Содержание
Химизм озерных вод
Характеристика рек умеренного климата
Годовые амплитуды
О чем свидетельствует карта осадков
Теории происхождения подземных вод
Список использованной литературы
Химизм озерных водВода, 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.
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.
3. 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.
вода озеро река амплитуда осадки
Атмосферными осадками называют капли и кристаллы воды, выпавшие на земную поверхность из атмосферы.
Капли и кристаллы в облаке очень малы, их легко удерживают восходящие токи воздуха. Чтобы капли начали расти, желательно присутствие в облаке капель разных размеров или капель и кристаллов. Если в облаке присутствуют капли разных размеров, начинается перемещение водяного пара к более крупным каплям и их рост. Растут капли и при соударении друг с другом. Благоприятным условием для образования осадков является наличие в облаке кристаллов льда и капелек воды. При этом наблюдается испарение капелек воды и сублимация водяного пара на поверхности кристаллов.
Осадки по земной поверхности распределены зонально. Наглядное представление о распределении осадков дает карта изогнет. Изогиеты - линии, соединяющие на карте точки с одинаковым количеством осадков. Максимальное количество осадков приходится на области пониженного давления с восходящими токами воздуха: в экваториальных 1500-2000 мм в год и в умеренных широтах до 1000 мм в год. На экваторе осадки внутримассовые, объясняются термической конвекцией и неустойчивой стратификацией воздуха; в умеренных широтах осадки, в основном фронтальные, образуются на фронтах при движении атмосферных вихрей - циклонов. Минимальное количество осадков характерно для областей с повышенным давлением и нисходящими токами воздуха. В тропических широтах количество осадков составляет 100-200 мм в год (кроме восточных берегов), в полярных широтах над ледяными щитами Антарктиды и Гренландии - до 100 мм в год. Абсолютный максимум осадков приходится на предгорья Гималаев (Черрапунджи - 12 660 мм), Анд (Тутунендо, Колумбия 11 770 мм). Минимальное количество осадков характерно для пустыни Атакама - 1 мм.
В годовом режиме осадков выделяют четыре типа годового хода осадков. Для экваториального типа годового хода осадков характерно практически равномерное выпадение осадков в течение года с двумя небольшими максимумами после дней равноденствия, общее количество составляет 1500-2000 мм.
В муссонном типе годового хода осадков наблюдается один абсолютный летний максимум осадков, зимой осадков мало. Количество осадков в тропических широтах равно 1500 мм, во внетро-пических широтах оно уменьшается до 1000-700 мм.
Средиземноморский тип годового хода осадков отличается зимним максимумом, связанным с активизацией полярного фронта. Летом при господстве тропической воздушной массы количество осадков резко уменьшается. В этом типе общее количество осадков уменьшается от 1000 мм на западных берегах материков до 300 мм внутри континента.
В умеренном типе выделяется два подтипа - морской и континентальный. В умеренном морском подтипе наблюдается практически равномерное выпадение осадков в течение года с небольшим зимним максимумом; общее количество осадков 1000-700 мм. Зимний максимум осадков связан с усилением циклонической активности в зимний сезон. В умеренном континентальном подтипе отмечается летний максимум осадков, количество зимних осадков немного меньше. Летний максимум осадков объясняется увеличением абсолютной влажности воздуха при повышении температур. Кроме того, прибавляются конвективные осадки, которых зимой нет. Для Московской области среднегодовое количество осадков составляет 560-600 мм.
Подземной водой называют всякую воду, находящуюся под земной поверхностью независимо от того, циркулирует ли она в рыхлых поверхностных проницаемых породах, или залегает под изолирующим непроницаемым слоем, или, наконец, заполняет трещины и пустоты плотных горных пород.
По своему происхождению подземные воды прежде всего могут быть разделены на две категории: на вадозные и ювенилъиые воды. Первые происходят в том или другом виде из атмосферы и участвуют в общем круговороте воды с поверхностными и атмосферными водами, вторые возникают в недрах земли при выделении газов и ров расплавленными жидкими массами и, поднимаясь в виде перепетого пара, достигают верхних холодных горизонтов земной коры, и переходят в капельножидкое состояние. Смешиваясь с вадозной водой и повышая ее температуру, такая вода в чистом виде редко походит до земной поверхности.
По вопросу о происхождении подземных вод с глубочайшей древности существовали весьма различные воззрения.
У авторов классической древности, например у Платона, а отчасти и в христианском Средневековье, преобладал тот взгляд, что воды океана через «тартар» - большое отверстие в глубинах океана - проникают в недра земли и затем, после более или менее продолжительного подземного пробега, вновь выходят на поверхность в виде источников. Известный современный гидрогеолог Кейльгак справедливо отмечает, что в воззрениях Платона сказываются те впечатления, какие производили в древности карстовые потоки, исчезавшие в подземные пустоты.
Аристотель и Сенека Младший полагали, что воздух, проникающий в подземные пустоты и пещеры, там сгущается в воду под действием холода и тьмы, аналогично тому, как это происходит в верхних холодных слоях атмосферы или па поверхности земли в темных и холодных местах. Из авторов древности лишь у Марка Витрувия Поллия мы находим теорию происхождения грунтовых вод (инфильтрационную), сходную с существующими в настоящее время воззрениями, но взгляды Поллия были забыты, и до конца XVI столетия нельзя констатировать никакого прогресса в вопросе о происхождении подземных вод.
Из позднейших воззрений обращают на себя внимание взгляды Декарта. В XVII в. Декарт полагал, что морская вода по подземным каналам попадает в пустоты, находящиеся в глубине земли, и там превращается в нар под влиянием теплоты земного ядра; поднимающиеся пары охлаждаются в поверхностных частях земной коры, конденсируются и вытекают в виде источников. Кеплер высказал мнение, что земля, наподобие зверя, вдыхает воду морей, переваривает и ассимилирует ее в своем теле, при этом подземные воды я источники не что иное, как побочные продукты, выделяемые после совершившегося обмена веществ. Интересно отметить, что воззрения, совпадающие с кеплеровскими, были высказаны в 1821 г. ученым Христианом Кеферштейном. Подобно Декарту, и Афанасий Кирхер указывает на море как первоисточник всех подземных вод. По воззрению Кирхера, ядро земли представляет огяедпожидкую массу, окруженную твердой корой, в которой рассеяны очаги магмы - пирофиляции, последние через посредство каналов, доходящих до земной поверхности, обусловливают вулканическую деятельность земли. Между пирофиляциями в твердой земной коре рассеяно множество обширных, наполненных водой пустот - гидрофиляций. Гидрофиляции питаются морем, и морские водовороты ироде Сциллы и Харибды и норвежского Мальстрима указывают те места, где вода через огромные воронки на дне проникает в глубину. Из гидрофиляций вода поднимается вверх двояким путем: или под влиянием нагревания соседними пирофиляциями она превращается в пар и вытекает на поверхность в виде горячих источников, или же| она всасывается капиллярами горных пород, поднимается в поверхностные горизонты земной коры, где скопляется в пещерах и пустотах, особенно многочисленных в горных областях. В противоположность этим воззрениям, ставящим в связь подземные воды с морской водой, в 1650 г. была формулирована Верпаром Палисси инфильтрационная теория, позднее всесторонне разработанная и обоснованная Мариоттом.
Согласно этой теории все подземные (или грунтовые) воды происходят от атмосферных осадков (дождя и талого снега), которые, просачиваясь через проницаемые породы или трещины плотных горных пород, достигают водоупорного слоя и, двигаясь по этому слою, выходят на поверхность в виде источников. При обосновании этой теории Мариотт утверждал, что атмосферных осадков вполне достаточно для питания источников и что источники в дождливое время богаче водой, а в сухое беднеют водой, а иногда и совсем иссякают.
Эта теория
мало-помалу
сделалась
господствующей
в науке.
Противником
инфильтрационной
теории в 1877 г
выступил Отто
Фольгер, утверждавший,
что просачивание
атмосферных
осадков невозможно
на сколько-нибудь
значительную
глубину.
Основные положения его критики инфильтрационной теории сводятся к следующим положениям:
Самый сильный дождь не в состоянии заставить воду проникнуть сколько-нибудь глубоко. В садовой почве на глубине всего каких-либо нескольких дециметров просачивание воды прекращается, и ниже находится совершенно сухая земля.
Свойства почвы препятствуют просачиванию воды даже из весьма обильных водоемов; если бы дело обстояло иначе, то реки, озера и даже моря должны были бы в конце концов утратить свою воду. Туннели под ложем реки и выработки ниже уровня моря доказывают будто бы также, что земля непроницаема для воды. Благодаря этому свойству земли мы можем из нее возводить дамбы и плотины. Вследствие плохой проницаемости почвы не может происходить загрязнение грунтовых вод так называемыми городскими стоками.
Кроме того, по
мнению Фольгера,
атмосферных
осадков недостаточно
для питания
рек, так как
на земной
поверхности
испаряется
больше воды,
чем получается
ее в виде атмосферных
осадков.
Подвергнув
критике инфильтрационную
теорию, Фольгер
взамен ее предложил
конденсационную
теорию, которая
в общих чертах
сводится к
следующему:
вся грунтовая
вода получается
от конденсации
паров атмосферного
воздуха в более
холодных слоях
земли. Воздушная
оболочка земли
не ограничивается
поверхностью
последней, но
проникает
глубоко во
внутренние
слои, причем
между наружной
атмосферой
и воздухом,
находящимся
в земле, происходит
постоянный
обмен, в зависимости
от условий
температуры,
влажности и
давления.
Выставленные
Фольгером
положения
вызвали, однако,
ряд веских
возражений.
Так, указывали,
что инфильтрация
вызывается
не сильным
дождем, а мелким,
но продолжительным,
так как, действительно,
во время ливня
дождь, заполняя
поверхностные
поры, препятствует
дальнейшему
просачиванию
воды в почву;
кроме того,
наблюдения
свои Фольгер
производил
над садовой
землей, которая,
как губка, набухает
от воды и не
дает ей просачиваться
глубже. В аллювии
речных долин
инфильтрация
обнаруживается
на большую
глубину. Исследования
Высоцкого в
степях показали,
что еще на глубине
2 м имеется
достаточный
запас воды. В
своих рассуждениях
о реках, озерах
и роли плотин
Фольгер совершенно
не принимает
во внимание
различий в
проницаемости
горных пород.
Реки могут
существовать
на поверхности
земли, если
водонепроницаемые
породы залегают
неглубоко или
если большая
толща проницаемых
пород пропитана
водой и вследствие
этого-является
также водоупорной.
Плотины сооружают
не из песка и
рыхлых пород,
а из пород
водоупорных.
Наконец, колебания
грунтовых вод
выказывают
до известной
степени зависимость
от количества
атмосферных
осадков.
Гипотеза Фольгера была сочувственно встречена одними и возражениями со стороны других. Наиболее серьезную критику конденсационной теории дал известный венский ученый Ганн.
После критики со стороны Ганна, Вольни и других ученых теория Фольгера была почти забыта на Западе. У нас теория конденсации развилась совершенно самостоятельно и именно в 90-х годах, когда на Западе она была, невидимому, совсем оставлена и не находила себе более защитников. Наиболее важные работы по конденсации паров в почве принадлежат Головкинскому, Педдакасу, Близнину, Костычеву, Зибольду. Между прочим, наиболее тяжелый удар теории просачивания был нанесен в России, как раз защитниками инфильтрационной теории Измаильским и Высоцким, которые констатировали на степной равнине между поверхностью почвы и грунтовыми водами слой почвы (мертвый горизонт), предельно сухой в течение всего года. Названные авторы указывают, однако, что мертвый горизонт отсутствует под мелкими депрессиями степи (блюдцами, западинами, лощинами), и видят именно в этих последних как бы спускные трубы, посредством которых происходит питание грунтовых вод.
Более ранние опыты над конденсацией паров в почве производил в Крыму Головкинский, причем ему удалось констатировать связь между температурой и количеством осадков.
Когда температура почвы выше температуры воздуха, сгущение подземной росы не происходит, в обратном случае осадки появляются. Зибольд был наведен на мысль о возможности конденсации паров в рыхлых породах находкой в окрестностях Феодосии следов обширных древних гидротехнических сооружений в виде куч из щебня и глиняных труб.
В ближайшее нам время вопрос о происхождении подземных вод получил несколько другую постановку.
Во-первых, ряд авторов, в особенности Мейденбауер, принимая во внимание возражения, сделанные против теории Фольгера, видоизменил ее, допустив проникновение воды в почву в виде конденсированных паров, в так называемом паросферическом состоянии. Именно из такой паросферической влаги с диаметром частиц от 0,02 до 0,006 мм состоят облака. Эти частицы находятся во взвешенном состоянии в воздухе, но, попадая вместе с ним в почву, они сливаются и образуют жидкую воду, причем этот процесс уже не связан ни с какими тепловыми эффектами. Принимая во внимание, что горные вершины очень часто бывают окутаны находящимся в движении туманом, мы легко поймем, что количество сгущаемой из него влаги в порах и трещинах горной породы может быть довольно значительным. Этим объясняется существование неиссякающих источников на уединенных вершинах и изолированных массивах, несмотря на крайнюю малость соответствующей водосборной площади.
Значительно больший интерес для решения вопроса о происхождении грунтовых вод имеют работы тех авторов, которые выдвигают на первый план новый фактор - упругость водяных паров. Некоторые соображения мы находим уже в работах Кепига, Кюперса, Мичерлиха и Сперанского-Крашенинникова, но наиболее ценной в этом отношении является работа А. Ф. Лебедева - «Роль парообразной воды в режиме почвенных и грунтовых вод».
Теория Лебедева, чуждая односторонности как инфильтрационной, так и конденсационной теорий в духе Фольгера, счастливо устраняет те возражения, которые в свое время делались Фольгеру, и одновременно объясняет целый ряд фактов, которые казались необъяснимыми с точки зрения происхождения грунтовых, вод путем просачивания, как, например, наличность сухого мертвого горизонта. Атмосферная влага попадает в верхние поверхностные слои как путем инфильтрации, так и путем конденсации, дальнейшее ее движение в глубину может происходить в парообразном состоянии.
Работы В. П. Орлова на Репетекской песчаной станции и Ф. П. Саваренского в Муганской степи дали результаты, сходные с наблюдениями Лебедева.
Список использованной литературы
Боков В.А., Селиверстов Ю.П., Черванев И.Г. Общее землеведение. – СПб., 1998.
Геренчук К.И., Боков В.А., Черванев И.Г. Общее землеведение. - М.: Высшая школа, 1984.
Жекулин B.C. Введение в географию. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1989.
Калесник С.В. Основы общего землеведения. - М.: Учпедгиз, 1995.
Крубер А.А. "Общее землеведение" Государственно учебно-педагогическое издательство, Москва - Ленинград, 1938 г.
Милъков Ф.Н. Общее землеведение. - М.: Высшая школа, 1990.
Неклюкова П.Т. Общее землеведение. - М., 2005.
Половинкин А.А. Основы общего землеведения. - М., 1998.
Шубаев Л.П. Общее землеведение. — М.: Высшая школа, 2006.