Приливные уровни. Высоты уровней отсчитываются от нуля глубин. На морских навигационных картах все глубины даны для этого уровня — нуля глубин.

НЕРАВЕНСТВО ПРИЛИВОВ - отклонения времен наступления и величин приливов от их средних значений для данного места.

5.Классификация подземных вод по условиям происхождения. Виды воды в грунте. Механизм движения подземных вод, формула Дарси.

Подземные воды — воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии.

По условиям образования выделяются несколько типов подземных вод:

Инфильтрационные подземные воды образуются из наземных вод атмосферного происхождения. Одним из главных видов питания их является инфильтрация, или просачивание вглубь Земли дождевых и талых атмосферных осадков.

Конденсационные воды образуются в результате конденсации водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород. Этот процесс объясняется разностью упругости водяных паров, находящихся в различных зонах аэрации, и взаимосвязанных с ними водяных паров атмосферного воздуха.

Седиментогенные подземные воды - это высокоминерализованные (соленые) подземные воды в глубоких слоях осадочных горных пород. Происхождение таких вод, большинство исследователей связывают с захоронением вод морского генезиса, сильно измененных под влиянием давления и температуры.

Магматогенные подземные воды, образующиеся непосредственно из магмы, называются ювенильными. Поступление таких вод происходит, с одной стороны, при извержении вулканов, с другой - из магматических тел, расположенных на глубине, в которых первоначально может содержаться до 7-10% воды.

Метаморфогенные подземные воды (возрожденные, или дегидратационные) образуются при метаморфизме минеральных масс, содержащих кристаллизационную воду или газово-жидкие включения. Под влиянием температуры и давления происходят процессы дегидратации.

По условиям залегания подземные воды подразделяются на:

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.

Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. 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.

По условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.

В зависимости от залегания, характера пустот водовмещающих пород, подземные воды делятся на:

§ поровые — залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках, галечниках и др. обломочных породах;

§ трещинные (жильные) — в скальных породах (гранитах, песчаниках);

§ карстовые (трещинно-карстовые) — в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).

Подземные воды в большинстве случаев находятся в движении. Потоки грунтовых вод могут быть плоскими, радиально расходящимися и сходящимися, криволинейными. Направление потока грунтовых вод можно определить методом трех скважин или по карте гидроизогипс – линий с равными абсолютными отметками зеркала грунтовых вод (аналогично горизонталям рельефа). Карта гидроизогипс позволяет решить следующие вопросы: 1) определить направление и уклон грунтовых вод, 2) установить связь грунтовых и поверхностных вод, 3) выбрать площадку для строительства и дренажа.

Скорость движения (фильтрации) подземных вод характеризуется законом Дарси (1856 г.), который проводил свои опыты в трубке, заполненной песком и установил, что «Количество воды Q, прошедшее через какое-либо сечение F в единицу времени, пропорционально площади сечения и гидравлическому градиенту I, равному разности напоров H = Н1 –Н2, отнесенной к длине пути L»:

Q=КфFH/L=КфFI,

где Q – расход воды или количество фильтрующей воды в единицу времени, м3/ сут; Кф – коэффициент фильтрации, м/сут; F – площадь поперечного сечения потока, м2; H – разность напоров, м; L – длина пути фильтрации, м.

Закон Дарси действует только при ламинарном движении грунтовых вод в суглинках, песках, галечниках, где турбулентный (вихревой) характер наблюдается редко.

6. Торф: понятие, типы, свойства. Зональность торфообразования. Роль болот в географической оболочке.

Торф (нем. Torf) — горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см, (если меньше, то это заболоченные земли).

Содержит 50—60 % углерода. Теплота сгорания (максимальная) 24 МДж/кг. Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал и др.

Верховой торф - вид торфа; состоит из остатков сфагновых мхов, пушицы, багульников; характеризуется: низкой зольностью, высокой теплотворной способностью, высокой влагоемкостью (от 600 до 1200%), повышенной кислотностью, низкой степенью разложения.

Низинный тоф - еще более древний вид торфа (до 30000 лет). Это легкое вещество, влажное, состоящее из мелких частиц. Этот торф легко слеживается, образует комки, впитывает много воды и плохо ее отдает.

Волокнистый торф - это особая разновидность верхового торфа, который не просеивают и не формуют, как это бывает обычно, а всего лишь дробят на небольшие комья, которые сохраняют волокнистую структуру

Торфяной брикет - высококалорийный продукт большей степени прессования на технологическом оборудовании, заменяет каменный уголь. Используется в качестве топлива.

Полубрикет - (кусковой) торф, малой степени прессования, производимый непосредственно на торфяной залежи.

Торфяная гранула (пеллеты) - гранулы изготавливаемые из торфа для топлива размером 6, 8, 12 мм., как правило для твёрдотопливных отопительных котлов управляёмых автоматикой.

Торфогрунт - приготовленный по определенной рецептуре грунт из торфа с добавкой: извести или доломитовой муки, основных минеральных удобрений (азот, фосфор, калий) и микроэлементов. Такой торфогрунт готовится в тепличных хозяйствах или предприятиями, перерабатывающими торф.

Субстрат (земля) - жизненный источник для любого растения. Несмотря на то, что эти два слова обычно выступают в качестве синонимов, между ними существуют некоторые существенные различия: "субстрат" - более широкое понятие, в то время как "земля" может входить в субстрат, являясь одним из его компонентов.

Мульчирование - обкладывание приствольных кругов растений или с целью снизить испарения влаги, уменьшить перепады температуры, воспрепятствовать прорастанию сорняков, предупредить образование почвенной корки.

Торф обладает многими физико-химическими (техническими) свойствами:

  • пористость
  • теплопроводность
  • химический состав
  • степень разложения
  • теплота сгорания
  • влажность
  • зольность
  • структура
  • водонепроницаемость
  • влагоемкость
  • объемная масса.

Для зоны тундры, с ее относительно небольшим количеством атмосферных осадков, но исключительно малыми потерями на испарение, характерна высокая степень заболоченности, достигающая в равнинных и низменных ее частях 50% и более. При низких температурах процесс торфообразования и торфонакопления происходит здесь медленно, поэтому болота характеризуются малой мощностью торфа.

Лесная зона отличается наиболее оптимальными условиями для образования болот. Здесь сосредоточена основная масса болот и около 80 % всех запасов торфа. Этому способствует не только длительное избыточное поверхностное увлажнение, но и. относительно теплое лето, благоприятствующее торфообразованию. Мощность торфяной залежи достигает здесь 4-6 м, а местами - 10 м и более.

Для Карелии и Кольского полуострова, так же как и для соседней Финляндии, характерно преобладание своеобразных эвтрофных болот, носящих в литературе название болот карельского типа (или по-фински "аапа"), которые примерно севернее 64° с. ш. составляют основную массу болот.

Особо необходимо отметить Прибеломорский район Карелии, где заболоченность достигает 70%. Болота здесь образуют как бы один огромный массив в основном олиготрофного типа, но с деградацией сфагнового покрова: на грядах сфагнум частично замещен лишайниками, а в мочажинах - печеночниками.

Болота — это устойчивые экологические системы. Их устойчивость обеспечивается сложностью и значительным количеством входящих в них компонентов и взаимосвязей. Болота важны не только для живущих в них организмов: зверей и птиц, рыб и насекомых, растений, грибов и лишайников. Они играют первостепенную роль для тех, кто проводит лишь часть своей жизни на болотах.

В болотах гнездятся и кормятся многие птицы: тетерева, глухари, рябчики, белая куропатка, питающиеся ягодами на торфяниках. Болота — основные места, где держатся утки, гуси, лысухи, журавли, кулики, цапли и другие птицы. Перелетные водоплавающие птицы часто выводят потомство на одном болоте, отдыхают во время перелета на другом, а зимуют за тысячи километров — на третьем. Ученые установили, что численность водоплавающих птиц находится в прямой зависимости от площади прудов и болот. Причем основным фактором, определяющим численность, является площадь водной поверхности в период размножения.

На лесных реках с заболоченными берегами любят селиться бобры, перегораживая русло реки плотинами, что увеличивает влажность в окружающих экосистемах. По некоторым данным для полноценного восстановления лесов исходного типа, которые вырубил человек, необходима деятельность бобров и наличие болотистых участков. Кроме бобров, в поймах живут другие пушные звери — норка, ондатра. А медведи, лоси, олени, кабаны, косули приходят на торфяники в поисках ягод.

Болота важны и для поддержания водного уровня в смежных биоценозах. Полное осушение болота может погубить близлежащий район. Если близко море, морская вода потом вторгнется в подземные воды, используемые в качестве питьевой воды в городах, расположенных на побережье.

Множество малых рек, ручьев и притоков крупных рек берут свое начало в верховых болотах, и если болота осушить, реки лишатся питающих их истоков. Даже в том случае, когда болота не делятся водой с реками, они замедляют поверхностный сток воды, выпадающей на Землю в виде осадков, и это очень важно, так как вода должна стекать по земле как можно медленнее, чтобы предотвратить эрозию. После кампании по осушению болот, которая проводилась в 20 – 30 гг. в Советском союзе, каждое жаркое лето в Подмосковье начинают гореть торфяники. Основной причиной этого стало нарушение хрупких гидрологических циклов.

Кроме осушения болот для добычи торфа или для вовлечения болотных угодий в сельское хозяйство на болотных землях иногда пасут скот.

7.Механизм течения речного потока. Ламинарное и турбулентное движение. Распределение скоростей в толще потока. Формула Шези.

 

В речных руслах течение воды возникает в связи с продольным уклоном. Казалось бы, что под влиянием уклона скорость движения потока будет увеличиваться все больше и больше. Однако этого не происходит. Энергия речного потока расходуется на внутреннее трение воды и на преодоление трения ее о дно и берега. Поэтому в целом ускорения движения воды в речном потоке не наблюдается, однако может возникнуть местное ускорение, например, на перекатах и порогах.

В природе различают два режима движения жидкости: ламинарное (параллельно-струйчатое) и турбулентное (беспорядочно-вихревое).

При ламинарном режиме отдельные струйки воды движутся параллельно друг другу, не смешиваясь между собой. Скорости отдельных частиц воды постоянны по величине и направлению. У стенок скорости равны нулю, затем они постепенно увеличиваются, достигая наибольшего значения в середине потока. В природе ламинарное течение встречается при движении воды по порам грунта. Оно возможно лишь при очень малых скоростях. Например, по расчетам, водный поток глубиной в 1 м при песчаном русле и температуре 20°С будет иметь ламинарное движение в том случае, если скорость не превышает 0,5 мм/с. При большей скорости движение воды будет турбулентным. При турбулентном виде движения частички воды перемещаются беспорядочно, постоянно перемешиваясь и образуя в отдельных случаях вихри. Скорость их непрерывно и мгновенно изменяется по величине и направлению (т. е. происходит пульсация скорости). В реках движение воды всегда турбулентное. Степень турбулентности, или интенсивность перемешивания масс воды речного потока, зависит от шероховатости русла и скорости течения. При неровном русле и большой скорости течения степень турбулентности выше, при относительно ровном русле и небольшой скорости течения — ниже.

В судоводительской практике употребляется понятие стрежень реки. Под ним подразумеваются места в реке с наибольшими глубиной и скоростями течения.

Обычно под скоростью течения речного потока понимают среднюю скорость по всему живому сечению. Зависимость скорости течения от продольного уклона, глубины и шероховатости русла выражается формулой Шези:

(8)

где см — коэффициент Шези (скоростной множитель);

р — гидравлический радиус, м, представляет собой отношение живого сечения русла со, м2, к его смоченному периметру (контуру) %, м; / — поверхностный уклон.

8. Болота. Основные понятия и типы (низинные, переходные, верховые). Образование болот. Основные фазы и факторы развития болот.

Болото (также топь, трясина) — участок суши (или ландшафта), характеризующийся избыточным увлажнением, повышенной кислотностью и низкой плодородностью почвы, выходом на поверхность стоячих или проточных грунтовых вод, но без постоянного слоя воды на поверхности. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см, если меньше, то это заболоченные земли[1]. Болота являются составной частью гидросферы. Первые болота на Земле образовались на стыке силура и девона 350—400 млн лет назад[2][3].

Чаще встречаются в Северном полушарии, в лесах. В России распространены на севере Европейской части, в Западной Сибири, на Камчатке. В Белоруссии и на Украине болота сконцентрированы в Полесье (так называемые Пинские болота). Исследования природы болот начал ещё М. В. Ломоносов, большой вклад внёс советский ботаникВ. С. Доктуровский, создатель руководства по болотоведению.

В зависимости от условий водно-минерального питания болота подразделяют на:

§ Низинные (эвтрофные)[9] — тип болот с богатым водно-минеральным питанием, в основном за счёт грунтовых вод. Расположены в поймах рек, по берегам озёр, в местах выхода ключей, в низких местах. Характерная растительность — ольха, берёза, осока, тростник, рогоз, зелёные мхи. В районах с умеренным климатом — это часто лесные (с берёзой и ольхой) или травяные (с осоками, тростником, рогозом) болота. Травяные болота в дельтах Волги, Кубани, Дона, Дуная, Днепра называют плавнями, сочетаясь с протоками, озёрами, лиманами, ериками и др. микроводоёмами первичной и вторичной дельты. В низовьях рек пустынных и полупустынных регионов (Или, Сырдарья, Амударья, Тарим и др.) заболоченные участки и их растительность называется тугаи.

§ Переходные (мезотрофные) — по характеру растительности и умеренному минеральному питанию находятся между низинными и верховыми болотами. Из деревьев обычны берёза, сосна, лиственница. Травы те же, что и на низинных болотах, но не так обильны; характерны кустарнички; мхи встречаются как сфагновые, так и зелёные.

§ Верховые (олиготрофные) — расположены обычно на плоских водоразделах, питаются только за счёт атмосферных осадков, где очень мало минеральных веществ, вода в них резко кислая, растительность — господствуют сфагновые мхи, много кустарничков: вереск, багульник, кассандра, голубика, клюква; растёт пушица, шейхцерия; встречаются болотные формы лиственницы и сосны, карликовые берёзки. Из-за накопления торфа поверхность болота со временем может стать выпуклой.

Болота возникают двумя основными путями: из-за заболачивания почвы или же из-за зарастания водоёмов. Заболачивание может происходить по вине человека, например, при возведении дамб и плотин для прудов и водохранилищ. Заболачивание иногда вызывает и деятельность бобров.

Заболоченный берёзовый лес к западу от села Бутакова, Омская область.Непременным условием образования болот является постоянная избыточная влажность. Одна изпричин избыточной увлажнённости и образования болота состоит в особенностях рельефа — наличие низин, куда стекаются воды осадков и грунтовые воды; на равнинных территориях отсутствие стока — все эти условия приводят к образованию торфа.

Болота образуются обычно при заторфовывании водоемов, путем заболачивания наиболее низких мест или вокруг выхода на поверхность грунтовых вод. Скорость торфонакопления определяется разницей в скоростях накопления биомассы и ее разложения. Наименьшее разложение органики и максимальная скорость нарастания торфа характерны для наиболее низких участков со слабой проточностью. На повышенных участках с большой проточностью скорость накопления торфа меньше.
Большое значение для развития болот имеет качество влаги, т. е. состав и количество содержащихся в ней минеральных веществ и в первую очередь кальция. Его количество в торфе определяет кислотность среды, возможность развития и деятельности почвенных животных и микроорганизмов. При достаточном содержании кальция формируются торфяники более высокой степени разложения, при недостаточном - малой. Растительность, произрастающая на площади торфонакопления, также требовательна к минеральному питанию.

9.Типы подземных вод по условиям распространения. Водные свойства горных пород

По условиям залегания в земной коре подземные воды делят на воды зоны аэрации: почвенные и верховодка – и воды зоны насыщения: грунтовые и межпластовые.

Почвенные воды заключены в почве и не имеют водоупора.

Верховодка образуется на линзе водоупорных пород, распространена локально, залегает неглубоко, существует временно, малообильна. В условиях континентального климата умеренного пояса она появляется весной после снеготаяния, иногда осенью.

Грунтовые воды – воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, на первом водоупорном слое. Поверхность грунтовых вод называется зеркалом грунтовых вод. Мощность водоносного горизонта – это расстояние по вертикали от зеркала грунтовых вод до водоупора. В водоносных слоях грунтовые воды передвигаются от мест с более высоким уровнем к местам с более низким уровнем, т. е. в соответствии с уклоном водоносного пласта. Скорость их движения (v) прямо пропорциональна коэффициенту фильтрации водоносной породы (k), который зависит от водопроницаемости и определяется по таблице, и уклону подземного потока (i), и вычисляется по формуле Дарси: v=k*i (см/с или м/сут.).

Межпластовые воды – это воды, заключенные между двумя водоупорными пластами, из которых нижний называется водоупорным ложем, а верхний – водоупорной кровлей. Они залегают глубже и поэтому чище, чем грунтовые. Области распространения и питания их не совпадают, в связи с чем режим вод меньше зависит от метеоусловий и у них более постоянный уровень. Атмосферное питание эти воды получают лишь в местах выхода водоносного пласта на поверхность. Они могут быть напорные и ненапорные. Ненапорные воды не полностью насыщают водоносный пласт, имеют свободную поверхность и стекают как грунтовые по уклону ложа. Напорные воды залегают в вогнутых тектонических структурах, насыщают весь водоносный слой и обладают гидростатическим напором. Вскрытые скважинами, они могут изливаться на поверхность или даже фонтанировать. Такие воды называют артезианскими. Как и грунтовые воды, межпластовые могут иметь разный химический состав и степень минерализации, которая увеличивается с глубиной.