Hüdrosfäär (0)

Kehra Gümnaasium
11.A klass
Triin Kviljus
HÜDROSFÄÄR
Kehra 2014
SISUKORD
SISSEJUHATUS
Hüdroloogia kuulub inimühiskonna varasel perioodil kujunenud teaduste hulka ja on kõige tihedamini seotud hüdrosfääri uurimisega. Inimasustuste levik sõltus joogiveekohtade paiknemisest. Vee sügavuse, voolukiiruse, lainetuse mõõtmiseks hakati keskajal konstruee-rima mõõteriistu. Vee uurimisel on suur roll ka laevaliikluses. Nimelt 19. sajandil hakati rajama suuri vesiehitisi nagu paisud, veejõujaamu, kanaleid ja lüüse. Selle tulemusena arenes hüdroloogia väga kiiresti. 20. sajandil hakati uurima veekvaliteeti, sest paljudes piirkondades on reostuse tõttu puudus just kvaliteetsest veest. Hüdroloogia jaguneb kahte rühma: merehüdroloogia ja sisevete hüdroloogia. Esimene uurib maailmameri ja teine siseveekogusid ja neis toimuvaid protsesse.
Hüdrosfäär põimub teiste sfääridega: litosfääris ja mullas leidub põhjavett, atmosfääris on veeauru ning organismide koostises on samuti palju vett. Vee liikumise kiirus on erinevates paikades erinev. Atmosfääris vaheldub vesi umbes kahe nädala jooksul, sügavamate põhjaveekihtide vesi sadade aastatega ja mandriliustikes tuhandete aastate jooksul.
VEERINGE MAAL
Veeringe koosneb erinevatest lülidest: sademed, auramine , jõgede äravool, infiltratsioon ja veebilanss .
Sademed. Suurem osa ookeanide pinnalt aurunud veest langeb sinna tagasi, kuid osa kandub maismaale. Mida kaugemale mandrite sisealale niiske mereline õhk liigub, seda suuremal alal kujuneb rohkete sademetega mereline kliima. Maailmamere pindala on maismaa omast 2,4 korda suurem, seega maailmamerelt aurub rohkem vett ja veekogu pind on alati küllastunud.
Auramine. Auramine toimub kogu aeg nii maa- kui ka veekogude pinnalt. Auramine sõltub järgmistest teguritest: pinnase omadustest, taimestikust , maapinna niiskusest, temperatuurist ja tuule kiirusest. Kui maapind on ajutiselt veega üleujutatud või põhjavesi on maapinna lähedal, siis seal on kõige suurem auramine.
Jõgede äravool. Jõgede äravool sõltub sademete ja auramise vahekorrast. Niiskes kliimas ja veerohketel aastatel on jõgede äravool suurem kui veevaesetes tingimustes. Kuivadel aladel jõed puuduvad ja vähene maapinnale langevad sademed kuluvad enamasti auramisele. Jõgede äravoolu alad jaotatakse kaheks: perifeersed äravoolualad ja sise-äravoolualad. Esimesel jõgede vesi jõuab maailmamerre ja teisel jõuab jõgede vesi mandrisisestesse nõgudesse või suurtesse kõrbetesse ning ühendus maailmamerega puudub.
Mandrisisesed ookeanilise äravooluta alad on omapärase veeringega . Seal esineb ajutisi ja püsivaid jõgesid, mis on maailmamerega seotud ainult atmosfääri kaudu. Suurim neist on Kaspia-Aaralo äravooluala. Kuiva kliimaga sise-äravoolualadele on kõige iseloomulikumad suudmeta jõed. Sellised jõed kaovad märkamatult kõrbeliiva ning seda soodustab inimtegevus. Aina rohkem kasutavad inimesed vett põllumaade ja istanduste kastmiseks ja nii muutuvad jõed veevaesemaks.
Infiltratsioon. Infiltratsiooni käigus imbub maa sisse osa vihma- ja lumevett moodustades põhjavee. Seda protsessi nimetataksegi infiltratsiooniks. Sademetevee imbumine maa sisse on kõige intensiivsem nendes kohtades, kus maapinnale ulatuvad lõhelised kivimid või kruusa ning liiva sisaldavaid setteid ja need kohad on põhjavee peamised toitealad. Kui aga pindmise kihi moodustavad savi või turvas , siis infiltratsioon on väike.
Veebilanss. Veebilanss on veekogusse või mingile maa- alale juurdetuleva ja äramineva veehulga vahekord mingil kindlal ajavahemikul. Veebilansi tulupool koosneb sademetest ja juurdevoolust, kulupool aga auramisest ja äravoolust. Sõltuvalt veekogu või veeringe eripärast on veebilanss avaldatav mitmel kujul. Tavaliselt iseloomustatakse veeringet sademete, auramise ja äravoolu vahelisi seoseid kajastava veebilansida, mis on avaldatav kujul
P= E + Q
kus P on sademed, E- auramine ja Q- jõgede äravool.
MAAILMAMERI
Maailmameri katab 71% maakera pinnast ning ookeanid on peamised soojuse vastuvõtjad ja kogujad. Soojushulk , mis kulub auramisele, on üks olulisemaid soojusbilansi mõjutavaid komponente. Nii palju kui kulub energiat aurustumisele, vabaneb seda ka auru kondenseerumisel.
Ookeanid kaotavad palju rohkem soojust kui mandrid , kuna aurumine on suurem. Suurim soojushulk kulub auramisele passaatide piirkonnas ning pooluste suunas auramine väheneb. Külmade ja soojade hoovuste mõjul esineb auramisel ümbruskonnaga võrreldes suuri erinevusi. Soojema vee ümberpaigutamine külmemasse piirkonda tõstab vee temperatuuri, seega soojade hoovuste alal auramine suurem. Auramisele kuluv soojushulk on suhteliselt väiksem ekvatoriaalvööndis, kus vaatamata merevee kõrgele temperatuurile on auramine väiksem kui troopikas tänu suurele õhuniiskusele.
Merevee omadused
Veetemperatuur. Maailmamere pinnale langevast päikesekiirgusest neeldub vees 92% ja ülejäänud peegeldub tagasi atmosfääri. Neeldumine lõpeb ligi 30-40 meetri sügavusel ja ligi 2/3 kiirgusest neeldub ühe meetri paksuses pinnakihis . Seega on veekogude paari meetri paksune pinnakiht palju soojem kui sügavamad kihid. Merevee temperatuur on soojem kui maismaa oma. Maailmamere pinna aastane keskmine temperatuur on 17-18 kraadi, mis on 3-4 kraadi maismaa omast soojem. Tervikuna on maailmameri jahe, keskmine temperatuur 3,8 kraadi.
Soolsus . Nii mere kui ka ookeanide vesi on soolane . Merevee mineraalses koostises on kloriidid , sulfaadid, ja karbonaadid . Kõige rohkem on merevees NaCl.
Merevee soolsus on eri paigus erinev, keskmine soolsus on 35 promilli . Lähistroopiliste alade kõrgeim soolsus on tingitud suurest auramisest, mis ületab sademeid mitmekordselt. Madalam soolsus on ekvatoriaalvööndis, kus on palju sademeid. Põhjapoolkera parasvöötme ja arktilistel laiustel on soolade sisaldus väiksem.
Sügavuse suurenedes maailmamere soolsus ühtlustub ja kahe kilomeetri sügavusest alates on soolsus püsiv. Nendel laiustel, kus pinnakihi soolsus on keskmisest, see väheneb koos sügavuse suurenemisega. Ning vastupidi – pinnakihi väiksemale soolsusele vastab selle kasv sügavuti.
RANNAPROTSESSID
Muutused rannajoone lähedal nii maismaal kui veekogu madalaveelises osas toimuvad pidevalt. Muutuste tagajärjed ei pruugi alati välja paista, aga samas võivad need olla ka väga laastavad. Peamine jõud, mis kujundab maismaa ja suurte veekogude kokkupuuteala on lainetus . Lained võivad tekkida nii maavärinate, vulkanismi ja inimtegevuse tagajärjel. Lainete kõrgus, pikkus ja liikumiskiirus sõltub tuule kiirusest, kestusest ja ruumilisest ulatusest. Enamasti jäävad ookeanilainete pikkused vahemikku 40-400 meetrit ja liiguvad 25-90 kilomeetrit tunnis. Lainetuse iseloom ja mõju sõltub eelkõige veealuse rannanõlva reljeefist.
Rannikud jaotatakse järsk- ja laugrannikuteks. Järskrannikutel sügavneb veekogu kiiresti ja lained jõuavad rannajoone lähedale suure energiaga, ülekaalus on lainete kulutav tegevus ning kujunevad kulutusrannad (kulutusrandadele on iseloomulik rannajoone sirgemaks muutumine ehk õgvenemine). Lained purustavad ja kannavad rannajoonelt setteid , mistõttu moodustuvad sinna rannajärsakud. Kui selline järsak on kujunenud monoliitsetesse aluspõhjakivimitesse, siis nimetatakse seda pangaks ja vastavat rannalõiku pankrannaks. Laugrannik on lauge reljeefiga rannik , kus meri läheb aegamisi sügavaks. Laugrannikutel on ülekaalus lainete kuhjav tegevus. Veeosakeste hõõrdumise tõttu põhjaga kaotavad lained rannajoonele lähenedes järk-järgult energiat ja rannajoone lähedal on neil vaid setteid liigutav jõud. Sellistel rannikutel suudab tormilainetus kaasa haarata vaid jämedamast kruusast või liivast setteid ja paisata seda rannanõlvale. Sinna kuhjunud materjalist kujunevad rannajoonega paralleelsed settevallid – rannavallid. Rannale paisatud vesi aga haarab kaasa peenemat settematerjali, mis võib kuhjuda veealusteks vallideks ehk rannabarrideks. Vallilaadsed vormid võivad kujuneda, kui lainetus jõuab randa teatud nurga all nii, et setted hakkavad liikuma rannajoonega paralleelselt, sellist liikumist nimetatakse setete pikirändeks. Kohtades, kus rannajoon muudab suunda, võib setete pikirände tulemusena hakata kujunema maasäär. Eestis võib näha maasääri Saaremaal ja Hiiumaal.
JÕGEDE TOITUMINE JA VEEREŽIIM
Jõevesi sisaldab mitmesuguseid lahustunud aineid ja selle järgi võib öelda kust on vesi pärit. Jõe omadused sõltuvad tema toitumisest. Nii lumevesi kui ka liustikujää saab jõgede toiteallikaks põhjavesi, mis jõuab jõkke maasisese liikumise tagajärjel. Saabuva vee hulk jõgedesse on eri piirkondades ajaliselt muutuv ja seda tingib temperatuuri ning sademete aastaajaline kõikumine.
Looduslikud tegurid mõjutavad jõe veerohkust, veetaset ja voolukiirust, seega muutumised pole juhuslikud. Jõe veerežiim, mis kajastab neid muutusi, saab korrapäraselt eristada esinevate fraasidena esinevaid suur- ja madalvett. Suur- ja madalvesi võivad maakera eri paigus esineda millal tahes. Veerežiimi fraaside arv, kestus ja esinemise aeg on erinev.
Lühiajaline järsk ja juhuslik veetaseme tõus on seotud tulvaga. Tulvad tekivad kõige sagedamini valglal sadanud hoovihmadest. Jõgedel, millel on suur tähtsus lumeveel esineb suurvesi kevadel, suurematel laiustel ka suve algul. Kõrgmägedes algavatel jõgedel esineb suurvesi suve keskpaigani. Kahe suurveeperioodi piirkondades esineb ka kaks madalveeperioodi: suvine ja talvine . Suvise madalvee põhjustab sademetehulga vähenemine ja kõrge temperatuur. Suvisel madalveeperioodi peamine toiteallikas on põhjavesi, millele lisandub ka vihmavesi . Talvise madalvee põhjustab pindmise toitumise lakkamine ja peamiseks toiteallikas on samuti põhjavesi.
VOOLUSÄNG JA SELLEGA SEOTUD PROTSESSID
Voolava vee reljeefi mõjutav tegur jaguneb kolmeks osaks: kulutus ehk erosioon , setete transport ja setete kuhjumine ehk akumulatsioon . Voolav vesi võib seda teha mitmel moel: nõlvade ühtlase kulutamise ja setete jalamile kuhjamise ehk uhtumise teel või sängivooluna mööda kindlat vooluteed. Uhtumine esineb perioodiliste sademete korral, selle korral nõlvast alla valguv vesi võtab kaasa kõige peenema materjali. Kulutuse käigus võivad tekkida uhtorud , need on kõige iseloomulikumad vahelduva reljeefi ja intensiivse põllumajandusega piirkondades.
Aluspinnale avaldab uhtumisest suuremat mõju sängivool, mis kannab setteid kaugete vahemaade taha. Sängivool oleneb voolukiirusest, vee hulgast ning sängi kujust ja setetest. Voolukiirusest oleneb, kui kaugele suudab vesi materjali transportida. Vähese voolukiiruse juures settib voolust välja jämedam materjal, aga peenem materjal kantakse edasi. Voolav vesi kannab setteid edasi kolmel viisil. Kõige jämedamat materjali vesi veeretab mööda sängi põhja. Kõige rohkem setteid kantakse hõljumina. Vesi suudab ka settematerjali osaliselt lahustada ja lahustunud kujul edasi kanda.
Järskudelt mäenõlvadelt kiire vooluna laskuvad mäestikujõed haaravad sängi põhjast kaasa palju setteid. Sellise põhjaerosiooni tagajärjel muutub säng sügavamaks ja omandab V-tähe kujulise ristlõike. Voolukiirus ja jõe langus väheneb, kui jõgi lõikub aja jooksul aina sügavamale. Selle tulemusena väheneb põhjaerosioon ehk võime sängi põhjast setteid kaasa haarata ja kulutus kandub üle sängi kõlgedele. Küljeerosiooni tagajärjel hakkavad jõed looklema. Voolav vesi ja settematerjal kulutavad looke väliskülge ehk põrkeveeru. Kulutus põrkeveerul muudab selle järsuks ja nende alla kujunevad sängi kõige sügavamad osad ehk haudmikud. Jõgi annab sealt osaliselt looke siseküljele, mistõttu säng on selles osas palju madalam. Kahe looke vahelisel alal, kus säng on sirgjooneline, on voolukiirus väiksem. Nendes sängi osades toimub setete kuhjumine ja sängis kujunevad madalveelised osad ehk koolmekohad. Sängi põrkeveeru pidava kulutamise tagajärjel muutuvad need suuremaks ja eri loogete põrkeveerud liiguvad üksteisele aina lähemale. Lõpuks võib vesi suurvee ajal leida otsetee ühest looke tipust teise, erodeerides endale hoopis uuema sirgema sängi. Vana looge eraldub ja moodustab pika kitsa, seisva veekogu – soodi .
Tuhandeid aastaid voolanud jõgedel võib looklemise tõttu kujuneda jõelamm. Jõelamm on jõesetetest koosnev tasane ala oru põhjas, mida jõgi suurvee ajal üle ujutab. Lookleva jõe põrkeveerudelt haaratakse setteid kaasa ja need kuhjatakse aeglasema vooluga sängiosadesse. Loogete kasvades muudab säng pideval asukohta . Aeglase ja pideva asukoha muutumise tõttu moodustubki lamm.
Jõgi suudab kanda peenemaid setteid kaugemale. Suurte looklevate ja rohkesti setteid kandvate jõgede vool muutub suudme juured aeglaseks, mis põhjustab peenema settematerjali väljasettimise. Sellisel juhul võivad setted sängi ummistada ja jõgi otsib endale uusi vooluteid. Osa setest settib suudmeveekogu põhja jõe suudme lähedal, nii võib sinna kujuneda jõesetetest koosnev tasandik , mida liigestavad sängid. Sellist jõesetetest koosnevat tasandikku jõe suudmes , mis suurvee ajal üle ujutab, nimetatakse deltaks.
PÕHJAVESI
Infiltratsioon ehk sademetevee imbumine põhjavette sõltub mitmest looduslikust tegurist ja seda mõjutab ka inimtegevus. Poorsusest sõltuvad kivimite ja setete vahelised omadused. Mida suurem on pooride maht, seda rohkem vett sinna mahub . Kivimite veejuhtivus iseloomustab põhjavee liikumist. Maakoore ülemises osas eristatakse veesisalduse alusel aeratsiooni- ja küllastusvööndit. Esimene täidab lõhesid ja poore, õhk ning vesi võib seal olla ajutiselt. Küllastusvööndis on poorid ja tühikud täitunud veega ning on kujunenud põhjaveekiht. Veekihi langusest ja kivimite veejuhtivusest sõltub põhjavee liikumse kiirus maa sees. Termaal- ehk kuumad veed kujunevad maa sisesoojuse mõjul, kui põhjavesi jõuab suurele sügavusele või vulkaanilisele piirkonnale. Kõrgema temperatuuri korral on ainete lahustumine vees suurem ja ka termaalveed on kõrgema mineralisatsiooniga ehk suurema lahustunud ainete sisaldusega.
Põhjaveerežiimi võib mõjutada inimtegevus. Nii võib veetase alaneda ja veekvaliteet halveneda. Veetaseme alanemist on võimalik märgata intensiivsel vee väljapumpamisel, kui kuivaks jäävad madalad kaevud. Suure veevõtu korral kujuneb kaevu ümber alanduslehter, kus madalate kaevude jaoks vett enam ei jätku, küll aga sügavamate kaevude jaoks. Alanduslehtri paiknemine merelähedasel alal võib põhjustada põhjavee sooldumist, kuna soolane merevesi võib hakata liikuma maa suunas põhjaveekihti. Põhjaveetaset alandatakse maavarade kaevandamisel. Kaevetööde tegemiseks on vaja põhjaveetaset alandada kaevanduskäigu või karjääri põhjani. Põhjavee väljapumpamiseks on vaja rajada puurkaevusid. Puurkaevude läheduses tuleb vältida reostust. Selleks onn iga veehaarde ümber moodustatud sanitaarkaitseala, kus luuakse kaitserežiim, et vältida reoainete sattumist puurkaevu.
Maa sisse imbuv vesi võtab endaga kaasa mitmesuguseid reoaineid, nendeks võivad olla lekkivad veereotorustikud, sõnnikuhoidlad, prügilad ja liigne väetiste ja mürkkemikaalide kasutamine. Vesi puhastab ennast looduslikult enamatest reoainetest, puhastumine on aktiivsem kui vesi on aeratsioonivööndis ehk mida aeglasemalt ta liigub maapinnalt põhjaveekihti. Kui vesi liigub kiiremini, siis põhjavee reostus on suurem. Kõige paremini on põhjavesi kaitstud savika pinnakattega aladel.
VEEKOGUDE KASUTAMINE JA KAITSE
Ülemaailmse keskkonnastrateegia eesmärk on kindlustada elanikkonnale kvaliteetne joogivesi , kaitsta pinnaveekogusid ja rannikumerd reostamise eest. Kõige rohkem kasutavad vett tööstus ja elanikkond. Veevarusid saab säästa puhta vee kulu vähendamisega tööstuses. Vett kasutatakse korduvalt, laialt levinud on jahutusvee korduvkasutamine soojuselektri -jaamades ja küttesüsteemides.
Rannikumere reostumine on kõige suurem tiheda asustusega ja tööstuskontsentratsiooniga piirkondades. Kõige reostatum on rannalähedane meri, kuna reovesi jääb mere pinnakihti ning kandub tuule ja lainetuse mõjul rannale. Reostumise vähendamiseks kasutatakse randades süvalaskusid. Need on mere põhja pandud paarimeetrise läbimõõduga torud, mis ulatuvad rannast mõne kilomeetri kaugusele. Süvalasust väljuv heitvesi on mereveest kergem ja hakkab ülespoole tõusma. Ülespoole liikudes heitvesi hajub ja nii väheneb randade reostusoht . Kõige suuremaid kahjustusi mereveele põhjustavad naftareostused, kus tankerite avariid võivad vette paisata mitukümmend tuhat tonni naftat. Sellise olukorra puhul on väga keeruline seda naftat sealt kätte saada. Sadamates kasutatakse selleks mitmesuguseid ujuvtõkkeid ja keemilisi aineid, mis imavad nafta ja õli endasse. Täielikult nafta likvideerimine on peaaegu võimatu, raskemad ühendid langevad põhja ja selle mõju veeelustikule võib kesta kaua.
Reovee puhastamine
Reoveepuhasteid on vaja veekogude ja nende elustiku kaitseks. Tänapäeval kasutatakse peamiselt mehaanilist, bioloogilist ja keemilist puhastust, tehnoloogia sõltub sellest, milliseid ained on vaja reoveest kõrvaldada. Mehaanilise puhastuse korral eemaldatakse reoveest ujuv praht ja muud tahked osakesed, mis tekivad puhastis pinnale või settivad põhja. Bioloogilise puhastamisel lagundavad mikroorganismid reovees olevat orgaanilist ainet. Keemilisel puhastamisel kasutatakse reoaine eemaldamiseks kemikaale. Väikese reoveehulga puhul saab puhastamiseks kasutada looduslähedasi puhastusvõtteid. Nii rajatakse biotiike, pinnasfiltreid ja puhastuslodusid. Erilist erinevust looduslike ja tehislike biopuhastite vahel ei ole, looduslik puhastus kestab ainult kauem.
KOKKUVÕTE
Töös omandasin uusi teadmisi seoses hüdrosfääriga. Käsitlesin järgmisi teemasid : veeringe maal, maailmameri rannaprotsessid, jõgede toitumine ja veerežiim, voolusäng ja sellega seotud protsessid, põhjavesi ja veekogude kasutamine ja kaitse. Teemade käigus sain teada uusi mõisteid, millest ma polnud varem kuulnudki. Kõige huvitavam teema oli minu jaoks veekogude kasutamine ja kaitse. Üllatav oli, et veevarusid kasutatakse korduvalt nii, et puhast vett juurde võetakse vähe.
KASUTATUD KIRJANDUS
http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycleestonian.html
HANG , T., JAAGUS, J., JÄRVET, A., KANAL , A., KIRS , J., MANDER, Ü., OJA, T., PUURA , I., ROOSAARE, J., Üldmaateadus gümnaasiumile, Tartu: Avita, 2004