Узкие полоски неподвижного тонкого льда

Замерзание

Все водные объекты по характеру ледового режима делятся на три большие группы: замерзающие, с неустойчивым ледоставом, незамерзающие. Водные объекты в условиях субантарктического и умеренного климата, как правило, зимой замерзают. На таких объектах выделяют три характерных периода:

1. замерзания, или осенних ледовых явлений;
2. ледостава;
3. вскрытия, или весенних ледовых явлений.

Водные объекты в условиях субтропиков замерзают очень редко, а в условиях тропического субэкваториального и экваториального климата – вообще не замерзают.

Водные объекты замерзают при понижении температуры воды до так называемой температуры замерзания (или ледообразования). Для пресных вод она равна 0ºС. Для солоноватых и солёных вод Солоноватая вода имеет солёность от 1 до 25‰, солёная – от 25 до 50‰; воду с солёностью более 50‰ называют гиперсолёной или рассолом. Солёность – это содержание в воде растворенных минеральных веществ. Солёность выражают в г/кг, или ‰. – она ниже 0ºС. С увеличением солёности воды на 1‰ температура замерзания снижается на 0,054ºС.

Замерзание – это первый период ледовых явлений на водных объектах. Этот период включает: появление первичных ледяных образований, возникновение заберегов, осенний ледоход, сопровождающийся иногда заторами и зажорами. Заканчивается замерзание водного объекта (период осенних ледовых явлений) с образованием ледяного покрова (ледостава).

Переход среднесуточной температуры воздуха осенью через 0°С служит своеобразным «сигналом» приближающихся ледовых явлений на пресноводном водотоке или водоёме. Через некоторое время и температура воды снижается до 0°С, и начинаются ледовые явления.

Рассмотрим процесс замерзания на примере реки (см. Гидрологический режим). Начальная фаза осенних ледовых явлений на реке – сало, т.е. куски ледяной плёнки, состоящей из кристалликов льда в виде тонких игл. Сало обычно плывёт по реке в течение 3–8 дней. Почти одновременно у берегов, где скорости течения меньше, образуются забереги – узкие полоски неподвижного тонкого льда. По мере охлаждения всей толщи воды в ней начинает образовываться внутриводный лёд – непрозрачная губчатая ледяная масса, состоящая из хаотически сросшихся кристалликов льда. Непременным условием образования внутриводного льда является переохлаждение речной воды и наличие в воде ядер кристаллизации (кристалликов льда, взвешенных минеральных частиц и т.д.). Внутриводный лёд, образующийся на неровностях речного дна, называют донным льдом.

Скопления внутриводного льда в виде комьев на поверхности или в толще потока образуют шугу. Движение шуги по поверхности или в водной толще реки называется шугоходом. К шуге на поверхности реки иногда добавляется битый лёд, отрывающийся от заберегов, и снежура – скопления только что выпавшего на воду снега.

По мере дальнейшего охлаждения воды начинается образование льда непосредственно на водной поверхности реки вдали от берегов. В процессе образования льдин участвуют скопления сала, шуги и снежуры. Начинается осенний ледоход. Он продолжается до установления на реке ледостава.

В одних и тех же климатических условиях замерзание водохранилищ и пресноводных озёр обычно начинается раньше, чем на реках и ручьях. Объясняется это тем, что на водотоках процесс замерзания и ледообразования сдерживается под влиянием движущейся воды.

Источник

Термический и ледовый режим рек

В ледовом режиме рек выделяется 3 фазы: замерзание, ледостав и вскрытие.

3амерзание рек происходит глубокой осенью. Когда температура воды снижается до 0 градусов Цельсия, начинаются ледовые явления, выраженные различными формами льда.

Сало — начальная фаза осенних ледовых явлений. Это плывущие куски ледовой пленки из игольчатых кристаллов льда.

Забереги — узкие полоски неподвижного тонкого льда у берегов, образующихся одновременно с сало.

Внутриводный (глубинный) лед образуется перед началом ледостава в толще воды. Одновременно на дне встречаются скопления донного льда. Иногда донный лед образует большие скопления — ледяные плотины.

Снежура (снежница) образуется в виде снеговых комковатых рыхлых несмерзающихся масс на водной поверхности.

Шуга — комковатые скопления внутриводного льда, плывущие на поверхности реки. К ней добавляется битый лед и снежура, образуя шугоход.

С появлением первых ледяных форм начинается осенний ледоход, который продолжается 7-12 дней и предшествует ледоставу. Непосредственно перед ледоставом формируются зажоры, заторы и пятры.

Зажоры возникают, когда во время ледохода русло реки подо льдом забивает шуга и битый лед.

Затор образуется при закупорке русла плывущими льдинами.

Пятры — это ледяные острова в виде шапки или конуса, малое сечение которого прикреплено ко дну.

Ледостав — это наличие сплошного ледяного покрова на поверхности реки (озера, пруда). Говорят, что река стала.

В период ледостава некоторые участки не замерзают, образуя полыньи, на других участках образуется толстый слой вторичного льда — наледи в виде наростов и бугров.

При ледоставе толщина льда в южных районах: 0,2-0,4 м, а в северных: 1-2 м. Малые реки нередко промерзают до дна.

Вскрытие рекначинается весной с момента перехода температуры воздуха выше 0 градусов Цельсия. Начинается таяние снега на льдах и берегах реки.

Закраины — полосы воды у берегов, свободные ото льда.

Подвижки льда — небольшие перемещения отдельных ледяных полей.

В ледяном покрове появляются промоины, прогалины, трещины.

Весенний ледоход образуется плывущими по реке льдинами и ледяными полями. Мощные ледоходы сопровождаются заторами, приводящими к образованию паводочной волны.

Весенний ледоход на юге Европы начинается в марте, в центральной части — в апреле, в северной Европе и Сибири — в мае.

На малых реках покров тает без весеннего ледохода.

Гидрохимический режим рек

По величине минерализации О.А. Алекин выделяет реки четырех типов:

— реки с малой минерализацией (до 200 мг/л);

— реки со средней минерализацией (200-500 мг/л);

— реки с повышенной минерализацией (500-1000 мг/л);

— реки с высокой минерализацией (более 1000 мг/л).

Минерализация речных вод зависит от характера питания реки. Снеговое, дождевое и ледниковое питание дают минимальное количество солей. При ведущей роли грунтового питания минерализация возрастает. Поскольку в течение года доля различных видов питания и фаз водности могут существенно изменяться, меняется и минерализация. Установлено, что максимальная минерализация приходится на межень, когда превалирует подземное питание, а минимальные значения соответствуют периодам половодья и паводков.

Ионный сток – это сток растворенных солей. Он определяется как произведение расхода воды Q на минерализацию М, выраженную в кг/м 3 . Если полученный результат умножить на количество секунд в году, можно рассчитать годовой сток W растворенных солей (в т):

В пределах стран СНГ около 70% ионного стока выносится в океан, а 30% — в области внутреннего стока.

По химическому составубольшинство рек с малой и средней минерализацией относятся к гидрокарбонатному классу и кальциевой группе. Они занимают около 85% территории СНГ. Около 15% занимают высокоминерализованные воды сульфатного и хлоридного классов, которые приурочены к засушливым степным и полупустынным районам Средней Азии и Казахстана. Для рек северного полушария с севера на юг характерно увеличение минерализации и смена гидрокарбонатного класса, сульфатным и хлоридным. Эта закономерность может нарушаться азональными факторами, например, выходами легкорастворимых пород (солей, гипсов), разгрузкой гидротермальных источников.

Устья рек

Устье реки — это особый географический объект, охватывающий район впадения реки в приемный водоем (океан, море, озеро) и имеющий природный комплекс, который регулируется устьевыми процессами: взаимодействием и смешением речных и морских вод, отложением речных и частично морских отложений.

Различают два типа устьев:

— Дельта — это низменные периодически затопляемые земли со сложным многорукавным руслом, сетью водотоков и водоемов, с зарослями влаголюбивой растительности.

— Эстуарии — сравнительно узкие и глубокие заливы и губы воронкообразной формы или лиманы, представляющие собой нижние участки долин, затопленные морскими водами при опускании суши.

Устьевая область реки (рис.14) подразделяется на приустьевой, устьевой участки реки и устьевое взморье, которые разделяются морским краем дельты или вершиной лимана, лагуны, эстуария.

Рис.14. Схема речного устья.

В своем развитии устьевая область реки проходит три стадии:

— формирования дельты выполнения залива, лимана, лагуны или эстуария (Обь);

— формирования дельты выдвижения на открытом морском побережье (Лена).

Гидрологический режим в устьевой области имеет особенности:

а) на устьевом участке реки (от места деления реки на рукава до морского края дельты) господствует речной режим. Проявление морского режима заключается в распространении волн морских приливов и нагонов, проникновений в реку осолоненных вод и смешивания речных и морских вод. Известно, например, что солёные воды могут распространяться вверх по Северной Двине — на 40 км, по Миссисипи – на 240 км. Мощные приливные волны в устьях и эстуариях рек известны во Франции (маскарэ), в Бразилии (поророка) и др.

б) для устьевого взморья характерен морской режим. Здесь хорошо выражены ветровые и приливные течения, волновые процессы. Взморье занимает пространство от морского уреза края дельты до места, где влияние речных вод на взморье почти исчезает и соленость воды приближается к солености морских вод. Основное влияние речного режима в устьевом взморье выражается в опреснении вод и большом стоке наносов и их отложений в связи с затуханием скоростей течения речных потоков.

в) наносы, выносимые рекой, а иногда и приносимые морем, откладываясь в устьях рек, образуют косы, отмели, формируя характерный устьевой бар, из которого в дальнейшем образуется дельта. Зона отложения речных наносов постепенно смещается в сторону моря с выдвижением дельты в море, которое называется устьевым удлинением. Скорость выдвижения иногда достигает 4 км/год (например, р. Амударья).

§12. Хозяйственное значение рек и антропогенное влияние нареки

Хозяйственное значение рек заключается в том, что во многих регионах мира реки это главные источники используемых в хозяйстве вод. Основными водопотребителями являются промышленность, тепловая и атомная энергетика, коммунальное хозяйство, орошаемое земледелие. Главными водопользователями являются гидроэнергетика, речной транспорт, рыбное хозяйство, рекреация.

Влияние хозяйственной деятельности на реки можно подразделить на 2 группы.

Первая группа включает такие виды хозяйственной деятельности, которые связаны с изъятием, перераспределением и регулированием, то есть прямым воздействием на речной сток. Это забор вод на орошение, промышленное и коммунальное водоснабжение, регулирование речного стока с помощью водохранилищ, переброска вод из других бассейнов, нерациональное использование природных вод, их загрязнение.

Вторая группа хозяйственных мероприятий косвенно влияет на сток рек через изменение элементов водного баланса (главным образом, испарения) и через изменение условий стекания вод со склонов в речных бассейнах. Это вырубка леса и его восстановление, осушение болот, агротехнические мероприятия (вспашка, распашка целины, снегозадержание и т.д.) и урбанизация территории.

Совокупное влияние всех видов хозяйственной деятельности сказывается на общем снижении величины годового речного стока. Во всем мире сток уменьшается на 700 км 3 /год (по М.И. Львовичу) и соответственно этой величине возрастает испарение. Это создает угрозу водного голода для человечества. Необходимы меры по экологической оптимизации водопользования.

Реки Крыма и Украины

В пределах Крыма насчитывается 1657 малых рек и водотоков протяженностью около 6 тыс. км. Наиболее крупными из них являются на северном склоне Крымских гор:

Салгир — 238 км со среднегодовым расходом воды 1,8 м 3 /с и со слоем стока — 140 мм/год; Мокрый Индол — 27 км, Чорох-Су — 33 км;

на северо-западном склоне:

Альма — 84 км, Кача — 69 км, Бельбек — 63 км, Зап. Булганак — 52 км, Черная — 41 км;

на южном берегу Крыма:

Улу-Узень — 15 км, Демерджи — 14 км, Дерекойка — 12 км, Учан-Су — 8,4 км, Вост. Улу-Узень — 16 км.

Средний речной местный сток в Крыму составляет 0,43 км 3 /год.

Используется в хозяйстве около 450 млн. м 3 /год воды из местного стока речных и подземных вод. А всего, с учетом Северо-Крымского канала используется 2,5 км 3 пресной воды в год.

На Украине насчитывается более 71 тыс. рек и ручьев с общей длиной 248 тыс. км. Из них 67 тыс. (94%) малых водотоков с длиной менее 10 км, которые имеют общую длину 131 тыс. км.

Самой крупной рекой является Днепр (981 км на территории Украины от общей длины 2201 км) — водоносность 1663 м 3 /с.

К главным рекам Украины относятся: Днестр -1352 км, Сев. Донец -1053 км, Юж. Буг — 806 км, Дунай.

Водные ресурсы рек Украины составляет 87,1 км 3 /год. Общий объем водозабора на Украине достигает 34,5 км 3 /год, а объем используемой воды 29 км 3 /год. Речной сток очень зарегулирован (72%): построено 8 крупных каналов (1190 км длиной) и 10 крупных водоводов с общей длиной 1091 км (суммарная их производительность — 22,2 км 3 /год).

Источник

Физические свойства воды и их географические следствия

Плотность. Любое тело при уменьшении температуры уменьшается в объёме и увеличивается по плотности. Вода следует этому общему закону только в диапазоне от 100 до 4 0 С. В интервале 4 0 С (температура максимальной плотности) — 0 0 С происходит постепенное незначительное уменьшение плотности, которое для переохлаждённой воды продолжается, во всяком случае, до – 70 0 С. Переохлаждённая вода при встряхивании мгновенно превращается в лёд с температурой 0 0 С. В природе значительное переохлаждение наблюдается редко. При замерзании происходит скачкообразное увеличение объёма воды на 1/11 и снижение плотности с 0,9998 до 0,9170 г/см 3 (на 9%). При понижении температуры плотность льда повышается.

Плотность воды зависит от её солёности (увеличивается с повышением солёности).

Аномалии плотности обуславливают то, что при замерзании воды образуется менее плотный лёд, плавающий на поверхности воды и предохраняющий её от дальнейшего промерзания. Иначе наши реки и даже моря промёрзли бы до дна, и жизнь в них была бы невозможна.

При образовании льда возникает избыточное давление до 2500 кг/см 2 . Это обуславливает процессы физического выветривания, образования наледей, а в технике – разрыв трубопроводов (в 1997 году – массовый разрыв водопровода в Приморье, в 2006 г. – выход из строя теплосети в Алчевске).

Теплоёмкость. Вода имеет удельную теплоёмкость 1,000 кал/г.град, что в 5-30 раз выше, чем у всех других веществ на Земле, кроме жидкого аммиака (1,2000) и водорода (3,400). Теплоёмкость обычно повышается с увеличением температуры. Для воды от 0 0 С до 35 0 С теплоёмкость снижается на 1,2%, а затем начинает повышаться. Теплоёмкость льда в диапазоне от 0 до 20 0 С составляет в среднем 0,500 кал/г∙град.

Водоёмы оказывают смягчающее влияние на климат, накапливая тепло днём (и летом) и отдавая его ночью (и зимой). 1см 3 воды, нагретый на 1 0 С, при охлаждении повысит на 1 0 С температуру 3134 см 3 воздуха.

Теплопроводность. Теплопроводность воздуха составляет 0,57х10 –4 , воды – 14×10 –4 , а льда – 53×10 –4 кал/см∙с∙град. Лёд прозрачен для ультрафиолетового солнечного излучения, но совершенно не пропускает длинноволновую радиацию и земное излучение.

Эта особенность играет большую роль в нагревании воды подо льдом. Благодаря низкой теплопроводности передача тепла в океанах происходит не молекулярным путём, а турбулентными потоками (течениями — Гольфстрим).

Скрытая теплота плавления и парообразования. Скрытая теплота плавления воды аномально высока – 80 кал/г (сера – 9,9, железо – 6,0). Скрытая теплота парообразования (539 кал/г) почти в 7 раз больше, чем теплота плавления. Это определяет огромные энергетические затраты, необходимые для превращения воды с температурой 100 0 С в пар, чтобы испарить спирт достаточно 30%, а ртуть 12% этой энергии.

Гидросфера – это мощный теплообменный механизм Земли, определяющий её климатические условия и биологические особенности. Высокая скрытая теплота парообразования не даёт воде мелких рек и озёр летом полностью испаряться.

Поверхностное натяжение. Это способность пограничных молекул вещества сцепляться, стягиваться. Возникает плёнка натяжение, для разрыва которой необходима значительная сила. Поверхностное натяжение для воды – 72 дин/см 2 (при 20 0 С), хотя для спирта – всего 22. Только ртуть имеет ещё большее поверхностное натяжение – 500 дин/см 2 . Кроме того, вода обладает свойством смачивать глину, песок, стекло, ткань, бумагу.

В своём сочетании, эти свойства определяют процессы капиллярного поднятия воды в грунте, движение по капиллярам растений и др. Это свойство обеспечивает одну из ветвей круговорота воды на Земле, имеет большое значение в технике, инженерной геологии и др. Именно благодаря способности смачивать различные вещества вода является «мокрой» жидкостью. Однако степень её «мокрости» невелика: в отличие от спирта и керосина она с трудом смачивает металлы, совершенно не смачивает жирные поверхности и полимерные материалы. Это её свойство причиняет много неудобства в технике. Поэтому изобретены различные добавки, которые могут сделать воду «скользкой» (полиэтиленоксид добавляется в воду пожарных машин, что позволяет более чем в 2 раза увеличить «дальнобойность» шлангов) или «сухой» (добавка кремниевой кислоты делает воду на ощупь сухой и холодной. Такую воду удобно перевозить в бумажных пакетах).

Динамическая вязкость. При 0 0 С – вязкость чистой воды 1,789 сантипуаз, при 100 0 С — только 0,282 (ртути 1,690 и 1,220).

Это определяет высокую подвижность воды в жидком виде, способность её проникать через пористые среды (фильтрация), переносить в растворённом виде, а при благоприятных условиях осаждать в виде месторождений различные минералы.

Электропроводность. В различных фазовых состояниях резко различается. Лёд и снег имеют электропроводность порядка n×10 –8 , пресная вода – n×10 –5 , морская вода – n×10 –2 Ом –1 см –1 .

Такая электропроводимость определяет наличие в воде теллурических токов, вызванных корпускулярным излучением Солнца, усиливающихся во время магнитных бурь, а также токов индукции, вызванных движением воды относительно силовых линий магнитного поля Земли.

Магнитные свойства. В принципе вода не обнаруживает магнитных свойств и по теоретическим представлениям при прохождении через магнитное поле не должна менять свои свойства. Однако после короткого (доли секунды) воздействия сильного магнитного поля на воду она «помнит» об этом десятки часов. «Магнитная вода» не дает накипи на стенках котлов, а образующийся рыхлый осадок уносится потоком; бетон с «магнитной водой» становится прочнее на 40-50%, а его затвердевание ускоряется в 4 раза, ускоряются процессы кристаллизации, растворения, адсорбции, меняется величина смачивания. Это аномальное свойство широко используется в технике (на ГРЭС, в обогащении руд и пр.), но теоретического объяснения пока нет.

Свойство растворять различные вещества. Способность воды растворять различные твёрдые тела объясняется её высокой диэлектрической проницаемостью – при 0 0 – 87,7 относительных единицы (по отношению к проницаемости в вакууме).

Мрамор, каменная соль, сера, стекло, битумы имеют диэлектрическую проницаемость всего 2-8 единиц. Два противоположных электрических заряда притягиваются в воде с силой почти в 90 раз меньшей, чем в воздухе. Это облегчает растворение горных пород минералов.

Вода по всем показателям идеальный растворитель: она существует в жидком виде в широком диапазоне температур, химически инертна, не меняет свои свойства от соприкосновения с веществами, которые она растворяет и переносит. Поэтому в круговороте воды на Земле вместе с нею участвуют все элементы таблицы Менделеева. Поэтому вода стала носителем жизни.

Ледовый режим озер.

В ледовом режиме озер выделяется 3 фазы: замерзание, ледостав и вскрытие.

3амерзание озер происходит глубокой осенью. Когда температура воды снижается до 0 градусов Цельсия, начинаются ледовые явления, выраженные различными формами льда.

Сало— начальная фаза осенних ледовых явлений. Это плывущие куски ледовой пленки из игольчатых кристаллов льда.

Забереги(или припаи на крупных озерах или морях)- узкие полоски неподвижного тонкого льда у берегов.

Внутриводный (глубинный) лед образуется перед началом ледостава в толще воды. Одновременно на дне встречаются скопления донного льда. Иногда донный лед образует большие скопления — ледяные плотины.

Снежура (снежница) образуется в виде снеговых комковатых рыхлых несмерзающихся масс на водной поверхности.

Шуга — комковатые скопления внутриводного льда, плывущие на поверхности озера. К ней добавляется битый лед и снежура, образуя шугоход.

Ледостав— это наличие сплошного ледяного покрова на поверхности озера.

В период ледостава некоторые участки не замерзают, образуя полыньи, на других участках образуется толстый слой вторичного льда — наледи в виде наростов и бугров.

Ледостав на больших озерах формируется 2-3 месяца, завершаясь в январе, а на малых озерах — в течение нескольких дней.

Ледяной покров состоит из нескольких видов озерного льда:

— водный (озеровидный) — это прозрачный кристаллический лед,

— водно-снеговой лед — мутный, непрозрачный, беловатый, образующийся при смерзании пропитанного водой снега. Он называется «наслузом».

— снеговой лед, образующийся при подтаивании снега на поверхности с последующим замерзанием.

Толщина льда в Северной Евразии — 0,5-2 м, иногда до 3 м, в южных районах — всего несколько см.

Вскрытие озерначинается весной . Вскрытие озер в Европе на 7-14 дней позже, чем вскрытие рек.

Закраины — полосы воды у берегов, свободные ото льда.

Подвижки льда — небольшие перемещения отдельных ледяных полей.

В ледяном покрове появляются промоины, прогалины, трещины.

Источник