Этапы эволюции гидросферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Этапы эволюции гидросферы

1. Основные этапы эволюции гидросферы

Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая химически не связанную воду независимо от ее состояния: жидкую, твердую, газообразную.

Земля - самая водная планета Солнечной системы: более 70% ее поверхности покрыто водами Мирового океана.

Вероятно, гидросфера образовалась одновременно с литосферой и атмосферой в результате остывания и дегазации вещества мантии. Химически связанная вода была уже в веществе холодного газово-пылевого протопланетного облака.

Под влиянием глубинного тепла Земли она выделялась и перемещалась к поверхности Земли. Первичный океан, возможно, покрывал почти всю Землю, но не был глубоким. Океаническая вода, вероятно, была теплой, высоко минерализованной. Океан углублялся, а площадь его сокращалась. С поверхности Океана испарялась влага, выпадали обильные дожди.

Пресная вода на суше - результат прохождения океанской воды через атмосферу.

Выделение воды из магмы продолжается до настоящего времени. При извержении вулканов выделяется в среднем за год 1,310⁸т воды. Термальные источники и фумаролы выносят 10⁸ т.

Если допустить, что поступление воды из мантии в литосферу и на ее поверхность было равномерным и составляло в год на 1 см² поверхности планеты всего 0,00011г, то и этого достаточно, чтобы за время существования Земли образовалась гидросфера.

Предполагают также поступления воды из космоса в результате падения на Землю ледяных ядер комет, но ее количество в этом случае невелико.

Гидросфера также теряет воду с испарением ее в Космос, где под действием у/ф лучей H₂O распадается на H₂ и O₂.

2. Водный баланс участка местности

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.

· Атмосферные осадки - один из главных факторов формирования стока рек и главный параметр стоковых характеристик - образуется при конденсации водяного пара, содержащегося в атмосфере, в тех случаях, когда его упругость равна или превышает упругость насыщенного пара при данной температуре воздуха. Водяной пар достигает стадии насыщения обычно поднятии воздушных масс вследствие сильного прогрева атмосферы либо при прохождении атмосферных фронтов.

Режим атмосферных осадков определяется общими климатическими условиями, характером атмосферных процессов, удаленностью от океанов и морей, рельефом. Некоторое влияние на осадки оказывает лес и большие внутренние водоемы.

· В результате конденсации водяного пара на поверхности Земли образуется роса, иней, изморозь и гололед. В течение года в умеренных широтах роса может дать слой осадков 10-50 мм. Изморозь, образуясь в морозную туманную погоду на ветвях деревьев и опадая на почву, может дать дополнительный запас влаги, достигающий 10% общего слоя осадков. Воздух, заполняющий поры и трещины горных пород, содержит водяной пар, движение которого происходит от зон с большей к зонам с меньшей его упругостью.

· Испарение - главный источник поступления водяного пара в атмосферу и основная составляющая водного баланса территории различных размеров. В настоящее время определение испарения приобретает огромное значение при оценке водных ресурсов отдельных районов, проектирования и эксплуатации систем осушения, орошения и пр.

· Поверхностный сток

Речной сток, в отличие от других составляющих водного баланса, - интегральная характеристика речного бассейна. Совокупное изменение во времени расходов воды, уровней, уклонов и скоростей течения называется водным режимом реки

· Подземный сток

Подземные воды могут иметь свободную поверхность (безнапорные воды) или находиться под гидростатическим давлением (напорные воды).

3. Значение круговорота воды в природе

Это непрерывное перемещение воды под воздействием солнечной энергии и силы тяжести. Значение круговорота воды велико, так как он не только объединяет все части гидросферы, но и связывает между собой все оболочки Земли (атмосферу, литосферу, биосферу и гидросферу). Вода во время круговорота может быть в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Она переносит огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле. В процессе круговорота воды в природе происходит постепенное обновление вод во всех частях географической оболочки. Круговорот воды в природе слагается из испарения воды с поверхности океана и суши (на суше основное испарение вод производится растениями), переноса водяного пара воздушными потоками, конденсации пара -- превращения водяного пара в воду, выпадения осадков, их просачивания и стка по земной поверхности в океан. Под действием солнечных лучей океан и суша нагреваются. В результате этого вода переходит из жидкого состояния в газообразное (водяной пар) и поднимается вверх. Океан поставляет 86% влаги в атмосферу, а остальное -- суша. Вода, испаряющаяся с поверхности океана, является пресной. Известно, что с высотой температура в атмосфере понижается. Пары воды, встречаясь со все более холодными; слоями воздуха, начинают остывать и образовывать облака. На суше испарение воды идет не только с помощью растений, здесь вода испаряется с поверхности рек, озер, болот и в результате вулканической деятельности. Часть воды, испарившейся с океана, возвращается в него в виде осадков, которые выпадают из облаков, расположенных над морями и океанами. Другая часть облаков под воздействием ветра переносится на материк. Там из них тоже могут выпадать осадки в жидком или твердом виде. Часть атмосферных осадков попадает в реки, а они в конечном итоге несут воды в моря Мирового океана или в замкнутые водоемы (например, Аральское или Каспийское моря), восполняя их потери при испарении. Другая часть воды, выпавшая на Землю в виде атмосферных осадков, просачивается и с подземными водами стекает в реки или сразу в Мировой океан. Это очень важный этап в круговороте воды, так как он регулирует речной сток во времени: если бы его не было, вода в реках была бы лишь в период выпадения осадков или таяния снегов. Третья часть воды, выпавшая на Землю в виде атмосферных осадков, может проникать в почву и поглощаться корнями растений, а потом по стеблю подниматься к листьям и испаряться. Этот этап круговорота очень важен, так как с водой в корни растения из почвы поступают растворенные минеральные вещества, необходимые для жизнедеятельности растения. Поглощать из почвы нерастворенные минеральные вещества растение не может. Не вся вода возвращается с суши в океан одновременно. Дольше всего она задерживается в ледниках и глубоко залегающих подземных водах Вода, вернувшаяся с суши, может снова испариться и снова попасть на сушу. Так и совершается ее круговорот: океан -- атмосфера --. суша -- океан. Вот этот непрерывный процесс и называют круговоротом воды в природе.

Существенную роль в круговороте воды в природе с недавних пор стала играть деятельность человека. Уничтожение лесов, осушение и орошение земель, создание водохранилищ и плотин, расходование воды на хозяйственные нужды -- все это в значительной мере изменило гидрологические процессы на Земле.

И хотя хозяйственная деятельность мало повлияла на общий объем гидросферы, она заметно влияет на отдельные ее части: сток одних рек уменьшился, других -- увеличился, возросло испарение. Часть воды, которую потребляет человек для производства какой-либо продукции, может надолго выпадать из круговорота воды, поэтому ее называют «безвозвратно изъятой»: хотя ее возвращение и может произойти, но с большой задержкой во времени и на совершенно другой территории.

Другой проблемой является загрязнение большого объема вод в результате хозяйственной деятельности человека. Именно угроза загрязнения водных масс представляет сейчас главную опасность, гораздо большую, чем угроза физической нехватки воды. Загрязненная вода, поступающая в ходе круговорота воды в Мировой океан ведет к гибели живых организмов и нарушению биологического равновесия.

4. Структура глобального и регионального круговорота воды

Источником движения воды на Земле является энергия Солнца. Солнечные лучи попадают на поверхность Земли, передают свою энергию воде и нагревают ее, превращая в пар. В среднем каждый час с 1 квадратного метра водной поверхности испаряется 1 килограмм воды! Теоретически за 1000 лет почти вся вода Мирового океана может побывать в виде пара.

Природная паровая машина планеты создает огромные объемы атмосферной воды, переносит их на значительные расстояния и изливает на Землю в виде атмосферных осадков. Атмосферные осадки попадают в реки, которые несут свои воды в Мировой океан. Так осуществляется круговорот воды в природе.

Различают малый и большой круговорот. Малый круговорот связан с выпадением атмосферной воды в виде осадков в Мировой океан, большой круговорот - в виде осадков на суше.

Ежегодно на суше выпадает около 100 тыс. кубических километров воды. Эти воды пополняют реки и озера, проникают в горные породы. Часть этих вод возвращается в моря и океаны, часть испаряется, а часть используется растениями и живыми организмами для питания и роста, т.е. для доставки питательных веществ из почвы к клеткам, а также для регулирования своей температуры. При этом происходит испарение воды в атмосферу огромные количества воды.

Основная масса воды сосредоточена в океанах. Испараяющаяся с его поверхности вода дает живительную влагу естественным и искусственным экосистемам суши, чем ближе район к океану, тем больше выпадает осадков. Суша постоянно возвращает воду океану, часть воды испаряется, особенно лесами, часть собирается реками, в которые поступают дождевые и снеговые воды после их таяния.

Обмен влагой между океаном и сушей требует очень большого количества энергии: на это затрачивается до 1/3 того, что Земля получает от Солнца. Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал при ее испарении. Если бы не менялся климат, то не мелели бы реки, и не снижался уровень воды в озерах.

Увы! С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели (например, в последние 30 лет реки Сырдарья и Амударья настолько мало несли воды в Аральское море, что оно наполовину уже исчезло), загрязнение Мирового океана и появление на его поверхности нефтяной пленки уменьшило количество воды, испаряемой океаном.

Все это значительно ухудшает водоснабжение биосферы. И не только в южных регионах!

Все более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий. Например, наступившие буквально 3-4 года жаркие летние месяцы в прежде отличавшейся мягким климатом Западной Европе, которые приводят к многочисленным лесным пожарам

5. Влияние физических свойств воды на процессы в географической оболочке

Вода - это жидкость без цвета, запаха и вкуса. Вода не проводит электрический ток, плохо проводит тепло

Физические свойства воды аномальны, вода является единственным веществом на Земле, существующим в жидком, твердом и газообразном состояниях.

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.

Она играет определяющую роль в формировании климата Земли.

6. Химические свойства воды и их значение в природе

Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки.

Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Вода играет уникальную роль как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время -- достаточную сложность образующихся комплексных соединений.

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.

Вода - самое распространенное вещество на поверхности нашей планеты. Она играет определяющую роль в формировании климата Земли. Вода - растворитель и реагент. Большинство реакций в живой и неживой природе протекает в водных растворах и при участии воды. Вода взаимодействует как с простыми, так и со сложными веществами.

7. Речная система и речной бассейн ,морфометрические характеристики

Речная система -- совокупность рек, изливающих воды одним общим руслом или системой протоков в море, озеро или другой водоём. Состоит из главной реки (ствола системы) и притоков первого, второго и следующих порядков. Притоками первого порядка называются реки, непосредственно впадающие в главную реку, второго порядка -- притоки притоков первого порядка и т. д. Иногда наименование порядка рек ведётся, наоборот, от мелких рек к главной. Название речной системы даётся по названию главной реки, которая является обычно наиболее длинной и многоводной рекой в системе. Бассейн водоёма -- территория земной поверхности, с которой все поверхностные и грунтовые воды стекают в данный водоём, включая различные его притоки реки. Чаще всего речь идёт о бассейнах рек. Бассейн каждого водоёма включает в себя поверхностный и подземный водосборы. Поверхностный водосбор представляет собой участок земной поверхности, с которого поступают воды в данную речную систему или определённую реку. Подземный водосбор образуют толщи рыхлых отложений, из которых вода поступает в речную сеть. В общем случае поверхностный и подземный водосборы не совпадают. Но т.к. определение границы подземного водосбора практически очень сложно, то за величину речного бассейна принимается только поверхностный водосбор. Водораздел --условная топографическая линия на земной поверхности, разделяющая водосборы двух или нескольких рек, озёр, морей или океанов

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.

К морфометрическим характеристикам бассейнов относятся параметры речного водосбора: площадь, форма, высота и уклон.

8. Основные звенья круговорота воды в природе

Выделяются следующие осн. звенья круговорота воды: атмосферное, океаническое, материковое, включающие литогенное, почвенное, речное, озёрное, ледниковое, биологическое. С течением времени всё большее значение приобретает хоз. звено. Количественным выражением круговорота воды является водный баланс. Осн. уравнение водного баланса: осадки равны стоку плюс испарение.

Начнем с круговорота воды. Это сложный геофизический процесс, основными звеньями которого являются: испарение воды, перенос ее паров воздушными потоками, образование облакови выпадение осадков, поверхностный и подземный сток вод в океан. В этот тегеологический круговорот воды встраивается биологический (или биотический) круговорот. Растения всасывают воду из почвы, а затем испаряют ее (см. Тране пирация). Часть поглощенной растениями воды идет на построение органических веществ, которые, окисляясь, снова образуют воду (см. Биологическое окисление). Любой живой организм поглощает и выделяет воду, используя при этом энергию, полученную зелеными растениями от солнечного света (см. Фотосинтез). Такимобразом, именно излучаемая в виде света энергия Солнца "вращает колесо"круговорота воды, и не только воды, а и всех других веществ

Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

1. Большой, или мировой, круговорот -- водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная -- очищается.

2. Малый, или океанический, круговорот -- водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.

3. Внутриконтинентальный круговорот -- вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.

В конце концов, осадки в процессе движения опять достигают Мирового океана.

Количественные 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.

Слой стока h (мм) -- количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади этого водосбора.

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 E_c=X_t--У, где Е_с -- испарение с поверхности суши, Х_с -- 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.

Определение средней скорости потока: эмпирические и расчетные методы

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.

9. Происхождение химического состава океанских вод и причины его постоянства

Океанская вода представляет собой насыщенный раствор хлоридов, сульфатов и карбонатов в соотношениях, обратных тем, которые свойственны речным водам, поступающим в океан. Это является одним из следствий генезиса океанской воды, как производной дегазации мантии. Воды континентов - это продукт испарения и конденсации. Протекая по толщам и массивам пород суши они обогащаются различными компонентами, которые и приводят к формированию гидрохимических аномалий в прибрежных частях Мирового океана.

Химический состав водной толщи формируется в результате поступления ювенильной воды и флюидных потоков из мантии, вулканических эманаций, экстракции компонентов из базальтоидов океанической коры. По мнению многих исследователей, океанской водной толще свойственны своеобразные защитные функции, механизмы внутреннего саморегулирования, позволяющие ей сохранять стабильным солевой состав, физико-химическую структуру и объем. Это положение базируется на представлении о том, что поступление вещества в водную толщу океана из различных источников динамически уравновешивается их удалением в донные отложения. Стабилизация океанской водной толщи наступила с эоцена, и с этого же времени масштабно проявился процесс железомарганцевого рудообразования (Андреев и др., 1999).

Таким образом, океанская водная толща может рассматриваться как чрезвычайно своеобразная уникальная геологическая формация. Обладая по существу всеми атрибутами, свойственными геологической формации, водная толща отличается только ей присущими особенностями. В отличие от геологических формаций, сложенных твердыми горными породами, эта формация характеризуется постоянной изменчивостью, эволюцией состава, необыкновенной подвижностью. Она непрерывно обменивается веществом с подстилающими и окружающими формациями сопредельных участков суши. Океанская водная толща выполняет важные рудогенные функции, определяя саму возможность формирования разнообразных месторождений океанского дна: и массивных сульфидов, и металлоносных осадков, и железомарганцевых руд, и фосфоритов, и россыпей. Сама водная толща во всем своем объеме является потенциальным минеральным сырьем. Эта формация, как и некоторые другие океанские образования, находится в стадии формирования, но ей, в отличие от этих образований, суждено, по всей видимости, оставаться вечно самой молодой формацией.

океанская вода является продуктом дегазации мантии, ее состав, как и состав осадков Мирового океана, определяется подводным вулканизмом, который является одним из основных механизмов дегазации мантии. Именно подводный вулканизм постоянно пополняет водные запасы и комплекс растворенных в них солей. Мантийные флюидные потоки, извержения вулканов, поствулканическая гидротермальная деятельность - это те, реально фиксируемые процессы, которые являются основными поставщиками металлов для формирования оксидных железомарганцевых руд.

Вторым и, по-видимому, не менее существенным источником металлов является выщелачивание их из базальтов, как диффузионное, особенно в зонах развития трещинных структур, так и в результате функционирования конвективных гидротермальных систем.

Несмотря на различное содержание главных солей в океанской воде, соотношения между величинами их концентрации в водах Мирового океана остаются одинаковыми. В этом заключается постоянство солевого состава океанской воды - одна из важнейших ее природных черт.

Соленость вместе с температурой определяет плотность воды, причем плотные слои лежат под менее плотными, образуя систему устойчивого вертикального равновесия.

Относительное постоянство химического состава океанских вод при солености в 3,5 вес свидетельствует о хорошем перемешивании верхней 200-метровой толщи поверхностной воды в течение достаточно продолжительных интервалов. Возникающие под действием ветра в этих поверхностных водных слоях течения производят полное перемешивание в среднем за несколько десятилетий. В более глубоких водах главную роль играет не ветер, а опускание холодных водных масс в приполярных районах. Холодная тяжелая вода погружается под слои, характеризующиеся меньшей плотностью, и движется в направлении к низким широтам. Этот процесс приводит также к постепенному перемешиванию, однако на него уходит от 1000 до 2000 лет.

Уровенный и водный режим рек

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.

Колебания уровня воды в реках теснейшим образом связаны с режимом стока, вместе с тем, в отличие от последнего, на уровенный режим водотоков большое влияние оказывают морфологические особенности строения русла (характер и размеры поперечного профиля, уклоны и др.). Поэтому уровенный режим тех или иных рек при внешнем их сходстве может быть совершенно отличным не только для каждой из рек, но и для отдельных их участков. Это и определяет значительные трудности при географических обобщениях по данному элементу режима рек.

Распределение солености поверхностного слоя океанских вод от экватора к полюсам

В распределении солености поверхностных вод прослеживается зональность, обусловленная прежде всего соотношением выпадающих атмосферных осадков и испарения. Уменьшают соленость сток речных вод и тающие айсберги. В приэкваториальных широтах, где осадков выпадает больше, чем испаряется, и велик речной сток, соленость 34-35 промилле. В тропических широтах мало осадков, но велико испарение, поэтому соленость составляет 37 промилле. В умеренных широтах соленость близка к 35, а в приполярных - наименьшая (32-33 промилле), т.к. количество осадков здесь больше испарения, велик речной сток, особенно сибирских рек, много айсбергов, главным образом вокруг Антарктиды и Гренландии. Широтную закономерность солености нарушают морские течения. Например, в умеренных широтах соленость больше у западных побережий материков, куда поступают тропические воды, меньше - у восточных берегов, омываемых полярными водами. Наименьшей соленостью обладают прибрежные воды близ устьев рек. Максимальная соленость наблюдается в тропических внутренних морях, окруженных пустынями. Соленость влияет на другие свойства воды, такие, как плотность, температура замерзания и т.д.

Классификация водного режима рек по М,И, Львовичу

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.

Несмотря на несовершенство методов количественной оценки роли источников питания в годовом стоке, применение этих методов дает возможность произвести генетический анализ водного режима рек и классифицировать их по источникам питания. Такая классификация для рек СССР была разработана М. И. Львовичем. При количественной оценке каждого источника питания -- снежного покрова S, дождевых вод R и грунтовых вод U -- Львович принял следующие градации: более 80, 50--80 и менее 50%. Для ледникового питания G, учитывая специфику этого источника питания предложена своя градация: более 50, 25--50 и менее 25% Если в годовом стоке рек более 80% приходится на один из первых трех источников питания, то река, по Львовичу, принадлежит к типу рек чисто снегового, дождевого или подземного питания. Если доля стока за счет одного из источников питания составляет 50--80% река относится к типу рек преимущественно снегового, дождевого или подземного питания. И наконец, при доле стока за счет одного из трех источников питания менее 50% река принадлежит к типу рек смешанного питания. Отнесение реки к тому или иному типу при участии в питании ее талых вод высокогорных снегов и ледников производится в соответствии с установленными для этого случая градациями

гидросфера баланс круговорот

10. Влияние солености и температуры на циркуляцию океанских вод

Термохалимнная циркулямция -- циркуляция, создаваемая за счет перепада плотности, образовавшегося вследствие неоднородности распределения температуры и солёности в океане.

Термин Термохалимнная циркулямция относится к той части крупномасштабной океанической циркуляции которая вызывается градиентами плотности в результате действия потоков пресной воды и тепла. Прилагательное термохалинный состоит из двух частей: термо -- температура и халин -- солёность. Эти два фактора (температура и солёность) вместе определяют плотность морской воды. Ветровые поверхностные течения (такие как Гольфстрим) перемещают воды из экваториальной части Атлантического океана к северу. Эти воды попутно охлаждаются и в итоге за счёт увеличившейся плотности погружаются ко дну (формируя Северо-Атлантическую глубинную водную массу). Плотные воды на глубинах перемещаются в сторону, противоположную направлению движения ветровых течений. Хотя большая их часть поднимается обратно к поверхности в районе Южного океана, самые старые из них (с транзитным временем около 1600 лет) поднимаются в северной части Тихого океана (Primeau, 2005). Таким образом между океанскими бассейнами существует постоянное перемешивание, которое уменьшает разницу между ними и объединяет океаны Земли в глобальную систему. Во время движения водные массы постоянно перемещают как энергию (в форме тепла), так и вещество (частицы, растворённые вещества и газы), поэтому термохалинная циркуляция существенно влияет на климат Земли.

Термохалинную циркуляцию часто называют океанским конвейером, или океанской конвейерной лентой

Вертикальное перемешивание действует неразрывно с процессами горизонтальной циркуляции океанских вод. Вместе они представляют основной механизм перераспределения температуры и солености. Течения, идущие из областей с интенсивным испарением, несут в более холодные зоны теплые воды с повышенной соленостью. Таким образом, образуются теплые течения. Они влияют на климат не только океана, но и прилегающих районов суши. Наоборот, течения, направленные из более холодных зон, несут плотные холодные воды. Эти воды, как правило, менее соленые. Они в свою очередь создают отрицательные аномалии гидрологического режима в тех районах, которых они достигают. Например, у восточных берегов океанов в Южном полушарии широко известно их охлаждающее влияние на климат прилегающих районов.

11. Типы озер по происхождению озерной котловины 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.

12. Общие закономерности направления поверхностных течений в Мировом океане

Последовательная зональная смена макроциркуляционных систем (крупномасштабная система движений) является общей закономерностью планетарной циркуляции вод.

В соответствии с зональным распределением солнечной энергии по поверхности планеты и в океане, и в атмосфере создаются однотипные и генетически связанные циркуляционные системы. Перемещение водных и воздушных масс определяется общей для атмо- и гидросферы закономерностью: неравномерным нагреванием и охлаждением поверхности Земли. От этого макроциркулярные системы более или менее симметрично располагаются по обе стороны от экватора.

От него в низких широтах возникают восходящие токи (циклонические вихри) и убыль масс, в других - высоких широтах развиваются нисходящие токи, происходит увеличение масс (воды, воздуха), что характерно для антициклональных вихревых систем. Взаимодействие этих систем и есть циркуляция, движения атмо- и гидросферы.

В тропических областях характер движений антициклонический, то есть течения движутся по часовой стрелке, а в умеренных и субполярных широтах течения образуют круговорот, направленный против часовой стрелки, то есть имеют циклонический характер. И циклонические, и антициклонические вихри в океане соответствуют климатическим минимумам и максимумам атмосферного давления.

Антициклонические и циклонические круговороты в каждом полушарии связаны между собой таким образом, что одни и те же потоки (течения) являются одновременно периферийной частью двух круговоротов.

Наиболее интенсивный вертикальный обмен осуществляется в зонах конвергенции (схождения) и дивергенции (расхождения) потоков водных масс. В зонах конвергенции наблюдается погружение водных масс, в зонах дивергенции - подъём их к поверхности, называемый апвелингом. Зоны дивергенции формируются в областях циклонических круговоротов, где центробежные силы разносят воды от периферии к центру и возникает подъём вод в центральной части круговорота. Дивергенция возникает у берегов и там, где преобладает ветер с суши (сгон поверхностных вод). В антициклональных системах и в тех прибрежных зонах, где господствует ветер с океана, происходит опускание вод.

Распределение зон конвергенции и дивергенции однотипно в различных океанах. Несколько севернее экватора располагается экваториальная конвергенция. По обе стороны от неё по ложбинам тропических циклонических систем протягиваются тропические дивергенции, затем по осям субтропических антициклонических систем - субтропические конвергенции. Высокоширотным циклоническим системам соответствуют полярные дивергенции, гребню арктического круговорота воды соответствует арктическая конвергенция.

Это идеальная (осреднённая) схема поверхностных течений океана. Реальная, конкретная ситуация гораздо сложнее, поскольку течения меняют скорость, интенсивность, а иногда и направление. Некоторые из них временами исчезают. Океанические потоки имеют сложную структуру. Подобно рекам, они меандрируют, образуя завихрения меньших размеров (300-400 км в диаметре).

Структура поверхностных океанических течений, захватывающих верхние сотни метров, в основных чертах совпадают со структурой атмосферной циркуляции. Исключение составляют западные течения, замыкающие круговороты и идущие необязательно по ветру, плюс межпассатные противотечения. Следовательно, в природе существует более сложная, нежели простая, связь ветер - океанические течения. Действительные противотечения.

13. Влияние физико-географических условий на речной сток

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.

14. Волновые движения в океанских и континентальных поверхностных водах

Волновые движения возникают в результате трения ветра о водную поверхность. Зародыши волн - это мелкая рябь. Усиление ветра вызывает перемещение воды по замкнутым или почти замкнутым орбитам, которые имеют наибольшие размеры близ поверхности, уменьшаются с глубиной и изменяются по форме в пределах мелководья, где круговое движение сменяется эллипсоидальным.

В открытом море волны имеют колебательный характер, при котором подавляющая часть воды не испытывает поступательного движения в горизонтальном направлении. У берегов или в области мелководья колебательная волна превращается в поступательную волну, она опрокидывается и с силой ударяется о крутой берег, производя разрушение, или заливает низменные побережья на многие десятки метров.

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.

15. Термический режим озер

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. 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.

Классификация океанских течений по происхождению

Течения - это горизонтально направленный поток воды, имеющий определенную скорость и направление.Течения подразделяются по различным признакам: силам, вызывающим их образование, направлению движения, устойчивости, физическим свойствам.

1 Подразделение течений по силам их вызывающим

В зависимости от сил, возбуждающих течения, они объединяются вследующие группы: 1) фрикционные, 2) гравитационно-градиентные,3) приливные, 4) инерционные.

1) Фрикционные течения делятся на дрейфовые и ветровые, которыеформируются при участии сил трения.

Ветровые течения вызываются временными и непродолжительными ветрами, наклона уровня при этом не происходит.

Дрейфовые течения создаются постоянными или длительно дующими ветрами и приводят к наклону уровенной поверхности (Северное и Южное .Экваториальное или Пассатные течения Атлантического и Тихого океанов,Южное Экваториальное течение Индийского океана). Муссонные течения северной части Индийского океана, Антарктическое круговое, Арктический дрейф также являются дрейфовыми.

2) Гравитационно-градиентные течения в зависимости от причин, создающих наклон поверхности моря, подразделяются на:

а) сгонно-нагонные, обусловленные нагоном и сгоном вод под действием ветра;

б) бароградиентные, связанные с изменением атмосферного давления. Рост (падение) атмосферного давления на 1 мб приводит к понижению (повышению) уровня моря на 1,33 см. Бароградиентные течения направлены из области более высокого стояния уровня (пониженное давление) в область с низким положением уровня (повышенное атмосферное давление);

в) стоковые течения формируются в результате наклона поверхности моря, вызванного притоком речных вод с суши (Обь-Енисейское и Ленское течения в Карском море и море Лаптевых, течение в Каспийском море, связанное со стоком Волги), атмосферными осадками, испарением, притоком вод из др. района или их оттоком. Разновидностью стоковых течений являются сточные течения, вызванные притоком вод из др. района (Флоридское течение, дающее начало Гольфстриму). Дрейфовое Карибское течение нагоняет в Мексиканский залив большую массу воды, где уровень повышается. Избыточные воды через Флоридский пролив устремляются сточным течением в Атлантический океан;

г) градиентные течения, обусловленные горизонтальным градиентом плотности воды, называются плотностными. Плотность воды в океане, в общем, увеличивается от экватора к полюсам.