Влияние поверхностных вод на формирование экосистемы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Часть 1. Мировой океан

1.1 Моря

1.1.1 Водный и солевой баланс

1.1.2 Тепловой режим океанов и морей

1.1.3 Течения

1.2 Реки

1.2.1 Река, ее притоки, речная система

1.2.2 Водоразделы

1.2.3 Речной бассейн. Водосбор

1.2.4 Исток, верхнее, среднее и нижнее течение, устье

1.2.5 Речная долина и русло реки

1.3 Озера и водохранилища

1.3.1 Типы озер по характеру котловин

1.3.2 Элементы водного баланса

1.3.3 Основные особенности гидрологического режима водохранилищ

1.4 Ледники

1.4.1 Условия и процесс возникновения ледников

1.4.2 Фирн. Ледниковый лед, его свойства

1.4.3 Типы ледников

1.4.4 Движение ледников. Морены

1.4.5 Таяние ледников

1.5 Болота

• 1.5.1 Образование болот и их типы
• 1.5.2 Болотная гидрографическая сеть
• 1.5.3 Источники водного питания болот
• Часть 2. Среда обитания
• 2.1 Мировой океан и его население
• 2.2 Континентальные водоемы и их население
• 2.3 Круговорот воды
• 2.4 Атмосферное звено
• 2.5 Океаническое звено
• 2.6 Литогенное звено
• 2.7 Почвенное звено
• 2.8 Речное звено
• 2.9 Озерное звено
• 2.10 Биологическое звено
• 2.11 Хозяйственное звено
• 2.12 Роль воды в формировании земной поверхности
• 2.13 Эрозионно-аккумулятивные процессы
• 2.14 Русловые процессы
• 2.15 Регулятор климата
• 2.16 Влияние течений на климат Земли
• 2.17 Оледенение и климат
• Заключение
• Список использованной литературы
• Введение
• Все живое вещество на нашей планете на 2/3 состоит из воды. Вода участвует в большинстве биохимических реакций. Так, например, бактерии на 81% состоят из воды, а их споры на 50%, ткани человека содержат до 70% воды, кровь даже 79%, а лимфа 96%.
• Без кислорода жизнь возможна (анаэробные организмы), без воды нет. Академик В.И. Вернадский считал, что «вода и живое вещество - генетически связанные части организованности земной коры», а немецкий физиолог Э.Д. Раймон писал: «Жизнь - это одушевленная вода».
• Подавляющая часть вод неоднократно проходит через живые организмы в результате обмена веществ. Поэтому все воды биосферы (по крайней мере 99% их) являются биогенными, образовавшимися за счет либо космогенных вод, поступающих на Землю из окружающего ее пространства, либо эндогенных, поступающих из глубин Земли. Вод, образовавшихся в результате деятельности человека, относительно немного.
• Суша и вода распределяются по поверхности Земли неравномерно: большая часть суши сосредоточена в северном полушарии, в южном преобладает водная поверхность. Из общей площади поверхности Земли 510 млн. км² на долю суши приходится всего 149 млн. км² или 29%. Остальные 361 млн. км² или 71% заняты поверхностью Мирового океана. Суммарная площадь всех внутренних водоемов суши составляет менее 3% ее площади, ледников - около 10%.
• Пространство Земли, покрытое водами океанов и морей, представляет собой непрерывную водную оболочку, называемую Мировым океаном. Из общей площади поверхности Земли 510 млн. км² на долю суши приходится всего 149 млн. км², или 29%. Остальные 361 млн. км², или 71%, заняты поверхностью Мирового океана. Суммарная площадь всех внутренних водоемов суши составляет менее 3% ее площади, ледников - около10%.
• Таблица 1. Суммарные запасы поверхностных вод

Вид запасов воды	Объем	Доля, %
		От общего запаса	От запаса пресной воды
Запасы воды в озерах	104000	2,82	--
В том числе пресные	27500	0,72	1,78
Запасы воды в руслах рек	200	0,005	0,01
Запасы воды ледниках	12956	0,35	0,86
В том числе горные	1171	0,03	0,70

Такое огромное количество воды в различных ее состояниях не случайно. Рассмотрим же, что собой представляют поверхностные воды нашей планеты, а главное, каково их влияние на жизнь организмов и на всю планету в целом.

Часть 1. Мировой океан

океан море вода климат ледник

Пространство Земли, покрытое водами океанов и морей, представляет собой непрерывную водную оболочку, называемую Мировым океаном. Мировой океан расчленяет сушу на отдельные материки, острова и архипелаги. Мировой океан в свою очередь разделен материками на отдельные, сообщающиеся между собой части.

Часть Мирового океана, расположенная между отдельными материками и отличающаяся своеобразной конфигурацией береговой линии и особенностями подводного рельефа, отражающего историю формирования данного участка земной коры, называется океаном. Основными признаками океанов являются самостоятельная система течений и атмосферной циркуляции и структура водных масс с характерным пространственным и вертикальным распределением океанологических элементов. По этим признакам Мировой океан условно подразделяют на четыре части: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. Границы океанов отчетливо выражены лишь береговыми линиями суши, омываемой ими. Морские же границы носят до некоторой степени условный характер.

1.1 Моря

Часть океана, вдающаяся в сушу и сообщающаяся с прилежащим океаном или морем свободно, через проливы, или отделенная островами, их грядами, подводными поднятиями (порогами), называется морем. Географическое положение, условия водообмена с океаном, характер рельефа дна и очертаний бассейна наряду с общими климатическими и гидрометеорологическими условиями района определяют структуру водных масс данного моря и их режим. Моря подразделяют по различным признакам: условиям водообмена и степени изоляции от океана, происхождению, характеру водообмена и гидрологического режима и т. д.

Наибольшее распространение до настоящего времени имеет классификация Шокальского, по которой моря разделяются на окраинные, средиземные и межостровные. Окраинные моря располагаются по окраинам материков и больших островов, средиземные - между материками или внутри них. В соответствии с этим средиземные моря подразделяются на межматериковые и внутриматериковые. Межматериковые моря отличаются обычно большими размерами и большими глубинами, внутриматериковые, напротив, относительно невелики и неглубоки. Межостровные моря располагаются между островами и архипелагами. Окраинные моря вдаются в материки и от океана отделяются грядами островов, иногда полуостровами. Свободное сообщение окраинных морей с океанами обусловливает зависимость физических и динамических процессов, а также режима вод от воздействия океана. Примерами окраинных морей могут служить моря Северное, Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское, Восточно-Китайское и др. Средиземные моря имеют затрудненную связь с океанами. В результате влияния материков соленость их вод, температура и другие характеристики сильно отличаются от соседних участков океана. Одно из самых значительных морей этого типа -- Средиземное (межматериковое). К числу межматериковых морей относятся также моря австрало-азиатские и американские. Внутриматериковые средиземные моря вдаются целиком в один материк. Таковы моря Белое, Балтийское, Гудзонов залив. К числу межостровных морей относятся Коралловое море и др.

1.1.1 Водный и солевой баланс

Изменения солености в различных районах Мирового океана зависят от физико-географических, гидрометеорологических и океанологических факторов. Наибольшее значение имеют: испарение с поверхности моря, выпадение осадков, приток материковых вод, процессы ледообразования и таяния льдов. Кроме того, большое значение имеют и динамические факторы - вертикальное перемешивание слоев и горизонтальный перенос водных масс течениями. Приток пресных вод с материков, выпадение осадков, приток менее соленых вод из соседнего района океана или моря, а также процесс таяния льдов опресняют морские воды, понижая их соленость. Процессы испарения и ледообразования, сопровождающиеся выпадением солей в рассол, а также приток более соленых вод, вносимых течениями, повышают соленость. Изменения всего комплекса этих процессов во времени и в пространстве определяют пространственное и вертикальное распределение солености, сезонные, многолетние и другие изменения ее. Солевой баланс морей и океанов связан с изменением компонентов водного баланса.

Приходную часть водного баланса составляют атмосферные осадки, выпадающие на поверхность моря, пресные воды, приносимые реками, воды от таяния морского льда и, наконец, приток воды из соседнего водоема. Расходную часть водного баланса этого же объема воды составляют потери воды на испарение, на образование льда и отток воды в соседние водоемы. Для некоторых морей учитывается расход воды на просачивание через дно. В морях большое значение имеет и водообмен с соседним морем или океаном.

Все перечисленные факторы определяют режим и изменения солености вод океанов и морей. Так как соленость - наиболее консервативное, установившееся свойство вод Мирового океана, то можно говорить и о балансе солей. Приходная часть солевого баланса слагается из поступления солей: а) с материковым стоком, б) с атмосферными осадками, в) из недр Земли в виде продуктов дегазации мантии, г) при растворении пород на дне океанов и морей.

Расход солей происходит при: а) выпадении солей в осадок, б) выкристаллизовывании солей из рассола солевых ячеек льда при низких температурах (до -55°С), в) испарении морской воды в районах с жарким климатом в закрытых и полузакрытых морях, г) выносе солей при разбрызгивании воды ветром и других менее эффективных процессах.

Из всех компонентов прихода и расхода солей наибольшее значение имеют приток с материковым стоком и из недр Земли за счет дегазации мантии, а также выпадение солей из морской воды в осадок, компенсирующие друг друга. Общее количество солей, растворенных в морской воде, достигающее примерно (47-56)* 10¹⁵ т, настолько велико, что изменения, связанные с приходом и расходом, а также влиянием различных факторов, не отражаются на общем солевом составе морской воды.

В течение длительных отрезков времени -- геологических эпох -- солевой состав вод Мирового океана можно считать установившимся. Это связано с тем, что приход солей балансируется расходом и, кроме того, количество солей, поступающих или выпадающих из состава морской воды, настолько незначительно по сравнению с солевой массой, находящейся в ее растворе, что требуются очень большие промежутки времени (200000--160000 лет) для того, чтобы соленость изменилась на 0,02--0,01%0.

1.1.2 Тепловой режим океанов и морей

Основной источник тепла, получаемого поверхностью Мирового океана,-- это прямая и рассеянная солнечная радиация. Часть ее отражается водной поверхностью, часть излучается в атмосферу и межпланетное пространство. Морские воды, соприкасаясь с атмосферой, обмениваются с ней теплом. Если вода теплее воздуха, то происходит отдача тепла в атмосферу, если же вода холоднее, она получает некоторое количество тепла в процессе теплообмена. Большое количество тепла море теряет на испарение. Известно, что на испарение каждого грамма воды затрачивается свыше 2,43* 10⁵ Дж/кг (580 кал). Отсюда нетрудно представить, какое большое количество тепла теряют поверхностные слои океана, например, в области пассатов, где испарение очень велико.

В высоких широтах нагревание и охлаждение морской воды связано с ледовыми явлениями. В осенне-зимний период при образовании льда всегда выделяется скрытая теплота ледообразования, которая затрачивается на нагревание воды и воздуха над ней. Весной при таянии льда происходит, наоборот, охлаждение воды и воздуха.

Дополнительным источником тепла могут служить речные воды. Наконец, большая роль в распределении и изменении температуры вод океанов и морей принадлежит материкам, господствующим ветрам и особенно течениям.

На поверхности раздела океан - атмосфера, а также в толще воды непрерывно происходят процессы, изменяющие тепловое состояние вод. Некоторые из этих процессов сопровождаются выделением тепла и приводят к повышению температуры воды, другие приводят к потере тепла и понижению температуры. Соотношение количеств тепла, поступающего в воду и теряемого ею в результате взаимодействия различных тепловых и динамических процессов, называют тепловым балансом. Соотношение между приходной и расходной частями теплового баланса различно в отдельных частях Мирового океана и значительно меняется с течением времени.

1.1.3 Течения

Происхождение морских течений и их классификация. Поступательные горизонтальные движения водных масс, связанные с перемещением значительных объемов воды на большие расстояния, называют течениями. Течения возникают под действием различных факторов, таких, как ветер (т. е. трение и давление движущихся воздушных масс на водную поверхность), изменения в распределении атмосферного давления, неравномерность в распределении плотности морской воды (т. е. горизонтальный градиент давления вод различной плотности на одинаковых глубинах), приливообразующие силы Луны и Солнца. На характер движения масс воды существенное влияние оказывают также вторичные силы, которые сами не вызывают его, а проявляются лишь при наличии движения. К этим силам относятся сила, возникающая благодаря вращению Земли - сила Кориолиса, центробежные силы, трение вод о дно и берега материков, внутреннее трение. Большое влияние на морские течения оказывают распределение суши и моря, рельеф дна и очертания берегов. Классифицируют течения главным образом по происхождению. В зависимости от сил, их возбуждающих, течения объединяют в четыре группы: 1) фрикционные (ветровые и дрейфовые), 2) градиентно-гравитационные, 3) приливные, 4) инерционные.

Течения, возникающие при участии сил трения,-- это ветровые течения, вызванные временными и непродолжительными ветрами, и дрейфовые, вызванные установившимися, действующими длительное время ветрами. В ветровых течениях не создается наклона уровня, дрейфовые же течения приводят к наклону уровня и появлению градиента давления, которые определяют возникновение в прибрежных районах глубинного градиентного течения.

Градиентно-гравитационные течения возникают вследствие наклона физической поверхности моря, вызванного различными факторами,-- это плотностные, бароградиентные и стоковые течения. Первые создаются горизонтальным градиентом плотности, возникающим вследствие перераспределения поля плотности. Бароградиентные течения вызываются изменениями в распределении атмосферного давления, которые приводят к наклону уровня в областях повышенного давления и повышению его в области пониженного давления. Стоковые течения создаются в результате наклона поверхности моря, вызванного притоком береговых вод, атмосферными осадками, испарением, притоком вод из другого бассейна или оттоком вод в другие районы. Наконец, могут возникать компенсационные течения вследствие нарушения равновесия за счет убыли или оттока вод из одного бассейна в другой под влиянием сгонно-нагонной циркуляции и других факторов.

Приливные течения возникают под действием приливообразующих сил Луны и Солнца.

Инерционные течения -- это остаточные течения, наблюдающиеся после прекращения действия всех возбуждающих движение факторов. На частицы воды в инерционных течениях действуют только две уравновешивающие одна другую силы -- Кориолиса и центробежная. Инерционные течения наблюдались в Балтийском море, в Черном, Средиземном и др.

Течения подразделяются по степени устойчивости, расположению, физико-химическим свойствам, характеру движения.

По устойчивости выделяют постоянные, периодические и временные (случайные) течения. Постоянные -- это течения, сохраняющие средние значения скорости и направления длительное время. Они заметно изменяют свои характеристики от сезона к сезону, но почти не изменяют их от года к году. К ним относятся Гольфстрим, Куросио, пассатные и др.

Периодические -- течения, меняющие свои элементы во времени с определенным периодом (муссонные, приливные).

Временные течения возникают под влиянием временных интенсивных ветров, резких внезапных изменений давления атмосферы, выпадения осадков.

По расположению выделяют течения поверхностные, глубинные, придонные, прибрежные, открытого моря.

По физико-химическим свойствам течения могут быть теплые, холодные, опресненные, осолоненные, нейтральные. Влияние теплых и холодных течений на ход многих физических явлений, особенно на климат Земли, огромно. Подразделение течений по физико-химическим свойствам относительно. Теплые и осолоненные течения имеют температуру и соленость выше, чем местные, окружающие их воды, холодные и опресненные -- ниже.

По характеру движения течения подразделяют на прямолинейные, криволинейные, циклонические и антициклонические.

В природных условиях не существует течения какого-либо одного происхождения, а имеет место комплексный поток, сочетающий различные типы течений.

Течения в морях. Течения в морях формируются под влиянием тех же факторов, которые возбуждают океаническую циркуляцию. Однако местные физико-географические условия, особенности рельефа дна и водообмен с соседними морями или океаном определяют региональные особенности течений в морях. В средиземных и окраинных морях формирование течений происходит различно. Например, течения в Норвежском, Гренландском и Баренцевом морях, входящие в систему течений Северного Ледовитого океана, тесно связаны и с течениями Атлантического океана, а также с атмосферными процессами, господствующими над акваторией этого района.

В Балтийском море поверхностное течение, вызванное обильным притоком речных вод, в зависимости от направления ветров усиливается или ослабевает. При преобладании ветров с юго-запада наблюдается круговорот вод против часовой стрелки: вдоль южных берегов на восток, вдоль восточных на север. Течения Черного и Азовского морей связаны с господствующими здесь ветрами.

Весьма распространены в морях стоковые и сточные течения. Дрейфовое Карибское течение приносит большое количество воды в Мексиканский залив, куда вливается обильный сток Миссисипи. Избыток вод в этом заливе создает мощное сточное Флоридское течение через одноименный пролив. Обь - Енисейское течение в Карском море, Ленское - в море Лаптевых представляют собой типичные стоковые течения, возникающие в результате стока огромных масс вод рек Сибири - Оби, Енисея и Лены.

В морях, где развиты приливные явления, обычно хорошо выражены приливные течения, иногда превалирующие над всеми остальными. Так, например, интенсивные приливные течения наблюдаются в Белом море, в Японском, Охотском, Северном и др.

1.2 Реки

1.2.1 Река, ее притоки, речная система

Рекой называется водный поток, протекающий в естественном русле и питающийся за счет поверхностного и подземного стока речного бассейна.

Атмосферные осадки не сразу попадают в реки. Сток их осуществляется сначала в виде временных потоков, возникающих в период таяния или выпадения дождей. Сливаясь вместе, они дают начало постоянным потокам - сначала ручьям, малым речкам, а затем рекам. Водность рек увеличивается притоком подземных вод, дренируемых речными руслами. Реки выносят свои воды в океаны, моря или озера. Река, впадающая в один из таких водоемов, называется главной рекой, а реки, впадающие в нее, -- ее притоками. Совокупность всех рек, сбрасывающих свои воды через главную реку в море или озеро, называется речной системой или речной сетью.

Реки, озера, болота, балки, овраги данной территории составляют гидрографическую сеть этой территории. Таким образом, речная сеть есть часть гидрографической сети.

Различают притоки различных порядков. Реки, впадающие непосредственно в главную реку, называются притоками первого порядка, притоки этих притоков -- притоками второго порядка и т. д. Американский гидролог Хортон предложил другую систему классификации притоков. Хортон называет рекой первого порядка или элементарной рекой реку, не имеющую притоков, рекой второго порядка - реку, принимающую притоки только первого порядка, и т. д. Таким образом, чем больше номер главной реки, тем более сложный характер носит речная система этой реки. В этом несомненное достоинство предлагаемой Хортоном системы.

Речная система характеризуется протяженностью рек, их извилистостью и густотой речной сети.

Таблица 2. Количество и протяженность речной сети

Категория длин рек, км	Количество	Суммарная длина
Самые малые <10	2812587	5624881
11-25	113974	1697939
Малые 26-100	32733	1426288
Средние 101-500	3844	669861
Большие >500	280	228895
Всего:	2963418	9647864

Под протяженностью понимается суммарная длина всех рек, составляющих данную систему. Длина рек измеряется по карте возможно более крупного масштаба. Извилистость реки характеризуется коэффициентом извилистости. Этот коэффициент определяется для отдельных участков реки и представляет собой отношение расстояния по прямой линии между начальным и конечным пунктами участка к длине реки на этом участке.

Густота речной сети характеризуется коэффициентом густоты, представляющим собой отношение суммарной протяженности речной сети на данной площади к величине этой площади. Коэффициент густоты речной сети выражается в км/км². Густота речной сети зависит от ряда природных факторов: рельефа, геологического строения местности, свойств почв, климата, в особенности от количества осадков и условий их стока. Немаловажная роль принадлежит также историко-геоморфологическим факторам.

1.2.2 Водоразделы

Линия на земной поверхности, разделяющая сток атмосферных осадков по двум противоположно направленным склонам, называется водоразделом. Весь земной шар можно разделить на две основные покатости, по которым воды стекают с континентов в Мировой океан: Атлантическую и Тихоокеанско-Индийскую. Водораздел между этими двумя покатостями называется Мировым водоразделом. Водоразделы между периферийными областями и областями внутреннего стока называются внутренними водоразделами. Линии на земной поверхности, разделяющие области суши, сток с которых направлен в различные океаны или моря, называются водоразделами океанов и морей. Водоразделы, отделяющие части суши, сток с которых направлен в те или иные речные системы, называют речными водоразделами или водоразделами речных бассейнов.

В горных районах водоразделы обычно хорошо выражены и проходят по вершинам горных хребтов. На равнинах водоразделы нередко выражены неясно, и определить их точно бывает трудно.

Реки собирают воды не только с поверхности земли, но и из верхних слоев литосферы (подземные воды). В соответствии с этим различают поверхностные и подземные водоразделы. Поверхностные и подземные водоразделы не всегда совпадают.

1.2.3 Речной бассейн. Водосбор

Часть земной поверхности, включающая в себя данную речную систему и отделенная от других речных систем водоразделами, называется речным бассейном этой системы. Поверхность суши, с которой речная система собирает свои воды, называется водосбором или водосборной площадью бассейна. В большинстве случаев площади бассейна реки и водосбора совпадают. Но иногда водосборная площадь бывает меньше площади бассейна. Это наблюдается в тех случаях, когда внутри бассейна имеются либо площади внутреннего стока, либо площади, с которых стока не происходит вовсе.

Речные бассейны отличаются друг от друга размерами и формой. Основной морфометрической характеристикой речного бассейна является его площадь, выражаемая обычно в квадратных километрах.

Бассейны рек нередко отличаются значительной асимметрией, что имеет большое значение для формирования водного режима реки. При асимметрии бассейна в главную реку будет поступать при прочих равных условиях различное количество воды с правой и левой частей водосбора.

1.2.4 Исток, верхнее, среднее и нижнее течение, устье

Истоком называется место на земной поверхности, где русло реки приобретает отчетливо выраженные очертания и где в нем наблюдается течение. Река может образоваться из слияния двух рек. Тогда за начало реки принимается место слияния этих рек.

Нередко на равнинах реки берут начало из болота. Иногда из одного болота вытекают ручьи и речки, принадлежащие к разным речным системам. Многие реки вытекают из озер, и в этом случае исток реки выражен вполне отчетливо (Нева, Свирь, Ангара и др.). Иногда, сравнительно редко, из одного озера вытекают две реки, принадлежащие к различным системам. Это наблюдается в том случае, если озеро расположено на высокогорном плато, на водораздельном пространстве. Иногда ручьи и речки берут начало из родников. В горных районах, там, где развито оледенение, многие реки вытекают из ледников.

Течение рек можно разделить на три части, имеющие обычно более или менее общие черты для разных рек: верхнее, среднее и нижнее течение. В верхнем течении река обычно отличается большими уклонами и в соответствии с этим большими скоростями. В этой части течения река, как правило, энергично размывает свое русло. В средней и нижней частях течения уклоны водной поверхности и скорости течения уменьшаются, эрозионная деятельность потока ослабевает. В средней части река проносит транзитом продукты размыва, принесенные сверху. В нижнем течении происходит по преимуществу аккумуляция продуктов размыва, поступивших из верхних частей речного бассейна. Иногда на отдельных участках река под влиянием особенностей рельефа теряет указанные черты, характерные для верхнего, среднего и нижнего течения.

Место, где река впадает в другую реку, озеро или море, называется устьем реки. Иногда вследствие затрат на испарение и отчасти фильтрацию в грунт, слагающий русло, реки заканчиваются «слепыми устьями». Так называются участки, где такие реки прекращают свое течение. В результате разбора воды на орошение многие реки заканчиваются в нижнем течении рядом ирригационных каналов, веерообразно расходящихся в разные стороны.

1.2.5 Речная долина и русло реки

Реки обычно текут в узких вытянутых пониженных формах рельефа, характеризующихся общим наклоном своего ложа от одного конца к другому и называемых долинами. Элементами речной долины являются: дно, или ложе, долины, тальвег, русло реки, пойма, склоны долины, террасы и бровка. Дно, или ложе, долины -- наиболее пониженная часть ее. Тальвег - непрерывная извилистая линия, соединяющая наиболее глубокие точки дна долины. Дно долины в продольном направлении пересекается речным руслом, представляющим собой эрозионный врез, образованный водным потоком. Часть дна долины, заливаемая высокими речными водами, называется поймой. Склоны долины редко бывают ровными. На них часто образуются располагающиеся уступами на некоторой высоте над тальвегом более или менее горизонтальные площадки, называемые речными террасами. Пойма представляет собой нижнюю террасу. Линия сопряжения склонов долины с поверхностью прилегающей местности называется бровкой. Строение речных долин, их форма, размеры оказывают большое влияние на ряд гидрологических процессов, происходящих в них, на свойства реки и особенности ее режима. Большая или меньшая крутизна склонов долины способствует ускорению или замедлению стока поверхностных вод с них в русло реки, усилению или ослаблению процессов размыва поверхности склонов долины, а, следовательно, и поступлению продуктов размыва в речное русло. Мощные аллювиальные отложения, скопившиеся в долинах рек, являются вместилищем грунтовых вод и тем самым оказывают влияние на питание рек грунтовыми водами.

Размеры и форма русла сильно меняются по длине реки в зависимости от ее водности, строения долины, характера пород, слагающих русло. Морфологические особенности русла могут быть охарактеризованы при помощи плана русла с нанесенными на нем изобатами, или горизонталями, и поперечного профиля русла. Сечение русла вертикальной плоскостью, перпендикулярной направлению течения, называется водным сечением потока. Часть площади водного сечения, где наблюдаются скорости течения, называется площадью живого сечения. Та же часть площади водного сечения, где течение практически отсутствует, называется площадью мертвого пространства.

1.3 Озера и водохранилища

Озерами называются котловины или впадины земной поверхности, заполненные водой и не имеющие прямого соединения с морем.

Размеры озер колеблются в весьма широком диапазоне. Согласно приведенному определению, к озерам могут быть отнесены и такие крупные водоемы, как Каспийское и Аральское моря, а также сравнительно небольшие временные скопления воды в понижениях местности, образующиеся, например, в период весеннего снеготаяния.

Иногда, в отличие от текущих вод (рек), озера определяют как водоемы с замедленным стоком или с замедленным водообменом.

При наличии котловины образование озера произойдет в том случае, когда приток воды в это углубление будет превышать потери на фильтрацию и испарение.

Искусственно созданное озеро называется водохранилищем. Если водохранилище имеет небольшие размеры, его называют прудом. Иногда прудами называют мелководные естественные озера, на площади которых распространена водная растительность.

Таблица 3. Количество и суммарная площадь озер*

Размеры озер, км2	Количество	Суммарная площадь
Менее 1	2814727	159532
1-10	36896	87075
10-100	2958	55913
Более 100	185	185920
Всего:	2854766	448440

· без Каспийского и Аральского моря

1.3.1 Типы озер по характеру котловин

Несмотря на большое разнообразие встречающихся в природе озер, среди них могут быть выделены определенные типы, имеющие сходство по ряду признаков. Прежде всего, можно выделить определенные типы озер в зависимости от условий образования озерного ложа.

По характеру котловин, послуживших основой для образования озера, можно выделить озера плотинные, или запрудные, котловинные и смешанные.

Плотинные озера образуются в том случае, когда долина перекрывается в каком-либо месте обвалом, ледником, наносами т. п.; в эту группу входят и искусственные озера -- водохранилища. Среди плотинных озер можно выделить речные, долинные и прибрежные.

Речные озера могут возникать как временные образования в результате резкого снижения стока отдельных рек в сухое время года; в этом случае реки нередко обращаются в цепочку озер, лежащих в долине и отделенных друг от друга сухими участками русла. Другим типом речных озер являются так называемые пойменные озера. Этот тип озер непосредственно связан с процессом образования стариц, возникающих вследствие преграждения отдельных рукавов реки грядой наносов и образования рекой нового русла.

Долинные озера могут возникать в горах от завалов. Озера завального происхождения образуются вследствие закупорки узкой долины продуктами разрушения их склонов.

Прибрежные озера бывают двух типов: лагуны и лиманы. Лагуны возникают в том случае, когда мелководные заливы, или бухты, отделяются от моря наносными песчано-глинистыми валами, или косами. Лиманы представляют собой затопленную морем устьевую часть долины.

Моренные озера обязаны своим происхождением деятельности ледников, особенно мощных ледниковых покровов четвертичного периода, которые погребали под собой огромные пространства. После отступления (таяния) и исчезновения такого ледникового щита на его месте остался обломочный материал, который переносил с собой ледник: глина, песок, щебень, крупные глыбы горных пород и т. д. Большое скопление этого материала (так называемой морены) в одних местах и незначительное в других создает рельеф, отличающийся холмистостью, непрерывным и частым чередованием возвышенностей и понижений, причем понижения обычно бывают замкнутыми. Заполненные водой, они образуют моренные озера круглой или неправильной формы, со многими ответвлениями и заливами.

Карстовые озера представляют собой результат химической (растворяющей) деятельности подземных и поверхностных вод. Вынос растворенных веществ, а также тонких глинистых частиц (суффозия) может привести к образованию подземных пустот и оседанию кровли над этими пустотами, что обусловит появление воронок на поверхности земли; если эти воронки будут заполнены водой, на их месте возникнут карстовые озера.

Своеобразной разновидностью карстового типа озер являются термокарстовые озера, возникающие в результате заполнения водой углублений на поверхности земли, образующихся в областях развития вечной мерзлоты вследствие таяния подземных пластов или линз льда. Таяние этого льда не только способствует образованию озерной котловины, но и в значительной мере поставляет воду для заполнения котловины.

Дефляционные озера располагаются в котловинах, созданных в результате процесса выдувания, и в понижениях между барханами и дюнами.

Многие котловинные озера возникают в результате вулканических и тектонических процессов. Тектонические процессы обусловливают появление котловин огромных размеров. Поэтому тектонические озера обычно глубоки. Примерами могут служить озера Иссык-Куль, Байкал, Севан и др. Вулканические озера возникают либо в кратере потухшего вулкана, либо в углублениях на поверхности лавового потока, образовавшихся при его застывании, либо в долине реки вследствие перегораживания ее потоком лавы.

1.3.2 Элементы водного баланса

Водный баланс озера непосредственно определяется процессами притока и расхода воды. Приход воды в озеро осуществляется путем поверхностного и подземного притока и выпадения атмосферных осадков на его поверхность.

В некоторые периоды пополнение запасов воды в озере может происходить за счет конденсации водяного пара на его поверхности. Существенное влияние на водный баланс небольших озер, особенно в степных районах, оказывают скопления снега, переносимого ветром, в зарослях тростника, растущего по берегам.

Расходование поступающей в озеро воды происходит путем испарения с поверхности озера, поверхностного и подземного стока из него.

По условиям формирования водного баланса озера можно разделить на две основные группы: сточные и бессточные.

Озеро будет бессточным, если поступающая в него вода полностью расходуется на испарение. Если приток превышает потери на испарение, то с течением времени котловина переполняется, а излишек воды стекает, образуя реку.

1.3.3 Основные особенности гидрологического режима водохранилищ

Интенсивное использование водных ресурсов связано с созданием водохранилищ различных размеров, позволяющих накапливать воду в период избытка речного стока и использовать ее затем для выработки энергии, водоснабжения, орошения полей, повышения глубин рек в межень и др.

Водохранилища в зависимости от их морфологических и гидрологических особенностей можно разделить на несколько групп. Так, по величине напора, создаваемого плотиной, среди крупных водохранилищ можно выделить:

1) равнинные с напором 15--35 м;

2) предгорные с напором 50--100м;

3) горные с напором у плотины 200 м и более.

Обычно водохранилища располагаются в долинах рек. Это так называемые русловые (речные) водохранилища. В условиях широких долин русловые водохранилища приобретают ясно выраженные черты искусственных озер.

Иногда в систему емкостей, регулирующих сток рек, включают естественные озера, в которых накапливают дополнительные запасы воды путем возведения плотин в истоке реки, вытекающей из озера. В этом случае образуются озерные водохранилища.

В искусственно создаваемых водоемах сразу после их возникновения начинают проявляться характерные для них гидрологические закономерности, не всегда и не во всем соответствующие развитию этих процессов в естественных озерах.

Условия водообмена. Особенностью водохранилищ является их относительно большая проточность по сравнению с озерами такой же площади. Вследствие повышенной проточности наблюдаются более высокие скорости постоянных течений. Даже в таком крупнейшем водохранилище, как Рыбинское, замена воды в пределах сливной призмы в среднем осуществляется примерно дважды в течение весны. Полная смена воды в пределах этого водохранилища в среднем осуществляется в течение годичного периода.

Сравнительно быстрая смена водных масс обеспечивает большее выравнивание температуры в водохранилищах, чем обычно наблюдается в озерах, а это в свою очередь приводит к меньшему нагреву поверхностных слоев воды по сравнению с теми условиями, которые имели бы место на озерах той же площади, расположенных в однородных климатических условиях.

Формирование берегов. С созданием водохранилищ коренному переформированию подвергаются затапливаемые речные долины, особенно в береговой зоне водохранилища. Процессы, происходящие при формировании берегов водохранилищ, весьма существенно отличаются от тех, которые наблюдаются в береговой зоне озер.

Береговая область озер в течение многолетнего периода существования в условиях достаточно размываемых грунтов приобретает пологие очертания. Ветровые волны, воздействуя на берега озер, выносят в глубь озера более мелкие частицы грунта, делают откос более пологим и создают отмостку из крупных фракций грунта; эти частицы грунта создают защитный слой, предохраняющий берег озера от дальнейших разрушений. Указанный процесс, продолжаясь весьма длительный период, приводит к созданию береговой зоны, являющейся относительно устойчивой при данных условиях ветрового волнения, уклона склонов и размеров частиц верхнего слоя грунта.

Таким образом, естественные озера в условиях равнинного рельефа имеют такие берега, на которых уже не происходят интенсивные процессы размыва. Имеющиеся движения твердых частиц, образующих берег, обычно приводят к их перемещению в береговой зоне без существенного сноса в глубинную область.

После создания водохранилищ ветровые волны, достигающие иногда высоты 3 м, сразу начинают интенсивно размывать склоны речной долины, которые до этого не соприкасались с водой и имели профиль, сформированный в условиях отсутствия постоянного воздействия воды. Внезапное нарушение условий существования склонов речных долин, превращаемых в берега водохранилищ, приводит к стремительному одностороннему их преобразованию. Можно сказать, что береговая зона озера находится в пределах уже развившегося процесса, а береговая зона водохранилищ находится в стадии преобразования. В процессе преобразования береговой зоны водохранилищ даже в течение одного летнего сезона могут происходить обрушения берегов на расстоянии нескольких десятков метров от первоначального положения. При этом высота откосов может достигать 40--60 м и более. Общая зона разрушения береговой области до момента образования более или менее устойчивых береговых очертаний может достигать нескольких (двух-трех) километров.

В условиях водохранилищ, создаваемых подпором больших рек, основным фактором, определяющим процесс формирования береговой области, является ветровое волнение. Скорости течения, определяемые транзитными расходами воды, в больших водохранилищах малы для того, чтобы создать значительные размывы берегов. При движениях воды, связанных с действием ветра, в том числе и сгонно-нагонных, так или иначе связанных с волнением, создаются скорости, способные размывать берега и дно, перемещать большие массы грунта.

Под действием указанных причин первоначальный берег, линия профиля которого разрушается. Продукты разрушения отлагаются вниз по откосу в виде подводной береговой отмели или береговой платформы. Рост береговой отмели и разрушение берега продолжаются, постепенно затухая, до тех пор, пока отмель не образует надежную защитную полосу, выполненную на поверхности из достаточно крупных частиц грунта, в пределах которой волны теряют значительную часть своей энергии и перестают действовать разрушающе на берега.

1.4 Ледники

1.4.1 Условия и процесс возникновения ледников

С увеличением высоты местности температура воздуха постепенно падает и на некоторой высоте, различной для каждого географического района, осадки уже выпадают только в виде снега. Выпадающий снег, скапливаясь в течение длительного периода, постепенно превращается в ледяные зерна, которые затем образуют сплошной ледниковый лед. Граница, выше которой снег не стаивает полностью даже летом из-за недостатка тепла, называется климатической снеговой линией.

Ледник - это масса льда с постоянным закономерным движением, расположенная главным образом на суше, существующая длительное время, обладающая определенной формой и значительными размерами и образованная в результате скопления и перекристаллизации различных твердых атмосферных осадков.

Главным источником питания ледников являются твердые атмосферные осадки, скапливающиеся на дне и склонах котловин, в которых начинается ледник. Процесс накопления твердых осадков, очевидно, может осуществляться только в том случае, когда количество тепла, поступающее в том или ином районе на земную поверхность, оказывается недостаточным, чтобы выпадающий снег мог полностью растаять.

Таким образом, можно сказать, что существованию ледников должен благоприятствовать сырой климат с отрицательными температурами. Обильная влажность воздуха - основной источник атмосферных осадков. Отрицательная температура необходима для того, чтобы осадки могли выпадать в твердом виде. При отрицательной средней температуре лета ежегодно создается некоторый запас нерастаявшего снега, накапливание которого со временем создает значительные его массы. Формирование запасов снега может происходить и при положительных средних температурах некоторого периода лета, но при условии, если этот теплый период является непродолжительным.

1.4.2 Фирн. Ледниковый лед, его свойства

Твердые атмосферные осадки, накапливаясь в отрицательных (вогнутых) формах рельефа, испытывают со временем значительные преобразования. Свежевыпавший снег под действием солнечного тепла оттаивает с поверхности, а ночью вновь замерзает, покрываясь тонкой ледяной корочкой - настом. Часть талой воды просачивается внутрь снежной массы и там отвердевает в виде крупинок, зерен и пленок, обволакивающих снежинки. По мере накопления снега его нижние пласты под давлением верхних делаются плотнее и переходят в пузырчатую серо-белую массу, состоящую из подвергшихся первоначальному переформированию под действием замерзания и оттаивания снежинок и ледяных зерен и называемому фирном. Периодическое выпадение снега обусловливает характерное слоистое строение фирна, причем толщина слоев колеблется в довольно широких пределах - от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Фирн, имеющий плотность 0,3-0,5, все более уплотняясь под давлением вышележащих слоев, переходит в белый фирновый лед с плотностью 0,85, а затем в чистый, прозрачный, собственно ледниковый лед голубого цвета плотностью 0,88-0,91.

Важное значение в процессе переформирования снега в лед и в образовании ледников имеет свойство льда срастаться в одну глыбу вследствие отвердевания жидкой пленки, заключенной между отдельными кусками льда, приведенными в соприкосновение. Указанное свойство называют режеляцией. Благодаря режеляции происходит слияние двух ледниковых потоков в один, фирновые зерна смерзаются в плотную ледяную массу, заплывают трещины в ледниках и т. д. Другим важным свойством льда является пластичность, т. е. способность его течь под влиянием непрерывно действующей силы. Под влиянием тяжести и в силу присущей ему пластичности лед, образовавшийся под покровом фирнового поля, начинает стекать вниз по склону горы или дну долины. Выползая из-под фирнового покрова, ледник опускается ниже снеговой линии. Таким образом, ледник может быть разделен на две части: верхнюю, где преобладает накопление снега и льда (фирновый бассейн или бассейн питания), и нижнюю, где происходит стаивание ледника (область стока, область абляции, язык ледника).

1.4.3 Типы ледников

Ледники в зависимости от климатических условий и рельефа отличаются большим разнообразием. Наиболее характерные их типы следующие: 1) ледники горных склонов, 2) долинные ледники, 3) ледники горных вершин, 4) сложные ледниковые комплексы.

1. На склонах горных хребтов или отдельных гор часто встречаются так называемые висячие ледники. Эти ледники не приурочены к каким-либо резко выраженным понижениям рельефа. Они почти никогда не спускаются к подошве горы, а висят высоко, словно приклеенные всей своей массой к склону. Ледники, занимающие на склонах гор нишеобразные углубления с крутыми стенками и плоским дном, называются каровыми или мульдовыми.

2. Долинные ледники образуют наиболее характерную группу. Свойства этих ледников изучены лучше, чем ледников других типов. Ледники этого типа занимают более или менее значительную часть долины, верхняя часть которой, расширенная в виде чаши, служит бассейном для накопления твердых атмосферных осадков, а участок, расположенный ниже области накопления твердых осадков, является каналом истечения льда, вместилищем ледникового языка. Долинный ледник, состоящий из одного ледяного потока, называют простым, если же он имеет боковые притоки, его называют сложным. Простые долинные ледники характерны для Альп, поэтому их иногда определяют как альпийский тип. Среди простых ледников выделяют особый тип, называемый туркестанским, питание которого происходит главным образом за счет снежных лавин. Среди сложных ледников выделяют древовидный тип, образующийся в условиях обильного питания, когда на склонах главной долины возникают боковые ледники, спускающиеся в главную долину.

3. Среди ледников горных вершин особую категорию составляют переметные ледники, расположенные на двух противоположных склонах горного хребта и соединяющиеся своими верхними частями на седловине в гребне этого хребта. В некоторых горных странах, где гребни гор имеют довольно обширные горизонтальные или слабо наклоненные в одну сторону площадки, при соответствующих климатических условиях образуются ледники плоских вершин. Особый морфологический тип оледенения составляют ледники вулканических конусов, которые, заполняя углубление на вершине потухшего вулкана, лучеобразно спускаются во все стороны по бороздам и трещинам, заложенным в склонах горы. Для слабо расчлененных нагорий, имеющих характер массивов с волнистой поверхностью, характерны ледники скандинавского, или норвежского типа. В условиях указанного рельефа образуются обширные снежные и фирновые поля, от которых отделяются ледниковые языки.

4. В арктических и антарктических областях встречаются почти все перечисленные выше формы оледенения, смыкающиеся друг с другом и покрывающие большие пространства материков и островов в полярных широтах. Такие материковые ледники, образующие сложные ледниковые комплексы, мало возвышаются над уровнем моря, и нередко их языки спускаются непосредственно в море, где обламываются, давая начало ледяным плавучим горам, или айсбергам.

1.4.4 Движение ледников. Морены

Движение ледников представляет собой достаточно сложный, еще не вполне выясненный процесс. Как и в речном потоке, движущей силой здесь является сила тяжести. Многочисленные наблюдения и специально поставленные опыты показали, что течение ледника сходно с течением водного потока. Скорость движения льда в результате трения его о склоны долины постепенно уменьшается от середины ледника к краям. Вследствие различного сопротивления скорость также убывает от поверхности ледника к его дну. Всякое сужение долины вызывает увеличение скорости движения ледника в этом месте, всякое расширение снижает скорость. Уменьшение скорости движения ледника наблюдается также на участке от выхода его из-под фирнового поля до конца ледника. Скорость движения ледников колеблется в значительных пределах, оставаясь, однако, во всех случаях достаточно малой. Так, материковый лед движется со скоростью 20-30 м в год.

Во время движения ледника в нем могут возникать поперечные и продольные трещины. Поперечные трещины образуются при наличии в ложе ледника резких уступов, а продольные - вследствие растекания льда в стороны при переходе ледника из более узкого участка долины в расширенный и различной скорости движения по оси ледника и у берегов.

В процессе движения ледники выносят в устье долины продукты разрушения горных пород и оказывают существенное влияние на ложе и на препятствия, встречающиеся по пути. Все продукты разрушения горных пород - от крупных каменных глыб до мелкой пыли, - попавшие в тело ледников и движущиеся вместе со льдом, принято называть мореной. Морены, участвующие в перемещении ледника, называются движущимися, а те из них, которые прекратили движение, - отложенными.

Движущиеся морены в соответствии с их положением в леднике разделяются на поверхностные, внутренние и донные. Поверхностные морены возникают в результате скопления на поверхности ледника обломков горных пород со склонов долины. В образовании поверхностей морены участвует также пыль, сметаемая ветром с окрестных горных склонов. Валы, образующиеся из обломочного материала по краям ледника, носят название боковых морен. Поверхностная морена обычно состоит из угловатых обломков неправильных очертаний. Внутренняя морена формируется из материала, попавшего сперва на поверхность, а затем поглощенного ледником. Нижняя, или донная, морена образуется из материала, оторванного ледником от своего ложа, а также в результате опускания части поверхностной и внутренней морены. Материал, образующий донную морену, характеризуется окатанностью форм: резкие углы камней сглажены, валуны покрыты царапинами и штрихами.

Весь моренный материал ледник переносит к своему концу, где нагромождает его в виде вала, располагающегося поперек долины - это конечная морена.

Воздействие ледника на ложе и на препятствия, встречающиеся на пути его движения, выражается в том, что ледник шлифует горные породы, стирает и перетирает обломочный материал и в более мягких породах выпахивает глубокие борозды.

1.4.5 Таяние ледников

Ледник, опустившись ниже снеговой линии, под влиянием притока тепла начинает таять. Основную роль в процессе таяния играют климатические факторы. Таяние поверхности ледника вызывается непосредственным нагреванием льда солнечными лучами, нагреванием теплым воздухом, действием дождей и теплом, излучаемым окружающими ледник склонами гор. Вследствие резкого колебания температур в горах в течение суток таяние ледников с поверхности особенно сильно выражено в дневные часы. С наступлением ночи и холодных пасмурных дней таяние резко уменьшается.

Приток тепла к леднику осуществляется не только с его поверхности, но и со стороны дна ложа, вызывая таяние льда. Это подледниковое таяние играет, конечно, меньшую роль и распространяется только на ближайший ко дну слой ледника.

Сохранение ледникового языка ниже снеговой линии в течение длительного времени при непрерывном таянии льда возможно только в случае постоянного поступления новых масс льда. Если это поступление равно таянию, то в положении крайней линии ледника не замечается перемен. Если льда поступает больше, чем может растаять и испариться, то размеры ледникового языка увеличиваются, он делается длиннее и спускается ниже по долине -- ледник наступает. В противном случае происходит обратное: масса ледника уменьшается, язык становится короче, как бы отодвигаясь вверх по долине, - ледник отступает. Указанные колебания ледника вызываются изменением условий таяния и поступления масс льда и могут совершаться как в течение сезона, так и в более длительные периоды времени.

...