Учение о гидросфере.-2

131

покрытый снегом). Кроме того, морской лед играет роль теплоизолирующего слоя между водой и воздухом, в сотни раз уменьшая теплоотдачу из океана в атмосферу. Таким образом, морские льды служат своеобразным регулятором поглощения и отдачи тепла полярным океаном, что делает их важным звеном, поддерживающим колебательный режим климатической системы.

Контрольные вопросы

1.Классификация морских льдов.

2.Каковы условия образования и существования морских

льдов?

3.Морские льды в истории ледникового периода.

4.Строение и своеобразие морских льдов.

5.Какова плотность морского льда?

8 ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

I. Подземные воды образуются путем поглощения дождевых и снеговых осадков, то есть происходит так называемая инфильтрация.

Факторы:

1)климатические – количество и интенсивность выпадающих атмосферных осадков, температура воздуха, глубина промерзания почв зимой;

2)геологические – пористость, трещиноватость;

3)геоморфологические – характер рельефа местности и уклон поверхности;

4)влагоудерживающие – растительный покров местности.

132

II. Конденсация водяных паров почвой.

III. Теория седиментационного происхождения (высокая минерализация подземных вод).

Вода в почве находится в основном в связанном состоянии. Встретив на своем пути водоупорный слой, вода накапливается, заполняя поровое пространство и образуя так называемый горизонт гравитационной подпертой влаги. Если эта вода находится в почвенном слое и не имеет гидравлической связи с грунтовыми водами, она называется почвенной. Если же имеется связь с грунтовыми водами, то такая вода называется почвенногрунтовая.

8.1 Вода в почвах и породах

Условия залегания подземных вод, их запасы и качество в значительной степени определяются водно-физическими свойствами горных пород. Пористость – наличие малых пустот – капиллярных пор; скважность – наличие в породе крупных некапиллярных промежутков; общая пористость – пористость вместе со скважностью определяется как отношение объема всех пор к объему всей породы в сухом состоянии, выраженному в долях или процентах. Например, пористость галечников составляет 15–20%, песка – 30–35%, глины – 40–50%, торфов – 90%; водоотдача – способность породы, насыщенной водой, отдавать путем свободного стекания то или иное количество воды. Водоотдача характеризуется коэффициентом, то есть отношением объема стекающей воды к объему всей породы и выражается в долях единицы или в процентах; водопроницаемость способность породы пропускать через себя воду. Водопроницаемость и водоотдача зависят от пористости. Водопроницаемость пород делится на две группы:

1) водопроницаемые – грубозернистые, грубообломочные породы (галечник, песок, гравий, массивные трещиноватые породы – мрамор, гранит, известняк);

133

2) водоупорные, которые практически не пропускают через себя воду – плотные массивные, монолитные породы (мрамор, гранит, базальт) или осадочные мелкозернистые породы (глинистые сланцы).

К полупроницаемым породам относятся песчаники, известняки, лесс.

Водоудерживающая способность (влагоемкость) заключается в количестве воды, удерживаемом в почвах или породах при определенных условиях. Выражается водоудерживающая способность как отношение объема воды в породе к весу сухой породы.

Породы делятся на несколько групп:

-сильно влагоемкие – торф, глина, суглинки;

-слабо влагоемкие – известняки, мел, рыхлые песчаники, лесс;

-невлагоемкие – галька, песок, гравий, массивно изверженные породы.

Естественная влажность – означает содержание воды в почвах или в породах в весовых или объемных единицах на ка- кой-либо момент времени.

Р1 – Р2

а = _____________ . 100%,

Р2 где Р1 – вес или объем породы до высушивания;

Р2 вес или объем породы после высушивания; а – влажность.

8.1.1 Вода в порах

В почве и породах вода находится под влиянием нескольких сил:

1.Сила тяжести.

2.Силы молекулярного взаимодействия между молекулами воды и молекулами и ионами частиц породы, вызывающие явление сорбции, то есть поглощения влаги частицами породы.

3.Капиллярные силы – проявляются в местах скопления воды в капиллярных порах вследствие влияния поверхностного натяжения.

4.Осмотические силы – проявляются в местах соприкосновения растворов с разной концентрацией.

134

5. Десукция силы – сосущая сила корней растений, под ее влиянием вода из почвы выводится обратно в атмосферу.

Постоянно действующей выступает сила тяжести, соотношение других сил зависит от количества воды в порах.

Всю влагу в порах можно разделить на ряд видов, для которых в данный момент характерны передвижения под преобладающим влиянием той или иной силы:

1)химически связанная вода – та, которая входит в состав

молекулы (Fе(ОН3).Удалить химические связи возможно только при прокаливании и разрушении минералов;

2)кристаллизационная – входит в состав некоторых минералов, удаляется при нагревании свыше 100 ° – 200 ° С (СаSО4, 2Н2О);

3)парообразная – находится в порах и пустотах и перемещается под действием диффузных сил;

4)гигроскопическая – вода, абсорбированная частицами породы из воздуха, прочно связана с частицами грунта;

5)пленочная – вода, которая обволакивает частицы породы сверх максимальной гигроскопичности, абсорбируется из жидкой фазы, менее прочно связана с минеральными частицами;

6)капиллярная – заполняет сравнительно мелкие поры породы, удерживается и передвигается в грунтах под действием капиллярных сил из зоны большего увлажнения в менее увлажненную;

7)гравитационная (свободная) – заполняет некапиллярные пустоты породы, под влиянием силы тяжести просачивается в породу сверху вниз.

Вода бывает в твердом состоянии в составе мерзлых пород. Внутриклеточная вода содержится в неразложившихся пол-

ностью остатках растений.

8.2 Грунтовые и межпластовые напорные воды

Грунтовыми водами называют свободные гравитационные воды водоносного горизонта, залегающие на первом водоупорном слое. Скорость распространения грунтовых вод совпадает со скоростью их питания, то есть с областью, в пределах которой осадки попадают в грунт и пополняют запасы грунтовых вод. Глубина залегания грунтовых вод от 1–2 до десятков мет-

135

ров. Весной грунтовые воды могут смыкаться с почвенными, образуя почвенно-грунтовые воды.

Межпластовыми водами называются воды, залегающие в водопроницаемой толще пород, заключенные между водоупорным слоем – водоупорной кровлей и водоупорной ложей. Скорость их распространения не совпадает со скоростью питания. Область их питания приурочена к местам выхода водоносной породы на земную поверхность.

Эти воды обычно приурочены к водоносным толщам значительной мощности. Залегают они неглубоко, но ниже грунтовых.

Межпластовые напорные воды – это воды, насыщающие водопроницаемый слой, заключенный между водоупорными породами и обладающий гидростатическими напорами. Поэтому они и называются напорными или артезианскими.

Геологическая структура, содержащая один или несколько таких горизонтов, называется артезианским бассейном.

8.3 Движение подземных вод

Передвижение воды в почве от слоя к слою называется процессом просачивания и состоит из двух стадий: впитывания и фильтрации.

Вода атмосферных осадков попадает на сухую почву и в начальный момент подвергается действию абсорбционных и капиллярных сил и интенсивно поглощается поверхностью почвенных частиц. Это и есть стадия впитывания.

При полном насыщении всех пор движение воды происходит под действием силы тяжести по закону ламинарного движения. Это – стадия фильтрации.

Количественной характеристикой впитывания и фильтрации является интенсивность и суммарная величина. Под интенсивностью впитывания понимается количество воды в мм, поглощенное почвой в единицу времени.

Суммарная величина впитывания характеризуется слоем воды в мм, поглощенным почвой за некоторый промежуток времени.

136

Движение воды в мелкозернистых породах является ламинарным. Объем ее мал: от нескольких см до нескольких метров

всутки.

Вкрупнообломочных и трещиноватых породах объем движения воды значительно больше. В них может происходить даже турбулентное движение, характерное для открытых потоков.

Вобоих случаях движение воды совершается под влиянием гидростатического напора от мест с более высоким уровнем к местам с более низким уровнем. В естественных условиях это движение совершается по направлению к выходу источника, выхода водоема.

Движение воды при фильтрации в мелкозернистых породах подчиняется закону Дарси:

h

Q = FК _______,

l

где Q – количество воды в куб. м в секунду, протекающей в единицу времени через данное поперечное сечение породы площадью F в кв. м;

К – некоторая величина – коэффициент фильтрации, в метрах в сутки;

h – напор;

l – длина пути фильтрационного потока в метрах.

8.4 Режим подземных и поверхностных вод

Выделяют несколько типов водного режима:

1)промывной – характерный для областей, где сумма годовых осадков превышает испаряемость; почвенная толща ежегодно подвергается сквозному промачиванию;

2)непромывной – когда количество осадков меньше испарения и почва промачивается лишь на некоторую глубину. При этом влага не достигает уровня грунтовых вод и в почве часто наблюдается дефицит влаги;

3)выпотной – формируется в засушливом климате, где осадков намного меньше испаряемости при условии близкого залегания грунтовых вод, обычно минерализованных и получающих питание со стороны. Корни растений подтягивают вла-

137

гу из капиллярной каймы и грунтовые воды «отпотевают» через растения в атмосферу. Здесь на некоторой глубине образуется соленосный горизонт.

8.5 Режим грунтовых и межпластовых вод

Режимом подземных вод называется изменение во времени уровня подземных вод, их температуры, химические составы и минерализации. Наибольшие изменения элементов режима наблюдаются в горизонтах, наиболее близко расположенных к поверхности и потому связанных с атмосферными осадками, испарением и стоком.

Выделяют три типа режима подземных вод:

1)мерзлотный – отличается кратковременностью питания, коротким периодом стока грунтовых вод вследствие промерзания их в условиях сурового климата;

2)сезонное питание – характерно для континентального климата с продолжительной и холодной зимой, когда отсутствует пополнение запасов грунтовых вод. Расход вод в течение всего года, испарение происходит в теплый сезон;

3)круглогодичное питание – свойственно климату с непродолжительной мягкой зимой, в течение которой температура грунтовых вод испытывает влияние температуры воздуха, тем больше, чем они ближе залегают к поверхности. Суточные колебания температуры наблюдаются на глубине 1–2 м, сезонные – до глубины водоносного слоя с постоянной температурой. Химический состав подземных вод определяется сложными взаимодействиями между составом горных пород, вмещающих воды, и динамикой самих вод в прошлом и настоящем.

Контрольные вопросы

1.Естественная влажность почвенных грунтов.

2.Что собой представляет поле сил в порах грунтов?

3.Виды воды в порах.

4.Факторы возникновения и распространения подземных

вод.

5. Что собой представляют грунтовые воды?

138

6.Межпластовые воды.

7.Как возникают межпластовые напоры вод?

8.Характер движения подземных вод.

9.О чем говорит формула Дарси?

10.Режим подземных и поверхностных вод.

11.Режим грунтовых и межпластовых вод.

12.К какому типу относятся артезианские воды?

13.Возникновение ключей.

14.Какому климату свойственно круглогодичное питание подземных вод.

15.Чем определяется химический состав подземных вод?

9 РЕКИ

Рекой называется водный поток, протекающий в естественном русле и питающийся за счет поверхностного и подземного водостоков речного бассейна. Атмосферные осадки сначала стекают в виде временных потоков. Сливаясь вместе, они образуют постоянные потоки прежде всего в виде ручьев, затем мелких речек и собственно рек.

Реки несут свои воды в озера, моря и океаны. Река, впадающая в один из таких водоемов, называется главной. Реки, впадающие в главную реку, называются притоками. Совокупность всех рек, сбрасывающих свои воды через главную реку в озеро или море, называется речной системой или речной сетью.

139

Реки, озера, болота, балки, овраги данной территории составляют ее гидрографическую сеть.

Притоки различают разных порядков. Реки, непосредственно впадающие в главную реку, называются притоками 1-го порядка, а притоки этих притоков составляют 2-й порядок и т.д.

Хортон называет рекой 1-го порядка реку, не имеющую притоков; рекой 2-го порядка – реку, принимающую притоки 1-го порядка и т.д.

Таким образом, чем больше номер реки, тем более сложный характер носит речная система, которая характеризуется протяженностью рек, ее составляющих, их извилистостью и густотой речной сети.

Протяженность – суммарная длина всех рек, составляющих данную речную систему.

Извилистость – характеризуется коэффициентом извилистости. Он определяется для отдельных участков реки как отношение расстояния между начальным и конечным пунктами участка по прямой линии к длине реки на этом участке.

Густота сети – характеризуется коэффициентом густоты речной сети, представляющей отношение суммарной протяженности речной сети на данной площади к величине этой площади и измеряется в км/км 2.

Густота речной сети зависит от ряда природных факторов: рельефа, геологического строения местности, свойств почв, климата, особенно от количества осадков. На севере густота речной сети больше, чем на юге, в горах больше, чем на равнинах.

Водоразделом называется линия на земной поверхности, разделяющая сток атмосферных осадков по двум противоположно направленным склонам. Хорошо выражены водоразделы в горной местности, где они проходят по вершинам хребтов. На равнинах водоразделы выражены не так четко, и точно определить их сложно.

Реки собирают воду не только с земной поверхности, но и из верхних слоев литосферы. В соответствии с этим различают поверхностные и подземные водоразделы, которые могут не совпадать.

140

Речным бассейном называется часть земной поверхности, включающая в себя данную речную систему и отделенная от других речных систем водоразделами. Поверхность суши, с которой речная система собирает свои воды, называется водосбором или водосборной площадью бассейна. В большинстве случаев площадь бассейна реки и водосборная совпадают. Но иногда водосборная площадь бывает меньше площади речного бассейна, если есть территория, с которой стоки в данную речную систему не поступают.

9.1 Морфологические характеристики бассейна

9.1.1 Физико-географические характеристики речных бассейнов

Это прежде всего географическое положение речного бассейна, которое дается в географических координатах его крайних точек. В данные характеристики входят также климатические условия бассейна – количество, распределение и интенсивность атмосферных осадков, мощность и запас воды в снежном покрове, температура и радиационный баланс, рельеф местности, геологическое строение, характер почвенного и растительного покрова, данные об озерах, болотах, ледниках.

9.1.2 Русло реки и речная долина

Истоком реки называется место на земной поверхности, где русло реки принимает отчетливо выраженное начертание и где в нем наблюдается течение.

Река может образоваться из слияния двух рек. Место этого слияния и принимается за начало такой реки. За ее исток принимается исток более длинной из этих двух рек. В этом случае различают длину реки от начала до устья и гидрографическую длину реки от устья до истока. Если обе реки имеют одинаковую длину, то за исток принимается исток левого притока.

Течение реки можно разделить на три части: верхнее, среднее и нижнее течения.