Загадки простой воды

Зная физические свойства воды и льда, человек давно использует их в своей практической деятельности. Так, например, иногда применяется прокладка голых электрических проводов прямо по льду, так как электропроводность сухого льда и снега весьма мала. Она во много раз меньше электропроводности воды. Различные примеси оказывают значительное влияние на электропроводность воды и почти не изменяют электропроводности льда. Электропроводность химически чистой воды обусловлена частичной диссоциацией молекулы воды на ионы H+ и OH–. Основное значение для электропроводности и воды и льда имеют перемещения ионов H+ («протонные перескоки»). Электропроводность химически чистой воды при 18°C равна 3,8·10–8 Ом–1·см–1 а электропроводность морской воды около 5·10–2 Ом–1·см–1. Электропроводность пресной природной воды может быть 1 000 раз меньше, чем морской. Это объясняется тем, что в воде морей и океанов растворено большее количество солей, чем в речной воде.

Существенную характеристику электрических свойств вещества дает относительная диэлектрическая проницаемость. У воды она имеет величину в пределах 79...81, у льда 3,26, у водяного пара 1,00705.

Без воды не было бы на Земле ни жизни, ни производства.

Судьбы и нравы рек

В нашей стране насчитывается около 3 млн рек, ручьев, каналов и пересыхающих водотоков общей протяженностью до 10 млн км. Среди них более 2,5 млн самых малых рек длиной менее 10 км, затем идут реки длиной 10...20 км (их примерно 113500). Рек протяженностью 25...100 км около 32 450, число рек длиной от 100 до 500 км составляет 3852. Большие реки имеют длину 500...1 000 км, их 198, рек длиной более 1 000 км на территории нашей страны 77.

Рельеф нашей планеты сложился 120...130 млн лет тому назад. Основные реки европейской части нашей страны – Волга, Кама, Днепр и Дон – существовали уже в мезозое. Если судить о величине реки по размерам ее долины, можно полагать, что в доледниковый период самой крупной рекой на территории европейской части Советского Союза был Дон. Интересно, что 6...8 тыс. лет тому назад Кама и Вятка были притоками Северной Двины. Отступавший ледник преградил им путь на север, и они проложили себе новые русла в бассейн Волги. Отступавший ледник изменил и течение реки Пинеги, направив ее в Северную Двину (до этого Пинега по долине теперешнего Кулоя сбрасывала свои воды в Мезенскую губу Белого моря).

Обычно притоки рек текут в направлении, близком к направлению основной реки, однако встречаются и такие притоки, которые на значительном расстоянии текут в направлении, противоположном основному потоку, например приток Волги река Свияга Объясняется это тем, что Волга и Свияга на участке до слияния разделены водоразделом. На некоторых реках долины притоков ориентированы даже навстречу течению воды в основной реке. Это указывает на то, что в прошлом направление стока в основной реке было диаметрально противоположным. В Монголии подобную картину можно наблюдать в верховьях реки Хары, впадающей в Орхон – главный приток Селенги.

Есть на Земле реки, которые существуют в засушливых местах только во время сильных ливней по 2...3 часа за 3...4 года. За короткое время они сбрасывают большое количество воды и образуют короткие и глубоко врезанные в местность долины (вади). Такие реки типичны для побережья Красного моря. В Средней Азии многие реки (Зеравшан, Сох, Исфара, Чу, Мургаб) по пути своего движения постепенно расходуют весь запас воды и поэтому никуда не впадают.

Если бросить взгляд на земную поверхность с высоты птичьего полета, нельзя не удивиться необычайной извилистости речных русел. Встречая сложные условия рельефа, воды рек устремляются к наиболее низкому уровню силы тяжести на земной поверхности. В результате преодоления речным потоком сопротивления движению и возникают извилины речных русел, называемые излучинами. По имени реки Меандр в Малой Азии, где регулярные извилины весьма четко выражены, излучины рек стали называть меандрами (ныне река Меандр называется Большой Мендерес). Излучины Меандра дали имя и одному из древнейших греческих орнаментов (прямоугольные изломы прямой линии и их разнообразные сочетания). Небольшая река Пьяна в Горьковской области настолько прихотливо меандрирует, что в месте своего впадения в Суру оказывается значительно ближе к истоку, чем в среднем течении.

В верхнем течении воды рек имеют большую скорость и поэтому сильнее размывают грунт. Для нижнего течения рек вблизи мест их впадения в водоемы характерны процессы отложения размытого грунта. В связи с этим представляет интерес вопрос о местоположении озера Лобнор в Китае. Дело в том, что это озеро на картах различных эпох изображено в разных местах, весьма удаленных друг от друга. Некоторое время тому назад это было загадкой для ученых. Теперь все разъяснилось. Оказывается, что две реки, питающие озеро Лобнор, несут так много ила, что вследствие значительного его отложения могут сами себя запрудить и начать затем движение в новом направлении. Именно этим и объясняется различное местоположение озера Лобнор.

Образуемые ветром песчаные наносы также могут перекрыть русло небольшой реки и заставить ее течь в новом направлении. Так, в Монголии был перекрыт путь реки Мухур-Хунгуя к Хунгую, в результате чего возникло озеро Харанур.

Много ила несут с собой и воды китайской реки Хуанхэ, название которой в переводе означает «желтая река». В результате интенсивного процесса отложения ила в нижнем течении реки за несколько тысячелетий ее ложе поднялось выше уровня окружающей местности в некоторых участках до 8...10 м. Поэтому население Китая для предохранения местности от затопления издавна строит на берегах Хуанхэ специальные гидротехнические сооружения. В Советском Союзе подобные условия отложения наносов имеют место в нижнем течении реки Куры на Кавказе. Годовой сток взвешенных наносов Куры составляет 36,3 млн тонн. В этом отношении равнинная река Волга уступает Куре – годовой сток ее наносов не превышает 25,5 млн тонн.

Перед впадением в водоемы течение рек замедляется, и реки обычно разливаются, образуя довольно широкие многорукавные устья (дельты). Дельта Волги возникла в существовавшем ранее мелководном заливе Каспия. Она соединяется с морем почти 800 устьями. Самая большая дельта планеты – Бенгальская в Юго-Восточной Азии между полуостровами Индостан и Индокитай. Она образовалась в результате объединения дельт трех рек – Ганга, Брахмапутры и Мегхни. Длина ее составляет около 400 км при площади до 80 тыс. км2.

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 берегов к центру, и плывущие по реке бревна будут держаться середины реки.

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.