I. Woda i jej znaczenie w przyrodzie i w gospodarce

„hydro”- woda, „logos” -nauka 71% powierzchni zajmują wody.

Hydrologia jest nauką przyrodniczą zajmującą się badaniem i opisywaniem hydrosfery, a więc wód powierzchniowych, podziemnych i atmosferycznych; głównym przedmiotem jej badań jest krążenie wody w przyrodzie, z uwzględnieniem jej właściwości fizycznych i chemicznych.

Woda jest zawsze ta sama, zmieniają się jej właściwości.

Podział hydrologii ze względu na stopień rozwoju naukowego hydrologii:

Hydrometria-dział zajmujący się zbieraniem informacji ilościowych o obiektach wodnych, zjawiskach i procesach

Hydrografia- opisywanie obiektów wodnych(np. cieków wodnych)

Hydrologia ogólna-nauka o wodach lądowych

Hydrologia dynamiczna- zajmuje się uwarunkowaniami krążenia wód na kuli ziemskiej.(np. nierównomierne nagrzanie powierzchni ziemi, zmienność wód w jeziorach)

Hydrologia regionalna (porównawcza) - bada procesy hydrologiczne kształtujące się pod wpływem klimatu i środowiska przyrodniczego w różnych strefach geograficznych oraz ich porównaniem w skali regionów

Hydrologia stosowana (techniczna) - dział hydrologii związany bezpośrednio z praktycznym jej zastosowaniem do rozwiązywania inżynierskich zadań wodno-gospodarczych.

Podział ze względu na obiekt badań:

Hydrometeorologie- nauka o procesach związanych z obecnością i zmianami wilgoci w atmosferze

Oceanografie- nauka o morzach i oceanach

Hydrologie rzek - potamologia

Hydrologie jezior - limnologia

Hydrologie bagien (paludologia) - badaniem fizycznych zjawisk, procesów ruchu wilgoci w bagnach i procesów wymiany wody między bagnem a środowiskiem

Hydrologie lodu (glacjologia - lodowce; kriologia - lód) - zajmuje się badaniem fiz, chem, i mineralogicznych zmian wody w stałym stanie skupienia

Hydrologie źródeł (krenologia) - nauka o źródłach badająca geologiczne i geomorfologiczne warunki występowania źródeł. Sposoby ich zasilania, skład chem, i stosunki term

Hydrologie gleb- nauka o procesach hydrologicznych zachodzących w glebie (górnej części litosfery)

Hydrogeologię- nauka badające pochodzenie, rozmieszczenie, ustrój dynamikę, zasoby i właściwości fiz-chem wód podziemnych

Hydrofizykę- badanie fizycznych właściwości wód naturalnych oraz procesów fiz zachodzących w każdym tanie skupienia

Hydrochemie- badanie składu chemicznego wód naturalnych praz dynamiki procesów chem

Hydrobiologie- badanie różnych form życia roślinnych i zwierzęcych

Pozostałe działy powiązane z hydrologią:

Ekohydrologia - bada oddziaływania między organizmami żywymi a cyklem hydrologicznym.

Hydrologia kontynentalna- dynamika wód rzecznych i ich właściwości. Zmienność wód morskich o oceanicznych, zmienność wód w jeziorach

Hydrologia historyczna- bazuje na materiałach historycznych

-Paleohydrologia

Obserwacje wodowskazowe- pomiar przepływającej wody w korycie, wydajność źródeł, okres zlodzenia, transport materiału unoszonego i wleczonego w rzekach, temp wód

Agrohydrologia- badanie wód dla potrzeb rolnictwa

Kierunki rozwoju hydrologii:

Kierunek filozoficzny stara się wytłumaczyć istnienie wody w sposób logiczny, woda traktowana jest jako pierwiastek, w 1783 mieszając wodór i tlen otrzymano wodę, dochodząc do wniosku że to mieszanina( związek)(Priestley)

W najstarszych kosmogoniach bogowie rodzili się w praoceanu, w Biblii duch święty unosił się ponad wodami jak i w religii żydowskiej. W VI wieku dopiero zaczęli się zastanawiać czy wody są od bogów.Za ojca kierunku filozoficznego uważa się Talesa z Miletu - to woda istniała od zawsze a nie pochodzi od bogów. Woda która jest w morzach wciska się w szczeliny w skałach ulegając oczyszczeniu.

Empledokles- 4 żywioły, Arystoteles- wody powstają w wyniku kondensacji pary wodnej, Wiktoriusz( obszary górskie dostają więcej wody, spływa po stożku i infiltruje, teorie potwierdził da Vinci

Kierunek geograficzny równie stary jak filozoficzny kierowany ludzka ciekawością, wędrówką w lepsze, bezpieczniejsze miejsca. Najstarsze obrazy ukazujące układ sieci rzecznej, charakteru gór itp. były ryte w palezoicie tzw pisanice (prymitywne mapy), na Polinezji mapy wysp Mikronezji i Polinezji. Na terenie Rosji mapy pierwotne tworzone na korze brzozowej. Ok. 5000 lat temu pierwsze cywilizacje nauczyły się gromadzić wodę gdy szła fala wezbraniowa.( kultura sumeryjska, hinduska,) Musiano stworzyć zasady jak dysponować wodą. W kulturze sumeryjskiej są plany pól które były zalewane( im wieksza fala tym więcej pól zalanych)

Twórca teorii geocentrycznej-Ptolemuesz. Środkiem układu ziemia - wszystko wokół niej krąży. Jego mapy maja zarys ziem polskich(Kalisza). Chiny- mapy na siatkach kwadratu, zaczęto używać igły magnetycznej i orientować mapy(XII w igła dotarła do europy). Powstały mapy portolady ( na kozich skórach). Żeglarze zaczęli z nich korzystać i się przemieszczać( opłynięcie Afryki, odkrycie i wykorzystanie wiatrów monsunowych-Hipalos, rozwój żeglugi greckiej następnie rzymskiej, arabskiej) W wieku XIV i XV rozkwit potęgi tureckiej -utworzenie państwa, rozwinięcie się szlaków handlowych , nałożenie cła-załamanie handlu miedzy Europą a Azją, rozwinięcie się szlaków morskich: Vasco da Gama opłynął Afrykę, Krzysztof Kolumb kierując się do Indii dotarł do ameryki, Portugalczycy płynęli do Indii opanowali Cejlon później Nową Gwineam, Magelan opłynął Ziemię (udowodniono ze ziemia jest Kulą i zaczęto lepiej poznawać świat. W naszych czasach badania ciągle trwają np. badania dna oceanicznego, miąższości pokrywy lodowej na Grenlandii i Antarktydzie (odkryto ze zasoby wynoszą 24 mln km kwadratowych a nie 30), lata 80 XIX wieku- przepływ amazonki( badania la Cruza dały80 m³/s, dzisiejsze wykazały większą wartość- 215)

Kierunek hydrotechniczny wykorzystuje wody dla potrzeb człowieka, ludzie na pustyniach szukali oaz i dolin rzecznych, pasterstwo nie ograniczało się do wędrówek ale zaczęli się osiedlać, zaczęło tworzyć się rolnictwo. Aby zwiększać wydajność (ilość plonów w ciągu roku) zaczęli budować zbiorniki retencyjne. Powstanie wodowskazów, stworzenie prawa wodnego. Tworzenie zbiorników szczególnie w klimatach półsuchych i suchych dla zwiększenia plonów dzięki czemu nie wszyscy musieli pracować w dziale rolnictwa i zaczęły rozwijać się aglomeracje, zaczęli przesyłać wodę , akwedukty. Procesy melioracyjne na terenach podmokłych.

Kierunek rolniczy ( II połowa XVIII w i XIX)

Kierunek prawny powstał do równego podziału wód , było prawo wodne które dzieło odpowiednią ilość wody dla pewnej ilości ludzi. Obecnie w każdym państwie jest prawo wodne rozwijało się szczególnie w XIX w w zaborze pruskim(z tym że woda należała do księcia, prawo łaziennie i do korzystania z wc). W odrodzonej Polsce (1924 r) powstało prawo wodne. W 1990 powstało 7 regionów gospodarki wodnej

Kierunek geologiczny (XIX) wykorzystywać zaczęto wody podziemne gdyż zauważono, że są zdrowe na podstawie obserwacji pojących się zwierząt. Człowiek pierwotny także korzystał z wód podziemnych. Na bliskim wschodzie budowano podziemne tunele(sinory) kute w litej skale aż do warstwy wodonośnej, akwedukty (najsłynniejsze rzymskie) ojciec hydrauliki- wituriusz ale starsze są w Atenach i Izraelu (ale krótsze) Miał na celu dostawe wody pitnej ze źródeł i podziw. Średniowiecze - budowa studni, wody artezyjskie, samoczynnie wypływające na powierzchnię.

Gospodarka wodna zajmuje się wodą wykorzystywaną przez człowieka.

Działalność mająca na celu ustalanie form gospodarowania wodą (podziemną i powierzchniową) w celu racjonalnego wykorzystania i ochrony jej zasobów. W oparciu o wyniki badań przyrodniczych, a w szczególności hydrologicznych i hydrogeologicznych działania g. w. zmierzają do zaspokojenia potrzeb wodnych ludności, rolnictwa, przemysłu i energetyki oraz ochrony przed powodziami i zanieczyszczeniem wód.

Ludzie w dawnych czasach wykorzystywali wodę(Egipt , Mezopotamia, Chiny) i nauczyli się retencjonować wodę dla swoich potrzeb. Jak się tego nauczyli to dopiero wtedy zaczęły rozwijać się wielkie cywilizacje. Woda ma ogromne znaczenie w przemyśle- dla wyprodukowania 1kg papieru trzeba tys. litrów wody. Najwięcej jednak pochłania rolnictwo- dla 1kg Zimniaków potrzeba kilku ton wody.

W Polsce 1/3 wód nadaje się do wykorzystania gospodarczego bez uzdatniania, 1/3 po uzdatnianiu i 1/3 nie nadaje się nawet do rolnictwa.

II. Hydrogeneza

Pierwsza teoria - Pod koniec XVIII wieku ukazała się teoria Kanta i Laplace'a mówiąca, że ziemia to oderwana od słońca materia, która wirując stworzyła planetę. Gdy ostygła woda zawarta w powietrzu atmosferycznym uległa skropleniu (żadna teoria nie tłumaczyła skąd ta woda się tam wzięła). Ustalono wartość krytyczną o temperaturze 376,65 ^oC , gdzie powyżej tej temperatury woda nie występuje.

Druga - Genezą kuli ziemskiej zajęto się w połowie XX w. Stwierdzono że lawa ma od 2-8 % wody i gdy lawa wystygnie to wydziela się woda , w postaci gorących źródeł. Geochemicy stwierdzili że w ten sposób może tworzyć się od 0,4 do 2,9 mld km³ wody. Przyjmując tą teorie wychodzi że jest ok. 4 mld km ³ wody.

Trzecia - Hipoteza solarna - w górnych warstwach atmosfery przechwytywane jądra atomów wodoru przenoszone są z wiatrem słonecznym, po przyłączeniu elektronów powstają atomy wodoru, które wchodzą w reakcję z tlenem i tworzą wodę

Czwarta teoria powstała w latach 80tych na podstawie danych satelitarnych, gdzie w górnych warstwach jonosfery znaleziono bryły pochodzenia kosmicznego. Geofizyk Franck wyniósł teorie pochodzenia kosmicznego wody na ziemi. Zakłada, że przyniosły ją lodowe komety i asteroidy uderzające w Ziemię w czasach jej młodości, blisko 4 miliardy lat temu. Wcześniej Ziemia miała być sucha i bardzo gorąca. Teorię tę zdaje się potwierdzać obserwowana w wodzie morskiej proporcja izotopów wodoru, podobna do tej, jaką obserwuje się w bogatych w wodę asteroidach.

Każda teoria zakłada że w jej wyniku powstaje ok. 4 mld km³, jednak na ziemi jest 1,4 mld km³. Myślano że ziemia jest układem zamkniętym jednak nasza planeta zachowuje się jak kometa i ciągnie za sobą warkocz z wodoru.

Nasza planeta leży w takim położeniu że woda może istnieć w 3 postaciach, w naszym układzie słonecznym jest tylko 3 % powierzchni gdzie taka sytuacja może mieć miejsce. Merkury i Mars już tak nie mają. Jednak na Marsie są formy erozyjne co świadczy o istnieniu wody. Obecnie znajduje się ona pod powierzchnią w postaci lodu. Wodę odkryto także na Wenusie jednak w fazie lotnej ( ok. 1%).

3. Hydrosfera - jej zasięg i ustrój

- występowanie wód

W jądrze ziemskim o promieniu 3400 km wody nie ma. Najwięcej jest w płaszczu ziemi sięgającym do ok. 2850 km i jej ilość wynosi ok. 13 mld km³, lecz jest ona związana chemicznie - nie występuje jako woda lecz wchodzi w skład skał. Zewnętrzna warstwa - skorupa ziemska ma ok. 1,5 mld km³ wody i tu także woda wchodzi w skład skał.

- ilościowa charakterystyka hydrosfery

Dolna granica hydrosfery to powierzchnia nieciągłości Moho i jej głębokość pod kontynentami może sięgać do 35 km a pod kontynentami ok. 5km, średnia wartość wynosi 17km. W górnej litosferze dominują wody wolne i kapilarne, w warstwach dolnych wody są związane.. Górna granica to zewnętrzna warstwa troposfery, nad biegunami sięga od 7 km, a nad równikiem do 18km.

Zasoby wodne hydrosfery są stałe, nie ulegają zmianie. Ocenia się je na 1,386 mld km³

• Największe ilości wody znajdują się w Oceanie Światowym (96,5% ≈ 1 338 mln km ³ ).

• Wody podziemne stanowią 1,7% ≈23,4 mln km³ ( w tym wody w strefie aktywnej wymiany -> 10,5 mln km³ ≈ 30,1% wód słodkich. Jest to strefa sięgająca do 100m; wody tej strefy są zasilane opadami lub wodami powierzchniowymi i są drenowane przez źródła, bagna, rzeki, jeziora, czyli są to wody słodkie).

• Lodowce oraz stała pokrywa śnieżna wynosi 1,74% ≈24,06 mln km³; 68,7% wód słodkich

• Wody glebowe zawierają 0.001% ≈16,5 tys. km³; 0,05% wód słodkich

• Marzłoć trwała 0,002 % ≈300 tys. km³; 0,86 % wód słodkich

• Jeziora 0,013%≈176,4 tys. km³ ; jeziora słodkie 91 tys. km³ ≈ 0,26%

• Bagna 0,0008% ≈ 11,47 tys. km³; 0,03% wód słodkich

• Rzeki 0,0002% ≈ 2,12 tys. km³; 0,006 % wód słodkich

• Para wodna w atmosferze 0,001% ≈ 12,9 tys. km³; 0,04% wód słodkich

• Woda biologiczna 0,0001% ≈ 1,12 tys. km³; 0,003% wód słodkich

Woda w atmosferze jest głównie w postaci gazowej i występuje głównie w obrębie troposfery. Objętość pary wodnej w atmosferze w przeliczeniu na wodę sięga 12 900 km 3. Jest ona źródłem opadów atmosferycznych.

Do wód powierzchniowych zaliczamy oceany, morza, jeziora i inne zbiorniki wodne oraz strumienie, potoki i rzeki. Wody oceanów i mórz stanowią ciekłą otoczkę, która pokrywa 70,09 % powierzchni globu ziemskiego.

Woda zawarta jest też w śniegu, lodowcach, na obszarach wieloletniej zmarzliny. Wody podziemne występują w postaci lodu, którego objętość wynosi około 200- 500 tys. km 2

W glebie zasoby wodne wahają się od kilku mm na obszarach pustynnych do kilku m na obszarach podmokłych.

Historia poznania rozmieszczenia wód powierzchniowych

• Tales z Miletu - prapoczątkiem wszechrzeczy jest woda; uważał że wody z oceanów są oczyszczane i później znowu tam wpływają

• Arystyoteles - woda na lądzie jest efektem parowania wody i kondensacji

• Mariotte, Perranlt - badania nad parowaniem wody z Sekwany

• XIX w - wiek nauki o wodach podziemnych; uważano że jak woda ma swój początek to i musi mieć swój koniec

• 1453 - oblężenie Konstantynopola

• 1436 - dopłynięcie do zwrotnika raka i równika przez Portugalczyków

• 1488 - Bartolomeu Dias - dopływa do Przylądka Dobrej Nadziei; Vasco da Gama - opłynął Afrykę

• 1492 - Krzysztof Kolumb z Genui odkrywa Amerykę

• 1509/1510 - podbicie Cejlonu i Moludi (?)

• 1519-1522 - Magellan opłynął ziemię dookoła

• Eksploracja trwałą do XIX w.

• 1925 - morfologia Łaby i Odry - w tym czasie opisywano też inne rzeki

• Poznawanie wód jeszcze trwa (np. dna oceanicznego znamy 10%, tak samo przepływu rzek i dokładnej miąższości pokrywy lodowej Antarktydy czy Grenlandii)

IV. Właściwości fizyczne i chemiczne wody

H₂O

Właściwości fizyczne

Masa cząsteczkowa: 18u

Związek chemiczny wodoru + tlen, stosunek wagowy 11,1 % wodoru i 8,9 powietrza

Atom wodoru ma wartość dodatnią a tlenu ujemną, są to najsilniejsze wiązania wodorowe w przyrodzie Kiedy cząsteczki wody są blisko siebie to ich obszary naładowane dodatnio i ujemnie przyciągają się. Te siły przyciągania są znane jako wiązania wodorowe. To one sprawiają, że woda ma unikalne właściwości, dzięki którym życie na Ziemi jest możliwe.

Woda jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych związków chemicznych w przyrodzie. Pokrywa 2/3 powierzchni Ziemi. Około 97% ilości wody na kuli ziemskiej zawierają morza i oceany (około 4,2 mln km² stanowi woda słodka) Jest cieczą bezbarwną, bez smaku i zapachu, ma interesujące anomalie o dużym znaczeniu biologicznym. Od 4^oC , w miarę obniżania temperatury, jej gęstość maleje. Dzięki temu woda w jeziorach i rzekach zamarza na powierzchni, co umożliwia istnienie życia biologicznego w głębi. Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Biegunowa budowa cząsteczki wody powoduje dobrą rozpuszczalność w wodzie szeregu związków chemicznych.

Wodę otrzymuje się przez spalanie wodoru w tlenie:

2H₂ + O₂ = 2H₂O

Odznacza się dużą pojemnością cieplną (pochłonięcie lub oddanie przez wodę znacznych ilości ciepła nie powoduje dużych zmian temperatury). Cechuje się dużym ciepłem topnienia i krzepnięcia, a zwłaszcza utajonym ciepłem parowania i skraplania

Pojemność cieplna - stosunek ilości ciepła dostarczonego do układu, do odpowiadającego mu przyrostu temperatury. Woda ma bardzo wysoką pojemność cieplną. Oznacza to, że potrzeba bardzo dużo energii aby podnieść jej temperaturę (energia jest niezbędna dla rozerwania wiązań wodorowych). Ponieważ 71% powierzchni Ziemi pokrywa woda to dopływ energii słonecznej powoduje tylko niewielkie zmiany temperatury Ziemi. Dzięki temu Ziemia ani się za bardzo nie przegrzewa, ani nadmiernie nie wychładza, co stwarza możliwość rozwoju organizmów żywych. W lecie ciepło jest magazynowane przez ocean, a w zimie oddawane do atmosfery. W ten sposób oceany łagodzą klimat Ziemi, zmniejszając różnice temperatury między porami roku.

Ciepło parowania- ilość ciepła potrzebna do przejścia 1 kg wody w parą wodną.

Ciepło topnienia-ilość ciepła potrzebna do przejścia w stan lotny

Woda morska jest gorszym przewodnikiem ciepła niż niesłona(mniej związków)

Woda ma zdolność jonizującą- rozczepia atomy na jony.

Gęstość to parametr, który charakteryzuje "upakowanie" materii w danym ciele. Definiujemy ją jako stosunek masy ciała do zajmowanej przez nie objętości w określonej temperaturze. Ciała stałe mają większą gęstość niż ciecze i gazy. Wraz ze wzrostem temperatury gęstość zazwyczaj maleje. Czysta woda jest wyjątkiem od tej reguły. To jedyna substancja, która osiąga najwyższą gęstość w postaci cieczy. Woda ma bowiem największą gęstość przy temperaturze 4°C. Wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami wody sprawiają, że lód ma bardzo trwałą, uporządkowaną strukturę. W niskich temperaturach woda ma większą gęstość niż lód i dlatego lód pływa w wodzie.

Woda przy powierzchni się ochładza i opada wypierając cieplejsze warstwy z głębi. Do całkowitego wymieszania się wody dochodzi przy temp 4ºC, gęstość wtedy jest taka sama i wyrównana linia temp w pionie. Gdy temp nadal spada ochładzają się wody powierzchniowe, tworzy się pokrywa lodowa i zanika konwekcja- okres stagnacji zimnej. Po zimnie wody są zimniejsze i opadają na dno wypychając te cieplejsze aż do temp 4 stopni C -izotermia wiosenna, po czym wody przypowierzchniowe staja się cieplejsze i lżejsze a na dole zbiornika jest stagnacja.

Wody arktyczne nie mają wyższej temp niż 4 stopnie C

W umiarkowanej strefie mamy 2 strefy izotermii

A w strefach gorących wody powierzchniowe są cieplejsze i lżejsze i się nie mieszają( np. morze czarne

Dodanie soli do wody powoduje wzrost jej gęstości. Ponadto uniemożliwia tworzenie się wiązań wodorowych. Oznacza to, że woda morska, w przeciwieństwie do czystej wody, nie osiąga największej gęstości w temperaturze 4°C, lecz gdy zamienia się w lód. Oznacza to także, że woda morska zamarza w temperaturze poniżej 0°C. Wykorzystujemy to zimą sypiąc sól na drogi aby zapobiec ich oblodzeniu.

Duża ilość energii jest także potrzebna aby zamienić wodę na parę wodną (parowanie). Jest to tzw. ciepło utajone. Gdy para wodna przemieszcza się z obszarów ciepłych ku chłodniejszym, ulega skropleniu i może utworzyć się chmura i spaść deszcz. To powoduje uwolnienie ciepła, które ogrzewa powietrze. Są to ogromne ilości energii, które powodują powstawanie sztormów i silnych wiatrów.

Właściwości chemiczne

Woda występująca w różnych stanach skupienia ma różny skład chemiczny. Czyste wody chemiczne nie występują w przyrodzie. Woda opadowa ma Niską mineralizacje 30 -50 mg

Jest rozpuszczalnikiem chemicznie obojętnym-nie ulega zmianie pod wpływem rozpuszczonych substancji. Woda chemicznie czysta ma słabe przewodnictwo elektrycznych.

Stężenia substancji występujących w wodach powierzchniowych wahają się od 1 do kilkuset mg/dm³

Podstawowe składniki wód powierzchniowych są gazy: tlen, CO₂, siarkowodór kationy: wapnia, magnezu, sodu, potasu, oraz aniony wodorowęglanowy, siarczanowy, chlorkowy, oraz krzemionka.

Strefowość hydrogeochemiczna pionowa

Zmienność chemizmu wód podziemnych w pionie uwarunkowana głównie ograniczeniem wraz z głębokością ruchliwości wód, szybkości i intensywności wymiany wód infiltracyjnych, przedłużeniem czasu współdziałania wód podziemnych z ośrodkiem skalnym, oraz zmianą warunków fizycznych. Stosując kryterium mineralizacji wody, od powierzchni terenu wyróżnia się strefę wód słodkich, wód akratopegowych oraz wód mineralnych.

Wody słodkie- mniej niż 500 mg/1cm³

Akratopegi -o podwyższonej mineralizacji 500 mg/1g

Mineralne -większe niż 1 g

Mineralizacja- ogólna zawartość rozpuszczonych w wodzie substancji chemicznych

Agresywność wody, korozyjność wody

Właściwość wody wywołana jej składem chemicznym, powodująca niszczenie skał, betonów, konstrukcji metalowych pozostających z nią w kontakcie. Niektórzy badacze a. w. rozumieją jako niszczenie skał i betonów, korozyjność natomiast jako niszczenie konstrukcji metalowych. Badacze zachodni zawężają niekiedy pojęcie a. w. jedynie do niszczenia skał węglanowych. A. w. powoduje nieodwracalne zmiany ośrodka skalnego, ługowanie i zmienia chemizm wód.

Gazowy skład wód (podziemnych)

Pojęcie oznacza skład gazów występujących w wodach podziemnych. Gazami głównymi, mogącymi występować w znacznych ilościach, są: O₂, azot, CO₂, metan, siarkowodór. Podrzędnie lub w ilościach śladowych mogą występować też wodór, gazy szlachetne, niektóre gazowe węglowodory itp. Gazy występujące w wodach podziemnych mogą być pochodzenia atmosferycznego, glebowego (biochemicznego), geogenicznego (np. juwenilnego), kosmicznego i antropogenicznego.

Wody podziemne powstają z opadów atmosferycznych poprzez infiltrację z kondensacji pary wodnej, a więc są związane z obiegiem wody. Mogą też pochodzić z syntezy gazów zawartych w magmie woda juwenilna, bądź też z dawnej infiltracji lub też z wód morskich zachowanych w porach osadów zmienionych a w procesach przeobrażenia wód podziemnych.

Promienie słoneczne w ciągu roku padają pod różnym kątem dlatego można wyróżnić 13 stref hydrochemicznych. Układ strefowy zakłóca np. rzeźba terenu

V. Krążenie wody w przyrodzie

Siły motoryczne ruchów wody w przyrodzie

Zasoby wodne Ziemi uczestniczą w procesie krążenia, który polega na nieustannej wymianie wody pomiędzy hydrosferą i atmosferą, w wymianie tej bierze udział litosfera i biosfera.

Powierzchnia Ziemi nie jest nagrzewana jednakowo przez kąt nachylenie Ziemi i powoduje to przemieszczanie się wody gdyż tworzą się ośrodki wysokiego i niskiego cieśnienia.

Wody dzielimy na krążące szybko i retencjonowane. Do najważniejszych czynników wywołujących ruch wody to promieniowanie słoneczne(98%) i pozostałe (2%) to ciepło z wnętrza ziemi, ruch fal, związki chemiczne itp. Zmiany temp wody powodują zmiany jej gęstości. Wody lżejsze unoszą się do góry, cięższe w dół.

Energia cieplna odpowiada za proces parowania i kondensacji pary wodnej, natomiast w wyniku działania

siły grawitacji następuje opadanie kropel wody w atmosferze, przemieszczanie się wody w rzekach, wahania głębokości zalegania wód podziemnych.

Przyciąganie słońca i księżyca tworzą pływy mas wodnych, największe gdy nakładają się tworząc pływy syzygijne, (osiągają nawet 20 m na rzece Wawrzyńca na granicy kanady i USA). Najsłabsze pływy nazywają się kwadraturowymi.

Ciśnienie atmosferyczne powoduje ruch od wysokiego do niskiego ciśnienia.

Ruch cząsteczek wody-wody kapilarne (jest to woda występująca w drobnych porach, szczelinach i naczyniach włoskowatych produktów niezależnie od siły grawitacji, gdyż silniejsze od niej są siły napięcia powierzchniowego).

Czynnik reakcji biologicznych (rozkład CO₂ i H₂O .

Działalność człowieka , retencja, nawadnianie, melioracja czy wycinanie lasów pod uprawę roli.

Mały i duży obieg

Proces krążenia wody w przyrodzie składa się z wielu zjawisk, z których najważniejsze to: parowanie, transport pary wodnej związany z ruchami powietrza, kondensacja pary wodnej, opad oraz odpływ wody z lądów do oceanów

W cyklu hydrologicznym wyróżnia się obieg duży i mały. Pierwszy to parowanie wody z powierzchni oceanów, przemieszczanie się pary wodnej wraz z masami powietrza nad kontynenty, gdzie ulega kondensacji i w postaci opadów atmosferycznych opada na ich powierzchnię. Z kontynentów woda częściowo paruje, a częściowo odpływa ciekami do oceanów. Mały obieg obejmuje parowanie i opad w obrębie oceanów i parowanie, opad, wsiąkanie i odpływ w obrębie kontynentów. Jest on częścią obiegu dużego.

W obiegu dużym cząstki wody krążą poprzez oceany i kontynenty, przechodząc kolejno przez wszystkie ogniwa cyklu lub przynajmniej przez ich większość. Mały obieg odbywa się miedzy dwoma sąsiednimi ogniwami, na przykład: ocean - atmosfera - ocean albo atmosfera - powierzchnia lądu - atmosfera. Wody oceaniczne strefy przypowierzchniowej w strefie równikowej są wysłodzone-duży opad, na zwrotnikach są słone-mały opad.

W każdym ogniwie obiegu cząsteczka wody przynajmniej dwa razy zmienia stan skupienia: z fazy gazowej w ciekłą lub stałą i z powrotem w gazową. Zamknięty cykl krążenia wody między oceanem, atmosferą i kontynentem nosi nazwę dużego obiegu wody; krążenie wody pomiędzy atmosferą i kontynentem lub atmosferą i oceanem jest nazywane małym obiegiem wody. W cyklu hydrologicznym wyróżnia się:

- fazę atmosferyczną (obejmuje: parowanie wody, przenoszenie pary wodnej w atmosferze i jej kondensację),

- fazę lądową (obejmuje: opad atmosferyczny, odpływ powierzchniowy, wsiąkanie, odpływ podziemny i różne formy retencji wody)

Obieg wody w przyrodzie można opisać za pomocą bilansu wodnego, czyli równania wyrażającego ilościowo zależność między elementami krążenia wody w przyrodzie, przez porównanie ilości wody zasilającej obszar (przychód wody) i ubywającej z niego (rozchód wody). Bilans wodny dotyczy zawsze określonego obszaru (zlewni, dorzecza, zlewiska, kontynentu, globu ziemskiego) i czasu (np. roku hydrologicznego, wielolecia).Wody krążące w przyrodzie w ogólnej swej masie pozostają bez zmian, co oznacza, że cykl hydrologiczny jest zamknięty

Nad oceanami więcej wody wyparowuje niż wraca jako opad, a nad lądami więcej wody spada w postaci opadów niż jej wyparowuje.

W procesie krążenia wody ogniwem, które wyrównuje różnicę między parowaniem a opadem jest spływ wody z lądów do mórz i oceanów

Rok hydrologiczny rozpoczyna się 1XI: najmniej wody jest w październiku a od listopada zaczyna się napełniać stan wody.

Podział w Polsce:

1.sezon jesiennego wzrostu stanu

2.sezon zimy mroźnej bez odwilży

3.sezon roztopu (uwalnianie zretencjonowanych wód)

4.niżówki wiosennne

5.wezbrania opadowe

6.niżówka letnio-wiosenna

Edward Brükner:

P=H+E (opad = odpływ +parowanie)

E=H+P dla oceanu

P=H+E dla kontynentu

Obszar górski

Woda przedostaje się przez warstwy powierzchniowe skał, krąży wewnątrz góry i po natrafieniu na nieprzepuszczalne warstwy wpływa do źródeł, skąd wraca na powierzchnię.

Okres między infiltracją (przedostaniem się do gruntu) a wypływem (powrotem na powierzchnię przez źródło) wody po opadach deszczu jest bardzo krótki. Skrajne zjawiska, takie jak intensywne opady deszczu czy gwałtowne topnienie śniegu uruchamiają ogromne ilości osadów, co ma wpływ na jakość wody. Tak wielka ilość osadu często nie zdąża się przefiltrować w tym krótkim czasie, zanim woda wypłynie.

Spadek temp. wraz w wysokością na terenach górskich powietrza wilgotnego( 0,6 stopni C na 100m) wpływa na wzrost nasycenia powietrza parą wodną, która po kondensacji oddawana jest w postaci opadu po stronie nawietrznej.

Aktywność wymiany wód w różnych częściach hydrosfery

Co roku w dużym obiegu wody uczestniczy około 577 tys. km3 wody, co stanowi zaledwie 0,04% zapasów wodnych hydrosfery. Tempo wymiany wody w poszczególnych ogniwach jej obiegu jest różne. Najszybciej woda wymienia się w atmosferze, bo co 8-10 dni, w rzekach wymiana trwa od 12 do 25 dni, w jeziorach średnio 3 lata, wody podziemne ulegają wymianie w tempie od kilku do 5000 lat, wody Oceanu Światowego ulegają wymianie co 3000 lat, woda zmagazynowana w lodowcach co 8000 lat

Cała atmosferyczna woda w ciągu roku jest 40 razy przemieszczana ( średni czas

przebywania wody w postaci pary w atmosferze wynosi około 9 dni)

VI. Parowanie

Parowaniem nazywamy proces fizyczny, występujący w temp niższej od temp wrzenia, podczas którego ciecz zmienia swój stan skupienia przechodząc w faze gazową. Parowanie wody na powierzchni Ziemi jest źródłem pary wodnej dla atmosfery. Zachodzi z powierzchni wodnych, z gleby i z szaty roślinnej. Całość zjawiska przechodzenia wody do atmosfery na danym obszarze nazwano parowaniem terenowym.

Z powierzchni wody:

Uzależnione od temp wody i powietrza, im wyższa ich wartość tym większe parowanie, a tak że od wilgotności powietrza: gdy jest niska wartość to parowanie jest intensywne, gdy wilgotność bliska jest punktu Rossy to parowanie jest niewielkie.

Jeżeli ilość cząsteczek opuszczających jest większa od opadających to mówimy o parowaniu, a jak mniejsza to o kondensacji i opadzie.

Z gleby i pokrycia(szata roślinna i zabudowa):

Parowanie z szaty roślinnej-transpiracja

Z powierzchni gleby-ewaporacja

Ewapotranspiracja - parowanie z roślin i gleby

Parowanie potencjalne - maksymalna ilość pary wodnej, którą może wchłonąć powietrze atmosferyczne nad określonym obszarem Ziemi

Parowanie terenowe potencjalne - maksymalna ilość wody jaka może wyparować z określonych obszarów o pewnych zasobach wilgoci

Parowanie terenowe rzeczywiste (deficyt odpływu) - ilość wody parująca z określonego obszaru obliczona z różnicy przeciętnej wieloletniej ilości opadów atmosferycznych i analogicznej ilości odpływu z tego obszaru

Jedną z najważniejszych cech parowania jest jego intensywność (prędkość), którą rozumie się jako ilość wody wyparowującą w jednostce czasu z jednostki powierzchni. Zatem prędkość parowania zależy od temperatury powierzchni parującej, od aktualnego stopnia nasycenia powietrza parą wodną, od ruchu powietrza nad powierzchnią parująca i od ciśnienia atmosferycznego.

Na ogół parowanie maleje wraz z wysokością.

W klimatach wilgotnych ewaporacja wynosi ok. 1300mm, suche 3000mm, Francja i Hiszpania 1500mm, jeziora alpejskie ok. 200mm, W Polsce 800-900 mm(w Polsce jest koło 150 dni deszczowych)

Parowanie z powierzchni lądowych uzależnione jest od czynników: suma rocznych opadów(im wyższa tym większy opad), natężenia i rozkładu opadów,

Wilgotności powietrza(im powietrze suchsze tym większe parowanie), roślinność ( ważne czy: hydrofilna-wodolubna, kserofilna-odporna na suszę, stadium rozwoju rośliny: np. zboże w fazie dojrzałej transpiruje małe ilości),zawartość wody w glebie(im większe tym większe parowanie),wody podziemne(zasilają ziemię do warstw wyżej leżących(włoskowatość)

Przy wzroście temperatury powierzchni parującej i jednoczesnym wzroście suchości powietrza ( zmniejszaniu jego wilgotności) obserwuje się wzrost intensywności parowania

Wyraźnie ten proces przyspiesza również wzrost prędkości ruchu powietrza nad powierzchnia parującą (prędkość wiatru). W przypadku roli ciśnienia atmosferycznego, zauważa się iż szybkość parowania jest odwrotnie proporcjonalna do ciśnienia atmosferycznego

Podczas parowania jest pobierana pewna ilość ciepła z powierzchni parującej, co przyczynia się do jej ochłodzenia powodującego z kolei zmniejszenie prędkości parowania

W Polsce największe zasoby wody przypadając na marzec i kwiecień tzw. przesycenie gleby.

Metody pomiaru:

1.metoda objętościowa ile wody wyparowało z specjalnych zbiorników

2.Lizymetr przyrząd meteorologiczny do pomiaru wielkości parowania z powierzchni gleby, tj. ilości wody, która wyparowała z niej w określonym czasie (również w wyniku transpiracji przez rośliny).

3.metoda matematyczna przedstawiająca zależność między opadem, temp i rozkładem temp.

Formuła konstantinowa(daje wartości zawyżone) i thornthwaite (lepsza), wyznaczenie dobowego parowania.

Ewaporometr Pieche'a- szklana rurka napełniona wodą destylowaną, w środek wkładana bibuła, która nasiąka a potem paruje obniżając swój poziom w rurce.

Ewaporometr Wilda-metoda wagowa pozwala określić wagowo ilość wyparowanej wody. Waga uchylna w której szalkę stanowi blaszany zbiorniczek o powierzchni 250 cm² i głębokości 15 mm napełniony wodą.

Za najlepszą dzisiaj metodę uważa się metodą Penmana (mierzy zmiany wilgotności na różnych wysokościach)

Transpiracja: proces w którym para wodna uchodzi z roślin głównie przez liście. Ubytek wody z roślin jest uzupełniany z włośników korzeni kontaktujących się z wodą glebową.

3 rodzaje transpiracji:

Szparkoza: proces dyfuzji pary wodnej wydzielane poprzez międzykomórkowe otworki w liściach

Kutikularna:(naskórkowa) : 90% transpiracji jest szparkową a 10% przez naskórek

Gutacja: proces wydzielenia kropel wody. Niektóre drzewa zabezpieczają się w wodę na wypadek suszy np. wierzba. a następnie oddają wodę na pniach czy gałęziach drzew.

Zmienność wielkości parowania na lądach pozwala wydzielić 3 typy obszarów:

-obszary wybitnie posuszne(ewaporacja > opady atmosferyczne, woda z opadów całkowicie wyparowuje)

-obszary o umiarkowanej wilgotności (opad >parowanie, ale wzrost opady wywołuje wzrost parowania)

-obszary o dużej wilgotności (parowanie osiąga granicę zdolności ewaporacyjnej terenu i bez względu na ilość opadów atmosferycznych pozostaje nie zmienione

VII. Opady atmosferyczne

Opady atmosferyczne są to produkty kondensacji pary wodnej spadające z chmur na powierzchnię Ziemi. Opady powstają gdy kropelki wody lub też kryształki lodowe zawieszone w chmurach, urastają do rozmiarów, umożliwiających swobodne i dostatecznie szybkie wypadanie pod wpływem sil grawitacyjnych. Małe kropelki i kryształki utrzymują się w powietrzu lub opadają niezmiernie wolno, wskutek równowagi, kontrolowanej przez grawitację i lepkość powietrza. Dodatkowym, istotnym czynnikiem przeciwdziałającym opadaniu jest są prądy występujące bardzo często w chmurach. Są to prądy pionowe, które przyczyniają się do powstawania chmur i utrzymują kropelki wody lub drobiny lodu. Małe krople opadają powoli duże natomiast zdecydowanie szybciej. Ruch opadających cząsteczek wody, w początkowej fazie jest ruchem przyśpieszonym. Następnie w warunkach równowagi siły grawitacji i sił tarcia kropli o otaczające powietrze staje się ruchem jednostajnym

Prędkość tego ruchu nazywa się prędkością końcową, która wyraźnie uzależniona jest od wielkości kropli

Koagulacja grawitacyjna - zachodzi wskutek zderzania się w powietrzu drobnych kropel opadających z różnymi prędkościami. Zderzenia powodują łączenie się dwu lub liku kropli małych w jedną większą a powiększanie oznacza wzrost prędkości ruchu i kolejne zderzenia

Koagulacja turbulencyjna - w mieszającym się powietrzu prawdopodobieństwo zderzeń łączenia się i wzrostu prędkości kropel wody zwiększa się, opad może być więc intensywniejszy.

W rzeczywistości obie formy koagulacji występują zwykle równocześnie i mamy do czynienia z koagulacją grawitacyjno/turbulencyjną

Wydajność (intensywność) opadu wyraża się wysokością słupa wody utworzonego przez opad w ciągu określonego czasu. Maksymalna intensywność opadów na Ziemi jak wynika z ekstrapolacji najwyższych opadów, może sięgać prawie 48 mm/min, co odpowiada 48 litrom wody na 1 metr kwadratowy Tak wielkie opady mogą jednak trwać bardzo krótko, im dłużej trwa opad tym ma mniejszą intensywność. Opady są zjawiskiem o charakterze epizodycznym mogą trwać kilka minut lub też klika dni, nawet tygodni

W warunkach klimatycznych Polski, trwają średnio 10 % czasu tzn. 36 dni w roku ( nie należy identyfikować tej wartości z liczbą dni z opadem w ciągu roku) Klimatologiczną miarą opadów są sumy : godzinne, dobowe, miesięczne i roczne są to skumulowane wysokości opadów, występujących w określonym czasie

Opady opisuje się ponadto określając liczbę dni z opadem o określonej wysokości oraz średnią wysokość opadu dobowego

Rodzaje opadów:

Ze względu na czas trwania opady dzielą się na ciągłe i przelotne.

Opad ciągły jest jednostajny, długotrwały(niekiedy trwający do kilkudziesięciu godzin) o umiarkowanym natężeniu, obejmuje swym zasięgiem rozległy obszar. Jeśli trwa do 5 godzin jest to opad nawalny jak dłużej to opad rozlewny.

Opad przelotny trwa do kilkudziesięciu minut, ma duże natężenie, nagły początek i nagły koniec, występuje na stosunkowo małym obszarze powodując zazwyczaj gwałtowne wezbrania lokalne.

Formy opadów ,które w postaci ciekłej spadają na powierzchnię Ziemi nazywamy opadami pionowymi do których należy:

Deszcz: opad kropel wody o średnicy od 0,5 mm do 8mm. Rozmiary kropelek w deszczach ulewnych są większe niż w ciągłych, zwłaszcza w początkowej fazie opadów. Przy ujemnych temperaturach deszcz czasami pada w postaci przechłodzonej, przy kontakcie z powierzchnią Ziemi przechłodzone krople zamarzają

Mżawka: Gęsty dość jednorodny opad atmosferyczny składający się wyłącznie z bardzo drobnych kropel o średnicy rzędu 0,05-0,5 mm Krople te posiadają bardzo małą prędkość opadania. Są one łatwo przenoszone przez wiatr w kierunku poziomym

Śnieg: Opad kryształków lody, z których większość ma budowę rozgałęzioną. Posiada bardzo różnorodne postacie (kryształków), uzależnionych od warunków powstania. Podstawowym kształtem kryształków jest gwiazdka sześciopromienna, gwiazdki powstają z sześciobocznych blaszek, ponieważ sublimacja pary wodnej odbywa najszybciej w narożach blaszek, gdzie narastają promiennie, dalej na tych promieniach tworzą się dalsze rozgałęzienia

Średnice padających śnieżek również bywają zróżnicowane na ogół są rzędu milimetrów

Krupy śnieżne: mają budowę podobną do śniegu, ziarenka krupy łatwo ulegają zgnieceniu o średnicy od 2-5 mm.

Krupy lodowe: są otoczone cienką warstwą lodu, w tym przypadku ziarenka nie ulegają tak łatwo zgnieceniu, gdyż przy upadku na powierzchnie ziemi ulegają odbiciu

W chmurach niskich w zimie, zamiast mżawki obserwujemy opad w postaci śniegu ziarnistego ( małe, białe, nieprzeźroczyste ziarenka lodu o średnicy na ogół mniejszej od 1 mm przypominające „kasze manną”)

Przy niskich temperaturach zimowych padają niekiedy z chmur dolnego lub średniego piętra słupki lodowe, są to kryształki o postaci sześciokątnych prostopadłościanów (słupków) blaszek bez rozgałęzień. Sprawiają ważenie zawieszonych w powietrzu. Najczęściej notuje się ten opad w masie powietrza o równowadze stałej odznaczającą się bardzo niską temperaturą.

Deszcz lodowy ma postać przezroczystych ziaren lodowych o średnicy od 1 do 3 mm. Są to krople deszczu które zamarzły w powietrzu. Jego spadanie świadczy o istnieniu inwersji temperatury

Grad: występuje w porze letniej podczas upalnych dni. Są to bryłki lodu o średnicy od 5 do 50 mm, niekiedy większe. Osiągają ciężar nawet do 300 gramów. Grad pada z chmur kłębiastych deszczowych Cb w czasie burz i z reguły jednocześnie z przelotnym (ulewnym) deszczem

Formy opadów które tworzą się w wyniku kondensacji pary wodnej na powierzchni Ziemi nazywamy opadami poziomymi lub osadami do który należą:

Rosa: osad kropelek wody tworzący się na powierzchni gruntu i na przedmiotach znajdujących się w pobliżu wskutek kondensacji pary wodnej zawartej w otaczającym

powietrzu. Najczęściej jej tworzenie się jest spowodowane nocnym wypromieniowaniem ciepła. Powstaje również gdy ciepłe wilgotne powietrze napływa nad wychłodzone podłoże, którego temp jest niższa od temp pkt rosy napływającej masy powietrza.

Szron: osad w postaci lodowy krysztalków często przybierający postać igiełek. Powstaje podobnie jak rosa ale w ujemnych temp.

Sadź: srebrzysto biały nalot w postaci łatwo osypujących się nici utworzony Przez oziębłe mgły. Pojawia się w czasie mroźnej pogody gdy napływ cieplejszego wilgotnego powietrza spowoduje powstanie mgły.

Gołoledź: to gładki przezroczysty lub matowy osad lodowy występujący na powierzchni gruntu gałęziach drzew itp. W wyniku osiadania mgły lub spadania opadu złożonego z silnie przechłodzonych kropel. Grubość warstwy sięga nieraz kilku cm.

Wraz ze wzrostem odległości od oceanu maleje wilgotność powietrza i tym samym zmniejszenie ilości opadów.

Wzrost wysokości nad poziomem morza sprzyja kondensacji pary wodnej w powietrzu. Wraz ze wzniesieniem terenu wzrasta wysokość opadów. Wzrost ten jest obserwowany tylko do pewnej wysokości nad poziomem morza od której następuje inwersja opadów czyli zmniejszanie się ich wraz z wysokością.

W rozkładzie opadów na kuli ziemskiej odznacza się strefowość związana z położeniem geograficznym obszaru. Największe sumy opadów są notowane w pasie równikowym a najmniejsze przy biegunach.

Na wysokość opadów ma wpływ: zachmurzenie, ilość pary wodnej zawartej w powietrzu, ekspozycja stoku( strona nawietrzna otrzymuje więcej opadów).

Pomiar opadów:

Deszczomierz Hellmana: pomiar opadu wyrażony w milimetrach słupa wody nagromadzonej w określonej jednostce czasu, ustawionych na wys 1m (w górach 1,5 m)nad terenem z powierzchnią recepcyjną 200cm³

Pluwiograf: urządzenie do automatycznego pomiaru ciągłego opadów, rejestrujące ich ilość, czas trwania i natężenie.

Metody obliczania warstwy opadu w zlewni:

Metoda izohiet

Na plan badanej zlewni nanosimy stacje opadowe i pomierzone na nich wysokości opadów. Izohietywykreśla się poprzez interpolację między wartościami opadów.

Interpretacja izohiet nie jest jednoznaczna, więc w tym sensie metoda jest subiektywna.

Ustala się wielkości powierzchni zlewni pomiędzy izohietami (i granicami zlewni) i przypisuje im się

opad będący średnią arytmetyczną wartości tych izohiet.

Średni opad zlewni oblicza się jako średnią ważoną opadów pomiędzy izohietami. Wagą jest

powierzchnia cząstkowa zlewni

P=suma(Pi*Ai)/A

gdzie: P - opad średni

Pi - wysokości opadu między izohietami (wartość średnia dla sąsiednich izohiet)

A - pole powierzchni między izohietami

Ai - pole powierzchni między sąsiednimi izohietami

Etapy:

1. określenie granicy zlewni oraz wysokości opadu dla poszczególnych posterunków2. Połączyć liniami stacje opadowe, poszczególne odcinki dzielić na równe części proporcjonalnie o

różnicy w wysokości opadu między posterunkami

3. Punkty o jednakowej wysokości opadu połączyć ze sobą

4. Układ izohiet dla zlewni z zaznaczonym obszarem miedzy sąsiednimi izohietami

Metoda hipsometryczna

Na podstawie mapy poziomicowej ustala się krzywą HIPSOMETRYCZNA, wskazującą jaka

powierzchnia badanej zlewni leży powyżej określonej warstwicy (rysujemy ją w ćwiartce IV - na osi

rzędnych wartość poziomic, na osi odciętych powierzchnia). W układzie współrzędnych ćwiartka II

obrazuje krzywą GRADIENTOWĄ czyli zależność wysokości opadów od wzniesienia stacji opadowych

nad poziom morza (układ stacji należy wyrównać linią prostą lub krzywą ciągłą i gładką).

Określenie średniego opadu zlewni dokonuje się metodą wykreślną przez sporządzenie krzywej

PLUWIOMETRYCZNA. Powstaje ona w ćwiartce I poprzez rzutowanie dowolnego punktu krzywej

hipsograficznej z ćwiartki IV na I i z ćwiartki IV przez III i II (z krzywej gradientowej) na I (można

rzutować dowolną ilość punktów - im więcej tym odwzorowanie lepsze).

Metoda hipsometryczna ma zastosowanie głównie w małych zlewniach górskich, uwzględnia bowiem

zależność wysokości opadu od wzniesienia punktu pomiarowego nad poziom morza oraz konfigurację

badanego terenu. W zlewniach nizinnych nie należy jej stosować.

Opad średni jest to iloraz pole powierzchni pod krzywą pluwiometryczną oraz powierzchnię zlewni

P=Ph/A

gdzie: P - opad średni

A - pole powierzchni zlewni

Ph - pole powierzchni pod krzywą hietrograiczną

-średniej arytmetycznej

-siatki geograficznej

-regionów opadowych

Roczny przebieg opadów charakteryzuje twz współczynnik pluwiometryczny(współczynnik opadów miesięcznych) wyrażający stosunek sumu opadu poszczególnych miesięcy,względem ilorazu rocznej sumy opadu przez 12

WSP ~ 1 opady występują równomiernie w ciągu roku

WSP >1 opady są nierównomierne w deszczowych miesiącach

WSP<1 oapdy są nierównomierne w miesiącach suchych

Natężenie opadu to stosunek wysokości opadu do czasu jego trwania. Jest tym większe im krócej trwa opad. Wyróżniamy:

Deszcze zwykłe: o natężeniu poniżej 5 mm/h

Deszcze silne: o natężeniu 5-10 mm/h

Ulewy:45-120mm/h

VIII. Zlewnia jako podstawowa jednostka obiegu wody w przyrodzie

ZLEWISKO - zespół dorzeczy

ZLEWNIA - jest obszarem, z którego wody spływają do jednego wspólnego odbiornika, który może być rzeką, jeziorem lub bagnem; powierzchniowa i podziemna

DORZECZE - obszar, z którego wody spływają do jednego systemu rzecznego

DZIAŁ WODNY - granica zlewni, Symboliczna linia (linia wododziałowa) rozgraniczająca dwa dorzecza lub dwa zlewiska; ( do dwóch różnych odbiorników)biegnie zazwyczaj grzbietem górskim lub wzniesieniem terenu.

DZIAŁ WODNY POWIERZCHNIOWY - przez ukształtowanie terenu, biegnie po grzbietach, granica zlewni powierzchniowej

DZIAŁ WODNY PODZIEMNY - ukształtowany przez zwierciadło wód podziemnych, granica zlewni podziemnej

DZIAŁ WODNY WYRAŹNY - wyznaczony w sposób jednoznaczny przez przebieg naturalnych wyniosłości terenu

DZIAŁ WODNY NIEPEWNY - z reguły na terenach płaskich, gdzie ich położenie jest trudne do ustalenia

Klasyfikacja kontynentalna działów wodnych: rozdziela zlewiska mórz na obszarze kontynentu europejskiego : I rzędu(rzeki główne doprowadzają swoje wody bezp do zlewiska), II rzędy dopływy, III rzędu dopływy dopływów itd.

Np.Przez Tatry przebiega Wielki Europejski Dział Wodny, zwany krócej Europejskim Działem Wodnym. Stanowi on granicę między zlewiskiem Bałtyku a zlewiskiem Morza Czarnego; oddziela dorzecze Wisły od dorzecza Dunaju.

Komplikacje w przedziale działów wodnych są to właśnie bifurkacje oraz zagłębienia bezodpływowe.

BIFURKACJE - to takie miejsca, z których odpływ powierzchniowy jest skierowany do różnych dorzeczy

• Bifurkacja punktowa cieku - w przypadku, gdy ciek dzieli się na dwa ramiona, które odprowadzają wodę do rożnych dorzeczy

• Bifurkacja powierzchniowa - gdy istnieje odpływ powierzchniowy do dwóch dorzeczy z jednego jeziora lub bagna

• Pseudobifurkacja - jeden ciek płynący w przeciwnych kierunkach

ZAGŁĘBIENIA BEZODPŁYWOWE - niewielkie wklęsłe formy terenu, które zbierają wodę w postaci oczek lub mokradeł, zachodzi proces parowania i wsiąkania

ZLEWNIA POŚREDNIA - zlewnia, do której należą również obszary bezodpływowe doprowadzając wodę do zlewni za pomocą wsiąkania

ZLEWNIA BEZPOŚREDNIA - zlewnia, która uczestniczy w formowaniu odpływu powierzchniowego

Obszary bezodpływowe

-maja one zlewnie bez odpływu powierzchniowego w której zachodzi zwykle proces parowania i wsiąkania. Parowanie odgrywa główna role w tych zagłębieniach na dnie znajduje się bagno lub zbiornik wodny (zagłębienie retencyjno-ewaporacyjne), natomiast wsiąkanie w zagłębieniach suchych o podłożu przepuszczalnym(zagłębienie chłonne).

Zagłębienia bezodpływowe mogą występować w różnej sytuacji topograficznej:

Na zboczu, pod zboczem, w dolinie i na wierzchołku. Przede wszystkim obszary młodoglacjalne i wydmowe , w pobliżu działów wodnych dwóch zlewni.

Cieki wodne

Ze względu na wielkość oraz pochodzenie można wyróżnić cieki wodne:

naturalne:

-rzeka,

-strumień,

-struga,

-potok,

-ued;

sztuczne:

-kanał wodny(sztuczny ciek wodny, fragment drogi wodnej, którego celem jest połączenie istniejących naturalnych dróg wodnych. Tak powstałe drogi wodne znacznie ułatwiają żeglugę i wydatnie skracają czas podróży statków)

-rów wodny(to jest sztucznie, ręcznie lub mechanicznie wykonane, podłużne zagłębienie w ziemi służące do zbierania z okolicy nadmiernej ilości wody i odprowadzania jej do najbliższej rzeki lub zbiornika)

Cieki wodne mogą prowadzić wodę okresowo lub stale:

epizodyczne - woda spływa z nich powierzchniowo lub podpowierzchniowo, jedynie

bezpośrednio po opadach lub roztopach;

okresowe - zasilane mogą być ponadto wodami podziemnymi, pochodzącymi z tych samych opadów bądź roztopów. Wody te szybko się wyczerpują i przestają zasilać ciek;

stałe - prowadzą wodę przez cały rok i tylko w wyjątkowych przypadkach mniejsze z nich mogą całkowicie wysychać. W zależności od swej wielkości noszą nazwy strug, strumieni, potoków i rzek.

IX. Retencja i jej rodzaje

RETENCJA czasowe zatrzymanie wody. W zależności od sposobu i miejsca zatrzymania wody wyróżniamy retencję powierzchniową i podziemną.

Retencja powierzchniowa stanowi:

• Intercepcja szaty roślinnej - chwilowe zatrzymanie się wody opadowej na powierzchni liści, konarów, pni drzew i pędów roślin. Część tych opadów zostaje skonsumowana przez roślinność, część wyparowuje.

• Zwilżanie - zatrzymanie wody przez środowisko antropogeniczne (np. na dachach)

• Retencja powierzchniowa gleby

• Retencja depresyjna

• Retencja zbiornikowa

• Retencja sieci rzecznej

• Retencja śniegowa

• Retencja lodowca

Retencja śnieżna i lodowcowa

Jest formą magazynowania wody w postaci śniegu lub lodu. W okresie zimy w dorzeczu w postaci śniegu(pokrywa śnieżna) i lodu(zlodzenie rzek i zbiorników wodnych), skrajnie lodowce i stała pokrywa śnieżna. Pokrywę śnieżną można scharakteryzować podając charakterystykę dotyczącą:

• ekwiwalent wodny śniegu (warstwa wody otrzymana w wyniku stopnienia pokrywy śnieżnej)

• zapas wody w pokrywie śnieżnej (iloczyn ekwiwalentu przez powierzchnie zlewni)

• zawartość wody lub wilgotność śniegu(% ilość wody istniejącej w pokrywie śnieżnej w stanie ciekłym

• jakość i suchość śniegu(masa wody w stanie stałym wyrażona w % całkowitej masy warstwy śniegu)

Utrzymująca się niska temperatura powietrza przyczynia się do zwiększania zapasów retencji zimowej, która zostanie dopiero uruchomiona w okresie odwilży, gdy pokrywa śnieżna ulegnie stopnieniu, a woda będąca wynikiem tego procesu odpłynie do cieków. Zanieczyszczenie powietrza osiadające na śniegu obniża albedo pokrywy śnieżnej (sięgające w warunkach naturalnych nawet 90%) Zwiększa to pochłanianie energii, podwyższa temperaturę i przyspiesza topnienie śniegu.

Retencja jeziorna, zbiornikowa i terenów podmokłych

Naturalnymi zbiornikami magazynującymi wody są jeziora, powodujące wyrównanie przepływu rzek jeziornych. Od źródeł w kierunku ujścia maleje ilość zbiorników wodnych, a wzrasta ich pojemność. Funkcje gospodarcze sprowadzają się np. do nawodnień małych obszarów, zaopatrzenia w wodę poszczególnych zakładów przemysłowych lub miast. Retencja zarówno jeziorna, zbiornikowa i terenów podmokłych uzależniona jest od ukształtowanie powierzchni(tereny płaskie i wklęsłe, nieprzepuszczalne podłoże które zasilane są wodami opadowymi oraz podziemnymi.

Retencja terenów podmokłych(bagiennych)- obszary trwale nasycone wodą słodką lub słoną stanowiącą ok. 80% objętości gruntu, porośnięte roślinnością przystosowaną do występujących specyficznych warunków życia. Zajmuje ok. 6% powierzchni lądów. Retencji sprzyja utrudniony odpływ wód opadowych lub wód powierzchniowych występujących na powierzchni w postaci młak, wycieków, wysięków i źródeł

Retencja podziemna

Stanowi ją woda w strefach saturacji(nawodniona) i aeracji(ponad saturacji i napowietrzona). O stanie retencji strefy aeracji decyduje wilgotność gruntowa którą stanowi: para wodna, woda związana fizycznie, chemicznie i woda wolna.( występuje tutaj woda z trzech stanach skupienia). Jej miarą jest polowa pojemność wody w gruncie której stan jest równoznaczny z maksymalną ilością wody utrzymywanej przez grunt wbrew działaniu siły ciężkości. Grunt nasycony wodą w warunkach naturalnych osiąga stan polowej pojemności wodnej w ciągu kilku dni. Tempo wyczerpywania się zasobów strefy aeracji zależy od: temperatury powietrza (wpływa na wielkość parowania) , rzeźby terenu, rodzaju roślinności i zasięgu jej strefy korzeniowej. Największa chłonność retencyjna ma strefa aeracji w okresach długotrwałej suszy, kiedy może retencjonować duże ilości wód opadowych nie powodując wzrostu retencyjności strefy saturacji. Retencyjność strefy saturacji przejawia się zmianami położenia zwierciadła wód podziemnych. Podniesienie się zwierciadła tych wód wskazuje na zwiększenie zapasów wód podziemnych.

Retencja lasu

Las akumuluje wodę (również w postaci śniegu) do momentu wypełnienia intercepcji i nasycenia podszytu, runa oraz ściółki po czym jego działanie wyrównania odpływu zanika i następuje swobodny odpływ nadmiaru wody. Z punktu widzenia gospodarki wodnej mamy zatem do czynienia z niekontrolowaną, automatycznie działającą retencją, której pojemność jest przy tym nieznana. Działanie retencyjne lasu jest silniejsze w przypadku naturalnych leśnych formacji ekologicznych (las mieszany, wielopiętrowy, z dobrze rozwiniętym podszytem) Najkorzystniej na stosunki wodne w zlewni oddziaływają obszary leśne występujące w górnych partiach zlewni (teren o dużych spadkach, bogatej rzeźbie terenu). Łagodzą wówczas wahania przepływów i zmniejszają erozję terenową. Lasy w dolnych częściach zlewni mogą czasami powodować nadmierną koncentrację przepływu i sprzyjać formowaniu się dużych fal powodziowych. Inną istotną cechą lasu jest zdolność podwyższania stopnia wilgotności w otoczeniu, a przez to zmniejszenie amplitudy wahań temperatury co jest szczególnie ważne w przypadku wezbrań roztopowych. Podobne zjawiska dotyczą retencji glebowej, choć jest ona na ogół mniejsza od retencji leśnej.

10. Jeziora

Jest to naturalny zbiornik śródlądowy stanowiący wypełnione wodą zagłębienie terenu o brzegach ukształtowanych pod wpływem działania falowania i prądów wodnych. Powstanie jeziora zależy od:

• Procesów rzeźbiących powierzchnię Ziemi (prowadzących do powstania misy jeziornej)

• Warunków klimatycznych (regulujących wypełnienie misy wodą)

• Rodzaju skał podłoża ( warunkujących zatrzymanie wody lub jej ucieczkę)

- typologia jezior - rozmieszczenie

Rozmieszczenie

• polarne, mają stale odwrócone uwarstwienie termiczne wody; maksymalna temperatura wody nie przekracza zwykle +4°C,

• umiarkowane, maja najbardziej rozwinięty cykl termiczny: w lecie cechuje je uwarstwienie proste, zimą - odwrócone, jesienią i wiosną  stany homotermii,

• subtropikalne, cały rok występuje uwarstwienie proste, jego cecha charakterystyczną jest duża różnica temperatury między wodą powierzchniową a denną,

• tropikalne, też cały rok mają uwarstwienie proste, ale małą różnicę pomiędzy temperaturą epilimnionu i hypolimnionu.

- jeziora pochodzenia endogenicznego

To powstania tego typu jezior doprowadzają czynniki endogeniczne czyli ruchy tektoniczne i zjawiska wulkaniczne.

• Tektoniczne - powstałe w obniżeniach tektonicznych na równinach (np. Górne, Wiktorii, Ładoga), na przedgórzu (np. Bałchasz) oraz w rynnowych rozpadlinach i rowach tektonicznych, np. Bajkał, Tanganika. Szczególnie dużo jest w dolinie ryftowej wschodniej Afryki; są to jeziora duże i bardzo głęboki.

• Wulkaniczne - powstałe w wyniku działalności wulkanicznej; zbiorniki niewielkie ale zwykle bardzo głębokie. W zależności od miejsca utworzenia wyróżnia się:

• Kraterowe - w kraterach wygasłych wulkanów, zasilane wyłącznie wodami opadowymi; np. j. Kurylskie

• Kalderowe - w kalderach wulkanicznych (są większe od kraterowych ale płytsze); np. j. Owada w Japonii

• Lawowe - powstają w wyniku zatamowania odpływu wody przez potoki lawy; mają zróżnicowany kształt;

• Maary - zajmują zagłębienia w lejkowatych kraterach pozostałych po wulkanach eksplozywnych, otoczone wałem tufowym; np. Laach Maar

- jeziora pochodzenia egzogenicznego

To powstania tego typu jezior prowadzą czynniki egzogeniczne czyli erozyjna i akumulacyjna działalność lodowca i wód lodowcowych, wytapianie brył martwego lodu, lub marzłoci trwałej, zjawiska krasowe, sufozja, erozja rzeczna, działalność akumulacyjna fal morskich, akumulacja organiczna, ruchy masowe, działalność człowieka;

• Termokrasowe (ałasowe) - występują w strefie trwałej marzłoci, tam gdzie następuje lokalne roztapianie zmarzliny; są niewielkie i płytkie; zimą zamarzają do dna

• Krasowe - powstałe w lejach lub zapadliskach na obszarach zbudowanych ze skał wapiennych lub gipsowych; są charakterystyczne dla Półwyspu Bałkańskiego, Azji Mniejszej, w Polsce na Polesiu Lubelskim np. jezioro Piaseczno

• Sufozyjne (źródliskowe) - powstałe w nieckach sufozyjnych utworzonych w skałach sypkich; (czyli przez wmywanie w głąb ziemi materiału skalnego (niecka sufozyjna)

• Rzeczne - powstały w wyniku akumulacyjnej (jeziora boczne) i erozyjnej (starorzecza, jeziora korytowe) działalności rzeki;

• Jeziora Boczne - powstają gdy wały przykorytowe głównego cieku podpiętrzają wody dopływu lub gdy dopływ transportuje tyle materiału, że nie może unieść go nurt rzeki głównej; występują głównie w dolinie Jangcy

• Starorzecze (j. zakolowe) - powstaje z odciętych meandrów; głównie w dolinach Dunaju, Wisły i rzek syberyjskich

• Korytowe - leżą na trasie biegu rzeki i są rozszerzeniem jej koryta na pewnej jej długości

• Deltowe - położone w deltach rzek na ogół między korytami rozprowadzającymi. W Polsce są dwa takie jeziora, będące reliktowymi zbiornikami o zaawansowanym procesie zarastania: Dąbie i Druzno

• Przybrzeżne (przymorskie) - powstałe przez oddzielenie od morza niewielkich zatok, limanów, lagun, estuariów i zalewów za pomocą wałów brzegowych, wydm i osadów rzecznych; duże lecz dość płytkie o stosunkowo bagnistych brzegach np. Łebsko, Gardno, Jamno

• Eoliczne - są zasilane prawie wyłącznie wodami atmosferycznymi lub ograniczonym dopływem wód gruntowych. Występują nie tylko w strefach suchych, ale często w strefie umiarkowanej, szczególnie na zwydmionych obszarach aluwialnych; na ogół zbiorniki małe i dość płytkie, często ulegają wysychaniu; w Polsce są w dorzeczu Warty i Noteci. Rodzaje jezior eolicznych:

• Wydmowe - w zagłębieniach między wydmami

• Deflacyjne - w zagłębieniach w wyniku wywiewania przez wiatr skał sypkich

• Akumulacyjne - w zagłębieniach w wyniku nawiania przez wiatr skał sypkich

• Bagienne (jeziora wody gruntowej) - powstają w wyniku utrudnionego odpływu wody gruntowej, która „wychodzi” na powierzchnię w obniżeniach terenu; mogą mieć znaczną powierzchnie, jednak w Polsce są to zbiorniki małe, dość płytkie i zarastające

• Zaporowe - powstałe w skutek przegrodzenia doliny rzecznej np. obrywem, osuwiskiem, potokiem lawy, spływającym lodowcem, wałem morenowym lub tamą zbudowaną przez bobry; w Polsce np. Jeziorka Duszatyńskie w dolinie Potoku Olchowatego w Bieszczadach

• Reliktowe - stanowią część dawnego morza lub rozległego jeziora; np. j. Aralskie, Morze Kaspijskie

• Polodowcowe - powstały dzięki erozyjnej i akumulacyjnej działalności kontynentalnych i górskich lodowców. Występują bardzo licznie na półkuli północnej, na obszarze objętym zasięgiem ostatniego zlodowacenia. O typach będzie niżej!.

- jeziora polodowcowe związane z działalnością lądolodu

• Rynnowe - wąskie, długie, o stromych brzegach, urozmaiconej rzeźbie dna, wcięte głęboko w podłoże; tworzą charakterystyczne ciągi jeziorne o przebiegu południkowym prostopadle do ciągów moren czołowych, w Polsce np. Jeziorak, Hańcza

• Morenowe - duże i płytkie o urozmaiconych kształtach, licznych zatokach, półwyspach i wyspach, łagodnych i płaskich brzegach; powstałe w wyniku zróżnicowanej akumulacji lodowcowej lub z wytapiania brył martwego lodu; jeziora moreny dennej np. Śniardwy, Niegocin lub moreny czołowej np. Mamry

• Oczka polodowcowe - małe, dość płytkie, o zróżnicowanej genezie, okrągłe lub owalne, często bezodpływowe, charakterystyczne dla moreny dennej

• Kotły i kociołki - małe ale głęboki (do kilkudziesięciu metrów), okrągłe lub owalne o stromych stokach, występujące często w sąsiedztwie ozów; powstałe w wyniku eworsyjnej działalności wód topniejącego lądolodu, spadających ze znacznej wysokości przez szczeliny lodowca; w Polsce np. jezioro Kocioł i Kociołek

• Sandrowe - powstałe w zagłębieniach po martwym lodzie na powierzchniach sandrowych; głębokość do kilku metrów

• Przyozowe i drumlinowe - wypełniają podłużne zagłębienia, które zostały wypreparowane podczas tworzenia się ozów i drumlinów; płytki i zatorfione

- jeziora polodowcowe związanie z działalnością lodowców górskich

• Cyrkowe (karowe) - zajmują przestrzeń dawnych pól firnowych (cyrków lodowcowych), w kierunku doliny zablokowane ryglem skalnym; w Polsce np. Wielki i Mały Staw w Karkonoszach

• Morenowe - powstałe w wyniku zatarasowania doliny wałem morenowym; w Polsce np. Morskie Oko

• Fiordowe - powstałe w skutek przegrodzenia moreną czołową wyerodowanych przez lodowce dolin górskich, misy ich stanowią nadwodne przedłużenie fiordów; w Norwegii

- jeziora innej genezy

• Meteorytowe - wypełniają zagłębienia powstałe przez uderzenie meteorytu; owalne dość głębokie; np. na Morasku

• Poligeniczne - wpływ na utworzenie misy jeziornej miało kilka czynników; np. jezioro Czad (tektoniczno-eoliczne), Ładoga (tektoniczno-polodowcowe)

- podstawowe części misy jeziornej i jej dna, morfometria jezior

Podstawę jeziora stanowi misa jeziorna, czyli naturalna forma wklęsła w pewnej części tylko wypełniona wodą.

Elementy morfologiczne misy jeziornej:

• Czasza jeziora - część misy jeziornej, którą wypełnia woda i która jest ograniczona maksymalną rzędną poziomu wody. Mają różne kształty i rozmiary (od kilku metrów - oczka, do kilkuset tysięcy km²-jeziora reliktowe)

• Strefa przybrzeżna (tzw. litoral) - strefa oddziaływania fal - strefa kąpielowa.

• Klif - ma charakter stromego urwiska

• Pobrzeże - wynurzone (położone powyżej max. poziomu zwierciadła wody) i zatapiane (stałe przemieszczanie osadów w kierunku lądu i morza)

• Mielizna brzegowa - powstała w wyniku falowania z częścią rozmywaną, abrazyjną (zewnętrzną) i częścią namywaną, akumulacyjną (wewnetrzna); nachylona ku toni wodnej

• Zagłębienia śródjeziorne i strefa uskoku - stanowią właściwe dno jeziora; w zagłębieniu mogą występować przegłębienia (głęboczki) i wyniesienia (progi)

Strefy jeziora ze względu na środowisko wodne:

• Strefa przybrzeżna (litoral) - płytka część jeziora, naświetlona wraz z dnem przez słońce

• Toń wodna (pelagial)

• Epipelagial - górna naświetlona masa wód otoczona wokół litoralem

• Batypelagial - dolna mroczna część

Epipelagial od batypelagialu oddziela tzw. poziom kompensacyjny poniżej którego dociera zbyt mało światła dla potrzeb fotosyntezy

Morfometria:

• Powierzchnia jeziora

• Długość jeziora

• Szerokość jeziora ,szerokość maksymalna

• Średnia efektywna jeziora (określa przeciętna długość oddziaływania wiatru na powierzchnię wody - istotny w ocenie warunków hydrodynamicznych)

• Długość linii brzegowej

• Wskaźnik wydłużenia jeziora

• Wskaźnik rozwinięcia linii brzegowej - im bliższy 1 tym mniej rozwinięta linia brzegowa

• Pojemność jeziora

• Głębokość (maksymalna, średnia, względna)

• Wskaźnik głębokościowy jeziora - określa kształt misy zbiornika

• Plan batymetryczny - pozwala określić charakterystyki pojemności, głębokości i dna jeziora

- ruchy wód jeziornych i ich zależność od termiki (miksja)

W naturalnych zbiornikach temperatura wód jeziornych zależy głównie od : głębokości zbiornika, ruchu i mieszania się mas wodnych. Znaczna głębokość zbiorników sprawia że zmagazynowana w nich woda ma pionowe uwarstwienie termiczne, spowodowane pionowym zróżnicowaniem wody a tym samym jej gęstością. Wyróżnia się:

• Stratyfikację termiczną prostą (tzw. anotermię) - temp. wody obniża się wraz z zwiększaniem się głębokości; w jeziorze tworzą się 3 warstwy:

• Epilimnion - górna warstwa mniej lub bardziej nagrzanej wody, której temp. wody obniża się stopniowo z głębokością)

• Metalimnion - (warstwa przejściowa)- nagły spadek temp. wody-> w jego obrębie leży termoklina - płaszczyzna, którą wyznacza największy gradient temp.)

• Hipolimnion - dolna warstwa chłodnej wody o niemal jednakowej temp. - zwykle ok. +4-6^oC, ulegająca bardzo nieznacznym wahaniom

W tym typie stratyfikacji wody nie mieszają się ze sobą !; okres stagnacji letniej !

• Stratyfikację termiczną odwróconą (tzw. katotermię) - wody cieplejsze o temp. ok. + 4^oC zalegają pod zimniejszą, ale lżejszą woda powierzchniową, która w swej górnej warstwie może nawet marznąć; jest to okres stagnacji zimowej !

• Wyrównanie termiczne - wymieszanie wody w całej toni wodnej od powierzchni do dna (tzw. homotermia); w jeziorach strefy umiarkowanej występują w ciągu roku dwa okresy homotermii :

• Wiosną : po przejściu od stratyfikacji termicznej odwróconej do prostej (homotermia wiosenna)

• Jesienią: przy przejściu od stratyfikacji termicznej prostej do odwróconej (homotermia jesienna)

W czasie homotermii mieszaniu podlega cała masa wód zbiornika od powierzchni do dna.

Gdy jest duży zbiornik z dobrze rozwiniętą strefą przybrzeżną to obserwuje się tzw. bar termiczny. Polega to na wystąpieniu w pewnej odległości od brzegu wąskiej strefy, gdzie woda sięgająca od dna do powierzchni, o temp. +4oC dzieli jezioro na dwie strefy: aktywności ( strefy przybrzeżne) i bezwładności cieplnej (ograniczona przegrodami termicznymi)

Podstawowym czynnikiem wywołującym ruch wody w jeziorze jest wiatr. Efektem jego oddziaływania jest falowanie wiatrowe. Rodzaj fali i siła jego falowania zależy od:

• prędkości wiatru

• długości odkrytej powierzchni, na którą działa wiatr

• czasu działania wiatru

• ukształtowania dna

• głębokości wody

Wiatr powoduje w jeziorach prądy cyrkulacyjne. W zależności od siły wiatru i głębokości zbiornika masy wody mogą mieszać się szybko lub powoli częściowo lub pełnie.

• Pełne wymieszanie się wód jeziora w okresie cyrkulacji nazywane jest holomiksją

• Silny wiatr powoduje szybkie mieszanie się całej masy wodnej tzw. tachymiksja (szybka cyrkulacja wiosenna)

• Przy wietrze słabym mieszanie jest wolniejsze i zjawisko to nazywa się eumiksją

• Przy bardzo słabym wietrze wody jeziorne mieszają się powoli co nazywamy bradymiksją (wolna cyrkulacja wiosenna)

• Jeśli wody jeziorne nie podlegają pełnemu wymieszaniu, mówimy o meromiksji

Miksja w jeziorach przebiega różnie w zależności od rozmiarów jeziora i jego położenia geograficznego, a także w zależności od położenia względem poziomu morza. Z uwagi na częstość całkowitego mieszania się wody jeziornej w ciągu roku rozróżnia się:

• Jeziora amiktyczne - zbiorniki cały rok są pokryte lodem i woda w nich nie miesza się zupełnie

• Jeziora monomiktyczne - woda jeden raz w roku ulega pełnemu wymieszaniu

• Jeziora dimiktyczne - woda dwa razy ulega pełnemu wymieszaniu w czasie homotermii wiosennej i jesiennej

• Jeziora polimiktyczne - jeziora płytkie o licznych w ciągu roku okresach pełnego mieszania wód (często nawet codziennym mieszaniu wód)

• Jeziora oligomiktyczne - jeziora strefy przyrównikowej z wodą ciepłą w całym przekroju, o bardzo rzadkich i nieregularnie występujących okresach cyrkulacji wód

Innym ruchem wody jeziornej są sejsze , czyli zjawisko kołysania zwierciadła wody (przez zmianę ciśnienia atmosferycznego i deniwelacjami powierzchni jeziora spowodowanymi przez wiatr)

Ruch wody wywołują takie prądy, są to najczęściej prądy:

• przepływowe - powstają pod wpływem dopływu wód rzecznych do jeziora lub wypływu wód jeziornych do rzeki

• wiatrowe - w wyniku oddziaływania wiatru na powierzchnie jeziora; wykazują dużą zmienność

• gęstościowe - wywołują pionowe ruchy wody i występują jedynie w dużych stratyfikowanych jeziorach; są związane z różnicami gęstości o różnej temperaturze

- typy troficzne jezior

• oligotroficzne - mało żyzne zbiorniki wodne o niewielkiej produkcji biologicznej, wynikającej z niedoboru związków mineralnych i substancji biogennej; wody są przejrzyste, barwy niebieskawej, dobrze natlenione do dna; w rozwoju ewolucyjnym przekształca się w jezioro mezotroficzne;

• mezotroficzne - średnio żyzne zbiorniki o niezbyt dużej ilości substancji biogennych i organicznych; wody mają barwę zielonkawą, w warstwach przydennych ilości tlenu niewielkie; w rozwoju ewolucyjnym przekształca się w jezioro eutroficzne;

• eutroficzne - żyzne zbiorniki wodne o wysokiej produkcji biologicznej, wyrażającej się m.in. częstymi zakwitami planktonu; barwa wody zielona lub żółtozielona, w warstwach przydennych może występować deficyt tlenowy; w rozwoju ewolucyjnym przekształca się w trzęsawisko, a następnie w torfowisko niskie;

1kg fosforu daje przyrost masy organicznej rzędu 1 tony !

• dystroficzne - jałowe zbiorniki wodne o bardzo małej produkcji biologicznej, których woda ma barwę brunatną i wykazuje kwaśny odczyn; zarastając przekształcają się w trzęsawiska, a następnie w torfowiska wysokie;

• alkalitroficzne - zbiorniki zawierające znaczne ilości wapnia;

• acidotroficzne - zbiorniki na podłożu krystalicznym o wodzie pozbawionej wapnia, kwaśnej, o znikomej żyzności; charakterystyczne dla obszarów wulkanicznych;

• siderotroficzne - żelaziste, charakterystyczne dla Skandynawii.

- ewolucja misy jeziornej

Większość współczesnych jezior powstała w czwartorzędzie, najstarsze znane jeziora powstałe u schyłku trzeciorzędu. Jeziora są geologicznie krótkotrwałym tworem. W swoim rozwoju przechodzą kilka etapów:

1. powstanie (patrz geneza)

2. młodość - życie biologiczne dopiero się rozwija (odpowiada jeziorom oligotroficznym)

3. dojrzałość - pełnia życia biologicznego (odpowiada jeziorom eutroficznym)

4. starość - przeobrażenie się jeziora w bagno (odpowiada jeziorom dystroficznym)

5. zanik - który może nastąpić z następujących powodów: zarośnięcie, zasypanie utworami naniesionymi przez rzekę, wyschnięcie w skutek zmiany klimatu, erozyjne otwarcie misy jeziornej przez wypływającą rzekę, działalność antropologiczna (np. duży pobór wody)

Trzęsawiska - miejsca po dawnych jeziorach;

Pło - kożuch roślin torfowiskowych występujący na wodzie w formie zarastającego brzegu lub rodzaj pływającej wyspy, powstałej w wyniku odrywania się mszarów torfowcowych porastających brzegi jeziora.

- osady jezior

• Mineralne - dostarczane przede wszystkim przez rzeki; gromadzone głównie w obrębie delt; grubszy materiał akumulowany jest także wzdłuż brzegów jeziora (dzięki falowaniu i wzbudzaniu przez nie prądów morskich); frakcje drobniejsze są przenoszone dalej od brzegów i deponowane w postaci mułków i iłów

• Organiczne tzw. gytia - zwykle organiczny mów denny powstały w warunkach tlenowych lub deficytu tlenowego, zawierający rozpoznawalne cząsteczki organiczne. Gytie dzielimy na właściwe ( odmiany detrytusowe, wapienne i ilaste (jeziora oligotroficzne i mezotroficzne), piaszczyste, mieszane) i torfowe (sapropel - ciemny, organiczny muł denny o mazistej konsystencji, tłustej w dotyku; powstaje na skutek częściowego rozkładu org. roślinnych i zwierzęcych (śmierdzi CO₂ i H₂S) - występuje w jeziorach eutroficznych;; dy są też torfowe - brunatny osad organiczny - jeziora dystroficzne)

- zasilanie jezior i wahania stanów wody

Ze względu na charakter wymiany wody jeziora dzieli się na:

• odpływowe, odprowadzające część swoich wód w postaci odpływu rzecznego,

• bezodpływowe, nie mające takiego odpływu;

• przepływowe, czyli takie, do których dopływa rzeką mniej więcej tyle wody, ile odprowadza rzeka wypływająca z jeziora.

Wahania stanu wód zależą także od:

• dopływu powierzchniowego

• dopływu podziemnego

• padu na powierzchnie jeziora

• odpływu rzecznego

• opływu podziemnego

• parowania z powierzchni jeziora

- rola hydrologiczna jezior

Każde jezioro ściąga wody podziemne do siebie; wody nie uciekają z jezior bo ciśnienie słupa wody jest mniejsze niż gruntu;

Oparzelisko - miejsce wypływu wód podziemnych przy brzegu

11. Obszary podmokłe

- rodzaje i warunki tworzenia się obszarów podmokłych

Obszar podmokły to taki, który jest trwale nasycony wodą słodką lub słonawą;

Mogą być :

• bagna ombrogeniczne- zasilane wodą opadową, są na obszarach młodo glacjalnych (morenowych i sandrowych), na obszarach wydm krasowych;

• bagna topogeniczne - zasilane wodami podziemnymi, których ruch jest powolny;

• bagna poligeniczne - w miejscach wypływu wód podziemnych;

• bagna fluwiogeniczne - zasilane wodami wezbraniowymi, zwykle towarzyszą cieką

Rodzaje bagien:

• Bangno - termin nadrzędny

• Mokradła - uwilgotnienie zmienne, dominuje błotny, glejowy lub namywny proces glebotwórczy;

• Okresowe:

• Mułowiska

• Podmokliska

• Namuliska

• Torfowiska odwodnione

• Wymoki

• Stałe

• Trzęsawiska - w strefie przyjeziornej, zarośnięty zbiornik wodny, gdzie pod warstwą kożucha roślinnego znajduje się jeszcze woda lub półpłynne osady jeziorne

• Torfowisk - silnie uwodnione, przebiega typowo bagienny proces glebotwórczy tworzący torfy

• Torfowiska wysokie (tzw. mszar lub rojst)

• Kopułowe

• Kontynentalne

• Torfowiska niskie (łąkowe lub reofilne)

• Torfowiska szuwarowe

• Bagna nasycone wodą słoną

• Bagna słone

• Bagna słonawe

Cechą charakterystyczną występowania obszarów podmokłych jest płaskość terenu. Rzadko słabo zaznaczają się tu strefy erozyjne. Obszary te występują we wszystkich szerokościach geograficznych, od strefy tundry, poprzez szerokości umiarkowane, zwrotnikowe do równika (licznie na krańcach wiecznej zmarzliny, na obszarach krasowych, w strefie tundry i tajgi, a także na równinach zalewowych deltach dużych rzek Największe obszary podmokłe znajdują się w Ugandzie, na Florydzie.

- gospodarka wodna obszarów podmokłych

Ani w notatkach ani w książce tego nie ma…

- hydrologiczna rola obszarów podmokłych

Tereny podmokłe stanowią pośrednią formę retencji - ani szybką ani wolną; jeżeli ilość wody w obiegu maleje to kurczą się obszary podmokłe; obszary podmokłe są porośnięte roślinnością.

Tereny organiczne: torfowiska : niskie -> w najniższych partiach dolin rzecznych porastają trzciny, sitowia, lasy łęgowe; wysokie -> często w strefach wododziałowych porastają mchy, formacje sosny karłowatej w okolicach Babiej Góry, w wysokich partiach nie są zalewane; przejściowe -> gdy torfowiska niskie przechodzą w wysokie.

W Polsce 90 % torfowisk stanowią niskie, wysokie to 6% a przejściowe to 4%

- rozmieszczenie obszarów podmokłych

Torfowiska odznaczają się układem strefowym.

• Torfowiska poligonalne - występują na krańcach kontynentów Azji, Europy, Ameryki Pn, oraz na Szetlandach; strefa ciągłej marzłoci trwałej zalegającej na głębokości do 1m; porośnięte roślinnością zieloną i mchem; `poligony' oddzielone są od siebie głębokimi szczelinami wypełnionymi wodą z topniejącego śniegu;

• Torfowiska palsa - w strefie subarktycznej na obszarach nieciągłej i wyspowo zalegającej wieloletniej zmarzliny; okryte warstwą torfu torfowcowego, z mchami, roślinami zielonymi i czasem krzewinkami; ich wnętrze buduje trwale przemarznięty torf wraz z lodem.

• Torfowiska aapa - w strefie borealnej na południe od torfowisk palsa; mogą być bardzo rozległe; budowa: szerokie, płaskie, płytkie obniżenia podtopione wiosną przedzielają długie, wąskie mniej wilgotne wyniesienia do 1m. ( w północnej Szwecji i Kanadzie)

• Torfowiska wysokie niżowe - składają się z kęp, przedzielone dolinkowymi obniżeniami; zmienny układ kęp wraz ze wzrostem torfowiska

• Torfowiska kocowe - w strefie klimatu oceanicznego, o opadach ponad 1000 mm rocznie; zwartym płaszczem pokrywają obniżenia terenowe, stoki i kulminacje wzniesień

• Torfowiska wysokie, przejściowe i niskie - w klimacie umiarkowanym ciepłym (morskim i kontynentalnym) czyli w strefie lasów mieszanych

• Torfowiska górskie - wiszące i kopułowe - torfowiska astrefowe

W klimatach podzwrotnikowych nie ma torfowisk, w klimatach zwrotnikowych występują w dolinach aluwialnych w strefie przymorskiej; w strefie klimatów równikowych występują wzdłuż morskich wybrzeży, w deltach i dolinach dużych rzek.

-W Andach - bagna Szatt -słone

-W miejscu gdzie Nil Biały łączy się z Nilem Błękitnym - bagna Sud - pow. 150 000 km² - połowa Polski!-> porośnięte roślinnością wodolubną, papirusy, formacje trawiaste, hipopotamy; Nil Biały ma mniejsze wahania wód bo przepływa przez kilka jezior i traci w tym miejscu połowę swoich wód.

- We Włoszech - delta rzeki Pad - niecały 1% powierzchni zajęty przez bagna; w Szwecji 12-15% ; w Finlandii 20-25%, w Polsce 4-6%; najwięcej jest w strefach tajgi i tundry każdego kontynentu

- tendencja zmian

Nie mam pojęcia o co w tym chodzi, piszę bzdury które miałem w notatkach…

Odwodnienie terenów podmokłych :

• I fala : Zakon Cystersów

• II fala: Fala Olenderska, później Fryderyk Wilhelm II

Bagna zniknęły z obszaru Wielkopolski, jeżeli istnieją to lokalnie, a to przez złe zabezpieczenie odwodnionego terenu; Tak od siebie mogę dodać ze mamy do czynienia ze stepowieniem wielkopolski! I że kiedyś cała wlkp. była jednym wielkim bagnem - 30 % terenu było bagnami.

XII. Retencja śnieżna i lodowcowa

- rozmieszczenie obszarów z dominacją retencji wody w postaci stałej

Na prawie 25% powierzchni kontynentów woda występują w postaci stałej:

• Lód naziemny - lodowce i stała pokrywa śnieżna

• Lód podziemny - marzłoć trwała

Na strefę polarną przypada 98,6% całego zlodzenia naziemnego. Obszary te pokrywają głównie lodowce kontynentalne (lądolody) i pola lodowe np. lody Antarktydy i Grenlandii;

W pozostałych strefach (głównie umiarkowanej) są jedynie lodowce górskie - najwięcej na półkuli północnej w górach Azji i Ameryki Pn.; w Oceanii: w górach Nowej Zelandii i Afryce: na szczytach Kenia i Kilimandżaro

Lądolody i lodowce pokrywają ok. 16 mln km² powierzchni (11%) i magazynują 24 mln km³ wody. Najwięcej lody lodowcowego jest w Antarktyce bo 85,6%, na Grenlandii 11%, a wszystkich innych lodowców to 3,4%.

- warunki powstawania lodowców

• Odpowiedni klimat - czyli morski z dużą ilością opadów i długim okresem występowania ujemnej temperatury powietrza, aby bilans śnieżny był dodatni

• Rzeźba, która sprzyja gromadzeniu się śniegu - powierzchnie poziome lub słabo pofałdowane z formami wklęsłymi

• Powyżej granicy wiecznego śniegu (na obszarach podbiegunowych jest na poziomie morze, następnie wzrasta i maksimum osiąga w pobliżu zwrotników (6400m.n.p.m), następnie nieznacznie się obniża w stronę równika(4400-4900m.n.p.m); Ziemia Franciszka Józefa - 50m.n.p.m, Nowa Ziemia -200m n.p.m., Grenlandia (60^oN) - 1200m n.p.m. - przeciętna miąższość -200m, Alpy - 1500m n.p.m., Etna - 3300m n.p.m., Himalaje - 4000m n.p.m., Kilimandżaro-5000m n.p.m.

- bilans i ruch lodowców

Bilans to różnica między ilością śniegu i firnu zakumulowaną na powierzchni lodowca oraz ilością wody pochodzącą z topnienia lodowca, prowadzi do zmiany kształtu lodowca;

• Bilans aktywny - akumulacja jest większa od ablacji - lodowiec się rozprzestrzenia

• Bilans stacjonarny - dostawa równa się ubytkowi

• Bilans ujemny - lodowiec staje się martwy… - stopniowo się topi i zanika

W lodowcach kontynentalnych - masa lodowa jest wyciskana i rozpływa się we wszystkich kierunkach

W lodowcach górskich - spływa jęzorami w doliny

Podział ze względu na rodzaj ruchu

• Ruch płynny (prądowy) - masa lodowca posuwa się najszybciej w środkowej części, z powodu siły tarcia o podłoże prędkość ruchu lodowca zmniejsza się wraz z głębokością i wraz ze zbliżaniem się ku zboczom doliny

• Ruch bryłowy - jęzor lodowy przemieszcza się w dół doliny w postaci zwartej brył, a więc w przybliżeniu z równą prędkością w całym przekroju poprzecznym; występuje często w lodowcach z obfitym zasilaniem; znacznie szybsze prędkości niż przy ruchy płynnym

Prędkość przesuwania się lodowców waha się od kilku centymetrów na rok do kilkunastu i więcej metrów na dobę ! (najszybciej na obrzeżeniu Grenlandii, najwolniej w centrum Antarktyki i Grenlandii)

Zależy to od : intensywności zasilania, temperatury powietrza oraz nachylenia i rzeźby terenu;

- typy lodowców i ich geograficzne rozmieszczenie

Różnią się kształtem i wielkością przez warunki klimatyczne i topograficzne; morfologia lodowca zależy głównie od ilości lodu i rzeźby terenu; w zależności od rozciągłości i grubości wyróżnia się:

• Zlodowacenie pokrywowe - całkowicie zakrywa rzeźbę terenu; nagromadzenie jest w środkowej części a zanikanie na krańcach; zanika przez odłamywanie się ogromnych mas lody i tworzenia się gór lodowych. Wyróżnia się

• Lądolód -wielki lodowiec kontynentalny, zajmuje miliony km², kilka tys. metrów grubości

• Kopuła lodowa i czapa lodowa - kształt wypukłej czaszy; pokrywa całe wyspy lub obszary wyżynne i górskie; powierzchnia od setek do tysięcy km², miąższość od 100 do setek metrów; występują na wyspach Arktyki i Antarktyki, na Islandii

• Pola lodowe (lodowce fieldowe i norweskie) - zajmują niewielkie obszary i są dość cienkie; na ogół pokrywają szczytowe partie gór, z których schodzą w doliny jęzory lodowcowe; są w Norwegii, Patagonii, Islandii, Nowej Ziemi

• Lodowiec szelfowy - spływa z lądu do morza w postaci płyty lodowej; miąższość 200-300m, częściowo wspartej o dno i pływającej; są zwrócone klifem ku morzu o wysokości 2-50m.; u wybrzeży Antarktydy - największy lodowiec to Rossa ok. 530 tys. km²; także w Kanadyjskim Archipelagu Arktycznym

• Lodowce półpokrywowe (sieciowe, spitsbergeńskie) - nie zakrywa całkowicie rzeźby terenu bo nie są wystarczająco grube i ponad ich powierzchnią występują pasma górskie i nunataki (wzgórze, szczyt wznoszący się nad powierzchnię lądolodu i otoczony zewsząd przez pokrywę lodową)

• Zlodowacenie górskie - zależy od rzeźby terenu; zajmują obniżenia terenu (kotły, nisze, doliny); mają na ogół wyraźne pole firnowe i jęzor; ruch uwarunkowany nachyleniem i rzeźba podłoża; duża prędkość ruchu. Lodowce szczytów górskich i zobczy:

• Kaldery- lodowce leżące w kraterach wygasłych wulkanów

• Gwiazdopodobne - tworzą krótkie języki wychodzące z jednego pola firnowego leżącego na szczycie góry

• Cyrkowe - leżą w wysoko położonych karach (mają tylko pole firnowe !!)

• Wiszące - leży na stromych zboczach górskich w płytkich zapadliskach

• Lodowce dolinne

• Typu alpejskiego - proste z jednym polem firnowym od którego wychodzi jeden jęzor; najlepiej rozwinięte w Alpach, na Kaukazie, Andach, Himalajah

• Typu himalajskiego - dendrytyczne, złożone z wielu jęzorów; głownie w Himalajach oraz górach Pamir i Karakorum

• Pojedyncze jęzory lodowcowe bez pola firnowego

• Lodowiec piedmontowy - z kilku pół firnowych spływają jęzory , tworząc na równinnym przedpolu gór jedną wielką pokrywę lodową; jest lądowym odpowiednikiem lodowca szelfowego; charakterystyczny głównie dla Alaski - Malaspina -> największy na świecie

Największe lodowce górskie występują na Alasce oraz na Himalajach i Karakorum. Największy lodowiec górski na świecie to Beringa na Alasce; w Azji największy jest lodowiec Fedczenki a w Europie Grosser Aletsch.

- hydrologiczna rola lodowców

Stanowi podstawę zasobów wodnych hydrosfery. Główny zbiornik wody słodkiej na Ziemi (stanowią 68,7% zapasów wody słodkiej)

XIII. Wody podziemne

- geneza wód podziemnych

Pochodzenie wód podziemnych może być różne, mogą być one:

• Infiltracyjne - tworzą się w warstwach Ziemi w skutek przesiąkania opadów atmosferycznych (uzależnione jest to od ilości opadów, rzeźby terenu, zdolności skał to przewodzenia wody); uczestniczą aktywnie w cyklu hydrologicznym; są to wody odnawialne; są głównym typem genetycznym wód podziemnych litosfery !

• Kondensacyjne - powstaje w wyniku skraplania pary wodnej bądź na powierzchni ziemi lub bezpośrednio pod powierzchnią ziemi; nagrzanie się powietrza w dzień-> wzrost prężności pary wodnej i przeniknięcie jej w skały doprowadzając do wzrostu wilgotności zawartego w nich powietrza-> w nocy zawarta para wodna przesuwa się do warstw przypowierzchniowych-> zetknięcie z chłodniejszym powietrzem lub skałami-> przez różnice temp. wilgotność powietrza w skale zbliża się do granicy nasycenia-> osiągniecie punktu rosy i skroplenie; ma niewielkie znaczenie w zasilaniu wód podziemnych, jedynie na obszarach suchych z dużymi dobowymi wahaniami temp. (stepy, pustynie)

• Juwenilne - powstają w ostatnim etapie krzepnięcia magmy podczas jej wędrówki ku powierzchni ziemi, magma musi spaść poniżej temp. krytycznej czyli +374,5^oC i 217,5 atmosfer.; może zasilać wody podziemne, lub tworzyć zbiorniki, albo wypływ w postaci gejzerów; są to wody zmineralizowane, mają dużą ilość gazów; występują na obszarach czynnego i wygasłego wulkanizmu (Wyspy Kurylskie, Kamczatka)

• Reliktowe - występują na znacznych głębokościach; poza strefą aktywnej wymiany, nie biorą udziału w obiegu wody; są to wody stagnujące;; wyróżniamy wody reliktowe sedymentacyjne -np. pozostałości dawnych zbiorników wodnych, starsze, wiek wody = wiekowi skał; oraz wody reliktowe infiltracyjne-młodsze - wody np. atmosferyczne które kiedyś przesączyły się do zdiagenezowanych utworów a następnie wraz z nimi zostały odizolowane

• Metamorficzne - powstają w czasie termicznej metamorfozy minerałów nietrwałych w tzw. procesie dehydroksylacji

- podziały wód podziemnych

Ze względu na charakter zwierciadła

• Zwierciadło swobodne

• Zwierciadło napięte (wody arytrezyjskie i subartyrezyjskie)

Ze względu na głębokość występowania

• Przypowierzchniowe - na małych głębokościach; na ogół nieciągły poziom wodonośny; praktycznie pozbawione strefy aeracji; zanieczyszczone; duży wpływ atmosfery

• Gruntowe - pierwsza od terenu trwała warstwa wodonośna; ponad zwierciadłem wód jest strefa aeracji; zasilane bezpośrednio przez opady i wody powierzchniowe

• Wgłębne - występują w warstwach wodonośnych przykrytych skałami słabo lub nieprzepuszczalnymi; zasilanie przez szczeliny uskokowe lub okna hydrogeologiczne (przerwy w utworach nieprzepuszczalnych występujących w stropie warstwy z wodami wgłębnymi)

• Głębinowe - głęboko pod powierzchnią, całkowicie od niej odizolowane ; są to na ogół wody reliktowe; na ogół zmineralizowane; pod wysokim ciśnieniem; często są to cieplice

Ze względu na rodzaj skał:

• Wody warstwowe (porowe)

• Wody szczelinowe

• Wody krasowe

• Porowo-szczelinowe

• Szczelinowo-krasowe

- wody podziemne w strefie aeracji i saturacji

Strefa aeracji (strefa napowietrzenia) - przypowierzchniowa część utworów geologicznych , w której współistnieją cząsteczki skały, woda i powietrze. Występuje od powierzchni terenu do zwierciadła wód podziemnych (do miejsca gdzie występuje skała i woda wolna); może sięgać do kilku cm (na obszarach bagiennych) do ponad 100m (na obszarach górskich, krasowych i pustyniach); woda występuje w 3 stanach skupienia. Rodzaje wód:

• Para wodna - występuje w powietrzu glebowym; może się przemieszczać biernie(wraz z powietrzem glebowym)lub aktywnie (na skutek dyfuzji); ulega kondensacji (szczególnie przy ujemnej temp.) i sorpcji

• Woda związana chemicznie (krystalizacyjna) - składnik niektórych minerałów i związków glebowych (np. gips, tlenki krzemu); nie rozpuszcza składników pokarmowych, niedostępna dla roślin; w sensie fizycznym ma postać stałą i nie bierze udziału w krążeniu wody w przyrodzie

• Woda związana fizycznie - związana siłami molekularnymi z ziarnami skał; od jej ilości zależy dalsze przemieszczanie się wolnej wody grawitacyjnej w głąb ku wodom podziemnym; 2 rodzaje:

• Woda higroskopowa - powstaje na skutek adsorpcji pary wodnej z powietrza na powierzchnie ziaren i drobin organicznych, jest w sposób najbardziej trwały związana z nimi; najbardziej absorbują iły -20%; higroskopowość niepełna jest gdy woda otacza ziarno częściowo a maksymalna gdy otacza całkowicie; nie ma zdolności ruchu, niska temp. zamarzania -78^oC, nie może być pobierana przez rośliny.

• Woda błonkowata - tworzy warstewki wody znajdujące się dalej od powierzchni ziarna niż otoczka wody higroskopowej; otacza ziarno wraz z wodą higroskopową w postaci błonki; warstewki wody tworzą się gdy skała osiągnie maksymalny stan wilgotności higroskopowej; zamarza przy temp. 0^oC, ograniczona zdolność rozpuszczania soli i poruszania; na ogół niedostępna dla roślin; ilość wody błonkowatej w skale nosi nazwę wilgotności molekularnej ( w żwirach wynosi 1,5% a w iłach 45%)

• Woda kapilarna (włoskowata) - forma pośrednia między wodą związaną fizycznie a wolną wodą grawitacyjna; przemieszcza się w próżniach skalnych; im mniejsza frakcja tym większe jest zwierciadło np. w iłach piaszczystych jest większa niż w piasku gruboziarnistym; wykazuję dużą ruchliwość, podlega sile ciężkości, przemieszcza się od wilgotności większej to mniejszej; aktywnie transportuje i rozpuszcza sole i drobne zawiesiny; uzupełnia zapas wód w warunkach intensywnej transpiracji roślin i parowania z powierzchniowej warstwy gruntu

• Podparta - gdy występuje w pobliżu strefy saturacji

• Zawieszona - wody opadowe przenikają do porów o charakterze kapilarnym (średnica mniejsza od 1-3 mm)

• Woda wolna (grawitacyjna) - występuje głównie w postaci wody wsiąkowej czyli przemieszczającej się w głąb utworów skalnych do strefy saturacji; jej występowanie zależy od ilości i częstotliwości opadów oraz przepuszczalności skał budujących strefę aeracji; zapełnia ona większe przestwory skalne niż woda kapilarna i przemieszcza się pod wpływem grawitacji jeśli wszystkie przestwory kapilarne zostaną wypełnione; gdy woda zatrzymuje się i gromadzi na soczewkach skał nieprzepuszczalnych to mówimy o wodzie wolnej zawieszonej

Wszystkie te rodzaje wód czyli : parę wodną, wodę związana chemicznie i fizycznie, wodę kapilarną i wodę wolną określamy mianem wilgoci glebowej, a sama strefa aeracji często nazywana jest strefą wietrzenia, przez procesy fizyczne i chemiczne które w niej zachodzą.

Strefa saturacji - strefa nasycenia, to część środowiska skalnego, którego wszystkie przestrzenie porowe, próżnie i szczeliny wypełnia wolna woda grawitacyjna; górna granica to zwierciadło wód podziemnych, a dolną warstwę tworzą skały nieprzepuszczalne; tu także występują wody związane fizycznie wokół ziaren skalnych.. Tyle wyczytałem z pdr. a na Dari I notatkach było :

• Wody zaskórne - barwa żółta, brązowa, duża ilość kwasów humusowych, nie zdatne do picoa

• Wody gruntowe - podścielone warstwą nieprzepuszczalną, o swobodnym zwierciadle

• Wody wgłębne - glina, infiltracja minimalna (wody artytezyjskie, i subartytezyjsie)

• Wody głębinowe - warstwę nasyconą wodą nazywamy wodonośną... choć nie wiem co to ma do wód głębinowych...

-najistotniejsze cechy warstw wodonośnych (porowatość, wodoprzepuszczalność, wodochłonność, odsączalność, filtracja i fluacja)

• Porowatość - ogólna objętość wolnych przestrzeni w skale; np. piaski i żwiry 40-50%

• Wodochłonność - zdolność skały do chłonięcia wody

• Odsączalność - zdolność skały do odwadnia wody; iły nie oddają wody bo jest fizycznie związana

• Wodoprzepuszczalność - zdolność skały do przepuszczania wody

• Filtracja - ruch wody podziemnej w skałach porowatych i szczelinowych - faza odpływu podziemnego (ruch poziomy)

• Filtracja turbulentna (fluacja)- występuje w skałach szczelinowych i skrasowiałych

- prawo Darcy - metody badania filtracji

Niestandardowa jednostka przepuszczalności ośrodków porowatych, powszechnie stosowana w przemyśle naftowym i geologii. Jej odpowiednikiem w standardowym układzie jednostek (SI) jest metr kwadratowy (m²).

Wzór: Q=k*J*F

Definicja: ilość wody jaka przemieszcza się przez warstwę wodonośną jest wprost proporcjonalna do współczynnika filtracji (k), do spadku hydraulicznego (J) i pola przekroju (F)

infiltracja i zasilanie wód podziemnych

Infiltracja zachodzi w strefie zasilania, czyli na obszarze na którym warstwa wodonośna wychodzi na powierzchnię terenu i gdzie następuje przesiąkanie wód opadowych lub powierzchniowych (z rzek i jezior) - ruch pionowy;

Wsiąkanie wody w glebę i przesiąkanie przez nią odbywa się w strefie aeracji, proces ten zachodzi głównie przez opady i zależy od przepuszczalności utworów powierzchniowych, wilgotności (niska wilgotność ogranicza infiltracje) i temperatury (wysoka temp. ogranicza infiltracje). Woda wsiąkająca ma większy problem w przedostaniu się w głąb niż deszcz w przedostaniu się na ziemię bo opór stawiany w postaci ziaren i koloidów a także wody związanej z tymi ziarnami (wilgoci glebowej) jest większy. Od ilości wilgoci glebowej zależą chwilowe warunki wsiąkania; ilość wilgoci glebowej zależy od warunków pogodowych (maleje w okresie suszy, wzrasta na skutek kondensacji pary wodnej oraz w czasie opadów i roztopów). Jeśli gleba jest sucha to wsiąkająca woda użyta jest na zwilżanie gleby i pęcznienie koloidów (czyli uzupełnieniu wilgoci glebowej).

Pod pojęciem wsiąkania należy rozumieć nie tylko samą infiltracje ale i proces uzupełniania wilgoci glebowej.

Infiltrująca w skały woda opadowa dociera po pewnym czasie do zwierciadła wód podziemnych (w Polsce od 3-70 godzin); jest ona głównym źródłem zasilania (alimentacji) zwłaszcza w klimatach wilgotnych i wraz z bardziej suchym klimatem rola opadów maleje.

Wskaźnik infiltracji efektywnej - informuje nas o ilości wody, która drogą filtracji opadu atmosferycznego dociera do poziomu wodonośnego; największy wskaźnik mają żwiry, piaski sandrowe, wydmowe, rzeczne - 0,30 a najgorsze mają gliny zwałowe, iły - 0,05

wahania zwierciadła wód podziemnych

• W każdym klimacie istniej równowaga zwierciadła wód podziemnych, między zasilaniem z opadów a odpływem do rzek jezior, mórz. Przez strefowość klimatu istnieje także pewna strefowość występowania wód podziemnych

• Strefy tundry: dużo opadów, mało parowania -> duże uwilgotnienie klimatu ->zwierciadło wód jest blisko powierzchni , współkształtnie z terenem, woda w zasięgu korzeni roślin - równowaga parowania

• Im dalej na południe tym zwierciadło jest niżej bo uwilgotnienie klimatu się zmniejsza (wzrost temp.); źródło głównie zasilane jest przez opady atmosfer, źródło ma kształ warswty leżajcej nad źródłem a warstwa podścielająca nie mawiększego wpływu na kształt. -równowaga wsiąkowa (infiltracyjna)

• W strefach półsuchych źwierciadło obniża się do tego stopnia że obejmuje powierzchnie międzyrzeczy (wcina się w rzekę „z góry”) - równowaga drenowania

• Koło zwrotników to parowanie przewyższa opad i zwierciadło obniża się aż schodzi do poziomu rzej a w porze suchej nawet poniżej tego poziomu -równowaga depresyjna odwracalna

• W warunkach przewagi parowania terenowego nad opadem obszar nawadniają tylko rzeki allochtoniczne i wody podziemne napływające z wilgotniejszych stref po dnach głębokich basenów - równowana nawodnienia

• Astrefowy charakter ma równowaga podesłania gdzie kształt zwierciadła wody podziemnej pozostającego w tej równowadze dynamicznej zależy od budowy geolog. I rzeźby powierzchni warstwy podściełającej.

związek wód podziemnych z wodami rzecznymi, jeziornymi i morskimi

Wody rzeczne:

• Rzeki drenujące- rzeka zasilana jest przez wody podziemne. Oddają one z dwóch stron (po obu brzegach) rzece wzdłuż jej biegu część swoich zasobów; w tym przypadku zwierciadło wód podziemnych obniża się w stronę koryta cieku i na jego brzegu wiąże się z lustrem wody.

• Rzeki infiltrujące - rzeki oddają część swoich wód; zwierciadło wody powierzchniowej obniża się obustronnie od koryta cieku na zewnątrz

• Rzeka na jednym brzegu trenuje wody podziemne (zabiera) a na drugim zasila je (oddaje)

Jeziora:

Mechanizm krążenia podlega tym samym prawom hydrodynamicznym, które rządzą w dolinie rzecznej, jednak drenowanie poziomów wodonośnych przez jeziora jest bardziej złożone. Dzieje się tak przez dużą głębokość jezior; prócz wód gruntowych mogą uczestniczyć wody z głębszych poziomów wodonośnych; jeziora także mogą zasilać warstwy wodonośne, bądź też zmienna funkcja drenująca lub alimentująca

Morza:

• Kontakt wód podziemnych z wodą morską zależy przede wszystkim od rodzaju skał budujących wybrzeże morskie; jeśli są to skały przepuszczalne to woda infiltruje w głąb lądu i na drodze napotyka spływające ku morzu wody podziemne. W strefie ich kontaktu tworzy się równowaga między lżejszą wodą słodką a cięższa słoną; układ ten jest przejawem wgłębnego zasilania lądu przez morze

• Pod wyspą tworzy się swego rodzaju soczewka (woda słona jest pod wodą słodka); kształt soczewki wody słodkiej zależy od kształtu jej zwierciadła; soczewka wody słodkie jest grubsza im mniejsza jest gęstość wody słodkiej

wody szczelinowe i krasowe

Wody szczelinowe:

Krążą one w spękanych skałach osadowych, magmowych lub metamorficznych. Szczeliny mogą mięć różna genezę, kształt, wielkość i układ. Ilość wody jest uzależniona od gęstości szczelin; gęsta i wzajemnie się przecinająca sieć szczelin sprzyja połączeniu wód w jeden system choć zwierciadło wód szczelinowych nie ma ciągłego charakteru; ruch odbywa się w różnym kierunku i z różna prędkością, zarówno pionowo jak i poziomo. Jest on przyporządkowany tektonice i ciśnieniu hydrostatycznemu. Zasilanie może być bezpośrednie lub pośrednie (gdy leża na nich skały przepuszczalne); zwierciadło na ogół swobodne i nie wykazuję związku z ukształtowanie terenu.; przy powierzchni woda tkwi zazwyczaj w szczelinach wietrzeniowych a niżej w tektonicznych

Wody krasowe

Występują w próżniach, kanałach, i kawernach pwstałych w skutek ługowania wapieni, dolomitów gipsów; od szczelinowych różnią się głównie wielkością próżni w jakiej występują; zasilane są tak samo, choć ich zasalanie jest intensywne.

Ponor - miejsce gdzie woda powierzchniowa gubi się w krasie

Krążenie zależy od budowy geolog. (tektoniki i składu chem.) i geomorfologii; w układzie krążenia wyróżnia się ruch pionowy zasilający i ruch poziomy -wyprowadzający wodę na powierzchnie często w postaci wywierzysk

Strefa wadyczna - strefa między powierzchnią terenu a swobodnym zwierciadłem wód (odpowiednik strefy aeracji)

Strefa wadyczno-freatyczna (przejściowa) - utożsamiana z poziomem rzeki podziemnej. (to wody płynące w kanałach krasowych)

Strefa freatyczna - wszystkie próżnie i szczeliny wypełnia woda występująca poniżej najniższego poziomu zwierciadła wód podziemnych

wody mineralne

Ogólna zawartość rozpuszczonych w wodzie substancji - mineralizacja

Wody

• ultrasłodkie - poniżej 100mg/l

• Słodkie - 100-500mg/l

• Akratopegi 500mg-1g/l

• Mineralne - powyżej 1g/l

• O niskiej mineralizacji

• O wysokiej mineralizacji

Albo inny podział :

• Wodorowęglanowe - klimaty wilgotne, umiarkowane, wody kwaśne

• Siarczanowe - Azja środkowa, suchy klimat

• Chlorkowe - wody morskie

Na lądach: wód wodorowęglanowych jest więcej niż wód siarczanowych chlorkowych (?)

Wody oceaniczne: więcej jest chlorkowych od wodorowęglanowych

Wody oceaniczne charakteryzują się stałością składu chemicznego, istnieje stały stosunek między najważniejszymi składnikami

Chlorki - 88,5%

Siarczany (magnez, wapni, potas) ok. 10%

Węglany -0,245%

Albo jeszcze inny podział wód mineralnych który jest jak dla mnie najlepszy:

• szczawy - obecność CO2, na terenach młodego wulkanizmu (Szczawno Zdrój, Szawnica, Karpaty, Sudety)

• alkaliczne

• radoczynowe

• termiczne np. Cieplice

• solanki - duża ilość NaCl

• siarczanowe (Brzesko Zdrój) - związany z osadami solnymi na niżu i zapadlisku podkarpackim (Morze Sarmackie)

• siarkowe - rejon Tarnobrzegu

XIV. Źródła

1. Źródła wg różnych kryteriów

Źródło - samoczynny i skoncentrowany wypływ wody podziemnej na powierzchnię; w miejscu gdzie powierzchnia topograficzna przecina warstwę wodonośną lub statyczne zwierciadło wody podziemnej; źródła znajdują się w klimacie: wilgotnym, umiarkowanie wilgotnym i subniwalnym, na obszarach suchych i półsuchych zwierciadło wód podziemnych leży zbyt nisko, a w klimatach subpolarnych jest wieczna zmarzlina w glebie

Klasyfikacja źródeł ze względu od rodzaju siły powodującej wypływ wody:

• Źródło spływowe (descenzyjne, grawitacyjne, zstępujące) - woda wypływa pod wpływem siły ciężkości, z góry w dół, zwierciadło zasilającej warstwy wodonośnej pochylone w stronę źródła

• Źródła podpływowe (ascenzyjne, wstępujące, artezyjskie) - woda wypływa pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego, z dołu ku górze, naturalne wypływy wód artezyjskich lub wód szczelinowych

• Źródła lewarowe (intermitujące, syfonowe) - woda wypływa okresowo z kanału lewarowego na zasadzie ssania; w szczelinach krasowych woda spływa do większej kawerny, jej poziom podnosi się do wysokości szczeliny wylotowej, kiedy woda przepływa przez szczeliną następuje jej zassanie i przepompowanie przez przeszkodę, przepływ ustaje, gdy do szczeliny dostaje się powietrze (i tak w kółko)

Podział ze względu na warunki geologiczne:

• Źródło warstwowe - wypływają z utworów porowych i są zasilane przez wody podziemne występujące w tych utworach: źródła warstwowo-erozyjne - nacięcie w wyniku erozji warstwy wodonośnej (zboczowe lub tarasowe), warstwowo-kontaktowe (krawędziowe, stokowe, dolinne) - na granicy warstwy przepuszczalnej i nieprzepuszczalnej, gdy przetnie je powierzchnia topograficzna (wypływ w miejscu kontaktu warstwy nieprzepuszczalnej z wodonośną), przelewowe - warstwa trudno przepuszczalna znajdująca się pod wodonośną jest przechylona przeciwnie do kierunku spływu wód podziemnych, warstwowo-zaporowe - zmniejszenie miąższości lub przepuszczalności warstwy wodonośnej (doliny, stożki napływowe); wydajność zależy od wielkości zasilania warstwy wodonośnej i przepuszczalności utworów; na ogół mało wydajne

• Źródła szczelinowe - wyprowadzają wody krążące w skałach litych, wypływ wody pod wpływem grawitacji lub ciśnieniem hydrostatycznym; mogą być pulsujące (podpływowe) - wypływ wody z niewielkimi przerwami (sekundowe lub minutowe), przyczyną pulsacji jest piasek zatykający szczelinę (jeśli ciśnienie jest za słabe wypływ jest hamowany, jeśli dostateczne to wypływa); zmienna wydajność w zależności od opadu

• Źródło uskokowe - wyprowadza wodę szczeliną uskokową biegnącą przez warstwy nieprzepuszczalne albo wzdłuż płaszczyzny uskokowej rozgraniczającej warstwy wodonośne i nieprzepuszczalne, często wody termalne i mineralne, wydajność stała

• Źródła krasowe - w skałach podlegających krasowieniu przez przesiąkające i krążące wody, szczelinowate utwory wapienne, woda tam krążąca wydobywa się na zewnątrz często w postaci źródeł lewarowych lub artezyjskich; są to wywierzyska, są bardzo wydajne

Ze względu na położenie i morfologię terenu:

• Zboczowe (stokowe) - zbocza dolin

• Krawędziowe - wypływające u podnóża krawędzi morfologicznej; odmiana: klifowe

• Tarasowe - u podnóża tarasów rzecznych

• Przykorytowe i korytowe - wypływające w korycie

• Grzbietowe - na grzbietach

Ze względu na przyczynę powodującą piętrzenie wody podziemnej:

• Zaporowe

• Przelewowe

Ze względu na charakter litologiczny utworów:

• Skalne - bezpośrednio z niezwietrzanych skał

• Rumoszowe - z pokrywy zwietrzelinowej o dużych okruchach skalnych

• Zwietrzelinowe - pokrywa zwietrzelinowa z drobnych okruchów skalnych

• Morenowe

• Sandrowe

• Osuwiskowe - z jęzora osuwiskowego, prowadzą wodę z utworów pod osuwiskiem

• Deluwialne

Ze względu na cechy fizyczno-chemiczne wody:

1. Temperatura:

• Zwykłe - temp. niższa niż 20^oC

• Termalne - temp. wyższa niż 20^oC

2. Mineralizacja wody:

• Ultra słodkie - poniżej 0,1g substancji mineralnych rozpuszczonych w 1 dm³ wody

• Słodkie - mineralizacja 0,1-0,5 g/ dm³

• Mineralne - powyżej 1g/ dm³

Ze względu na trwałość wypływu:

• Stałe - stały odpływ

• Okresowe - drenują wody podziemne tylko w okresie wysokich stanów

2. Gejzery - źródła, które w regularnych lub nieregularnych odstępach czasu wyrzucają z otworu gorącą wodę oraz parę wodną, woda z powierzchni gromadzi się w głębokim przewodzie, ogrzewana z dołu przez ognisko wulkaniczne, w dolnej części temp. wody przekracza 110^oC, na dole nie wrze, bo za wysokie ciśnienie, gdy góra zaczyna wrzeć, to dół zamienia się w parę wodną i wyrzuca wodę na powierzchnię, ochłodzona woda na powierzchni spływa z powrotem do kanału i tak w kółko

Źródła gazujące - soffioni - wyziewy pary wodnej, siarkowodoru i CO₂ (Toskania)

Młaki - powierzchniowe, rozlewne wypływy wody podziemnej, zatorfione i zabagnione, na ogół dają odpływ, tam gdzie jest zahamowanie swobodnego odpływu głównie przez zwietrzelinę

Wyciek - nieskoncentrowany wypływ wód podziemnych, bardzo słaby, powierzchniowy, z odsłoniętej warstwy wodonośnej lub zwietrzeliny skalnej, na zboczach dolin lub w korytach rzecznych

Wykap - wyciek na stromym zboczu, gdzie woda wydostaje się kroplami

Wysięk - słabe sączenie wód podziemnych z utworów luźnych lub odsłoniętych szczelin (ewaporacyjny, infiltracyjny, ewaporacyjno-infiltracyjny), bez wyraźnego odpływu

XV. Rzeki

1. Rzeka jako funkcja klimatu i rzeźby

• Erozja powierzchniowa: gleby, zbocza, stoku; powodowana przez spływ powierzchniowy; intensywność zależy od szaty roślinnej oraz ilości i natężenia opadów, przebiegu roztopów, nachylenie, długość i kształt stoku, budowa podłoża, jego spoistość i przepuszczalność

• Denudacja - wymywanie

• Akumulacja osadów w korycie i ich przemieszczanie wraz z prądem

• Erozja rzeczna (denna i boczna)

• Kaptaż - erozja wsteczna, przeciągnięcie rzeki, przechwycenie jednej rzeki wolniejszej o słabszej erozji wgłębnej przez drugą, która jest „aktywniejsza”, następuje wtedy przecięcie działu wodnego

• Solucja - rozpuszczanie chemiczne skał

• Wymywanie - eworsja, pogłębianie koryta ruchem wirowym za pomocą materiału

• Ścieranie - korazja

• Rozkruszanie i szorowanie

• Intensywność erozji zależy od: prędkości przepływu, ilości i jakości transportowanego materiału, odporności podłoża, spadku i przebiegu koryta

• Rumowisko skalne:

• Toczyny - głazy i duże odłamki przetaczane lub tylko przesuwa po dnie podczas dużych wezbrań

• Wleczyny - odłamki, które nie tracą kontaktu z dnem podczas transportu (otoczaki, żwiry, piaski)

• Unosiny - transportowane w masie wody (najdrobniejsze szczątki mineralne i organiczne, których ciężar właściwy jest większy od ciężaru właściwego wody)

• Zawiesiny - rumowisko zawieszone, przeważnie materiał pochodzenia organicznego o ciężarze właściwym mniejszym niż ciężar wody

• Roztwory - rumowisko rozpuszczone

• Saltacja - ruch skokowy, ziarna przemieszczają się w różny sposób

Podstawowy skład wód powierzchniowych: tlen, dwutlenek węgla, siarkowodór, kationy wapnia (przewaga), magnezu (przewaga), sodu, potasu, aniony wodorowęglanowy (przewaga), siarczanowy, chlorkowy, krzemionka - substancje rozpuszczone w wodzie - mineralizacja

Zasolenie jezior - poniżej 0,5 promili

Jeziora:

• Sodowe (siarczan i węglan sodu)

• Siarczanowe (siarczan sodu i magnezu)

• Chlorkowe (chlorek sodu)

• Boraksowe (boraks - czteroboran sodu)

Najbardziej zasolone jeziora: Gusgen (368 promili), Elton (265 promili), Morze Martwe (231,3 promila)

System rzeczny - klasyfikacja, rodzaje cieków, gęstość sieci rzecznej

Rodzaje cieków:

1. Naturalne:

• Struga, strumień, strumyk - małe cieki na równinach, niewielki obszar zasilania (kilka lub kilkanaście km²), początek dają im młaki, wycieki, Malo wydajne źródła; strumyk i strumień ma bardziej wartki nurt od strugi

• Potok - mały ciek, wydajne źródło (często wywierzysko), wartki nurt, wąskie koryto, dno kamieniste lub żwirowe to potok górski, dno piaszczyste lub muliste nizinny, cieki górskie o spadku powyżej kilku promili to potoki, na potokach tworzą się wodospady - szybka erozja skał (lub szypoty)

• Rzeka - z połączenia potoku, wypływa z lodowca, wywierzyska, rzadko obszaru zabagnionego, zasilana podziemnie i powierzchniowo, ukształtowane koryto, płynie pod wpływem siły grawitacji w łożysku i dolinie, działa erozyjnie

Dolina rzeczna:

• Koryto - najniższa część doliny wyżłobiona przez rzekę, woda płynie tam przez większą część roku (koryto małej wody - ta część koryta, przez którą woda płynie stale)

• Taras zalewowy - część dolny zalewana podczas wysokich stanów wody,

• Łożysko - taras zalewowy i koryto; jednostronne, dwustronne, przemienne

• Łuki i przejścia - największe głębokości przy brzegu wklęsłym

• Nurt - woda najszybciej płynie tam, gdzie jest najgłębiej (brzeg wklęsły) - erozja boczna, na przejściu nurt przebiega ukośnie

• Plosa (głębie) - przy stromym wklęsłym brzegu

• Przemiały (przejścia, brody) - płytkie przejścia, pod kątem do kierunku płynięcia wody

• Odsypiska - fałdy boczne pomiędzy plosami, na przemian po obu stronach koryta

• Ławice - nagromadzenie rumowiska w środkowej części koryta (kamieńce, piaszczyste mielizny), czasem może stać się łachą

• Meandry - erozja boczna, ruch śrubowy, kąt środkowy powyżej 180^o, rzeka dąży do zmniejszenia spadku

• Starorzecza - odcięty meander

• Pas meandrowy - tam, gdzie tworzą się meandry

Parametry przekroju poprzecznego:

1. Szerokość zwierciadła

2. Powierzchnia przekroju poprzecznego

3. Głębokość maksymalna

4. Obwód zwilżony - długość obwodu przekroju poprzecznego, na której woda styka się z podłożem

Nil - katarakty

Dniestr - porohy

Ze względu na bieg wyróżniamy rzeki:

1. O biegu prostym - sztucznie uregulowane

2. O biegu krętym - jedno mało kręte koryto

3. Meandrujące - bardzo kręte, wiele meandrów i progów

4. Roztokowe - kilka płytkich koryt, które rozdzielają się i łączą

5. Anastomozujące - kilka nieregularnie wijących się głębokich koryt, rozdzielonych stałymi, porośniętymi wyspami

Typy profili podłużnych:

• Profil równowagi - bardziej stroma u źródeł, wyrównana bliżej ujścia, większość rzek świata

• Prostoliniowy - wyrównany spadek wzdłuż biegu rzeki, małe cieki

• Wypukły - mały spadek w górnym biegu, duży w dolnym

• Schodkowy - odcinki o małym i dużym spadku

BIEG GÓRNY - duży spadek i prędkość wody, intensywna erozja denna, (bieg górski - rzeki górskie, bieg źródliskowy - rzeki równinne)

BIEG ŚRODKOWY - mniejsza prędkość wody i spadek, większa erozja boczna - zakola, szersza dolina

BIEG DOLNY - niewielki spadek, powolny ruch wody, akumulacja, ujście do innej rzeki, jeziora lub morza (zdarzają się również obszary bezodpływowe), odcinek ujściowy - cofka morska

Delta - płaskie rozgałęzione ujście do morza lub jeziora, powstaje w wyniku dużego nagromadzenia materiału, działalność budująca rzeki jest większa niż niszcząca morza

Podział delt:

• Schowane - w zatokach, np. Nil, Żółta Rzeka, Jangcy, wisła, Odra

• Wysunięte - rosnące w stronę otwartego morza, np. Missisipi, Ren

• Stożkowe - stożek napływowy wkracza do zbiornika, obszary sąsiadujące bezpośrednio z górami

Estuarium - ujście lejkowate, pływu, prądy, mieszanie się wody słodkiej i słonej

Limany i laguny - płytkie zatoki odcięte mierzejami (Amazonka)

Delty: Wołga, Dunaj, Pad, Rodan, Ganges z Brahmaputrą, Eufrat z Tygrysem, Indus, Missisipi, Orinoko, Niger, Nil, Zambezi

Estuaria: Rzeka Św. Wawrzyńca, Para, Kongo, Amur, Tamiza, Garonna, Loara, Sekwana, Łaba

Parametry morfometryczne rzeki:

1. Długość - wzdłuż linii nurtu

2. Rozwinięcie - stosunek długości do linii prostej prowadzonej od źródła do ujścia

3. Krętość - stosunek długości rzeki do długości jej doliny

Cieki sztuczne:

Rów - tuczne koryto, często okresowo napełniane wodą, prowadzone ze spadkiem terenu

Kanał otwarty - trapezowy przekrój, ubezpieczone skarpy, mogą być: melioracyjne (Kanał Obry, Wieprz-Krzna), żeglugowe (śródlądowe) - Bydgoski, Gliwicki, Augustowski, przemysłowe i energetyczne (Łączański)

Sieć rzeczna - wszystkie cieki sztuczne i naturalne na danym obszarze

Rzeki tworzą się przy opadach nie mniejszych niż:

• 200-250 - strefa umiarkowana

• 400-500 - strefa podzwrotnikowa

• 700-1000 - strefa gorąca

Podział rzek ze względu na ciągłość zasilania:

• Stale płynące (permanentne) - prowadzą wodę przez cały rok, opad większy od parowania, zasilanie powierzchniowe i podziemne

• Sporadycznie wysychające - zasilane przez spływ powierzchniowy i wody podziemne, zanikają podczas długiej suszy ze względu na obniżenie zwierciadła wody podziemnej i brak zasilania powierzchniowego

• Okresowe (periodyczne) - okresowo, regularnie prowadzą wodę w porze wilgotnej, głównie zasilanie spływem powierzchniowym;

• Epizodyczne - sporadycznie i nieregularnie prowadzą wodę przez krótki czas, strefa sucha, wadi, uedy, creek (Australia)

Podział ze względu na długość:

• Małe - dł. 100-200 km, dorzecze 1000-10000 km²

• Średnie - 200-500 km, dorzecze 10000-100000 km²

• Duże - 500-2500 km, dorzecze 0,1-1 mln km²

• Wielkie - powyżej 2500 km, dorzecze powyżej 1 mln km²

Największe rzeki świata:

1. Amazonka (6 280 km długości, 6 915 km² dorzecze)

2. Kongo

3. Missisipi

4. Ob.

5. La Plata

6. Nil

Ze względu na morfologię doliny:

• Górskie - głęboka dolina, wąskie koryto, duży spadek (powyżej 5 promili), progi, wodospady, zasilanie topniejącymi śniegami, lodowcami, opadami deszczu w porze letniej, duże wezbrania latem, łagodniejsze na wiosnę z roztopów

• Równinne (nizinne) - szerokie doliny o niewielkim spadku, drobne rumowisko na dnie, obfite zasilanie roztopowe na wiosnę, pozostałe pory roku zasilanie głównie podziemne, nizówki latem i ostrą zimą

• Jeziorne - wypływają z jezior lub przez nie przepływają, spadek niewielki, małe wahania zwierciadła

• Bagienne - przepływają przez bagna lub odprowadzają z nich wodę, spadek minimalny, wezbrania długotrwałe rozlewające się szeroko w dolinie

• Krasowe - zasilane z utworów krasowych, odpływ wyrównany, niewielkie różnice w stanach wody, wypływają w wywierzyska, giną w ponorze

Kierunek płynięcia do powierzchni inicjalnej:

• Konsekwentne - zgodnie z nachyleniem powierzchni pierwotnej

• Subsekwentne - prostopadle do rzek konsekwentnych

• Resekwentne - dopływające do subsekwentnych, a potem płynące zgodnie z nachyleniem

• Obsekwentne - dopływają do subsekwentnych i płyną niezgodnie z nachyleniem

• Insekwentne - dopływają skośnie do konsekwentnych

Rzeki autochtoniczne - płyną w obrębie jednej strefy klimatycznej, , zasilane w całym biegu, w klimacie wilgotnym płyną stale, w suchym mogą wysychać ze względu na parowanie (np. Humbolt)

Rzeki allochtoniczne - tranzytowe, zasilane w górnym biegu, np. Nil, Kolorado, mogą stać się rzekami epizodycznymi, gdy płyną przez tereny suche

Klasyfikacja ze względu na układ sieci:

• Układ równoległy - młode systemy, na jednorodnym podłożu, głównie rzeki konsekwentne

• Dendryczny (drzewiasty) - klimat wilgotny, wiele cieków źródłowych

• Kratowy - obszar gór rusztowych, rzeźby krawędziowej, młodo glacjalnych, wykorzystanie pradolin

• Widlasty - obszar zrębowy o asymetrycznych stokach

• Pierzasty - wąskie i długie doliny

Sieć może być symetryczna lub asymetryczna

	Horton	Strahler	Shreve
1 rząd	Ciek źródłowy bez dopływów	Źródłowe odcinki bez dopływów	Cieki początkowe
2 rząd	cieki z połączenia pierwszego rzędu na całej swojej długości	Odcinki powstałe z połączenia pierwszego rzędu	Odcinki cieków z połączenia pierwszego rzędu
3 rząd	Z połączenia cieków 2. Rzędu na całej swojej długości	Odcinki z połączenia 2. rzędu	Odcinki utworzone z 1. i 2. rzędu

Gęstość sieci rzecznej (iloraz sumy długości cieków różnego rzędu i pola powierzchni rozpatrywanej):

• Długość rzek na 1 km² powierzchni - metoda Neumanna

• Ilość rzek na 1 km² powierzchni - metoda Malickiego

NATĘŻENIE PRZEPŁYWU - ilość wody, która w jednostce czasu przepływa przez dany przekrój koryta rzeki

WEZBRANIE - nazywa się podniesienie stanu wody na rzece, powstałe wskutek wzmożonego zasilania lub wskutek piętrzenia wody; spowodowane: zator lodowy, śryżowy, nagromadzenie pni drzew, nadmierny rozwój roślinności w korycie rzecznym, sztormy utrudniające odpływ do morza; wezbrania: opadowe nawalne (ulewa), opadowe rozlewne (długotrwałe deszcze), roztopowe, zatorowe lodowe, zatorowe śryżowe, sztormowe; fala wezbraniowa wraz z biegiem rzeki ulega spłaszczeniu; w Polsce fale kulminacyjne nie przekraczają na ogół 10 m

Powódź - to wezbranie powodujące straty gospodarcze, jest ono rozpatrywane w kategoriach społecznych, moralnych, ekonomicznych i środowiskowych. Powoduje zagrożenie zdrowia i życia ludzi oraz dezorganizację ich normalnego bytowania, a także straty materialne w postaci niszczenia domów, dróg, upraw, skażenia wody i terenu, itp.

NIŻÓWKI - okresy niskich stanów wody w korycie, spowodowane ograniczonym zasilaniem rzeki, wynikającym z wyczerpania zasobów wodnych dorzecza; brak opadów, niska temp. zimą, zlodzenie rzek; niżówki płytkie - kilkanaście dni między dolną granicą stanów średnich a średnim niskim stanem, niżówki głębokie - poniżej średnich stanów niskich, prowadzi do nich susza atmosferyczna, glebowa i hydrologiczna

PODZIAŁ DORZECZA:

• Zlewnie cząstkowe - poszczególnych dopływów

• Zlewnie przyrzecza - odwadniane bezpośrednio do rzeki głównej

Główne działy kontynentalne - oddzielają zlewiska poszczególnych mórz

PODZIAŁ HYDROGRAFICZNY KONTYNENTÓW:

• Egzoreiczne - zlewiska oceanów

• Bezodpływowe - bez odpływu powierzchniowego, obszary areiczne - bez stałej sieci rzecznej, endoreiczne - rzeka kończy bieg w obrębie zagłębia bezodpływowego

Największe jest zlewisko Oceanu Atlantyckiego

LĄDOWA CZĘŚĆ CYKLU HYDROLOGICZNEGO:

Woda: paruje, wsiąka, spływa

Gradient hipsometryczny opadów - opad maleje wraz z wysokością

Odpływ rzeczny - składowe:

• odpływ podziemny - regularne, trwałe zasilanie, rzeka zawdzięcza stałość płynięcia, oddziaływuje na całej długości rzeki

• powierzchniowy - okresowy, czasem epizodyczny, nagły, krótkotrwały wzrost odpływu rzecznego

ODPŁYW PODZIEMNY:

1. Wsiąkanie wody opadowej - w strefie aeracji, pod wpływem siły ciężkości, chwilowe warunki wsiąkania zależą od wilgoci glebowej, która maje podczas suszy, a wzrasta przy kondensacji pary i w czasie opadów i roztopów; infiltracja - przesiąkanie wody wolnej pionowo w dół; jeśli gleba jest sucha to woda tylko uzupełnia wilgoć glebową; przepuszczalność utworów powierzchniowych - zdolność przewodzenia wody wolnej

Wielkość infiltracji zależy od: temperatury, wilgotności powietrza, nasycenia wodą środowiska skalnego, przemarznięcia gruntu, działalności człowieka

przepływ jednostkowy - ilość wody, która przepływa w jednostce czasu przez poprzeczny przekrój warstwy wodonośnej o szerokości 1 m

rzeki drenujące - te, do których spływa woda z warstw wodonośnych

rzeki infiltracyjne - te, z których woda napływa do warstw wodonośnych

ODPŁYW POWIERZCHNIOWY:

Łatwiej gdy:

- słaba przepuszczalność terenu

- większy spadek

- przesuszona gleba (lepiej po niej spływa, jest nieprzepuszczalna)

- przemarznięcie gleby

- pokrycie roślinnością

Przezwyciężenie wsiąkania - natężenie deszczu lub roztopu przewyższa przepuszczalność gruntu, woda zaczyna gromadzić się na powierzchni

Przezwyciężanie szorstkości podłoża - grubość detencyjna (jak woda gromadzi się w rowkach między ziarnkami), jak woda przekroczy tę warstwę to dalej już sobie spływa

Koncentracja warstwy spływającej w strumienie - najszybciej na nagim stoku o podłożu trudno przepuszczalnym

Wielkość odpływu powierzchniowego = objętość opadu efektywnego (ta część opadu, która po retencji spływa do rzek)

4 fazy cyklu hydrologicznego:

• I faza bez opadu - brak zasilania, parowanie, wyczerpywanie retencji, cieki zasilane spływem podziemnym, mniejsze cieki wysychają

• II początek opadu - intercepcja, uzupełnienie retencji wód płynących i stojących, zwilżanie, uzupełnienie wilgoci glebowej; infiltracja, może tworzyć się odpływ powierzchniowy (intensywność opadów większa od współczynnika przepuszczalności)

• III maksimum opadu - szata roślinna już nie zatrzymuje wody, wszystko dociera do powierzchni gruntu, infiltracja, podniesienie zwierciadła wód gruntowych, odpływ powierzchniowy i podziemny - przepływ kulminacyjny

• IV po zakończeniu opadu - koniec opadu, ustaje odpływ powierzchniowy, gleba nasycona, parowanie, opada stan wody w rzece

Na płynącą cząstkę wody działają dwie siły:

- równoległa do zwierciadła wody - siła poruszająca

- prostopadła do niej - wywiera nacisk na podłoże

Ruch laminarny - cząsteczki wody poruszają się po torach równoległych, w każdym miejscu z jednakową prędkością, bardzo powolny przepływ

Ruch burzliwy - cząsteczki poruszają się po torach nierównoległych, najszybciej - nurt, najwolniej przy dnie, bo tarcie, przy powierzchni też zwalnia, przy brzegach też wolno

STAN WODY - wzniesienie zwierciadła wody w danym profilu rzeki ponad przyjęty umownie poziom odniesienia (zero wodowskazu)

Stany charakterystyczne dla wielolecia: WWW - wysoka wielka woda, NNW - najniższa niska woda

Stany roczne: np. WW, SW, NW

Dane w „Rocznikach hydrologicznych wód powierzchniowych” do 1983 r., obecnie tylko w służbie hydrologicznej

ODPŁYW:

Natężenie przepływu - objętość wody przepływającej przez określony przekrój poprzeczny cieku w jednostce czasu

Krzywa natężenia przepływu - krzywa konsumcyjna

Stany charakterystyczne dotyczą wartości przeciętnych i ekstremalnych, określają wartości o danej częstości i czasie trwania

PRZEPŁYW - objętość wody, która przepływa przez przekrój poprzeczny rzeki w krótkim czasie (sekunda)

Metody bezpośrednie:

• Wolumetryczna - czas napełniania naczynia

• Przelewów

• Chemiczne

• Fizyczne

Metody pośrednie:

• Odcinkowa

• Punktowa (młynka hydrometrycznego)

Przepływ maksymalny (WQ) - zasilanie powierzchniowe głównie z rotopów, intensywnych opadów,

Przepływ minimalny (NQ) - ograniczone zasilanie rzek drogą podziemną

Przepływy średnie (SQ) - zasilanie powierzchniowe i podziemne

Odpływ - ilość wody, która odpływa przez przekrój poprzeczny koryta cieku w jednostce czasu, obliczamy - natężenie*czas (Q*t)

Odpływ jednostkowy - ilość wody odpływająca z jednostki powierzchni zlewni w ciągu jednej sekundy

Warstwa odpływu (H) - stosunek objętości odpływu do powierzchni (V/A)

Współczynnik odpływu - iloraz warstwy odpływu i opadu (H/P), informuje jaka częśc wody opadowej odpłynęła z danego obszaru

HYDROGRAM ODPŁYWU - wykres natężenia przepływu:

Rzeka górska - duża zmienność, reakcja na opad

Rzeki nizinne - wolne wznoszenie i opadanie, wzrost - topnienie śniegów

USTROJE RZEK:

1. WG WOJEJKOWA:

• Rzeki klimatów zimnych - zasilanie przez topienie, wysokie stany wiosną, zimą mały przepływ

• Rzeki typu wschodnioeuropejskiego - roztopy i wezbrania wiosenne

• Rzeki typu górskiego - opady i retencja śnieżna

• Rzeki klimatu umiarkowanego oceanicznego - wezbrania opadowe, najwyższe stany chłodną porą roku

• Rzeki typu śródziemnomorskiego - obfite opady zimą, latem często wysychają

• Rzeki klimatów podzwrotnikowych - pory suche i deszczowe warunkują wezbrania i niżówki

• Rzeki typu pustynnego - nie tworzą systemów rzecznych, zasilane sporadycznie opadami i wodami podziemnymi

2. KLASYFIKACJA PARDEGO:

• Ustój prosty- jeden okres wysokich i jeden niskich przepływów:

• Lodowcowy - wysokie stany latem (topnienie lodowców)

• Śnieżny górski - wysokie stany latem, wcześniej niż w ustroju lodowcowym, przepływy maksymalne niższe niż w lodowcowym

• Śnieżny równinny - wysokie stany wiosną (roztopy)

• Deszczowy oceaniczny - wysokie stany zimą, amplituda między przepływami maksymalnymi i minimalnymi niewielka

• Deszczowy międzyzwrotnikowy - wysokie stany w porze deszczowej, niskie w porze suchej, amplituda między stanami ekstremalnymi dość duża

• Złożony pierwotny - rzeki zasilane z dwóch źródeł, dwa maksima i minima:

• Śnieżny przejściowy - główne zasilanie wodą roztopową, drugorzędne maksimum opadami

• Śnieżny równinny - wiosenne roztopy, drugorzędne maksimum - niska temp., więc małe parowanie

• Śnieżno-deszczowy - główne wezbranie-roztopy, drugie-opady letnie

• Deszczowo-śnieżny - główne wezbranie-opady, mniejsze-roztopy

• Złożony zmienny - więcej niż dwa źródła zasilania, więcej kilka wezbrań i niżówek

3. LWOWICZ:

Rodzaj zasilania (śnieżne, deszczowe, lodowcowe, podziemne) i sezonowy rozkład odpływu (wiosenny, letni, jesienny, zimowy)

WODOSPAD - spadająca masa wody ze stromego progu od kilku do kilkunastu metrów wysokości, istnienie progu jest uwarunkowane różną odpornością skał, górna część biegu rzeki, erozja wsteczna-ruch wirowy-kocioł eworsyjny; najwyższy Salto Angel, najwięcej wody Iguacu, w Polsce Siklawa;

RETENCJA

Wielolecie: P (opad) = H (odpływ powierzchniowy i podziemny)+E (parowanie ze zlewni)

Okres krótszy: P = H + E + ΔR (różnica retencji)

PROCESY TERMICZNE I DYNAMICZNE W RZEKACH I JEZIORACH:

Wody stojące:

• Energia słoneczna nagrzewa tylko powierzchniową warstwę wody (1-2m) - 30% ciepła, 3-4 - 1% ciepła, pod pokrywą lodowcową energia słoneczna może nagrzać 0,5 m warstwy wody

• Mieszanie się wody w głębokich zbiornikach i nagrzewanie całej wody w płytkich

• Konwekcja

Wody płynące:

• Temperatura wód płynących zmienia się szybciej niż stojących, zależy to od: temp. powietrza, temp. wody zasilającej, wykształcenia doliny, odsłonięcia brzegów, dopływu ścieków

• Ruch turbulentny i ciągłe mieszanie się

• Na ogół trochę chłodniejsza w nurcie, cieplejsza tam, gdzie płynie wolniej

• Zlodzenie rzek:

• Lód denny - masa gąbczasta, kryształki lody na występach dennych i roślinności, wypromieniowanie ciepła z dna, znaczna wyporność, łączy się ze śryżem i tworzy lód prądowy

• Śryż - lód gąbczasty, w masie przechłodzonej wody, tworzy krążki śryżowe, Lepa - śnieg przesiąknięty wodą

• Lód brzegowy - zlodzenie wzdłuż linii zwilżonej od brzegów

• Częściowe zamarznięcie rzeki

• Stała pokrywa lodowa

• Kra - popękana pokrywa lodowa

• Zator lodowy lub śryżowy

TERMINKA W JEZIORACH:

• Anotermia - stratyfikacja termiczna prosta, pionowe uwarstwienie termiczne, im głębiej tym chłodniejsza woda: epilimnion - górna warstwa, najbardziej nagrzana, temperatura maleje wraz z głębokością, metalimnion - przejściowa, nagły spadek temp., termoklina, hypolimnion - dolna warstwa chłodnej wody o temp. 4-6^oC; warstwy nie mieszają się ze sobą

• Katotermia - stratyfikacja termiczna odwrócona, wody cieplejsze o temp. 4^oC zalegają pod lżejszą i zimniejsza, która może nawet zamarznąć

• Homotermia - wyrównanie termiczne, cała toń w jednej temperaturze, wiosna i jesień (temperatura zbliżona do 4^oC)

Bar termiczny - taki próg wody o temp. 4^oC, oddziela dwa różne układy termiczne w zbiorniku

Termiczny podział jezior:

• Polarne - katotermia, temperatura nigdy nie przekracza 4^oC

• Umiarkowane - rozwinięty cykl termiczny

• Subtropikalne - anotermia, duża różnica temperatur między wodą powierzchniową a denną

• Tropikalne - anotermia, małe różnice pomiędzy epilimnionem a hipolimnionem

DYNAMIKA WÓD JEZIORNYCH:

• Falowanie wiatrowe - zależy od prędkości wiatru, długości odkrytej powierzchni, czasu działania wiatru, większe fale na większy zbiornikach, głównie w strefie epilimnionu

• HOLOMIKSJA - pełne wymieszanie wód w jeziorze podczas cyrkulacji

• TACHYMIKSJA - silny wiatr powoduje szybkie mieszanie się całej masy wodnej

• EUMIKSJA - słaby wiatr, wolne mieszanie

• BRADYMIKSJA - bardzo słaby wiatr, bardzo wolne mieszanie

• MEROMIKSJA - wody jeziora nie podlegają pełnemu mieszaniu

Miksja jest zależna od: rozmiarów jeziora, położenia geograficznego, położenie nad poziomem morza

Typy jezior ze względu na częstość mieszania wód:

1. AMIKTYCZNE - zbiornik przez cały rok pokryty lodem, masy wód nie mieszają się zupełnie

2. MONOMIKTYCZNE ZIMNE - polarne, wysokogórskie, raz do roku mieszanie

3. DIMIKTYCZNE - strefa umiarkowana, dwie stagnacje, dwa razy homotermia, kiedy występuje pełne mieszanie wód

4. MEROMIKTYCZNE CIEPŁE - strefa równikowa i międzyzwrotnikowa, temperatura nie spada poniżej 4^oC, jedno przemieszanie wód w ciągu roku

5. OLIGOMIKTYCZNE - strefa przyrównikowa, ciepła woda w całym przekroju, słabo zaznaczone przemieszanie

6. POLIMIKTYCZNE - płytkie, liczne okresy całkowitego przemieszania wód (nawet codziennie)

SEJSZA - kołysanie się wody spowodowane zmianami ciśnienia i wiatrem

PRĄDY - również ruch wód w jeziorze; prądy przepływowe (przepływ wód rzecznych), wiatrowe (oddziaływanie wiatru), gęstościowe (pionowe ruchy wody, różnica gęstości wody o różnej temperaturze)

Gytie - osady mineralne i organiczne w jeziorach

Protopedon - osady denne w jeziorach oligotroficznych i mezotroficznych

Gytia wapienna (kreda jeziorna) - drobnoziarnisty muł wapienno-ilasty z domieszką skorupek mięczaków

Sapropel - ciemny organiczny muł, częściowy rozkład resztek organicznych, proces gnilny, jeziora eutroficzne, przy dnie mało tlenu i warunki anaerobowe (beztlenowe), procesy redukcyjne

Dy (tyrfopel) - jeziora dystroficzne, brunatny osad organiczny, słabo rozłożone szczątki, silnie kwaśny, ubogi w wapń

Słone jeziora - gips, anhydryt

XVII. OCEANOGRAFIA

1. Przedmiot, zakres i zadania oceanografii

Oceanografia jest nauką o morzach i oceanach badającą zjawiska i procesy zachodzące w nich, w aspekcie fizycznym, chemicznym i biologicznym oraz wzajemne związki między oceanem, litosferą i atmosferą.

Ojciec oceanografii - Matthew Fontaine Mairy

2. Historia (najważniejsze):

• Wg Herodota ok. 600 r. p.n.e. Fenicjanie opłynęli Afrykę

• Erastotenes z Cyreny - 275-194 r. p.n.e. - sporządził mapę znanego sobie świata i pierwszy zmierzył długość południka ziemskiego oraz oszacował obwód Ziemi

• Ptolemeusz Klaudiusz - pierwsza mapa świata - 100-168 r. n.e. - popełnił błąd, bo szacował obwód Ziemi na ok. 29 000 km, co zmyliło Kolumba

• 900 r. - kolonizacja Islandii przez Wikingów i zasiedlanie Grenlandii

• Arabowie opisali sezonową zmienność prądów morskich powodowaną wiatrami monsunowymi

• Portolany - przewodniki dla marynarzy

• XIII w. - wprowadzenie w Europie kompasu z Azji

• Bartolomeo Diaz - początek wyprawy 1487 r., jej celem było odnalezienie nowej i krótszej drogi wokół Afryki do Indii, opłynął Przylądek Dobrej Nadziei, ale nie dotarł do celu

• Kolumb (1451-1506)

• Vasco da Gama (1460-1512) - dotarł do Indii opływając Afrykę

• Amerigo Vespucci (1254-1512) - Włoch, był w służbie Portugalii i Hiszpanii, spenetrował ok. 3000 km wybrzeży Ameryki Południowej

• 1519 - Magellan, portugalski żeglarz w służbie Hiszpanii, jego statki opłynęły Ziemię, zginał na Filipinach w potyczce z tubylcami; Magellan określił wielkość jednego stopnia szerokości geograficznej

• Szukano drogi morskiej do Chin i Indii przez Amerykę Północną: Martin Frobisher (XVI w.), Henry Hudson (XVI w.), William Baffin (XVI-XVII w.)

• Francis Drake (koniec XVI w.) - opłynął Ziemię

• Cook (badania oceanów na wszystkich płaszczyznach), Edward Forbes (badania organizmów morskich) - jedni z twórców oceanografii

• Karol Darwin - teoria powstawania atoli (statek Beagle)

• „Challenger” - pierwszy statek parowy, który przekroczył koło podbiegunowe południowe, angielska wyprawa badawcza, rok 1872-1876; John Murray (uczestnik, systematyzował zebrane informacje po śmierci kapitana Thomsona) - uważany za pierwszego oceanografa-geologa

• Nansen - badacz polarny, interesował się systemami prądów w morzach polarnych, nie zdobył bieguna; dryf lodów - pozwolił statkowi wmarznąć w lody antarktyczne

• Amundsen - zdobył biegun, wykorzystał ponownie „Frama” - statek Nansena

3. Podział wszechoceanu:

Powierzchnia wszechoceanu - 71 % (361,3 mln km²), 81% półkula południowa, 61% północna

Rów Mariański - największa głębia, 11 034 m

Oceany:

• Spokojny - największy, ok. 50% wód

• Atlantycki - najgłębsze miejsce- Rów Puerto Rico 9218 m, drugi co do wielkości

• Indyjski - max głębokość w Rowie Jawajskim 7459 m

• Lodowaty Północny (Arktyczny) - czasem uważany również jako część Atlantyku, stosunkowo płytki (średnio 1225m)

Granice między oceanami są umowne

MORZE - część oceanu, zwykle przylegająca do kontynentu, oddzielona od otwartego oceanu łańcuchem wysp, półwyspami, podwodnymi progami

Ze względu na położenie:

Morze przybrzeżne - swobodna wymiana wód z oceanem, częściowo lub w całości w zasięgu szelfu (Północne, Ochockie, Japońskie)

Morze śródlądowe (śródziemne) - otoczone przez lądy, wąskie połączenie z oceanem cieśninami; międzykontynentalne (w spękaniach skorupy - duże i głębokie) - Czerwone, Czarne, Karaibskie; wewnątrzkontynentalne - niewielkie i płytkie - Bałtyckie, Białe

Morze międzywyspowe - oddzielone wyspami od otwartego oceanu (Banda, Koralowe)

Ze względu na stopień izolacji od oceanu:

Morze otwarte - łączą się bezpośrednio z oceanem, swobodna wymiana wód (Norweskie, Północne)

Morze półzamknięte - oddzielone wyspami lub półwyspami, podwodnymi progami, co ogranicza wymianę wód (Śródziemne, Bałtyckie)

Morze zamknięte - odizolowane od oceanu (Kaspijskie, Aralskie)

ZATOKA - część większego basenu wodnego, głęboko wcina się w ląd, ograniczona półwyspami lub głęboko wkraczającymi w morze przylądkami

CIEŚNINA - wąskie pasmo wody, rozdziela ląd i łączy dwa baseny

Sztormy - nad rozległymi obszarami wodnymi wiatr osiąga prędkości dużo większe niż na lądzie, powodując powstawanie olbrzymich fal. Siła wiatru bywa tak duża, że niszczy często budynki nadbrzeżne, zabudowania portowe, linie energetyczne, lasy, itd. Fale sztormowe podmywają klify, czyli wysokie, prawie pionowe fragmenty skalistego wybrzeża przez co niszczona jest roślinność i obiekty znajdujące się na brzegu. Najgroźniejsza sytuacja występuje podczas huraganu o maksymalnej sile 12° w skali Beauforta, kiedy to wysokość fal może przekroczyć 14 metrów. Dla polskiego wybrzeża zagrożeniem jest już wiatr o sile od 7°B. Podmuchy przekraczają wtedy 50 km/h, piętrząc krótką, stromą falę do wysokości ponad 4 m.

XVIII. WODA MORSKA I JEJ WŁAŚCIWOŚCI:

Wody oceaniczne 96,5% wód hydrosfery

99% masy soli oceanicznych stanowią sole: chloru, sodu, siarki, magnezu, wapnia i potasu

1. Właściwości fizyczne:

1. Absorpcja

Tylko część promieni słonecznych przenika w głąb oceanu, reszta ulega odbiciu

Im mniejszy kąt padania promieni, tym więcej się odbija

Najgłębiej dochodzi promieniowanie niebieskie (nawet do ponad 250 m) i zielononiebieskie

Najbardziej pochłaniane są promienie czerwone (więc sięgają najpłyciej)

Wody prześwietlone - strefa fotyczna - dzieli się na:

• Warstwę eufotyczną - w pełni prześwietlone wody powierzchniowe, w których zachodzą procesy fotosyntezy

• Warstwa dysfotyczna - tylko zasięg światła rozproszonego

• Wody afotyczne - poniżej strefy fotycznej

2. Zasolenie:

Zasolenie - jest to masa substancji nieorganicznych rozpuszczonych w 1 kg wody morskiej, zasolenie powodują głównie chlorki (zwłaszcza chlorek sodu), sole magnezowe - gorzki smak

Czynniki zmniejszające zasolenie: dopływ rzeczny, opady atmosferyczne, dopływ mniej słonych wód sąsiedniego oceanu, topniejące lody

Czynniki podwyższające zasolenie: parowanie z powierzchni oceanu, tworzenie się lodów, dopływ bardziej słonych wód przynoszonych przez prądy morskie

Średnie zasolenie wód powierzchniowych wynosi ok. 35 promili

Strefa równikowa - większe opady - zasolenie ok. 34 promili

Strefa zwrotnikowa - silne parowanie, małe opady - 38 promili

Strefy umiarkowane - 35 promili

Obszary lodowcowe - niewielkie parowanie, topnienie lodowców - 30-32 promile

Ocean Arktyczny - 10 promili

STREFA EUHALINOWA - strefa wód o zasoleniu najczęściej spotykanym, 30-40 promili

STREFA MEZOHALINOWA - umiarkowanie zasolone wody, 5-18 promili

STREFA OLIGOHALINOWA - wody najbardziej wysłodzone

Typy stratyfikacji zasoleniowej:

1. Typ I - północny: zasolenie rośne do głębokości 200m, na większych głębokościach osiąga 34,8 promila i nie ulega zmianie

2. Typ II - subarktyczny - zasolenie w warstwie przypowierzchniowej zmienia się 33-33,2 promila do 34,8 promila na głębokości 1500 m, na większych głębokościach nie ulega zmianie

3. Typ III - umiarkowany - minimum zasolenia występuje na głębokości 600-1000 m i jest związane z przenikaniem wód pochodzenia polarnego

4. Typ IV - równikowy - maksimum zasolenia występuje na głębokości 100m, związany z napływem słonych wód tropikalnych, zmiana zasolenia wraz z głębokością nieznaczna, od głębokości 1000-1500 m już stałe zasolenie

5. Typ V - tropikalny - najwyższe zasolenie, zasolenie wód powierzchniowych 35,5-36 promili, do głębokości 1000 m intensywnie się zmniejsza, później stałe

STOSUNKI TERMICZNE I ZJAWIKA LODOWE:

Największe znaczenie ma promieniowanie, mniejsze ciepło wód lądowych, ciepło opadów atmosferycznych, ciepło z ciepłych prądów morskich

Mieszanie się wody: falowanie, ruchy adwekcyjne, pływy, prądy morskie

Średnia roczna temperatura wód oceanicznych wynosi 17,4^oC

Roczne amplitudy najmniejsze z strefach zwrotnikowych (2,6^oC), w strefie umiarkowanej 4-8, w płytkich zbiornikach nawet do 18; dobowe niewielkie (0,2 otwarte wody, 1-2 przybrzeżne)

Temperatura obniża się wraz ze wzrostem głębokości za wyjątkiem obszarów arktycznych, gdzie wzrasta wraz z głębokością

Do głębokości kilkudziesięciu na równiku i 100 m w szerokościach umiarkowanych warstwa wody jest jednorodna termiczne ze względu na mieszanie się wód, niżej termoklina - temperatura intensywnie spada (1000-1200 m), termoklina kończy się tam, gdzie temp. spada poniżej 5^oC, poniżej 1500 m jest prawie stała

Średnia temp. całej masy wodnej oceanów 3,8^oC

Zjawiska lodowe:

Ok. 6% powierzchni oceanów jest pokryte przez lody

Lód polarny - obszar biegunowy, 6m (noc polarna) do 2 m (dzień polarny), ciągła wymiana i odnowa (odłamywanie i przyczepianie kry); ruch lodu zgodnie ze wskazówkami zegara : Dryf Morza Beauforta; pak polarny (lodowy) - przemieszczająca się na północy pokrywa lodowa

Lód stały - tworzy się zimą przy brzegach morskich

Kra lodowa - w czasie zimy na obrzeżach Oceanu Arktycznego, przemieszcza się pod wpływem wiatru i prądów morskich

Góry lodowe - z lodu lądolodów, z lodowców dolinny zsuwają się do oceanu, raczej nie pojawiają się na południe od 45^o szerokości geograficznej północnej

Bariera lodowa - z gór lodowych i lodowców szelfowych Antarktydy

XIX. RUCHY WODY MORSKIEJ I JEJ PRZYCZYNY:

FALE - rytmiczne ruchy cząstek wody związane z siłą ciężkości, jej lepkością i sprężystością, nie towarzyszy im przemieszczanie się wody; parametry: wysokość, długość, okres, prędkość rozprzestrzeniania się, stromość

Fale głębokowodne - krótkie - głębokość wody przekracza ½ długości fali

Fale płytkowodne - długie - głębokość mniejsza niż ½ długości fali

Fala przybojowa - gdy dochodzi do brzegu, tracie o dno, załamanie, fala asymetryczna (górne cząsteczki przemieszczają się szybciej niż dolne)

Kipiel - strefa, w której powstają grzywacze (załamane fale)

Mogą być fale:

• Wiatrowe - fale kapilarne - niewielki wiatr, profil sinusoidalny - grawitacyjne, fale rozkołysu - gdy wiatr maleje, długie i swobodne; siła wiatru 12-stopniowa skala Beauforta, 9-stopniowa skala do stanu powierzchni morza

• Baryczne - związane z przemieszczaniem się układów barycznych, fale długie, układy baryczne wywołują zmianę poziomu zwierciadła wody

• Pływowe - powodowane pływami, wywołują okresowe wahania poziomu wód

• Sejsmiczne - tsunami, podmorskie trzęsienia i wybuchy wulkanów, fale swobodne, 30-40 m przy brzegu, największa w okolicach Alaski 66 m

• Okrętowe - w wyniku ruchu ciał stałych na wodzie

• Sejsze - fala stojąca, rytmiczne ruchy cząsteczek w pionie, kołysanie się masy wodnej wzdłuż linii węzłowej, która nie uczestniczy w kołysaniu

Fale wymuszone - działanie sił zewnętrznych

Fale swobodne - te, które utrzymują się po przestaniu działania sił zewnętrznych

Fale powierzchniowe - na styku powietrza z wodą

Fale wewnętrzne - wewnątrz masy wód, np. gdy masy wody są różnej gęstości (w każdej gęstości fale rozchodzą się inaczej)

PRĄDY MORSKIE - ruchy poziome wody, przenoszenie dużych ilości wód na duże odległości

Powstają wskutek:

- różnic gęstości wody wywołanych zmianami temperatury i zasolenia

- ciśnienia powietrza i tarcia wiatru o powierzchnię oceanu

- różnic w wysokości poziomu zwierciadła wody w sąsiadujących częściach

- siły przyciągania Księżyca i Słońca

(również kontynenty i siła Coriolisa)

Prądy morskie wiatrowe - tarcie powietrza o warstwę oceanu i parcia na dowietrzne zbocza fal, stałe wiatry wywołują prądy dryfowe, chwilowe wiatry - prądy wiatrowe

Prądy grawitacyjno-gradientowe

Prądy pływowe - związane z działalnością pływową

Można wydzielić ze względu na czas trwania:

• Stałe

• Okresowe - zmieniają prędkość i kierunek w stałych okresach czasu

• Czasowe - krótkotrwałe

Ze względu na położenie warstwy wody:

• Powierzchniowe

• Głębinowe

• Przydenne

Przybrzeżne i morza otwartego

Pionowe prądy wstępujące - upwelling (stałe wiatry)

Ciepłe prądy - temperatura wód niesionych jest wyższa od otaczających

Zimne prądy

Mogą być też: wysłodzone, neutralne i słone

Prostoliniowe, krzywoliniowe, cyklonalne, antycyklonalne

XX. ROZMIESZCZENIE GEOGRAFICZNE MÓRZ I OCEANÓW:

1. Formy dna i ich geneza:

1. Podwodne obrzeże oceanu - buduje go kontynentalny typ skorupy ziemskiej, składa się z: szelfu, stoku kontynentalnego, podnóża kontynentalnego

• Szelf - podwodne przedłużenie kontynentów, stosunkowo płytkowodna, przylegająca do lądu i będąca w sensie strukturalno-geologicznym jego przedłużeniem dna morskiego, względnie wyrównana, łagodnie opada do 132 m, potem staje się bardziej stromy; głębokość od 20 do 500 m, średnio 130; w przeszłości zalewane i wynurzane w wyniku wahań poziomu morza, zatem widać na nich działalność erozyjną rzek i lodowców

• Stok kontynentalny - gwałtownie nachylone zbocze, gwałtowny spadek i szybko wzrost głębokości, stromy skłon opadający ku basenowi oceanicznemu, mogą mieć różną głębokość, nawet przeistaczać się w rowy oceaniczne, występują na nich kaniony podwodne

• Podnóże kontynentalne - u podstawy stoku kontynentalnego, równina falista powstała w wyniku akumulacji osadów

2. Dno basenów oceanicznych:

• Dno oceaniczne rozciąga się od podstawy stoku kontynentalnego (równiny abisalnej) ku oceanowi, znajduje się na głębokości 4000-6000 m, znajdują się tam osady, basenu oddzielone są progami, grzbietami, wzniesieniami

• Wzniesienia abisalne - wysokość do 1000 m,

• Góry podwodne - do 5000 m, pochodzenia wulkanicznego

• Gujoty - najczęściej ok. 1300 m, na wierzchołkach pozostałości raf płytkowodnych i erozyjnej działalności fal, pogrążyły się pod własnym ciężarem, gdy nacisk deponowanego materiały spowodował ugięcie skorupy oraz subsydencji dna oceanicznego

• Rafa przybrzeżna (w Okół i przyległa do wyspy)

• Rafa barierowa (w jakiejś odległości od wyspy wulkanicznej)

• Atol (po zatopieniu wyspy)

3. Grzbiety, rowy i wzniesienia:

• Grzbiety - przebiegają przez wszystkie oceany światowe, łączna długość ok. 65 000 km, w strefie osiowej ryfty (zapadliska, które są rowami tektonicznymi), w strefach spredingu tworzy się skorupa oceaniczna

• Rowy - strome zbocza, głębokie 6000-11000 m, najgłębsze depresje powierzchni Ziemi, tektoniczne, najczęściej wzdłuż zewnętrznej strony łuków wyspowych, poprzecinane licznymi kanionami, najwięcej na Pacyfiku, na kuli ziemskiej stwierdzono ok. 40 (z czego 30 na Pacyfiku)

4. Łuki wyspowe - pojedyncze lub złożone, wał wzdłuż rowu, łańcuch wysp tworzą stożki wulkaniczne, podwójne łańcuchy (zewnętrzny pod wodą); podwójne, np.: Kuryle, Aleuty, Małe Antyle

Łoże oceanu - właściwe dno: platformy oceaniczne oraz grzbiety

Dno basenów oceanicznych:

- pagórki abysalne

- faliste i płaskie równiny abysalne

- doliny abysalne

Baseny rozdzielają:

- oceaniczne grzbiety kopulasto-blokowe (Grzbiet Hawajski)

- grzbiety blokowo-zrębowe (Grzbiet Wielorybi)

- masywy oceaniczne (Grzbiet Magellana) - góry o niewyraźnie zarysowanej podstawie

- płaskowyże oceaniczne

- wzniesienia oceaniczne (brak wyraźnie zarysowanych zboczy)

- wały oceaniczne

- góry podwodne

2. Osady denne:

Prawie cała powierzchnia oceanu jest pokryta osadami, brak ich jedynie w miejscach intensywnego spadku

Podział osadów ze względu na odległość od brzegu

• Kontynentalne (terygeniczne, litogeniczne) - obrzeże kontynentalne, transport rzeczny, niszczenie brzegów morskich, erozja eoliczna, z topnienia pływających lodowców; głazy, otoczaki, rumosz skalny, żwir, piasek, pył, muł, ił; im dalej od kontynentu tym materiał drobniejszy; najpopularniejszy muł błękitny (barwa - rozkład substancji organicznej w obecności żelaza)

• Pelagiczne - dwa otwartych mórz i oceanów, duża odległość od lądu, nagromadzenie obumarłych szczątków, w skład pelagialu wchodzą także szczątki nieorganiczne

• Ponadto na dnie znajdują się osady chemiczne (np. piaski oolitowe) oraz pochodzenia wulkanicznego

Podział ze względu na głębokość morza:

• Litoralne (w strefie pływów)

• Płytkowodne (między linią odpływu a granicą szelfu)

• Głębokowodne (poniżej krawędzi szelfu)

1

---