Катастрофы в природе: стихия воды. Голод, наводнения, потопы, сели, цунами

Карта мира Атанасиуса Кирхера с морскими течениями, 1667 год.

Английский учёный Эдмунд Галлей в 1686 опубликовал свою работу о пассатах и муссонах. Он объяснил их происхождение нагревом земной поверхности Солнцем. Галлей составил первую метеорологическую карту ветров и предложил способ определения возраста Земли. Для этого было необходимо, с учетом скоростей испарения воды и поступления соли в океан в стоках рек, измерить концентрацию соли в Мировом океане. Галлей, более известный как астроном и математик, также предложил метод барометрического нивелирования.

В 1702 году шведский исследователь Урбан Хьярне (Hjärne Urban,1641—1724) обработал разосланную им анкету о реках и озёрах Швеции и Финляндии. Он пришел к заключению, что уровень Балтийского моря постепенно понижается и объяснил этот феномен опорожнением морского бассейна, давлением паров и движением влаги в системе каналов, соединяющих дно моря с неким центральным подземным резервуаром.

В 1719 году шведский естествоиспытатель Эмануэль Сведенборг (Swedenborg Emanuel, 1688—1772) объяснил понижение уровня полярных морей оттоком вод к экватору из-за вращения Земли. Он также оценил скорость векового понижения уровня Балтийского моря.

Шведский учёный Андерс Цельсий (Anders Celsius, 1701—1744), создатель новой шкалы для измерения температуры, исследовал обмеление гаваней и возвышение подводных скал вслед за отступающим Балтийским морем. Скорость понижения его уровня была оценена примерно в 1,3 сантиметра в год. Причину феномена Цельсий увидел в уменьшении объема водных масс из-за нарушения баланса в кругообороте воды.

Шведский учёный Карл фон Линней (Linné Carl von, 1707—1778) первым связал положение морских террас с уровнем моря в прежние эпохи. Вслед за Цельсием и Бенуа Мальетом (Maillet Benoît, 1656—1738) в 1740 году он пришёл к выводу, что в древности земная поверхность была полностью покрыта водой. Результаты этих исследований обобщил Олаф Далин (Dalin Olaf, 1708—1763) который заключил, что ранее территория Швеции представляла собой архипелаг и его вывод противоречил тогдашнему христианскому учению о возрасте Земли.

В Англии Эразм Дарвин (Erasmus Darwin, 1731—1802) сумел объяснить механизм круговорота воды. Он показал, что атмосферные осадки обеспечивают ток воды в реках, а часть влаги поступает на сушу с моря.

Первые обширные сведения о Мировом океане были получены после кругосветной английской экспедиции на судне «Challenger» (1872—1876). Её результаты коренным образом изменили представления о рельефе морского дна. Инициатор экспедиции и её руководитель шотландский учёный Чарльз Уайвил Томсон использовал для измерений лот своей конструкции с динамометром, а вместо пенькового каната использовал металлическую струну.

В 1845 году Р. Кейн вычислил сток воды ирландских рек путём вычитания величины испарения из суммы осадков. Он составил первое уравнение водного баланса, в котором сток равняется осадкам за вычетом объёма воды ушедшей на испарение.

С XIX века во многих странах создаются пункты гидрологических наблюдений позволивших установить характер взаимосвязи осадков и состояния поверхностных вод, а также, влияние на них температуры. Русский учёный А.И.Воейков одним из первых начал рассматривать процессы в атмосфере не обособленно друг от друга, а в их взаимосвязи.

Уровень Мирового океана стал важным показателем климатической системы планеты. Начиная с XVIII века он измеряется мореографами, а с середины прошлого века стали использовать эхолоты и гидролокаторы. В 1982 году для пятого издания генеральной батиметрической карты Мирового океана были использованы данные миллионов подобных промеров глубин. В конце 1992 года измерения проводятся системой спутников TOPEX/Poseidon созданной американской NASA и французской CNES. Наблюдения с земной орбиты значительно повысили точность и временную детальность измерений.

В 2002 году начал реализовываться проект NASA «Granting Resources and Assistance through Community Effort» (GRACE). В рамках этого проекта картографируется гравитационное поле путём измерения положения двух идентичных спутников на полярной орбите на высоте 500 километров. Это позволило построить карту глобального гравитационного поля Земли, следить за процессом перемещения водных масс, таянием ледниковых щитов, изменениями уровня Мирового океана моря и др.

В свою очередь спутниковые измерения топографии Мирового океана расширили представления о циркуляции его вод и её влиянии на климат Земли. Многолетние наблюдения указали на повышение уровня Мирового океана примерно на три миллиметра за год, происходящие с разным ускорением за разные периоды времени.

Начиная с XVIII века выдвигались различные естественнонаучные предположения о том, какие факторы влияют на уровень воды в морях и океанах. Уже в середине прошлого века установлена несомненная связь уровня Мирового океана с количеством льда и снега в полярных областях земного шара. Чем больше замороженной воды скапливается там, тем ниже уровень Мирового океана.

В периоды потепления земного климата площадь ледяного покрова сокращается и уровень воды в Мировом океане достигает максимума. Такое уже не раз происходило в геологической истории, определяя характер эволюции жизни на планете.

Цифры и Факты

Самая протяженная река на планете образованна слиянием рек Мараньон и Укаяли это Амазонка в Южной Америке. Её длина составляет 6992 километра.

Самый большой водосбор у реки Амазонка – около семи миллионов квадратных километров. В пределах её водосбора расположены территории Боливии, Бразилии, Гайаны, Венесуэлы, Колумбии, Перу и Эквадора.

Проект Topex/Poseidon позволил осуществить глобальный мониторинг топографии поверхности Мирового океана с высоты в 1330 километра и разрешением до 3,3 сантиметра.

Самая многоводная река мира это Амазонка. В каждую секунду по её руслу в среднем протекает 220 тысяч кубометров воды, а её годовой сток в Атлантический океан достигает 6930 кубических километра.

Самой мутной считается река Хуанхэ в Китае. За год она выносит со своего бассейна в среднем 1380 миллионов тонн твёрдого материала, в одном кубометре воды содержится до 34 килограммов наносов.

Самое большое озеро на планете это Каспийское море. Объём содержащейся в нём воды около 78 тысяч кубических километров.

Самое большое пресноводное озеро на планете это Байкал в России. Объём содержащейся в нём воды около 23,6 кубических километров.

Самое глубокое озеро на планете это Байкал. Его глубина достигает 1620 метров.

Колебания уровня Мирового океана за последние 550 миллионов лет относительно современного уровня.

Самое большое из высокогорных озер – Титикака в Южной Америке. Оно расположено на высоте 3812 метра над уровнем моря. Его объём составляет около 893 кубических километра.

Самые большие запасы пресной воды содержатся в озере Байкал.

Самый высокий айсберг обнаружен в Северном полушарии. Его высота достигала 168 метров.

Самый большой из известных столовых айсбергов наблюдали 17 ноября 1956 года с ледокола «Glacier». Он был длиной 375 километра, при ширине более ста километров и общей площади более 35 тысяч квадратных километров.

Самым быстрым считается ледник Якобсхавн в Гренландии. В 2007 году этот ледник шириной в шесть километров при толщине свыше 300 метров перемещался со скоростью 42,5 метра в день или на 15,5 километров за год.

Самыми быстрыми считаются т.н. пульсирующие ледники – их внезапная подвижка может достигать 300 метров за сутки.

Самое крупное водохранилище это Виктория у ГЭС «Оуэн-Фолс» на реке Нил в Уганде. Его полный объём составляет 205 кубокилометров, а площадь 76 тысяч квадратных километров при длине в 320 километров и ширине в 275 километров. Максимальная глубина водоёма достигает 83 метров, а высота плотины на нём – 31 метр.

Самое глубокое в мире водохранилище это Нурекское на реке Вахш в Таджикистане. Его максимальная глубина составляет 300 метров, при объёме в 10,5 кубических километра, длине 70 километров и максимальной ширине в один километр.

В трёх геосферах и трёх состояниях

Если бы можно было сказать, откуда начинается Нил, то выяснились бы и причины, по которым вода в нём прибывает. Но мы знаем только то, что он блуждает по пустыням, разливается, образуя болота, среди которых живут различные племена, и возле Фил впервые собирает в одно целое отдельные блуждающие и разбросанные потоки.

Луций Анней Сенека «О разливах Нила, его причинах и значении для Египта», 4 год до н.э. – 65 год н.э.

Несмотря на то, что составляющие воду водород и кислород являются самыми распространенными веществами вопрос её появления на Земле остаётся предметом научных дискуссий. Выдвинуты две основные гипотезы. По первой вода внеземного происхождения и занесена на планету миллиарды лет назад кометами или содержащими воду астероидами. По второй, основная часть воды земного происхождения или она изначально имелась в составе протопланетного диска.

Вначале Земля не имела водной и газовой оболочек, но в процессе разогрева за счет энергии гравитационного сжатия, распада радиоактивных элементов (урана, тория, калия-40) и других факторов выделились различные газы, водяные пары и вода. Они сформировали атмосферу и гидросферу планеты.

Мировой океан возник в результате разогрева водосодержащих минералов и горных пород в конце периода формирования Земли как планеты. Его вода заполнила впадины и низины на земной поверхности. Мировой океан существует примерно 3,8—4,2 миллиарда лет, а современным океанам и морям не больше двухсот миллионов лет.

Вода на Земле находится в непрерывном движении. Она течёт в реках, перемещается в морях, океанах, земных недрах, а в виде водяных паров переносится воздушными течениями в атмосфере.

Около 71% земной поверхности покрыты водяной оболочкой – гидросферой. На Мировой океан приходится 96,6% всей воды составляющей примерно 1338,5 миллионов кубических километров. Большая часть водных ресурсов на планете это солёная вода морей и океанов, а меньшая – пресная вода озер, рек и ледников, подземных вод и водяного пара в атмосфере.

Современный химический состав океанических вод формировался в результате взаимодействия с горными породами на протяжении многих миллионов лет. На их химический состав влияла и влияет также зародившаяся в нём около 3,5 миллиардов лет назад жизнь – флора и фауна.

Поскольку жидкая вода хороший растворитель то в ней содержатся, в той или иной пропорции, различные вещества. Из-за этого большая часть земной воды солёная, т.е. такая в которой содержание солей превышает 0,1%.

Пригодная для потребления человеком пресная вода составляет около трёх процентов от всей воды на Земле. Это ледники, линзы воды в земных недрах, вода в почве и болотах, пресные озера, речная вода, водяные пары и ледяные частицы в атмосфере. Предполагается, что большие запасы воды заключены в минерале брусит находящимся под земной поверхностью на глубине 400—600 километра.

Количество воды относительно размеров Земли (D – диаметр аппроксимирующий сферы) и процентное распределение воды.

В земных условиях вода способна находиться в газообразном, жидком и твёрдом состояниях. Её важнейшим свойством является высокая удельная теплоёмкость, позволяющая не только поглощать солнечное тепло, но и относительно долго его сохранять. Поэтому, накопив за лето тепло, океаны и моря зимой согревают атмосферу, а океанические течения переносят полученное в тропических широтах тепло на север, смягчая климат северных территорий. Движение воды перераспределяет тепло и выравнивает климат Земли до пригодных для существования человека пределов.

По сравнению с другими минералами у воды высокая скрытая теплота испарения и плавления. Большинство минералов при плавлении расширяются, становясь на единицу объёма легче, а при затвердении сжимаются. Вода ведёт себя иначе и если заморозить кубометр воды, то объём полученного льда увеличится на 9%. Это позволяет айсбергам плавать на поверхности воды и полностью промерзать зимой даже небольшим водоёмам.

Треть от всего баланса внешнего теплооборота планеты расходуется на фазовые превращения льда. Затраты тепла на ежегодное таяние накопленного за год льда и снега составляют около 0,2% от всего потока солнечной радиации поглощаемой земной поверхностью. При этом затраты тепла Мировым океаном на таяние айсбергов и разрушение ледяных образований соразмерны выносимым в него теплом всеми реками.

Уникальные свойства воды сделали возможным существование известной жизни на Земле. Так, морская вода, в каждом литре которой в среднем содержится около 35 граммов различных веществ, способна замерзать при отрицательной температуре воздуха, но аккумулированное водой за тёплое время года тепло не позволяет полностью промерзать морям и океанам. С другой стороны, для испарения даже небольшого объёма воды необходимо значительное количество тепла – примерно в пять раз больше чем для её закипания и это позволяет не пересыхать летом даже небольшим водоёмам и речкам.

Физические и химические свойства воды при поглощении и отдаче тепла, наряду с поверхностным натяжением и диффузией, запустили механизм глобального кругооборота воды на Земле. Он получил название гидрологического цикла состоящего из испарения воды, переноса её паров воздушными течениями – адвекции, их конденсации в атмосфере с последующим выпадением осадков и гравитационным переносом воды реками в пониженные участки рельефа. При этом под воздействием солнечной радиации с земной поверхности атмосферные осадки частично испаряются, частично просачиваются под неё – процесс инфильтрации, где образуют подземные воды, а затем вновь поднимаются к поверхности.

Испаряющаяся вода становится частью атмосферного воздуха. Основной объём испарений приходится на Мировой океан и намного меньший на сушу. Из-за неравномерного прогревания полярной и тропической зон, перепадов давления и вращения Земли воздух вовлечен в процесс атмосферной циркуляции. Внутри воздушных масс происходит также вертикальное перемещение – конвекция обусловленная нагреванием воздуха на контакте с более тёплой поверхностью океана или суши.

С высотой и оказываясь в зонах пониженных температур водяной пар, охлаждается и неспособен пребывать в газообразном состоянии. Его конденсат образует облака, из которых большая часть атмосферной влаги выпадает на земную поверхность в виде града, дождя и снега. Объём атмосферных осадков выпадающих за период в три тысячи лет эквивалентен всей воде в Мировом океане.

Наука, занимающаяся изучением взаимодействия воды с атмосферой и литосферой, протекающих в водной среде процессов получила название гидрологии. Это многофакторное направление, поскольку помимо исследования фундаментальных свойств воды оно нацелено на решение важных прикладных задач. От связанных с промышленностью и сельским хозяйством вопросов, до изучения образования морских течений и механизма формирования климата Земли.

Океаны и моря. В начале прошлого века русский учёный Юлий Михайлович Шокальский разработал современную концепцию Мирового океана. Он ввёл понятие «Мировой океан», считая Индийский, Атлантический, Северный Ледовитый и Тихий его частями. В 1953 году подобное разделение Мирового океана одобрено Международным гидрогеографическим бюро.

В 2000 году Международная гидрографическая организация приняла решение выделить из состава Атлантического, Индийского и Тихого пятый океан. Он окружает Антарктиду и получил название Южного или Антарктического. В его состав вошли южные части Атлантического, Индийского и Тихого океанов расположенные между побережьем Антарктиды и 60-й параллелью южной широты. Площадь нового океана определена в 20,327 миллиона квадратных километров. Наибольшей глубины в 8428 метра он достигает в Южно-Сандвичевском жёлобе.

Исторически большие акватории в океанах получили название морей. В свою очередь составляющие Мировой океаны это крупные водные провинции, расположенные среди материков, обладающие устойчивой системой циркуляции вод и другими специфическими особенностями.

Мировой океан играет определяющую роль в формировании климата Земли. Под действием солнечной радиации с его поверхности вода испаряется, переносится на континенты и выпадает в виде атмосферных осадков. Благодаря тепловой инерции водной массы крупные водоёмы смягчают климат прилегающих районов, и уменьшают диапазон годовых и сезонных колебаний метеорологических элементов.

В свою очередь, морские течения переносят нагретые или охлаждённые воды в другие широты и тем самым распределяют тепло и холод на планете. На направление течений в Мировом океане оказывает влияние вызванная вращением Земли т. н. сила Кориолиса. В Северном полушарии она отклоняет течения вправо, а в Южном – влево.

Мировой океан неоднороден по основным характеристикам – температуре и солёности как в плане так и глубинам. Это приводит к перемещениям огромных водных масс и возникновению эффекта Эль-Ниньо в Тихом океане, когда поверхностные воды в центральной и восточной его части становятся значительно более тёплыми, чем обычно. Тепловые аномалии влияют на погоду на всём земном шаре, сопровождаются засухами, наводнениями, тайфунами и ураганами.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.