ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 6088
Скачиваний: 505
них широтах, хотя и не так много, как на северной окраине уме
ренной зоны.
Теплая вода содержит мало углекислого газа и поэтому плохо
растворяет углекислый кальций, который содержится в ней в изо
билии и легко усваивается растениями и животными. В резуль
тате раковины и скелеты животных приобретают массивность и
прочность, а после отмирания организмов образуются мощные
толщи карбонатовых отложений, коралловые' рифы и острова,
столь характерные для низких широт.
В общем при перемещении от умеренных широт к экватору
наблюдается сокращение живородящих форм, уменьшение жир
ности животных и плодовитости и увеличение мощности извест
ковых скелетов. Но так как в теплой воде организмы быстрее ра
стут и раньше размножаются, урожайность (плодородие) в теп
лых водах относительно выше.
Широтная зональность распределения жизни в верхних слоях
Океана, хорошо выраженная в его открытой части, нарушается
на окраине под влиянием ветров и течений.
По вертикали в толще океанской воды выделяются 3 слоя:
поверхностный, промежуточный и глубинный. В поверхностном
слое живут
гетерогрофы
(животные и бактерии), питающиеся
фитопланктоном
(автотрофами).
В промежуточном — обитают
зоопланктон, мигрирующий для питания в поверхностные слои;
животные, питающиеся зоопланктоном; хищники, поедающие
этих животных; детритоеды, пищей которым служат падающие
сверху неразложившиеся остатки организмов. В глубинных во
дах (с глубины 500—1000 м и до дна) живут хищники, детрито
еды, фильтраторы и всеядные. Еще совсем недавно считалось, что
на больших глубинах (более 6—7 км), при существующем там
давлении, без света и без достаточного количества тепла, орга
низмы существовать не могут. Но исследования показали, что
даже в глубоководных желобах есть жизнь. Среди обитателей
больших глубин немало «живых ископаемых» — форм, сохранив
шихся с очень далеких времен благодаря однообразию условий,
отсутствию конкурентной борьбы, содействующей изменениям ор
ганизмов. Изучение обитателей больших глубин позволяет лучше
представить историю Океана и историю развития органического
мира на Земле.
Природные ресурсы Океана.
Пока человечество использует
их сравнительно мало, но во все возрастающих масшта
бах. Издавна больше всего эксплуатируются органические
богатства Океана, причем наблюдается явное несоответствие
между запасами и потреблением их разных видов. Основная про
дукция Океана (85%) —рыба, далеко не основной из океанских
органических ресурсов. Опа используется не только как пищевой
продукт, почти половина улова идет на кормовую муку, техниче
ский жир, удобрения и т. д. Важно, что рыба — один из немногих
262
пищевых продуктов, темпы добычи которого в мировом масштабе
продолжают опережать темпы роста населения.
С 1850 по 1950 г. вылов рыбы увеличился в 10 раз, за после
дующие 10 лет оп удвоился и продолжает расти. Чем интенсив
нее ведется рыболовство, тем быстрее истощаются рыбные за
пасы в Океане. Во многих местах уже наблюдаются «переловы»
тех или иных видов рыб. Необходимо регулировать вылов, доби
ваясь максимально устойчивого (такого, при котором запасы
рыбы не уменьшались бы) улова. Это требует дальнейшего все
стороннего изучения Океана и согласованных действий всех за
интересованных стран. Очень важно увеличение рыбных богатств
| Океана путем искусственного разведения рыбы и акклиматиза
ции тех организмов, которыми она питается.
Из млекопитающих, живущих в Океане, промысловое значе
ние имеют кпты, тюлени, моржи, а также обладающие прекрас
ным мехом каланы (камчатские морские выдры) и морские
котики. Китовый жир используется для выработки маргарина,
мыла, глицерина, олифы. Мясо употребляют в пищу, из него из
готовляют консервы, перерабатывают па кормовую муку. Из пе
чени, гормонов поджелудочной железы, из китового уса приготов
ляют лекарства. Кашалот — единственный в мире производитель
амбры — вещества, обладающего способностью удерживать тон
кие запахи и применяемого в парфюмерии. Еще в 30-х годах
основой китобойного промысла были крупные синие кпты, сей
час почти истребленные. Промысел китов ограничен.
Остальных млекопитающих промышляют в сравнительно не
больших количествах. В XVIII — начале XX в. в результате хищ
нического ведения промыслов калана и морского котика они были
близки к истреблению. Сохранению их способствуют ограничение
промысла и организация Советским Союзом специальных запо
ведников на островах Тихого океана.
Значительно больше, чем рыбы, в Океане беспозвоночных жи
вотных. Добыча же их составляет менее 0,1 добычи всех морских
животных. Промышляют двустворчатых моллюсков: устриц, ми
дий, морского гребешка, — из головоногих в основном кальмаров,
меньше — осьминогов и каракатиц. Высоко ценятся на мировом
рыпке ракообразные: креветки, крабы, омары, лангусты. Все это
и ценные продукты питания и техническое сырье. Количество
их может быть во много раз увеличено за счет искусственного
разведения.
Сравнительно мало еще используют люди водоросли. Морская
капуста, морской салат — дешевые и очень ценные пищевые про
дукты. Из водорослей вырабатывают йод. Они ценны и как
промышленное сырье. Особенно много получают из них агар-
агара, имеющего широкое применение в медицине, текстильном
и кондитерском производстве. Из ламинарий вырабатывается аль-
гинит — клей, применяемый при окраске тканей и изготовления
мыла- Водорослевый клей прибавляют для прочности и водоне-
263
проницаемости к бетону и ас
фальту. Морские водоросли
можно использовать для приго
товления дрожжей, спирта, бу
маги, картона. Широкое приме
нение должна получить со вре
менем хлорелла — водоросль,
содержащая много белков, поч
ти не уступающих по качест
вам животным белкам, и вита
минов. Хлорелла очень быстро
растет, выделяя при этом ко
личество кислорода, в 200 раз
превосходящее ее объем.
Самую большую группу ор
ганизмов в Океане — планктон
люди почти не используют.
А между тем он может служить
продуктом питания для чело
века и использован как корм
для скота. Планктон — сырье
для получения витаминов, ле
чебного жира, лекарств.
Ценнейший ресурс Океа
на — сама вода. Известно, что
потребности человечества в
пресной воде, и сейчас не везде удовлетворяемые, очень быстро
растут. Уже действуют сотни опреснительных установок, и ясно,
что количество их будет непрерывно расти'.
Из множества растворенных в океанской воде элементов
в промышленных масштабах из нее пока извлекаются только 4:
натрий, хлор, магний и бром. В качестве побочных при извлече
нии их получают некоторые соединения калия и кальция. Основ
ной метод — простое выпаривание. В странах с Холодным климатом,
в том числе и в СССР, применяют также вымораживание. Полу
чение золота из вод Океана не может иметь практического зна
чения, хотя на разработку методов его получения в прошлом
было затрачено много сил и средств.
На различных участках океанского дна обнаружены значи
тельные скопления железистых и марганцевых окисных минера
лов: конкреции, корки, мелкие частицы, которые, несомненно, бу
дут иметь промышленное значение, но пока еще не исполь
зуются.
Минеральные ресурсы, заключенные в породах, залегающих
ill |V V VI VII VIII IX X XI XII
Месяцы
Рис. 93. Сезонные изменения коли
чества планктона на разных широтах
1
Так как процесс опреснения требует много энергии, в перспективе
комбинирование мощных опреснителей с электростанциями, работающим^
на ядерном сырье.
264
на дне Океана, могут быть в жидком и растворенном состоянии
(нефть, газ, сера, поташ), а также твердыми (каменный уголь,
железная руда, металлы). Нефть и газ составляют по стоимости
90% всех добываемых в Океане полезных ископаемых, и в пер
спективе добыча их будет расти. Считают, что к 1980 г. примерно
7з всей нефти будет извлекаться из Океана. Примерно то же от
носится к газу. Твердые полезные ископаемые со дна Океана
бываются пока мало (Япония, Англия).
Колоссальная энергия волн практически не используется. На
оборот, люди ищут от нее защиты, но несомненно, что со време
нем этот ресурс Океана будет освоен так же, как будет освоена
энергия приливов.
Природные ресурсы Мирового океана еще не полностью
выявлены и далеко не в полной мере используются.
Дальнейшее освоение Океана требует усиленного его изуче
ния с помощью непрерывно совершенствуемой техники. Совре
менные суда позволяют оборудовать целые плавучие научно-ис
следовательские институты. Сейчас е^ть корабли, плавающие
вверх и вниз, в стороны, переворачивающиеся. Специальные ап
параты (батискафы) позволяют вести непосредственные наблю
дения на больших глубинах. В распоряжении океанографов —
гидролокация, радио, телевидение, дающие возможность исследо
вать глубины. Очень помогают изучению Океана искусственные
спутники Земли и космические корабли.
Несомненно, в изучении и использовании природных ресурсов
Океана усилия разных государств должны объединяться. Береж
ного отношения к Океану, его рационального использования тре
буют интересы будущего человечества.
ВОДЫ СУШИ
Вода попадает на сушу в результате испарения с поверхности
Океана и переноса в атмосфере, т. е. в процессе Мирового влаго-
оборота.
Атмосферные осадки, выпавшие на сушу, частью испаряются,
частью просачиваются, а когда их интенсивность оказывается
больше испарения и просачивания, вместе взятых, начинают сте
кать в соответствии с уклоном поверхности, образуя
поверхност
ный сток.
Атмосферная влага, выпавшая в области нестаивающего
снежного покрова, может надолго задержаться в ледниках, но и
она со временем присоединится к стоку, направляющемуся
к Океану. Менее длительное время задерживается на суше вода,
попавшая в озера. Часть атмосферных осадков, просочившаяся
в почвогрунт, образует
подземный стоп,
присоединяющийся к по
верхностному или, значительно реже, попадающий непосред
ственно в Океан. Таким образом, важнейшее звено Мирового вла-
ДО
265
гооборота — сток с суши складывается из поверхностного
2
/з и
подземного 7з- Сток объединяет, связывает воды суши, временно
распределившиеся между подземными водами, реками, озерами
и ледниками.
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
Вода, просачивающаяся в верхние слон земной коры, образует
подземные воды суши. Главный источник подземных вод — атмо
сферные осадки, по Мировой влагооборот не замкнут, и некото
рое количество воды поступает в земную кору из мантии'.
Вода может находиться в горной породе только при наличии
свободного пространства: пор, трещин, полостей. В верхних оса
дочных слоях земной коры наибольшее значение имеют
поры
—
мельчайшие пустоты между частицами породы.
Отношение суммарного объема пор
(V
n
)
к объему всей по
роды
(V)
называют
пористостью
и выражают в процентах или
в долях единицы: га = -р • 100%. Пористость зависит от величины
частиц породы, их отсортированное™ и расположения. Наиболь
шая пористость у мелкозернистых пород с одинаковой величиной
слагающих их частиц. Наименьшая пористость у пород, состоя
щих из зерен разной величины; в этом случае мелкие частицы
заполняют поры между крупными и свободного пространства
остается очень мало. Пористость глин 40—50%, лёссов 40—55%,
песков 30—40%, песчаников 4—25%, известняков 0,6—16%.
Средняя пористость осадочных пород на поверхности Земли
3 5 - 4 5 % .
От пористости зависит
влагоемкостъ
породы — ее способность
вмещать воду. Количество воды, содержащееся в почве или в по
роде, называется ее
влажностью.
Влажность не может быть
больше влагоемкости.
Содержащаяся в породе вода находится под действием силы
тяжести, увлекающей ее вниз, и под действием молекулярных
сил, стремящихся удержать воду в породе. Сила тяжести дей
ствует во всей поре, и, так как величина ее зависит от расстоя
ния частицы от центра Земли, можно считать, что в пределах
поры она не изменяется. Молекулярные силы в поре очень ве
лики, но радиус их дей
ствия ограничен. Соотно
шение между силой тяже
сти и молекулярными си
лами по направлению к
центру поры изменяется.
1
Воды, впервые включа
ющиеся во влагооборот, назы-
Рис. 94. Схематическое изображение зави- ваются ювенильными (от лат,
симости размера пор от размера зерен juvenilis — юный),
266
На расстоянии, называемом ра
диусом эффективного действия
молекулярных сил
(р),
дейст
вие этих сил преобладает над
действием силы тяжести. Если
пора мала
(d<2p
— диаметр
поры), эффективное действие
молекулярных сил может охва
тывать ее полностью и в ней
вода задерживается. Если же
пора велика
(d>2p),
молеку
лярные силы в центральной ча
сти ее действуют слабее, чем
сила тяжести, которая застав
ляет воду стекать из поры.
В первом случае порода
водо
непроницаема,
во втором —
во
допроницаема.
Водопроницае
мость породы не зависит от ее
пористости, так как определя
ется не объемом пор, а их раз
мерами. Поэтому глина водоне
проницаема, тогда как песок,
имеющий меньшую пористость,
водопроницаем.
Вода, удерживаемая в порах
молекулярными силами, создает
вокруг частичек породы пленку
и называется
пленочной.
Моле
кулы воды, непосредственно соприкасающиеся с породой и осо
бенно сильно ею удерживаемые, образуют
гигроскопическую
воду. Для образования гигроскопической воды не обязательно
просачивание влаги: порода способна притягивать к себе воду из
воздуха. Удалить гигроскопическую воду из породы можно только
выпариванием при высокой температуре. Под влиянием притяже
ния соседних частиц породы молекулы пленочной воды могут
перемещаться от одной пленки к другой вверх, вниз и в стороны.
Пленочная вода обнаруживается взвешиванием породы до п
после ее непосредственного соприкосновения с водой. Песок, при
обретший пленочную воду, теряет сыпучесть.
Вода, движущаяся в порах под влиянием силы тяжести, назы
вается
гравитационной
водой. Достигая водонепроницаемых по
род, она образует
водоносный горизонт
и продолжает двигаться
в соответствии с уклоном его поверхности. Движение гравита
ционной воды имеет преимущественно характер ламинарного'.
Рис. 95. Схема различных состояний
воды в почве
1
Ламинарное движение'
—параллельно-струйчатое
пластина).
(от лат. lamina —
267
Скорость его зависит от уклона
(i)
и водопроницаемости породы
(к) V
=
hi
(формула Дарси). Способность гравитационной воды
вытекать под влиянием силы тяжести из насыщенной водой по
роды называется
водоотдачей.
Над водоносным горизонтом поднимается
капиллярная
вода '.
Она заполняет поры и мелкие трещины, удерживаясь в них си
лами поверхностного натяжения. Высота капиллярного поднятия
определяется' диаметром капилляров, зависящим от грануломет
рического состава горной породы: в песке мелкозернистом — от
35 до 120 см, в песке крупнозернистом — от 2 до 3,5 см, в лёссах
и глинах — до нескольких метров (например, в глине до 12 м).
Так как капиллярная вода часто гидравлически связана с уров
нем подземных вод, верхняя граница капиллярного поднятия
(капиллярной каймы) испытывает вертикальные колебания в со
ответствии с колебаниями уровня гравитационных вод. Капилляр
ную воду свободно засасывают корневые волоски растений. В за
сушливом климате процессы засоления почв могут быть связаны
с капиллярным поднятием.
Основной процесс проникновения воды в почвогрунт — мед
ленное ламинарное ее движение по порам под действием капил
лярных и гравитационных сил —
инфильтрация
(при преоблада
нии гравитационных сил — фильтрация). Реже вода проникает
вниз посредством турбулентного движения по трещинам и пусто
там —
инфлюация.
Вода, находящаяся в порах, может замерзать.
На температуру ее замерзания влияет содержание солей и испы
тываемое ею давление.
Пространство в порах породы, не заполненное водой, зани
мают воздух и водяной пар, поступающие в результате испарения
воды в порах и проникновения из атмосферы. Он перемещается
независимо от циркуляции воздуха, в соответствии с распределе
нием упругости, от более нагретых слоев к менее нагретым. Зи
мой происходит движение водяного пара вверх, вызывающее уве
личение влажности почвенного слоя, летом наблюдается обрат
ное его движение, т. е. перемещение влаги вниз. Некоторое
количество воды в порах может при соответствующих условиях
образовываться за счет конденсации водяного пара.
В земной коре содеряштся большое количество связанной
воды (в гипсе, например, ее более 20%, в мирабилите 55%.) Эта
вода выделяется только при полном разрушении минералов в ре
зультате очень сильного их нагревания (до +400°С и выше).
Подземные воды, находящиеся в земной коре, по условиям
залегания можно разделить на воды зоны аэрации, грунтовые
воды и воды межпластовые (напорные и ненапорные).
Воды зоны аэрации включают почвенные воды и верховодку.
В зоне аэрации вода имеет ограниченное распространение и
временное существование. В незаполненных порах циркулирует
1
Капиллярная вода может и не иметь связи с водоносным горизонтом,
268
Рис. 96. Линза морены с верховодкой: 1 — песок, 2 — песок водоносный,
3 — моренный суглинок с валунами, 4 — глина
воздух. Почвенная вода неотделима от самой почвы и должпа рас
сматриваться вместе с ней. Она залегает у самой поверхности, не
имеет водоупора и называется подвешенной.
Верховодка
— временное скопление подземной воды над мест
ным водоупором (морена, иллювиальный горизонт в почве, соле
ные воды), имеющее ограниченное распространение. Она образу
ется в результате просачивания дождевых it талых вод, стекает
и испаряется. Уровень верховодки резко колеблется,
в
сухое вре
мя года она может вообще исчезнуть. Неглубокое залегание, пло
хая фильтрация часто объясняют сильное загрязнение верховодки,
поэтому ее использование в бытовых целях не допускается.
Грунтовые
воды
— воды первого от поверхности постоянного
водоносного горизонта, не прикрытые водоупорным пластом. Они
распространены почти повсеместно и существуют длительное
время. Пласты горных пород с заключенными в них грунтовыми
водами называются водоносными горизонтами, а поверхность
грунтовых вод — их зеркалом. Мощность водоносного горизонта—
расстояние от поверхности водоупорного пласта до зеркала грун
товых вод.
Область питания грунтовых вод совпадает с их распростране
нием. Наибольшую роль в питании играют длительные обложные
дожди и талые весенние воды. Но так как вода просачивается
медленно, уровень грунтовых вод повышается не сразу, а через
значительный промежуток времени после выпадения осадков или
таяния снега. Только в трещиноватых и закарстованных породах
повышение уровня грунтовых вод происходит сравнительно бы-
269
Стро (иногда через несколько часов). Сезонные колебания уровня
грунтовых вод могут достигать нескольких метров. В условиях
континентального климата умеренных широт наивысший уровень
приходится на весну (после таяния снега). В морском климате —
на зиму (наименьшее испарение при достаточных осадках).
На положение уровня грунтовых вод влияет лес. Здесь мень
ше, чем на открытом месте, потери влаги с поверхности на испа
рение, медленнее стаивает снег и больше влаги успевает просо
читься, чему способствует высокая инфильтрационная способ
ность почв в лесу. Все это должно вызывать повышение уровня
грунтовых вод. Но в то же время деревья испаряют очень много
влаги, забирая ее в горизонте расположения корневой системы,
что может вызвать понижение грунтовых вод. Таким образом,
вопрос о влиянии леса на уровень грунтовых вод следует рас
сматривать с учетом конкретных условий.
Поверхность зеркала грунтовых вод обычно слабоволнистая,
с уклоном по направлению к понижениям рельефа (речные доли
ны, балки и т. д.). Грунтовые воды фильтруются в сторону пони
жений, образуя грунтовые потоки. Реже, обычно там, где поверх
ность водонепроницаемого пласта имеет углубление, возникают
грунтовые бассейны.
Скорость перемещения грунтовых вод в крупнозернистых пес
ках 1,5—2,0 м в сутки, в мелкозернистых песках и супесях 0,5—
1,0, в суглинках и лёссах 0,1—0,3 м в сутки.
Температура грунтовых вод обычно изменяется в зависимости
от температуры воздуха. Моменты максимумов и минимумов за
паздывают тем больше, чем глубже залегает вода. Грунтовые
воды, залегающие близко к поверхности, в условиях холодных
зим могут замерзать.
Химический состав и степень минерализации грунтовых вод
зависят от состава вмещающих их пород и питающих вод', глу
бины залегания и климатических условий. При избыточном
увлажнении грунтовые воды пресные или пониженной минерали
зации, при недостаточном увлажнении минерализация их повы
шается. Поэтому, чем суше климат, тем выше степень минерали
зации. Неравномерное распределение осадков и испарения в те
чение года, таяние снега вызывают сезонные колебания минера
лизации грунтовых вод. Особенно заметно их опреснение вблизи
рек во время паводков и половодий, когда уровень грунтовых вод
оказывается ниже, чем в реке, и река их питает.
Поскольку режим и минерализация грунтовых вод зависят от
климата, от характера почвенного и растительного покрова, под
чиняющихся географической зональности, постольку
грунтовые
воды зоналъны:
1
Поровая вода в насыщенных водой породах растворяет все раство
римые соли, даже если их концентрация в сухой породе достигает 5—10%
по весу.
его
1) в зонах избыточного увлажнения — тундра, влажные тро-
ушческие леса (коэффициент увлажнения 1,5) — грунтовые воды
ультрапресные и очень близко расположены к поверхности;
2) во влажных зонах — лесная зона умеренных широт и гра
ница влажных тропических лесов с саваннами (коэффициент
увлажнения 1,5—1) —грунтовые воды пресные, высокостоящие;
3) в зонах умеренного увлажнения (коэффициент увлажнения
1—0,3)—лесостепи, степи, саванны — грунтовые воды слабоми
нерализованные, глубоко залегающие;
4) в засушливых зонах (коэффициент увлажнения меньше
0,3) — полупустыни — грунтовые воды минерализованные и глу
боко залегающие. Характерны ископаемые линзы пресной воды,
слабо участвующие в современном влагообороте застойные воды.
Межпластовые воды заключены в слое между двумя водоупор
ными пластами. Питание их атмосферными водами происходит
только там, где верхний водоупорный пласт отсутствует.
Ненапорные
межпластовые воды не заполняют водоносного
слоя и стекают по уклону так же, как грунтовые воды.
Напорные
межпластовые
артезианские
1
воды находятся в во
доносных слоях, расположенных между двумя водонепроницае
мыми пластами таким образом, что вода по условиям залегания
находится под напором и при бурении поднимается выше водо
непроницаемой кровли. Она может самоизливаться и даже фон
танировать, но чаще на поверхность ее извлекают насосами.
Геологические структуры, отличающиеся изгибом чередующих
ся слоев внизу (синеклизы, синклинали) и поэтому содержащие
напорные воды, называются артезианскими бассейнами. Артези
анские бассейны различной площади (от нескольких десятков до
несколько тысяч квадратных километров) очень распространены.
В артезианском бассейне выделяются области питания, напора,
разгрузки. В области питания водоносные пласты не перекрыва
ются водоупорным пластом. Здесь могут быть и ненапорные
воды. В области напора при наличии скважин вода поднимается
и может фонтанировать. В области разгрузки вода вытекает на
поверхность, переходит в грунтовые воды или непосредственно
питает реки.
Артезианские воды не могли образоваться исключительно за
счет просачивания атмосферных осадков; вероятно, они возникли
одновременно с накоплением осадков (седиментация). Во время
морских трансгрессий вода проникла в породы и осталась в них,
претерпевая постепенно изменения.
Химический состав артезианских вод весьма различен. Верх
ние водоносные пласты (на глубине 100—600 м) пресные (до
1 г/л) или слабоминерализованные, гидрокарбонатные; на них
' Колодец с самоизливающепся водой в Европе впервые стал известен
во французской провинции Артуа (Артезия),
271