Роль воды в природе и обществе. Практическое значение гидрологии

Морские экосистемы, благодаря своей динамичности, достаточно устойчивы к умеренному внешнему воздействию. Это определяется совокупностью всех природных факторов, которые способствуют восстановлению естественных свойств и состава воды.

Угроза, которой подвергаются океаны и моря от загрязнения вод и хищнического вылова некоторых видов морских организмов, имеет глобальный характер. Ее предотвращение требует международных усилий в сокращении сбросов загрязняющих веществ в океаны и моря, в регулировании промысла морских организмов с полным запретом вылова некоторых видов. Совершенно ясно, что в разработке таких мер важная роль должна принадлежать гидрологии океанов — океанологии.

 

6. Подземные воды. Вертикальная гидродинамическая зональность подземных вод.

Согласно современным представлениям, подземные воды по происхождению могут быть как экзогенными (их источник — водные объекты на поверхности суши и влага атмосферы), так и эндогенными (их источник — недра Земли).

Закономерное распространение подземных вод в вертикальном разрезе литосферы (сверху вниз).

1. По условиям налегания и химизму вод

По условиям налегании				По химизму вод
по д'Адримону	по Мейнцеру	по Саваренскому	по Игнатовичу
1. Активная зона	1 . Зона аэрации а) Пояс почвенных вод б) Пояс промежуточный в) Пояс капиллярного поднятия	1 . Зона инфильтрации	А. Зона гипергенеза 1 . Зона активного водообмена 2. Зона замедленного водообмена	Гидрокарбонатные слабо минерализованные
2. Пассивная зона	2. Зона насыщения	2. Зона капиллярного поднятия	Б. Зона катагенеза	Сульфатные воды с повышенной минерализацией
3- Нейтральная зона	3. Зона пластичности	3. Зона насыщения	В. Зона застойного водного режима	Хлоридные воды, рассолы

 

2. По условиям залегания  и динамике вод

A. Зона аэрации, в которой выделяются  воды: а) почвенные; б) корневые; в) промежуточного  или переходного пояса; г) капиллярного  поднятия.

Б Зона насыщения с подзонами: а) активной с интенсивным движением подземных вод; б) нейтральной (или переходной) с замедленным движением подземных вод; в) застойной с очень замедленным движением подземных вод (или практически неподвижными водами).

B. Зона пластичности пород со  связанными водами.

Экзогенные подземные воды попадают в горные породы либо при процессах просачивания (инфильтрации) поверхностных вод и конденсации водяного пара, либо в результате седиментации (осадко- накопления). Эти воды часто называют соответственно инфильтрационными, конденсационными и седиментационными.

Инфильтрационные подземные воды проникают в горные породы путем просачивания атмосферных, речных, морских и озерных вод. Основную роль при этом играет проникновение в грунт через поры и трещины практически пресной атмосферной воды. Конденсационные подземные воды образуются при конденсации в порах грунта водяного пара, перемещающегося в грунте под влиянием разности давления. Считают, что вклад этого вида питания подземных вод невелик, однако в некоторых физико-географических условиях, например пустынях, может иметь существенное значение. Седиментационные подземные воды образуются из вод того водного объекта, где происходил процесс седиментации, т. е. отложения наносов. Воды такого типа распространены в осадочных породах и в ложах океанов и морей, где образуют так называемые «иловые растворы».

Эндогенные подземные воды образуются в горных породах в результате дегидратации минералов (такие воды называют дегидратационными или «возрожденными») или поступают из магматических очагов, в частности в районах современного вулканизма (их называют «ювенильными» водами).

Инфильтрационные, конденсационные, седиментационные, де- гидратационные и «ювенильные» воды при своем перемещении в горных породах смешиваются, образуя смешанные по происхождению подземные воды.

7. Подземные воды (главным образом — инфильтрационные) являются важным компонентом материкового звена круговорота воды на земном шаре и играют заметную роль в балансе и режиме природных вод и растворенных в них веществ. 
   Подземные воды. Взаимодействие подземных и поверхностных вод. Роль грунтовых вод в питании рек.

Взаимодействие поверхностных и подземных вод играет очень важную роль в гидрологических процессах на планете. Существо этого взаимодействия заключается в обмене поверхностных (океаны, моря, озера, водохранилища, реки, каналы) и подземных вод (напорных и безнапорных) водой, теплотой, растворенными в воде веществами.

Рассмотрим это взаимодействие речных и грунтовых вод. Закономерности такого взаимодействия справедливы и для других водных объектов суши, например озер и водохранилищ.

а — постоянная односторонняя гидравлическая связь (река в течение всего года питает грунтовые воды); б — постоянная двусторонняя гидравлическая связь (река питает грунтовые воды в половодье и дренирует их в межень); в — временная гидравлическая связь; г—отсутствие гидравлической связи; 1—водоупорный пласт; 2—уровень грунтовых вод; 3—направление движения грунтовых вод; 4-уровень воды в реке в половодье; 5— уровень воды в реке в межень; 6— источники (родники)

 

Рис. 1. Схема взаимодействия речных и грунтовых вод:

Выделяют три типа взаимодействия речных и грунтовых вод: наличие постоянной гидравлической связи, наличие временной гидравлической связи и отсутствие гидравлической связи. Первый тип включает два подтипа: наличие одно- и двусторонней постоянной гидравлической связи. Характер связи речных и грунтовых вод зависит от соотношения высоты стояния уровня в реке в половодье и межень, с одной стороны, и положения кровли водоупорного пласта (водоупора) и уровня находящихся над ним грунтовых вод — с другой.

При очень низком положении водоупора и уровня фунтовых вод река в течение всего года через берега и дно питает подрусло- вые и прибрежные фунтовые воды (рис. 1, а), т. е. постоянно теряет воду на питание фунтовых вод. Это явление особенно характерно для закарстованных пород или крупнопористых грунтов в аридных и горных районах. Гидрогеологи называют этот вид взаимодействия речных и грунтовых вод «подпертой фильтрацией» (В. А. Всеволожский, 1991). Кроме того, иногда выделяют случай, когда основной водоупор находится очень глубоко, а русло реки подстилают слабоводопроницаемые породы. В этом случае фильтрация речных вод происходит практически вертикально вниз, обходя область слабоводопроницаемых пород.

При более высоком положении водоупора река питает фунтовые воды лишь в половодье; в межень река, наоборот, дренирует фунтовые воды и ими питается (рис. 1, б). На спаде половодья и в межень часть накопленной в фунте воды возвращается в русло реки. Такое явление называется береговым регулированием речного стока или периодическим питанием подземных вод.

При еще более высоком положении водоупора река, так же как и в предыдущем случае, в половодье питает фунтовые воды, а в межень грунтовые воды питают реку. Однако в межень происходит разрыв кривой депрессии фунтовых вод и понизившегося уровня в реке — на склонах русла возникают мочажины и начинают действовать родники или ключи (рис. 1, в), дебиты которых не зависят от изменения уровня воды в реке.

Наконец, при очень высоком положении водоупора как в половодье, так и в межень грунтовые воды и река не имеют между собой гидравлической связи (рис. 1, г).

8. Таким образом, характер и величина подземного питания рек (и озер) зависят от гидрогеологического строения прилегающей к водному объекту территории и от режима уровней воды в водном объекте. В целом же подземные воды являются одним из важнейших видов питания рек.  
   Ледники. Их образование и развитие. Характеристики современных ледников.

В холодный период года на обширных территориях суши идет накопление твердых атмосферных осадков — снега. В теплый период года на большей части территории снег растаивает. В каждый момент времени можно найти границу между поверхностью, покрытой снегом, и поверхностью, где снега нет. Эта граница называется сезонной снеговой линией. Естественно, что в течение года эта линия смещается в пространстве: в холодный период года на равнинах в сторону низких широт, а в горах — вниз по склонам, в теплый период года на равнинах — в сторону высоких широт, а в горах — вверх по склонам, причем в Северном и Южном полушариях — асинхронно.

Высотное положение климатической снеговой линии определяется климатическими условиями. Наинизшее положение она занимает в полярных районах, опускаясь в Антарктике до уровня моря, наивысшее — в субтропиках (до 6500 м), где наиболее высока температура воздуха и отмечаются недостаток атмосферных осадков и повышенная сухость воздуха. В Южном полушарии, где климат более морской и выпадает больше осадков, климатическая снеговая линия расположена ниже, чем в Северном полушарии (рис. 2).

Рис. 2 Положение климатической снеговой линии (1) на разных широтах вдоль южноамериканских Анд и североамериканских Кордильер, рельеф земной поверхности (2) и области современного оледенения (3)

 

Главная причина существования оледенения — климатическая. Основным условием существования ледников служит положительный снеговой баланс, т. е. преобладание накопления снега над его расходованием, чему способствует большое количество твердых атмосферных осадков и длительный период отрицательных температур воздуха.

Наиболее благоприятен для образования ледников морской климат с большим количеством осадков и прохладным летом. Сухой континентальный климат с жарким летом менее благоприятен для образования ледников.

Помимо климатических условий образованию ледников способствуют и условия орографические и геоморфологические: большие высоты, экспозиция склонов (северная в Северном полушарии и южная в Южном), благоприятная ориентация горных хребтов по отношению к направлению переноса влажных воздушных масс, плоские или вогнутые формы рельефа.

Линия с нулевым снеговым балансом на теле самого ледника проходит немного ниже, чем климатическая снеговая линия в данном районе Земли. Это может быть объяснено как дополнительным поступлением снега на поверхность ледника путем метелевого и лавинного переноса, так и охлаждающим влиянием самого ледника.

С многолетним положением снеговой линии на поверхности ледника приблизительно совпадает так называемая фирновая линия, отделяющая поверхность фирна от поверхности льда.

Общие запасы воды в ледниках России составляют около 15,1 тыс. км3. Самые крупные ледники в нашей стране находятся на островах Новая Земля и Северная Земля. Запасы воды в горных ледниках России невелики.

 

9. Режим и движение ледников. Роль ледников в режиме рек. Хозяйственное значение ледников.

Под режимом ледника понимается совокупность всех процессов, происходящих на поверхности и в толще ледника, включая изменение его массы и формы, наступание и отступание.

От наступания и отступания ледников, связанных в основном с изменением условий их питания и таяния, следует отличать движение ледников, проявляющееся в перемещении (всегда в одном направлении) самих масс льда.

Движению ледников способствует:

• пластичность (лед оказывается текучим и под действием силы тяжести и давления медленно перемешается)
• большая мощность ледника

• значительные уклоны его поверхности и ложа (крутопадающие ледники двигаются быстрее пологопадающих)

• относительно повышенная температура воздуха (и льда), так называемая «водяная смазка» у ложа

• период движения (днем, летом и в фазу наступания ледник движется быстрее, чем ночью, зимой и в фазу отступания)

• место нахождения льда (в леднике благодаря деформациям сжатия и растяжения (приводящим к разрывам сплошности льда) существенно отличается от движения воды в водотоках и водоемах)

Роль ледников в режиме рек. Вклад ледникового стока в суммарный сток реки и регулирующее влияние ледников на сток тем больше, чем больше относительная площадь оледенения, равная отношению площади, занятой ледниками, к полной площади бассейна реки для данного замыкающего створа. Благодаря аккумулированным в толщах ледника большим массам воды ледники оказывают регулирующее влияние на речной сток.