Типи гирлових областей річок
Особливості водного режиму гирлових областей проявляються у швидкому розпластуванні хвиль, паводків та повеней, періодичному затопленні низовинних територій, складному перерозподілі стоку в межах дельт, особливому режимі рівнів води, періодичних вторгненнях морських вод (які можуть відбуватися в різних шарах потоку, утворюючи складну конфігурацію епюри швидкостей), ослабленні та зникненні річкового струменя (струменів) в межах узмор’я та ін. Особливим є не тільки водний, але і весь гідрологічний режим гирл. Це стосується режиму наносів та руслових деформацій, термічного та льодового, гідрохімічного, гідробіологічного режиму.
Ч а с т и н а 3
Загальні гідрологічні явища та процеси
«Воді була дана чарівна влада стати соком життя на Землі».
Леонардо да Вінчі
«Картина видимої природи визначається водою».
В.І. Вернадський
«Людина не цінує води доти, доки не висохне джерело».
Народна мудрість
Природні води і атмосфера Землі
Поверхневі частини планет це специфічні космічні утворення, де відбувається складна взаємодія внутрішніх та зовнішніх факторів розвитку. Вони, як складні системи, проходять через певні стани стабільності та змін, що можуть повторюватися циклічно. Все це відбивається і на кліматі (метеорологічній складовій системи). Специфікою Землі є наявність потужної, розвинутої гідросфери. Це невід’ємна складова як усієї приповерхневої (географічної) оболонки, так і кліматичної системи. Тому взаємодія природних вод та атмосфери це один з основних географічних процесів.
3.1.1. Кліматична система Землі і природні води
За сучасними визначеннями кліматична система Землі включає атмосферу, гідросферу, літосферу, кріосферу та біосферу. При такому підході вона виступає аналогом географічної оболонки та біосфери в широкому розумінні. Очевидно, що поступово повинна відбуватися ув’язка уявлень про ці складні системи.
Ланки кліматичної системи мають різні фізичні властивості.
Таблиця 3.1.
Характеристики складових кліматичної системи Землі
Різниця у фізичних властивостях атмосфери та гідросфери впливає на те, що перша з них набагато більш рухлива і мінлива. Але і гідросферу слід вважати досить рухомим середовищем.
Кріосфера, як ланка кліматичної системи, складається з материкового, морського льоду та снігового покрову. За даними зі штучних супутників Землі вони займають в середньому 10% площі її поверхні (біля 59 · 106 км2).
Порівняно з іншими ланками кліматичної системи літосфера найбільш консервативна. Основні фізичні характеристики її поверхневого шару (діяльного шару), змінюються порівняно повільно. Але деякі — швидше: альбедо, теплопровідність та інші.
Властивості біосфери, як частини кліматичної системи, визначаються в основному рослинністю.
Компоненти кліматичної системи знаходяться у складних, нелінійних зв’язках, що приводить до саморегуляції та автоколивань. Обмін кількістю руху між атмосферою та океаном, не дивлячись на відносно малу масу першої, викликає основні рухи в океанах та морях. З тропічних широт у високі переносяться маси теплої води. У холодну пору року океан різними шляхами віддає тепло атмосфері, він в цілому впливає на особливості її динаміки (циркуляції). За її рахунок на континенти переносяться тепло і волога. В залежності від стану поверхні суходолу, інтенсивності атмосферної циркуляції, властивостей повітряних мас відбувається певний обмін теплом та вологою між атмосферою та континентом. Обмін вологою між суходолом та океаном виражається через стік вод річок та стік льодовиків.
Складна взаємодія відбувається між атмосферою, океаном та кріосферою. Морський лід на протязі року змінює своє положення. Від нього залежать меридіональні контрасти температур та особливості циркуляції атмосфери.
Для покривних льодовиків при порушенні рівноваги між їх потужністю та швидкістю руху характерно виникнення крупних обвалів. Вони викликають додаткове розповсюдження льоду на великі площі (сьордж). Вони мали велике значення при розпадах льодовиків у минулому. Це, в свою чергу, приводило до різких похолодань. Скиди льоду у Північну Атлантику та Антарктичні води викликали повернення льодовикових умов на багато століть.
Особливу роль в кліматичній системі грає хмарність. При утворенні хмар виділяється значна кількість енергії, що впливає на температурний режим атмосфери і на її динаміку. Хмари відбивають та засвоюють потоки променевої енергії, змінюють радіаційний баланс.
Стан екологічних систем визначається ресурсами тепла та вологи. З іншого боку рослинний світ часто визначає альбедо, приймає участь в процесах волооберту, є основним джерелом кисню, впливає на вміст СО2 у повітрі.
Існує гіпотеза, що стан кліматичної системи визначається не стільки зовнішніми впливами, скільки складою внутрішньою взаємодією, яка викликає особливі види циклічності, автоколивання. Внаслідок цього при одних зовнішніх умовах на Землі можуть існувати різні клімати (різні генеральні сукупності кліматичних характеристик). Такі системи називають інтразитивними. Гіпотеза інтранзитивності клімату потербує ще осмислення і додаткових досліджень.
Найбільш значними змінами глобального клімату Землі є чергування теплих та льодовикових режимів. В їх дослідженнях також проявляються різні погляди на функціонування кліматичної системи. Одні автори підкреслюють роль автоколивань, а інші — зовнішніх умов. Відомою є робота В.Я. Сергіна та С.Я. Сергіна (1978 р.). Їх дослідження показало, що в системі льодовики — океан — атмосфера існують автоколивання завдяки перекачці мас води та енергії між двома інерційними підсистемами: океаном та льодовиками. Інерційні властивості океану пов’язані з великою теплоємністю, а льодовиків — з малою швидкістю накопичення маси та танення. Ці підсистеми об’єднані нелінійними прямими та зворотніми зв’язками. Розрахунки на моделі були представлені, зокрема, у вигляді теоретичних кривих льодовикових коливань. Вони також допомогли встановити неодночасність (затримки) в коливаннях маси льодовиків, температури та вологості приземного повітря. Таким чином не можна говорити ніби зледеніння повністю, жорстко контролюється повітрям. Міжльодовиків’я та перші фази зледенінь характеризхуються відносно вологим кліматом, а самі зледеніння та початки міжльодовиків’я — відносно сухим.
Поєднання коливань зовнішнього та внутрішнього походження приводить до ускладнення періодичності, виникнення складних ритмів. Вони також розвиваються нелінійно, своєрідно. Це ще одна властивість складної системи. Після завершення крупного ритму система не повертається точно у вихідний стан. Вона еволюціонує. Об’єктивне поєднання (діалектика) періодичних, коливних та однонаправлених змін характеризує процеси еволюції.
Аналіз можливих причин і механізмів впливу зовнішніх умов на розвиток зледенінь можна продемонструвати за поглядами В.О. Зубакова. Вони базуються на даних палеокліматичної інформації, і особливо з глибоководних океанічних та морських відкладів. Він пропонує в основу класифікації палеокліматів покласти відомий з геології висновок про існування „космічних» (галактичних) зим та літ, тобто гляціоер та термоер. За останні 2,7 млрд. років на Землі п’ять раз існував льодовиковий режим (і кожен раз більше ніж по 50 млн. років). „Відмічена періодичність являється найбільш яскравою та безсумнівною особливістю історії клімату Землі». Співставлення цих даних з палеокліматичною (палеогідрологічною) інформацією, отриманою по глибоководним колонкам, показало, що температуру глибинних шарів океану можна використовувати в якості кількісного параметра, який відображає зміни глобального термічного режиму Землі за періоди десятки мільйонів років та більше. Під час гляціонер працюють механізми утворення у приполярних широтах холодних солоних вод. Вони розповсюджуються у низькі широти і утворюють біля дна океану так-звану психросферу (що фіксується особливостями відкладів). Це і є основний механізм, що впливає на виникнення зледенінь на суходолі. Він утримує всю кліматичну систему в певному стані. Причини ж його виникнення глибокі тектонічні перебудови в мантії та земній корі, пов’язані з галактичними та власними еволюційними процесами. По-суті — це ще більш інерційна система, що впливає на менш інерційну. Зубаков запропонував називати два основних режими функціонування кліматичної системи кліматоокеанічними. Чергування льодовикових та міжльодовикових епох в межах гляціоер впливало на зміни всіх компонентів природи (в тому числі і природних вод, водних об’єктів). Опишемо це на прикладі перших.
Сильне похолодання клімату (на 10-15°С) приводить спочатку до утворення потужного снігового покриву, а потім льодовиків. Найбільше розповсюдження льодовиків спостерігалось в областях достатньо вологого клімату. Язики льодовиків у північній півкулі досягали 40° пн. широти. Збільшувались площі розповсюдження морського льоду, сезонних снігів, багаторічної мерзлоти. Льодовики та похолодання призводили до змін природної зональності. Арктичний пояс розповсюджувався до 50-40° пн. ш. На континентах біля льодовиків існували тундра та тундростеп. Пояси помірного, субтропічного та тропічного клімату були звужені і зміщені (стиснуті). Максимуми зледенінь в цілому приводили до посушливості клімату, що спрацьовувало як від’ємний зворотній зв’язок і гальмувало їх ріст. Рівень світового океану понижався на 100-150 м. Розвивались також гірські зледеніння (навіть в Африці та на островах Тихого океану). Північна півкуля ставала холоднішою ніж південна і термічний екватор зміщувався.
Геологічні, палеоботанічні та палеонтологічні дослідження показують, що в субтропічному поясі (тепер в основному посушливому) підвищувалась вологість та понижалась температура. У безстічному Великому Басейні Північної Америки знаходились гігантські прісноводні озера Лахонтон та Боннвілл, про що свідчать давні берегові тераси. Доказано, що вони не могли живитися талими льодовиковими водами. Вони розвивались внаслідок зволоження клімату. Подібні озера існували і у Євразії. Але поряд з цим існували також і великі прильодовикові озера. Величезні прильодовикові території зазнавали впливу флювіагляціальних процесів. Залишки їх діяльності дуже добре збереглися до наших днів.
У льодовикові епохи різниця між температурами низьких та високих широт в північній півкулі складала 55-70°С, а у міжльодовикові — 30-35°С. Збільшені контрасти приводили до інтенсифікації атмосферної циркуляції. Зміщення циклонів у більш низькі широти приводило до зволоження посушливих областей (про що свідчать, зокрема, наведені дані про озера). Це такі області як: Південна Європа, Північна Африка, Аравія, Центральна Азія, посушливі території Північної Америки та інші. Періоди підвищених опадів у цих областях називають плювіалами. Саме в цей час на рівнинах Сахари, Аравії, Гобі, пустель Північної Америки та інших формувалась розгалужена гідрографічна сітка, що включала річки та озера.
В тропічних областях, що були зміщені до екватору, в цей час навпаки, існував більш посушливий клімат. Але вони були досить звужені.
У міжльодовикові епохи клімат і характер природних вод ставали подібними до сучасних. Деколи клімат бував ще теплішим. Таким чином як розташування (гідрографічна сітка) так і режим водних об’єктів значно змінюється разом з кліматом (характеристиками атмосфери).
Що стосується термоер, то вони переважали в історії Землі. В їх час не могли розвиватися зледеніння. Навіть в полярних районах існував теплий клімат і відповідна гідрографічна сітка. Про це свідчать палекліматичні дослідження і, зокрема, дані про викопну флору та фауну. Флора була представлена теплолюбивими лісами.