ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 4686
Скачиваний: 7
сближает поступательное движение воды, с озером – замедленный водообмен. В крупных
водохранилищах выделяют три части. Нижняя – приплотинная, самая глубокая, по режиму наиболее
близка к озеру: здесь течение слабое, наблюдается расслоение водной толщи по температуре.
Средняя обладает промежуточным режимом. Верхняя – наиболее мелководная, по режиму чаще
напоминает реку, так как озерный режим здесь устанавливается только в период полного заполнения
водохранилища на максимальную высоту; ее называют
зоной переменного подпора.
Водохранилища обладают рядом особенностей: 1) они испытывают значительные изменения
уровня воды в течение года, но связаны эти колебания не с природными факторами, а с
искусственным регулированием стока – накоплением и сбросом вод; 2) проточность вод приводит к
меньшему нагреву воды, чем в озерах; мелкие водохранилища замерзают раньше, а крупные – позже,
чем реки, но и те и другие вскрываются позже рек; 3) минерализация вод водохранилищ больше, чем
у рек, особенно в жарком поясе, где велико испарение; 4) у водохранилищ происходит интенсивная
деформация береговой зоны ветровыми волнами, преобразование крутых берегов идет по
абразионному типу, пологих – по аккумулятивному; 5) интенсивная аккумуляция наносов приводит к
заилению водохранилищ: на горных реках они заиливаются быстро – за десятки лет вследствие
обильного стока наносов, на равнинных реках дольше – за сотни лет.
Ниже водохранилищ полностью меняется тепловой режим рек. Из крупных и глубоких
водохранилищ в нижний бьеф, как правило, сбрасываются глубинные слои воды с температурой,
близкой к +4 °С. В результате ниже плотин температура воды в реках на большом расстоянии летом
оказывается значительно меньше нормы, что делает невозможным купание в них, а зимой в
умеренном климате – выше нормы, из-за чего там образуются протяженные полыньи.
В настоящее время на земном шаре эксплуатируется более 40 тыс. водохранилищ. Суммарная
площадь их водного зеркала составляет около 400 тыс. км
3
. Самое большое по площади
водохранилище – Вольта на реке Вольта в Западной Африке – 8480 км
2
,
самое большое по объему
воды (169,3 км
3
) –
Братское водохранилище, самое глубокое (61 м) – Боулдер-Дам на реке Колорадо.
Водохранилища создаются обычно для многих целей; в первую очередь это энергетика, так как
ГЭС вырабатывают большое количество дешевой и относительно чистой в экологическом отношении
электроэнергии. Благодаря регулированию стока уменьшается риск наводнений и поддерживается
экологически необходимый уровень рек в течение меженного периода, что позволяет осуществлять
бесперебойное круглогодичное водоснабжение, орошение, обводнение территорий. Каскады
водохранилищ на реках обеспечивают работу единых глубоководных транспортных магистралей.
Водохранилища – зоны отдыха, рыболовства, рыбоводства, разведения водоплавающей птицы.
Нетрудно заметить, что, хотя все перечисленные задачи относятся к разным областям деятельности
человека, их решение может осуществляться только в комплексе, при учете взаимных требований, и в
первую очередь требований экологии. К сожалению, наряду с положительным значением
водохранилища вызывают нежелательные, но неизбежные последствия: выше плотин – это
затопление земель, прежде всего богатых пойменных лугов; подтопление лесов,
сельскохозяйственных угодий, городских территорий; заболачивание земель выше плотины в зоне
влияния водохранилищ из-за повышения уровня грунтовых вод; ухудшение качества воды в
водохранилищах из-за снижения естественной самоочищающей способности и избыточного развития
сине-зеленых водорослей, что пагубно для обитающих в воде живых организмов. В нижних бьефах,
наоборот, происходит врезание рек, вызывающее ухудшение условий водоснабжения и судоходства;
уровни грунтовых вод и частота затопления пойм снижаются, что приводит к остепнению пойм и
потере их урожайности. Плотины водохранилищ препятствуют нересту рыбы, причиняя ущерб
рыбоводству, и т. д. Крупные водохранилища оказывают влияние на климат прибрежных территорий,
аналогичное влиянию озер.
15.5. Болота
Болота
–
избыточно увлажненные участки суши с влаголюбивой растительностью со слоем
торфа более 0,3 м, в результате чего основная масса корней растений не достигает подстилающего
его минерального грунта. Заболоченные земли тоже избыточно увлажненные участки поверхности,
но с маломощным (менее 0,3 м) слоем торфа или даже без него, поэтому здесь между растениями и
грунтом осуществляется водно-солевой обмен. Это различие болот и заболоченных земель довольно
условное, и точное разграничение их на местности весьма затруднительно. Общая площадь болот
достигает почти 3 млн км
2
, занимая около 2% территории суши.
Рис. 100. Заболачивание водоразделов (по Л. К. Давыдову). Стрелками показано направление
грунтового потока. УГВ – уровень грунтовых вод
Болота образуются двумя путями: при зарастании озер или в результате заболачивания плоских
междуречий. Об эволюции озер в гумидном климате и превращении их в болота говорилось раньше
(см. 15.3). Основной путь образования болот – заболачивание суши, которое начинается с появления
периодического, а затем постоянного переувлажнения почвогрунтов (рис. 100). Заболачиванию
способствует климат – избыток влаги в результате обилия осадков или слабого испарения, высокий
уровень грунтовых вод, характер грунта – плохо проницаемые породы, вечная мерзлота, спекшиеся
на пожарищах породы, ухудшающие инфильтрацию воды, рельеф – плоские участки при неглубоком
дренаже или понижения с замедленным стоком, продолжительные половодья на реках и др. Леса из-
за избытка влаги, а значит, анаэробных условий и кислородного голодания постепенно погибают, что
способствует еще большему заболачиванию вследствие сокращения транспирации. На
переувлажненных землях поселяется влаголюбивая растительность, приспособленная к недостатку
кислорода и минерального питания, и на смену гипновым мхам приходят различные виды сфагновых
мхов. Моховая дернина, хорошо впитывающая и задерживающая влагу, напоминающая мокрую
губку, способствует еще большему заболачиванию суши. В связи с этим в дальнейшем именно
растительности принадлежит ведущая роль в заболачивании.
В условиях недостатка кислорода происходит неполное разложение растительных остатков,
которые, накапливаясь, образуют торф. Потому заболачивание всегда сопровождается
торфонакоплением. Наиболее благоприятные условия для накопления торфа существуют в лесах
умеренного пояса, особенно в Западной Сибири, где в пределах лесоболотной зоны заболоченность
достигает 50–70%, а мощность торфа – 8–10 м. К северу и югу от лесной зоны мощность торфяной
залежи сокращается: к северу вследствие уменьшения прироста растительной массы в условиях
холодного климата, к югу из-за более интенсивного разложения растительных остатков в теплом
климате. В условиях жаркого влажного климата огромный прирост биомассы компенсируется
интенсивным процессом распада отмерших растений и формирование торфяных болот практически
не происходит, хотя вечнозеленые экваториальные леса переувлажнены, а в понижениях и долинах
лежат сильно заболоченные земли.
Строение торфяной залежи болот, возникших на месте озер или суходолов, различно. Торфяники,
образовавшиеся в результате заболачивания озер, имеют под слоем торфа озерный ил – сапропель, а
при заболачивании суши торф залегает непосредственно на минеральном грунте.
По характеру преобладающего водно-минерального питания и соответственно по составу
растительности болота подразделяют на два основных
экологических типа',
верховые и низинные.
Верховые
(олиготрофные) болота питаются атмосферными осадками, бедными минеральными
солями. Они обычно располагаются на водоразделах, поэтому их и называют верховыми.
Растительность их бедна по видовому составу: преобладают сфагновые мхи, образующие сплошной
ковер, произрастают кустарнички – багульник, голубика, Кассандра, подбел, а также клюква,
морошка, пушица одноколосковая, росянка и др., может расти угнетенная сосна. Поверхность
верховых болот выпуклая в центре, поскольку по краям лучше водообмен и активнее разложение
мхов, а в центре идет интенсивное его накопление. Торф верховых болот можно использовать в
качестве топлива, тем более что он малозольный (2–4%), для приготовления торфонавозных
компостов, как сырье для химической промышленности.
Низинные
(эвтрофные) болота располагаются в понижениях рельефа: на поймах рек, в балках, в
понижениях между холмами (поэтому их и называют низинными). В понижениях неглубоко залегают
и даже выходят на поверхность грунтовые воды, в котловины стекает вода с окружающих
пространств, пойменные болота дополнительно подпитываются полыми водами, поэтому у низинных
болот богатое минеральное питание и как следствие – разнообразная растительность. Среди
травянистых растений преобладают осоки, хвощи, камыш, тростник, рогоз, пушица многоколосковая,
зеленые (гипновые) мхи, среди кустарников – ольха и ива, возможно произрастание березы. Торф
низинных болот – прекрасное органическое удобрение. Использовать его в качестве топлива
нецелесообразно, тем более что у него большая зольность (до 18%).
Переходные
(мезотрофные) болота по характеру питания и растительности занимают
промежуточное положение между низинными и верховыми. Эволюция болот сопровождается
превращением низинных болот сначала в переходные, а потом в верховые. Это происходит потому,
что в результате накопления торфа поверхность низинных болот повышается. На определенной
стадии развития болотная растительность уже не может в полной мере использовать подземные воды,
потом минеральное питание полностью прекращается, растения переходят на питание атмосферными
осадками, и низинное болото в конечном счете сменяется верховым.
Форма поверхности болот может быть различной: вогнутой, выпуклой, плоской. Характерными
элементами микрорельефа поверхности болот являются
гряды
–
вытянутые возвышенные участки и
мочажины
–
вытянутые пониженные обводненные участки между грядами шириной 5 – 6 м. Гряды и
мочажины вытянуты перпендикулярно направлению наибольшего уклона поверхности болота и
обычно располагаются концентрическими кругами вокруг самых высоких точек. К наноформам
рельефа относятся кочки и понижения между ними, образование которых обусловлено
неравномерной усадкой и плотностью дернины. На болотах могут быть озера, водотоки и топи –
переувлажненные участки с разжиженной торфяной залежью.
Болота представляют собой сложный природный комплекс, который можно рассматривать как
систему вода – растительность–торф. Ведущим фактором служит избыток влаги, обусловливающий
развитие специфической влаголюбивой растительности и определенный тип почвообразования с
формированием торфяной залежи. Болотам принадлежит важная роль в природе. Они увлажняют
воздух окружающих территорий, питают реки, являются местами произрастания ценных видов
растений (клюквы, морошки, голубики и др.) и обитания многих видов животных, особенно птиц.
Люди используют болота. На них разрабатывают торф, который применяется в качестве топлива,
удобрения и химического сырья. На болотах собирают ягоды, лекарственные растения. Частично
низинные болота осушают и превращают в сельскохозяйственные угодья, которые отличаются
высоким плодородием. Но следует помнить, что не все болота подлежат осушению, часть из них надо
сохранять, чтобы не нарушить сложившихся в природе взаимосвязей. Это касается прежде всего
верховых болот, поскольку велико их гидрологическое влияние на речной сток, особенно тех рек,
средние и нижние отрезки которых лежат в зонах недостаточного увлажнения (например, Днепр,
Волга и др.).
15.6. Ледники
Ледники
–
это подвижные скопления льда атмосферного происхождения на поверхности суши
(Ледники наряду с подземными льдами являются частью
криосферы
–
сферы льда и холода. Термин
«крио-сфера» предложил польский ученый А. Добровольский в 20-х гг. XX в. Выделение криосферы
в качестве самостоятельной целостной природной оболочки Земли в последние десятилетия находит
все большее признание среди ученых.). В настоящее время ледники покрывают площадь 16,3 млн
км
2
, что составляет почти 11 % суши. Общий объем ледникового покрова Земли оценивается
величиной 30 млн км
3
, что эквивалентно 27 млн км
3
воды. Основное количество льда сосредоточено
в Антарктиде (около 90%) и в Гренландии (почти 10%), а на оставшиеся ледниковые районы
приходится менее 1 %. Ежегодно на Земле возникает и исчезает 1,8% всего ледникового покрова.
Изменение его объема играет большую роль в колебании глобального водообмена на поверхности
Земли. Таяние всех ледников Земли могло бы привести к поднятию современного уровня Мирового
океана на 75 м. Распространение ледников по широтам и по континентам видно из таблиц 12 и 13.
Ледники образуются в полярных областях и в горах, где весь год отрицательная температура
воздуха и годовое количество снега превышает расход его на таяние и испарение,
т. е.
абляцию.
Слой тропосферы, внутри которого возможен постоянный положительный баланс
твердых атмосферных осадков, т. е. приход снега больше его расхода на таяние, называется
хионосферой
(греч.
chion
–
снег и
sphaira
–
шар). Хионосфера окружает Землю в виде непрерывной
оболочки неправильной формы мощностью до 10 км. Она имеет верхнюю и нижнюю снеговые
границы, на которых баланс твердых осадков равен нулю. Верхняя граница хионосферы проходит
близ тропопаузы. Нулевой баланс твердых осадков на ней обусловлен ничтожной влажностью
воздуха и поэтому очень малым количеством снега, который испаряется даже при господствующих
там низких температурах воздуха. Верхнюю снеговую границу видеть нельзя, так как ни одна гора па
Земле не достигает этого уровня. Вершины гор, оказавшиеся выше этой линии, были бы
бесснежными.
Таблица 12
Распространение ледников по широтам (по В. М. Котлякову)
Географическая
Ледники. % от
90 –
80° ели.
68,5
80 – 70°
35.8
70 – 60°
4,5
60 – 50°
0.3
50 – 40°
0,07
40 – 25°
0,47
25° е.ш. – 30° ю.ш. 0.00
30-
35° ю.ш.
0,08
35 – 50°
0,84
50–60°
10.9
60 – 90°
99,93
Таблица 13
Площадь и объем современного оледенения континентов
(по В. М. Котлякову)
Континенты
Площадь, км
2
Объем. км
3
Антарктида
13979000
23295750
Северная
2076550
2431770
Европа
92 140
21 028
Азия
136760
16355
Южная
32300
12690
Океания
825
550
Африка
20
6
Нижняя граница хионосферы, тоже с нулевым балансом твердых осадков, запечатлена на земной
поверхности в виде полосы, которую принято называть
климатической снеговой границей.
Ее высота
зависит прежде всего от распределения тепла на Земле: в полярных районах она находится на уровне
моря, к низким экваториально-тропическим широтам поднимается в горы до 5 – 6 км (рис. 101). На
высоту снеговой линии влияет и количество осадков. Поэтому выше всего она поднимается не над
экватором, а в тропических широтах – на 5,5–6 км, что связано не только с высокой температурой, но
и с сухостью воздуха и малым количеством осадков. На экваторе, где осадков больше, снеговая
граница лежит на высоте 4,5 км.
На реальную высоту снеговой границы влияет также инсоляционная экспозиция склонов. На
склонах солнечной экспозиции она на 300 – 500 м выше, чем на теневых склонах того же хребта.
Важно учитывать и ветровую экспозицию: наветренные склоны получают больше осадков, чем
подветренные, поэтому на них снеговая граница лежит ниже. Причем если горы высокие, то на их
подветренных склонах определенное значение имеет феновый эффект: воздух там и теплее, и суше. В
пределах отдельных горных стран снеговая линия повышается от окраин к внутренним частям
вследствие нарастания сухости воздуха и уменьшения количества осадков.
На конкретной территории, помимо климата, на конфигурацию снеговой границы оказывают
влияние орографические особенности склонов. В отрицательных формах рельефа снег может
сохраняться чуть ниже климатической снеговой границы, а на крутых склонах его может не быть и
выше этой границы. Поэтому фактическая снеговая граница в гоpax – функция климата и рельефа и
по существу является
ороклиматической границей.
Рис. 101. Высота снеговой линии на разных широтах; разрез вдоль южно американских и
североамериканских Кордильер (по В. .VV. Котлякову)
В пределах хионосферы снег в результате уплотнения и перекристаллизации сначала
превращается в
фирн
–
зернистый пористый непрозрачный лед, а потом – в плотный прозрачный
голубоватый
глетчерный
лед. Масса 1 м
3
свежевыпавшего снега равна 60– 80 кг, зрелого фирна –
500–
600 кг, глетчерного льда – 800–900 кг. Плотность льда около 0,9 г/см
3
. Для превращения снега в
лед нужны десятилетия, а в суровом климате Антарктиды – тысячелетия.
Из свойств льда важнейшее – его
текучесть,
которая возрастает при достижении температуры,
близкой к температуре плавления (–1–2°С), и большом давлении. Второе свойство льда, связанное с
первым,– его
движение.
В горах оно происходит по уклону ложа под воздействием силы тяжести, на
равнинах – в соответствии с уклоном поверхности ледника. Поскольку подледное ложе неровное, в
леднике возникают трещины-разрывы длиной в сотни метров, глубиной 20–30 м и разные части
ледника – придонные, срединные, поверхностные, боковые – движутся с разными скоростями в
зависимости от силы трения. Скорость движения ледников – несколько сантиметров в сутки, иногда
может достигать метров в сутки. Лед движется быстрее летом и днем, медленнее зимой и ночью.
Третье свойство льда – способность его кусков к
смерзанию (режеляции),
приводящее к
исчезновению трещин.
Из-за изменений и колебаний климата ледники могут «наступать» и «отступать». В геологическом
прошлом подобные колебания огромных масштабов приводили к чередованию ледниковых и
межледниковых эпох. Палеогеографические реконструкции последнего ледникового этапа
свидетельствуют о том, что материковые ледниковые покровы занимали 30% площади земного шара,
включая умеренные широты Евразии и Северной Америки, а Антарктический и Гренландский
ледниковые покровы значительно увеличивали свою мощность и размеры (рис. 102). В настоящее
время в связи с потеплением климата происходит медленное отступание ледников. Ледники – чуткие
индикаторы изменений климата. В них, как в гигантских холодильниках, надежно хранится
метеорологическая информация.
По внешнему облику и характеру движения ледники делятся на два основных типа –
материковые (покровные)
и
горные.
Первые занимают около 98% площади современного
оледенения, вторые – около 1,5%.
Покровные ледники
–
это прежде всего огромные ледниковые щиты Антарктиды (площадь 13,979
млн км
2
, средняя мощность ледникового покрова 1720 м, максимальная – 4300 м) (рис. 103) и
Гренландии (соответственно 1,8 млн км
2
, 2300 м, 3400 м).
Покровное оледенение Антарктиды, по современным данным, начало оформляться 25 млн лет
назад, а 7 млн лет назад площадь ледника была максимальной, в 1,8 раза больше современной.
Примерно 10 млн лет назад уже существовал и Гренландский ледниковый покров. У покровных
ледников плоско-выпуклая форма, не зависящая от подледного рельефа. Накопление снега
происходит в центре, за счет снега и сублимации водяного пара на поверхности ледника,