Загадки простой воды
Шрифт:
Во время половодья количество воды в реках может увеличиваться от 2 до 50 раз в сравнении с мелководьем.
Плывущие по реке бревна прибиваются при половодье к берегу, в то время как при мелководье они плывут посередине реки. Происходит это потому, что в половодье, когда русло несет много воды, большая часть ее проходит посередине потока, где трение в меньшей мере замедляет скорость ее движения. В результате уровень воды здесь будет выше, чем у берегов (на Миссисипи, например, это превышение уровня составляет около 1 м). Благодаря этому в реке возникает движение воды от середины русла к берегам, которое и увлекает за собой бревна. При мелководье уровень воды посередине реки будет ниже, чем у берегов. В этом случае в реке возникает движение воды в направлении от
Движение воды в реках не всегда происходит от истоков к устьям. Иногда возникают такие условия, которые могут быть причиной обратных течений. Это бывает, например, на Сухоне, на притоке Днепра Припяти, на притоке Москвы-реки Пахре и на многих других реках. Причина явления может заключаться в том, что один из притоков реки весной раньше вскрывается ото льда. Его обильные воды могут настолько поднять уровень воды в реке, что она потечет вспять. Дело может сложиться и по-другому. Во время весеннего половодья по реке проносятся огромные массы воды. При встрече с притоком избыток этой воды может устремиться по нему вверх к истокам. В связи с этим стоит упомянуть об историческом эпизоде, имевшем место в XII веке в вольном городе Новгороде. Недовольное своим епископом Иоанном, население города решило его изгнать. Епископа посадили на плот и пустили плот по течению. Горожане рассчитывали, что течением реки плот будет унесен в Ладожское озеро, а оттуда попадет в Балтийское море. Но как только плот вышел на середину реки, его понесло к истоку Волхова – озеру Ильмень. Религиозное население Новгорода восприняло это как ниспослание богом «прощения» епископу. В действительности же при этом происходило движение воды в реке вспять, что наблюдается в природе не так уж редко.
При слиянии рек Оки и Волги у города Горького за счет того, что время половодья у этих рек не совпадает по времени (Ока более «южная» река и половодье на ней начинается раньше) происходит подпор и задержка течения той реки, на которой половодье еще не наступило (сток Оки и Волги в этом месте примерно одинаков).
От Алтая до берегов Северного Ледовитого океана на протяжении более 5 тыс. км несет свои воды Обь. Весной, когда в верховьях Оби лед уже растаял, в нижнем течении река еще скована льдом, задерживающим движение талых вод. Поэтому весной в нижнем течении Обь разливается особенно сильно.
Движение вод реки вспять возможно и по другим причинам. В 1722 году солдаты португальской армии поднимались на лодке против течения по реке Риу-Негру (приток Амазонки). Неожиданно для себя они вдруг заметили, что лодка стала двигаться «против течения» без помощи весел. На самом деле в этом месте река разделилась на два потока и один из них направился для слияния с рекой, принадлежащей другой системе. Явление это в гидрологии называется бифуркацией.
В 1822 году был построен качал, соединивший приток Южной Кельтмы Джурич с Северной Кельтмой – притоком Вычегды. Из-за мелководья канал вскоре был заброшен, но Джурич по-прежнему в верхнем течении отдает часть своих вод через полузаросший канал в Вычегду и далее в Белое море, в нижнем же течении воды Джурича через Южную Кельтму, Каму и Волгу направляются к Каспийскому морю.
Наряду с наземными существуют и подземные реки. Иногда же наземные реки становятся подземными. На Южном Урале есть река Сим, которая сумела протаранить гору. Воды этой реки подходят к горе и скрываются где-то под нею. Реку можно обнаружить снова, только перевалив через гору. В Западной Грузии одна из рек до ухода под землю имеет одно название, после же выхода из-под земли уже в другом месте она называется по-другому. До исследования этой реки считалось, что в одном месте она уходит под землю, в другом же месте выходит из-под земли совершенно независимый от нее поток. Опыт, однако, показал, что это не так. Уральская река Вишера имеет три притока, ныряющие под землю, – Язьву, Вижай и Большую Ваю. На одном из участков Большая Вая совсем близко подходит к Вишере, но не сливается с ней, а ныряет под нее и вновь появляется на земной поверхности уже на другом – левом берегу Вишеры. Происходит это потому, что известняки растворяются подземными водами, и под землей образуются пещеры и целые туннели.
В некоторых местах на земной поверхности наблюдается периодическое вытекание воды из подземных хранилищ – так называемые перемежающиеся источники. Они то бурно изливаются, то пересыхают, чтобы через некоторое время воспрянуть вновь. Их деятельность связана с выпадением дождей в данной местности. По принципу действия перемежающийся источник представляет собой подземный сифон.
Плотины на реках создают настолько большой подъем воды, что в прилежащем к водохранилищу районе прекращается сток в реку подземных вод и возникает фильтрация воды в направлении от водохранилища. На водохранилищах с высокими плотинами давление на дно может достигать нескольких десятков атмосфер. В результате фильтрации уровень подземных вод выше и ниже плотины поднимается. Из скважин, расположенных ниже плотины, может наблюдаться фонтанирование воды.
В развитии нашей страны речные пути сыграли не меньшую роль, чем морские в истории таких государств, как Англия, Португалия и Испания. Разливы Нила имели определяющее влияние на жизнь Древнего Египта. В связи с необходимостью регулировать движение альпийских водных потоков возникла очень важная для преобразования природы наука гидродинамика. Гидроэнергия рек обеспечила развитие мануфактур в период зарождения промышленности. В наше время энергоресурсы рек обеспечивают не только развитие отдельных экономических районов, но даже и целых государств, таких, как Норвегия и Швейцария.
Единовременный запас воды всех рек планеты составляет 1 200 км3, при годовом стоке в океан около 36 000 км3. Около 5% стока рек за год идет на нужды людей, в основном на орошение полей. Учитывая рост населения земного шара и возрастающие потребности промышленности в пресной воде, некоторые ученые считают, что может наступить время, когда нехватка воды будет сдерживать дальнейшее развитие общества. Поэтому нужно рационально использовать этот резерв планеты и сохранять его для будущего.
Плавание тел и закон Архимеда
Открытие основного закона гидростатики – одно из крупнейших завоеваний античной науки. Чтобы оценить значение открытия, рассмотрим примеры проявления и использования этого закона в природе, широко известного как закон Архимеда.
Воды южных морей имеют более высокую соленость и плотность, чем воды арктического бассейна. Поэтому в Арктике нередки случаи, когда воды теплых течений опускаются под холодные воды северных широт. Например, в районе севернее Шпицбергена теплое южное течение опускается под холодные воды Ледовитого океана. Подобным же образом теплое течение Жаннетты, выходя из Берингова пролива, проходит под водами Арктики и выходит на поверхность лишь у берегов Северной Америки. Различная соленость вод имеет большое значение для возникновения течений и в южных широтах. В Мраморном море вода более соленая и быстрее испаряется, чем в Черном. Поэтому через Босфор в придонных слоях вода протекает из Мраморного моря в Черное, в поверхностных же слоях имеет место противоположное течение.
Подземные реки могут иметь выход не только на земную поверхность, но и на дно моря. Будучи более легкими, воды этих рек в неглубоком море могут подниматься до его поверхности, практически не смешиваясь с соленой водой. Подобные выходы пресных вод в открытом море имеются вблизи Марокканского побережья Атлантического океана (у Агадира) и в Коринфском заливе Ионического моря – вблизи Коринфа.
Поскольку средняя плотность тела рыб близка к плотности воды, их вес вблизи основных горизонтов жизнедеятельности достаточно хорошо уравновешивается выталкивающей силой по закону Архимеда. Благодаря ритмичной работе мышц рыба может отталкиваться от воды и таким образом перемещаться. При этом по ее телу в направлении от головы к хвосту с возрастающей амплитудой пробегает плоская или винтообразная упругая волна. Скорость распространения этой волны превышает быстроту перемещения рыбы. За счет ритмичного отталкивания от воды при распространении по телу упругой волны и осуществляется плавание рыб. К помощи плавников рыбы прибегают только для поддержания равновесия и при медленных перемещениях.