Ресурсы пресных вод

Цікаві факти

Щоб нагріти Світовий океан до температури кипіння, необхідна енергія, що виділяється при розпаді 6, 800, 000, 000 тонн урану. Розраховано по питомій теплоємності води, коефіцієнту виділення енергії на одиницю маси урану і обсягу води.

Якщо взяти всю воду океану (1,34 млрд км3) і зробити з неї кулю, то вийде планета діаметром близько 1, 400 км. Розраховано за формулою об’єма кулі.

У Світовому океані міститься приблизно 37 септілліонів (37·1024) крапель. Розраховано за умови, що крапля має об’єм 0,03-0,05 мл.

Запасы пресных вод. Пресные воды – часть гидросферы (водной оболочки Земли). На долю вод суши приходится 4% всех планетарных запасов вод (по 2% составляют подземные воды и ледники, 0,02% -поверхностные воды материков: реки, озера, болота; значительное количество воды содержится в атмосфере и живых организмах). Запасы пресных жидких вод составляют всего 0,6% (реки, пресные озера и частично подземная вода). Все воды на Земле: океанические, поверхностные и подземные воды суши — благодаря лучистой энергии Солнца и силе тяжести тесно взаимосвязаны и образуют единый круговорот в природе.

Круговорот воды в природе. Испарение с поверхности Земли происходит повсеместно; большая часть влаги испаряется из Мирового океана (занимающего 2/3 нашей планеты). Эта влага в атмосфере превращается в капельки воды и кристаллы льда, образует облака. Осадки из облаков выпадают частично над океаном, частично над сушей. Выпавшие над сушей осадки вновь испаряются, или стекают в реки, или просачиваются вглубь, пополняя запасы подземных вод. Подземные воды питают реки, а реки выносят воду в Мировой океан. Таким образом, вода, испарившаяся с океана и оказавшаяся на суше, вновь через некоторое время попадает в океан. Быстрее всего возвращаются в океан воды, выпавшие над ним в виде осадков, затем речная вода. Дольше всего задерживается на суше вода, законсервированная в ледниках, и подземная вода глубоких водоносных горизонтов. Считается, что вода Мирового океана в результате круговорота воды обновляется за 3000 лет.

Подземные воды — воды, заполняющие поры почвы, рыхлых горных пород и трещины твердых породах - могут находиться во всех трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Подземные воды образуются главным образом за счет просачивания вглубь атмосферных осадков во время дождей или таяния снега и льда. Часть подземных вод возникает в результате конденсации водяного пара, который попадает в земную кору из атмосферы или выделяется из магмы.

На равнинах, сложенных осадочными горными породами, обычно чередуются водопроницаемые слои (пески, галечники, гравий) и водоупорные (глина, кристаллические сланцы). На водоупорных породах просачивающаяся вниз вода задерживается, заполняет промежутки между частицами вышележащей водопроницаемой породы и образует водоносный горизонт. В одной местности может быть несколько (до 10—15) горизонтов. Вода глубоких водоносных горизонтов в большинстве случаев образовалась в период формирования заключающих их осадочных горных пород.

По условиям залегания подземные воды подразделяются на почвенные, грунтовые и межпластовые.

· Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

· Грунтовые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.

В разных природных зонах глубина залегания грунтовых вод различна. Она определяется, прежде всего, климатическими условиями: в степных, полупустынных и пустынных ландшафтах грунтовые воды залегают значительно глубже, чем в лесных и тундровых ландшафтах. Большое влияние на глубину залегания грунтовых вод оказывает степень расчленения территории. Чем сильнее и глубже расчленение местности реками, балками и оврагами, тем глубже находятся грунтовые воды.

· Межпластовые воды - нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями (рис. 2). В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые.

Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

Артезианские воды - вскрытые скважинами, поднимающиеся вверх, изливающиеся на поверхность или фонтанирующие.

Источники (родники) – естественные выходы вод (обычно грунтовых) в речных долинах, оврагах, балках вследствие перемещения по уклону водоносного пласта.

Гейзеры - источники, периодически выбрасывающие горячую воду и пар на высоту до 60 м; образуются в основном в областях современного вулканизма с близким залеганием раскаленной магмы. Гейзеры встречаются в США, СССР (на Камчатке), в Исландии, Новой Зеландии.

Реки — естественные водные потоки, текущие в выработанном углублении русле — углублении, занятом водой. В свою очередь, русло - лишь часть речной долины (линейно-вытянутого понижения, на дне которого течет река). Каждая речная долина имеет склоны и днище. У равнинных рек днище, как правило, лишь частично, а у горных рек целиком занято водой.

Уровень воды в реках подвержен изменению в течение года. Во время половодий и паводков реки выходят из берегов и затапливают всю или большую часть днища долины.

Половодье — ежегодно повторяющийся в одно и то же время высокий и длительный подъем уровня воды в реке. На равнинных реках умеренного пояса половодье бывает весной во время снеготаяния. На реках, берущих начало в высоких горах, половодье летнее, и связано оно с таянием снега и льда. На летнее время — период дождей — приходится половодье и в областях с муссонным климатом.

Паводок — значительный, но кратковременный подъем уровня воды в реке. Он может наблюдаться в любое время года в результате обильных дождей или быстрого таяния снега и льда во время оттепелей.

Пойма - часть дна речной долины, заливаемая водой только в период половодий и паводков; она образуется в результате деятельности реки. Русло реки, как правило, имеет в плане сложные очертания; наряду с относительно прямолинейными участками (плесами) имеются изгибы — излучины (меандры). Меандрируя, река увеличивает свои излучины (подмывает вогнутый берег и откладывает материал у противоположного выпуклого берега). Постепенно в результате этих процессов днище долины расширяется и формируется пойма.

На определенной стадии развития река может спрямить свое русло. Отчленившаяся от реки меандра превращается в старицу (замкнутый водоем, продолговатое, извилистое или подковообразное озеро). На Рис.4 показано, как постепенно изгиб излучины становится круче, перемычка у основания меандры сужается. Наступает момент, когда в период половодья или паводка река разрушает перемычку и спрямляет свое русло.

Каждая река имеет исток и устье.

Исток — место, где река берет начало, от которого наблюдается постоянное течение воды в русле. Истоком реки могут служить озеро, болото, ледник, родник.

Устье — место впадения реки в другую реку, озеро, море или океан. Устья рек могут быть различными; например дельта или эстуарий. Дельта — низменная равнина в низовьях реки, сложенная речным аллювием и прорезанная сетью протоков; в плане треугольная. Образуется у тихо текущих рек, выносящих в мелководные моря большое количество твердых осадков.

Эстуарий — воронкообразное затопляемое устье реки, расширяющееся в сторону моря; если на устье реки действуют приливы, волны или течения.

Однако не все реки обязательно впадают в какой-то водоем. В пустынных районах из-за сильного испарения и большого забора воды на орошение и другие хозяйственные нужды реки иногда не достигают другого водоема и образуют сухое устье (напр., Сырдарья и Амударья).

Река с притоками образует речную систему. Самые крупные речные системы мира — Амазонка, Конго, Миссисипи с Миссури, Оби с Иртышом. Как правило, главная река имеет наибольшую длину и отличается максимальным полноводьем.

Питание реки - поступление в нее воды от различных источников; может быть дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Большинство рек имеет смешанное питание. Соотношение между источниками питания может изменяться по сезонам года: в Республике Коми реки зимой имеют подземное питание, весной главным источником воды служат талые снеговые воды, летом — дождевые и подземные воды.

Водосборный бассейн - площадь, с которой река собирает воды. Водораздел – это линия, разделяющая смежные бассейны рек. Водоразделы хорошо выражены в горах, на равнинах часто не заметны и трудноопределимы.

Гидрологический режим реки - изменения уровня воды в реке, ее водоносности, процессы замерзания и вскрытия ото льда; прежде всего зависящий от климата. Есть реки на земном шаре, не замерзающие и полноводные круглый год (напр., Амазонка). В районах с хорошо выраженными сезонами года (в умеренной зоне), режим рек наиболее сложен. Зимой реки замерзают, весной отличаются высоким и продолжительным половодьем, зимой и летом сильно мелеют. Межень – наименьший уровень воды в реке. Режим рек зависит и геологического строения местности, рельефа, почвенного и растительного покрова.

На особенности рек большое влияние оказывает рельеф. В горах, где уклоны земной поверхности велики, реки отличаются большими падением (перепадом высот между истоком и устьем) и уклоном (отношением падения к длине реки), а следовательно, быстрым течением. Поэтому у горных рек глубокие и узкие долины. Равнинные реки текут тихо и сильно меандрируют; их долины неглубокие и широкие, с поймой до нескольких десятков км в ширину. Рельеф определяет и направление течения рек.

Хозяйственное значение рек. Прежде всего реки они служат источником пресной воды для промышленности, сельского хозяйства, водоснабжения населенных пунктов. Реки используются также для получения электроэнергии, как транспортные пути, места ловли и разведения рыбы, отдыха и спорта. На многих реках построены плотины и созданы водохранилища — крупные искусственные водоемы (в отличие от прудов, сочетающие в себе особенности рек и озер). В настоящее время в мире создано свыше 15 тыс. водохранилищ емкостью более 1 млн. м3 воды (в шесть раз больше площади Азовского моря). Строительство водохранилищ позволяет решать ряд важных задач: создавать значительные запасы воды, регулировать уровень воды в реках, предотвращать наводнения, улучшать транспортные условия, а также условия для отдыха людей и занятий спортом. Однако строительство водохранилищ на равнинных реках имеет ряд негативных следствий: затапливаются большие площади плодородных пойменных земель, реки ниже плотин водохранилищ лишаются необходимого пойменного режима, вокруг водохранилищ на больших площадях происходит подъем уровня грунтовых вод, что приводит к заболачиванию, нарушаются условия обитания ценных промысловых рыб. В настоящее время водохранилища стараются создавать на горных реках, где они причиняют меньший ущерб.

Помимо водохранилищ широко используются разные гидротехнические сооружения, например каналы. Наиболее распространены судоходные каналы — искусственные русла, связывающие два или несколько водных объектов (напр., Волго-Балтийский канал, соединяющий реки, впадающие в Каспийское и Балтийское моря, и образующий единую воднотранспортную магистраль). Есть также оросительные и обводнительные каналы, перебрасывающие речные воды из районов с их избытком в районы недостаточного увлажнения. Однако переброска воды в больших размерах может иметь и неблагоприятные следствия. Поэтому строительству каналов должны предшествовать тщательные научные разработки, выявляющие и оценивающие возможных негативных последствий таких перебросок.

Озеро — водоем, образовавшийся в природном углублении (озерной котловине). Озера имеют различное происхождение, что отражается на размерах, форме, водном режиме озера. По происхождению озера бывают тектонические, вулканические, плотинные (или завальные), ледниковые, карстовые, пойменные.

Тектонические озера образуются в местах опусканий и прогибов земной коры. В грабене возникло самое глубокое озеро в мире Байкал (1637 м), в крупной тектонической котловине расположено самое большое озеро мира Каспийское. Котловины всех крупных по размеру и глубоких озер имеют тектоническое происхождение (крупнейшие африканские и североамериканские озера, Аральское море-озеро, Балхаш и др.).

Вулканические озера возникли в кратерах потухших вулканов.

Завальные озера образуются в горах в результате появления плотин, перегораживающих речные долины при землетрясениях, в результате селей (грязевых потоков).

Ледниковые озера возникали в результате эродирующей (выпахивающей) или аккумулятивной деятельности ледника.

В районах распространения растворимых горных пород (известняка, гипса, мела) на месте провалов возникают карстовые озера, обычно небольшие по размерам. Для пойм рек характерны озера-старицы.

Озера размещены на поверхности земли неравномерно: наибольшее их количество в районах, где много тектонических и ледниковых углублений, и где выпадает большое количество осадков. Появилось немало антропогенных озер — прудов; обычно их создают там, где естественных озер.

Озера питаются за счет выпадающих атмосферных осадков, подземных вод и стекающих в них поверхностных вод, прежде всего речных. Расходуется вода из озер путем испарения и речного стока. Озера могут быть сточными (из которых вытекают реки) и бессточными.

С речными и подземными водами в озера поступают соли. При накоплении солей в бессточном озере вода становится соленой или горько-соленой; намного соленее океанических вод. Соленые озера характерны для пустынь, полупустынь и степей.

Озера используются человеком для водоснабжения, орошения, добычи соли, лечебных грязей, сапропелей (илистых отложений органo-минерального происхождения, применяемых как удобрение и химическое сырье), а также в рыбохозяйственных, бальнеологических и рекреационных целях.

Ледники — подвижные скопления льда на поверхности суши - образуются там, где в течение года выпадает больше снега, чем успевает растаять. В Антарктиде и Арктике такие условия создаются на небольшой высоте (на уровне моря или чуть выше); в тропическом поясе только в горах на большой высоте. Имеет значение и количество выпадающих твердых осадков: чем их больше, тем ниже в горах накапливается снег при одних и тех же температурах. Выпавший снег постепенно уплотняется и превращается в фирн (зернистый лед), а затем в глетчерный лед. Лед обладает способностью под влиянием силы тяжести перемещаться (течь) со скоростью от нескольких метров до 200 м в год.

Покровные ледники имеют значительную мощность, скрывают неровности рельефа и занимают большую площадь (напр., покровный ледник Антарктиды мощностью около 2 км, и ледник Гренландии). От края этих ледниковых покровов постоянно откалываются огромные глыбы льда — айсберги, сидящие на мели или свободно плавающие.

Горные ледники занимают вершины гор, различные углубления на их склонах (кары, цирки) и долины. Горные ледники значительно меньших размеров, чем покровные, и более разнообразны.

В ледниках законсервировано большое количество пресной воды. Частично она расходуется на питание рек (от интенсивности таяния ледников зависит водоносность горных рек). Для засушливых районов мира ледниковое питание рек имеет важное хозяйственное значение. Ныне разрабатываются интересные проекты использования айсбергов для снабжения пресной водой засушливых районов Австралии, Африки, Южной Америки и Аравийского полуострова.

Болота — избыточно увлажненные участки суши с влаголюбивой растительностью, при отмирании и разложении которой образуется торф. В зависимости от источников питания болота подразделяются на верховые и низинные.

Верховые болота питаются атмосферными осадками, бедны минеральными солями и обычно располагаются на водоразделах. Растительность этих болот бедна по видовому составу; преобладают сфагновые мхи.

Низинные болота возникают в местах выхода на поверхность или близкого залегания подземных вод. Значительно более богатое минеральное питание создает условия для произрастания здесь разнообразной растительности — зеленых мхов, осок, злаков, а из древесных пород — ольхи и березы. В результате накопления торфа поверхность низинных болот постепенно повышается. На определенной стадии поверхность болота может достигнуть такой высоты, при которой болотная растительность уже не может использовать подземные воды и переходит на питание атмосферными осадками: низинное болото сменяется верховым.

Болотам принадлежит важная роль в природе: они увлажняют воздух окружающих территорий, являются местами обитания многих видов животных и произрастания ценных видов растений.

Болота используются человеком. На них разрабатывают торф, который применяют как удобрение, топливо и химическое сырье, собирают ягоды, лекарственные растения, часть низинных болот осушивают и превращают в сельскохозяйственные угодья, отличающиеся высоким потенциальным плодородием. Следует, однако, помнить, что не все болота подлежат осушению, часть из них необходимо сохранить, чтобы не нарушить сложившихся в природе взаимосвязей.