Контрольная работа по "Гидрология"

Единицы измерения  давления: гПа, мб, мм.рт.ст.

[P] = [H/m] = [Па],

1гПа = 100Па = 1мб

1мм.рт.ст. = 4/3 =1 ,333 гПа

1гПа = ¾ = 0,75мм.рт.ст

3. Влажность

Одной из составляющих воздуха атмосферы является пар. Его большее или меньшее количество в воздухе определяет влажность или сухость климата, условия жизни человека и роста растений.

Поглощая большую  часть собственного излучения земли  и передавая часть полученного  тепла подстилающей поверхности, образуя  встречное излучение, водяной пар  уменьшает интенсивность охлаждения подстилающей поверхности, когда нет поступления солнечной радиации. Следовательно, чем больше содержится водяных паров в атмосфере, тем медленнее понижается температура подстилающей поверхности, а отсюда и окружающего воздуха после захода солнца. А так как повышенная влажность воздуха, как правило, наблюдается при приближении теплого фронта или циклона, то повышение температуры воздуха вечером является одним из признаков ухудшения погоды. Вследствие этого, выделяется два процесса изменения температуры: влажно-адиабатический и сухоадиабатический.

Атмосферный воздух, особенно в нижних слоях, всегда содержит некоторое количество водяного пара. При определенной температуре, которая  зависит от количества водяного пара, водяной пар в воздухе может достичь насыщения. В этом случае воздух называют насыщенным.

Для характеристики влажности воздуха применяют  несколько величин, отражающих:

1. абсолютное содержание  водяного пара в воздухе (упругость; абсолютная, удельная влажность),

2. степень близости  водяного пара к состоянию насыщения (относительная влажность, дефицит влажности, точка росы).

Водяной пар, как всякий газ, обладает упругостью (давлением). Упругость пара (е),Па меньше упругости насыщения (Е). Чем больше разность Е - е, тем суше воздух и интенсивнее испарение.

Абсолютная влажность (а) - масса водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха, кг/м³.

Соотношение между абсолютной влажностью и упругостью водяного пара следующее:

а=2,17_*10^-3 е/Т, где а - абсолютная влажность, кг/м³; е - упругость водяного пара, Па; Т - температура воздуха, К.

Удельная влажность –  масса водяного пара, содержащегося в единице массы влажного воздуха, измеряется в г/кг.

Ощущение сухости  или сырости воздуха связано  не с абсолютным влагосодержанием (упругостью, абсолютной или удельной влажностью), а с тем, насколько водяной пар близок к насыщению, и характеризуется дефицитом влажности и относительной влажностью.

Дефицит влажности (d), гПа – это разность между упругостью насыщения (Е) при данной температуре и упругостью водяного пара (е), содержащегося в воздухе:

d = Е – е

Относительная влажность (r),% - отношение массы водяного пара, содержащегося в воздухе к массе водяных паров, необходимых для насыщения воздуха при данной температуре:

r=e/E*100

Если количество водяного пара остается тем же, а  температура воздуха увеличивается, то относительная влажность уменьшается. Когда температура воздуха понижается, то при неизменном количестве водяного пара в воздухе относительная влажность увеличивается.

Каждому значению температуры воздуха соответствует  вполне определенное количество водяных  паров, которые будут насыщать воздух, причем, чем ниже температура, тем меньшее количество водяных паров требуется для его насыщения.

Если содержащий водяной пар воздух начнет охлаждаться, то при некоторой температуре он окажется насыщенным водяными парами, и при дальнейшем охлаждении излишек водяных паров будет конденсироваться или сублимироваться.

Температура, до которой нужно охладить воздух при  постоянном давлении, чтобы водяной пар, содержащийся в нем, достиг состояний насыщения, называется точкой росы и обозначается греческой буквой ф. Точка росы – важная и удобная характеристика влагосодержания воздуха. В частности, по ней легко судить о вероятности образования тумана. При насыщенном воздухе она совпадает с температурой воздуха, во всех остальных случаях – ниже.

4. Градиент метеорологической величины

Метеорологические величины изменяются как во времени, так и в пространстве. Совокупность значений метеорологической величины во всём пространстве называют полем этой величины. Количественной мерой изменения метеорологической величины в пространстве служит градиент этой величины.

Наибольший  практический интерес представляют горизонтальный и вертикальный градиенты метеорологической величины. Горизонтальный градиент всегда положителен. Вертикальный может быть как положительным, так и отрицательным. Справедливо следующее общее правило: если метеорологическая величина убывает, то вертикальный градиент положителен, если величина растет с высотой, то вертикальный градиент этой величины отрицателен.

5. Видимость

Под дальностью горизонтальной видимости у Земли, определяемой метеорологами, понимается то расстояние, на котором еще можно обнаружить предмет (ориентир) по форме, цвету, яркости. Дальность видимости измеряется в метрах или километрах.

Дальность видимости  чаще всего определяется на глаз по определенным, заранее выбранным  объектам (темным на фоне неба), расстояние до которых известно. Но имеется  и ряд фотометрических приборов для определения видимости.

В очень чистом воздухе, например, арктического происхождения, дальность видимости может достигать сотен километров. Рассеяние света в таком воздухе производится преимущественно молекулами атмосферных газов. В воздухе, содержащем много пыли или продуктов конденсации, дальность видимости может понижаться до нескольких километров и даже до метров. Так, при слабом тумане дальность видимости составляет 500–1000 м, а при сильном тумане или сильной песчаной буре может снижаться до десятков и даже нескольких метров.

 

Геология

5. Геофизические  поля. Палеомагнетизм.

Геофизические поля представляют собой особую форму материи, обеспечивающую связь в Земле массивов горных пород в единые системы геологических тел, осуществляющую передачу действия одних геологических тел на другие, удерживающую гидросферу и атмосферу, поддерживающую процессы энергопереноса, необходимые для существования жизни на Земле. Геофизическим полем или физическим полем Земли называется множество значений физических величин (параметров), количественно характеризующих естественное или созданное в Земле искусственное физическое поле (или отдельные его элементы) в пределах определенной области или территории Земли.

Удобно разделение физических полей Земли на два класса: естественного и искусственного происхождения.

К естественным физическим полям Земли относятся:

- гравитационное (поле силы тяжести);

- геомагнитное;

- температурное;

- электромагнитное;

- сейсмическое (поле упругих механических колебаний);

- радиационное (поле ионизирующих излучений).

Через физические поля осуществляется взаимодействие Земли  как планеты с Солнцем и  со всем остальным макрокосмическим пространством. В пределах Земли  и околоземного космического пространства природные физические поля принято называть геофизическими, что подчеркивает их непосредственную связь, генетическую и структурную, с нашей планетой. Особо следует подчеркнуть прямую связь полей, которые мы называем геофизическими, именно с литосферой, с другими глубинными "сферами" земного шара и лишь опосредованную связь с процессами, происходящими в ближнем и дальнем космосе. Это значит, что все рассматриваемые геофизические поля обусловлены особенностями строения литосферы и Земли в целом (гравитационные и геомагнитные поля), либо характером геодинамических, физических и химических процессов (сейсмические, радиоактивные, температурные, электромагнитные поля).

Искусственные неуправляемые поля (техногенные  физические поля) продуцируются и  обусловлены работой механизмов и машин, энергетических установок, средств связи, транспорта, а также других источников антропогенной деятельности.

Все названные  естественные (природные) и искусственные (техногенные) геофизические поля являются неуправляемыми, т.е. они существуют помимо воли исследователей, использующих их для решения тех или иных задач по изучению оболочек Земли, в том числе и с экологическими целями.

Специально  для геофизических исследований Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, решения инженерных, технических  и экологических задач, широко используются управляемые поля. Они создаются искусственно, с помощью разных источников, возбудителей упругих волн, батарей и генераторов постоянного или переменного тока, источников гамма-излучения и нейтронов и др. 

Свойство горных пород  намагничиваться в период своего формирования под действием магнитного поля Земли и сохранять приобретённую намагниченность (остаточную намагниченность) в последующие эпохи называется палеомагнетизмом. Величина и направление этой намагниченности соответствуют магнитному полю, существовавшему в данной точке земной поверхности при образовании породы, то есть миллионы и сотни миллионов лет назад. Палеомагнетизм даёт возможность изучать эволюцию геомагнитного поля, «записанную» в намагниченности горных пород.

В зависимости от условий формирования, горные породы приобретают различную по интенсивности и по стабильности (то есть по способности противостоять размагничивающим воздействиям) намагниченность.

Для палеомагнетизма наиболее существенна остаточная термонамагниченность (TRM), которая образуется при остывании горной породы в геомагнитном поле. TRM возникает главным образом при охлаждении расплавов (лав, интрузий), то есть свойственна изверженным породам. TRM может в десятки и сотни раз превышать намагниченность, возникающую в том же поле при комнатной температуре. Для разрушения TRM требуются магнитные поля, в десятки и сотни раз превышающие поле, создавшее TRM. Существуют ещё остаточная химическая намагниченность (CRM), возникающая при росте ферромагнитных зёрен в магнитном поле, вязкая остаточная намагниченность (VRM), образующаяся при длительном воздействии магнитного поля на породу (за счёт термоактивационных и диффузионных процессов), и, наконец, ориентационная остаточная намагниченность (DRM). Последняя образуется в осадочных породах: магнитные зёрна из размытых кристаллических пород, уже обладающие TRM или CRM, осаждаясь на дне водоёмов и рек, ориентируются подобно стрелке компаса в магнитном поле. Затем частицы при отвердевании осадка оказываются вцементированными в него и сохраняют свою ориентацию, которая и обусловливает остаточную намагниченность породы. CRM у осадочных пород может образоваться как в момент их формирования, так и позднее, а у изверженных пород CRM всегда вторична, то есть возникает в процессе жизни породы. VRM всегда вторична, а значит, не имеет определённого возраста. Таким образом, TRM и DRM связаны с процессом формирования породы, и если возраст данной породы известен, то тем самым становится известным и время возникновения намагниченности, необходимое для изучения изменения геомагнитного поля во времени.

При палеомагнитных исследованиях выясняют сначала, каким  из видов намагниченности обладает данная порода, стремятся выделить первичную намагниченность (образовавшуюся вместе с породой) и по ней определить древнее геомагнитное поле. Существуют полевые и лабораторные методы исследования, позволяющие определить первоначальное направление вектора остаточной намагниченности путём статистической обработки достаточно большого количества измерений, сделанных на отдельных образцах. По направлению горизонтальной составляющей вектора устанавливается направление магнитного меридиана, по величине наклонения вектора в месте взятия породы определяется палеомагнитная широта.

 

5. Динамическая, историческая и прикладная геология

Геология (от «Гео» - «земля», «Логос» - «учение») – комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли; в узком смысле слова – наука о составе, строении, движениях и истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых. Большинство прикладных и теоретических вопросов, решаемых геология, связано с верхней частью земной коры, доступной непосредственному наблюдению.

Как видно из определения, объект исследований весьма объемен и сложен, поэтому в геологии существует более 100 специальностей и специализаций, связанных с химией, физикой, биологией, математикой и кибернетикой, астрономией и астрофизикой и т.д.

С некоторой  долей условности геологию можно  разделить на два направления: прикладную (практическую) и теоретическую.

Геология прикладная объединяет следующие отрасли: геологию полезных ископаемых (рудных, нерудных, горючих), гидрогеологию (пресных, минеральных и термальных вод), инженерную геологию, нефтепромысловую, рудничную, мониторинг опасных геологических процессов (эндогенных и экзогенных), космическую геологию и т. д.

Теоретические проблемы геологии рассматриваются  в рамках следующих наук:

1. минералогии,  петрологии, кристаллографии, кристаллохимии, литологии, геохимии;

2. динамической  геологии с разделами: геотектоника, геоморфология, вулканология, сейсмология;

3. историческая  геология с разделами палеогеография  и палеотектоника, стратиграфия, палеонтология, экологическая геология;

4. региональная  геология.

Динамическая  геология – направление геологии, изучающее геологические процессы, протекающие в земной коре и на её поверхности. Динамическая геология выявляет закономерности развития этих процессов, исследует их причины и изучает результаты воздействия на строение земной коры и рельеф земной поверхности. Важнейшие средства решения задач динамической геологии — наблюдение хода современных геологических процессов и их моделирование в лабораторных условиях. Исследования возможны в рамках любой геологической дисциплины, поэтому она не представляет собой самостоятельной и обособленной отрасли геологии. Динамическая геология посвящена изучению внутренних и внешних геологических процессов; изучение некоторых из них выделилось в самостоятельные отрасли геологии (тектоника, вулканология, сейсмология, геоморфология и др.).