Поверхностные воды

1 глава Поверхностные воды.

1.1 Значение и место поверхностных вод в гидросфере.

 

Воды, которые текут (водотоки) или собираются на поверхности земли (водоёмы) называются поверхностными водами суши. Они постоянно или временно находятся в поверхностных водных объектах. Объектами поверхностных вод являются: озера, реки, болота и другие водотоки и водоемы.  Различают солёные и пресные воды суш.

Поверхностные воды суши сосредотачивают  небольшую долю воды планеты 0,0262%. Объем озерной воды оценивается в 279 тыс. км3(0,0192%), рек всего в 1200 км3 или 0,0001 %.

Третье место по объему  воды занимают полярные ледники, в них сосредоточено 24 млн. км3(1,651%) воды. В полярных ледниках заключено около 90 %  запасов пресной воды на Земле.

Второе место занимают подземные воды – 60 млн. км3 (4,12%). В зоне активного водообмена  циркулирует около 4 млн. км3. По мнению ученых, в 10-15 километрах толще литосферы находится около 150 млн. км3 воды, не участвующие во влагообороте, но представляющей собой резерв жидкой воды. 

Главная масса воды сосредоточена в океанах – 1370,0 млн. км3, или 94,2% (97,2 по другим данным) всей воды гидросферы, из них около 35 тыс. км3 приходится на айсберги.

Образование поверхностных вод — сложный процесс. Вода попадает на сушу в результате испарения с поверхности Мирового океана и переноса в атмосфере, другими словами в процессе мирового влагооборота. Атмосферные осадки  после выпадения  на поверхность суши  делятся на четыре неравные и изменчивые части: одна испаряется, другая под действием силы тяжести,  в зависимости от характера местности, стекает по определенному маршруту и устремляется  обратно в океан, третья просачивается в почву и грунт, четвертая превращается в горные или материковые ледники. В соответствии с этим на суше имеется четыре типа скопления воды: реки, озера, подземные воды, ледники. Кроме того, вода в больших количествах находится в почвах и болотах.

Движение поверхностных вод производит огромную геологическую работу. Чем больше масса воды, тем больше объем рыхлого материала она может перенести, тем большую геологическую работу она производит. Поверхностные воды являются сильнейшим геологическим фактором, существенно преобразующим лик Земли. Геологическая работа складывается из смыва (разрушения), переноса продуктов разрушения горных пород (транспортировки), и аккумуляции этих продуктов. Возникшие при этом отложения носят название флювиальные. По характеру  и результатам деятельности поверхностных вод можно выделить три их вида: плоскостной  склоновый сток; сток временных потоков; сток постоянных водотоков.

 

 

1.2 Плоскостной склоновый сток.

 

Во время выпадения дождей и таяния снега вода стекает по наклонным поверхностям и по склонам возвышенностей, холмов гор или в виде сплошной пелены или густой сети отдельных струек. Живая сила таких струек весьма невелика, и вода захватывает только мелкоземистый материал, подготовленный выветриванием, и перемещает его вниз по склону. Происходит склоновый плоскостной смыв. Часть смываемого рыхлого материала отлагается в нижней части склона или у его подножья, то есть там где, где снижается сила водных струек. Подобный процесс называют делювиальным (смывания), а возникшие в процессе действия этого процесса отложения – делювием.

Делювиальные отложения располагаются в виде шлейфов, которые имеют наибольшую мощность у подножья склона. Наиболее характерны протяженные делювиальные  шлейфы в пределах равнинных рек степных районов умеренного пояса, также субтропического и тропического поясов в зоне сухих саванн. По мере выполаживания склона скорость водных струек и их сила уменьшается. Поэтому в нижней части склона смывается и переоткладывается весь более тонкий материал. В равнинных областях в составе делювия принимают участие главным образом суглинки и супеси. Наибольшая мощность делювия достигает около 20 м. Большие мощности делювия наблюдаются у основания склона, а вверх по склону мощностью делювиальных осадков уменьшится. В горных областях типичных делювиальных осадков практически нет. Вместо них в связи с развитием гравитационных процессов на склонах формируются обвальные или осыпные отложения.

Рис.1  Схема образования делювия: 1 - первичная поверхность склона, 2 - сниженная поверхность склона в результате плоскостного смыва, 3 - делювий

 

 

 

 

 

 

1.3 Сток временных потоков.

 

 Среди временных русловых потоков в зависимости от рельефа местности выделяют два типа: на равнинах возникают временные потоки оврагов, а в горах – временные горные потоки.

Рис. 2  Типы оврагов: А - простой молодой овраг; Б - сложный разветвленный овраг; 1, 2 - линейная часть оврага, выработанная по направлению наибольшего уклона склона молодого (1) и древнего (2) оврагов, 3 - конус выноса молодой генерации оврага, 4 - то же, древней генерации, 5 - верховье оврага в различной степени разветвленное, 6 - заболоченность в районе слияния отдельных отвержков в верхней части оврага, 7 - области дренирования поверхностных и местами подземных вод.

Начало оврагообразования связано в большинстве случаев со склонами долин рек. Если в пределах склона или его бровки имеются различные естественные или искусственные неровности, понижения, то при выпадении дождя или таянии снега в них происходит слияние отдельных стекающих струй воды, которые разрушают указанные части склона и на их месте образуются различные промоины, рытвины. Так начинается на склонах процесс размыва, или эрозии. Фактически это первая зародышевая стадия развития оврага. В последующем в таких рытвинах периодически концентрируется еще большее количество воды, и они начинают расти в глубину, ширину, вниз и вверх по склону. Дно такого оврага отличается неровностью. По мере дальнейшего углубления (увеличение донной эрозии) профиль оврага постепенно выравнивается, его устье достигает основания, куда впадает поток. Уровень реки или какого-либо бассейна, куда входит овраг, называется базисом эрозии. В вершине оврага, выдвинувшейся за бровку склона в пределы водораздельного плато, образуется перепад. В результате возникающие водотоки обрушиваются в вершину оврага водопадом или образуют здесь стремнины с быстрым течением, завихрениями. Это способствует интенсивной эрозии в пределах перепада и постепенному продвижению вершины оврага все дальше в глубь водораздельного плато. Такой процесс роста вверх по течению потока называется регрессивной или попятной эрозией. По мере продвижения вершины растущего оврага в глубь водораздельного плато на его склонах образуются промоины или рытвины, которые также превращаются в овраги. Такие ответвления, или отвержки, от главного оврага растут попятно, следуя по течению сливающихся струй воды, и по мере развития они также ветвятся. В результате возникает сложная ветвящаяся овражная система, расчленяющая местами не только склоны, но и обширные водораздельные пространства. Наиболее глубокая и разветвленная сеть оврагов образуется в районах развития легко размываемых горных пород - лёссовидных суглинков, песков, алевролитов, глин. Аккумулятивная деятельность временных водотоков проявляется в низовьях оврага и особенно при его выходе в долину реки или в другие водоемы, где местами образуется конус выноса, сложенный различным несортированным обломочным материалом местных пород. На развитии сложной системы оврагов сказываются новейшие тектонические движения (поднятие водоразделов или опускание базиса эрозии). В результате могут происходить оживление эрозионной работы, формирование молодых врезов (оврагов) в древние и накопление более молодых отложений в конусах выноса. Местами в областях лесостепи и степи наблюдаются оврагоподобные формы с расширенным дном и мягкими пологими склонами, покрытыми плащом делювия и в ряде случаев растительностью. Такие формы называют балками.

 

1.4 Экологическая роль поверхностных водотоков.

 

Поверхностные воды в настоящее время стали фактором глобальных экологических проблем.  В первую очередь – это обеспеченность чистой питьевой водой населения Земли. Кроме всего прочего поверхностные воды являются важнейшими факторами глобального переноса биогенных элементов – углерода, азота, серы, фосфора и др.

Поверхностные воды ежегодно выносят в Мировой океан около 22 млрд тон обломочного  материала и около 3 млрд тон растворенных веществ.

Многие острые геоэкологические проблемы связаны с водными ресурсами. Ухудшение качества воды и гидрологического режима пагубно отражается на функционировании естественных и сельскохозяйственных систем. Изменение инфильтрационной способности почв, перехват осадков растительностью, избыток или дефицит воды приводит к заболачиванию территорий.

Сама по себе вода является незаменимым сырьевым ресурсом. Из всех источников мира забор воды составляет около 4000 км3, что на три порядка больше таких широко используемых человечеством ресурсов, как нефть или газ.

Лидерами водопотребления в мире являются: Туркменистан (5 319 м3/год), Ирак (2 525 м3/год), Казахстан (2 345 м3/год), Узбекистан (2 295 м3/год), Гайана (2,161 м3/год), Кыргызстан (1 989 м3/год), Таджикистан (1 895 м3/год), Канада (1 468 м3/год), Азербайджан (1 415 м3/год), Суринам (1 393 м3/год), Эквадор (1 345 м3/год), Таиланд (1 366 м3/год), Эквадор (1 345 м3/год), Иран (1 288 м3/год), Австралия (1 218 м3/год), Болгария (1 099 м3/год), Пакистан (1 092 м3/год), Афганистан (1 061 м3/год), Португалия (1088 м3/год), Судан (1 025 м3/год), США (972,10 м3/год). В СНГ не малый объём воды изымается из природных водоёмов и на Украине (781,4 м3/год).

 Относительно низкое  водопотребление на душу населения  отмечается в Африке, а также  Европе, включая Россию (455,50 м3/год) и Беларусь (289,20 м3/год).

 В среднем на Земле  каждый год на душу населения  изымается из природной среды 499 м3 воды.

Создание плотин или водохранилищ – это не только важнейший способ увеличения объема  возобновляемых водных ресурсов и получение электроэнергии, но и источник возникновения ряда экологических проблем. Последнее заключается не только в эвтрофикации поверхностей водоемов, но и в изменении микроклимата территории, увеличении нагрузки на дно провоцировании наведенных землетрясений.

С эрозионной аккумулятивной деятельностью поверхностных вод связаны не только смыв, перенос и накопление рыхлых образований (вместе с обломочном материалом поверхностные воды размывают и уничтожают почвы), но и формирование ценных полезных ископаемых. Они называются аллювиальными россыпными месторождениями. Одновременно водные потоки являются причинами ряда катастрофических стихийных явлений, которые наносят ущерб природе и приводят к человеческим жертвам. К их числу относятся наводнения.

Ввиду того что ряд так называемых неустойчивых минералов обладают низкой плотностью, они в процессе длительной транспортировки легко поддаются истиранию и разрушаются. В противоположность им такие устойчивые минералы,  как самородное золото и платина, кассетерит,  вольфрамит, магнетит, рутил, циркон, гранат, алмаз, образуют промышленные скопления полезных ископаемых – россыпи.

Россыпи бывают как в пойме, так и на террасах и образуют характерные полосовидные вытянутые залежи в нижней части аллювия. наличие среди аллювиальных отложений ценных устойчивых минералов дает возможность последовательно вверх по реке проследить за постепенным увеличение их концентрации и по этому признаку выйти на конкретные залежи, из которых размываются и выносятся данные материалы.

Кроме современных и  относительно молодых россыпей имеются и древние россыпи. Они залегают на большой глубине среди древних аллювиальных толщ,  и некоторые из них характеризуются значительной цементацией. Классическим примером  древних россыпей могут служить золотоносные конгломераты Витватерсранда в Южной Африки. где при огромных запасах среднее содержание золота достигает 8 г/т.

С древними поймами и дельтами связано формирование угленосных отложений. Такими, в частности, являются угли Кузнецкого и Канско-Ачинского угленосных бассейнов. Глубокие преобразования органического материала, накопленного в дельтовой зоне, при повышенных давлении и температурах могут привести к образованию нефти и газа. Таковыми являются нефтяные и газовые месторождения Апшеронского полуострова, Ближнего и Среднего Востока.

 

2 глава Деятельность рек в горах и равнинах.

2.1 Общая характеристика  рек.

 

Река – природный водный поток, приуроченный к выработанному им естественному руслу и питающийся за счёт поверхностного и подземного стока. Реки обычно текут в вытянутых пониженных формах рельефа – долинах, наиболее пониженная часть которых называется руслом, а часть дна долины, заливаемая речными водами в периоды поднятия уровня воды (половодья) – поймой, или пойменной террасой.

Реки являются предметом изучения одного из разделов гидрологии суши - речной гидрологии (потамологии). В каждой реке можно выделить место её зарождения – это исток; а место (участок) впадения в море, озеро или слияния с другой рекой называется устьем. Реки, впадающие в океаны, моря, озёра или теряющиеся в песках и болотах называются главными, а впадающие в главные реки – притоками. Главная река со всеми её притоками образует речную систему, которая характеризуется густотой речной сети.

Поверхность суши, с которой речная система собирает свои воды, называется водосбором, или водосборной площадью. Водосборная площадь вместе с верхними слоями земной коры, включающая в себя данную речную систему и отделённая от других речных систем водоразделами, называется речным бассейном. В руслах чередуются более глубокие места — плёсы и мелководные участки — перекаты. Линия наибольших глубин русла называется тальвег, близко к которому обычно проходит судовой ход, фарватер; линия наибольших скоростей течения называется стрежнем.

Рис. 3

Границей водотока реки называется берег, в зависимости от расположения по течению относительно средней линии русла водотока различают правый и левый берега водотока. Разность высот между истоком и устьем реки называется падением реки; отношение падения реки или отдельных её участков к их длине называется уклоном реки (участка) и выражается в процентах (%) или в промилле (‰).

По поверхности земного шара реки распределены крайне неравномерно. На каждом материке можно наметить главные водоразделы — границы областей стока, поступающего в различные океаны. Главный водораздел Земли делит поверхность материков на 2 основных бассейна: атлантико-арктический (сток с площади которого поступает в Атлантический и Северный Ледовитый океаны) и тихоокеанский (сток в Тихий и Индийский океаны). Объём стока с площади первого из этих бассейнов значительно больше, чем с площади второго.

Густота речной сети и направление течения зависят от комплекса современных природных условий, но часто в той или иной мере сохраняют черты прежних геологических эпох. Наибольшей густоты речная сеть достигает в экваториальном поясе, где текут величайшие реки мира: Амазонка, Конго; в тропических и умеренных поясах она также бывает высокой, особенно в горных районах (Альпы, Кавказ, Скалистые горы и др.). В пустынных областях распространены эпизодически текущие реки, превращающиеся изредка при снеготаянии или интенсивных ливнях в мощные потоки (реки равнинного Казахстана, уэды Сахары, Крик (пересыхающая река) в Австралии и др.).

Режим геологической работы рек и масштаб переносимых объемов воды связаны с различным режимом питания рек. Это поступление  воды в их русла, ее приносят поверхностные и подземные стоки. В питание рек принимают участие  дождевые, талые снеговые, ледниковые и подземные воды. Роль того или иного источника питания, их сочетание и распределение во времени зависят, главным образом, от климатических условий. В зависимости от преобладающего  источника питания находится внутригодовое распределение стока – режим рек. Годовой сток – количество воды, которое река выносит за год. В зависимости от питания количество воды в реке меняется в течение всего года. Эти изменения проявляются в колебаниях уровня воды в реке, получившие название половодье, паводок и межень.