книги из ГПНТБ / Подобедов, Н. С. Общая физическая география и геоморфология учебник

влияющими на сток вод. В разных географических зонах приход воды будет различен количественно и будет по-разному распреде­ ляться в течение года.

Поступившая в озеро вода расходуется прежде всего путем испарения с его водной поверхности, величина которого обусловли­ вается метеорологическими факторами и изменяется в соответствии с ними.

Затем вода расходуется стоком, поверхностным или подземным. Величина стока зависит от рельефа местности и высоты стояния воды в озере. По наличию или отсутствию стока озера делятся на сточные и бессточные. Сточные озера обычно бывают проточными, если из них вытекают реки.

Колебания уровня озер зависят от климата. Озера жаркого климата имеют в течение года высокий уровень в дождливый период и низкий в сухое время года. Озера умеренного климата имеют два

§ 44. Солевой и температурный режим озер

Химический состав воды озер определяется: 1) составом поступа­ ющей в озеро воды (осадки, притоки); 2) изменениями, происходя­ щими с водой, например разбавление дождевой водой, выпадение химических осадков, выделение кислорода растениями, углекислоты и аммиачных солен животными и др.; 3) расходом воды путем испа­ рения (повышение концентрации солей) и стока, выносящего глав­ ным образом поверхностные воды. По составу и количеству солей все озера можно разделить на пресные и соленые.

Пресными водоемами считаются те, в которых общее содержание солей менее 0,3°/оо.

Соленые озера располагаются в основном в пустынной и степной зонах и подразделяются на собственно соленые с преобладанием хлоридов (NaCl и MgCl2) и содовые, в которых наряду с хлористым натрием играют роль углекислый натрий (Na2C03) и сернокислый натрий (Na2S04), наконец, более редкие борные озера, содержащие наряду с другими солями буру (Na2B 02).

При пересыщении соленого раствора в озере соли выпадают в осадок. К таким самосадочным озерам относятся Эльтон, Баскун­ чак и некоторые другие озера.

На топографических картах озера по их солевому режиму под­ разделяются на три группы: пресные, соленые и горько-соленые. Для выделения двух последних групп применяют пояснительные сокращения (сол) и (г. сол), которые на картах помещаются под собственным названием озера.

Озера нагреваются как непосредственно от Солнца, так и от над­ водного слоя воздуха.

Пресная вода, как известно, имеет наибольшую плотность при температуре 4° С. Поэтому в странах с умеренным климатом, где тем­

100

пература поверхности воды колеблется от 0 до 15° (в среднем), у дна глубоких озер всегда господствует температура 4° С. В стра­ нах же с жарким климатом круглый год температура верхних слоев воды всегда выше придонных. Интересные явления происходят при замерзании озер осенью. Отмечается, что большие и глубокие озера замерзают значительно позднее мелких и неглубоких озер. Так, например, озеро Байкал замерзает только в начале января, когда все другие озера и реки в этом районе давно покрыты льдом.

В соленых озерах температура воды с глубиной может понижаться

Рис. 49. Зарастание озера

В соответствии с постепенным изменением глубины заросли водных растений располагаются зонально (рис. 49). У самого уреза воды, на глубине менее 1 м, располагаются заросли осоки, ситника, стрелолиста и других болотных растений. Дальше, до глубины 2—3 м, идет полоса, куда входят тростник, камыш, водяной хвощ и некоторые другие растения. Глубже располагается зона растений с плавающими листьями — зона водяных лилий — кувшинок. Еще далее, на глубинах, достигающих иногда 4—5 м, зона погруженных растений — широколистные рдесты и др.

В зарастании северных озер важнейшую роль играют мхи, в осо­ бенности торфяной мох — сфагнум. Здесь происходит нарастание моховой сплавины на озеро с подветренного его берега. На этой сплавине поселяются и другие растения — сабельник, вахта, не­ редко сосна и береза.

Речные потоки приносят в озеро огромное количество песка и ила. Твердые частицы опускаются на дно озера, вследствие чего оно постепенно мелеет, начинает зарастать травами и со временем превращается в болото.

101

В сухом климате развитие озер идет другим путем. Благодаря интенсивному испарению с поверхности в таких районах происходит уменьшение водной массы озера и одновременно увеличивается концентрация содержащихся в озере солей. Поэтому здесь иногда пресные озера превращаются в солоноватые и даже соленые. Даль­ нейшее развитие озера превращает его в соленое болото, а затем и в сухой солончак. Этот процесс сопровождается угнетением растительности, обеднением ее состава, а нередко и заменой новыми растительными сообществами, которые мирятся с отсутствием (или крайними недостатками) воды и обилием солей в почве.

§ 45« Классификация, происхождение подземных вод и условия их перемещения

По условиям залегания и характеру вмещающих горных пород подземные воды делятся на следующие типы:

1) паровые воды, находящиеся в порах горных пород, которые слагают самую поверхностную часть земной коры;

2) пластовые воды, находящиеся в трещинах пластов горных пород, выше и ниже которых располагаются водоупорные пласты;

3)трещинные воды, приуроченные к горным породам, прони­ занных мелкими трещинами;

4)карстовые воды, перемещающиеся в растворимых горных породах (известняк, гипс и др.);

5)трещинно-жильные воды, находящиеся в крупных трещинах горных пород, появившихся в результате внутренних (тектони­ ческих) процессов.

По своим гидравлическим свойствам подземные воды делятся на безнапорные, или воды со свободной поверхностью, и напорные, находящиеся под гидростатическим давлением.

По степени минерализации подземные воды делятся на следующие виды:

1) пресные — содержащие до 1 г/л растворенных веществ, 2) минеральные или минерализованные — содержащие от 1 до

50г/л растворенных веществ,

3)рассолы — содержащие свыше 50 г/л солей.

Помимо солей, в подземных водах часто содержатся различные газы, в зависимости от чего различают: углекислые, сероводородные, родоновые и другие виды подземных вод. Часто такие воды имеют лечебное значение и называются минеральными, или бальнеологи­ ческими (например, углекислые воды Кисловодска, сероводородные воды Мацесты и Кемери и др.).

Подземные воды могут находиться в почве и горных породах

вразных формах (рис. 50).

—Химически связанная вода, входящая в состав минералов.

—Гигроскопическая вода, обволакивающая частицы грунта и прочно удерживающаяся на них. Такая вода может передвигаться только переходя в пар.

102

— Пленочная вода, располагающаяся на частицах грунта в виде пленки поверх гигроскопической воды. Это жидкая вода однако, способная медленно передвигаться по поверхности частиц грунта

всторону, где пленки более тонкие.

—Капиллярная вода, находящаяся в жидком состоянии и за­ полняющая капилляры в грунтах. Эта вода малоподвижна.

—Парообразная вода, занимающая поры и трещины в грунтах и горных породах.

—Гравитационная вода — это жидкая

вода, перемещающаяся по каналам, тре­ щинам и пустотам грунтов и горных пород под влиянием силы тяжести.

Подземные воды залегают обычно слоя­ ми в зависимости от свойств горных пород, в пределах которых они находятся. Слои горных пород, содержащие воду, назы­ ваются водоносными, а слои, над кото­ рыми залегают водоносные слои, называ­ ются водоупорными.

Непосредственно у земной поверхности располагается так называемая зона аэра­ ции, в пределах которой залегает верхо­ водка, т. е. подземная вода, имеющая ог­ раниченное распространение и временное существование. Последнее обусловлено режимом атмосферных осадков. Ниже вер­ ховодки находятся грунтовые воды, к чис­ лу которых относят воды первого от по­ верхности постоянного водоносного слоя или водоносного горизонта. Выше этого горизонта водоупорного слоя нет. Ниже грунтовых вод располагаются подземные воды, называемые межпластовыми, по­

скольку они уже находятся между двумя водоупорными горизонтами. Грунтовые воды имеют повсеместное распространение и су­ ществуют в данном месте длительное время. Поверхность водоносного горизонта, насыщенного грунтовыми водами, называется зеркалом грунтовых вод, а расстояние от поверхности водоупорного слоя до зеркала грунтовых вод называется мощностью водоносного горизонта. Уровень грунтовых вод не имеет постоянного положения, а ко­ леблется по сезонам года, в зависимости от количества осадков, выпадающих на земную поверхность. Поверхность зеркала грунто­ вых вод, в отличие от поверхности водоемов на земной поверхности

и напорные воды. Последние называются также артезианскими во­ дами.

103

Ненапорные воды не полностью насыщают водоносный слой. Они перемещаются в нем в направлении его падения, причем ско­ рость перемещения может колебаться от 2 до 0,1 м/сут в зависи­ мости от степени крупности частиц пород, слагающих этот слой.

Напорные, или артезианские, воды находятся под гидростати­ ческим давлением, заполняют все поры, трещины и пустоты водо­ носного горизонта и располагаются между двумя слоями водоупорных горных пород. Гидростатическое давление является результатом

(рис. 51).

воды; s — направление движения подзем­ ной воды

Если вскрыть скважиной водоносный слой на участке, где подземные воды находятся под давлением, то уровень воды в сква­ жине поднимется выше кровли водоносного горизонта и при благо­ приятных условиях подземная вода будет фонтанировать.

Артезианские и грунтовые воды могут иметь различные взаимные сочетания. Так, например, на рис. 52, а показано, что грунтовые воды находятся в водоносном слое из рыхлых поверхностных отло­ жений, которые граничат с водоносным песчаным слоем, заключен­ ным между двумя водоупорными слоями. В этом случае грунтовые воды из первого слоя будут уходить во второй под действием силы тяжести и, таким образом, они будут питать артезианские воды. Если же к водоносному слою, содержащему грунтовые воды, под­ ходит снизу водоносный слой, содержащий артезианские воды (рис. 52, б), то тогда напорные артезианские воды будут питать водоносный слой с грунтовыми водами.

104

По вопросу о происхождении подземных вод есть несколько теорий.

1.Теория инфильтрации разработана французским физиком Мариоттом еще в начале XVIII в. Согласно этой теории подземные воды образуются за счет просачивания в глубь атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность. Они доходят до водоупорных слоев земной коры, а затем, двигаясь по наклону, выходят на поверх­ ность земли в виде ключей и источников.

2.Теория конденсации разработана немецким ученым Фольгером во второй половине XIX в. Автором теории утверждается, что образование подземных вод объясняется конденсацией водяных паров атмосферы, проникших на некоторую глубину от поверхности.

А. Ф. Лебедев в результате проведенных опытов доказал, что образование водяных паров в порах горных пород путем конденсации возможно, но удельный вес образовавшихся таким путем подземных вод небольшой. Поэтому можно считать, что подземные воды обра­ зуются как путем инфильтрации поверхностных вод, так и путем конденсации водяных паров.

Известный австрийский геолог Э. Зюсс еще в XIX в. указал на возможность образования подземных вод за счет выделения и по­ следующей конденсации водяных паров, входящих в состав распла­ вленной массы, называемой магмой. Возникающие таким путем воды Э. Зюсс назвал ювенильными.

Наконец, часть подземных вод образуется в результате захоро­ нения озерных и морских вод в процессе накопления минеральных отложений на дне этих водоемов. Такие воды называются седимента-

ционными.

§ 46. Источники и гейзеры; отображение этих объектов на топографических картах

Естественные источники, называемые также ключами, родниками, представляют собой выходы подземных вод на поверхность земли. По характеру выхода на поверхность источники разделяются на нисходящие и восходящие, по температуре воды — на обычные, холодные и теплые, а по особенностям растворимых в них веществ — на пресные, солоноватые, соленые и минеральные.

Характер появления источников на земную поверхность может быть весьма различным. В одних случаях они обнаруживаются в виде едва заметных струек воды, иногда только увлажняющих почву. Местоположение таких источников может быть определено по характеру растительности (осока, тростник, хвощ, мох). Неко­ торые источники появляются на поверхность в виде довольно мощных струй воды, сразу же образующих значительный ручей. Нередки также случаи, когда подземные воды не выходят на поверхность, но находятся очень близко от нее, что обнаруживается по зарослям камышей, тростников и других болотных растений.

105

Нисходящие источники (рис. 53, а) образуются при выходе на земную поверхность грунтовых вод. Обычно они образуются на склонах речных долин, балок, оврагов и других местных понижений.

Восходящие источники (рис. 53, б) образуются в местах выхода на земную поверхность напорных артезианских вод. Иногда при­ чиной напора воды является воздействие выходящих вместе с ней паров и газоз. Струи воды восходящих источников бурлят и как бы кипят, а если такой источник пробивается через песок, на дне во­ доема в месте выхода вод образуются небольшие углубления, в пределах которых заметно перемещение песка или других мелко­

ластям современного или недавнего вулканизма, где вблизи земной поверхности располагаются сильно нагретые вулканические очаги. Гейзеры через равные интервалы времени (неодинаковые для разных гейзеров) выбрасывают из от­ верстия на земной поверхности на большую высоту столб горячей воды с паром. Это явление можно объяснить следующим образом.

Из неглубоко расположенных слоев земной коры по трещине поднимаются перегретые массы воды, температура которых всегда выше 100°. Трещина или канал гейзера обычно заканчивается объ­ емистым резервуаром, который называют грифоном.

Вблизи земной поверхности в районах действия гейзеров обычно перемещаются холодные грунтовые воды, которые могут попадать как в трещину (канал), так и в грифон. Поэтому в канале гейзера встречается поверхностная холодная и глубинная перегретая вода. Этим и объясняются особенности действия гейзеров. Рассмотрим механизм этого процеса более подробно.

После очередного фонтанирования верхняя часть канала гейзера и грифон остаются пустыми. Сюда немедленно начинает снизу по­

106

ступать горячая вода, а с боков — холодная грунтовая. Это соот­ ветствует стадии наполнения, когда температура воды на поверх­ ности канала несколько ниже точки кипения.

Продолжающееся поступление снизу новых порций горячей воды прогревает всю вышерасположенную водную массу до точки кипения, в результате чего периодически вскипающая на поверхности вода выбрасывается мелкими струями вверх. Постепенно периоды кипения увеличиваются, однако в глубине канала и в грифоне вода пока не закипает вследствие давления вышерасположенного столба воды. Как только вся вода в верхней части канала интен­ сивно закипает, то давление на нижние слои воды резко уменьшается из-за выделения пара с поверхности канала. Благодаря этому сразу вскипает вся вода в канале и вода, смешанная с водяными парами

согромной силой выбрасывается вверх. Это соответствует стадии фонтанирования.

После извержения поступающая снизу горячая вода бурно кипит, но из отверстия гейзера выделяется только пар. Одновременно

сэтим в канал и грифон поступают холодные грунтовые воды, ко­ торые и прекращают здесь кипение воды. Затем начинается новый цикл извержения гейзера.

На топографических картах источники и гейзеры показываются соответствующими условными знаками, причем около условного знака источников помещается пояснительное сокращение, характе­ ризующее качество их воды, например, «сол», «мин», «г. сол.» и т. п. При съемках в безводных и засушливых районах около знаков соответствующих источников на картах указывается их дебит, т. е. количество воды, вытекающее из данного источника за 1 ч. Например: «дебит 100 л/ч».

§ 47. Характеристика морфологических типов ледников

Морфологические типы ледников зависят главным образом от

ники, спускающиеся в море.

У многих ледников горных стран можно выделить две неравные части: область питания и область таяния. Область питания — это участок ледника, называемый фирновым бассейном, где происходит накопление снега и образование льда. Область таяния — это уча­ сток ледника, называемый ледниковым языком или областью абля­ ции, где расход ледяной массы превышает приход за счет таяния льда. Границей между ними является снеговая линия.

В разных горных системах снеговая линия располагается на различной абсолютной высоте, которая зависит от температуры воздуха и от интенсивности нагревания склонов солнечными лучами. В горах жарких стран она расположена выше, чем в горах умерен­ ного пояса, а тем более полярных областей. Большое влияние на

107

положение снеговой линии оказывает количество выпадающего снега, ориентировка склонов (в северном полушарии на склонах, обращенных к югу, снеговая линия лежит обычно выше, чем на противоположных) и направление ветров (с наветренных склонов снег в большинстве случаев перевивается на подветренные склоны, что влияет на положение снеговой линии).

Область питания горного ледника, или фирновый бассейн, обычно имеет сложную лопастную форму и располагается в котло­ винообразном понижении горного склона, имеющего в плане форму подковы и окруженного с трех сторон крутыми склонами. Это пони­ жение называется ледниковым цирком или каром.

Рис. 54. Продольный разрез фирнового бассейна долинного ледника:

FF, — снеговая линия; А — краевая трещина

Впадина цирка открывается вниз по склону и отсюда спус­ кается язык ледника, занимая дно долины (рис. 54).

Ледниковый цирк с трех сторон обычно окружен глубокой тре­ щиной (краевая трещина), куда скатывается обломочный материал с окружающих крутых склонов.

Пополнение запасов льда в горных ледниках происходит за счет выпадения атмосферных осадков в виде снега, изморози, инея, переноса снега метелями и за счет снежных лавин.

Накопление снега или фирна небольшой площади, образующееся в неглубоких понижениях горных склонов, называется снежни­ ками, или снежными пятнами. Некоторые снежники растаивают летом, но многие сохраняются круглый год и тогда их называют

перелетками.

В высоких широтах, вблизи побережья Северного Ледовитого океана, снежники встречаются и в пределах верховий тундровых оврагов северной экспозиции, а часть их располагается близ самого уровня моря.

108

Снежники на аэроснимках обычно хороню заметны, но на топо­ графических картах не изображаются.

Различают следующие типы ледников горных стран: висячие, каровые и долинные.

Висячие ледники характеризуются небольшими площадями и малой мощностью льда. Они располагаются на довольно крутых склонах в понижениях в виде пластин и линз фирна. Вследствие крутого падения горных склонов и небольших размеров ледники этого типа очень быстро реагируют на изменения климатических условий и условий питания, вследствие чего они подвержены значи­ тельным изменениям за короткие промежутки времени. Эти неболь­ шие ледники, обычно лишенные собственно ледникового языка, имеют постоянное расположение и должны изображаться на топо­ графических картах. Поэтому при топографическом дешифрирова­ нии аэроснимков необходим тщательный анализ географической обстановки для того, чтобы не включать снежники в число висячих ледников.

Каровые ледники представляют собой небольшие ледники с отсут­ ствующим или слабо развитым ледниковым языком. Они распола­ гаются в карах.

Долинные ледники в умеренных широтах являются наиболее распространенным типом горных ледников. Наиболее простой раз­ новидностью ледников этого типа является ледник альпийского типа. Для него характерно наличие ясно выраженной области пита­ ния (фирнового бассейна) и области таяния (ледникового языка). Области питания таких ледников обычно располагаются в карах или цирках, а ледниковый язык заполняет дно долины.

Кроме простых долинных ледников в горных районах часто встречаются сложные ледники, образующиеся в результате слияния нескольких ледников. В плане такие ледники напоминают ствол дерева с отходящими от него в обе стороны ветвями. Такие ледники называют древовидными.

Особую разновидность долинных ледников представляют лед­ ники, у которых область питания неясно выражена или вовсе отор­ вана от ледникового языка. Они называются ледниками туркестан­ ского типа. Питание таких ледников происходит за счет снежных лавин, падающих на поверхность ледника с крутых склонов окру­ жающих гор.

Материковые ледяные покровы в настоящее время встречаются во внутренних частях материков или крупных островов (например,

вГренландии) полярных широт. Особенно характерны ледники этого типа на материке Антарктиды (рис. 55). Лед образует здесь огром­ ный купол с центром в районе Полюса недоступности. Средняя толщина ледяного покрова Антарктиды достигает 2000 м, а макси­ мальная 4200 м. Из центра ледяного купола Антарктиды лед мед­ ленно растекается к периферии под влиянием силы тяжести, причем

вцентральных частях купола скорость движения ледяных масс очень мала, а к краям материка скорость нарастает. Однако в среднем

109