Подземные воды зоны многолетней мерзлоты и реки

Содержание



	1. Подземные воды зоны многолетней мерзлоты	3

	2. Типы водохранилищ, их заиление, водные массы и	5

	влияние на речной сток и окружающую среду.	5

	3. Термический и ледовый режим рек.	9

	4. Структура и водные массы Мирового океана	12

	5. Дать гидрохимическую и гидробиологическую характеристику близлежащей к вам реки	14

	Список литературы	17




1. Подземные воды зоны многолетней мерзлоты



Воды зоны многолетней мерзлоты — подземные воды, приуроченные к зоне многолетней мерзлоты.

Подземные воды в своем распространении тесно связаны с пространственным положением ММП, являющихся водоупором. Одна из первых классификаций подземных вод криолитозоны была предложена Н.И. Толстихиным. Последующие исследования внесли в указанную классификацию уточнения и дополнения. Схема различных категорий подземных вод по отношению к мерзлым породам, предложенная Н.Н. Романовским. В ней выделяются: 1) надмерзлотные воды сезонно-талого слоя, 2) надмерзлотные воды несквозных таликов, 3) воды сквозных таликов, 4) подмерзлотные воды.

Надмерзлотные воды сезонно-талого слоя образуются при оттаивании верхней части пород в летне-осеннее время. Основное питание их происходит за счет атмосферных осадков. Их движение происходит в соответствии с уклоном поверхности Земли с наиболее приподнятых и расчлененных участков к пониженным. На плоских поверхностях движение или очень замедлено, или совсем отсутствует. По составу это преимущественно пресные гидрокарбонатные воды.

К надмерзлотным водам несквозных таликов относятся подозерные, подрусловые и прирусловые пойменные несквозные талики, существующие благодаря отепляющему воздействию водоемов и водотоков. Особое значение имеют подрусловые талые воды, приуроченные к руслам рек и ручьев. Чем больше речной поток, тем шире и мощнее подрусловой талик. Питание этих вод происходит главным образом за счет инфильтрации атмосферных осадков и частично речных вод, вследствие чего они слабо минерализованы. Подрусловые талые воды движутся вдоль долины реки и имеют сток в течение года. Кроме того, в них местами происходит питание и разгрузка глубинных вод. Таким образом, с подрусловыми таликами связаны основные запасы грунтовых вод, что имеет важное значение для целей водоснабжения, особенно в северной части геокриологической зоны. Прирусловые пойменные талики приурочены к прирусловым отмелям, косам, нижним частям пойм, испытывающим временное отепляющее воздействие во время половодий. Поверхностный сток в них является периодическим. 

Воды подозерных несквозных таликов характеризуются застойным режимом и в некоторых из них наблюдается сероводородное заражение. 

Воды сквозных таликов. Среди них выделяются: 

1) инфильтрационные талики, имеющие нисходящее движение и образующиеся в результате инфильтрации атмосферных осадков или инфлюации (втекания) поверхностных вод по зонам разрывных тектонических нарушений или карстовым каналам. Эти воды питают подземные воды глубокого стока (подмерзлотные и межмерзлотные); 

2) напорно-фильтрационные талики, подземные воды которых обладают напором и характеризуются восходящим направлением движения. По таким таликам местами происходит разгрузка глубоких подмерзлотных и межмерзлотных вод.

Подмерзлотные воды, располагающиеся непосредственно ниже подошвы многолетнемерзлых пород, называются контактирующими. Они приурочены к различным по составу и проницаемости горным породам и всегда обладают напором. Местами вскрытые буровыми скважинами подмерзлотные воды фонтанируют (рис. 1). Глубина залегания их различна, что обусловлено мощностью ММП, которые являются криогенным водоупором. Температура их также неодинакова. Среди них выделяются воды с положительной и отрицательной температурами. По степени минерализации воды с положительной температурой (>0o С) - пресные и солоноватые. С отрицательной температурой - воды соленые и рассолы. Такие высокоминерализованные воды называют криогалинными или криопэгами. Местами они достигают значительной мощности, как бы наращивая снизу криолитозону. Помимо контактирующих подмерзлотных вод выделяются неконтактирующие, т.е. отделенные от подошвы мерзлой толщи водонепроницаемыми породами. Такие воды в большинстве случаев обладают напором, что подтверждается данными скважин. 





Рис. 1. Подземные воды зоны многолетней мерзлоты (по Н.Н. Романовскому):А - надмерзлотные воды сезонно-талого слоя (СТС); Б - воды сквозного дождевально-радиационного талика; В - надмерзлотные воды подозерного несквозного талика; Г- воды сквозного подруслового талика; Д- внутримерзлотные воды; Е - межмерзлотные воды; Ж - подмерзлотные воды, неконтактирующие, безнапорные; З- подмерзлотные воды, неконтактирующие, напорные; И - подмерзлотные воды, контактирующие, напорные; 1- песчано-галечные отложения, 2- щебень и дресва, 3- щебень и дресва с супесчаным заполнителем,4- трещиноватые сланцы; 5- нетрещиноватые сланцы; 6- зона разлома, 7- граница ММП, 8- граница СТС, 9- уровень подземных вод, 10- направление движения подземных вод, 11- буровые скважины



В южных районах криолитозоны (при островном расположении ММП) неконтактирующие подземные воды отделены от подошвы мерзлой зоны водопроницаемыми породами, имеют ненапорный свободный уровень и связаны в единую систему с таликами, разделяющими мерзлые острова (рис.1, Ж).

Межмерзлотные и внутримерзлотные воды наблюдаются в слоях, линзах и других формах, ограниченных ММП или сверху и снизу (рис. 1, Е), или с бортов, в условиях поступления вод глубинного стока. Межмерзлотные воды обычно имеют гидравлическую связь с другими типами вод криолитозоны. Внутримерзлотные воды ограничены ММП со всех сторон и не связаны с другими типами вод (рис.1, Д). Межмерзлотные водоносные линзы образуются под обмелевшими и осушенными озерами.

	

	Типы водохранилищ, их заиление, водные массы и влияние на речной сток и окружающую среду

	

Водохранилища — ключевые, базовые элементы гидротехнических и водохозяйственных систем любого ранга, поскольку именно они позволяют осуществить регулирование водных ресурсов, преобразование гидросферы в желаемом для общества направлении.

К внутренним водоемам относят озера, лиманы, водохранилища, пруды. Водохранилища и пруды — очень похожие объекты. Разница между ними в размерах, но имеют значение и менее очевидные признаки.

В разных странах приняты разные количественные критерии, отличающие водохранилища от прудов. В США водохранилищем называется водоем, полезная (регулируемая) емкость которого превышает 5 тыс. акрофутов, т. е. 6,17 млн. куб. м. Водоемы, имеющие меньший полезный объем, называются прудами. В СССР и большинстве стран Западной Европы к водохранилищам относят водоемы емкостью более 1 млн. куб. м.

Водохранилищами следует считать искусственно созданные долинные, котловинные и естественные озерные водоемы с замедленным водообменом, полным объемом более 1 млн. куб. м, уровенный режим которых постоянно регулируется (контролируется) гидротехническими сооружениями в целях накопления и последующего использования запасов вод для удовлетворения хозяйственных и социальных потребностей. Отметим, что использование водохранилищ связано не только с безвозвратным изъятием воды. Для рыбного хозяйства, рекреации, охлаждения агрегатов электростанций, поддержания гарантированных судоходных глубин в пределах водохранилища и т. п. нужна акватория и водная масса в целом, а не только полезный объем, т. е. ежегодно расходуемый запас воды.

У водохранилищ нет природных аналогов. Лишь по форме чаши с ними сходны завально-запрудные озера. Отметим наиболее важные особенности водохранилищ.

1. Водохранилища — антропогенные, управляемые человеком объекты, но они испытывают также и сильнейшее воздействие природных (прежде всего гидрометеорологических) факторов, поэтому как объекты изучения, использования и управления занимают промежуточное положение между «чисто природными» и «чисто техническими» образованиями. Это дает право именовать их природно-техническими системами.

2. Водохранилища заметно, а нередко и значительно воздействуют на окружающую среду, вызывая изменения природных и хозяйственных условий на прилегающих территориях. Естественно, что наряду с заранее запланированными благоприятными последствиями возникают также и последствия негативного, неблагоприятного характера.

3. Водохранилищам свойственна особая система так называемых внутриводоемных процессов — гидрологических, гидрофизико-химических и гидробиологических.

4. Водохранилища — водоемы, наиболее интенсивно используемые различными отраслями хозяйства. На каждом значительном водохранилище формируется водохозяйственный комплекс (ВХК). 

Среди компонентов ВХК, т. е. всех отраслей хозяйства, использующих водохранилище и реку в нижнем бьефе, выделяют участников ВХК — отрасли, заинтересованные в создании водохранилища и финансирующие его. Остальные отрасли используют водохранилище, поскольку оно существует. Участники ВХК предъявляют различные, а подчас и противоречивые требования к режиму использования водохранилищ.

5. Для водохранилищ как природно-хозяйственных объектов характерна чрезвычайно высокая динамичность развития (эволюции).

Водохранилища — управляемые объекты. Это означает, что основные параметры водохранилища (объем, площадь, место расположения и режим регулирования), а вместе с ними и многие другие характеристики определяются человеком на стадии проекта; в составе гидроузлов имеются специальные технические системы, сооружения и устройства (гидротурбины, водосбросные отверстия с затворами), позволяющие изменять объем и уровень воды в водохранилище. Главная особенность решений, связанных с эксплуатацией водохранилищ, — некоторая неопределенность, обусловливаемая стохастическим (вероятностным) характером направленности и интенсивности гидрометеорологических процессов в водосборном бассейне.

Водохранилища следует рассматривать как природно-технические системы, комплексы, которые состоят из природной и технической подсистем, диалектически взаимодействующих между собой. Учет этого взаимодействия может существенно увеличить возможности рационального и комплексного использования водохранилищ, а игнорирование — привести к значительным потерям. Управляя технической подсистемой водохранилищ, человек может вызвать развитие таких процессов, явлений и эффектов в природной подсистеме, которые он пока не в состоянии предотвратить либо их преодоление требует значительных затрат трудовых и материальных ресурсов. Поэтому управляемыми объектами водохранилища можно считать лишь частично. 

Непосредственно и полностью человек управляет только запасами воды, а экосистемой и геосистемой водохранилища — частично и косвенно.

При создании водохранилищ происходят многообразные изменения природных и хозяйственных условий на территориях, как непосредственно прилегающих к новому водоему, так и на удаленных от него вниз по течению реки. Масштабы, глубина и направленность этих изменений определяются размерами нового водоема (площадь, объем водной массы, длина, ширина) и своеобразием природных условий района, которые могут ослаблять или, наоборот, усиливать влияние водохранилища. Когда говорят, что водохранилищам присуща особая система внутриводоемных процессов, имеют в виду, что свойственные им гидрологические, гидрофизико-химические и гидробиологические процессы не идентичны тем, которые наблюдаются в других водных объектах — озерах, реках и каналах. Ведущими факторами, определяющими специфику взаимосвязанных и взаимообусловленных внутриводоемных процессов в водохранилищах, служат водообмен и уровенный режим водоема. Один из показателей водообмена — период, в течение которого происходит полная смена водной массы: для водохранилищ разного типа он может составлять от нескольких суток до нескольких лет.

Амплитуда колебаний уровня воды в разных водохранилищах изменяется также в широких пределах — от нескольких десятков сантиметров для равнинных водохранилищ до многих десятков и даже более 100 м для горных водохранилищ.

Именно эти факторы и отличают условия развития внутриводоемных процессов в водохранилищах от тех, которые характерны для озер и рек. Проявляется это в том, что в водохранилищах создаются активные гидродинамические зоны транзитного стока, т. е. направленного движения воды к плотине, и образуются зоны водоворотных циркуляции, когда частицы воды перемещаются по очень сложным замкнутым траекториям. Наличие такой сложной гидродинамической структуры определяет многие важные для водоемов особенности: формирование и движение водных масс; термический, газовый и биогенный режимы; перемещение и осаждение минеральных и органических взвесей; процессы самоочищения воды и, наконец, жизненно важные условия обитания бактерий, организмов, живущих в толще воды (планктон), донных организмов (бентос), водной растительности, рыб.

Процессы трансформации вещества и энергии в водохранилищах имеют иные, чем в озерах и реках, масштабы, направленность, интенсивность и длительность. Это выражается в показателях качества воды, в структуре и продуктивности водных экосистем. В целом водохранилища можно рассматривать как своеобразные огромные преобразователи и аккумуляторы вещества и энергии, но только не автономные, как, например, озера. Рекам же в отличие от водоемов с замедленным водообменом, наоборот, свойствен поточный механизм преобразования вещества и энергии.

Этот накопительный эффект водохранилищ имеет как положительное (осветление воды, снижение ее цветности, уменьшение содержания вредных бактерий), так и отрицательное значение (уменьшение самоочищающей способности воды, образование застойных зон, большее, чем в реках, прогревание воды, особенно на мелководьях, и как следствие — евтрофирование новых водоемов). Характерные примеры евтрофирования водохранилищ: избыточное развитие синезеленых водорослей (цветение воды), чрезмерное продуцирование биомассы водной растительности (заболачивание акватории). Иначе говоря, для многих гидробионтов в водохранилищах создаются не самые лучшие условия; они к тому же усугубляются недостаточно благоприятным уровенным режимом. Это в итоге существенно отражается на количестве и качестве хозяйственно наиболее ценной для человека рыбной продукции.

Возрастающее экономическое значение водохранилищ, особенно крупных, выражается в формировании водохозяйственных комплексов. Водохранилища оказываются вовлеченными в систему связей и отношений не только собственно водохозяйственных, но и социально-экономических. Даже когда водохранилище создается в интересах только одной отрасли, со временем и другие отрасли хозяйства оказываются заинтересованными в его использовании.

Водохранилища посредством гидравлических и водохозяйственных связей неизбежно оказываются также включенными в сложную разветвленную систему природно-хозяйственных отношений сначала в пределах участка реки, затем в пределах речного бассейна; в дальнейшем с развитием межбассейновых перебросок поверхностного стока ключевая роль водохранилищ распространится на еще большие регионы.

Влияние современных водохозяйственных суперсистем и систем прослеживается во многих социально-экономических сферах государств и простирается далеко за пределы районов самих водохранилищ как базовых элементов этих систем. Один из ярких примеров — водохозяйственная суперсистема бассейна Волги, насчитывающая 14 крупных и небольших водохранилищ, режим использования которых ощущается на всей протяжении великой русской реки. Вели кой также и потому, что на территории волжского бассейна проживает почти каждый четвертый житель страны и производится четверть всей промышленной и сельскохозяйственной продукции. Аналогичные водохозяйственные суперсистемы на базе водохранилищ сформировались на Днепре, Сырдарье, Амудары Ангаре, а также на Колумбии, Теннесср Паране и многих других крупных река планеты.

Эта динамичность обусловлена тремя факторами: 1) изменчивостью гидрометеорологических процессов, определяющих гидрологический режим водоем 2) стремительным изменением воздействия хозяйства на природную среду, в том числе и на водоемы; 3) изменениями по разным причинам режима эксплуатации водохранилищ. Совокупное воздействие указанных факторов приводит к тому, что водохранилища крайне редко можно считать стационарными объектами, эволюцию которых легко и однозначно определить на основе прошлой предыстории. Поэтому если и говорится о каком-либо равновесном состоянии водохранилищ, то всегда подразумевается динамическое равновесие их как природно-хозяйственных объектов, которое может резко нарушиться при изменении любого из указанных выше факторов. Динамичность водохранилищ проявляется во всех их характеристиках, но, пожалуй, наиболее ярко — в процессах формирования берегов, изменении качества воды, структуры и продуктивности водных и наземных (в береговой зоне) экосистем. В специальной литературе иногда даже употребляется термин «эволюция водохранилищ», однако если эволюция озер продолжается в течение многих сотен и тысяч лет, то в водохранилищах существенные изменения основных процессов и явлений происходят по крайней мере на порядок быстрее. Если в озерах изменения носят постепенный и направленный («правильный») характер, то водохранилища развиваются циклически и скачкообразно в соответствии с соотношением изменений ведущих факторов.

Главная цель создания водохранилищ — регулирование стока. Оно делается в основном в интересах энергетики, ирригации, водного транспорта, водоснабжения и в целях борьбы с наводнениями.

Для этого в водохранилищах аккумулируется сток в одни периоды года и отдается накопленная вода в другие периоды.

Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи накопленной воды — сработкой водохранилища. Как наполнение водохранилища, так и его сработка производятся всегда до более или менее определенных уровней. Высший проектный уровень водохранилища (верхнего бьефа плотины), который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени, называется нормальным подпорным уровнем (НПУ).
На нормальный подпорный уровень рассчитываются как сооружения инженерной защиты, так и все промышленные, транспортные, коммунальные и другие сооружения, располагающиеся на берегах водохранилища. Минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка в условиях нормальной эксплуатации, называется уровнем мертвого объема (УМО). Объем воды, заключенный между НПУ и УМО, называется полезным, так как именно этим объемом воды и можно распоряжаться в различных хозяйственных и других целях. Объем же воды, находящейся ниже УМО, называется мертвым, так как использование его в нормальных условиях эксплуатации не предусматривается.

Пропускная способность гидроузла (его турбин, водосливных пролетов, донных отверстий, шлюзов) по экономическим и реже техническим соображениям ограниченна. Поэтому когда по водохранилищу идет расход очень редкой повторяемости (раз в сто, тысячу, а то и десять тысяч лет), гидроузел не в состоянии пропустить всю массу воды, идущую по реке. В этих случаях уровни воды на всем водохранилище и у плотины повышаются, увеличивая его объем иногда на значительную величину; одновременно увеличивается пропускная способность гидроузла. 



3.Термический и ледовый режим рек



Термический режим рек определяется балансом тепла, поступающего в основном от солнечной радиации. 

Нагрев и охлаждение воды, вследствие большой ее теплоемкости, происходят медленно и зависят от ее массы; чем меньше масса воды, тем этот процесс идет быстрее. 

Существенное влияние на температуру воды может оказывать испарение. При интенсивном испарении температура воды понижается вследствие большой затраты тепла. В отличие от воды, воздух весьма мало нагревается от солнечной радиации, в основном он получает тепло от поверхности земли и воды; воздух значительно быстрее теряет теплоту, чем вода. 

Несмотря на столь различные свойства воды и воздуха, годовой ход их температуры, в общем, близок друг другу, так как в обоих случаях он зависит главным образом от солнечной радиации. 

Анализируя соотношение температуры воды и воздуха на реках, Е. М. Соколова установила семь характерных типов рек по термическому режиму:

Тип I. Температура воды в реках в течение всего теплого период выше температуры воздуха. К этому типу принадлежат реки западных районов Европейской части РФ, до бассейна Днепра включительно (кроме бассейнов Припяти, Десны и Сожа). Более высокая температура воды рек по сравнению с температурой воздуха в этом районе объясняется частым вторжением холодных воздушных масс. 

Северо-запад и запад Европейской части бывшего СССР находятся под воздействием холодных масс морского полярного воздуха (мПВ) и морского арктического воздуха (мАВ), приходящих сюда с более низкими температурами, чем местный воздух. При достижении данной территории морской полярный воздух еще не успевает прогреться. Поэтому температура воды примерно до 40° в. д. часто бывает выше температуры приходящего более холодного воздуха. 

Тип II. Вода в периоды весеннего половодья холоднее, а в остальную часть теплого времени года теплее воздуха. К этому типу относится подавляющее большинство рек, охватывающее около 3/4 территории РФ, включая зону тундры, лесную зону и часть лесостепной зоны Западной Сибири. По существу, это все реки с ярко выраженным снеговым питанием. Следует отметить, что период, когда реки имеют более высокую температуру воды но сравнению с температурой воздуха, постепенно увеличивается в направлении с запада на восток. 

Тип III. Для рек этого типа характерно превышение температуры воздуха над температурой воды в начале и конце теплого периода, в то время как в середине теплого периода вода обычно теплее воздуха. Этот тип рек имеет ограниченное распространение - он встречается только на Кольском полуострове. Превышение температуры воздуха над температурой воды в осенний период объясняется здесь вхождением более теплых масс морского арктического воздуха (мАВ). 

Тип IV. В начале и середине теплого периода наблюдаются небольшие различия между температурой воды в реках и воздуха. В конце периода температура воды обычно значительно превышает температуру воздуха. 

Реки этого типа распространены в степной области Европейской части РФ. 

На больших реках, например на Северном Донце, после очищения их от льда температура воды в течение одного месяца ниже температуры воздуха, а в последующие 2 месяца - выше. В июле и августе она вновь ниже, но в сентябре опять превышает температуру воздуха. На малых реках вода быстро прогревается и становится теплее воздуха, но уже в мае и позже вода обычно холоднее воздуха. 

Такое соотношение температуры воды и воздуха (пониженная температура воды в наиболее жаркое время лета) может быть объяснено значительным испарением и связанной с этим потерей тепла. Возможно, что на понижение температуры воды в летнее время оказывает здесь влияние поступление грунтовых вод, относительная роль которых в питании рек степной зоны в летний период сравнительно велика (на средних и больших реках) 

Тип V. После очищения рек от льда температура воды в течение 6-7 месяцев ниже температуры воздуха и только осенью превышает последнюю. Это характерно для рек Заволжья, Казахстана и степной части Северного Кавказа. 

Тип VI. Температура воды рек в холодное время года выше, а в теплое ниже температуры воздуха. К этому типу относятся горные реки Кавказа, Средней Азии. 

Термический режим рек связан с ледниковым или родниковым питанием; для него характерно поступление относительно холодной воды из вышележащих областей в нижележащие. Продолжительность периода с температурами, воды ниже температур воздуха увеличивается по мере удаления от истока к устью рек. 

Тип VII. Температура воды рек в течение почти всего года ниже температуры воздуха. К этому типу относятся нижние участки рек Черноморского побережья Кавказа, начиная от Сочи к югу. 

Ледовый режим - совокупность закономерно повторяющихся процессов возникновения, развития и разрушения ледяных образований на водных объектах. 

Вопросы ледового режима рек являются издавна предметом серьезного внимания и изучения. Стимулом к этому служат практические запросы водного транспорта (сроки начала и конца навигации), лесосплава, энергетики (донный лед, толщина льда, воздействие льда на гидротехнические сооружения) и других отраслей народного хозяйства, использующих водные ресурсы. 

По характеру ледового режима реки можно разделить на следующие основные группы (рис. 2): 

1) реки с ежегодным устойчивым ледоставом различной длительности. К этой группе принадлежит подавляющее большинство рек; 

2) реки с неустойчивым ледоставом, наблюдающимся не ежегодно. Сюда принадлежат реки крайних западных и южных районов Европейской части РФ и Северного Кавказа - Неман, Висла, Днестр, и др., а также многие водотоки юга Приморья на Дальнем Востоке; 

3) реки, на которых наблюдаются ледовые, явления (шуга, забереги и т. д.), но ледостав отсутствует. К этой группе принадлежит большинство рек Кавказа и горных областей Средней Азии и Алтая; реки эти в литературе носят название шугоносных; 

4) реки, на которых ледовые образования вообще отсутствуют в силу теплого климата. К ним относятся водотоки сравнительно небольших районов - Колхидской и Ленкоранской низменностей на Кавказе, ряд рек на юге Туркмении и в Средней Азии. 

Развитие ледовых явлений осенью и последующее исчезновение их весной теснейшим образом связано с климатическими условиями. На возникновение и развитие ледовых явлений на реках Европейской части РФ большое влияние оказывает Атлантический океан. Западные атлантические воздушные течения, распространяющиеся до Урала, иногда преодолевают его и доходят до Енисея. Влияние их сказывается в том, что чем ближе речной бассейн к океану, тем короче и неустойчивее ледостав на реках. Подобное влияние на реки восточной части страны оказывает Тихий океан и связанные с ним переносы воздушных масс, охватывающие Приморье и узкую полосу побережий Берингова и Охотского морей. Наконец, большую роль в развитии ледовых явлений в центральной части страны играет сибирский антициклон, формирующийся над Азиатским континентом в зимнее время; по сравнению с западной и восточной частями РФ, подверженными океаническим влияниям, ледовые образования здесь носят более длительный и устойчивый характер. 





Рис. 2. Типы ледового режима рек1 - реки с ежегодным ледоставом: 2 - реки, на которых ледостав в отдельные годы неустойчив; 3 - реки, на которых ледостава в некоторые годы не бывает; 4 - горные районы, где ледостава на реках обычно не наблюдается или он отмечается только на отдельных участка; 5 - реки, на которых ледостава обычно не наблюдается; 6 - реки, на которых ледовые явления отсутствуют.



	Структура и водные массы Мирового океана



Структура вод океана - пространственное расположение по вертикали различных водных масс, типичное для данной области или зоны океана в данное время. 

В структуре Мирового океана по физическим, химическим и биологическим характеристикам выделяются: 

- поверхностные воды - до глубины 150-200 м; 

- подповерхностные воды - от 150-200 до 400-500 м; 

- промежуточные воды - от 400-500 до 1000-1500 м; 

- глубинные воды - от 1000-1500 до 2500-3000 м; 

- придонные воды - более 3000 м. 

Для современной эпохи развития Земли характерно наличие в Мировом океане хорошо выраженной четырехсложной стратификации вод. В соответствии с глубиной расположения различных вод, отличающихся друг от друга своими физико-химическими свойствами, принято выделять следующие четыре типа водных масс: поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные.

Основываясь на закономерностях стратификации, можно установить границы между водами различных свойств по вертикали и по горизонтали и тем самым перейти к познанию их структуры. Исследование стратификации вод выявляет общие черты строения физико-химических полей. Изучение структуры вод связано с установлением границ между различными типами вод.

Наличие нескольких однотипных водных масс вызвало необходимость введения объединяющего структурного термина, указывающего их местоположение в толще вод океана. С этой целью было предложено понятие о структурных зонах (поверхностной, промежуточной, глубинной и придонной), представляющих собой слои воды, в которых располагаются однотипные водные массы. Было установлено, что структурные зоны в Мировом океане повсеместно сменяют друг друга по вертикали. Их разделяют пограничные слои. Глубина расположения границ структурных зон определяется особенностями циркуляции вод. В областях антициклонического обращения в результате нисходящих движений границы структурных зон опускаются, а в циклонических круговоротах (с преобладающими восходящими движениями) они приподнимаются. Соответственно изменяется и их толщина.

Исключительно большая устойчивость стратификации, структуры вод и свойств водных масс определяется квазистационарностью циркуляции вод и наличием самостоятельных вертикальных систем обращения вод в пределах каждой структурной зоны. Полное представление о структуре вод может дать рассмотрение стратификации физико-химических полей, структурных зон и водных масс. В то же время правильное и глубокое понимание циркуляции немыслимо вне реально стратифицированной среды (океана, моря).Их анализ целесообразно предварить краткой характеристикой взаимосвязи между свойствами и динамикой вод в пределах отдельных структурных зон.

Свойства вод поверхностной структурной зоны формируются в процессе непосредственного обмена энергии и веществ между океаном и атмосферой. В такой обмен вовлекается относительно небольшой слой воды толщиной всего около 200-300 м. В соответствии с особенностями развития планетарных процессов у поверхности Земли динамика и физико-химические характеристики вод подвержены широтной изменчивости. Циркуляция вод представляет собой последовательно сменяющие друг друга с географической широтой антициклонические и циклонические макроциркуляционные системы. Сезонные изменения динамики и свойств вод в основном ограничиваются поверхностной структурной зоной.

Воды промежуточной структурной зоны образуются главным образом из поверхностных, опускающихся в местах интенсивных нисходящих движений, которые возбуждаются горизонтальной циркуляцией на поверхности. Увлекаясь на различные глубины (в зависимости от плотности и мощностивертикальных потоков), они несколько охлаждаются и уплотняются в результате смешения с другими водами. Затем промежуточные водные массы начинают перемещаться на различных уровнях в горизонтальном направлении. Возникновение горизонтального переноса обусловлено компенсационным эффектом, поскольку в одних местах происходит постоянное опускание вод, а в других - их подъем.

С началом горизонтального движения заметно ослабевает влияние поверхностных макроциркуляционных систем. Преобладание зональной циркуляции отмечается до оси промежуточных вод, располагающейся большей частью на глубине 800-1000 м. Ниже этой оси все более усиливается меридиональный перенос. Тем самым начинает осуществляться межзональный обмен вод, энергии и веществ. Следовательно, промежуточная структурная зона играет особую «промежуточную» роль в процессах обмена энергии и веществ в Мировом океане, подобно стратосфере воздушной оболочки. На верхнюю часть промежуточной структурной зоны, как и на нижние слои стратосферы, большое влияние оказывают процессы, зарождающиеся у поверхности Земли. В остальной же толще обеих сред формируются существенно отличные условия.

В промежуточной структурной зоне воды из низких широт, проникая в полярные области, создают теплую промежуточную прослойку. Опресненные воды высоких широт, перемещаясь в направлении экватора, образуют под высокосолеными поверхностными тропическими водами мощный промежуточный слой с пониженной соленостью. Вынос вод из Средиземного, Красного морей и Персидского залива создает в смежных районах океана промежуточный слой с повышенной соленостью.

Процессы, свойственные промежуточной структурной зоне, распространяются до глубины 1500-2000 м. Ниже располагаются глубинные воды, еще более изолированные от непосредственного влияния обмена океана с атмосферой, создающего всю сложность процессов в поверхностных и промежуточных водах. Однако динамика и свойства глубинных и придонных вод определяются тем переносом и перераспределением масс, которые возбуждаются планетарным обменом энергии и веществ. Для глубинных вод большую роль играет меридиональный обмен, прослеживающийся на большей части Атлантического, Индийского и Тихого океанов, а также обмен между всеми океанами. Он возбуждается различием свойств вод каждого из океанов и антарктическим циркумполярным (круговым) переносом, захватывающим всю толщу океана.

Глубинным водам свойственна большая гомогенность (однородность) и небольшая интенсивность обращения. Однако масса переносимой энергии и веществ весьма велика, поскольку огромны объемы вод. Толщина занимаемого ими слоя около 2000 м, в нем заключена почти половина всей массы вод Мирового океана.

Граница между глубинными и придонными водами располагается примерно на глубине 4000 м. Придонные воды, образуясь главным образом в Антарктике, перемещаются на север по наиболее глубоким котловинам и соединяющим их проходам. Распространяясь по обширнейшим пространствам и смешиваясь с глубинными водами, они воспринимают поток тепла из недр земли и вступают в химический обмен с дойными осадками. Поэтому придонные воды подвергаются значительной трансформации и их свойства изменяются в несколько большей степени, чем у глубинных. 

Благодаря различию направлений и скоростей переносе поверхностных, промежуточных, глубинных и придонных вод сохраняется многообразие свойств водных масс, поддерживается квазистационарность стратификации и структуры вод Мирового океана, характерных для современной эпохи развития Земли. Смешение водных масс и перераспределение энергии и веществ не только в пределах отдельных структурных зон, но и между ними происходит в значительной степени путем вертикальных перемещений. В этих условиях динамическое равновесие поддерживается за счет большой устойчивости макроциркуляционных систем. Если бы этого не было, воды Мирового океана за долгую историю Земли подверглись бы полному перемешиванию; они стали бы совершенно однородными, не было бы столь хорошо выраженной стратификации вод.

Четырехслойность циркуляции и структуры вод имеет исключительно большое значение не только для процессов протекающих в Мировом океане, но и для глобального обмена энергии и веществ, а, следовательно, планетарных процессов определяющих формирование и изменение природы Земли в целом.



5. Дать гидрохимическую и гидробиологическую характеристику близлежащей к вам реки



Природные воды реки Оби во все фазы гидрологического режима относятся к гидрокарбонатному классу группе кальция. Минерализация их колеблется в зависимости от водности сезона в пределах от 60-120 мг/л в период весенне-летнего половодья до 310 мг/л в межень. Содержание кислорода колеблется от 6 до 12 мг/л, жесткость от 1,1 до 3,1 мг-экв/л. Концентрации биогенных элементов в речных водах региона, обусловленные в значительной степени комплексом антропогенных и естественных факторов, могут достигать весьма больших значений, существенно превышающих их обычные содержания. Уровень содержания микроэлементов изменяется в достаточно широком диапазоне, однако в целом наблюдаются относительно невысокие их концентрации, близкие по величине к средним показателям для рек мира.

Содержание органических веществ (по БПК5) колеблется по сезонам от 1,2 мг/л до 7,7 мг/л. Для Оби характерно несколько повышенное естественное содержание в воде фенолов (0,002 – 0,016 мг/л), меди, рН колеблется от 7,3 до 8,9.

Химическое потребление кислорода по имеющимся данным достигает значительных величин, что объясняется сильной заболоченностью большой части бассейна Оби. Качество воды в реке Оби и ее притоках контролируется по 25 показателям. Основные загрязнители: БПК, взвешенные вещества, нефтепродукты, азот аммоний, фенолы, нитриты, железо, цинк, хром шестивалентный, медь, СПАВ, капролактам, сероуглерод, сульфиды.

Особенно выражено техногенное загрязнение р. Оби - концентрация нефтепродуктов и систематических поверхностно-активных веществ (СПАВ) превышают ПДК как по средним, так и по максимальным значениям, причем максимальные значения концентрации нефтепродуктов превышают ПДК от 5 до 350 раз.

В течение безледного периода 2002 г. на территории Новосибирской области впервые проводился биомониторинг пресных вод по показателям макрозообентоса. Исследования проводили в комплексе с гидрохимическим анализом и биотестированием вод. Всего было исследовано 10 створов на р. Обь, Пня, Бердь и Тула. Наиболее загрязненным был участок р. Тула в черте Новосибирска. Также загрязненными следует признать участки Оби от Искитима до 9 км ниже Новосибирска и нижнее течение р. Бердь. Река Обь в окрестностях с. Дубровино должна считаться слабозагрязненной, а Бердь выше Искитима - относительно чистой. Участки рек Иня (о. п. Отгонка - о. п. Разъезд Иня) и Бердь (с. Новососедово) являются чистыми [Ежегодник..., 2004].

Были определены различные группы гетеротрофных и литотрофных микроорганизмов, среди которых имеют место: 

а) бактерии, усваивающие азотсодержащие органические вещества; 

б)бактерии, усваивающие безазотистые органические вещества;

в) олигптрофные; 

г) углеводородоокисляющие; 

д) денитрифицирующие; 

е) тионовые бактерии.

В целом состояние речных вод можно охарактеризовать как неудовлетворительное. Наиболее критическая ситуация отмечается для нефтепродуктов, по содержанию которых воды изученных рек соответствуют сильно и очень сильно загрязненным даже по среднегодовым значениям. Кроме нефтепродуктов речные воды сильно загрязнены другими органическими веществами, азотом аммонийным и нитритным, железом. Использование других показателей во многих случаях не меняет полученной картины, либо невозможно из-за ограниченности необходимой информации.

Анализ результатов классификации качества речных вод позволил сделать следующие выводы:

- речные воды бассейна Средней Оби с вероятностью 5 % соответствуют классам сильно и очень сильно загрязненных вод;

-сильное загрязнение речных вод во многих случаях поддерживается в течение всего года;

-с учетом систематичности обнаружения повышенных концентраций практически во всех реках приоритетными загрязняющими веществами следует считать органические соединения;

-наблюдается существенное микробиологическое загрязнение речных вод, представляющее серьезную проблему для водопользования;

-значительное загрязнение наблюдается также по содержанию железа, азота аммонийного и нитритного. В ряде случаев отмечается сильное загрязнение по величине рН, а в северных реках - по содержанию кремния;

-уровень содержания тяжелых металлов в речных водах в целом значительно ниже существующих хозяйственно-питьевых ПДК, что однако не исключает возможность обнаружения их экстремальных величин на отдельных участках, особенно в районах крупных городов в результате аварийных сбросов;

-по ряду показателей (макро-, микроэлементы, биогенные вещества) влияние антропогенных факторов на состояние рек в значительной степени нивелируется интенсивным водообменом в речных бассейнах.

Полученные при исследовании эколого-геохимического состояния Попытки изменить неудовлетворительное состояние водных объектов бассейна Оби осуществляются достаточно давно на различных уровнях. Однако значительных изменений в состоянии водных ресурсов за это время не произошло - в течение последних десятилетий поддерживаются относительно устойчивые антропогенно-природные условия формирования

гидрохимического и гидробиологического режима поверхностных вод, обусловливающие неудовлетворительное экологическое состояние водных объектов. Его кардинальное улучшение возможно только при разработке и внедрения целой серии мероприятий одновременно по нескольким направлениям.

1.Изменение системы управления водными ресурсами водосборного бассейна с учетом западноевропейского опыта [Шварцев,1995]. Первоочередные меры должны касаться вопросов изменения в рамках эксперимента структуры управления водными ресурсами бассейна р. Т о м и .

2.Разработка и внедрение методов экономического стимулирования природоохранной деятельности. Экономическое воздействие на предприятия и население оказывается через бассейновую дирекцию и в главных чертах заключается: а) во взимании дифференцированной платы за все виды водопользования, включая загрязнение водных объектов, в зависимости от масштабов и характера воздействия на водные объекты, а также социально-экономической ситуации на конкретном участке речного бассейна; б) в субсидировании и кредитовании проектов, позволяющих улучшить состояние водных объектов, и выдаче премий за эффективную природоохранную деятельность.

3. Изменение отношения к водным объектам, подразумевающее фор-мирование взвешенного, рационального подхода к природной среде.

4.Осуществление инженерно-технических мероприятий по плану, утвержденному бассейновым комитетом и финансируемых на получаемые дирекцией средства за использование водных ресурсов. Первоочередные мероприятия по нашему мнению должны условно представлять 3 группы: а) модернизация системы учета и контроля водопользования и состояния водных объектов; б) улучшение водоснабжения населения; в)мероприятия по сокращению поступления загрязняющих веществ в поверхностные воды.

5. Разработка и внедрение ресурсосберегающих, экологически "чистых" технологий

Река Издревая - правый приток Ини (правый приток Оби), протекает по Новосибирской области, длина - 40 км. Подсчет биотического индекса Вудивисса р. Издревой показал, что качество ее воды соответствует чистым и умеренно загрязненным водам. Но следует отметить, что в условиях быстротекущей реки эти данные могут быть несколько завышенными в сторону чистоты воды. Фауна донных беспозвоночных Издревой значительно отличается от фауны европейских рек, для которых разработаны списки индикаторных организмов сапробности. Данное обстоятельство не позволило провести сапробиологический анализ, так как было выявлено только два вида-индикатора сапробности, а для подсчета индекса сапробности рекомендуется выявить не менее 12 видов. Тем не менее, состав и структура зообентоса Издревой в целом характеризуют ее как чистую олиготрофную реку. Данные гидрохимического анализа, биоиндикации по составу и структуре планктона и биотестирования на ветвистоусых рачках дали принципиально схожую экологическую характеристику Издревой. Практически на всем обследованном участке реки вода являлась умеренно загрязненной, причем наибольшее поступление загрязняющих органических веществ отмечено в верхнем течении [Безматерных, 2007,с. 6].


Список литературы



	Михайлов В. Н. , Добровольский А. Д. Общая гидрология. М. Высш. шк., 1991. 368 с.

	Общая гидрология (гидрология суши). Б. Б. Богословский, А. А. Самохин, К. Е. Иванов, Д.П. Соколов Л. А. Гидрометеоиздат, 1984. 422 с. 

	Салтанкин В. П., Шарапов В. А. Водохранилища. М. Мысль, 1987. 352 с.

	Чеботарев А. И. Общая гидрология. Л. Гидрометеоиздат, 1975. 544 с.

	Шварцев С.Л.Микроэлементы в водах Средней Оби и ее крупных притоков //Обской вестник.-2006.-М 2. 

2