- •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
Природні води і тверде тіло Землі
Не дивлячись на те, що різні питання впливу мантії, літосфери, земної кори, тектонічних процесів на природні води з одного боку, і впливи природних вод та гідрологічних процесів на земну кору — з іншого надзвичайно широко досліджені, узагальнення такої взаємодії не представлені у підручниках з гідрології.
Гідросфера, разом з атмосферою, утворилися в ході геологічного розвитку Землі. Сучасні уявлення про першоджерела води склалися у середині XX століття. Розігрівання Землі на самій ранній стадії розвитку (стискання) привело до поділу її на оболонки. Внаслідок цього на поверхню поступали легкоплавкі речовини — базальтова магма, що включала воду та розчинені гази. Після зняття надкритичного стану (+374°С) вода почала поступово переходити в рідку фазу. Так утворилась гідросфера. Первинний розчин води отримав назву ювенільного. Мантія і далі залишається основним генератором природних вод. Вона вміщує приблизно 20 · 1018 т води всіх станів. Саме частина цих вод мігрувала до поверхні і утворила сучасну гідросферу Землі. Кількість видаленої з мантії води оцінюють приблизно у 3,4 · 1018 т.
Зі свого боку приповерхневі води впливають на розвиток земної кори. Еволюція цих процесів досліджена лише частково. Природні води приймають участь в розвитку осадових та метаморфічних порід. На великих глибинах флюїди приводять до гідророзривів. Магматичні породи, які з глибин попадають у нові фізико-хімічні (геологічні) умови, поступово змінюються, трансформуються у зоні гіпергенезу. Важливу роль тут грають підземні води. Велике значення для розвитку приповерхневих частин Землі мають гідрогеохімічні процеси. За участю вод відбувається формування кір вивітрювання та ґрунтів.
Природні води приймають активну участь в розвитку форм рельєфу та у формуванні різноманітних відкладів. Як відомо, рельєф розвивається внаслідок складної взаємодії ендогенних та екзогенних факторів. Екзогенні більшою частиною пов’язані з дією природних вод. З свого боку ендогенні чинники впливають на характеристики та розвиток водних об’єктів і їх систем.
3.3.1. Літосфера та підземні води
Підземні води — невід’ємна частина геологічного середовища. Хімічно зв’язана вода є частиною мінералів. Водні розчини та флюїди виконують значну геохімічну та геологічну роботу. Ювенільні води пов’язані з магмою, магматичними породами та вулканічною діяльністю. Води приймають активну участь у процесах гіпергенезу та вивітрювання.
Циркулюючи у земній корі, підземні води приймають участь в геологічних процесах. Вони розчиняють одні мінеральні сполуки і виносять їх в океан, озера, внутрішні безстічні області, і створюють інші, відкладаючи їх на своєму шляху (наприклад у тріщинах або при виході на поверхню). При переході у зв’язаний стан підземні води приймають участь у побудові багатьох геологічних утворень. Багато фізико-механічних, водних, теплових та інших властивостей гірських порід обумовлені вмістом в них вод різного походження та хімічного складу. Вода приймає участь у процесах магматизму, літогенезу, метаморфізму, здійснює великий вплив на зміни гравітаційного, магнітного та електричного полів Землі. Вода також є складним та динамічним природним розчинником та сильним каталізатором. Вона приймає участь в хімічних та біохімічних реакціях, перенесенні тепла, органічної речовини, газів та хімічних елементів. В.І. Вернадський писав: «Вода охоплює, проникає наскрізь, як плівкова губка і як пара, всю земну кору... Тому не дивно, що завжди і скрізь, де б ми не почали проникати в земну кору, не почали бурити, — ми зустрінемо в кінці кінців воду у краплинно-рідинних її масах».
Якщо розглядати геохімічну роль води, то слід сказати, що практично всі хімічні елементи в ній розчиняються, разом з нею мігрують, а багато які з неї виділяються (у формі газів, осадів, мінералів та ін.). По відношенню до води Вернадський всі хімічні елементи поділяв на дві великі групи:
1) гідрогенетичні (для яких характерна водна рівновага, і значна частина атомів яких проходить через водні розчини);
2) пірогенетичні (присутні у природних розчинах у незначних кількостях і тільки у стані розсіювання; не можуть виділятися у формі мінералів).
Поза сумнівом вода грає виключну роль у геохімічних процесах в земній корі та літосфері починаючи від магматичних, пегматитових та гідротермальних процесів і завершуючи різноманітними гіпергенними. При взаємодії з природними твердими тілами вода поступово перетворюється у розчин, який вміщує в тій чи іншій кількості елементи зі складу цих тіл. Суттєві зміни відбуваються і з самими твердими тілами. Окрім розчинення, широке розповсюдження і велику роль мають два важливих процеси: 1) гідратація; 2) утворення колоїдних систем. При гідратації молекули води входять хімічно у тверде тіло, стають його складовою частиною. При колоїдних процесах відбувається подрібнення часток мінералів, поступовий перехід до високодисперсних систем, коли важливу роль починають грати поверхневі властивості твердої речовини. З іншого боку колоїдної системи утворюються і зворотнім шляхом — внаслідок укрупнення систем молекул в розчині.
Велике значення мають природні води у формуванні кір вивітрювання, верхньою частиною яких є ґрунти.
Якщо розглядати аспект переважного впливу літосфери на підземні води, то слід у першу чергу сказати, що особливості їх залягання, розповсюдження, багатьох властивостей визначаються геологічними структурами та тектонічними процесами. Крім того хімічний склад підземних вод формується в основному за рахунок контакту з гірськими породами, відкладами, мінералами. Літосфера через утворення особливостей мегарельєфу своєї поверхні (гір, рівнин, океанічних котловин) впливає на особливості живлення, режиму та умов знаходження підземних вод.