7.9. Мировой водный баланс

Систему уравнений, для расчета мирового водного баланса предложил в 1905 году Э.Брикнер:

1 – для периферийной части суши

Е_р = Р_р - R_p

2 – для бессточных областей

Еа = Ра

3 – для Мирового океана

Е_m = Рm + Rp

4 – для всего Земного шара

Е = Е _t + Е_m + Р

Е_p - испарение с периферийной части суши;

Р_p – атмосферные осадки на периферийной части суши;

R_p - речной сток с периферийной части суши;

Е_a- испарение с бессточной области;

Р_a - осадки с бессточной области4

Е _m - испарение с Мирового океана;

Р_m - осадки на поверхности Мирового океана;

Е - испарение на Земном шаре

Р - осадки на всем Земном шаре;

Е _t - испарение с поверхности суши

7.10. Активность водообмена

Характеризует продолжительность всего объема данной части гидросферы в процессе круговорота воды. Практически активность водообмена определяется по формуле:

W

А = ---- ,

γ

где

W – объем данной части гидросферы;

γ - приходный (или расходный) элемент ее баланса.

Таким образом А – число лет, необходимых для полного возобновления запасов данной части гидросферы.

Ледники – 8000 лет;

Подземные воды – 5000 лет;

Океан – 3000 лет;

Поверхностные воды суши – 7 лет;

Почвенная влага – 1 год;

Влага атмосферы – 0,027 лет.

7.11 Тепловой баланс водных объектов

Уравнение теплового баланса позволяет решать задачи, относящиеся к области расчета нагревания и охлаждения воды в реках и озерах, таяния снега, испарения воды, таяния льда, других гидрологических процессов идущих под влиянием теплообмена между водными объектами окружающей средой. При составлении уравнения теплового баланса необходимо учитывать все потоки тепла, поглощаемые рассматриваемым водным объектом или расходуемые им через плоскости раздела, ограничивающие его от окружающего пространства.

Элементами теплообмена между водными объектами и окружающей средой являются:

Sср – поглощаемая водой (снежным или ледяным покровом) суммарная коротковолновая солнечная радиация;

Sиа – поглощаемая водой длинноволновое излучение атмосферы;

Sив – потери тепла водой путем длинноволнового излучения;

Smа – турбулентный обмен тепла с атмосферой;

Sик – тепло, затрачиваемое на испарение или выделяемое при конденсации ;

Smg – теплообмен с дном;

Sпр – тепло, приносимое притоками и источниками;

Scm – тепло, выносимое поверхностными и подземными стоками;

Sос – тепло, поступающее от дождевых осадков или затрачиваемое на таяние снега, выпадающего в водоем;

S”ик – тепло, теряемое вместе с испарившейся водой или приходящее с конденсирующимся паром воды;

Sл – тепло, выделяемое при образовании льда;

Sлп – тепло, затрачиваемое на таяние льда;

Sкэ – тепло, выделяемое при рассеянии кинетической энергии;

S – результирующий тепловой поток, характеризующий изменение теплового содержания в объеме воды за единицу времени. При нагревании воды S положительна, при охлаждении – отрицательна.

Общий вид уравнения теплового баланса:

Sср + Sиа - Sив -+ Smа +- Sик +- Smg + Sпр – Sсm + Sос +- S”ик +- Sл – Sлп + Sкэ = S.

В большинстве случаев нет необходимости учитывать все элементы теплового баланса водного объекта.

Контрольные вопросы:

1. Состав гидросферы по Дерпгольцу.

2. Общее понятие о круговороте воды.

3. Интенсивность влагооборота.

4. Типы влагооборота.

5. Геокосмический влагооборот.

6. Атмосферно-океанический влагооборот.

7. Каким образом возобновляются водные ресурсы?

8. Движение воды в объектах.

9. Понятие о водном балансе

ЛЕКЦИЯ 8. Гидрология ледников

Существует много разновидностей и форм льда: морской, атмосферный, пресный, почвенный. Морской лед образуется в высоких широтах при замерзании морской воды. В Антарктиде преобладают однолетние льды, покрытые снегом. Арктические льды напротив многолетние. При замерзании морской воды происходит как бы ее естественное опреснение вследствие разности температур замерзания воды и ее солевого раствора. Морской лед содержит больше солей, чем пресная вода, находящаяся в кристаллическом состоянии в виде ледников высокогорных районов. В настоящее время изучается возможность их функционального использования. Льды планеты составляют десятую часть ее поверхности. Среди форм атмосферного льда есть такие, как: иней, крупа, град.

В истории ледников выделяют четыре ледниковых эры, самая старая из которых имеет возраст 2.5 млрд. лет. Эти интервалы в свою очередь делятся на ледниковые периоды. Однако существовали и “безлёдные” интервалы, при которых оледенения неизвестны. На их долю приходится 4/5 всего геологического времени.

При исследовании остатков древней фауны и ледниковых отложений и изменения уровня океана установлено, что были периоды на Земле, когда ледники распространились очень широко, и в эти периоды наблюдалось общее похолодание климата; были также периоды отступления ледников, причём эти явления чередовались циклично. При объяснении цикличности наступления ледников создавались ледниковые теории.

Сначала наступление ледников связывалось с похолоданием климата, и ледниковые теории в основном сводились к определению причины похолоданий и повышения влажности. Причины похолодания виделись в астрономических изменениях. Но серьёзных оснований у таких теорий не было. Затем появилась идея, что не похолодание вызвало оледенения, а развитие ледников стало причиной похолодания.

Первым эту мысль высказал советский моряк Е. С. Гернет. По этой теории Северный Ледовитый океан не всегда был покрыт льдом. Сейчас предположения Гернета подтверждаются, хотя некоторые части его теории оказались неполными.

Основы Ледниковой теории Гернета состоят в следующем. Рассмотрим, к примеру, Антарктический ледник. Допустим, количество осадков, выпадающих на этот ледник, увеличится. Тогда ледник начнёт расти, порождённые им шельфовые ледники займут часть прилежащих к леднику вод. Вследствие того, что часть поверхности воды прилежащих вод будет покрыта льдом, влажность уменьшится, ледник перестанет расти и, возможно, сократится до начальных размеров. Таким образом, ледник сам “регулирует” свои размеры. Такой ледник Гернет назвал “локализованным, стационарным”.

Иначе обстоит дело в Северном Ледовитом океане. Сейчас там толща льда достигает нескольких метров. Когда этот лёд растает, влажность сильно повысится, и это приведёт к росту Гренландского ледника. Когда Гренландский ледник дойдёт до Атлантического океана, он начнёт рождать айсберги, и Гольфстрим будет уносить эти айсберги в Северный Ледовитый океан. Эти айсберги будут охлаждать атмосферу и климат, что приведёт к образованию ледников в горах Евразии и Канады и их наступлению на материки. Айсберги будут постепенно накапливаться в этом океане, т.к. заперты в нём Америкой, Евразией и Гольфстримом. Когда весь Северный Ледовитый океан будет покрыт льдами, влажность понизится, и ледники перестанут рождать айсберги, уменьшаясь в размерах. То есть, мы вернулись к тому, с чего начали: ныне ледники Северного Ледовитого океана сократились после разрастания и остались в горах и полярных областях. Весь цикл повторяется примерно раз в 50000 лет, югославский ученый Миланович утверждает, что данный цикл составляет сто тысяч лет.

Выдвинуто предположение, что наступление и отступление ледника связано с изменением степени облучения Земли Солнцем или инсоляции. Колебание инсоляции совпадает со временами ледниковых периодов. Однако само изменение инсоляции не имеет сильного влияния на приземную температуру. Возможно, изменение инсоляции является просто импульсом к началу нового развития ледников.

Возможно, что скоро вследствие парникового эффекта и потепления климата начнётся усиленное таяние айсбергов, что приведёт к поднятию уровня моря и возникновению связанных с этим проблем.

Анализируя время наступления последних ледниковых периодов, можно прийти к выводу, что уже через несколько тысяч лет может наступить новый ледниковый период. Возможно, для предотвращения этого достаточно уничтожить Гренландский ледяной покров, но при этом уровень океана повысится на 7м., что станет катастрофой для материков.

Из истории известно, что в V-VII веках н.э. многие перевалы, занятые в настоящее время ледниками, служили обыкновенными караванными путями. К ним относятся перевалы Кашал-Аяк на Памире и знаменитый Сен-Готард в Альпах. Затем климат стал более холодным, ледники начали расти, и с XVII-XVIII века эти перевалы стали доступными лишь для туристов и великих полководцев. Однако, последние 100 лет ледники отступают, сокращаясь на 10% за каждые 50 лет. Примером такого сокращения может служить ледник Большой Азау на склонах Эльбруса, потерявший в XX веке половину своего языка

Ледники – это многолетние массы природного льда, образованные за счёт накопления и преобразования снега, которые движутся под действием силы тяжести и принимают форму потоков, выпуклых щитов или плавучих плит (шельфовых ледников). В некоторых случаях движение льда прекращается, и образуется мертвый лед.

Многие ледники продвигаются на значительное расстояние в океаны или крупные озера, образуя там фронт отёла, где происходит откол айсбергов.