Водные объекты и их типы. Водные объекты мира. Использование водных объектов

ПРЕДМЕТ ГИДРОЛОГИИ, СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ

Гидрология (буквально – наука о воде) занимается изучением природных вод, явлений и процессов, в них протекающих, а также определяющих распространение вод по земной поверхности и в толще почво-грунтов, закономерностей, по которым эти явления и процессы развиваются.

Гидрология относится к комплексу наук, изучающих физические свойства Земли, в частности, ее гидросферы. Предметом изучения гидрологии являются водные объекты: океаны, моря, реки, озера и водохранилища, болота и скопления влаги в виде снежного покрова, ледников, почвенных и подземных вод.

Всестороннее изучение гидрологических процессов должно предусматривать, с одной стороны, исследование вод как элемента географического ландшафта, а с другой – установление физических закономерностей, которым подчиняются гидрологические процессы. Воды поверхности Земли (океанов, морей, рек, озер, болот, ледников), ее воздушной оболочки (атмосферы) и находящиеся в земной коре тесно связаны между собой. Поэтому ряд вопросов, относящихся к деятельности воды на земном шаре, одновременно рассматривается гидрологией, метеорологией, геологией, почвоведением, геоморфологией, географией и другими науками, изучающими атмосферу и литосферу. В гидрологических исследованиях широко используются выводы физики, гидравлики и гидродинамики. Так как процессы, совершающиеся в морях и океанах, существенно отличаются от процессов, происходящих в реках, озерах и болотах, это определяет различие в методах их исследований и позволяет выделить гидрологию моря и гидрологию суши . Гидрологию моря чаще называют океанологией или океанографией, сохраняя термин «гидрология» за гидрологией суши. В зависимости от объектов исследования можно различать:

1) гидрологию рек;

2) гидрологию озер;

3) гидрологию болот;

4) гидрологию подземных вод;

5) гидрологию ледников.

По методамисследования гидрология суши включает в себя:

1) гидрографию, дающую общее описание водных объектов (географическое положение, размеры, режим, местные условия);

2) гидрометрию, изучающую методы определения и измерения характеристик водных объектов;

3) общую гидрологию, изучающую физическую сущность и закономерности гидрологических явлений;

4) инженерную гидрологию, разрабатывающую методы гидрологических прогнозов и расчетов характеристик гидрологического режима.

Инженерная гидрология - раздел гидрологии:

Занимающийся методами расчета и прогноза гидрологических режимов; и

Связанный с практическим применением гидрологии при решении инженерных задач.

ИЗ ИСТОРИИ ГИДРОЛОГИИ

Название науки о воде – гидрология – образовано из двух греческих слов: «гидро» – вода и «логос» – знание, наука.

Первые зачатки гидрологии появились на заре истории человечества, около 6000 лет назад, в Древнем Египте. В то время, когда на территории современной Финляндии и Карелии, возможно, кое-где еще таяли остатки льдов последнего периода оледенения, египетские жрецы вели простейшие гидрологические наблюдения – отмечали на скалах в 400 км выше Асуана уровни воды в периоды ежегодных разливов Нила. Позднее в Древнем Египте была создана целая сеть (около 30) «гидрологических» постов на Нижнем Ниле, так называемых ниломеров. Некоторые ниломеры представляли собой богатые архитектурные сооружения: мраморные колодцы в русле реки с красиво украшенной каменной колонной посредине, на которой отмечали высоту подъема половодья. Сохранился самый длительный в мире ряд гидрологических наблюдений – за 1250 лет – по одному из таких ниломеров, расположенному на острове Рода близ Каира. По высоте уровня воды во время половодья Нила жрецы определяли будущий урожай и заблаговременно назначали налоги.

Однако понадобилось несколько тысячелетий для того, чтобы гидрология, начавшаяся с наблюдений за половодьем Нила, превратилась в самостоятельную научную дисциплину. Важным рубежом в истории развития гидрологии стал конец XVII в. Французский ученый П. Перро, а после него Э. Мариотт, измерив величину осадков и стока в бассейне Верхней Сены, установили количественные соотношения главных элементов водного баланса речного бассейна – осадков и стока, опровергнув господствовавшие в то время фантастические представления о происхождении рек, источников и подземных вод. В этот же период английский астроном Э. Галлей на основании опытов по измерению испарения показал на примере Средиземного моря, что испарение с поверхности моря значительно превышает приток речных вод в него, и тем самым «замкнул» схему круговорота воды на земном шаре.

Организация Объединенных Наций по вопросам, образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) отметила в 1974 г. на международной гидрологической конференции в Париже трехсотлетие научной гидрологии, приурочив этот юбилей к трехсотлетней годовщине выхода в свет книги П. Перро «О происхождении источников» (Париж, 1674), в которой автор приводит результаты своих подсчетов водного баланса.

РОЛЬ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

Вода - это универсальное вещество, без которого невозможна жизнь, это непременная составляющая часть всего живого. В растениях содержится до 90% воды, а в теле взрослого человека – около 70%. Биологи иногда шутят, что вода "изобрела" человека как средство передвижения.

Практически все биохимические реакции в каждой живой клетке – это реакции в водных растворах. В растворах же (преимущественно водных) протекает большинство технологических процессов на предприятиях химической промышленности, в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов. И в металлургии вода чрезвычайно важна, причём не только для охлаждения. Не случайно гидрометаллургия – извлечение металлов из руд и концентратов с помощью растворов различных реагентов – стала важной отраслью промышленности.

Вода образует океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. Твёрдой водой – снегом и льдом – покрыто 20% суши. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы. Общие запасы воды на Земле составляют 1454,3 млн. куб. км (из них менее 2% относится к пресным водам, а доступны для использования 0,3%). От воды зависит климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. У неё очень большая теплоёмкость.

Нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла и тем самым "выравнивает" климат. А от космического холода предохраняет Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров.

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль).

Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд. 375 млн. куб. км - около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. кв. км. Она примерно в 2,4 раза больше площади суши территории, занимающей 149 млн. кв. км.

ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ И ИХ ТИПЫ

ВОДНЫЙ ОБЪЕКТ - природный или искусственный водоём, водоток или иной объект, в котором постоянно или временно сосредоточены воды.

То есть, водный объект – естественное или рукотворное образование с постоянным или временным скоплением вод. Скопление вод может быть как в формах рельефа, так и в недрах.

Водоёмы – скопления вод в понижениях земной поверхности. Котловина и заполняющая её вода представляет собой единственный природный комплекс, для которого характерно замедленное движение воды. К этой группе водных объектов относятся океаны, моря, озёра, водохранилища, пруды, болота.

Водотоки – скопления вод в относительно узких и мелких углублениях поверхности Земли с поступательным движением воды в направлении уклона этого углубления. К этой группе водных объектов относятся реки, ручьи, каналы. Они могут быть постоянными (с течением воды круглый год) и временными (пересыхающими, перемерзающими).

Особые водные объекты – ледники (движущиеся естественные скопления льда) и подземные воды .

Вода на Земле находится в жидком, твёрдом и парообразном состоянии; она включена в водоносные горизонты и артезианские бассейны.

Водные объекты имеют водосбор – часть земной поверхности или толщи почв и горных пород, откуда вода поступает к определённому водному объекту. Граница между соседними водосборами называется водоразделом . В природе водоразделы обычно разграничивают водные объекты суши, главным образом речные системы.

Каждый водный объект, относящийся к той или иной группе, характеризуется своими особенностями природных условий. Они изменяются в пространстве и во времени под влиянием физико-географических, прежде всего климатических факторов. Закономерные изменения состояния водных объектов, образующих в совокупности гидросферу, в той или иной мере отражаются на ней.

Различают поверхностные водные объекты , состоящие из поверхностных вод и покрытых ими земель в пределах береговой линии, и подземные водные объекты .

Существуют и такие природные образования переходного характера, которые не обладают признаками водного объекта, но обладающие «возможностью» вредного воздействия. Примером таких образования являются, в частности, «дышашие» озёра. Суть явления заключается в неожиданном и быстром (иногда в одну ночь) появлении и исчезновении «большой воды» во впадинах рельефа, болотистых и луговых низменностях (иногда площадью до 20 км 2).

«Дышащие» озёра наблюдаются в Ленинградской области, Прионежье, в Новгородчине, Архангельской области, в Вологодчине, в Дагестане. Внезапно возникающие возле населённых пунктов и различных коммуникаций озёра подтопляют их.

К поверхностным водным объектам относятся: моря, реки, ручьи, каналы, озёра, обводнённые карьеры, пруды, водохранилища, болота, ледники, снежники, родники, гейзеры.

К подземным водным объектам относятся бассейны подземных вод, водоносные горизонты.

Водные объекты делятся на виды :

Общего пользования - общедоступные поверхностные водные объекты, находящиеся в государственной или муниципальной собственности (ст. 6 ВК РФ).

Особо охраняемые – водные объекты (или их части), имеющие особое природоохранное, научное, культурное, а также эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение. Их перечень определяется законодательством об особо охраняемых природных территориях (ст.66 ВК РФ).

) и участвуют в круговороте воды на земном шаре. Подземные воды в таком понимании представлены в основном свободной (гравитационной) и капиллярной водой, а также перемещающимся в порах грунта водяным паром.

Скопления подземных вод, участвующих в круговороте воды на планете и являющихся объектом науки гидрологии , – это особые водные объекты, существенно отличающиеся от водотоков и водоёмов , и важные элементы гидросферы. Вместе с тем подземные воды тесно связаны с геологическим строением земной коры и свойствами почв, грунтов и горных пород и являются поэтому также объектом науки гидрогеологии как раздела геологии.

Согласно современным представлениям, подземные воды по происхождению могут быть как экзогенными (их источник –водные объекты на поверхности суши и влага атмосферы), так и эндогенными (их источник – недра Земли).

Экзогенные подземные воды попадают в грунты и горные породы либо при процессах просачивания (инфильтрации) поверхностных вод и конденсации водяного пара, либо в результате седиментации (осадконакопления). Эти воды часто называют соответственно инфильтрационными, конденсационнымии седиментационными.

Эндогенные поземные воды образуются в горных породах либо в результате дегидратации минералов (такие воды называют дегидратационными или «возрождёнными»), либо поступают из магматических очагов, в частности в районах современного вулканизма (их называют «ювенильными» водами).

Главный компонент подземной ветви круговорота воды на планете – инфильтрационные подземные воды.

Подземные воды по гидравлическим условиям – основному принципу типизации – делят на безнапорные (грунтовые) и напорные (артезианские). Грунтовые воды по характеру залегания делят на воды зоны аэрации и воды зоны насыщения.

Подземные воды участвуют в круговороте воды на земном шаре в основном согласно двум схемам: грунтовые воды « зона аэрации « атмосфера и грунтовые воды « поверхностные воды.

Зона аэрации занимает верхний слой почвенно-грунтовой толщи: от земной поверхности до уровня (зеркала) грунтовых вод.

Через зону аэрации осуществляется взаимосвязь атмосферы и грунтовых вод. В этой зоне происходят: инфильтрация дождевых и талых вод, формирование почвенной воды и верховодки , фильтрация гравитационной воды и десукция (потребление) влаги растительностью с последующей её транспирацией (испарением).

Попадая после дождей или таяния снега в грунт, вода расходуется прежде всего на смачивание почвенного слоя и формирование почвенных вод, под которыми понимают временные скопления свободной (гравитационной) и капиллярной воды в почвенной толще. Эти воды имеют связь с атмосферой и участвуют в питании корневой системы растений.

Почвенные воды обычно просачиваются в более глубокие слои грунта и не образуют постоянного водоносного горизонта . Почвенный сток возникает лишь при сильных дождях или снеготаянии, если в почве имеются наклонные слабопроницаемые прослои и если часть почвы насыщается водой. Мощность слоя с почвенной водой обычно изменяется от нескольких сантиметров до 1–1,5 м.

Инфильтрующиеся вертикально вниз под действием силы тяжести воды зоны аэрации, встречая на своём пути относительный водоупор (отдельные прослои или линзы грунтов, обладающие слабой водопроницаемостью), образуют верховодку, т. е. временные, сезонные скопления подземных вод. Мощность верховодки обычно равна 0,4–1,0 м, редко достигает 2–5 м.

Почвенные воды и верховодка обычно пресные. Однако в болотных и торфянистых почвах эти воды могут иметь застойный режим и высокую концентрацию кислот органического происхождения. Воды зоны аэрации легко подвержены загрязнению с поверхности земли.

Выше уровня грунтовых вод в пределах зоны аэрации располагается так называемая капиллярная зона (её иногда называют «капиллярной каймой»). Воды этой зоны (особенно при неглубоком залегании грунтовых вод) часто участвуют в питании почвенных вод и поглощаются корневой системой растений.

Весьма характерно изменение влажности грунта в зоне аэрации после обильного увлажнения: по мере приближения к уровню грунтовых вод влажность грунта увеличивается от наименьшей влагоёмкости (НВ) до полной влагоёмкости (ПВ).

Грунтовые воды (или воды зоны насыщения) – это подземные воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном по площади водоупорном пласте. Эти безнапорные гравитационные воды имеют свободную поверхность, называемую уровнем, или зеркалом грунтовых вод.

Важнейшими процессами, воздействующими на состояние грунтовых вод, являются их питание и разгрузка. Питание грунтовых вод осуществляется путём инфильтрации через зону аэрации атмосферных осадков, конденсации водяного пара и поглощения вод из водотоков и водоёмов (рек, каналов, озёр, водохранилищ и т.д.). Иногда в питании грунтовых вод участвуют и более глубокие водоносные напорные горизонты.

Разгрузка грунтовых вод осуществляется в виде источников (родников , ключей), фильтрацией в русло водотока или ложе водоёма, путём испарения и перетекания в нижележащие водоносные горизонты.

Грунтовые воды распространены почти повсеместно, тяготеют к рыхлым четвертичным отложениям (ледниковым, речным, озёрным и морским, современным аллювиальным, коре выветривания), участвуют в питании рек, легко доступны для практического использования.

Грунтовые воды обладают изменчивым режимом, связанным с режимом их питания и разгрузки. Расстояние от земной поверхности до уровня (зеркала) грунтовых вод называют глубиной залегания грунтовых вод. Она изменяется практически от нуля в зоне избыточного увлажнения до десятков метров в зоне недостаточного увлажнения. Уровень грунтовых вод испытывает сезонные и многолетние колебания.

Расстояние от кровли водоупорного пласта до уровня грунтовых вод называют мощностью водоносного горизонта. Её величина изменяется вместе с изменением уровня грунтовых вод. Лежащая выше уровня грунтовых вод капиллярная зона испытывает колебания вслед за колебаниями уровня грунтовых вод.

Минерализация грунтовых вод может быть самой различной: от свойственной пресным водам до характерной для солоноватых или даже солёных вод. В аридных районах сильное испарение грунтовых вод может даже привести к увеличению их минерализации до значений, характерных для рассола, и к сильному засолению почв.

Грунтовые воды наиболее подвержены загрязнению .

Артезианские воды – это напорные подземные воды, залегающие в водоносных горизонтах между водоупорными пластами. Артезианские воды залегают глубже горизонта грунтовых вод и имеют более стабильный режим. При вскрытии артезианского водоносного горизонта скважиной находящаяся под напором вода поднимается по скважине и может даже излиться на земную поверхность (в случае, если линия напора лежит выше уровня земли). Напор в артезианских водах создается в основном гидростатическим давлением, а также геостатической нагрузкой (весом вышезалегающих пород).

Артезианские воды нередко имеют повышенную минерализацию. Обычно они менее подвержены загрязнению в сравнении с грунтовыми водами.

Артезианскими бассейнами называют такие гидрогеологические структуры синклинального типа, которые содержат один или несколько водоносных горизонтов с напорными водами. Примером артезианских бассейнов могут служить бассейны Московский и Терско-Кумский.

Своеобразны подземные воды в районах распространения многолетнемёрзлых грунтов. Здесь аналогами почвенных вод и верховодки являются воды так называемого деятельного слоя, т.е. слоя ежегодного сезонного оттаивания и промерзания. Воды надмерзлотных таликов – аналоги обычных грунтовых вод. Эти воды представлены подрусловыми, подозёрными и склоновыми таликами. Межмерзлотные (расположенные между слоями мерзлого грунта) безнапорные воды также сходны с обычными грунтовыми водами. Однако если межмерзлотные, а также подмерзлотные воды (расположенные глубже слоя мерзлого грунта) находятся под напором, они становятся аналогами артезианских вод.

Промерзание и оттаивание деятельного слоя, изменение толщины слоя многолетнемерзлых грунтов ведет к изменению условий питания и режима подземных вод. Эти изменения становятся также причиной специфических мерзлотно-гидрогеологических явлений – бугров пучения, наледей , термокарста.

В условиях современного глобального потепления климата на севере Евразии и Северной Америки отмечаются признаки деградации многолетней мерзлоты, что создаёт проблемы при строительстве дорог и различных сооружений.

Специфичны подземные воды в зонах современного вулканизма. Здесь встречаются как напорные, так и безнапорные минеральные и термальные подземные воды. Минеральные воды – подземные воды, характеризующиеся повышенным содержанием некоторых биологически активных компонентов (СО 2 , сероводорода, брома и др.) и обладающие особыми физико-химическими свойствами (температура, химический состав , радиоактивность), которые позволяют их использовать в лечебных целях. Самые известные месторождения минеральных вод: в России – курорты Кавказских минеральных вод, в Грузии – Боржоми, на Украине – Трускавец, во Франции – Виши, в Чехии – Карловы Вары и др. Термальные воды – подземные воды, имеющие температуру 20ºС и выше вследствие поступления теплоты из глубинных зон земной коры. В некоторых горных странах (Тянь-Шань, Альпы, Кавказ, Камчатка, Исландия) термальные воды выходят на поверхность в виде многочисленных горячих источников, гейзеров и паровых струй.

Пресные подземные воды служат частью водных ресурсов , широко используемых в хозяйстве – для орошения земель, водоснабжения городов и населённых пунктов, промышленных объектов и др. По оценкам (2008), по состоянию на 2006 г. суммарный водоотбор пресных подземных вод на хозяйственные нужды составлял ежегодно 5,5 км 3 , или около 16,4% разведанных эксплуатационных запасов пресных подземных вод, которые доступны для использования без ущерба для связанных с ними поверхностных вод.

В.Н. Михайлов М.В. Михайлова

Водный объект - природный или искусственный водоем, водоток либо иной объект, постоянное или временное сосредоточение вод в котором имеет характерные формы и признаки водного режима. Водные объекты составляют основу водных ресурсов.

Они подразделяются на:

1) поверхностные водные объекты (состоят из поверхностных вод и покрытых ими земель в пределах береговой линии);

2) подземные водные объекты.

К поверхностным водным объектам относятся :

1) моря или их отдельные части (проливы, заливы, в том числе бухты, лиманы и другие);

Море - часть Мирового океана, обособленная сушей или возвышениями подводного рельефа. По степени обособленности и особенностям гидрологического режима моря подразделяются на 3 группы: внутренние моря (средиземные моря и полузамкнутые моря), окраинные моря и межостровные моря. По географическому положению средиземные моря иногда делят на межматериковые моря и внутриматериковые моря.

С геологической точки зрения современные моря - молодые образования. В очертаниях, близких к современным, они все определились в палеоген-неогеновое время, и окончательно оформились в антропогене. Наиболее глубокие моря (например, Средиземное море) образованы в местах крупных разломов земной коры, а мелкие моря возникли при затоплении окраинных частей материков водами Мирового океана и располагаются обычно на материковой отмели.

2) водотоки (реки, ручьи, каналы);

Водоток - водный объект, характеризуемый постоянным или временным движением воды в русле в направлении общего уклона.

Водотоки служат важными источниками для поддержания и подпитки водоносных горизонтов и наполнения водой горных выработок. К подземным искусственным водотокам относятся потоки водоотводных канав, к естественным - потоки карстовых пещер и каналов. Водотоки подразделяются на следующие категории: постоянные и временные; естественные (реки и ручьи) и искусственные (каналы); поверхностные и подземные водотоки.

3) водоемы (озера, пруды, обводненные карьеры, водохранилища);

Водоём - постоянное или временное скопление стоячей или со сниженным стоком воды в естественных или искусственных впадинах (озёра, водохранилища, пруды и т. д.). Изучением водоёмов занимается наука гидрология. Водоёмы образуются при наличии на поверхности замкнутых котловин и превышения притока воды в это углубление над потерями её на фильтрацию в грунт и испарение. Могут быть постоянными и временными, возникающими лишь в многоводные периоды года. К таким водоёмам относят старицы и лужи, возникающие весной при разливах крупных рек. По химическому составу и количеству солей, растворённых в воде, водоёмы разделяются на солёные и пресные.

К искусственным водоёмам относятся водохранилища, пруды, запруды, бассейны.

4) болота;

Болото - участок 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. Болота являются составной частью гидросферы. Первые болота на Земле образовались на стыке силура и девона 350-400 млн лет назад. Чаще встречаются в Северном полушарии, в лесах. В России распространены на севере и в центре Европейской части, в Западной Сибири, на Камчатке. Болота возникают двумя основными путями: из-за заболачивания почвы или же из-за зарастания водоёмов.

5) природные выходы подземных вод (родники, гейзеры);

Родник - естественный выход подземных вод на земную поверхность на суше или под водой (подводный источник).

Образование источников может быть обусловлено различными факторами: пересечением водоносных горизонтов отрицательными формами современного рельефа (например, речными долинами), геолого-структурными особенностями местности (наличием трещин, зон тектонических нарушений), фильтрационной неоднородностью водовмещающих пород и др.

Родники бывают: восходящими - напорными и нисходящими - безнапорными; временно действующими (сезонными) и постоянно действующими и др.

Гейзер- горячий источник, периодически выбрасывающий фонтаны горячей воды и пара. Гейзеры являются одним из проявлений поздних стадий вулканизма, распространены в областях современной вулканической деятельности.

6) ледники, снежники.

Ледник - масса льда преимущественно атмосферного происхождения, испытывающая вязкопластическое течение под действием силы тяжести и принявшая форму потока, системы потоков, купола или плавучей плиты. Ледники образуются в результате накопления и последующего преобразования твёрдых атмосферных осадков (снега) при их положительном многолетнем балансе. Общим условием образования ледников является сочетание низких температур воздуха с большим количеством твёрдых атмосферных осадков, что имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор. Однако, чем больше суммы осадков, тем выше могут быть температуры воздуха.

Подземные водные объекты:

1) бассейны подземных вод - совокупность водоносных горизонтов и слабопроницаемых (водоупорных) пластов, характеризующаяся замкнутым балансом подземных вод (т. е. равенством в многолетнем разрезе величин питания и разгрузки подземных вод);

2) водоносные горизонты - осадочная горная порода, представленная переслаивающимися подземными слоями горных пород с различной степенью водопроницаемости. Из подземной прослойки водонапорной проницаемой горной породы или неконсолидированных материалов могут быть извлечены подземные воды с помощью скважины.

Слои частично состоят из рыхлых материалов: гравия, доломита, ила, известняка, мергеля или песка. Трещины или пустоты между слоями заполнены подземными водами. Горизонт ограничен либо двумя водоупорными пластами (обычно глиной), либо водоупорным пластом и зоной аэрации.

Структура литосферы

Литосфера – наружная твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Литосфера включает осадочные, изверженные и метаморфические породы.

Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется по уменьшению вязкости среды, скорости сейсмических волн и повышению теплопроводности. Литосфера охватывает земную кору и верхнюю часть мантии толщиной несколько десятков километров до астеносферы, в которой изменяется пластичность пород. Основные способы определения границы между верхней границей литосферы и астеносферой – магнитотеллурический и сейсмологический.

Толщина литосферы под океанами составляет от 5 до 100 км (максимальное значение на периферии океанов, минимальное – под Срединно-океаническими хребтами), под материками – 25-200 км (максимум – под древними платформами, минимум – под сравнительно молодыми горными массивами, вулканическими дугами). Строение литосферы под океанами и континентами имеет существенные различия. Под материками в структуре земной коры литосферы различают осадочный, гранитный и базальтовый слои, толщина которых в целом достигает 80 км. Под океанами земная кора неоднократно подвергалась процессам частичного плавления в ходе формирования океанической коры. Поэтому она обеднена легкоплавкими редкими соединениями, лишена гранитного слоя, а толщина ее значительно меньше, чем континентальной части земной коры. Толщина астеносферы (слоя размягченных, тестообразных горных пород) составляет около 100-150 км.

Образование атмосферы, гидросферы и земной коры произошло в ходе высвобождения веществ из верхнего слоя мантии молодой Земли. В настоящее время на океаническом дне в срединных хребтах продолжается процесс образования земной коры, что сопровождается выделением газов и небольших объемов воды. В составе современной земной коры в большой концентрации присутствует кислород, кремний и алюминий. В основном, литосферу формируют такие соединения, как диоксид кремния, силикаты, алюмосиликаты. В формировании большей части литосферы принимали участие кристаллические вещества магматического происхождения. Они образовались при остывании вышедшей на поверхность Земли магмы, которая в недрах планеты находится в расплавленном состоянии.

В холодных областях мощности литосферы наибольшие, а в теплых – наименьшие. Мощность литосферы может повышаться при общем понижении плотности теплового потока. Верхний слой литосферы упругий, а нижний пластичный по характеру реакции на постоянно воздействующие нагрузки. В тектонически активных участках литосферы выделяют горизонты сниженной вязкости, где сейсмические волны проходят с более низкой скоростью. По мнению ученых, по данным горизонтам одни слои по отношению к другим «проскальзывают». Этот феномен называют расслоением литосферы. В структуре литосферы различают подвижные участки (складчатые пояса) и сравнительно стабильные области (платформы). По относительно пластичной астеносфере передвигаются литосферные плиты, достигающие в поперечнике размеров от 1 до 10 тысяч километров. В настоящее время литосфера делится на семь главных и ряд малых плит. Границами, отделяющими плиты друг от друга, являются зоны максимальной вулканической и сейсмической активности.

К подземным водным объектам относятся скопления воды в толще горных пород. Эти воды объединены гидравлическими связями, а их скопление имеет определённые границы и объём.

Согласно водному кодексу РФ, к таким объектам относят: водоносные горизонты, бассейны подземных вод, подземные водные месторождения и места выхода подземных вод на поверхность.

Водоносный горизонт - это насыщенный водою слой горных пород, в котором она может находиться в трещинах, пустотах или порах. В той или иной мере, данный слой находится между плохо пропускающими воду горными породами. Они и представляют собой границы подземных водных объектов.

Система водоносных горизонтов образует бассейн подземных вод. Под месторождением последних подразумевают участок водоносного горизонта, где возможна экономически оправданная добыча. Места выхода подземных вод - это различные родники, карстовые полости, участки переувлажнённого грунта, где наблюдается просачивание воды, а так же гейзеры. Все они могут быть как наземными, так и подземными.

В пределах границы подземных водных объектов названные месторождения используются для питьевого водоснабжения, орошения сельхозугодий, лечения и даже для получения энергии (геотермальные источники).

Виды подземных вод

В зависимости от происхождения, подземные воды могут быть:

атмосферными;
реликтовыми;
ювенильными.

Атмосферная вода составляет большую часть от ее общей подземной массы на планете. Она образует и поверхностные, и подземные водные объекты.

Реликтовая (или погребённая) вода сосредоточена, главным образом, между частицами пород осадочного типа. Она существует с того времени, когда происходило образование данных пород на дне мирового океана. С её генезисом во многом связана и высокая минерализация. Однако её минеральный состав отличается от состава морской воды, что связано с поступлением дополнительных веществ из минералов, а так же выпадения в них солей из воды.

Ювенильная (магматическая) вода образуется при выходе магмы из недр Земли в процессе её остывания и кристаллизации. Такая жидкость содержит большое количество примесей различных металлов: медь, цинк, свинец, серебро. В процессе осаждения они образуют рудные залежи. Магматическое происхождение, в той или иной степени, может иметь вода, выходящая с горячими подземными источниками.

В случае с реликтовыми и ювенильными водами чётко выраженные границы подземных водных объектов обычно отсутствуют.

Образование подземных вод

Наибольшее значение имеют воды, образованные за счёт атмосферных осадков. Если они достаточно обильны, то грунт оказывается переувлажнённым и происходит просачивание влаги в более глубокие горизонты, в которых образуются грунтовые воды. Другим источником пополнения подземных объектов являются наземные, из которых вода под давлением проникает в грунт. К таковым могут относится реки, озёра, болота, водохранилища.

Более редким способом накопления подземных вод является конденсация водяных паров в толще пород. Наибольшее значение она имеет для пустынь и других засушливых районов земного шара.

Эффективность прохождения влаги в грунты зависит от их внутренней структуры. По показателю водопроницаемости они делятся:

на водонепроницаемые;
частично проницаемые;
водопроницаемые.

К последним в большей степени относятся крупнозернистые и обломочные породы: песок, галька, гравий и растрескавшиеся породы. А непроницаемыми для воды являются монолитные твёрдые составы (мрамор, гранит), а так же глины.

Деление подземных вод по глубине залегания

По глубине залегания подземные воды делятся:

на почвенные;
грунтовые;
артезианские.

Наиболее глубоко залегающими являются артезианские воды. Они расположены под водоупорными пластами на глубине, и потому находятся под давлением, которое иногда вынуждает их подниматься даже выше поверхности земли, образуя самоизливающиеся скважины.

Охрана подземных вод регулируется водным законодательством. Она подразумевает проведение мониторинга качества подземных вод, очистку стоков из промышленных и бытовых объектов, рациональное пользование водными ресурсами, осуществление государственного контроля.

Согласно водному кодексу, запрещается эксплуатировать следующие виды объектов:

промышленные, у которых отсутствуют сооружения для очистки сточных вод;
промышленные и другие хозяйственные сооружения, на которые не выделена санитарно-защитная зона;
объекты сельскохозяйственного водопользования, если на них не проводятся мероприятия по предотвращению негативного воздействия на водные ресурсы.

Для предотвращения быстрого истощения подземных вод обязательным является осуществление следующих мероприятий:

адекватное распределение мест изъятия воды из подземных горизонтов по территории водного бассейна;
определение суммарных запасов подземных вод в месторождении;
осуществление рационального режима водоотбора;
в случае с артезианскими водами необходимо установление кранов.

Способы борьбы с загрязнением вод

Для борьбы с загрязнением вод предусмотрены профилактические и экстренные мероприятия. В первом случае затраты на предупреждение загрязнения подземных водных объектов будут небольшими. Необходимость в экстренных действиях может возникнуть при появлении фактической угрозы или уже произошедшего сброса загрязнителей. В этих случаях производится попытка блокировать распространение загрязнения путём сооружения специальных заслонов или стенок, а также использования дренажных систем и, где это возможно, откачки загрязнённой воды.

Для предупреждения загрязнения вод создаются санитарно-защитные зоны (СЗЗ) вокруг потенциально опасных объектов.

Скопления природных вод на поверхности земли, а также в верхнем слое называются водные объекты. Они обладают гидрологическим режимом и участвуют в круговороте воды в природе. Гидросфера планеты состоит в основном из них.

Группы

Строение, гидрологические особенности и экологические условия подразделяют водные объекты на три группы: водоёмы, водотоки и водные структуры особого вида. Водотоки - это ручьи, то есть вода, находящаяся в углублениях поверхности Земли, где движение поступательное, под уклон. Водоёмы находятся там, где земная поверхность понижается и движение воды по сравнению с водостоками замедленное. Это болота, пруды, водохранилища, озёра, моря, океаны.

Особые водные объекты - ледники горные и покровные, а также все подземные воды (артезианские бассейны, водоносные грунтовые горизонты). Водоёмы и водостоки могут быть временными (пересыхающими) и постоянными. В большинстве водные объекты имеют водосбор - это та часть толщи почв, горных пород и грунтов, отдающих содержащуюся в них воду океану, морю, озеру или реке. По границе смежных водосборов определяется водораздел, который может быть подземным или поверхностным (орографическим).

Гидрографическая сеть

Водотоки и водоёмы в совокупности, заключённые в пределах какой-то определённой территории, являются гидрографической сетью. Однако, чаще всего ледники, находящиеся здесь же, не учитываются, а это неправильно. Нужно считать гидрографической сетью абсолютно весь список водных объектов, которые находятся на земной поверхности данной территории.

Реки, ручьи, каналы, являясь частью гидрографической сети, то есть водотоками, называются русловой сетью. Если же из водотоков присутствуют только крупные, то есть реки, эта часть гидрографической сети будет так и называться речная сеть.

Гидросфера

Гидросфера формируется всеми природными водами Земли. Ни понятие, ни её границы пока не определены. По традиции понимается чаще всего прерывистая водная оболочка земного шара, которая расположена в пределах земной коры, в том числе и в её толще, представляющая совокупность морей и океанов, подземных вод и объекты водных ресурсов суши: ледники, снежный покров, болота, озёра и реки. Не включены в понятие гидросферы только атмосферная влага и вода, содержащаяся в живых организмах.

Понятие гидросферы трактуется как широко, так и более узко. Последнее - это когда под понятием гидросферы подразумевают только которые находятся между атмосферой и литосферой, а в первом случае включаются все участники глобального круговорота: природные воды планеты, и подземные, верхняя часть земной коры, и атмосферная влага, и вода, находящаяся в живых организмах. Это уже ближе к понятию "геосфера", где возникает довольно мало изученная проблема взаимопроникновения разных геосфер (атмосферы, литосферы, гидросферы) - границы биосферы, по Вернадскому.

Водные ресурсы Земли

Водные объекты мира содержат примерно 1 388 миллионов кубических километров воды, огромный объём, распределённый по водным объектам всех типов. Мировой океан и моря, которые с ним связаны - это основная часть воды, принадлежащей гидросфере, 96,4 процента общего количества. На втором месте, ледники и снежники: здесь 1,86 процентов от всех вод планеты. Остальным водным объектам досталась 1,78%, а это огромное количество рек, озёр, болот.

Самые ценные воды - пресные, но их на планете довольно мало: 36 769 тысяч кубических километров, то есть, только 2,65 процентов всей планетарной воды. И большая часть, ледники и снежники, где содержится более семидесяти процентов всей пресной воды на Земле. Пресные озёра имеют 91 тысячу кубических километров воды, четверть процента, пресные подземные воды: 10 530 тысяч кубических километров (28,6%), на реки и водохранилища приходятся сотые и тысячные доли процента. В болотах воды немного, но их площадь на планете огромна - 2 682 миллиона квадратных километров, то есть больше, чем озёр, и тем более водохранилищ.

Гидрологический цикл

Абсолютно все объекты водных биологических ресурсов друг с другом связаны косвенно или непосредственно, поскольку их объединяет круговорот воды на планете (глобальный гидрологический цикл). Главным компонентом круговорота является речной сток, замыкающий звенья материкового и океанического циклов. Наибольший имеет величайшая река мира - Амазонка, её водный сток составляет 18% от стока всех земных рек, то есть 7 280 кубических километров в год.

При неизменной за последние сорок-пятьдесят лет массе воды в глобальной гидросфере, количество содержимого отдельных водных объектов часто изменяется, поскольку воды перераспределяются. С глобальным потеплением климата усилилось таяние и покровных, и горных ледников, уходит вечная мерзлота, заметно повысился уровень Мирового океана. Ледники Гренландии, Антарктиды, арктических островов постепенно тают. Вода - природный ресурс, который в состоянии возобновляться, потому что она постоянно поступает с атмосферными осадками, которые стекают при помощи водосборных бассейнов в озёра и реки, образуют подземные запасы, являющиеся главными источниками, позволяющими использование водных объектов.

Использование

Одна и та же вода используется, как правило, много раз и разными пользователями. Например, сначала она участвует в каком-либо технологическом процессе, после чего поступает в затем эту же воду использует другой пользователь. Но несмотря на то, что вода является источником восполняемым и применяемым повторно, пользование водными объектами не происходит в достаточном объёме, поскольку необходимого количества пресной воды на планете нет.

Особенный дефицит водных ресурсов наступает, например, во время засухи или других природных явлений. Количество осадков уменьшается, а они являются главным источником возобновления этого природного ресурса. Также сброс сточных вод загрязняет водоёмы, из-за строительства плотин, дамб и других сооружений гидрологический режим изменяется, а человеческие потребности всегда превышают допустимый забор пресной воды. Поэтому охрана водных объектов является делом первостепенным.

Юридический аспект

Мировые воды, безусловно, полезный природный ресурс важнейшего экологического и экономического значения. В отличие от любых полезных ископаемых вода для жизнедеятельности человечества абсолютно необходима. Поэтому особое значение имеет правовое регулирование относительно водной собственности, пользование водными объектами, их частями, а также вопросов распределения и охраны. Поэтому "воды" и "вода" - юридически разные понятия.

Вода не более чем соединение кислорода и водорода, которое существует в жидком, газообразном и твёрдом состоянии. Воды - это абсолютно вся вода, которая находится во всех водных объектах, то есть в её естественном состоянии и на поверхности суши, и в недрах, и в любых формах рельефа земной коры. Режим пользования водными объектами регулируется гражданским законодательством. Существует специальное водное законодательство, которое регламентирует использование вод, находящихся в природной среде и водных объектах - водопользование. Не обособляется и не индивидуализируется только вода, находящаяся в атмосфере и выпадающая в поскольку является частью состава почвы.

Безопасность

Безопасность на водных объектах в зимний период обеспечивает полное соблюдение соответствующих правил. Осенний лёд крайне непрочен до тех пор, пока не наступят устойчивые морозы. Вечером и ночью он может выдержать некоторую нагрузку, а днём быстро нагревается от талой воды, которая просачивается вглубь, делая лёд пористым и слабым, несмотря на толщину. В этот период он бывает причиной травматизма и даже гибели людей.

Водоёмы замерзают весьма неравномерно, сначала у берегов, на мелководье, затем на середине. Озёра, пруды, где вода стоячая, и особенно если в водоём не впадают ручьи, в нём нет русла реки или подводных ключей, замерзают быстрее. Течение всегда сдерживает образование льда. Безопасная толщина для одинокого человека - семь сантиметров, для катка - не менее двенадцати сантиметров, для пешей переправы - от пятнадцати сантиметров, для автомобилей - не менее тридцати. Если человек всё-таки провалился сквозь лёд, то при температуре 24 градуса по Цельсию он может находиться в воде до девяти часов без вреда для здоровья, но лёд при такой температуре - это большая редкость. Обычно она от пяти до пятнадцати градусов. В такой ситуации человек может выжить четыре часа. Если температура до трёх градусов, смерть наступает через пятнадцать минут.

Правила поведения

В тёмное время суток на лёд выходить нельзя, а также при плохой видимости: в снегопад, туман, дождь.
Ногами лёд бить нельзя, проверяя его на прочность. Если под ногами появилось хоть немного воды, нужно немедленно отходить назад по своему следу скользящими шагами, распределяя нагрузку на большую площадь (ноги на ширине плеч).
Идти по проторённым тропам.
Группа людей должна переходить водоём, соблюдая дистанцию в 5 метров минимум.
Необходимо иметь при себе двадцатиметровый прочный шнур с глухой петлёй и грузом (груз нужен, чтобы забросить провалившемуся шнур, а петля, чтобы он продел её под мышками).
Родители не должны позволять детям находится без присмотра на водоёмах: ни на рыбалке, ни на катке.
В алкогольном опьянении к водоёмам лучше не приближаться, поскольку люди в этом состоянии реагируют на опасность неадекватно.

Рыболовам на заметку

Необходимо хорошо знать водоём, предназначенный для рыбалки: глубокие и мелкие места, чтобы соблюсти безопасность на водных объектах.
Различать приметы тонкого льда, знать, какие водные объекты опасны, соблюдать меры предосторожности.
Маршрут определять с берега.
Соблюдать осторожность при спуске на лёд: часто он не очень плотно соединяется с сушей, там бывают трещины и воздух подо льдом.
Нельзя выходить на тёмные участки льда, которые прогрелись на солнце.
Соблюдать расстояние между идущими по льду не мене пяти метров.
Рюкзак или ящик со снастями и припасами лучше волочь на верёвке в двух-трёх метрах сзади.
Для проверки каждого шага у рыболова должна быть пешня, которой нужно прощупывать лёд не прямо перед собой, а сбоку.
К другим рыболовам нельзя подходить ближе, чем на три метра.
Запрещается подходить к участкам, где есть вмёрзшие в лёд водоросли или коряги.
Лунки на переправах делать нельзя (на тропинках), а также воспрещается создавать несколько лунок вокруг себя.
Для спасения необходимо иметь шнур с грузом, длинную жердь или широкую доску, что-то острое (багор, нож, крюк), чтобы можно было зацепиться за лёд.

Водные объекты способны как украсить и обогатить жизнь человека, так и отнять её - необходимо помнить об этом.

Возможно, будет полезно почитать: