УРОК 16. ВОДИ СУХОДОЛУ.

     Чинники нерівномірного розподілу вод суходолу на материках і території України. Води суходолу (гідрографічні об’єкти) розміщено в світі вкрай нерівномірно передусім через відмінності в кліматі. Поширення озер пов’язане з наявністю на земній поверхні улоговин, які утворилися під дією різних геологічних процесів. На поширення боліт окрім клімату суттєво впливає глибина залягання ґрунтових вод. Наявність або відсутність льодовиків пов’язана з абсолютною висотою снігової лінії – уявної межі, вище від якої снігу випадає більше, ніж встигає розтанути. В екваторіальних і тропічних широтах існують лише гірські льодовики, в полярних широтах – покривні льодовики суцільним панциром вкривають практично всю територію.

     Україна має широку мережу вод суходолу, які через відмінності у кліматі розміщені по території нерівномірно. Так, Карпати та Поліська низовина відчувають надлишок води. Водночас південь та схід України зазнають дефіциту води, тому там створено численні штучні водойми: канали, водосховища, ставки.

     Взаємозв’язок геологічної будови, рельєфу та річкової мережі території. У природі простежується тісний взаємозв’язок між річками та характером земної поверхні, якою вони протікають. Річки виконують велику геологічну роботу: руйнівну (річкова ерозія), транспортну та акумулятивну. Річки течуть у створених ними на поверхні земної кори річкових долинах, що складено річковими наносами (алювієм). Основними елементами долин рівнинних річок є річище, або русло, заплава (періодично затоплюється водами) та надзаплавні тераси (вода з річки вже не заходить, але була в минулому). У швидких і бурхливих гірських річок долини вузькі й мають круті схили. Русло мілке, кам’янисте, загромаджене уламками твердих гірських порід, а терас немає.

      Наслідком річкової ерозії є твердий стік – маса гірських порід (у тоннах), що переносить річка протягом року. Його найбільший показник у світі має річка Хуанхе, яка щороку виносить у Жовте море 1,3  млрд  тонн гірських порід. Річки України мають високі показники твердого стоку, зокрема в Дніпра – 85 тис. тонн. Якщо річка відкладає багато наносів у гирлі, то утворюється дельта. На ній річище розгалужується на окремі рукави та протоки, які розрізають створений річкою суходіл на острови. Найбільші дельти в світі сформували Ґанґ (мал. 75) та Амазонка (близько 100 тис. км2 ), в Україні – Дунай (5,6 тис. км2 ).

     Площа суходолу, з якої річка збирає воду, називається басейном річки. Сусідні річкові басейни відокремлено один від одного вододілами, які представлено в рельєфі горами або підвищеними рівнинами (височинами або плоскогір’ями). Найбільші в світі річкові басейни мають Амазонка та Конго, в Європі – Волга, Дунай та Дніпро. Всі річки розподілено вододілами між басейнами стоку чотирьох океанів та басейном внутрішнього стоку.

     Геологічна будова та рельєф території визначають характер течії річки. Гірські та рівнинні річки мають різну швидкість течії.

     Падіння річки (Δh) – це різниця відміток висоти в двох точках русла, розташованих на певній відстані по довжині річки (зазвичай між витоком та гирлом): Δh = h1  – h2 (м). Відношення падіння річки (у  см) до її довжини (у  км) називають похилом річки (і): і = Δh : (см/км).

     Якщо річка на своєму шляху перетинає виступи з твердих магматичних порід, то в руслі утворюються пороги та водоспади. Найвищий водоспад у світі  – Анхель у басейні річки Оріноко в Південній Америці (1 054 м), в Україні – Учансу (98,5 м). Найширший водоспад в світі – Вікторія на річці Замбезі в Африці (ширина понад 1 800 м при висоті 120 м).

      Вплив геологічних процесів на формування озер. Улоговини, в яких лежать озера, виникли внаслідок дії різноманітних внутрішніх та зовнішніх геологічних процесів.

     Наслідком прояву внутрішніх геологічних процесів є тектонічні, реліктові, вулканічні та загатні озера. Якщо улоговини сформувалися у прогинах земної кори або під час опускання земної кори у розломах, то такі озера називають тектонічними. Внаслідок горизонтальних і вертикальних рухів земної кори утворилися реліктові озера – залишки давніх морів, які виявились відрізаними суходолом від Океану. Озера, що утворилися в кратерах згаслих вулканів, називають вулканічними. В Україні вулканічне походження мають озера Синє (на схилах гірського масиву Синяк у Карпатах), Липовецьке (на Закарпатті). У разі перекриття річок унаслідок різних геологічних процесів утворюються загатні озера. В Українських Карпатах у долині річки Тереблі (притоки Тиси) розташоване озеро Синевир, яке сформувалося після землетрусу, коли обвалилася частина гори, утворивши греблю.

      Під дією зовнішніх геологічних процесів сформувалися різні типи озерних улоговин. Льодовикові озера виникли внаслідок руйнівної роботи давнього льодовика. Через те вони трапляються на півночі Євразії та Північної Америки. В Українських Карпатах на значній висоті трапляються карові озера, які є спадком давнього гірського зледеніння: Марічейка, Несамовите, найбільш високогірне озеро України Бребенескул. На територіях, де трапляються розчинні у воді гірські породи, виникають карстові озера. Таке походження мають Шацькі озера в Україні. Внаслідок руйнівної та акумулятивної роботи річок сформувалися заплавні озера. На території України в долині Дунаю розташована група заплавних озер. Завдяки роботі моря на узбережжях сформувалися лиманні та лагунні озера. Багато таких озер утворилося на чорноморському узбережжі України.

      Вплив геологічної будови на формування пластів підземних вод. Для формування підземних вод необхідно, щоб у земній корі залягали шарами водопроникні (пісок, торф, гравій) та водотривкі (глина) гірські породи. На водотривких породах на різних глибинах затримується вода, утворюючи водоносні шари. У найближчому до поверхні шарі гірських порід і в ґрунті окремими лінзами залягає верховодка. Вона з’являється після дощів або танення снігу, а в тривалу засуху зникає. На першому від поверхні шарі водотривких порід залягають суцільним шаром ґрунтові води. Люди використовують ґрунтові води, копаючи криниці. Ще глибше між двома шарами водотривких порід залягають міжпластові води. Вода туди надходить лише в тому місці, де водоносний шар виходить на земну поверхню. Через те ці води поповнюються дуже повільно й мають постійний рівень чистої води. Якщо в ярах або долинах річок виходять на поверхню ґрунтові або міжпластові води, то утворюються джерела. Там, де гірські породи залягають чашоподібно, міжпластові води зазнають значного тиску. Так утворюються напірні міжпластові води, що їх називають артезіанськими.

      Взаємозв’язок клімату та вод суходолу. Повноводність річок визначається кліматичними особливостями території. Уяву про повноводність дають показники витрат води та річного стоку. Витрати води (Q)  – об’єм води, що протікає крізь поперечний переріз річки за одиницю часу (м3 /с): Q = F · V (м3 /с), де F – поперечний переріз річки (м2 ); V – швидкість течії (м/с). Витрати води під час повені значно вищі, ніж під час межені. Різняться вони також у посушливі та дощові роки. Середні витрати води Дніпра становлять 1700 м3 /с.

      Річний (річковий) стік – витрати води в річці протягом року (км3 ). Він залежить від коефіцієнта зволоження. Що більше зволоження, то більше в річку потрапляє води. Найбільш повноводна річка України  – Дунай (123  км3 ). Дніпро виносить за рік 53,5 км3 води. Найповноводніша в світі – Амазонка.

      Положення річок у межах кліматичних поясів та областей визначають їхні живлення (джерело на період поповнення водою) та режим (зміна рівня води за сезонами). Основним джерелом живлення річок України в помірному поясі є талі снігові води. Через те для їхнього режиму характерні весняна повінь (найвищий рівень води) та літній межень (найнижчий рівень води). Річки Полісся додатково живляться підземними водами. У гірських областях спостерігаються паводки. Зимою зазвичай настає льодостав – період утворення на поверхні водойми нерухомого льоду.

      Клімат впливає на поширення боліт різних типів. У місцях з надмірним зволоженням, найчастіше в субарктичних і помірних широтах, на вододілах річок формуються верхові болота. В умовах холодного клімату виникненню боліт сприяє наявний шар багаторічної мерзлоти, що втримує атмосферні опади. Верхових боліт в Україні небагато. Вони зосереджені на північному заході Полісся та в Карпатах. У зниженнях рельєфу, річкових долинах, навколо озер виникають низинні болота. Вони живляться ґрунтовими водами. Такі болота існують у сухих степах на півдні України та на Поліссі. Перехідні болота поєднують у собі ознаки як верхових, так і низинних боліт.

      Прісна вода як ресурс і чинник розміщення населення та виробництва. Прісною вважається природна вода з мінералізацією до 1‰. Водними ресурсами вважаються лише ті поверхневі та підземні води, що придатні для використання в господарській діяльності. Передусім це вода річок, прісних озер, водосховищ, водоносних горизонтів підземних вод. Для електроенергетики важлива не сама вода річок, а енергія її водотоку. Але саме прісні води – це найцінніше джерело постачання питною водою.  Основною частиною водних ресурсів є річковий стік. Його найбільшим споживачем є сільське господарство (70% стоку), де прісні води йдуть на зрошення земель. Прісні води є важливим чинником розміщення водомістких промислових виробництв (20% стоку), зокрема виробництво целюлози та паперу, хімія полімерів, металургія. Важливе значення має водний чинник у розміщенні атомних електростанцій. Багато прісної води використовує житлово-комунальне господарство для забезпечення побутових потреб людей. Через те прісна вода є важливим чинником розміщення населення.

      Мінеральні й термальні води: поширення, використання. Мінеральними вважаються підземні (рідше поверхневі) води з підвищеним вмістом (10 – 50‰) певних хімічних елементів і сполук, у т. ч. й газів, із специфічними фізико-хімічними властивостями (температура, радіоактивність тощо), що чинять цілющий вплив на організм людини.

       Провінції залягання мінеральних вод найчастіше приурочено до областей складчастості, де під землею вода контактує з метаморфічними гірськими породами або інтрузіями, від яких насичується солями та газами. У межах молодих платформ (океанів, що не відбулися) поширено води, що насичені відкладами давніх морів або солоних озер.

       Залежно від хімічного складу та температури мінеральні води мають різне бальнеологічне (лікувальне) значення. За хімічним складом їх поділяють на хлоридні, гідрокарбонатні, сульфатні, натрієві, кальцієві, магнієві. Трапляються радонові води з підвищеним рівнем радіоактивності. За рівнем pH мінеральні води поділяють на кислі та лужні. Залежно від вмісту газів води бувають вуглекислі, сірководневі та інші. За температурою мінеральні води бувають холодні (до +20 °C), теплі (субтермальні) (+20 °С…+37 °С), термальні (+37 °С…+42 °С) та гіпертермальні (понад +42 °С).

       Термальні води формуються на великих глибинах (до 10 – 15 км), де розігріті до високих температур гірські породи нагрівають воду. На більших глибинах за температури близько 700 °С вода перебуває винятково в газуватому стані. В областях складчастості різного віку термальні води виходять на поверхню у вигляді численних гарячих джерел (+50 °С…+90 °С), а в районах сучасного вулканізму проявляють себе у формі гейзерів, а також викидів пари та газів різної температури й хімічного складу. Їхні найбільші прояви існують у чотирьох районах Землі: острів Ісландія, Єллоустонський національний парк (США), півострів Камчатка (Росія), Нова Зеландія.

       Термальні води є джерелом геотермальної енергії. Здавна термальні води застосовували з лікувальною метою (римські, тбіліські терми). Нині додалося ще й використання для опалення та гарячого водопостачання житлових і виробничих будівель, теплиць, плавальних басейнів. Наприклад, столиця Ісландії Рейк’явік повністю обігрівається теплом термальних вод. Геотермальні електростанції (ГеоЕС), що використовують перегріті термальні води з температурою понад +100 °C, діють в Ісландії, США, Японії, Росії, Мексиці, Італії. В Україні створено понад 400 санаторіїв та пансіонатів, де використовують лікувальні та столові мінеральні води різного хімічного складу. Усі вони приурочені переважно до трьох тектонічних структур: Альпійсько-Карпатської гірської країни (родовища Трускавецьке, Моршинське, Свалявське, Поляна), Українського щита (Миронівське, Збручанське родовища, радонові води Хмільника) та Донецько-Дніпровської западини (Миргородське, Березівське родовища). Термальні води в Україні зосереджено в двох районах: на Закарпатті та у Криму, де використовуються для теплопостачання та лікувальних цілей.

       Водозабезпеченість регіонів і країн світу. Чинники дефіциту води. Запаси прісної води в світі поширені не рівномірно: 60% припадає на 9 країн, у т. ч. Канаду, Нову Зеландію, Конго, Норвегію, Австралію, Бразилію, Росію. Для обчислення показника забезпеченості водними ресурсами (у тис. км3 /рік на 1 особу) слід поділити об’єм наявних ресурсів на кількість населення. Європейська економічна комісія ООН вважає країну не забезпеченою водою, якщо водні ресурси (об’єм річкового стоку) не перевищують 1,5  тис.  м3 на 1  особу на рік.

      Чинники дефіциту води можуть бути або природними (недостатнє зволоження), або економічними (споживання води перевищує її потенційні запаси). Серед регіонів світу найбільш забезпечена водою Океанія (66  тис. м3 /рік), найменше – Азія (3,7 тис. м3 / рік).

       Потенційні ресурси річкового стоку України оцінюються у 209,8  км3 , з яких місцевий стік становить 52,4 км3 ; запаси підземних вод – близько 7 км3 . У цілому водні ресурси України недостатні. Для пом’якшення територіальних відмінностей щодо забезпечення поверхневими водами в Україні побудовано понад 1100 водосховищ, 6 найбільших з них  – на Дніпрі, а також велике водосховище на Дністрі. Створено майже 49,5  тис. ставків, 7 крупних каналів (Дніпро  – Донбас, Сіверський Донець  – Донбас, Дніпро – Кривий Ріг та ін.), 10 водоводів. На півдні України створено великі зрошувальні системи (Каховська, Інгулецька та ін.). У районах надмірного зволоження або уповільненого стоку діють осушувальні системи (Верхньоприп’ятська, Латорицька та ін.).

     Сучасні системи очищення води. Сукупність інженерних споруд, у яких відбувається очищення води від речовин-забруднювачів, називають очисними спорудами. До них належать відстійники, біофільтри, септики, ґратки-дробарки, нафто-, жиро-, пісковловлювачі тощо.

     Очищення стічних вод проводять механічними, фізико-хімічними та біологічними методами. З механічних методів використовують відстоювання та фільтрування. Фізико-хімічні методи потрібні для видалення з води дрібнодисперсних домішок. Реагентні методи дають змогу нейтралізувати кислоти та луги. Сорбційні методи полягають у поглинанні речовин природними або синтетичними сорбентами. Електрохімічні методи пов’язані з дією електричного струму на водні розчини, що спрямовані на розклад шкідливих домішок. Регенераційні методи дають змогу не лише знешкодити стічні води, а й вилучати з них цінні домішки для переробки. Біологічні методи очищення засновані на здатності деяких організмів (дощових черв’яків, бактерій, водоростей) використовувати в процесі життєдіяльності органічні або неорганічні сполуки зі стічних вод і в такий спосіб їх очищувати. Особливо жорсткі умови висуваються до очищення питної води. В Україні питна вода належить до харчових продуктів. Міністерство охорони здоров’я України затвердило гігієнічні вимоги до питної води, що поділяються на три категорії: хімічні (відсутність шкідливих речовин, загальна мінералізація води), мікробіологічні (відсутність мікроорганізмів, які загрожують епідемічною небезпекою) та фізичні (смак, присмак, забарвленість, запах, каламутність).

     Для дезінфекції води найдешевшим методом є хлорування, дорожчим  – озонування. У надзвичайних ситуаціях, коли звичайні способи очищення води від патогенних мікроорганізмів не спрацьовують, застосовують кип’ятіння. Дуже ефективними проти збудників інфекційних хвороб і надійними консервантами питної води є розчини, що містять йони Ag+ .

     Опріснення морської води. На планеті гостро постала проблема дефіциту прісної води. Її особливо відчувають країни сухого та жаркого клімату. Одним з найбільш ефективних і перспективних шляхів забезпечення прісною водою людства є опріснення солоних вод Світового океану. Нині відомо близько 30 способів опріснення морської води, зокрема випарювання, дистиляція, виморожування, йонізація, екстракція тощо. Всі вони вимагають великих затрат електроенергії (близько половини вартості опрісненої води). Економічно виправданим є використання опрісненої питної води, а також для зрошення цінних сільськогосподарських культур (бавовнику, цитрусових) та для водопостачання тих промислових підприємств, вартість продукції яких виправдовує витрати на створення опріснювальних установок. У деяких регіонах опріснення є економічно вигіднішим, ніж доставка води здалеку. Великі опріснювачі води працюють в Ізраїлі, Кувейті, на Канарських островах. Колосальні ресурси чистої прісної води приховано в айсбергах.