Содержание
1. Химизм озерных вод
2. Характеристика рек умеренного климата
3. Годовые амплитуды
4. О чем свидетельствует карта осадков
5. Теории происхождения подземных вод
Список использованной литературы
Химизм озерных вод
Вода, представляя собой «всеобщий растворитель», никогда не бывает в природе химически чистой, всегда содержит в растворе те или иные газы и минеральные вещества (соли). Химический состав воды озер определяется тремя группами факторов:
1) составом поступающей в озеро воды (осадки, притоки);
2) изменениями, происходящими с водой за время пребывания в самом озере, - разбавление дождевой водой, выпадение химических осадков, действие биологических процессов (выделение кислорода растениями, углекислоты и аммиачных солей животными; поглощение кислорода, кремнезема, карбонатов и фосфатов теми и другими), выщелачивание горных пород дна и берегов озера - каменной соли, гипса, в меньшей степени кремнезема и др.;
3) расходом воды путем испарения (повышение концентрации солей) и стока, выносящего, главным образом, поверхностные воды, обладающие определенным химизмом, отличным от состава остающихся глубинных слоев.
Химический режим озера имеет свой годовой ход, подчиняющийся определенной закономерности, и иногда, особенно в больших озерах, различен в разных участках водоема (например, в Каспии отдельные части его резко различны по своему химизму) под влиянием притоков или каких-либо других местных условий. Очень значительны могут быть также и различия между поверхностными и глубинными водами. Так, прежде всего различен в поверхностных и глубинных слоях газовый режим. На поверхности газы (кислород, азот, углекислый газ) поступают в воду из атмосферы в прямой зависимости от давления и в обратной - от температуры воды: чем холоднее, тем больше. Глубинные слои благодаря повышенному давлению, под которым они находятся, могли бы содержать больше газов, но непосредственно из атмосферы они могут получить их только во время полной циркуляции, выходя при перемешивании на поверхность (следовательно, при обычном атмосферном давлении); в остальное же время атмосферные газы могут поступать па глубины только диффузией.
Количество газов на глубине, конечно, не остается неизменным, изменяется происходящими там химическими и биологическими процессами.
Во многих озерах (так называемого балтийского, или эвтрофного, типа) наблюдается полное соответствие в вертикальном распределении: кислорода и температуры. Максимум О2 приходится у них в эпилимнионе, далее следует резкий скачок, аналогичный термическому, и в гиполимнионе количество О2 постепенно убывает ко дну. Углекислота в этих озерах распределяется обратно: ее мало в эпилимнионе, затем количество ее резко возрастает; в гиполимнионе содержание СО2 постепенно повышается до дна. Во время полной циркуляции наступает газовое равновесие с одинаковым содержанием кислорода и углекислоты на всех глубинах. В гиполимпионе некоторых озер встречается сероводород, происходящий от разложения органических веществ и во время циркуляции распределяющийся обычно во всей толще воды. Сероводород содержится, например, в глубоководных слоях Каспия, особенно в его средней части, где, поэтому отсутствует всякая жизнь, за исключением серных бактерий.
Минеральный (солевой) режим озера связан с его водным балансом, в частности с проточностью. Соли вносятся в озеро, главным образом, притоками, и если нет стока, происходит накопление солей, могущее привести к засолонению водоема. Таким образом, условием засолонения озера является положительный солевой баланс его, т. е. преобладание прихода солей над расходом. Качество, а отчасти и количество солей, вносимых в озеро, зависит от геологического сложения бассейна.
Расходуются соли преимущественно организмами, следовательно, главным образом - в эпилимнионе и в литоральной зоне. Понятно, что в вертикальном направлении распределение солей будет неравномерным.
По составу и количеству солей все озера можно разделить на пресные и соленые.
Пресными водоемами считаются те, в которых общее содержание солей меньше 1 промиле (т. е. 1 г на 1 л). По составу солей в пресных озерах преобладают карбонаты, распределение которых подчинено вертикальной стратификации и выравнивается только во время общей циркуляции. СаСО3 иногда выделяется на растениях литоральной зоны.
Карбонаты, а в некоторых озерах и железистые соединения в виде гидроокиси, претерпевают в толще воды сложный круговорот, связанный отчасти с деятельностью организмов.
Соединения кремния, потребляющиеся некоторыми организмами в верхних слоях, в нижних могут достигать значительной концентрации. Содержание минеральных веществ в соленых озерах может во много раз превышать соленость океанов, доходя в исключительных случаях до 368 промиле - озерко Гюсгундаг у Арарата.
Каспий и Арал, имея в среднем соленость ниже океанической, могут быть названы солоноватоводными. Но восточные заливы Каспия - Кара-Богаз-Гол и Кайдак, находящиеся среди пустыни, гораздо солонее, особенно первый.
Соленые озера, располагающиеся почти исключительно в пустынно-степной зоне, разделяются на 3 главных типа: собственно соленые, с преобладанием хлоридов (NaCl и MgCl2) и примесью сульфатов латрия (Na2SО4) и магния (MgSО4) - Эльтон, Баскунчак, Мертвое море, Большое Соленое; содовые, или натронные, в которых наряду с хлористым натрием играют роль углекислый натрий (Na2CO3) и сернокислый натрий (Na2SО4) - озера Ван, Гюсгундаг и др.; наконец, более редкие борные озера, содержащие наряду с другими солями буру (Na2B4О7),- некоторые озера Ирана, Тибета и Калифорнии.
При пересыщении соленого раствора в озере соли выпадают в осадок К таким самосадочным озерам относятся у нас Эльтон, Баскунчак, зкоторые сибирские и крымские озера. Прежде всего обычно выпадает в осадок сульфат кальция, затем сульфат и карбонат натрия, потом хлорид натрия, наконец, хлорид магния.
Своеобразные условия господствуют в системе Каспий - Кара-Богаз-Гол. Солоноватые воды Каспия, проникая узким и мелким проливом в Кара-Богаз-Гол, подвергаются здесь, благодаря громадному испарению, концентрированию примерно в 18 раз; при этом происходит и изменение соотношения количества различных солей. Кара-Богаз-Гол, таким образом, являясь громадным испарителем, служит и опреснителем Каспия.
Хотя химический состав озера важен для всех организмов, о чем свидетельствуют, например, специализированные виды растений и животных, обитающие в соленых озерах, именно растения, осуществляющие фотосинтез, сильнее всего влияют на химизм озерных вод. В процессе фотосинтеза солнечная энергия используется для превращения углекислоты и воды в углеводороды и кислород. При этом помимо диоксида углерода и воды в фотосинтезе участвуют еще 18–20 химических элементов, и уменьшение содержания любого из них ниже оптимальной потребности существенно замедляет процесс фотосинтеза. Эта т.н. гипотеза лимитирующей роли питательных элементов, выдвинутая в середине 19 в. Юстусом Либихом, до сих пор используется при характеристике водных экосистем. В пресных водоемах большинство питательных элементов присутствует в количествах, превышающих потребность в них, однако два из них – азот и фосфор – относительно редки. Именно эти элементы, порознь или совместно, лимитируют процесс фотосинтеза, или первичную продукцию. Более того, поскольку некоторые синезеленые водоросли способны связывать атмосферный азот, превращая его в аммоний и используя в процессе фотосинтеза, а фосфор не имеет такого источника, то последний становится наиболее важным лимитирующим элементом. В результате многие существенные характеристики озер, как, например, суммарный прирост первичной продукции или обилие водорослей, находятся в прямой зависимости от содержания фосфора в озерах. Поэтому озера классифицируют по этому показателю. Выделяются олиготрофные озера (с низким содержанием питательных веществ), мезотрофные (со средним содержанием) и эвтрофные озера (с высоким содержанием питательных веществ).
Эпилимнион почти всегда насыщен растворенным кислородом, образующимся здесь в процессе фотосинтеза, а также захваченным из пограничного слоя атмосферы при циркуляции воды. В то же время все прочие элементы, необходимые для фотосинтеза и роста, извлекаются из воды водорослями, и химизм вод эпилимниона подвергается соответствующим изменениям. Одновременно эпилимнион производит много органического детрита, состоящего из отмерших фрагментов водорослей, опускающегося в гиполимнион. Там растворенный кислород затрачивается на дыхание и разложение, и многие неорганические вещества возвращаются в воду. Таким образом, в стратифицированном озере первоначально однородная водная масса подразделяется на два четко различающихся слоя: верхний, более теплый, с дефицитом доступных питательных элементов, и нижний, более холодный, с более высокой концентрацией питательных элементов. В условиях умеренного климата это разделение имеет место и зимой и летом, хотя зимой оно менее выражено, поскольку подо льдом из-за меньшего доступа света значительно снижается уровень первичной продукции вод. В нестратифицированных озерах сезонные изменения происходят во всей водной толще.
Во многих озерах, богатых питательными элементами, фотосинтез протекает настолько интенсивно, что растворенный кислород оказывается полностью израсходованным непосредственно у поверхности донных отложений. В этом случае наблюдаются еще более значительные изменения химического состава воды. На поверхности раздела донных осадков и воды содержащие кислород нерастворимые соединения железа теряют кислород и становятся растворимыми, в результате чего большое количество железа, марганца, фосфора и азота поступает в воду. Этот процесс называется внутренней эвтрофикацией, так как в некоторых озерах в результате ветрового перемешивания или влияния внутренних сейш высвободившиеся из осадков питательные элементы попадают в верхний слой воды, повышая таким образом трофический уровень озера. В районах умеренного климата в период весеннего и осеннего перемешивания вод поверхностный слой осадков вновь поглощает кислород, все различия в химическом составе воды по глубине исчезают, и водная масса вновь становится химически однородной.
Характеристика рек умеренного климата
Реки - постоянные русловые потоки. Объем воды, заключенный в реках, составляет 1200 км3, или 0,0001 % от общего объема воды. К рекам обычно относят водотоки с площадью бассейна не менее 50 км2. Водотоки меньшего размера называются ручьями.
По площади бассейна реки подразделяют на большие, средние, малые. Большие реки имеют площадь бассейна более 50 000 км2, средние - 50 000-2000 км2, малые - менее 2000 км2. Большая река обычно имеет бассейн, расположенный в нескольких географических зонах. Гидрологический режим ее имеет особенности, связанные с протеканием реки в разнообразных условиях. Средняя река имеет бассейн, расположенный в одной географической зоне. Гидрологический режим ее зонален. Малая река также имеет бассейн, расположенный в одной географической зоне, но ее гидрологический режим сильно зависит от местных условий и может отличаться от зонального типа. Например: река Волга протекает в нескольких географических зонах и является большой рекой. Река Москва протекает в одной географической зоне и относится к средним рекам, а ее притоки - к малым рекам.
По условиям протекания реки разделяют на горные, полугорные и равнинные.
Известный русский климатолог А. И. Воейков предложил первую классификацию рек по условиям питания. Реки подразделялись на три группы: реки, получающие питание почти исключительно от таяния сезонного снега и ледников; реки, получающие питание за счет дождей; реки со смешанным питанием. Первую группу образуют тундровые и высокогорные реки. Ко второй группе относятся муссонно-тропические, западно-европейские, средиземноморские и полупустынные реки. Третью группу составляют бореальные реки (реки Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин).
В России широко распространена классификация рек по водному режиму (Б.Д. Зайкова), по которой все реки России разделены на три большие группы: с весенним половодьем, с половодьем в теплую часть года и с паводочным режимом. Реки с весенним половодьем, обусловленным таянием снежного покрова, наиболее распространены в России. Здесь выделяются пять типов. У рек казахстанского типа наблюдается резкая и высокая волна половодья, в остальную часть года сток очень мал. Реки восточно-европейского типа характеризуются высоким весенним половодьем, низкой летней и зимней меженью и осенними паводками. Реки западно-сибирского типа имеют невысокое растянутое весеннее половодье и повышенный сток летом и осенью. У рек восточно-сибирского типа наблюдается высокое половодье, летне-осенние паводки и зимняя межень. Для рек алтайского типа характерны невысокое растянутое половодье, повышенный летний сток и зимняя межень.
Реки с половодьем в теплую часть года делятся на реки дальневосточного типа с растянутым гребенчатым летним половодьем и низкой зимней меженью и реки тянъ-шаньского типа с летним половодьем, обусловленным таянием ледников. Реки с паводочным режимом протекают в горных районах Крыма, Кавказа и Карпат. Реки причерноморского типа имеют паводки в течение всего года. У рек крымского типа отмечаются зимние паводки и летняя межень. Для рек северокавказского типа характерны паводки летом и низкая межень зимой.
В настоящее время в России наиболее распространена классификация рек М.И. Львовича. Он разработал классификацию рек по источникам питания и типам водного режима. В этой классификации все источники питания и типы водного режима имеют буквенный код и количественные показатели. Каждый из источников питания (дождевое, снеговое, подземное, ледниковое) может оказаться почти исключительным, составляя больше 80 % всего питания, иметь преимущественное значение (50-80%) или преобладать (от 40 до 50%). Сток может иметь почти исключительное значение в один из четырех сезонов года (больше 80%), преимущественное значение (от 80 до 50%) или преобладающее (от 40 до 50 %).
Сочетания различных источников питания и режимов стока в течение года обусловили выделение типов водного режима рек. Выделяются следующие основные зональные типы водного режима рек:
- реки арктического типа имеют исключительно ледниковое питание и сток исключительно летом;
- реки субарктического типа характеризуются преимущественно снеговым питанием и преобладающим летним стоком;
- реки умеренного типа делятся на три подтипа: с преимущественно дождевым питанием и преобладанием стока зимой; с преимущественно снеговым питанием и стоком преимущественно весной; с преимущественно дождевым питанием и стоком преимущественно летом;
- реки субтропического типа имеют преимущественно дождевое питание и сток преимущественно зимой;
- реки субэкваториального типа имеют преимущественно дождевое питание и сток преимущественно летом;
- реки экваториального типа обладают исключительно дождевым питанием и стоком, преобладающим осенью.
Сток реки — перемещение воды в виде потока по речному руслу — характеризуется объемом, модулем, слоем и коэффициентом стока.
В умеренных зонах Северного полушария выделяется четыре сектора: западный - со слоем стока 400-1000 мм в год, внутрима-териковый - со слоем стока до 100 мм в год, восточный - со слоем стока 500 мм в год и пустынный - с транзитным стоком. У крупнейших рек умеренных широт (Лена, Обь, Енисей) годовой объем стока колеблется в пределах 300-500 км3. В умеренных широтах коэффициент стока увеличивается к северу до 60 % из-за уменьшения испарения и почти полного сокращения фильтрации в многолетнемерзлые горные породы.
Термический режим - это изменение температуры воды в реке в течение года. Он определяется поглощением суммарной солнечной радиации, эффективным излучением водной поверхности, затратами теплоты на испарение, его выделением при конденсации, теплообменом с атмосферой и ложем русла. По тепловому режиму реки разделяют на три класса:
- реки с теплой водой без сезонных колебаний температуры воды в течение года;
- реки с небольшими сезонными колебаниями температуры воды, не замерзающие зимой;
- реки с большими сезонными колебаниями температуры воды, замерзающие зимой.
У малых и средних рек, протекающих в одном климатическом поясе, температурный режим практически одинаков на всем протяжении.
Большие реки, протекающие через разные климатические пояса, имеют неодинаковый температурный режим в различных частях. Температура воды в большой реке, текущей с юга на север, как правило, выше, чем температура воды впадающего в нее притока. У рек, текущих с севера на юг, температура воды ниже, чем температура воды притока. Наиболее сложный температурный режим наблюдается у рек с большими сезонными колебаниями температуры воды, замерзающих зимой. Такие реки протекают в умеренных широтах. Зимой под ледяным покровом вода у поверхности реки имеет температуру около нуля. Весной в период повышения температуры воздуха и осенью в период ее понижения изменение температуры воды несколько запаздывает. Максимальная температура воды наблюдается летом в июле, минимальная - зимой.
Температура речной воды зависит от источников питания. У рек, берущих начало у края ледника, температура в середине лета может понижаться из-за притока холодных ледниковых вод. У рек, имеющих большую долю подземного питания, температура воды летом немного понижена, зимой — повышена. Температура воды в реках, вытекающих из озер, весной немного понижена, так как поступает более холодная вода из озера. Осенью, наоборот, температура воды более высокая, так как из озера поступает теплая вода.
Ледовый режим - совокупность повторяющихся процессов возникновения, развития и исчезновения льда на реках в течение года.
По характеру ледового режима реки подразделяются на:
- реки с устойчивым ледовым покровом в течение всей зимы ежегодно;
- реки с неустойчивым ледовым покровом, вскрывающиеся во время оттепелей;
- реки с ледовым покровом, образующимся не каждый год.
Годовые амплитуды
Годовая амплитуда температур поверхности равна разнице между максимальными и минимальными среднемесячными температурами. Годовая амплитуда температур поверхности возрастает с увеличением широты места, что объясняется возрастанием колебаний величины солнечной радиации. Наибольших значений годовая амплитуда температур достигает на континентах; на океанах и морских берегах годовые амплитуды температур значительно меньше. Самая маленькая годовая амплитуда температур отмечается в экваториальных широтах, где она составляет 2-3°. Самая большая годовая амплитуда - в субарктических широтах на материках - более 60°.
Годовой ход температуры воздуха определяется прежде всего широтой места. Годовой ход температуры воздуха - изменение среднемесячной температуры в течение года. Годовая амплитуда температуры воздуха - разница между максимальной и минимальной среднемесячными температурами. Выделяют четыре типа годового хода температуры; в каждом типе два подтипа - морской и континентальный, характеризующиеся различной годовой амплитудой температуры. В экваториальном типе годового хода температуры наблюдается два небольших максимума и два небольших минимума. Максимумы наступают после дней равноденствия, когда Солнце в зените над экватором. В морском подтипе годовая амплитуда температуры воздуха составляет 1-2°, в континентальном 4-6°. Температура весь год положительная.
В тропическом типе годового хода температуры выделяется один максимум после дня летнего солнцестояния и один минимум - после дня зимнего солнцестояния в Северном полушарии. В морском подтипе годовая амплитуда температур равна 5°, в континентальном 10-20°.
В умеренном типе годового хода температуры также наблюдается один максимум после дня летнего солнцестояния и один минимум после дня зимнего солнцестояния в Северном полушарии, зимой температуры отрицательные. Над океаном годовая амплитуда температуры составляет 10-15°, над сушей увеличивается по мере удаления от океана: на побережье - 10°, в центре материка - до 60°.
В полярном типе годового хода температуры сохраняется один максимум после дня летнего солнцестояния и один минимум после дня зимнего солнцестояния в Северном полушарии, температура большую часть года - отрицательная. Годовая амплитуда температуры на море равна 20-30°, на суше - 60°.
Выделенные типы годового хода температуры воздуха отражают зональный ход температуры, обусловленный притоком солнечной радиации. На годовой ход температуры воздуха большое влияние оказывает перемещение воздушных масс. В Европе наблюдаются возвраты холодов, связанные с вторжением арктических воздушных масс. Ранней осенью происходят возвраты теплоты, связанные с вторжением тропического воздуха. Это явление получило название «бабьего лета», иногда потепление столь значительно, что начинается цветение плодовых деревьев.
Географическое распределение температуры воздуха показывают с помощью изотерм - линий, соединяющих на карте точки с одинаковыми температурами. Распределение температуры воздуха зонально, годовые изотермы в целом имеют субширотное простирание и соответствуют годовому распределению радиационного баланса. Все параллели Северного полушария теплее южных, особенно велики различия в полярных широтах. Антарктида является планетарным холодильником и действует выхолаживающе на Землю. Термический экватор - полоса самых высоких годовых температур - располагается в Северном полушарии на широте 10° с.ш. Летом термический экватор смещается до 20° с.ш., зимой - приближается к экватору на 5° с.ш. Смещение термического экватора в Северное полушарие объясняется тем, что в Северном полушарии площадь суши, расположенная в низких широтах, больше по сравнению с Южным полушарием; а она в течение года имеет более высокие температуры. Широтное распределение годовых изотерм нарушают теплые и холодные течения. В умеренных широтах Северного полушария западные берега, омываемые теплыми течениями, теплее восточных берегов, вдоль которых проходят холодные течения. Следовательно, изотермы у западных берегов изгибаются к полюсу, у восточных берегов - к экватору.
На карте летних температур (июль в Северном полушарии и декабрь в Южном) изотермы располагаются субширотно, т. е. температурный режим определяется солнечной инсоляцией. Летом материки больше прогреты, изотермы над сушей изгибаются в сторону полюсов.
На карте зимних температур (декабрь в Северном полушарии и июль в Южном) изотермы значительно отклоняются от параллелей. Над океанами изотермы далеко продвигаются к высоким широтам, образуя «языки тепла»; над сушей изотермы отклоняются к экватору. Изотерма 0 °С в Северной Америке проходит по 40° с.ш., у берегов Европы - по 70° с.ш. Отклонение изотерм к северу у берегов Норвегии обусловлено влиянием мощного теплого Северо-Атлантического течения и западных ветров.
Средняя годовая температура Северного полушария + 15,2 °С, а Южного + 13,2 °С. Минимальная температура в Северном полушарии достигала - 77 °С (Оймякон) и - 68 °С (Верхоянск). В Южном полушарии минимальные температуры гораздо ниже; на станциях «Советская» и «Восток» была отмечена температура - 89,2 "С. Минимальная температура в безоблачную погоду в Антарктиде может опускаться до - 93 °С. Самые высокие температуры наблюдаются в пустынях тропического пояса, в Триполи + 58 °С; в Калифорнии, в долине Смерти отмечена температура + 56,7°.
О том, насколько сильно материки и океаны влияют на распределение температур, дают представление карты изаномал. Изаномалы - линии, соединяющие точки с одинаковыми аномалиями температур. Аномалии представляют собой отклонения фактических температур от среднеширотных. Аномалии бывают положительные и отрицательные. Положительные аномалии наблюдаются летом над прогретыми материками, над Азией температуры выше среднеширотных на 4°. Зимой положительные аномалии располагаются над теплыми течениями; над теплым Северо-Атлантическим течением у берегов Скандинавии температура выше нормы на 28 °С. Отрицательные аномалии ярко выражены зимой над охлажденными материками и летом - над холодными течениями. Например, в Оймяконе зимой температура на 22 °С ниже нормы.
Тропики и полярные круги нельзя считать действительными границами тепловых (температурных) поясов, так как на распределение температур влияет еще ряд факторов: распределение суши и воды, течений. За границы тепловых поясов приняты изотермы. Жаркий пояс располагается между годовыми изотермами 20 °С и оконтуривает полосу дикорастущих пальм.
Границы умеренного пояса проводятся по изотерме 10°С самого теплого месяца. В Северном полушарии граница совпадает с распространением лесотундры. Граница холодного пояса проходит по изотерме 0°С самого теплого месяца. Пояса (области) мороза располагаются вокруг полюсов.