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

Основные определения и схемы формирование речного водостока.

Реки отличаются по площади водосбора, скорости течения и объёму переносимой воды. Об их водоносности судят по объёму воды, который река выносит со своего водосбора за год. Его называют годовым стоком и измеряют в кубических километрах. Общий водный сток рек в среднем оценивается в 39,5 тысячи кубокилометров за год. Это составляет около 36% расходной части водного баланса областей внешнего стока суши, но только 7,9% из него приходная часть водного баланса Мирового океана, а остальная часть поступающей в него воды это атмосферные осадки.

Вместе с водой реки переносят с суши в океан земное вещество из которого формируются толщи отложений, аллювиальные равнины, дельты, конусы выноса и поймы. Разность высот между истоком и устьем реки называется падением реки, а отношение падения реки или отдельных её участков к их длине именуются уклоном реки.

На земной поверхности реки распределены неравномерно. Протяженность шести самых крупных речных систем около семи тысяч километров и они расположены в экваториальном поясе. Самые крупные области речного стока в Мировой океан это Атлантическая с Северным Ледовитым океаном и Тихоокеанская с Индийским океаном.

Крупнейшие реки на Земле и площадь их бассейнов водосбора.

К Атлантической относятся крупнейшие реки планеты – Амазонка (6992 км), Енисей (3487 км), Маккензи (1738 км), Миссисипи (3734 км), Конго (4700 км), Лена (4472 км), Нигер (4180 км), Нил (6853 км), Ориноко (2140 км), Обь (3650 км), Парана (4880 км) и Св. Лаврентия (1197 км).

В Тихоокеанскую область входят реки Амур (2824 км), Брахмапутра (2900 км), Ганг (2525 км), Евфрат (2800 км), Инд (3180 км), Меконг (4350 км), Салуин (2400 км), Тигр (1850 км), Хуанхэ (5464 км), Шатт-эль-Араб (200 км) и Янцзы (6300 км).

Большинство рек отдают свои воды непосредственно океану или морям, а остальные впадают в замкнутые водоёмы – озёра не давая им пересохнуть. Реки Атрек (669 км), Волга (3530 км), Кура (1515 км), Терек (623 км), Урал (2428 км), Эмба (712 км) питают Каспийское море. Реки Амударья (2540 км) и Сырдарья (2212 км) обеспечивали существование пересыхающего сегодня Аральского моря.

Реки Аксу (316 км), Или (1439 км), Каратал (390 км) и Лепса (417 км) поддерживают жизнь озера Балхаш. Река Селенга (1024 км) и еще 336 больших и малых рек питают озеро Байкал в России. Африканские реки Логони (1000 км) и Шари (949 км) питают озеро Чад на южной окраине пустыни Сахары. Крупнейшее озеро Африки – Виктория даёт начало Нилу, а само вбирает сток многочисленных малых африканских рек.

Озёра. Это не имеющие прямого сообщения с Мировым океаном крупные водоёмы естественного происхождения. Они разнятся между собой по глубине, величине площади водного зеркала, строению озерной котловины и высоте расположения относительно уровня океана.

Крупнейшие озёра на Земле.

Насчитывается более ста миллионов озёр, а их общая площадь составляет около четырёх процентов от всей земной поверхности. Если суммировать береговые линии имеющихся озёр, то их общая длина окажется в 250 раз больше протяжённости земного экватора. Суммарный объём воды в озёрах достигает около 176,4 тысячи кубокилометров.

Количество пресных и солёных вод, т.е. таких в которых на один литр приходится не менее одного грамма растворённых веществ, в озёрах примерно одинаково. Те из них, в которых солёность больше насыщенности солями океанических вод относятся к минеральным водоёмам.

Крупнейшими озёрами являются Каспийское бессточное озеро площадью 371 тысяч квадратных километров, Верхнее в Канаде (82,4 тыс. кв. км), Виктория в Африке (69,5 тыс. кв. км), Гурон (59,6 тыс. кв. км) и Мичиган (58 тыс. кв. км) в Северной Америке, Танганьика в Африке (32,9 тыс. кв. км), Байкал в России (31.5 тыс. кв. км), Большое Медвежье в Канаде (31 тыс. кв. км), Ньяса в Африке (30 тыс. кв. км) и Большое Невольничье в Канаде (28.9 тыс. кв. км).

Гейзеры и грязевые вулканы. Это геологические образования, периодически выбрасывающие фонтаны горячей воды и пара. Они могут быть различной формы – от небольших усечённых конусов с достаточно крутыми склонами до пологих низких куполов. Через них по каналам связанных с магматическими очагами извергается вода и пар. Выбрасываемая гейзером вода слабо минерализована. Её химический состав зависит от состава горных пород, через которые она проходит на пути к поверхности. Основная масса гейзерной воды атмосферного происхождения, но в ней может содержаться и вода магматической природы.

Схема строения грязевой сопки и области грязевого вулканизма на Земле.

Температура выбрасываемой воды достигает 80 градусов Цельсия. На глубине около двадцати метров от дневной поверхности её температура составляет около 126 градусов Цельсия. Здесь она находиться в перегретом состоянии и поэтому давление столба воды в 22 метра достаточно для сдерживания кипения. Но её состояние неустойчиво, поскольку от нижних слоев воды идёт передача тепла к верхним.

При закипании верхних слоёв нарушается установившееся равновесие и находящаяся под давлением вода моментально обращается в пар, образуя выброс вышележащей воды с паром. Поскольку передача более высокой температуры от нижних слоев к верхним зависит от конструкции гейзера, то они извергаются через различные промежутки времени.

Кратер грязевого вулкана на южном побережье Каспийского моря. Рост автора данной книги демонстрирует внушительные размеры этого геологического образования.

Действующие гейзеры обнаружены в различных регионах мира. В России на Камчатке в долине реки Гейзерной в 1941 году были обнаружены сотни пульсирующих источников и гейзеров. Самый большой гейзер Камчатки это Великан выбрасывающий фонтаны воды высотой в сорок метров и пара высотой в несколько сот метров. Гейзеры многочисленны в Исландии и США, Новой Зеландии и других странах.

В Исландии расположен один из самых активных гейзеров Строккур извергающийся через каждые 5—10 минут. В Йеллоустонском национальном парке США действуют гейзер Гигант каждые три дня выбрасывающий пар и воду на высоту до сорока метров. Другой гейзер парка – Старый Служака выбрасывает примерно каждый час воду и пар на высоту до 42-х метров. В Новой Зеландии действует гейзер Похуту периодически фонтанирующий на высоту в двадцать метров.

По своей природе гейзеры отличаются от других вулканических образований – т.н. грязевых вулканов. Последние представляют собой углубление – сальзу или конусообразное возвышение с кратером – грязевую сопку, из которой на поверхность извергаются грязевые массы, газы, вода и нефть. Самые крупные грязевые вулканы имеют диаметр до десяти километров и высоту до 700 метров.

Грязевые вулканы действуют на суше и под водой. В основном они приурочены к нефтегазоносным и вулканическим провинциям и часто являются фумаролами, проходящими сквозь слои глины и вулканического пепла. Грязевые вулканы связаны с зонами субдукции и орогенных поясов, с лавовыми вулканами, но в последнем случае также выделяют негорючие газы, включая гелий.

Известно около двух тысяч надводных и подводных грязевулканических образований на планете. Они располагаются в бассейнах Азовского, Каспийского и Чёрного морей, в Италии и Исландии, в Новой Зеландии и Америке. Учитывая незначительную изученность дна и прибрежных районов Мирового океана их, скорее всего, намного больше.

Грязевые выбросы на планете могут составлять в среднем за год более одного миллиона метрических тонн. Извергающийся материал содержит нагретую в земных недрах воду в смеси различными минеральными веществами и газами. Газовый состав в основном на 86% образован метаном и в меньшей пропорции двуокисью углерода и азота. Выбрасываемые материалы состоят из смеси взвешенных в воде мелких твердых частиц, солей, кислот и различных углеводородов. В выбросах может содержаться йод и бром.

Грязевые вулканические образования имеются в России. Они разбросаны по всему Таманскому полуострову. В городе Темрюке расположены грязевые вулканы Гнилая гора (Гефест) и Миска. У станицы Голубицкой действует одноимённый вулкан с лечебной грязью. На мысе Пёклы в пяти километрах от прибрежного поселка Кучугуры расположен одноименный грязевой вулкан. В 45 километрах от Темрюка находится самый крупный на территории Краснодарского края грязевой вулкан Шуго. Его диаметр достигает около 450 метров.

В Индии, Иране и Пакистане также имеются грязевые вулканы. В Белуджистане действует самый высокий в мире грязевой вулкан Баба Чандракуп (Baba Chandrakup). Есть грязевые вулканы на территории Грузии.

В Азербайджане и Туркменистане на побережье Каспийского моря действуют приуроченные к месторождениям нефти и газа многочисленные грязевые вулканы. Начиная с южной части побережья Каспийского моря, они образуют прерывистую цепь сопок от посёлка Эсенгулы в Туркменистане и заканчивающуюся на Челекене. Затем эта цепь уходит на шельфовую часть моря к Апшеронскому полуострову в Азербайджане.

Меняющий своё местоположение грязевой вулкан в Туркменистане получил название Чекишляр. В 2006 году он находился на морском дне в 150—200 метрах от берега, а спустя десять лет переместился на сушу. В его кратере образовалось озеро с водой охристо-зеленоватого оттенка. Склоны грязевого вулкана Геок-Патлаук покрыты глубокими каналами, по которым стекают ручьи загазованной и вспенённой грязи.

Действующий грязевой вулкана Кеймир имеет вид широкой воронки – сальзы диаметром около двухсот метров и крутыми бортами высотой около десяти метров. В районе Хазарского заповедника расположено несколько крупных вулканических сопок. Самая активная из них получила название Ак-Патлаук. В центре её главного купола находится кратерное озеро диаметром около двухсот метров.

На территории Азербайджана насчитывается более 350 грязевых вулканов приуроченных к нефтегазовым месторождениям. В районе Гобустана недалеко от столицы страны Баку расположено обширное поле грязевых вулканов. С 1810 года известно здесь о двухстах крупных извержениях сопровождавшихся взрывами и подземным гулом. При этом выбрасывались горючие газы и возникали огненные факела. Высота факела на вулкане Гарасу достигала почти километра.

Грязевые вулканы имеются на дне Каспийского моря. До восьми небольших островов Бакинского архипелага возникли благодаря деятельности подводных грязевых вулканов. Они найдены на Филиппинах, на территории Северной и Южной Америк. Множество грязевых вулканов действуют в Карибском бассейне в районе островов Тринидад и Тобаго и других районах планеты. На Аляске и Калифорнии их образование связано с магматическими процессами.

Грязевые вулканы и вулканчики часто возникают после землетрясений. Основной их причиной становится образование трещин и разломов облегчающих выход на поверхность грязевых масс и различных газов. Подобные явления наблюдались в эпицентральной зоне Ашхабадского землетрясения 1948 года и Бурунского землетрясения 1984 года в Туркменистане.

В зонах промерзлых грунтов при землетрясениях может происходить быстрое таяние льда с выбросом талой воды с песком на поверхность и образованием грязевых вулканчиков. Они возникали при Чуйском землетрясении в 2003 году и Олюторском землетрясении 2006 года в России. В последнем случае их высота составляла от нескольких десятков сантиметров до одного метра, а площадь достигала десяти квадратных метров.

Подобное событие произошло в 2006 году на рисовом поле в восточной части острова Ява. Здесь после землетрясения образовался грязевой вулкан Луси. В 2013 году появившийся после землетрясения в Пакистане грязевой вулкан сформировал небольшой островок в море недалеко от порта Гвадар. В 2016 году после серии ощутимых землетрясений в Италии около населенного пункта Санта-Виттория-ин-Матенано в итальянской провинции Фермо появился грязевой вулкан. В том же году землетрясение на Тайване привело к образованию на рисовом поле в уезде Хуалянь грязевых вулканов.

Гидротермы. Подводная вулканическая деятельность оказывает мощное влияние на состояние природной среды планеты. Она реализуется в гидротермальных отложениях, формировании теплового баланса и течений океанов, через их газообмен с атмосферой. Жизнь в приповерхностных водах, от которой зависит объем поглощаемых океаном парниковых газов, также поддерживается подводной вулканической деятельностью.

В 1949 году в Красном море были обнаружены выбросы аномально горячих рассолов. В 1960-х годах был предложен механизм, в котором им отводилась основная роль в образовании рудных гнёзд. Но только в 1977 году во время погружения батискафа «DSV-2 Alvin» удалось визуально наблюдать на морском дне выбросы перегретой воды возле Галапагосских островов. На глубине нескольких тысяч метров тогда были обнаружены гидротермы с фонтанами перегретой до 350—400 градусов по Цельсию воды. За тёмный цвет выделений их прозвали Чёрными курильщиками.

Обычно гидротермальные жерла располагаются около активных вулканических образований. Там, где формируется новая земная кора, на окраинах литосферных плит и в горячих точках. Они служат источниками высокоминерализованной воды выбрасываемой из земных глубин под давлением в сотни атмосфер. Под срединными хребтами земная мантия подходит наиболее близко к поверхности и по трещинам морская вода глубоко проникает в океаническую кору где нагревается. Внутреннее давление перегретой воды приводит к выбросу высокоминерализованных струй из трещин над магматическими камерами. Вокруг геотермальных жерл формируются твёрдые образования в виде башен высотой в десятки метров.

На планете обнаружено около двухсот районов сосредоточения Черных курильщиков. Они есть на дне Красного моря, в Атлантике, в районе Антарктиды и других местах. Благодаря гидротермам образованы различные месторождения полезных ископаемых – железа, золота, кобальта, меди и редкоземельных металлов. Суммарный вклад в тепловой баланс планеты подводных гидротермальных источников составляет около двадцати процентов от всего выделяемого геотермального тепла.

Многие экосистемы существуют во многом благодаря подводной вулканической деятельности. Вулканы создают гидротермальные струи с температурой воды нескольких сотен градусов, но из-за огромного давления она не превращается в пар. В них содержится большое количество растворенных химических веществ необходимых для живых существ.

В 2016 году исследования подводного аппарата «Pisces V» установили наличие богатого живого мира в районе подводного вулкана Кука у Гавайских островов. Здесь из глубин поднимаются потоки горячей воды с химическими веществами позволяющими несмотря на отсутствие солнечного света существовать обширным колониям микроорганизмов.

«Мы не знаем практически ничего о дне океана в этом месте. Все, что мы знаем, это то, что у каждого подводного вулкана есть собственная экосистема с неизвестными науке видами живых организмов. Мы не знаем, что это за организмы. Мы не знаем, что они могут рассказать нам». Питер Селигманн, 2016 год.

Химический анализ материалов, взятых со дна у подводного грязевого вулкана Чаморро в Тихом океане (около Марианской впадины), установил в них следы жизнедеятельности бактерий – углеводородов, липидов и аминокислот. Это указывает на возможность существования жизни на десять километров ниже дна Марианской впадины.

Подводная вулканическая деятельность не только внесла свой вклад в образование современного лика планеты, но и способствовала возникновению её биосферы. На вулканических островах возникли уникальные виды растений и животных.

Предполагается, что четыре миллиарда лет назад у подводных вулканов зародилась жизнь на Земле. В то время её поверхность подвергалась ударам метеоритов и комет, была раскалена и непригодна для возникновения кислородной жизни. Возможно у гидротерм обитал предполагаемый всеобщий предок LUCA (Last Universal Common Ancestor). Это был потребляющий водород в богатой минеральными веществами среде термальных источников микроб появившийся около четырёх миллиардов лет назад.

Есть предположение о существовании гидротермальных полей на Марсе. Гидротермы, возможно, есть на спутниках Юпитера – Европе и Сатурна – Энцеладе. По данным миссии «Cassini» обнаружено свидетельство о действии на Энцеладе аналогов земных гидротерм, что означает что около них может существовать микробная жизнь.

Если гидротермальные процессы на Энцеладе действительно происходят, то они являются источником образования обнаруженного миссией «Cassini» метана. Он возникает при реакции углекислого газа и водорода, которые являются составляющими метаногенеза.

Под землёй. Гравитационное поле, благодаря которому осуществляется ток рек, является основной рельефообразующей силой на планете. Ему она обязана своей формой, она определяет характер происходящих в её недрах, на поверхности, в морских глубинах и атмосфере процессов.

Слагающие земную поверхность породы неоднородны по составу и своим прочностным свойствам, что проявляется при воздействии на них воды. В сравнительно легко растворимых горных породах – гипсе, доломитах, известняках, каменной соли или мраморе она формирует подземные пустоты. Их протяженность составляет десятки километров, а глубина залегания достигает ста и более метров от дневной поверхности.

На юге Китая найдено огромное подземное озеро в пещере Тростниковой Флейты. На Филиппинах длина подземной реки в районе города Пуэрто-Принсеса на острове Палаван составляет около восьми километров. До того, как в 2007 году на полуострове Юкатан была обнаружена подземная река Сак-Актун, она считалась самой длинной подземной рекой в мире.