Билет 3

5. Вода как вещество, ее молекулярная структура и изотопный состав.

Молекула воды представляет собой равнобедренный треугольник с двумя атомами водорода в основании и атомом кислорода в вершине. Атом кислорода в моле­куле воды присоединяет к себе два электрона, отнятых от атомов водорода, и тем са­мым приобретает отрицательный заряд. Атомы водорода, лишенные электронов, стано­вятся положительно заряженными протонами. Таким образом возникает полярность молекулы воды, т.е. отрицательный заряд со стороны атома кислорода и положитель­ный заряд со стороны атомов водорода.

Положительно заряженное ядро водорода одной молекулы может соединяться с отрицательно заряженным атомом кислорода другой молекулы. В результате возника­ют так называемые водородные связи, которые у воды (в отличие от других жидко­стей) гораздо прочнее, чем связи, обусловленные, межмолекулярными взаимодейст­виями. Преодоление этих связей при плавлении, испарении, нагревании воды требует гораздо большей энергии по сравнению с другими жидкостями. Это определяет ряд "аномалий" тепловых свойств воды.

Водяной пар состоит преимущественно из одиночных молекул воды без упорядо­ченного строения. Водородные связи не реализуются. В твердом состоянии (лед) строение воды в высокой степени упорядоченно. Молекулы составляют гексагональ­ную 'структуру с прочными водородными связями. Эта структура "ажурная", т.е. относительно большое пространство занимают пустоты. Вода в жидком состоянии со­храняет элементы "льдоподобного" каркаса, пустоты которого частично заполняются одиночными молекулами, что обуславливает большую, чем у льда, плотность воды.

Вода — слабый электролит, т.е. ее молекулы способны делиться на ионы (диссоциировать) по уравнению

H₂O↔H⁺+OH^-

При отсутствии примесей концентрации ионов H и OH (в молях на 1 л) равны между собой. При температуре от 0 до 50 [H⁺] = [OH^-]=10^-7. При наличии примесей это равенство может нарушиться. В случае преобладания ионов ОН^- имеет место щелочная реакция воды, при избытке ионов Н⁺ — кислая. Для характеристики реакции использу­ется водородный показатель рН, равный логарифму концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком: рН = -lg[H⁺].

В природной воде всегда содержатс растворенные вещества. Их количество в единице объема — минерализация (мг/л), в единице массы - соленость (г/кг, или ‰).

Основную массу растворенных веществ составляют макрокомпоненты, к которым относятся анионы HCO₃^-, катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺. Суммарное содержание Са²⁺ Mg⁺ определяет жесткость воды.

Многие вещества, содержащиеся в природной воде в значительно меньшем количестве, тем не менее играют важную роль в существовании водных экосистем, определяют потребительские свойства воды. Среди них выделяют следующие группы.

Биогенные вещества — соединения натрия, фосфора, кремния, железа, наиболее активно участвующие в жизнедеятельности растительных и животных организмов.

Органические вещества — сложные соединения, образующиеся в результате разложения растительных и животных организмов. Углерод составляет примерно по­ловину их массы, а вместе с кислородом и водородом 95%.

Микроэлементы — вещества, находящиеся в воде в очень малых количествах (менее 0,01 мг/л). К ним, в частности, относятся тяжелые металлы, радиоактивные вещества.

3.Река и речная сеть. Долина и русло реки.

Гидрографическая сеть бассейна – совокупность водотоков, воемой и особых водных объектов в пределах речного бассейна. Совокупность естественных и искусственных водотоков –это русловая сеть. Длина реки L- это расстояние вдоль русла между истоками и устьем реки.

Исток – место начала реки. Устье реки- место впадания реки в море, озеро или другую реку. Слепое устье- когда река заканчивается из-за нехватки воды.

Коэффициент извилистости k_извил=L_i/l_i,

где l расстояние от участка реки по прямой. Поскольку на отдельных участках реки извилистость разная, общую изв-ть считают как отношение суммы длин отрезков на сумму расстояний.

Сумма длин всех рек в пределах бассейна- протяженность речной сети ∑L_i.

Густота речной сети определяется так: , f-площадь рассматриваемой территории.

Речная сеть по характеру рисунка может быть древовидной, прямоугольной, центростремительной.

Речные долины - продольные углубления на земной поверхности, сформирован­ные в результате эрозионно-акумулятивной деятельности реки. Элементы речной долины: русло, пойма, надпойменные террасы, коренные берега.(см. стр. 175) Русло - наиболее низкая часть долины, занятая рекой в маловодные периоды года. Бывают прямолинейные, извилистые, разделенные на рукава, блуждающие (СМ. СТР.176). Морфологические элементы: излучины, затопляемые подвижные повышения дна –осередки и более высокие, стабильнее и закрепленные растительностью- острова, глубокие и мелкие участки русла- плесы и перекаты, а так же донные гряды различного размера. Основные морфометрические характеристики: площадь поперечного сечения ω, ширина русла между урезами русла при заданном его наполнении B, максимальная глубина русла h_max. Среднюю глубину считают по формуле: . Для большинства русел эта величина приблизительно равна 2/3 от мах. Часто используют в гидравлических расчетах еще 2 характеристики: длину смоченного радиуса и гидравлический радиус R: . Смоч. периметр- длина подводного контура поперечного сечения ручного русла, т.е. линия контакта воды с ограничвающими её твердыми поверхностями.

Пойма - часть долины, заливаемая при самом высоком уровне воды. Надпойменные террасы - относительно плоские участки долины, представляющие собой остатки пойм на предшествующих этапах развития долины. Коренные берега - склоны долины выше самой высокой террасы. Русло и пойма образуют дно долины, террасы и коренные берега - склоны долины. Высота поймы, террас, коренных берегов - превышения их бровок над уровнем воды в маловодный период года. Типы долин по генезису: тектонические, леднико­вые, эрозионные; по форме поперечного профиля: каньоны, ущелья, V-образные, ко­рытообразные (троги), трапециевидные, ящикообразные.

Продольный профиль реки - график изменения отметок водной поверхности и дна по длине реки. Падение реки - разность отметок водной поверхности или дна (∆H) на каком либо участке реки. Полное падение — ∆Н между истоком и устьем реки. Уклон реки (I) - отношение падения реки на участке к его длине, выражается в долях единицы или промиллях (‰). Для средних по размеру равнинных рек, как правило, I < 1‰, для горных до нескольких десятков ‰.