Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

Земля як небесне тіло, що є частиною космосу, протягом своєї історії зазнала безліч перетворень.

Ці два таїнства природи діють в одному напрямку, в найдавнішому, яке отримане життям у спадщину з часів утворення Землі.

Мал. 1.6. Еволюція Землі за однією і тією ж часовою шкалою Космічні явища поширюються на неї у вигляді всесвітнього тяжіння, сонячної радіації й ін. і в значній мірі визначають розвиток життя, мають найбільш безпосереднє відношення до процесів, що відбуваються на Землі, до її будови. Разом з тим Землі властиві й суто земні процеси, що тісно пов'язані з космічними процесами й у сукупності створили Землю такою, якою вона є, з бурхливо кипучим життям, з її минулим, що губиться в неозорих просторах Всесвіту, з її майбутнім.

Багато сотень мільйонів років на Землі відбуваються процеси енергетичного обміну, перетворення і нагромадження різних форм енергії. Земля з усіма її оболонками – єдиний організм, в якому зберігається певна динамічна рівновага між окремими частинами, у тому числі між живою і неживою речовиною.

Процес еволюції Землі, як і розвиток життя на ній, іде від простого до складного. Російський поет Микола Заболоцький писав:

Природы вековечная давильня
Соединила смерть и бытие
В один клубок, но мысль была бессильна
Соединить два таинства ее.

На мал. 1.6 схематично представлені головні події еволюції Землі на одній і тій же часовій шкалі. Згідно з існуючими уявленнями, вченими розглядаються три основні стадії структурних перетворень примітивної Землі. Перша, яка передувала формуванню земного ядра, названа стадією гарячих первинних вулканів, друга – післяядерною стадією вулканів гавайського типу і третя, остання, –біологічною.

У ході першої стадії внутрішня частина планети піддавалася швидкій і значній структурній перебудові. Вулканічна діяльність, грози, падіння метеоритів, високоенергетичне ультрафіолетове випромінювання Сонця були дуже інтенсивними. Це випромінювання було у вищий мірі важливе для виникнення й еволюції життя в ході перших 2,5 млрд. років. Іншими джерелами енергії були електричні розряди, теплота, радіоактивність.

В атмосфері були присутні головним чином азот, оксид вуглецю, водень, водяна пара і сірководень.

Саме в цьому періоді на Землі з'явилася вода. Вважають, що первинна гідросфера виникла в результаті виділення з мантії Землі рідких легкорухомих розчинів і газів. Виділяючись у вигляді пару, вода конденсувалася і випадала величезними і майже безупинними зливами. На поверхні земної кори формувалися дрібні озера прісної дощової води з вулканічним попелом.

Сьогодні водяна оболонка Землі – гідросфера – включає всю воду планети, що знаходиться в рідкому, твердому (лід) і газоподібному (водяна пара) станах.

Загальний обсяг води на планеті залишається практично незмінним і складає порядку 1,5 млрд. км3. Світовий океан – головна складова частина гідросфери. На його частку припадає біля 94% об'єму вод. Далі ідуть підземні води, льодовики, поверхневі води (озера, ріки, болота, ґрунтові води).

Під впливом сонячного випромінювання вода в природі робить безупинний круговорот. Випаровуючись з поверхні рік, озер і морів, з вологого ґрунту, трави, листя дерев і чагарників, вона піднімається вгору у вигляді водяної пари, згущається в хмари, переноситься ними, а потім випадає на земну поверхню, стікає в ріки і моря, всмоктується ґрунтом, поглинається рослинами і знову випаровується. Система світового круговороту води, просторова безперервність Світового океану, спільність походження вод свідчать, що гідросфера єдина.

Для другої стадії характерне утворення ядра Землі. Біля 4000 млн. років тому, після того, як внаслідок розпаду короткоживучих радіоактивних елементів і гравітаційного стиснення внутрішня температура Землі зросла, напіврозплавлена внутрішня частина планети піддалася різкій перебудові. Утворення її ядра, котре, як вважає більшість дослідників, є в основному залізонікелевим, відбулося внаслідок безупинного плавлення глибоких внутрішніх зон. Після його формування внутрішня будова нашої планети залишалася по суті без змін, а мінеральний склад мантії і земної кори зберігається таким самим аж до наших часів.

Друга стадія еволюції Землі продовжувалася приблизно 1500–2000 млн. років і завершилася біологічним утворенням кисню.

У ході цього тривалого періоду фізичні умови поступово змінювалися: вулканічна активність знижувалась, частота падінь метеоритів зменшувалась, солоність океанів збільшувалась. Але продовжувало надходити високоенергетичне ультрафіолетове випромінювання Сонця. У таких умовах виникло життя.

До цього часу належать найдавніші осадові породи, що говорить про формування постійних океанів. Перші з відомих осадових порід, знайдені в Ісуа (Гренландія), мають вік біля 3800 млн. років. Більш давні відкладення представлені тільки кристалічними породами.

Третя стадія еволюції планети, названа біологічною, характеризується утворенням вільного кисню в атмосфері біля 2000 млн. років тому, коли у фотосинтезуючих організмів розвилася здатність використовувати видиме світло як джерело енергії і воду як донора електронів.

Нагромадження вільного кисню в атмосфері відбувалося до часу в 600 млн. років тому, коли виникли складні багатоклітинні форми життя. Після того, як в атмосфері нагромадився вільний кисень фотосинтезного походження, який став поглинати ультрафіолетове випромінювання Сонця, утворився озоновий шар. У результаті сонячне ультрафіолетове випромінювання перестало досягати поверхні Землі. Формування озонового екрану стало однією із самих значних подій в історії природного середовища, оскільки воно дозволило розвитися земним біологічним системам.

Кисень у земній атмосфері, складаючий 21%, знаходиться в стані динамічної рівноваги завдяки постійному поповненню за рахунок життєдіяльності рослин, тобто за рахунок життя на Землі. Цей феномен з усією наочністю показує, як розвиток життя на Землі приводить до космічних наслідків.

Еволюція Землі, процеси формування її атмосфери і біосфери відбувалися спільно і в постійному взаємозв'язку.

Ці процеси йшли в нерозривному зв'язку з еволюцією континентальних масивів, які тривалий час земної історії складали єдиний давній материк, так звану Пангею. Приблизно 200 млн. років тому почали утворюватися сучасні континенти.