, зависящая от всей системы. Наиболее простая форма связи осуществляется в так называемых переметных ледниках, которые залегают на двух противоположных склонах хребта, но соединяются верхними частями на гребне, К слабо расчлененным плоскогорьям с волнистой поверхностью приурочены ледники плато (скандинавский тип), На пространстве сотен квадратных километров эта поверхность погребена под снегом, фирном и льдом, По речным долинам, врезанным в окраины массива, стекают ледники типа долинных. Следовательно, в таком комплексе у всех ледников бассейн питания единый, а каналы стока раздельные.
При мощном оледенении горной страны ледники переполняют бассейны питания и долины, перетекают через перевалы и образуют почти сплошной неровный покров, над которым поднимаются отдельные вершины гор и гребни хребтов. Это сетчатое оледенение (шпицбергенский тип). Его рассматривают как переходную стадию между горным и покровным оледенением.
Покровные ледники — обширные ледяные покровы большой мощности — перекрывают полярные острова и Антарктиду. Подледный рельеф на их поверхности не проявляется, и последняя представляет собой почти плоскую белую пустыню. Такие ледники называют ледяным щитом. Ледяные щиты, занимающие целиком небольшие острова, называют часто островным льдом (ледяной шапкой).
Типичные области материкового покровного оледенения — Гренландия, Антарктида; островной лед покрывает архипелаг Франца-Иосифа, отдельные ледяные шапки характерны для Исландии, Северной Земли и т. д.
Шельфовые ледники, так же как и выводные, заходя далеко в морские воды, обламываются в виде огромных льдин — айсбергов. В северном полушарии очагами образования айсбергов служат Гренландия и Северная Земля, в южном – Антарктида. Подхваченные течениями айсберги выносятся в умеренные широты до 40-36° с. ш. и растаивают. Антарктический айсберг был замечен на 260 з. и растаивают. Антарктический айсберг был замечен на 260 ю.ш. и 260 з.д. Продолжительность жизни айсберга в Арктике – 4 года, в Антарктиде – 10 лет и более. Большая часть айсберга (от 5/6 до 9/10 объема) находится под водой, высота айсберга над морем в Арктике от от 70 до 100 м, в Антарктиде от 100 до 450 м, длина – несколько десятков километров.
Айсберги опасны для мореплавания. Столкновение с ними было причиной гибели многих судов (например, гибель “Титаника” в 1912 г).на - несколько десятков километров.
Историческая геология располагает убедительными материалами, доказывающими, что географическая оболочка пережила несколько крупных материковых оледенений. Наиболее раннее из известных оледенений было, вероятно, более двух миллиардов лет назад (в нижнем протерозое).
Каждая ледниковая эпоха совпадает с величайшими преобразованиями поверхности Земли. В это время активизируются движения земной коры, идет горообразование, регрессируют моря, изменяется береговая линия и т. д.
42.Мировой океан и его части. Классификации морей.
Водная поверхность земного шара представляет собой единую поверхность, называемую Мировым океаном. Его площадь равна 361,3 млн км3 (71% поверхности Земли), а средняя глубина 3,7 км. Океан и суша распределены на земном шаре неравномерно. Южное полушарие более океаническое, чем северное. Здесь океан занимает 81% площади полушария, в северном полушарии — 61%. Неравномерное распределение воды и суши на нашей планете — важнейший фактор формирования природы земного шара.
Условно Мировой океан разделяют на более или менее самостоятельные крупные части — океаны, сообщающиеся между собой.. Впервые деление Мирового океана на части было выполнено в 1650 году, голландским ученым Б.Варениусом. Он выделил пять океанов Северный Ледовитый, Атлантический, Тихий, Индийский и Южный. Этого деления придерживаются и сейчас во многих странах мира. В Советском Союзе согласно классификации, принятой для Атласа
Каждый океан имеет свои ответвления — моря и заливы. Морем называется часть океана, так или иначе ограниченная берегами материков, островами и повышениями дна (порогами), отличающаяся от соседних частей особенностями физических и химических свойств, экологических условий, а также характером течений и приливов. По морфологическим и гидрологическим признакам моря подразделяются на окраинные, средиземные (внутриматериковые и межматериковые) и межостровные. Окраинные моря располагаются на подводных окраинах материков и в переходных зонах и отделяются от океана грядами островов, полуостровами или подводными порогами. Моря, приуроченные к материковым отмелям (шельфовые моря), мелководные. Например, максимальная глубина Желтого моря 106 м. Моря, расположенные в переходных зонах, имеют глубины до 3500—4000 м (Берингово, Охотское, Японское).
Воды окраинных морей по физическим свойствам и химическому составу мало отличаются от океанических, так как эти моря соединяются с океанами на широком фронте.
Средиземные моря глубоко вдаются в сушу и с океаном соединяются одним или несколькими сравнительно узкими проливами. Некоторая обособленность средиземных морей, затрудненность их водообмена с океаном сформировали особый гидрологический режим этих морей, отличный от океанического.
Средиземные моря принято делить на межматериковые и внутриматериковые. Межматериковые моря приурочены к крупным зонам тектонической активности, поэтому характеризуются большими глубинами, довольно сильной расчлененностью, сейсмичностью и вулканизмом.
Располагаются они между материками: Средиземное (Романское) и Красное между Евразией и Африкой; Американское — между Северной и Южной Америкой; Азиатско-Австралийское — отделяет Австралию от Азии.
Внутриматериковые моря оконтурены берегами одного и того же материка (Балтийское, Белое, Черное и др.) и лежат на участках с материковой корой. Обычно мелководны. Например, наибольшая глубина Балтийского моря 470 м, Белого — 350 м, Азовского — 13 м.
Межостровные моря отделяются от океана более или менее тесным кольцом отдельных островов или островными дугами (Филиппинское, Фиджи, Банда, Сулу и др.). К межостровным морям относят и Саргассово море, не имеющее выраженных границ, но обладающее ярко выраженным специфическим гидрологическим режимом и особыми видами животных и растительных форм.
Заливы — части океана (моря), вдающиеся в сушу, но не отделенные от него подводным порогом. В зависимости от происхождения, строения берегов и формы заливы имеют различные, зачастую местные названия: фьорды, бухты, лагуны, лиманы, губы.
43.Рельеф дна Мирового океана. Донные отложения
44.Оптические и акустические свойства морской воды.
Лучистая энергия Солнца, проникая в толщу воды, рассеивается и поглощается. От степени ее рассеивания и поглощения зависит прозрачность воды. Под прозрачностью воды понимают глубину, на которой белый стандартный диск диаметром 30 см (диск Секки) перестает быть видимым с поверхности моря. В Саргассовом море эта глубина достигает 67 м, в Средиземном — 50 м, в Черном — 25 м, в Азовском — Зм. Прозрачность зависит от содержания взвешенных частиц в морской воде. Поэтому наименьшая прозрачность наблюдается в прибрежной части, особенно после штормов. Значительно уменьшается прозрачность воды в период массового развития планктона, а также во время таяния льдов.
Совокупным действием отражения и рассеивания света в воде обусловливается ее цвет. Поток световой энергии, исходящий из глубин моря, вызывает голубой или синий цвет, который и является собственным цветом чистой воды. Особенности цвета воды каждого моря зависят от содержания в воде взвешенных частиц органического и минерального происхождения, растворенных газов и прочих примесей. Вот почему в наиболее “чистых” тропических водах цвет моря темно-голубой и даже синий, в шельфовых морях — зеленоватый, а в мутных прибрежных морях — имеет желтые оттенки.
Говоря об оптических свойствах морской воды, следует упомянуть и о таких явлениях, как свечение и цветение моря. Свечение поверхности моря в ночное время объясняется светом, излучаемым морскими организмами (планктоном и особыми видами бактерий). Цветение моря обусловливается массовым скоплением особей какого-либо вида, способных окрасить поверхность моря в один из цветов: желтый, красный, зеленый и т. д.
Распространение звука в океане. Скорость звука в океане зависит от сжимаемости воды, которая определяется температурой, соленостью и давлением. А так как соленость и температура воды в Мировом океане меняются от места к месту и от сезона к сезону, то и условия распространения звука в море меняются. Скорость звука в океанах может колебаться от 1400 до 1550 м/с- Максимальные скорости приурочены к глубинам 1200—1300 м. На этом уровне в воде существует своеобразный “звуковой канал”, в котором звук распространяется, как в “трубе”, на очень большие расстояния без потери энергии. Так, во время опытов в Атлантическом океане сигналы от взрывов бомб массой 0,2, 1,8, и 2,7 кг прослушивались на оси звукового канала соответственно на расстоянии 750, 2300 и 3100 миль.
45.Химический состав и соленость вод Мирового океана.
Теоретически не растворимых в воде веществ не существует, поэтому в морской воде содержатся почти все элементы таблицы Менделеева. Правда, некоторые элементы находятся в столь малых количествах, что их присутствие обнаруживается только в морских организмах, собирающих эти элементы из окружающей их морской воды. Таковы, например, кобальт, никель и олово, найденные в крови голотурий, омаров, устриц и других животных. Присутствие некоторых других элементов доказывается лишь их наличием в морских отложениях.
Среднее количество растворенных в водах Мирового океана твердых веществ составляет около 3,5% по весу. Больше всего в морской воде содержится хлора — 1,9%. натрия — 1,06%. магния — 0,13%, серы —0,088%, кальция — 0,040%, калия — 0,038%, брома - 0,0065%, углерода — 0,003%. Содержание остальных элементов, в том числе биогенных и микроэлементов, ничтожно мало, менее 0,3%. В водах океана обнаружены драгоценные металлы, но концентрация их незначительна, и при общем большом количестве в океане (золота — 55 • 105 т, серебра — 137 • 106 т) добыча их нерентабельна.
Главнейшие распространенные в воде элементы обычно находятся в ней не в чистом виде, а в виде соединений (солей). Основными из них являются: 1) хлориды (NaCl, MgCl), доля которых равна 88,7% всех растворимых в воде веществ. Они придают воде горько-соленый вкус;
2) сульфаты (МgSО4, СаSО4, Ка2SО4), которых в морской воде содержится 10,8%;
3) карбонаты (СаСО3), доля которых составляет 0,3% всех растворенных солей.
Для планетарного обмена веществ весьма важно то обстоятельство, что хлористые соединения, преобладающие в морских водах, находятся в реках в очень малом количестве (табл. 4). Напротив, карбонаты, в основном формирующие солевой состав речных вод, почти отсутствуют в океане.
Общее содержание твердых веществ, растворенных в морской воде, принято выражать в тысячных долях весовых единиц — промилле и обозначать знаком %0. Содержание растворенных твердых веществ, выраженное в промилле и численно равное их весу, выраженному в граммах в одном килограмме морской воды, называется соленостью. Средняя соленость океанических вод 35°/оо, т. е. в 1 кг вод содержится 35 г солей.
Установлено, что состав веществ (их соотношение), определяющий соленость морской воды, почти одинаков и постоянен во всех точках, как на поверхности, так и на глубинах Мирового океана. При изменении общего количества растворенных солей (солености) их процентное соотношение не изменяется. Поэтому для определения солености морской воды достаточно измерить количество одного какого-нибудь химического элемента (обычно хлора, как наиболее легко определяемого) и по нему вычислить общую соленость и количество всех остальных элементов.
Соленость воды в Мировом океане не везде одинакова. В открытой части она изменяется в пределах 33—37°/оо и зависит от климатических условий (разности испарения и количества выпадающих осадков). Поэтому в ее распределении четко проявляются черты широтной зональности, что позволяет картировать эту характеристику (карты изогалин). В отдельных районах широтная зональность нарушается влиянием переноса солей течениями.
Наименьшая соленость на поверхности открытой части Мирового океана наблюдается в высоких широтах. Это объясняется значительным превышением осадков над испарением, большим речным стоком (в северном полушарии), таянием плавучих льдов. По мере приближения к тропикам соленость растет, достигая максимальных значений в зоне между 20 и 25° широты, где испарение значительно превышает осадки. В экваториальных широтах количество атмосферных осадков возрастает, и соленость здесь вновь уменьшается
Распределение солености по вертикали различно в различных широтных зонах. Так, в полярных широтах до глубины 200 м соленость быстро возрастает, затем остается почти неизменной. В умеренных широтах соленость с глубиной изменяется мало. В субтропических — она уменьшается до глубины 1000 м, глубже соленость постоянная. В экваториальных широтах соленость постепенно возрастает, и под слоем поверхностных вод на глубине 100—150 м прослеживается слой высокосоленой воды (выше 36%о), переносимой с запада глубинными противотечениями, питающимися водами, поступающими из тропиков. Глубже этого слоя соленость убывает, а начиная с глубины 1000—1500 м становится почти постоянной.
46.Термический режим Мирового океана.
Термический режим океана во многом определяет тепловой режим и климат всей планеты. К главным приходным статьям теплового баланса Мирового океана относится солнечная радиация и теплообмен с атмосферой, к дополнительным — тепловой сток рек и выделение тепла при ледообразовании. Главные расходные части теплового баланса Мирового океана — это потери тепла на испарение и теплообмен с атмосферой, дополнительные—потери тепла на плавление льда. Распределение температуры воды на поверхности океана. Оно подчиняется закону широтной зональности, так как поступление солнечной энергии зависит от широты. Наиболее высокая температура воды на поверхности Мирового океана наблюдается в экваториальной зоне, несколько севернее экватора. (Юж. Полушарие океаническое, выс. исп-ть, понижает тем. Воды, влияние антарктиды). Линия наивысшей температуры воды называется термическим экватором. Вблизи него средняя годовая температура воды 24,7° С .
Азональные факторы 1. пассатная циркуляция – (с сев. На восток дует ветер, в зап. Части теплее), 2. Течения (Гольфстрим, у поб. Евразии на 5,7 ° выше чем у сев. Америки) 3. Апвелинг (подъем глубинных вод - Перуанский).
Между верхним слоем перемешивания с наиболее высокой температурой и глубинной холодной водой лежит «слой скачка» температуры, слой с наибольшими вертикальными градиентами. «Слои скачка» создаются преимущественно сезонным летним прогревом поверхностного слоя.
47.Плотность морской воды.
Плотность. Одной из важнейших характеристик морской воды является плотность. Плотностью морской воды в океанографии принято называть отношение массы единицы объема воды при той температуре, которую она имела в момент наблюдений, к массе единицы объема дистиллированной воды при 4° С, т. е. при температуре ее наибольшей плотности. Плотность морской воды существенно растет с увеличением солености. Возрастанию плотности поверхностных слоев воды способствует охлаждение, испарение и образование льда. В открытом океане плотность, как правило, определяется температурой и поэтому от экватора к полюсам растет. С глубиной плотность воды в океане увеличивается.
Давление и сжимаемость. Вода значительно плотнее воздуха. Поэтому изменение давления с увеличением глубины в океане происходит гораздо быстрее, чем в атмосфере. На каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атм. Нетрудно подсчитать, что на глубинах порядка 10 км давление достигает 1 тыс. атм.
Однако воздействие давления воды на живые глубоководные организмы незаметно, так как чрезвычайно мало сжатие воды, т. е. Уменьшение ее удельного веса.
Интересно отметить, что, несмотря на малую сжимаемость морской воды, уровень реального Мирового океана расположен примерно на 30 м ниже того уровня, который он бы занимал при условии несжимаемости воды.
48.Морские льды.
Морской лед - любая форма льда, образовавшаяся в море в результате замерзания морской воды. Характерными свойствами морского льда являются соленость и пористость, которые определяют его плотность (от 0.85 до 0.93-0.94 г/см куб.). Из-за малой плотности льдины возвышаются над поверхностью воды на 1/7-1/10 своей толщины.
Морской лед начинает таять при температуре выше -2.3 град.С; он более эластичен и труднее поддается раздроблению на части, чем пресноводный лед.
Морской лед по своему местоположению и подвижности разделяется на три типа: припай, дрейфующие льды, паковые многолетние льды (пак).
Ледовый режим Мирового океана определяется тем, что на преобладающей части его площади температура воды в течение всего года выше точки замерзания, поэтому льдообразование наблюдается только в полярных и субполярных широтах. В умеренной зоне лишь очень в немногих, преимущественно мелководных морях на короткое время устанавливается ледовый покров. Значительное отодвигание границы зимнего льдообразования в сторону полюсов определяется также соленостью, поскольку соленая вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная.
Пресная вода, как известно, при охлаждении достигает наибольшей плотности при +4° С, а начинает замерзать только при 0° С. Процесс замерзания солоноватых вод (до 24,7°/оо) происходит так же, как и в пресной воде: вода сначала достигает температуры наибольшей плотности при данной солености, а затем точки замерзания.
При солености 24,7°/0о температура замерзания и наибольшей плотности одинакова (—1,332° С). При солености больше 24,7%о температура наибольшей плотности ниже температуры замерзания, вследствие чего замерзание морской воды происходит иначе, чем пресной, при этом только часть солей переходит в лед, образовавшийся из морской воды, другая же часть стекает обратно в воду в виде солевого раствора, увеличивая тем самым соленость, а следовательно, и плотность поверхностной воды. Это обстоятельство, одной стороны, способствует поддержанию и усилению конвекционных движений и тем самым задерживает замерзание, а с другой — требует дальнейшего понижения температуры, т. к. с увеличением солености понижается температура замерзания. Поэтому замерзание морской воды происходит не при одинаковой температуре, а при понижающейся.
Плотность соленого льда меньше плотности льда пресного (0,85—0,94 г/см3) и зависит от температуры, солености, плотности, возраста льда и условий льдообразования.
Морской лед по сравнению с пресноводным отличается большой пластичностью и вязкостью, но обладает меньшей прочностью.
В отличие от неподвижного льда (забереги, береговой припай), морской лед может быть плавучим. Плавучие льды, не связанные с берегом, называются дрейфующими. Среди них по размерам различают битый лед (от нескольких метров до 100 м в поперечнике) и ледяные поля, подразделяющиеся на гигантские (свыше 10 км), обширные (от 2 до 10 км) и большие поля (0,5—2 км).
В высоких широтах из-за короткого и холодного лета образовавшиеся за зиму льды не успевают растаять полностью, поэтому в этих районах встречаются льды разного возраста — от однолетних до многолетних. Многолетние (квазипостоянные) льды, мощность которых может достигать десять и более метров, называют паковыми. Паковые льды почти не содержат солей и пузырьков воздуха и поэтому имеют голубоватый цвет. В Северном Ледовитом океане такие льды занимают до 80% площади океана. У берегов Антарктиды широкого распространения они не имеют. Для обычных ледокольных судов паковые льды непроходимы.
Кроме собственных морских льдов в океанах и морях встречаются речные и материковые (глетчерные) льды. Речные пресные льды выносятся реками во время ледохода, часто имеют желтоватую окраску, летом тают или вкрапливаются в льды морского происхождения. Материковые льды тоже пресные, голубоватые, обычно большой мощности. Они представляют собой обломки материкового или шельфового льда, сползающие в океан, и называются айсбергами.
Таяние морского льда в основном зависит от интенсивности солнечной радиации и альбедо его поверхности, как правило, покрытой снегом, и начинается с загрязненных участков (обычно о берегов). После весеннего перехода температуры воздуха через 0° на поверхности льда образуются озерки — снежницы. Прочность структура пропитанного талой водой льда изменяются так же, как подмоченного водой куска сахара. Не изменяя существенно своих размеров, лед становится чрезвычайно хрупким и легко рассыпается при малейшем надавливании на него
Льды покрывают около 15% всей акватории Мирового океана, т. е. 55,4 млн км2, в том числе 39 млн км2 в южном полушарии.
Отдельные айсберги в северном полушарии достигают 35° с. ш., в южном — 40° ю. ш. и даже встречаются в тропиках. Для северных вод типичный крупный айсберг может иметь 200 м в поперечнике и возвышаться над уровнем моря примерно на 25 м. Глубина подводной части достигает 225 м, а общая масса 5 • 109 кг. Мощность Антарктических айсбергов доходит до 500 м, а размеры в поперечнике достигают нескольких десятков километров.
49.Уровень воды океанов и морей
Свободная поверхность океанов и морей называется уровенной. В спокойном состоянии она должна совпадать с поверхностью геоида. Однако совокупное влияние многих факторов: температуры, атмосферного давления, ветра, приливообразующих сил, водного баланса, течений и т. д.— вызывают ее отклонение. Поэтому все части Мирового океана, сообщаясь между собой и образуя единую систему, имеют неодинаковый уровень, который изменяется во времени. Причем колебания уровенной поверхности могут иметь периодический и непериодический характер. Наиболее правильные во времени периодические колебания поверхности океана возбуждаются приливообразующими силами. Колебания уровня, обусловленный деятельностью атмосферы и солнечной радиации, а также геотермическими и геодинамическими явлениями в земной коре (землетрясение и моретрясение, извержение подводных вулканов, тектонические движения и т. д.), имеют обычно непериодический характер и могут быть кратковременными и продолжительными (вековыми) В общем режиме уровня океана (моря) можно выделить следующие главнейшие кратковременные непериодические составляющие.
1) сгонно-нагонные колебания, связанные с циркуляцией вод у побережий; при сгонных ветрах менее плотные воды уносятся в открытое море, а на смену им поднимаются более плотные глубинные воды. Уровень воды при этом понижается. При нагонных ветpax происходит повышение уровня;
2) колебания уровня, вызванные изменением атмосферного давления. При повышении атмосферного давления на 1 мб уровень моря понижается на 10 мм и наоборот;
3) колебания уровня вследствие неравномерностей в процесс влагооборота. Кратковременные резкие подъемы уровня моря могут вызвать ливневые дожди. Сильное испарение в некоторых районах юдит к значительным понижениям уровня моря;
4) колебания уровня вследствие изменений плотности воды. При увеличении плотности уровень понижается, и наоборот;
5) колебания уровня, вызванные прохождением цунами — огромных волн, образующихся в океанах (морях) под действием подводных землетрясений или вулканических взрывов. Волны цунами имеют длины, измеряемые десятками и сотнями километров, скорости, измеряемые сотнями километров в час, и высоты у берегов, измеряемые несколькими метрами, а иногда и десятками метров.
Медленное и длительное изменение уровня океана (вековые непериодические колебания) может быть вызвано двоякими причинами. Если уровень океана повышается или понижается в связи с увеличением или уменьшением воды в нем (например, в связи с покровными оледенениями), то эти изменения называют гидрократическими. Колебания уровня, вызванные изменением емкости океана в связи с процессами, происходящими внутри Земли, и колебаниями земной коры, называют геократическими. Эти колебания не зависят от изменения количества воды и определяются поднятием или опусканием участков литосферы. Опускание дна океанов вызывает понижение его уровня, поднятие дна — повышение.
За последние полвека уровень Мирового океана повысился почти на 10 см, но скорость подъема в разных его частях неодинакова.
50.Волны в океанах и морях.
Волны представляют собой периодические колебания частиц воды около положения их равновесия (вверх и вниз от среднего уровня).
Волнение водной поверхности океанов, морей и озер — частный случай ритмических колебательных движений в природе. При движении одной жидкой или газовой массы по другой на плоскости их соприкосновения в результате трения неизбежно возникают волны.
Главная причина волнений на поверхности океана — ветер. При малых скоростях ветра (около 0,25 м/с) от трения воздуха воду возникает рябь — система мелких равномерных волн. Они появляются при каждом порыве ветра и мгновенно затухают. При усилении ветра вода испытывает не только трение, но и удары, и при скорости ветра больше 1,0 м/с устанавливаются ветровые волны.
Волнения могут быть вызваны также резким изменением атмосферного давления (анемобарические волны), землетрясениями, извержениями вулканов (сейсмические волны — цунами), приливообразующими силами (приливные волны). Движущиеся суда создают особые — корабельные волны.
Волны, образованные на поверхности и в самом верхнем слое воды, называются поверхностными в отличие от внутренних волн, возникающих на некоторой глубине и незаметных на поверхности моря.
Волны характеризуются следующими элементами
гребень — наиболее высокая часть волны, выступающая над уровнем свободной поверхности;
ложбина — часть волны, находящаяся ниже уровня спокойной водной поверхности;
подошва — наиболее углубленная часть ложбины;
склон волны — часть волны между гребнем и подошвой;
длина ( ) — горизонтальное расстояние между гребнями или подошвами двух соседних волн;
высота (h) — превышение волны над ее подошвой;
крутизна — угол между ее склоном и горизонтальной плоскостью;
быстрота продвижения волн характеризуется их скоростью и периодом.
Скорость (V) — расстояние, пробегаемое в единицу времени гребнем волны (или любой другой точкой ее профиля).
Период ( ) — промежуток времени, в течение которого каждая точка волны перемещается на расстояние, равное ее длине.
Размеры ветровых волн находятся в прямой зависимости от скорости ветра, продолжительности его воздействия на водную поверхность, размеров и глубины водного пространства, охваченного ветром. Высота ветровых волн обычно не превышает 4 м; реже образуются волны высотой 8—10 м и более. Наибольшие ветровые волны наблюдаются в южном полушарии, где океан непрерывен и где западные ветры постоянны и сильны. Здесь волны достигают 25 м высоты, их длина составляет несколько сотен метров.
В морях волны значительно меньше, чем в открытом океане. Так, в Черном море зафиксирована максимальная высота волны — 12 м.
Внутренние волны, как показывают наблюдения, имеют амплитуду, обычно значительно большую, чем поверхностные ветровые волны. Даже в приповерхностных слоях их “высота” весьма велика. Правда, скорость их распространения и орбитальные скорости гораздо меньше, чем у поверхностных вод, и. следовательно, энергия внутренних волн гораздо меньше, чем у поверхностных волн той же амплитуды. Наблюдения показывают, что высота внутренних волк может достигать 20—30 м
Цунами образуются в результате подводных землетрясений или извержений вулканов. Поэтому волны цунами называют морскими сейсмическими волнами.
Непосредственной причиной образования цунами являются изменения рельефа дна, происходящие в результате землетрясения:| оползни, провалы, сбросы, поднятия и другие подобные явления, возникающие практически мгновенно на огромных участках океана. Причем механизм возникновения цунами зависит от характера изменения рельефа дна. Так, при образовании цунами в момент возникновения провала на дне океана вода устремляется к центру образовавшейся впадины, заполняет ее, затем под действием инерционных сил переполняет, формируя невысокий, но громадный по объему холм воды на поверхности океана. Под действием тяжести эта выпуклость начинает совершать колебательные движения относительно уровня океана, соответствующего состоянию покоя — образуется цунами.
При резком поднятии дна на поверхности океана сразу же образуется выпуклость, которая под действием силы тяжести приходит в колебательное движение, и это тоже приводит к возникновению цунами и т.д.
Наступлению волн цунами на берег обычно предшествует понижение уровня моря. В течение нескольких минут вода отступает от берега на сотни метров, а при небольшой глубине и на километры. После этого приходят волны цунами. За первой крупной волной, как правило, приходит еще несколько волн с интервалом от 20 до мин 1—2 час. Скорость распространения цунами колеблется от 150 км/ч до 900 км/ч.
Приближаясь к берегу, волны замедляют свое движение и резко увеличивают высоту (до 20—30 м).
Особенно высокие волны образуются в узких, воронкообразных ивах с крутыми берегами.
51.Приливы.
Периодические колебания уровня моря, возникающие под действием сил притяжения Луны и Солнца, называются приливными явлениями. Фазы подъема и спада уровня называют собственно приливом и отливом.
Приливообразующие процессы, обусловленные силами тяготения, вызывают колебательные движения всей массы вод Мирового океана. Эти движения сопровождаются изменениями уровня морей и океанов и течениями периодического характера. Т. е. возникают поверхностные и внутренние волны под действием Луны и Солнца.
Приливообразующая сила Луны в среднем в 2,17 раза больше приливообразующей силы Солнца. Поэтому основные черты приливных явлений определяются главным образом взаимным положением- Луны и Земли.
Вследствие непрерывного изменения взаимного положения Земли, Луны и Солнца изменяются и величины приливообразующих сил Луны и Солнца. Они могут действовать в одной и той же точке как в противоположных направлениях, так и в одном и том же. Это отражается на характере и величине наблюдаемых приливов и вызывает их изменения.
Существенное влияние на величину и характер приливов оказывают физико-географические условия моря (океана): очертания берегов, размеры, глубины, наличие островов и т. д. Если бы океан покрывал Землю сплошь слоем одинаковой глубины, приливы на одной и той же широте были бы одинаковыми и не зависели бы только от приливообразующих сил Луны и Солнца. Однако, как известно, приливные колебания уровня на одной и той же широте меняются в весьма широких пределах. Так, в заливе Фанди (Канада) приливные колебания уровня составляют 16 м, а в Балтийском море, расположенном на той же широте, они практически отсутствуют.
При приливах и отливах возникают поступательные движения воды — приливные течения. Во время прилива они направлены к берегу, а при отливе — от берега. Расстояние по вертикали между уровнями полной и малой воды называется величиной прилива. Половина величины прилива — амплитуда прилива. Величину прилива не следует смешивать с высотой прилива, которая понимается как положение уровня в данный момент над каким-либо другим уровнем, условно принятым за нуль.
Промежуток времени между двумя последовательными полными или малыми водами называется периодом прилива (за это время наблюдаются один прилив и один отлив).
В зависимости от периода различают полусуточные приливы, имеющие средний период, равный половине лунных суток (12 ч 25 мин); суточные со средним периодом, равным лунным суткам (24 ч 50 мин); смешанные, у которых в течение половины лунного месяца период меняется с полусуточного на суточный.
Наблюдая за величиной прилива и временем наступления полных и малых вод, легко заметить, что они не остаются неизменными ото дня ко дню, а для случая смешанных приливов — и в течение суток.
Неравенства приливов вполне закономерны и связаны с изменением положения Луны, Солнца и Земли.
Выделяют следующие основные виды неравенств в явлении приливов: суточные, полумесячные, месячные (параллактические) и длиннопериодные.
Приливные волны распространяются вверх по некоторым рекам, вызывая колебания уровня на большом расстоянии от устья. Это расстояние зависит от уклона дна реки и скорости ее течения. Так, на реке Амазонке приливы ощущаются на расстоянии 1400 км от устья, на реке Святого Лаврентия — 700 км, на реке Хатанге — 700 км, на реке Ганг — 250 км и т. д.
Приливообразующая сила сказывается не только на гидросфере. Приливы проявляются в атмосфере в виде периодических изменений атмосферного давления с амплитудой 1,25 мбар Приливы, вызванные притяжением Луны и Солнца, оказывают тормозящее воздействие на вращение Земли. С этим связано уменьшение угловой скорости Земли и удлинение земных суток (0,001 за каждые 1000 лет), а также превращение механической энергии торможения вращения Земли в тепловую.
52.Морские течения.
Это поступательные движения масс воды в морях и океанах. На направление морского течения большое влияние оказывает сила вращения Земли, отклоняющая течения в Северном полушарии вправо, в Южном - влево. Морские течения различаются: по происхождению - вызываемые трением ветра о поверхность моря (ветровые течения), неравномерным распределением температуры и солености воды (плотностные течения), наклоном уровня (стоковые течения) и т.д.; по характеру изменчивости - постоянные, временные и периодические (приливного происхождения); по расположению - поверхностные, подповерхностные, промежуточные, глубинные, придонные; по физико-химическим свойствам - теплые (например, Гольфстрим, Куросио), холодные (например, Лабрадорское, Курильское течения), опресненные и соленые.
Горизонтальный перенос масс воды из одного места океана ил! моря в другое называется течением. Эти посту нательные движения воды играют огромную роль в жизни Мирового океана: способствуют обмену вод, перераспределению тепла, изменению береге переносу льдов, а также оказывают большое влияние на циркуляцию атмосферы и на климат различных частей Земли.
Пассаты в Северном полушарии обусловливают возникновение пассатного течения севернее экватора, которое под действием силы Кориолиса приобретает широтное направление и пересекает океан с востока на запад. В южном полушарии южнее экватора устанавливается такое же пассатное течение. У западного берега океана северное пассатное течение под влиянием конфигурации берега отклоняется к северу, а южное — к югу. В пределах 30—40° с. ш это течение под действием силы Кориолиса приобретает широтное направление и пересекает океан с запада на восток. У восточного берега оно раздваивается. Южная ветвь течения устремляется вдоль берега, обеспечивая принос более холодных вод в тропические районы и постепенно отклоняясь к западу, вливается в северное пассатное течение, замыкая таким образом северное циркуляционное кольцо верная ветвь, также распространяясь вдоль берега, образует теплое течение, поскольку здесь происходит перенос более теплых вод с юга. Отклоняясь к западу под воздействием конфигурации Северно-Американского материка, в Тихом океане эта ветвь образует второе северное циркуляционное кольцо, значительно меньшее, чем первое. В Атлантическом океане подобное кольцо также имеется, но севернее его, благодаря сложному распределению пространств суши и моря, здесь образуется еще одно небольшое циркуляционное кольцо в пределах Норвежского моря.
В Южном полушарии картина аналогичная, но второго кольца течений нет. На юге, там где расположено сплошное водное пространство, существует мощное дрейфовое течение западных ветров (круговое антарктическое), соединяющее воды трех океанов воедино.
Вдоль экватора, между северным и южным пассатными течениями, образуется экваториальное противотечение, имеющее в отличие пассатных направление с запада на восток. Оно в значительной мере имеет характер стокового и питается ответвлениями пассатных течений.
Поверхностные течения, возбуждаемые ветром, заметны только в верхнем слое в несколько десятков метров, поэтому долго считали, что в глубинах океана нет перемешивания воды течениями.
Однако, начиная с 1952 г., одно за другим были обнаружены глубинные противотечения в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах. Их рассматривают как компенсационные, обеспечивающие недостаток воды, вызванные поверхностными течениями. Под глубинными противотечениями в ряде районов Мирового океана обнаружены течения противоположного направления (придонные). Очевидно, в океане существует многосерийное движение вод, пока еще не изученное.