Этапы эволюции гидросферы

д) компенсационные течения, восполняющие убыль воды вследствие оттока. В результате оттока вод из восточных районов океанов иод действием пассатов создается дефицит массы, который восполняется компенсационным

экваториальным противотечением.

3) Приливные течения, возникающие под воздействием приливообразующих сил Луны и Солнца. Они отличаются тем, что охватывают всю толщу воды. Изменение скорости от поверхности до дна происходит незначительно. Они характерны в узкостях (заливах, проливах) - скорость достигает до 5-10 м/с.

4) Инерционные течения -- это остаточные потоки, наблюдающиеся после прекращения действия сил, вызвавших движение.

2 По направлению выделяют зональные и меридиональные течения.

Зональные имеют направление близкое к широтному и перемещаются на восток или запад Меридиональные течения, связывающие зональные в единую систему. Они подразделяются на западные пограничные(Гольфстрим, Бразильское, Агульясово. Куросио, Восточно-Австралийское) - узкие и быстрые и восточные пограничные (Канарское, Бенгельское, Калифорнийское, Перуанское, Западно-

Австралийское) - течения широкие и медленные.

3 По расположению выделяют противотечения в горизонтальной и вертикальной плоскости.

4 По времени действия (устойчивости) течения можно подразделить на постоянные, периодические и временные (случайные).

5 По характеру движения течения подразделяют на прямолинейные, криволинейные, циклонические и антициклонические.

6 По физико-химическим свойствам различают течения холодные, тёплые, опресненные, осолонённые и нейтральные.

Меридиональные течения, направленные от экватора к полюсам являются всегда теплыми, от субтропиков - всегда солёными и наоборот. Характер зональных течений определяется соотношением температуры или солёности вод течения и окружающих его вод. Если температура течения выше температуры окружающих вод, течения называют тёплым, если ниже - холодным. Аналогично

определяются солёные и распреснённые течения. Нейтральные течения (например, пассатные в центральных частях океанов) несут воды, не отличающиеся от окружающих по температуре и солёности.

Географическое распространение озер

В формировании озерности территории наибольшее значение имеют атмосферное увлажнение и рельеф. Чем больше увлажнение, тем больше должно быть озер. По этой причине гумидные области Земли - Северо-Западная Европа, Север Сибири, Канада - богаты озерами.

Однако положительный водный баланс и большой сток спо собствуют эрозионному расчленению рельефа, эродированию бортов котловин, спуску озер и заполнению их наносами, и в целом-уменьшению озерности. Эрозионное расчленение местности увеличивается с ее возрастом. Поэтому в одной и той же климатической области озерность зависит от возраста рельефа: территории с молодым рельефом, например, Валдайская, возвышенность, богаты озерами, с древним, например Среднерусская, бедны ими. Возвышенности обильнее увлажняются, с них начинаются реки, пока возвышенности молоды, озер на них много, а затем, именно благодаря обилию влаги, расчленяющей рельеф, озера оказываются спущенными.

В пустынной Средней Азии площадь озер тоже большая (если считатъ Каспий, Арал и Балхаш), не соответствующая ничтожному атмосферному увлажнению. В аридном климате эрозионные оцессы идут слабо, много замкнутых котловин. Реки, несущие да воду из других климатических районов, достигают ближайшей котловины и заполняют ее. В силу высокого испарения воды в реках недостаточно для переполнения котловины, эродирования краев и дальнейшего течения. Так образуются многочисленные замкнутые озера Казахстана, Средней, Центральной и Передней Азии, Тибета, Большого бассейна, Мексиканского нагорья и Австралии.

Следовательно, взаимодействие климата (атмосферной влаги) рельефа (горных пород) в образовании озер противоречивое. От характера этого взаимодействия зависит озерность территории. Расчленение страны определяется не только геологическим возрастом рельефа, но и характером горных пород и высотой над уровнем моря. Так, граниты Балтийского щита, лишь немного поднятые над уровнем моря, слабо поддаются расчленению. Если учесть также влажный климат и послеледниковый возраст рельефа, станет понятным изобилие озер в Финляндии и Карелии.

Географические типы и распространение озер. Озера-один из компонентов целостной географической оболочки. Каждой природной зоне свойственна определенная озерность как в количественном отношении (число озер), так и в качественном (их характер или типы). Озеро, аналогично типу местности или ландшафту, представляет собой ярко выраженную геосистему, образованную озерной котловиной, водной массой, воздухом и живым веществом (растениями и животными). Перечисленные компоненты геосистемы находятся во взаимодействии, и взаимозависимости.

Озерность территории аналогична густоте речной сети. Она характеризуется следующими показателями: 1) отношением суммарной площади зеркала водоемов региона к общей его площади, выраженном в процентах; 2) количеством озер всех размеров на 1000 км² площади; 3) количеством озер размером в 1 км² и более на 1000 км² площади; 4) общим числом озер в районе.

Взаимодействие в системе океан-атмосфера

Взаимодействие океана и атмосферы определяет погоду и климат различных областей земного шара, тепловой и динамический режим Мирового океана. Практическое значение решения этой проблемы очевидно - оно открывает пути для разработки более совершенного долгосрочного прогноза погоды, прогноза изменения климата, прогноза режима Мирового океана. Сейчас эта проблема стала одной из важнейших проблем.

Океан и атмосфера соприкасаются на пространстве, составляющем около 71% поверхности планеты. На всем этом пространстве между газовой и жидкой оболочками Земли происходит непрерывное взаимодействие в разнообразных процессах. Только приливные явления, из всех происходящих в Мировом океане процессов, могут рассматриваться независимо в океане и атмосфере.

Все процессы в океане и атмосфере возбуждаются единым источником энергии - солнечным излучением - и представляют собой различные части единого механизма, в котором происходит трансформация тепловой энергии Солнца в другие виды энергии.

Тепловое и динамическое взаимодействие, обмен влагой являются основными процессами во взаимодействии океана и атмосферы. Именно эти процессы имеются в виду, когда рассматривается проблема взаимодействия океана и атмосферы. В нее входит и взаимодействие атмосферы с поверхностью материков, без которого крупномасштабное взаимодействие было бы не полным.

В тепловом отношении океан более активен, так как обладает большим запасом тепла, а атмосфера более активна в динамическом - в силу большей подвижности и больших запасов кинетической энергии.

В ряде отдельных процессов можно видеть преобладание определенно направленного воздействия атмосферы на океан или океана на атмосферу. Однако в целом процессы взаимодействия в системе океан-атмосфера происходят с активной обратной связью. Поэтому причины и следствия в цепи взаимодействия могут меняться местами, и в большинстве случаев невозможно указать, находятся причины в атмосфере или в океане.

В результате теплового и динамического взаимодействия газообразной и жидкой оболочек Земли создается основной фон жизни океана и атмосферы, на котором развиваются все остальные физические, а также химические, биологические и геологические процессы, поглощающие несравненно меньшую часть приходящей на Землю солнечной энергии.

Воздействие атмосферы на океан проявляется в основном в передаче ему количества движения. Под действием касательного напряжения и пульсаций давления турбулизированного ветрового потока в океане возникают дрейфовые течения, ветровое волнение, внутренние волны. Энергией циркуляции атмосферы, т.е. режимом преобладающих ветров над океанами, обусловлены главные черты системы общей циркуляции вод океана, ветрового волнения, уровенной поверхности. Кроме того, колебания атмосферного давления, особенно при прохождении циклонов, создают в океане градиентные течения, долгопериодные внутренние волны, сгонно-нагонные изменения уровня.

Воздействие океана на атмосферу проявляется главным образом в передаче ей тепла и влаги. Существенную роль при этом играет скрытая теплота, содержащаяся в водяном паре и реализуемая атмосферой в районах конденсации. Тепло океана передается в атмосферу процессами испарения, турбулентного теплооомена и длинноволнового излучения с поверхности океана.

Благодаря большой тепловой инерции деятельного слоя океана его тепловое состояние более стабильно и меняется во времени медленнее, чем тепловое состояние атмосферы. Поэтому крупномасштабные движения в атмосфере стремятся приспособиться к тепловому состоянию океана.

Распределение величин результирующего теплообмена океана с атмосферой определяет районы наибольшего поступления тепловой энергии в атмосферу, а следовательно, определяет и районы наибольшей термодинамической активности в атмосфере. Такими районами являются, в частности, системы течений Гольфстрим и Куросио.

Важную роль регулятора в процессах взаимодействия океана с атмосферой играет облачность. В облачности при конденсации выделяется скрытая теплота испарения, но в тоже время она экранирует прямую солнечную радиацию. Поэтому распределение облачности создает неравномерность в прогреве верхних слоев океана. Длительные аномалии в количестве облаков над данным районом океана способствуют образованию аномалий теплосодержания деятельного слоя. При этом изменяется испарение, турбулентный и лучистый теплообмен океана с атмосферой, что соответствующим образом изменяет облачность и другие характеристики атмосферы. Таким образом, облачность осуществляет обратную связь в процессах воздействия океана на атмосферу и может придавать этим процессам колебательный характер.

В районах частой повторяемости штормов резко увеличиваются турбулентные потоки тепла и влаги, в результате чего эти области являются очагами интенсивного взаимодействия океана и aтмосферы.

Морской лед также играет роль своеобразного регулятора в теплопередаче от океана в атмосферу в полярных областях, уменьшая теплообмен между океаном и атмосферой.

Взаимодействие в системе океан-литосфера

Литосфера- это определенная твердая оболочка Земли, которая состоит из некоторых составляющих, земная кора, мантия и астеносфера, где существует появление сейсмических волн, которое и дает понять о том, что начинается изменение пластов пород. Существуют определенные блоки, которые и составляют литосферу, литосферные плиты, они двигаются относительно пластичной астеносфере. Данный процесс в науке считается как тектоника плит. Кроме всего вышеизложенного так же стоит указать на то, что литосфера значительно отличается по своему строению под океанами и континентами.

Под океаном литосфера значительно видоизменилась, это произошло по причине происхождения множественных этапов плавления, и появилась определенная океаническая кора, такая кора состоит в основном из дунитов и гарцбургитов. В настоящее время существует определенный термин сиаль, который установлен для того, что бы иметь обозначение внешней оболочки литосферы.

Почва представляет собой очень важный элемент, составляющий всю биосферу планеты. Почвенный покров выполняет очень много различных функций, то есть стоит указать на то, что он является определенным биологическим поглотителем. Стоит так же обратить внимание на то, что если данное звено всей цепи биосферы будет разорвано, то произойдут просто катастрофически изменения, которые могут привести к полной гибели. Поэтому в настоящее время очень серьезно изучается литосфера.

Под океанами литосфера значительно тоньше и образует как бы своеобразный свод, куда из массива астеносферы, т.е. верхней, очень своеобразной части верхней мантии «всплывают» образовавшиеся при гидротермальных взрывах океанической воды в недрах астеносферы биогенные и абиогенные углеводороды.

Литосферные плиты различаются не только размером, но также составом пород и толщиной. Под глубоководными частями океанов литосфера намного тоньше, чем в пределах континентов и обширных мелководий - шельфов. Огромная Тихоокеанская плита, которая подстилает западную часть океана, образовалась целиком из тонкой океанической литосферы. Большинство же плит в одной своей части образованы континентальной литосферой, в другой - океаническое Например, одна часть Южно-Американской плиты - это континент, другая её часть находится на дне Южной Атлантики. А в Африканской плато континентальная литосфера окружена океанической с трёх сторон. Замечено, что чем больше толстой континентальной литосферы, тем меньше подвижность плиты. Это неудивительно, потому что под континентами остаётся меньше места для вязкого слоя - астеносферы, которая к тому же не так разогрета и не так пластична, как под океаном. Быстрее всех остальных двигаются океанические плиты.

Болота. Классификация болот по условиям образования и водоминерального питания

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.

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.

Стадии эволюции болот. Значение болот в природе и для человека

1. Низинные болота располагаются в понижениях рельефа и характеризуются плоской или вогнутой поверхностью. Помимо атмосферных осадков, в их питании участвуют грунтовые или речные воды, которые обладают значительно большим содержанием минеральных питательных веществ. Поэтому здесь развивается так называемая автотрофная растительность, т. е. растительность, требовательная к условиям питания (осоки, хвощи, зеленые мхи, а из древесных -- ольха, береза). Торфяники, образующиеся из остатков автотрофной растительности, часто обладают большой зольностью и малой калорийностью. Низинные болота часто образуются на месте озерных водоемов, постепенно зарастающих и заболачивающихся.

Интенсивность зарастания и заболачивания водоема зависит от рельефа его дна и берегов. Широко распространены процессы зарастания и заболачивания в озерах с плоским дном и пологими берегами. Как было сказано, в озерах происходит интенсивный процесс осадконакопления, образование разнообразных илов. В этом процессе значительная роль принадлежит мельчайшим планктонным организмам, которые при отмирании падают на дно водоема и образуют сапропелевый рыхлый осадок.

В мелководной части озера поселяется влаголюбивая растительность, закономерно сменяющаяся по глубине. Наиболее мелководной является осока, на глубине 1--2 м живет тростник -- рогоз, на глубине 2--3 м -- камыш, а на глубине 4--5 м -- подводные рдесты и водяные лилии.

Отмирающая растительность падает на дно водоема, где накапливается и подвергается лишь слабому разложению вследствие недостатка в воде кислорода. По мере обмеления озера растительность захватывает все новые и новые пространства, прибрежные растения продвигаются ближе к центру водоема, сохраняя ту же последовательность. Все эти виды растительности образуют торф соответственного состава.

Несколько иначе протекает процесс в застойных озерах с крутыми берегами и большей глубиной близ последних. В таких озерах в местах, защищенных от ветра и волнений, на поверхности воды поселяется плавающая растительность -- белокрыльник, сабельник с длинными стелющимися по поверхности корневищами, внутри которых поселяются мхи и некоторые другие растения. Таким способом образуется плавающий на воде «ковер» растительности, называемый сплавиной. По мере увеличения мощности «ковра» происходит погружение сплавины. Снизу от нее отрываются отмершие, полуразложившиеся части растений и падают на дно, где и накапливаются. Этот процесс постепенно может привести к тому, что сплавина и накапливающиеся на дне растительные остатки сомкнутся и превратятся из «зыбкого» болота (когда сплавина покрывает водную поверхность озера) в сплошное плотное болото. С. М. Тюремнов указывает на одновременное участие в заторфовывании водоема и зарастания снизу, и нарастания сверху.

2. Верховые болота располагаются обычно на водоразделах имеют выпуклую поверхность. Грунтовые воды в них залегают глубоко, а основное питание осуществляется преимущественно поверхностными (атмосферными) водами, бедными минеральными солями. Вследствие этого здесь развивается олиготрофная растительность, мало требовательная к содержанию питательных веществ, и среди нее важнейший торфообразователь -- сфагновый мох. Остатки такой растительности образуют торфяные накопления, отличающиеся высокой калорийностью и малой зольностью.

4. Болота приморских низин особенно характерны для тропических и субтропических зон. Они развиты на низменном атлантическом побережье Северной Америки, на островах Индонезии и в других районах. Особенностью приморских низин является значительная обводненность. Они периодически во время приливов или постоянно заливаются водой. В таких условиях преобладают лесные болота. При этом древесная растительность приспосабливает: длительному существованию под водой своеобразным развитием корневой системы. Она расходится в разные стороны по радиусам нам коленообразными изгибами от ствола дерева и снабжена приспособлениями для дыхания, расположенными над уровнем воды. Эти воздушные «дыхательные корни» снабжают воздухом подводные часта корневой системы. Расходясь от ствола во всех направлениях, они служат как бы подпорками и обеспечивают устойчивость дерева. Примером являются мангровые лесные заросли тропиков

Болота -- это устойчивые экологические системы. Их устойчивость обеспечивается сложностью и значительным количеством входящих в них компонентов и взаимосвязей. Болота важны не только для живущих в них организмов: зверей и птиц, рыб и насекомых, растений, грибов и лишайников. Они играют первостепенную роль для тех, кто проводит лишь часть своей жизни на болотах.

В болотах гнездятся и кормятся многие птицы: тетерева, глухари, рябчики, белая куропатка, питающиеся ягодами на торфяниках. Болота -- основные места, где держатся утки, гуси, лысухи, журавли, кулики, цапли и другие птицы. Перелетные водоплавающие птицы часто выводят потомство на одном болоте, отдыхают во время перелета на другом, а зимуют за тысячи километров -- на третьем. Ученые установили, что численность водоплавающих птиц находится в прямой зависимости от площади прудов и болот. Причем основным фактором, определяющим численность, является площадь водной поверхности в период размножения.

На лесных реках с заболоченными берегами любят селиться бобры, перегораживая русло реки плотинами, что увеличивает влажность в окружающих экосистемах. По некоторым данным для полноценного восстановления лесов исходного типа, которые вырубил человек, необходима деятельность бобров и наличие болотистых участков. Кроме бобров, в поймах живут другие пушные звери -- норка, ондатра. А медведи, лоси, олени, кабаны, косули приходят на торфяники в поисках ягод.

Если уничтожить болота, погибнут не только растения и животные болот, но и многие из тех животных, которые обитают поблизости, так как зачастую болота являются местом укрытия -- в них прячутся птицы и звери от своих преследователей.

Для болот характерна не только разнообразная фауна, но и уникальная флора. Растения болот активно поглощают энергию Солнца и в процессе фотосинтеза создают огромную биомассу, которую может использовать человек.

Торфяные мхи -- первые поселенцы на голых камнях и скалах, на почве, непригодной для других растений. Именно благодаря им камни и скалы постепенно покрываются растительностью.

Болота важны и для поддержания водного уровня в смежных биоценозах. Полное осушение болота может погубить близлежащий район. Если близко море, морская вода потом вторгнется в подземные воды, используемые в качестве питьевой воды в городах, расположенных на побережье.

Множество малых рек, ручьев и притоков крупных рек берут свое начало в верховых болотах, и если болота осушить, реки лишатся питающих их истоков. Даже в том случае, когда болота не делятся водой с реками, они замедляют поверхностный сток воды, выпадающей на Землю в виде осадков, и это очень важно, так как вода должна стекать по земле как можно медленнее, чтобы предотвратить эрозию.

Кроме осушения болот для добычи торфа или для вовлечения болотных угодий в сельское хозяйство на болотных землях иногда пасут скот.

Человек использует болотные растения, имеющие пищевую и лекарственную ценность.

Особенности распределения жизни в океане. Биопродуктивность океанских вод

По условиям существования в океане выделяются две различных области (биохора): толща воды (пелагиаль) и дно (бенталь). Бенталь разделяется на прибрежную литораль, имеющую глубины _000 м, и глубинную -- абиссаль.

В процессе эволюции одни организмы приспособились к тому, чтобы добывать себе пищу, активно перемещаясь по всей толще вод; другие живут за счет того, что они могут получать, пассивно перемещаясь течениями, третьи обосновались на дне океана. В соответствии с образом жизни все организмы подразделяются на 3 группы: нектон, планктон и бентос, что в переводе с греческого означает “плавающий”, “парящий” и “глубинный”.

Планктон состоит из мелких растительных и животных организмов, не обладающих способностью активно перемещаться на большом расстояния. Представлен бактериями, грибами, водорослями, мелкими рачками, червями, медузами, кишечнополостными, иглокожими, моллюсками, а также икрой и личинками рыб. Особенно разнообразен и высокопродуктивен фитопланктон: известно около 2000 видов микроводорослей. Наиболее древними являются сине-зеленые водоросли, не претерпевшие существенных изменений в течение последних 500 млн лет. Отсюда сделано заключение о постоянстве солевого и ионного составов Мирового океана.

Нектон представлен такими активно плавающими животными, какими являются рыбы, кальмары и осьминоги, морские звери и киты, морские змеи и черепахи.

Бентос объединяет растения и животных, населяющих дно и другие твердые основания, к которым организмы могут прикрепляться (скалы, подводные горы, различные портовые сооружения, днища судов и т. п.). Одни из них никогда не отделяются от основания, подобно водорослям, кораллам, некоторым моллюскам. Другие свободно покидают дно, как это делают камбалы и скаты. Третьи закапываются в грунт, что свойственно многим моллюскам, ракообразным и червям. Благодаря интенсивному развитию жизни в прибрежных районах И соответственно наибольшему количеству органических остатков, оседающих на материковой отмели, здесь сосредоточено свыше 99% всех видов бентонических организмов.

Мировой океан обладает огромными биологическими ресурсами. Общая биомасса составляет примерно 35 млрд т. При этом на долю животных приходится 32,5 млрд т., а водорослей -- 1,7 млрд т. То обстоятельство, что биомасса животных в два десятка раз больше растительной, объясняется исключительно высокой продукцией одноклеточных планктонных водорослей. Например, одна диатомовая водоросль за месяц способна дать 10 млн экземпляров. К тому же одноклеточные водоросли отличаются высокой питательностью. В водорослях содержится в 2--4 раза больше белков, чем в сене, и примерно столько же жиров. Места обильного развития фитопланктона -- места повышенного плодородия в океане, богатые жизнью вообще. Распределение биомассы в Мировом океане подчинено в общем тем же закономерностям, что и на суше. Вместе с тем имеется ряд особенностей, присущих только океану.

В океане, как и на суше, прослеживается чередование поясов с повышенной и пониженной фито- и зоомассой. Но если на суше распределение численности животных организмов зависит прежде всего от температуры и количества осадков и имеет зональный характер, то в океане биомасса того или иного района зависит прежде всего от скорости поступления питательных веществ с восходящими движениями воды. Поэтому в океане величина биомассы связана в первую очередь с типом циркуляции. Вторая особенность жизни в океане -- ее концентрация в шельфовой зоне, что также связано с интенсивностью вертикального перемешивания. Наименее продуктивными районами Мирового океана являются акватории, в пределах которых располагаются антициклонические циркуляционные системы. Это обширнейшие океанические пустыни, где в условиях преобладания нисходящих движений количество биогенных элементов оказывается предельно низким.

В северных частях Атлантического и Тихого океанов, в восточно-тропических и некоторых других районах, где располагаются циклонические круговороты вод, благодаря восходящим движениям происходит вынос из глубин питательных веществ. Благоприятные экологические условия здесь способствуют росту биомассы.

Изучение экологических условий и их влияния на фауну и флору океана имеет не только важное научное, но и огромное практическое значение. Эти сведения необходимы для рациональной организации промысла, поисков путей управления биологической продуктивностью и создания морского фермерства.

Формирование 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.

Генетическая классификация ледников

Типы ледников. Ледники в зависимости от климатических условий и рельефа отличаются большим разнообразием. Наиболее характерные их типы следующие: 1) ледники горных склонов, 2) долинные ледники, 3) ледники горных вершин, 4) сложные ледниковые комплексы.

1. На склонах горных хребтов или отдельных гор часто встречаются так называемые висячие ледники. Эти ледники не приурочены к каким-либо резко выраженным понижениям рельефа. Они почти никогда не спускаются к подошве горы, а висят высоко, словно приклеенные всей своей массой к склону. Ледники, занимающие на склонах гор нишеобразные углубления с крутыми стенками и плоским дном, называются каровыми или мульдовыми.

2. Долинные ледники образуют наиболее характерную группу. Свойства этих ледников изучены лучше, чем ледников других типов. Ледники этого типа занимают более или менее значительную часть долины, верхняя часть которой, расширенная в виде чаши, служит бассейном для накопления твердых атмосферных осадков, а участок, расположенный ниже области накопления твердых осадков, является каналом истечения льда, вместилищем ледникового языка. Долинный ледник, состоящий из одного ледяного потока, называют простым, если же он имеет боковые притоки, его называют сложным. Простые долинные ледники характерны для Альп, поэтому их иногда определяют как альпийский тип.

Среди простых ледников выделяют особый тип, называемый туркестанским, питание которого происходит главным образом за счет снежных лавин.

Среди сложных ледников выделяют древовидный тип, образующийся в условиях обильного питания, когда на склонах главной долины возникают боковые ледники, спускающиеся в главную долину. Таков, например, ледник Федченко, Зеравшанский, Иныльчек и др.

К разновидностям долинных ледников принадлежат ледники висячих долин и асимметричные ледники. Первые заполняют частично или полностью висячие долины. Заполняя долину полностью, ледник этого типа высоко повисает над главной долиной либо низвергается ледопадом. Асимметричные ледники представляют собой остатки сложных ледников, у которых исчезли все ветви, кроме одной.

3. Среди ледников горных вершин особую категорию составляют переметные ледники, расположенные на двух противоположных склонах горного хребта и соединяющиеся своими верхними частями на седловине в гребне этого хребта. В некоторых горных странах, где гребни гор имеют довольно обширные горизонтальные или слабо наклоненные в одну сторону площадки, при соответствующих климатических условиях образуются ледники плоских вершин. Особый морфологический тип оледенения составляют ледники вулканических конусов, которые, заполняя углубление на вершине потухшеговулкана, лучеобразно спускаются во все стороны по бороздам и трещинам, заложенным в склонах горы.

Для слабо расчлененных нагорий, имеющих характер массивов с волнистой поверхностью, характерны ледники скандинавского, или норвежского типа. В условиях указанного рельефа образуются обширные снежные и фирновые поля, от которых отделяются ледниковые языки.

Горные ледники, обладающие самостоятельными бассейнами питания и текущие в горах в виде отдельных долинных массивов, при выходе на равнину могут сливаться концами своих языков в довольно обширный ледяной щит, который называется ледником горных подножий, или предгорным ледником.

4. В арктических и антарктических областях встречаются почти все перечисленные выше формы оледенения, смыкающиеся друг с другом и покрывающие большие пространства материков и островов в полярных широтах. Такие материковые ледники, образующие сложные ледниковые комплексы, мало возвышаются над уровнем моря, и нередко их языки спускаются непосредственно в море, где обламываются, давая начало ледяным плавучим горам, или айсбергам.

30. Типы подземных вод зоны аэрации и зоны насыщения

Почвенные воды распространены в почвенном слое близ поверхности Земли. Их формирование связано с процессами инфильтрации атмосферных осадков, снеготалых вод и конденсации атмосферной влаги. Вид и состояние почвенных вод определяют три основных фактора: общая увлажненность почвы, мощность зоны аэрации и структурно-текстурные особенности почвы. На участках, где мощность зоны аэрации большая, а грунтовые воды находятся глубоко, в почвенном слое при растущем увлажнении образуются подвешенные капиллярные воды, заполняющие межзерновые пространства пород. Толщина такого слоя капиллярно-подвешенных вод составляет обычно десятки сантиметров. В случае неглубокого залегания грунтовых вод возможно питание почв снизу за счет капиллярно-поднятой воды.

Верховодка образуется в зоне аэрации, когда инфильтрующаяся вода встречает на своем пути линзы водонепроницаемых пород. Это могут быть линзы глин среди песчаных отложений речных террас или суглинков в водопроницаемых водно-ледниковых отложениях и др. Подземные воды верховодки обычно образуются на сравнительно небольшой глубине и имеют ограниченное по площади распространение. Мощность пород, насыщенных верховодкой, чаще всего бывает до 1 м, редко достигает 2-5 м. Наибольшая мощность отмечается весной в период интенсивного снеготаяния и осенью при обильном выпадении атмосферных осадков. В засушливые годы мощность и количество воды верховодки уменьшаются, а иногда она совсем иссякает. Продолжительность существования верховодки зависит также от размеров и мощности водоупорного ложа, влагоемкости пород и условий питания. Чем больше размеры и мощность водоупорной линзы и интенсивность питания, тем больше сроки существования верховодки.

В зоне насыщения выделяют воды: грунтовые;

межпластовые безнапорные;

межпластовые напорные, или артезианские.

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.

31. Виды воды в горных породах

Горные породы содержат различные виды воды.

I. Вода в форме пара.

II. Физически связанная вода: 1) прочносвязанная (гигроскопическая) вода; 2) слабосвязанная (пленочная) вода.

III. Свободная вода: 1) капиллярная вода; 2) гравитационная вода.

IV. Вода в твердом состоянии.

V. Кристаллизационная вода и химически связанная вода.

Вода в форме пара содержится в воздухе, заполняющем пустоты и трещины горных пород, свободные от жидкой воды. Парообразная вода находится в динамическом равновесии с другими видами воды и с парами атмосферы. Прочносвязанная вода образуется непосредственно на поверхности частиц горных пород в результате процессов адсорбции молекул воды из паров и прочно удерживается под влиянием электрокинетических и межмолекулярных сил. Вследствие этого она и получила название прочносвязанной или гигроскопической. Содержание прочносвязанной воды зависит от состава, структуры и степени дисперсности минеральных частиц. Особенно много физически связанной воды содержится в тонкодисперсных глинистых породах. Слабосвязанная вода имеет меньший уровень энергетической связи. Она образует на поверхности частиц как бы вторую пленку поверх прочносвязанной и может передвигаться от участков с большей толщиной пленки к участкам, где толщина меньше. Пленка удерживается молекулярными силами, возникающими между молекулами прочносвязанной воды и молекулами воды вновь образующейся пленки. По мере роста толщины пленки действие молекулярных связей уменьшается. Внешние слои слабосвязанной воды доступны для питания растений и могут служить средой развития микроорганизмов. Суммарное содержание прочно- и слабосвязанной воды образует максимальную молекулярную влагоемкость, которая изменяется в зависимости от состава пород (в %): для песков 5-7; супесей - 9-19; суглинков- 15-23; глин - 25-40.

Капиллярная вода частично или полностью заполняет тонкие капиллярные поры и трещинки горных пород и удерживается в них силами поверхностного натяжения (капиллярных менисков). Она подразделяется на капиллярно-разобщенную, капиллярно-подвешенную и капиллярно-поднятую. Капиллярно-разобщенная вода называется также водой углов пор или стыковой водой. Она обычно образуется преимущественно в местах сопряжения частиц породы и суженных угловых участков пор, где прочно удерживается капиллярными силами (капиллярно-неподвижное состояние). Другие виды капиллярной воды способны передвигаться и передавать гидростатическое давление. Капиллярно-подвешенная вода образуется в верхней части зоны аэрации , в тонких порах и трещинках почв и песчано-глинистых пород за счет инфильтрации атмосферных осадков при влажности пород выше максимальной молекулярной влагоемкоемкости. Капиллярно-подвешенная вода не доходит до уровня подземных вод. Она доступна для растений, но в засушливые годы при длительном испарении может расходоваться почти до полного исчезновения. Капиллярно-поднятая вода располагается над уровнем первого от поверхности водоносного горизонта (грунтовых вод), где она образует так называемую капиллярную кайму. Мощность ее различна и зависит от состава горных пород; она минимальна в крупнообломочных породах (до 2-30-35 см), максимальна в суглинках и глинах (до первых метров). Количество воды в породе, соответствующее полному насыщению всех капиллярных пор, называют капиллярной влагоемкостью.

Гравитационная (свободная) вода образуется в породах при полном насыщении всех пор и трещин водой, что соответствует полной влагоемкости. В этих условиях вода движется под воздействием силы тяжести и напорного градиента в направлении к рекам, морям и другим областям разгрузки . К гравитационной воде относят также инфильтрационную воду зоны аэрации, появляющуюся периодически во время снеготаяния, после выпадения дождей и идущую на пополнение подземных вод.

Вода в твердом состоянии находится в горных породах или в виде отдельных кристаллов, или в виде линз и прослоев чистого льда. Она образуется при сезонном промерзании водонасыщенных горных пород, но особенно широко развита в областях распространения многолетнемерзлых горных пород (в Сибири, Канаде и других районах).

Кристаллизационная вода свойственна ряду минералов, где она входит в их кристаллическую решетку. Из таких минералов можно назвать мирабилит Na2SO4.10H2O с содержанием кристаллизационной воды до 55,9%, бишофит MgCl2.6Н2О - до 53,2%, гипс CaSO4.2Н2O- до 20,9% и др. Кристаллизационная вода в ряде случаев может быть выделена при высоких температурах.

Происхождение подземных вод

По условиям образования выделяются несколько типов подземных вод: 1) инфильтрационные; 2) конденсационные; 3) седиментогенные; 4) магматогенные, или ювенильные; 5) метаморфогенные, или возрожденные.

Инфильтрационные подземные воды образуются из наземных вод атмосферного происхождения. Одним из главных видов питания их является инфильтрация, или просачивание в глубь Земли дождевых и талых атмосферных осадков. В ряде случаев в питании подземных вод принимают участие воды, фильтрующиеся из рек, озер, водохранилищ и из каналов.

Конденсационные воды образуются в результате конденсации водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород. Этот процесс объясняется разностью упругости водяных паров, находящихся в различных зонах аэрации, и взаимосвязанных с ними водяных паров атмосферного воздуха. Конденсация водяных паров имеет существенное значение для пустынных районов с малым количеством атмосферных осадков, где периодически возникают небольшие тонкие линзы пресных конденсационных вод, налегающих на соленые воды.

Седиментогенные подземные воды (лат. "седиментум" - осадок)- это высокоминерализованные (соленые) подземные воды в глубоких слоях осадочных горных пород. Происхождение таких вод, большинство исследователей связывают с захоронением вод морского генезиса, сильно измененных под влиянием давления и температуры. Они могут быть образованы одновременно с морским осадконакоплением, в этом случае их называют сингенетическими. Другой вариант их происхождения может быть связан с проникновением вод морских бассейнов в ранее сформированные породы, также в последующем захороненные новыми отложениями. Такие воды называют эпигенетическими (греч. "эпи"-на, после). Седиментогенные воды нередко называют "погребенными", или реликтовыми (лат. "реликтуc" - остаточный). Ряд исследователей (Н. Б. Вассоевич и др.) отводят существенную роль в формировании глубинных пластовых вод так называемым элизионным процессам (лат. "элизио" - выжимание), т. е. выжиманию под влиянием давления и температуры из иловых морских осадков седиментогенных вод в водопроницаемые песчаные и другие слои. Такие воды называются перемещенными.

Магматогенные подземные воды, образующиеся непосредственно из магмы, Э. Зюссом (1902) были названы ювенильными (лат. "ювенилис" - юный). Поступление таких вод происходит, с одной стороны, при извержении вулканов, с другой - из магматических тел, расположенных на глубине, в которых первоначально может содержаться до 7-10% воды. В процессе кристаллизации магмы и образования магматических пород вода отжимается, по разломам и тектоническим трещинам поднимается вверх, поступает в земную кору и местами выходит на поверхность. Количество магматогенных вод незначительно. К тому же они поступают на поверхность уже в смешанном виде, так как на своем пути пересекают различные горизонты подземных вод иного генезиса.

Метаморфогенные подземные воды (возрожденные, или дегидратационные) образуются при метаморфизме минеральных масс, содержащих кристаллизационную воду или газово-жидкие включения. Под влиянием температуры и давления происходят процессы дегидратации. Если они протекают длительно, то приводят к образованию капельножидкой воды, вступающей в общий геологический круговорот подземных вод.

Из рассмотренных генетических типов воды наиболее важное значение имеют инфильтрационные воды и в какой-то мере седиментогенные. Остальные разновидности представляют собой в большинстве случаев смешанные воды, доля которых в общем балансе подземных вод, по-видимому, невелика.

Водохранилища, типология и назначение

Водохранилищами, по нашему мнению, следует считать искусственные и естественные (озерные) водоемы с замедленным водообменом объемом более I млн. м3, уровенный режим которых искусственно изменен и постоянно регулируется (контролируется) гидротехническими сооружениями в целях накопления и последующего хозяйственного использования запасов воды. Следует отметить, что использование воды не обязательно связано с ее безвозвратным изъятием из водохранилища (рыбное хозяйство, водный транспорт, рекреация, охлаждение энергетических установок ТЭС и АЭС). В отличие от резервуаров и бассейнов водохранилища имеют преимущественно естественные ложа и берега. Существенны отличия и в размерах. Бассейны и резервуары обычно гораздо меньше водохранилищ, хотя некоторые верховые бассейны ГАЭС с искусственным дном и берегами имеют объем в десятки миллионов кубических метров. Важно подчеркнуть, что водохранилища можно систематизировать по многим признакам, выбирая любые качественные свойства и количественные критерии. Однако наиболее существенны именно те признаки, которые определяют основные черты природных процессов и направление хозяйственного использования этих водоемов или необходимы для понимания происходящих в них процессов.

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)

Их назначение весьма различно. Одни водоемы обеспечивают водой промышленные предприятия, другие -- работу гидроэлектростанций, третьи имеют транспортное или сельскохозяйственное назначение, четвертые созданы для целей рыбоводства либо для обводнения порожистых рек во время лесосплава. Многие крупные водохранилища имеют комплексное значение, но создавались они в первую очередь при строительстве ГЭС и используются для обеспечения надёжного энергоснабжения страны.

Более 30 тыс. водохранилищ земного шара, эксплуатируемых в настоящее время, существенно различаются между собой по параметрам. Режимным характеристикам, направлению хозяйственного использования и воздействию на окружающую среду. Поэтому необходима систематизация водохранилища - разработка частных классификаций и типизации, ряд которых охарактеризован ниже.