КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ГИДРОГЕОЛОГИИ. Тема Гидросфера как главный регулятор климатических и геологических процессов на Земле
 Скачать 314.5 Kb.
|
Е – е – дефицит насыщенияR = e/E.100% – относительная влажностьРаспределение е и Е по широте зависит от температуры и влагозапаса в почвах – см рис. С высотой падает плотность воздуха и соответственно упругость водяного пара. Переход воды из газообразного в жидкое состояние в атмосфере происходит на ядрах конденсации – кристаллах морских солей, пыли, дымах. Их размеры м.б. десятые и сотые доли мк, но бывают и гигантские (> 1 мк). Каждый куб. см воздуха содержит несколько тысяч ядер конденсации. Крупные скопления пара на ядрах конденсации – облака. Размеры капелек настолько малы, что уравновешиваются силами трения. Существование облака – до 10-15 мин. Долго существует не облако, а процесс облакообразования. 10 родов облаков. 1-3. Перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые. Самые высокие. Образуются при наиболее низких температурах; состоят из ледяных кристаллов. Перистые – отдельные нити; перисто-кучевые – пласты с ясно выраженной структурой, похожей на рябь; перисто-слоистые – тонкая белесоватая вуаль, частично или полностью закрывающая небосвод. 4. Высококучевые. В среднем ярусе. Пласты и гряды из высоких валов, дисков пластин. 5. Высокослоистые. В среднем и частично верхнем ярусе. Мощность – километры. Капельки и снежинки. Образуют мелкий снег, дождь до земли не доходит. 6. Слоисто-дождевые. Мощный слой, начинающийся в нижнем и кончающийся в верхнем ярусе. Крупные капли и снежинки. С ними связаны обложные дожди или снег. 7. Слоисто-кучевые. В нижнем ярусе. Гряды серых и беловатых облаков, состоящих из мелких капелек. Дают слабую морось. 8. Слоистые. В нижнем ярусе. М.б, в нескольких десятках метрах от земли. Однородный слой капельного строения, из которого выпадает морось. 9. Кучевые. Отдельные облака в нижнем и среднем ярусах. Плотные. С резко очерченными контурами («холмы», «башни»). Осадков, как правило, не дают. 10. Кучево-дождевые. Дальнейшая стадия развития дождевых; «горы», «башни» от нижнего до верхнего яруса. Дают ливни, иногда с градом. Развитие облаков по высоте:
Облачность выражают в десятых долях покрытия неба; полная –10, ясное небо – 0.Средняя облачность над сушей – 4,9; над океаном – 5,8. Дымка – помутнение при зачаточной конденсации. Туман – скопление продуктов конденсации вблизи земли. Капельно-жидкий туман бывает при т-рах до –30оС. Смог – дымный туман в городах. Отравления (Лондон, Лос-Анжелес). Морось – 0,05-0-5 мм Дождь – 0,5-8 мм Снег – гексагональные кристаллы до 5-6 мм Крупа – ядрышки до 1 мм Град – льдинки до 5-8 см. Осадки выпадают при укрупнении капель и кристаллов. Слиянию способствуют: электрические разряды, турбулентность движения воздуха. Распределение осадков в течение года:
3. Барическое поле Земли и ветры Атмосферное давление можно выразить в мм ртутного столба или миллибарах. 750 мм эквивалентны 1000 мб. Распределение атм. Давления в пространстве – барическое поле; изолинии равного давления – изобары. Типы барических систем (нарисовать): с замкнутыми изобарами – циклоны и антициклоны; с незамкнутыми – ложбины, гребни, седловины. Поскольку барические градиенты пропорциональны температурным, очертания изотерм и изобар часто сходны. Теплые циклоны – низкие, холодные – высокие. Теплые антициклоны – низкие, холодные – высокие. Атмосферное давление в каждой точке непрерывно меняется. Суточные колебания – до 3-4 мб у экватора и до десятых долей мб у полюсов. Гораздо более заметны колебания, связанные с циклонической деятельностью, усиливающиеся от экватора к полюсам. В Санкт-Петербурге, например, колебания давления в течение года достигают 76 мб. Годовой ход давления в каждом пункте имеет свои закономерности. Над материками зимой преобладают антициклоны, летом – циклоны; над океанами – наоборот. Разница в давлении является причиной передвижения воздуха, т.е. ветров. В процессе общей циркуляции воздух расчленяется на воздушные массы, часто сохраняющие в течение длительного времени свои особенности. М.б. арктические, антарктические, полярные, тропические воздушные массы, характеризующиеся своей влажностью воздуха, температурой, дальностью видимости и т.д. Переходные зоны – фронты. Холодные, теплые фронты. По фронтальной поверхности происходит восходящее скольжение теплого воздуха вверх. В случае теплого фронта восходящее скольжение охватывает высокие слои воздуха и сопровождается образованием слоисто-дождевых облаков. Осадки выпадают в зоне шириной в несколько сот км. При холодном фронте восходящее скольжение менее высокое. Образуются кучевые облака с ливневыми осадками. Чрезвычайно важно определить силу ветра см. табл.
Наиболее распространенные типы ветров Пассаты – устойчивые ветры со средней скоростью 15-25 км/час в обращенных к экватору частях субтропических антициклонов. Северное полушарие – северо-восточные. Южное – юго-восточные. Максимальная сила в конце зимы. Муссоны – устойчивые воздушные течения между материками и океанами с резким изменением преобладающего направления ветра от зимы к лету и от лета к зиме. Наиболее развиты в умеренных широтах с большими температурными контрастами. Наиболее мощные муссоны в бассейне Индийского океана. «Дождь» Самерсета Моэма. Тропические циклоны – наиболее яркое проявление разрыва границы океан-атмосфера. Зарождаются в штилевой зоне над океаном в результате термической неустойчивости воздуха. Скорость до 300-400 км/час. В Тихом океане называются тайфунами, в Сев. Атлантике – ураганами, в Австралии – вилли-вилли. С 1953 г. носят название женского имени в северном и мужского в южном полушарии. Диаметры самых крупных – до 800-1000 км. Вблизи центра, в круге диаметром 50-80 км («глаз циклона»)ветры слабые, но возникающая здесь зыбь представляет не меньшую опасность для судна. Ветер 12 баллов в 60 км от «глаза», 10-11 в 100, 5-6 в 300-400. В центре циклона давление 660-680 мм. При подходе циклона к берегу уровень воды повышается на 3-5 м от приливного; происходят катастрофические разрушения. Пример –Жупаново на Камчатке. Скорость продвижения тропического циклона соизмерима со скоростью продвижения судна. При признаках или сообщении по рации надо уходить. Бризы – ветры небольшой силы, дующие днем с моря на сушу, ночью – с суши на море. Ночной бриз ослабляется рельефом, растительностью, постройками. Бора – холодный сухой ветер с гор при антициклоне в горах. Может достигать ураганной силы. Новороссийская бора. Мистраль – сильный сухой холодный северный или северо-западный ветер, дующий в долине Роны и над Лионским заливом при антициклонах над Францией. Сирокко – южный жаркий и сухой ветер в Средиземном море. Пересекая море увлажняется и несет туманы. Смерчи – ветры разрушительной силы в «маленьких» (от 20 м до 1-2 км) циклонах. Возникают из грозовых облаков. Достигают 300-700 км/час. Разность давлений в центре и на периферии до 150 мм. В США – торнадо. Сильные разрушения. Смерч в Казахстане (1954г). Смерч в повести «Волшебник изумрудного города» (переложение Волкова американской повести); девочку Элли перенес в волшебную страну. 4. Климаты Земли Основные климатообразующие процессы – теплооборот, влагооборот, циркуляция воздуха, тесно связанные между собой. Огромное влияние оказывает соотношение суши и моря. Индекс континентальности С.П.Хромова: К = (A – 5,4 sin)/A, где А – годовая амплитуда температуры в данной точке, 5,4 sin – годовая амплитуда температуры в данной точке, которая была бы на данной широте без материкового влияния. Индекс К показывает, какая доля годовой амплитуды температуры создается под влиянием суши. Для материков всегда выше 50 %. Над Центральной и Восточной Азией достигает 90 %. Над центральной частью Индийского Океана – 10 %. Климатообразующие факторы – географические координаты, рельеф, растительность, снежный покров и др. О человеческой деятельности. Можно выделить 12 основных климатических поясов Земли (по Б.П.Алисову). Экваториальный. Равномерный температурный режим. На суше и на море среднегодовые температуры 24-28оС. Годовая амплитуда не более 5о. С высотой температура падает, но годовая амплитуда остается малой. Суточнные амилитуды достигают 10-15о. Абс. Вдажность высокая, часто более 30 г/ м3; относительная влажность выше 70-80 %. Ливневые осадки, 1-3 тыс мм/год. Субэкваториальный пояс. Среднегодовая т-ра близка. На суше увеличивается годовая амплитуда, иногда до 15-17о. Сухая зима и влажное лето. Сезонные осадки, обычно больше 5 тыс мм/год. Черапунджи – 11 тыс мм/год. Два тропических пояса. Муссонный климат высоких тропических плато (плато Перу, Боливии, Абиссинии). Среднегодовые т-ры 10-20о. Осадки около 1 тыс мм. Пассатный климат. Над океанами в обращенных к экватору частях субтропических антициклонов. Средние температуры летом 20-27о, зимой 10-15о. На участках с благоприятными орографическими условиями до 12 тыс мм/год осадков. Климат тропических пустынь. Среднегодовая т-ра летом 26-40о, зимой 10-22о. 100-250 мм осадков; на западных побережьях материков до 1000 мм (Рио-де-Жанейро). Два субтропических пояса. Внутриконтинентальный климат. Жаркое лето (среднеиюльская т-ра 15-30о); зимой морозы до –20о; 100-200 мм осадков. Пример: туркменские пустыни. Высокие субтропические нагорья (Тибет, Памир). Среднеиюльская т-ра 18-20о; среднеянварская – -7 – -15о ; бывают морозы до –50о. Средиземноморский климат. Жаркое и сухое лето; дождливая мягкая зима. Среднеиюльская т-ра 25-30о, среднеянварская – 7-10о500-700 мм осадков. Пример – южный берег Крыма. Муссонный субтропический климат. Осадков до 2-5 тыс мм. Пекин, Батуми. Субтропический климат океанов. Летние антициклоны и зимние циклоны с дождями. Летние т-ры 10-25о, зимние 10-15о. Умеренные пояса. Внутриконтинентальный климат. Годовые амплитуды т-ры до 50-65о. 300-400 мм осадков. Горные районы. Разнообразный климат. До 2 тыс мм осадков. Суточные и годовые колебания т-р. Западные части материков. Морской климат. Годовые колебания т-р 15-20о; 500-700 мм осадков (при пересеченном рельефе на подветренных склонах до 2000). Пример – Санкт-Петербург. Восточные части материков. Годовая амплитуда т-р до 5-40о. Сезонные осадки 300-1500 мм/год. Субарктический и субантарктический пояса. Холодное лето и холодная зима. Среднегодовые т-ры ниже 0о, в самый теплый месяц средняя т-ра 10-12о; осадков меньше 300 мм. Осадков больше испарения; заболоченность тундр. Над океаном слабые осадки, туманы. Арктический пояс. Климат довольно пестрый. Шпицберген: средняя т-ра января –16о, июля – +5о, годовая –8о; осадков 320 мм. В других р-нах Арктики в январе среднемесячные т-ры могут составлять –30 и даже –49о (Гренландия). Антарктический пояс. Среднегодовая т-ра в центральной части до –50- -60о, абс. минимум –89о. Годовой радиационный баланс отрицательный. Тема 3. Строение Земли и земной коры Форма и размеры Земли Геоид (эллипсоид Красовского) – незначительно сплюснутый у полюсов шар с экваториальным радиусом 6378169 м и полярным 6356715 м. Площадь 5,1108 км2; объем 1,081012 км3. Самая высокая точка – Эверест (Джомолунгма) – 8848 м; самая глубокая – 11022 м – Марианская впадина у Марианских островов в Тихом океане. Т.о. амплитуда около 20 км. Наглядное представление о рельефе дает гипсографическая кривая (начертить). Средние уровни: суша +840 м; физическая поверхность Земли +245 м; земная кора -2440 м; глубина моря –3800 м. Средняя плотность Земли 5,53 г/см3, в т.ч. «гранитного» слоя 2,7, «базальтового» 2,9, мантии 3.3 г/см3. 2. Геофизические поля Гравитационное поле Земли неоднородно: спокойное на платформах, сложное в горно-складчатых областях. Особое место занимает прибрежная зона Тихого океана. Тепловое поле. Суточные колебания – 1,5 м; годовые – 25-30 м. Глубже – влияние геотермического градиента. Геотермические градиенты по данным непосредственных измерений (оС/км) Мончетундра, Алабама, Витватерсранд 6-7 Япония, Донецкий бассейн, Калифорния 30-50 Орегон (США), Ю.Австралия до 150 При таких градиентах т-ра в центре Земли д.б до 46000оС. Фактически, видимо не выше 10000. Температура лав 1000-1300оС. Основной источник внутреннего тепла – радиоактивный распад. Магнитное поле. Простирается на расстояние до нескольких земных радиусов. Напряженность магнитного поля увеличивается от экватора (0,4 эрстед) к полюсам (0,7 эрстед). В 1970 г. северный магнитный полюс имел координаты около 78о с.ш. и 70о з.д., южный – 78о ю.ш. и 109о в.д. Положение полюсов меняется. Вековые изменения – до 30о. Местные магнитные аномалии Наклонение стрелки до 90о. Крупнейшая магнитная аномалия – Курская. Напомнить о формировании джеспилитов (тема 1). Палеомагнитные исследования при изучении тектоники плит. Магнитометрические методы поисков полезных ископаемых. |