Vízföldrajz v. hidrogeográfia 1. előadás

Az előadások a következő témára: "Vízföldrajz v. hidrogeográfia 1. előadás"— Előadás másolata:

1 Vízföldrajz v. hidrogeográfia 1. előadás

2 A földi szférák: Litoszféra Pedoszféra Hidroszféra Atmoszféra Bioszféra A hidroszféra „túlterjed saját határain” Azaz a vele érintkező szférákat (lito-, atmo- és bioszféra) is átszövi. A bioszféra kivételével tömegaránya az egyes szférákban 1% alatti de jelentősége ennél jóval nagyobb.

3 A vízzel foglalkozó szakterületek „vizes tudományok”
Mérnöki-műszaki tudományok: hidraulika, vízépítéstan, hajózás stb. Biológia Hidrobiológia, tengerbiológia stb. Földtudományok hidrológia Vízföldrajz tárgykörei: Felszín alatti vizek: Felszíni vizek. Tengertan (óceanográfia) Folyótan (potamológia) Tavak tana (limnológia) Légköri vizek Jég (glaciológia)

4 A földi vízkészlet eredete:

5

6 Kialakult a szilárd földkéreg, a felszín hőmérséklete 100 C alá süllyedt, heves vulkáni tevékenység zajlott. A vulkáni gázokból és gőzökből keletkezett a föld ősi légköre és ősi hidroszférája. A folyékony víz döntő szerepet játszott a többi bolygótól eltérő jóval differenciáltabb fejlődésben, az élet kialakulásában és fennmaradásában stb. A közvetlenül a vulkáni gőzökből származó vizet JUVENILIS víznek nevezzük. (Ennek mennyisége napjainkban kb. 0,1 km3 / év). A víz körforgásában már régebb óta bekapcsolódott vizet VADÓZUS víznek nevezzük.

7 A légkör uralkodóan szén-dioxidból állt ami a kőzeteket kémiailag megtámadta, sok mállástermék keletkezett. A víz egy részét az UV sugárzás elbontotta (fotodisszociáció). A maradék víz oldotta a kőzetek málladékait és azokat az ősi óceánokba mosta. Ezáltal az eredetileg (a vulkáni savaktól) savas tengervizet semlegesítette. Ezáltal az óceánok a kloridoldatok nagy gyűjtőmedencéivé váltak. Az idő múltával különböző folyamatok hatására megváltozott a légkör összetétele, szén-dioxidban, nitrogénben és oxigénben gazdagabb lett. Ezek a gázok oldódtak a tengervízben is és ezáltal az KLORID-KARBONÁT-oldattá alakult. Ekkor keletkeztek az első karbonátos üledékes kőzetek.

8 A víz fizikai tulajdonságai:
A Föld mérete és naprendszerbeli helyzete miatt mindhárom halmazállapotban általánosan elterjedt. Alsó határértéke a HÁRMASPONT (0 ,01 ̊C és 6,1 hPa) Itt az olvadás és a forráspont egybeesik szublimál. 104hPa 100hPa kritikus pont CSEPPFOLYÓS VÍZ JÉG hármas pont H (101 325 Pa = 1 atm) GŐZ 6,1 hPa

9 Földi körülmények között a légnyomás értékek a 6,1 hPa csaknem mindenütt meghaladják ezért megfelelő hőmérséklet esetén a víz mindenhol megjelenhet cseppfolyós halmazállapotban. pascal (Pa) bár (bar) technikai atmoszféra (at) fizikai atmoszféra (atm) (torr) és (Hgmm) font per négyzethüvelyk (psi) 1 Pa ≡ 1 N/m² 10−5 10,197·10−6 9,8692·10−6 7,5006·10−3 145,04·10−6 1 bar ≡ 106 dyn/cm² 1,0197 0,98692 750,06 14,504 1 at 98 066,5 0,980665 ≡ 1 kp/cm² 0,96784 735,56 14,223 1 atm 1,01325 1,0332 ≡ Pa 760 14,696 1 torr 133,322 1,3332·10−3 1,3595·10−3 1,3158·10−3 ≡ 1 Hgmm 19,337·10−3 1 psi 6,89476 68,948·10−3 70,307·10−3 68,046·10−3 51,715 ≡ 1 lbf/in²

10 Forráspont: a nyomás növekedésével fokozatosan emelkedik:
Az olvadáspont meglehetősen széles nyomástartományban (néhány hPa tol néhány hPa-ig 0 ̊C körül van ( a nyomás növekedésével lassan csökken az olvadáspont). Sarkvidéki jégtakarók, vastag gleccserek talpán felléphet ez az olvadáspont csökkenés. Forráspont: a nyomás növekedésével fokozatosan emelkedik: A nyomás növekedése illetve csökkenése jelentősen befolyásolja a forráspontot 6,1 hPa-on 0,01 ̊C 101,325 hPa-on 100 ̊C A kritikus pontot elérve 374 ̊C a víz csak egyetlen fázisban „gőz” fordul elő. A jég olvadáspontja különböző nyomáson [2] Nyomás kPa Hőmérséklet Tm, °C 101,325 0,0 329,50 –2,5 603,11 –5,0 872,79 –7,5 1132,67 –10,0 1382,74 –12,5 1593,58 –15,0 1799,52 –17,5 2002,51 –20,0 2157,46 –22,1

11 A víz fázisdiagramja alapján elmondhatjuk…
4000 méter magasságban a nyomás ∼0,6 atm ilyenkor a víz már 86 oC-on forr (a tojás kb. 30 perc alatt fő meg ). kukta-fazékban nyomás alatt a víz magasabb hőmérsékleten forr, magasabb hőmérsékleten, rövidebb idő alatt főzünk 80 kg –os korcsolyázó ember kb. 500 atm. nyomással terheli a jeget, a jég olvadáspontja ilyen körülmények között kb. -3,7 oC,

12 A víz sűrűsége: A sűrűség (jele: ρ –görög: ró) az adott térfogategység tömegének mértéke. Ha egy test sűrűsége nagyobb, az annyit jelent, hogy adott térfogat egységenként nagyobb a tömege. A sűrűség SI mértékegysége kilogram per köbméter (kg/m³) A tiszta víz sűrűsége Pa nyomáson 3,98 °C-on a legnagyobb: 999,972 kg/m3. 1901-től 1964-ig a litert 1 kg víz maximális térfogataként definiálták, mivel a tiszta víz legnagyobb sűrűsége kb. 1, kg/l (most 0, kg/l). Sokáig tehát ez a meghatározás volt hatályban, mígnem kiderítették a tiszta víz tényleges maximális sűrűségét, ami 0, kg/dm3.

13 Tehát a víz egyik különleges tulajdonsága, hogy a sűrűsége az anyagok nagy többségétől eltérően nem növekszik folyamatosan a hőmérséklet csökkenésével. Hanem maximális sűrűségét 4°C-nál éri el. Ezért csak akkor helyezkedik el a leghidegebb vízréteg legalul, ha a víztömeg hőmérséklete nem csökken 4 °C alá. Ha ez alá csökken a hőmérséklet Legalul a 4 °C-os víz helyezkedik el és felette a hidegebb víz Fordított rétegződés. Tehát a 4 °C –os víz felett van a 3, a 2 az 1 és legfelül a 0 °C –os víz. Tehát a befagyás is felül történik meg s a jég fenn is marad mivel a 0 °C –os jég sűrűsége 9%-al kisebb mint a szintén 0 °C –os vízé. A jég már „normális anyagként viselkedik és a hőmérséklet csökkenéssel nő a sűrűsége.

14 4 °C felett a a sűrűség csökkenés üteme gyorsabb mint 4 °C alatt
4 °C felett a a sűrűség csökkenés üteme gyorsabb mint 4 °C alatt. Sőt a hőmérséklet emelkedésével egyre gyorsabban csökken a sűrűség. Pl. 24 °C-ról 25 °C-ra melegedő víz sűrűség csökkenése 30 szór nagyobb mint a 4 °C-ról 5 °C-ra melegedő vízé. Ezért a felmelegedő vízben a melegebb rétegek igen stabilan foglalják el a felső rétegeket.

15 A viszkozitás, más elnevezéssel a belső súrlódás egy gáz vagy folyadék belső ellenállásának mértéke a csúsztató feszültséggel szemben. Így a víz folyékonyabb, kisebb a viszkozitása, míg az étolaj vagy a méz kevésbé folyékony, nagyobb a viszkozitása. A köznyelvben általában a nagy viszkozitású anyagokat sűrűnek, a kis viszkozitásúakat pedig hígnak nevezik. A sűrűség mint fizikai fogalom azonban mást jelent! hőmérséklet, °C viszkozitás, mPa.s 1,797 5 1,525 10 1,301 15 1,138 20 1,006 25 0,8938 30 0,7998 35 0,7229 40 0,6563 60 0,4735 80 0,3570 95 0,2993 Pa.s = pascl X secundum A táblázatból kiolvasható, hogy a hideg víz viszkozitása nagyobb. Pl. a 0°C-os víz viszkozitása duplája a mint a 25 °C-os. Az eltérés hatással van a sarkvidéki és a trópusi élőlények mozgására illetve a víz mozgására is.

16 FAJHŐ: Egy rendszer hőkapacitása megadja, hogy mennyi hőt (Q) kell közölni a rendszerrel, hogy hőmérséklete (T) egy kelvinnel emelkedjék. Jele: C, mértékegysége: J/K. A földrajzi burok elterjedtebb anyagai közül a víznek van a legnagyobb fajhője J/kg°C ez kb. 4-5 szőröse a gyakoribb kőzetekének.

17 A víz színe: nagy tömegben kékes árnyalatú mivel a behatoló sugarak közül a kék színnek megfelelő hullámhosszú sugarakat nyeli el a legkevésbé.

18 KÉMIAI JELLEMZŐK: A legközönségesebb egyetemes oldószer
KÉMIAI JELLEMZŐK: A legközönségesebb egyetemes oldószer. Gyakorlatilag kisebb nagyobb mértékben oldja a litoszféra összes kőzetét, valamint a légkör gázainak jórészét. Ezért a természetben a kémiailag tiszta víz gyakorlatilag nem fordul elő, mindig valamilyen töménységű oldatról beszélünk. Leggyakrabban só oldatok. Az oldó hatást fokozza ha bizonyos anyagok felvételével gyenge savvá vagy lúggá alakul. A légkörből és a talajlevegőből jelentős mennyiségű CO2-t vehet fel a víz ezért gyakran híg szénsavként viselkedik ami a természetben gyakori kalcium és magnézium karbonátos kőzetekből (mészkő, dolomit) jelentős mennyiséget feloldhat. Ennek jellemzésére használjuk a víz keménységének a fogalmát. Magyarországon ezt többnyire német keménységi fokban mérik: 1 német keménységi fokú NK az a víz amiben literenként 10 mg CaO vagy ezzel egyenértékű 7,19 mg MgO van

19 Az oldatként megjelenő víznek megváltoznak a fizikai tulajdonságai:
Raoult törvény: A HÍG OLDATOK ESETÉBEN AZ OLDAT MOLÁRIS KONCENTRÁCIÓJÁNAK ARÁNYÁBAN EMELKEDIK A FORRÁSPONT ÉS CSÖKKEN A FAGYÁSPONT. SÓKONCENTRÁCIÓ FAGYÁSPONT 24,7‰ -1,33°C 35,0‰ -1,91°C 23,0% -21,0°C

20 A Víz oxigéntartalma: A hőmérséklet és a maximálisan elnyelhető oxigéntartalom között fordított az összefüggés. Vízhőmérséklet (°C) Maximális oxigéntartalom (cm3 /l) -2 8,39 0,0 7,97 10,0 6,35 20,0 5,31 30,0 4,46

21 A sóoldatok sűrűsége nagyobb, mint a tiszta vízé, a koncentráció növekedésével a sűrűség is nő.
Pl. 1m3 20 °C-os tengervíz tömege 27 kg-mal nagyobb mint az ugyanolyan hőmérsékletű desztillált vízé. A fentiekből következik, HOGY A SÓS VIZEK 4 °C-NÁL ALACSONYABB HŐMÉRSÉKLETEN ÉRIK EL MAXIMÁLIS SŰRŰSÉGÜKET.

22 A FÖLD VÍZKÉSZLETE A Föld vízkészlete 1,64 Mrd km3
15,5% litoszférában kötött (4000 m alatt) 0,5 % litoszférában szabad 82,3 % világóceán 1,69 % jég teljes olvadása esetén a vízszint 70 m-t emelkedne 0,01% édesvizű tavak 0,01% sós tavak 0,01 % folyók 0,00006 % élőlények 0,0008 % légkör

23 A víz természetes körforgalma, vagyis a víznek a napsugárzás és a nehézségi erő hatására létrejövő, állandó állapot- és helyváltoztatása nem más, mint a légkörben (atmoszférában), az óceánokban és a szárazföldeken (beleértve a felszínalattiakat is) található, legkülönbözőbb megjelenési formájú vizek közötti kölcsönhatások rendszere (Dyck, 1978).

24 Vízmérleg A föld területének (510 millió km2) 71%-a víz 29%-a szárazföld 103 12300 km3 111 385 425 71 40