- •Ющенко ю.С.
- •Чернівці Зелена Буковина 2005
- •Наука про природні води
- •Предмет і об’єкт гідрологічних досліджень
- •1.1.1. Уявлення про природні води до Нового часу
- •1.1.2. Формування основ наукової гідрології
- •1.1.3. Сучасна гідрологія
- •1.1.4. Природні води — об’єкт дослідження гідрології
- •1.1.5. Різноманітність водних об’єктів Землі
- •1.1.6. Колообіги та циркуляції природних вод
- •Середньорічний водний баланс Землі [12]
- •1.1.7. Зміни водних об’єктів в часі
- •1.1.8. Основні гідрологічні поняття та терміни
- •Фундаментальні основи гідрологічних досліджень
- •1.2.1. Молекули та надмолекулярні структури води
- •1.2.2. Агрегатні стани та фазові переходи води
- •1.2.3. Густина води
- •1.2.4. Теплові властивості води
- •1.2.5. В’язкість, поверхневий натяг та змочування
- •1.2.6. Деякі фізичні властивості снігу та льоду
- •1.2.7. Умови перебування води в ґрунтах та породах
- •1.2.8. Механіка рідини і дослідження природних вод
- •1.2.9. Основи статики природних вод
- •1.2.10. Загальні поняття та визначення гідродинаміки
- •1.2.11. Види руху водних потоків
- •1.2.12. Два режими руху рідини
- •1.2.13. Рівняння нерозривності
- •1.2.14. Рівняння Бернуллі
- •1.2.15. Рух поверхневих водотоків
- •1.2.16. Спокійні та бурхливі потоки
- •1.2.17. Приклади ламінарного руху
- •1.2.18 Течії у водойомах
- •1.2.19. Хвилі у воді
- •1.2.20. Стратифікація, стійкість та перемішування природних вод
- •1.2.21. Природні води як хімічний розчин
- •1.2.22. Основні типи домішок у природних водах
- •Головні іони в океанічних водах (за с. Бруєвичем)
- •1.2.23 Гідрохімічна класифікація природних вод. Зміни їх складу
- •1.2.24. Забруднення та якість природних вод
- •Методи гідрологічних досліджень
- •1.3.1. Математичні методи, інформатика
- •1.3.2. Системний підхід
- •1.3.3. Експеримент та моделювання
- •1.3.4. Порівняння, типізація, класифікація
- •1.3.5. Історичний метод
- •1.3.6. Прогнозування
- •1.3.7. Експедиційний метод
- •1.3.8. Вимірювання, спостереження, моніторинг
- •1.3.9. Балансові методи
- •1.3.10. Картографічні методи
- •1.3.11. Географо-гідрологічні методи
- •1.3.12. Еколого-гідрологічні методи
- •Гідрологія водних об’єктів
- •Гідрологія океанів і морів
- •2.1.1. Поділ Світового океану
- •Основні характеристики океанів
- •2.1.2. Рельєф дна та донні відклади Світового океану
- •2.1.3. Розподіл основних гідрологічних характеристик та водні маси океану. Процеси перемішування
- •2.1.4 Морський лід
- •2.1.5. Морські хвилі
- •2.1.6. Припливи в океані
- •2.1.7. Морські течії
- •2.1.8. Рівень океанів і морів
- •2.1.9. Життя в океані
- •2.1.10. Моря України
- •Гідрологія льодовиків
- •2.2.1. Процеси утворення льодовиків
- •2.2.2. Рух льодовиків
- •2.2.3. Розповсюдження, основні типи, будова та гідрографічна сітка льодовиків
- •2.2.4. Баланс та режим льодовиків
- •2.2.5. Процеси та явища пов’язані з льодовиками
- •Гідрологія підземних вод
- •2.3.1. Походження підземних вод
- •2.3.2. Класифікації підземних вод
- •2.3.3. Води зони аерації
- •2.3.4. Ґрунтові води
- •2.3.5. Артезіанські води
- •2.3.6. Підземні води у тріщинуватих та закарстованих породах
- •2.3.7. Структури підземної гідросфери
- •2.3.8. Рух підземних вод
- •2.3.9. Підземний стік
- •2.3.10. Природні явища та процеси пов’язані з підземними водами
- •Гідрологія річок
- •Найбільші річки світу
- •2.4.1. Річкові системи
- •2.4.2. Річкові водозбори
- •2.4.3. Річкові долини
- •2.4.4. Русла та заплави річок
- •2.4.5. Рух води в річках
- •2.4.6. Поняття про водний режим річок
- •2.4.7. Процеси водного живлення річок
- •2.4.8. Аналіз водного режиму річок
- •2.4.9. Рівневий режим річок
- •2.4.10. Утворення та основні характеристики річкових наносів
- •2.4.11. Основні категорії та стік наносів
- •2.4.12. Поняття про русловий процес річок
- •2.4.13. Типізації та класифікації руслового процесу
- •2.4.14. Термічний режим річок
- •2.4.15. Льодовий режим річок
- •2.4.16. Гідрохімічний режим та особливості гідробіології річок
- •Гідрологія озер
- •Найбільші озера світу
- •2.5.1. Котловини озер
- •2.5.2. Морфометрія та морфологія озер
- •2.5.3. Термічний режим озер
- •2.5.4. Льодовий режим озер
- •2.5.5. Динаміка озер
- •2.5.6. Водний режим озер
- •2.5.7. Гідрохімічні та гідробіологічні особливості озер
- •2.5.8. Донні відклади озер
- •Гідрологія особливих типів водних об’єктів
- •2.6.1. Сніговий покрив
- •2.6.2. Гідрологічні явища та процеси в зоні багаторічної мерзлоти та холодного клімату
- •2.6.4. Гідрологія водосховищ
- •2.6.5. Канали та гідромеліоративні системи
- •2.6.6. Гідрологія боліт
- •2.6.7. Гідрологія гирл річок
- •Типи гирлових областей річок
- •Загальні гідрологічні явища та процеси
- •Природні води і атмосфера Землі
- •3.1.1. Кліматична система Землі і природні води
- •Характеристики складових кліматичної системи Землі
- •3.1.2. Взаємодія океану та атмосфери
- •3.1.3. Атмосферна ланка колообігу води
- •Водний баланс та стік води з суходолу
- •3.2.1. Водний баланс територій
- •3.2.2. Формування стоку
- •3.2.3. Стік води в річках
- •Природні води і тверде тіло Землі
- •3.3.1. Літосфера та підземні води
- •3.2.2. Ендогенний вплив на поверхневу гідросферу
- •3.3.3. Природні води і рельєф
- •3.3.4. Гідрогенні відклади та акумулятивні утворення
- •Природні води та еволюційні процеси
- •3.4.1. Еволюція географічної оболонки та її складових
- •3.4.2. Біогенний етап розвитку природних вод
- •3.4.3. Антропогенний етап розвитку природних вод
- •Заключення Новітній етап розвитку гідрології
1.2.6. Деякі фізичні властивості снігу та льоду
Сніг є найбільш розповсюдженим видом твердих атмосферних опадів. Сніговий покрив взимку може досягати субтропічних широт. Сніжинки — це плоскі кристалики льоду. Серед них переважають гексагональні, та шестипроменеві форми. Існує міжнародна класифікація форми твердих опадів взагалі. Ці форми залежать від умов атмосфери, в яких вони утворюються. Розміри окремих сніжинок, що падають у повітрі, змінюється від частин міліметра до 1см. У сніговому покриві кристалики сніжинок дуже швидко ламаються і ущільнюються.
Сніговий покрив практично завжди має шарувату будову. Тут відбуваються складні гідрофізичні процеси. Розрізняють сухий та мокрий сніг (вміщує рідку воду). Любий сніговий покрив поступово змінюється — розвивається. Прийнято розрізняти три основних групи типів снігового покриву:
1. Свіжий та сухий (молодий) сніг. Густина сухого складає 10- 20 кг/м3.
2. Ущільнений. Густина — 200-600 кг/м3.
3. Старий. Густина 300-700 кг/м3.
Старий сніг характеризується тим, що форма кристаликів повністю змінена. Вони перетворилися на невеликі зерна — фірн. Дрібнозернистий фірн характеризується розмірами часток до 1мм, середньозернистий 1-2 мм, крупнозернистий 2-5 мм. В певних умовах утворюється сніг-пливун, що складається з маси щільних, нерозгалужених кристалів льоду з різкими гранями і довжиною до 15 мм.
На поверхні снігу можуть утворюватися ущільнені кірки. Сонячна кірка має товщину декілька міліметрів і утворюється за рахунок оплавлення кристалів вдень, під дією прямого сонячного проміння, і наступного замерзання вночі. Наст — має товщину до 3 см і утворюється за рахунок ущільнення поверхневих шарів під дією вітру (частково разом з сонцем).
В межах льодовиків зміни снігу не завершуються утворенням фірну. Він далі змерзається і утворює зернистий (фірновий) лід з густиною до 850 кг/м3. Він має білий колір за рахунок включення часток повітря. Цей лід також може ущільнюватися, до 910 кг/м3. Повітря витискається і колір стає блакитним. Це так-званий глетчерний лід, з якого складається основна маса (тіло) льодовика. Цей термін має німецьке (Gletscher — льодовик) та латинське (glaciees — лід) походження. На великих глибинах у льодовиках за рахунок великого тиску густина льоду може досягати 925 кг/м3, що перевищує цей показник для чистого льоду в нормальних умовах.
У товщах снігового покриву та льодовиків відбуваються такі основні гідрофізичні процеси: рекристалізація, режеляція, конжеляція, накопичення та міграція рідкої фази.
Рекристалізація являє собою фізичний процес, при якому атоми молекул перестрибують з кристалічної гратки одного кристалу на іншу, що зумовлює поступове зростання кристалів (сніжинок).
Режеляція (повторне замерзання) полягає у плавленні та повторному замерзанні кристалів льоду (снігу, фірну), що відбувається під впливом питомого тиску всередині снігу та льоду. Режеляція снігу відбувається лише при температурах що не вимагають великого питомого тиску, тобто біля 0°С. Додатковий тиск може створюватися висотою снігового покриву, на кутах сніжинок, або при їх падінні. Частинки рідкої води при цьому замерзають на інших кристалах.
Конжеляція — повторне замерзання талої води на поверхні льоду, або фірну.
Додатково на зміну кристалів можуть впливати возгонка та сублімація. Вони сприяють загальному процесу фірнізації та утворення льоду.
Сніговий покрив являє собою рихлу масу, яка характеризується пористістю. З цим пов’язані водно-фізичні властивості снігу. До них відносять: водопрониклість, вологість та водоутримуючу здатність (під водою тут розуміють рідку фазу). Цими характеристиками сніговий покрив подібний до ґрунтів. В реальних умовах його структура (будова) може бути досить складна. У ньому можуть швидко відбуватися перебудови, фазові переходи, що ускладнює визначення водно-фізичних характеристик.
Важливими також є теплові та механічні властивості снігу та льоду. Вони відіграють вирішальну роль у багатьох природних процесах. Питома теплоємність та теплопровідність снігу та льоду набагато менші ніж у рідкої води. Вони є теплоізоляторами. До механічних властивостей відносять міцність по відношенню до різних типів деформацій, сили зчеплення, коефіцієнти внутрішнього тертя, в’язкість, пластичність, твердість, коефіцієнти стискання та інші. В’якопластичні деформації є причиною такого явища як течія льодовиків. Вона відбувається під впливом постійних і достатніх навантажень від власної ваги. Повністю ці процеси ще не досліджені. Крім шаруватої течії тут має місце розколювання та ковзання. Всередині льодових мас також існують прошарки рідкої води дуже малої товщини (молекули). Вони, як змазка, сприяють ковзанню.
Особливою властивістю льоду є адгезія. Це процес примерзання до поверхні твердого тіла (з іншого матеріалу), що залежить від його фізичних властивостей, шорсткості та температури поверхні.