Льодовики, багаторічна мерзлота й підземні води

Льодовики — це маси природного льоду, які рухаються під дією власної ваги. Вони утворюються там, де снігу за рік накопичується більше, ніж встигає розтанути. Це відбувається вище так званої снігової лінії — нижньої межі вічних снігів. Сніг, нагромаджуючись рік за роком, ущільнюється: спочатку перетворюється на фірн (зернистий сніг), а потім — на щільний кристалічний лід.

Висота снігової лінії залежить від двох головних чинників — температури повітря й кількості опадів. Чим тепліший клімат, тим вище має піднятися місцевість, щоб сніг перестав танути. Тому снігова лінія знижується від тропіків до полюсів:

Зверни увагу: на екваторі снігова лінія трохи нижча, ніж у сухих тропіках, хоча на екваторі тепліше. Чому? Тому що там випадає дуже багато опадів і велика хмарність послаблює сонячне нагрівання, тому сніг зберігається на дещо меншій висоті.

Покривні та гірські льодовики

За формою й розташуванням льодовики поділяють на два типи:

• Покривні (материкові) льодовики вкривають величезні території суцільним крижаним щитом завтовшки до кількох кілометрів. Сьогодні вони є лише в Антарктиді та Гренландії. Від краю таких льодовиків відколюються величезні брили льоду — айсберги.

• Гірські льодовики розташовані у високих горах і стікають долинами у вигляді льодових «язиків». Найвідоміші — у Гімалаях, Альпах, на Кавказі, Алясці, в Андах.

Значення льодовиків величезне. У них зосереджено понад 2/3 усіх запасів прісної води на Землі. Вони живлять гірські річки, особливо влітку, коли танення льоду дає воду для зрошення. Сучасне скорочення льодовиків — один із найпереконливіших доказів глобального потепління клімату. Крім того, льодовики створюють специфічні форми рельєфу (троги, кари, морени), які вивчають в темі про зовнішні геологічні процеси.

Багаторічна (вічна) мерзлота — це товща ґрунтів і гірських порід, температура якої не піднімається вище 0 °C протягом багатьох років поспіль. Улітку відтає лише верхній діяльний шар завтовшки від кількох десятків сантиметрів до кількох метрів, а глибше породи залишаються мерзлими.

Умови утворення багаторічної мерзлоти:

• Середня річна температура повітря нижча за 0 °C.

• Зима довга, морозна й малосніжна. Чому малосніжність важлива? Тому що сніг діє як тепла «ковдра»: він ізолює ґрунт від холоду. Якщо снігу мало, мороз проникає глибоко в землю й ґрунт промерзає на велику глибину.

Найбільші площі багаторічної мерзлоти:

Наслідки багаторічної мерзлоти

Мерзлота є водотривким шаром — вона не пропускає воду. Тому в районах її поширення тундра й тайга сильно заболочені: тала вода не може просочуватися вглиб і залишається на поверхні.

Інші проблеми — морозне здимання й термокарст. Узимку, коли вода в ґрунті замерзає, ґрунт здимається й утворює горби (морозне здимання). Термокарст виникає, коли тане підземний лід: ґрунт просідає, утворюючи западини й провалля. Це робить місцевість нестабільною для будівництва.

Як будують у зоні багаторічної мерзлоти? Будинки ставлять на палі, заглиблені в мерзлий ґрунт, а між будівлею й землею залишають вентильований простір. Так тепло від будинку не розтоплює мерзлоту, і ґрунт не просідає. Трубопроводи (наприклад, нафтогазові) прокладають на спеціальних опорах, щоб не порушити температурний режим ґрунту.

Глобальне потепління спричиняє танення багаторічної мерзлоти. Це призводить до вивільнення метану й вуглекислого газу, які були законсервовані в мерзлому ґрунті, що додатково прискорює зміну клімату. Крім того, танення руйнує інфраструктуру — дороги, будівлі, трубопроводи.

Підземні води — це води, що заповнюють пори, тріщини й пустоти в гірських породах у верхній частині земної кори. Вони утворюються переважно завдяки просочуванню (інфільтрації) атмосферних опадів і вод із поверхневих водойм.

Водопроникні й водотривкі породи

Здатність порід пропускати воду називають водопроникністю. Пісок, галька, тріщинуваті вапняки — водопроникні: вода крізь них просочується легко. Глина, кристалічні породи без тріщин (граніт, базальт) — водотривкі: вони затримують воду й не дають їй рухатися далі вглиб. Шар породи, що насичений водою й лежить над водотривким шаром, називають водоносним шаром.

Ґрунтові води

Ґрунтові води — це перший від поверхні постійний водоносний шар, що залягає над першим водотривким шаром. Вони безнапірні: рівень води в колодязі відповідає рівню ґрунтових вод. Рівень ґрунтових вод коливається за сезонами — вищий навесні після танення снігу, нижчий улітку. Оскільки вони найближчі до поверхні, вони легко забруднюються з поверхні. Природний вихід ґрунтових вод на поверхню називають джерелом.

Окремий різновид — верховодка: тимчасова вода, що накопичується над невеликою лінзою глини (наприклад, після дощу) і зникає в сухий період.

Міжпластові (артезіанські) води

Міжпластові води залягають між двома водотривкими шарами. Вони краще захищені від забруднення, ніж ґрунтові. Якщо такі води перебувають під напором (тобто водоносний шар затиснутий між водотривкими шарами, що залягають похило), їх називають артезіанськими. Коли свердловина досягає такого шару, вода піднімається вище рівня водоносного шару, а іноді б'є фонтаном.

Артезіанський басейн — це геологічний прогин, де шари залягають чашею. Найвідоміший — Великий Артезіанський басейн в Австралії. Артезіанські води — найчистіші з підземних вод і найпридатніші для централізованого водопостачання.

Мінеральні й термальні води

Мінеральні води містять багато розчинених солей, газів і мікроелементів. Вони мають лікувальні властивості й використовуються на курортах. Найвідоміші родовища — Карлові Вари (Чехія), Боржомі (Грузія), а також численні джерела в Україні (Миргород, Трускавець, Моршин).

Термальні води — це підземні води з температурою понад +20 °C. Вони поширені в районах сучасного вулканізму та геотермальної активності. В Ісландії термальними водами опалюють будинки й теплиці; на Камчатці, у Новій Зеландії, Японії їх використовують для виробництва електроенергії на геотермальних станціях.

Приклад 1. Чому снігова лінія в тропіках вища, ніж у помірних широтах?

Завдання: обери одну правильну відповідь.

Снігова лінія в тропіках розташована на висоті понад 5000 м, а в помірних широтах — близько 2500–3500 м. Головна причина цього:

• А) у тропіках випадає більше снігу

• Б) гори в тропіках вищі

• В) у тропіках вища температура повітря, тому сніг тане й на більших висотах

• Г) у тропіках нижчий атмосферний тиск

Розв'язання: снігова лінія — це межа, вище якої сніг не встигає розтанути за рік. Температура повітря з висотою знижується, тому в теплішому кліматі потрібно піднятися вище, щоб досягти температури, за якої сніг зберігається. У тропіках середньорічна температура біля поверхні значно вища, ніж у помірних широтах, тому снігова лінія там вища.

Відповідь: В.

Чому інші варіанти неправильні:

• А — у тропіках снігу на рівнині не буває, а в горах його кількість не визначає висоту снігової лінії; визначальним є співвідношення накопичення й танення.

• Б — висота гір не впливає на положення снігової лінії; вона залежить від клімату.

• Г — атмосферний тиск знижується з висотою скрізь, але це не причина різної висоти снігової лінії на різних широтах.

Приклад 2. Які підземні води лежать між двома водотривкими шарами й піднімаються у свердловині під напором?

Завдання: обери одну правильну відповідь.

• А) ґрунтові

• Б) верховодка

• В) артезіанські

• Г) термальні

Розв'язання: за визначенням, артезіанські води — це міжпластові підземні води, що перебувають під напором. Вони залягають між двома водотривкими шарами, і коли свердловина розкриває водоносний шар, вода піднімається вище його покрівлі, іноді виходячи на поверхню фонтаном.

Відповідь: В.

Чому інші варіанти неправильні:

• А — ґрунтові води залягають над першим водотривким шаром і не мають напору.

• Б — верховодка — тимчасова вода, що з'являється над лінзою глини, вона не має напору й непостійна.

• Г — термальні води — це гарячі підземні води, але вони не обов'язково напірні й не обов'язково залягають між двома водотривкими шарами.

Приклад 3. Де поширена багаторічна мерзлота?

Завдання: обери одну правильну відповідь.

• А) Західна Європа

• Б) Східний Сибір

• В) Сахара

• Г) басейн Амазонки

Розв'язання: багаторічна мерзлота утворюється там, де середня річна температура нижча за 0 °C, а зима довга, морозна й малосніжна. Східний Сибір (особливо Якутія) — класичний регіон поширення мерзлоти з товщею понад 1000 м. Західна Європа має тепліший клімат через вплив Атлантики. Сахара й басейн Амазонки — жаркі регіони, де мерзлота неможлива.

Відповідь: Б.

Приклад 4. Чому будинки в зоні багаторічної мерзлоти ставлять на палі?

Завдання: обери одну правильну відповідь.

• А) через часті повені

• Б) через землетруси

• В) через сильні вітри

• Г) щоб тепло будинку не розтопило мерзлоту й ґрунт не просів

Розв'язання: багаторічна мерзлота чутлива до тепла. Якщо поставити будинок просто на ґрунт, тепло від опалення проникне в землю, розтопить верхній шар мерзлоти, і ґрунт просяде — будівля деформується або зруйнується. Палі заглиблюють у мерзлий ґрунт, а простір між будинком і землею вентилюється, тому тепло не передається в ґрунт.

Відповідь: Г.

Чому інші варіанти неправильні:

• А — повені в зоні мерзлоти трапляються, але палі не є захистом від них.

• Б — землетруси в Сибіру та на півночі Канади рідкісні, і палі не є сейсмозахистом.

• В — сильні вітри характерні для тундри, але палі не ставлять через вітер.

• Вважають, що снігова лінія на всіх широтах однакова або найвища на екваторі. Насправді вона знижується від тропіків до полюсів, а на екваторі вона трохи нижча, ніж у сухих тропіках, через рясні опади й хмарність.

• Плутають покривні льодовики з гірськими. Покривні вкривають суцільним щитом цілі материки (Антарктида, Гренландія), гірські — стікають долинами у високих горах.

• Пояснюють мерзлоту лише холодною зимою, не враховуючи малосніжність і середню річну температуру нижче 0 °C. Саме малосніжність дозволяє морозу проникати глибоко в ґрунт.

• Плутають ґрунтові води з артезіанськими: ґрунтові не мають напору й лежать над першим водотривким шаром, а артезіанські — між двома водотривкими шарами й перебувають під напором.

• Вважають мінеральні води обов'язково гарячими, а термальні — солоними. Насправді мінеральні води можуть бути холодними (їхня ознака — високий вміст солей і мікроелементів), а термальні — прісними (їхня ознака — висока температура, понад +20 °C).

• Вважають глину водопроникною, а пісок — водотривким. Насправді навпаки: пісок і галька добре пропускають воду, а глина є водотривким шаром.

Тема «Льодовики, багаторічна мерзлота й підземні води» входить до розділу 1.6 програми НМТ з географії («Гідросфера»). Програма передбачає знання про:

• льодовики й багаторічну мерзлоту;

• підземні води, термальні й мінеральні води;

• прісну воду як ресурс.

Формат завдань: у частині «Завдання 1–20» тесту НМТ трапляються завдання з вибором однієї правильної відповіді з чотирьох (1 бал). Вони можуть перевіряти:

• причину явища — чому снігова лінія в тропіках вища, ніж у помірних широтах; чому тундра в зоні мерзлоти заболочена;

• вид підземних вод за описом — які води залягають між двома водотривкими шарами; які води мають лікувальні властивості.

У демонстраційному варіанті НМТ-2026 окремого завдання саме з цієї теми немає. Однак зміст НМТ відповідає всій програмі, тому ці питання можуть з'явитися в будь-якому варіанті. Їх обов'язково треба знати.

Стратегія виконання

У завданні на причину явища вибирай варіант, що пояснює явище теплом і вологою (для льодовиків і мерзлоти) або будовою шарів (для підземних вод). Наприклад:

• висота снігової лінії → залежить від температури й опадів;

• заболоченість тундри → мерзлота як водотривкий шар;

• напір артезіанських вод → залягання між двома водотривкими шарами.

• Льодовики утворюються вище снігової лінії, де сніг не встигає розтанути за рік; сніг перетворюється на фірн, а потім на лід.

• Снігова лінія знижується від тропіків до полюсів: від понад 5500 м у сухих тропіках до 0 м в Антарктиді.

• Покривні льодовики — Антарктида й Гренландія; гірські — у Гімалаях, Альпах, на Кавказі, Алясці, в Андах.

• Багаторічна мерзлота поширена в Сибіру, на півночі Канади й Аляски, у високогір'ї Тибету. Будинки там ставлять на палях, щоб не розтопити мерзлоту.

• Ґрунтові води — безнапірні, залягають над першим водотривким шаром. Артезіанські — напірні, залягають між двома водотривкими шарами.

• Мінеральні води мають лікувальні властивості завдяки високому вмісту солей і мікроелементів. Термальні води мають температуру понад +20 °C і використовуються для опалення й електроенергії.