Розділ 2. Гідроенергетичні ресурси, їх використання. Принципові схеми, параметри, режими роботи ГЕС і ГАЕС

Ми звернулися до первісної історії Землі, до часів, коли тільки ще створювалися материки, щоб усвідомити роботу Сонця, води і вітру (в теперішній термінології відновлюваних джерел енергії), на благо людства. Протягом мільярдів років над формуванням земної кори безупинно працювали і зараз продовжують працювати невтомні трудівники – Сонце, вітер і вода.

На часовій шкалі еволюції Землі (див. мал. 1.6) ми прояснили появу на Землі води, про яку Антуан де Сент-Екзюпері писав: «Вода…ти не просто необхідна для життя, ти є життя…» Як відзначав В.І. Вернадський, «…вода стоїть окремо в історії нашої планети. Немає природного тіла, котре могло б зрівнятися з нею за впливом на хід основних, найбільш грандіозних процесів…»

А як же вітер?.. (Пригадуються слова О. Блока: «Вітер, вітер на всім божім світі»).

Сонячне тепло нерівномірно впливає на земну поверхню. Внаслідок цього в шарах атмосфери, які знаходяться поблизу земної поверхні, виникають різниця температур та нерівномірний розподіл атмосферного тиску, що викликає рух повітря. Такий рух повітря, який поза тим залежить від обертання Землі та рельєфу поверхні, й називають вітром.

Ми живемо на дні повітряного океану, у світі вітрів. Люди давно це зрозуміли, вони постійно відчували на собі вплив вітру. Спостереженням за вітрами займалися ще в Стародавній Греції. Вже в III ст. до н.е. було відомо, що вітер приносить ту чи іншу погоду. Для визначення напрямку вітру в Афінах біля 100 р. до н.е. побудували так звану «Вежу вітрів» з укріпленою на ній «трояндою вітрів» (вежа існує і сьогодні). В Японії і Китаї також були відомі «троянди вітрів», виготовлені у вигляді драконів, вони вказували напрямок вітру. Але їх головним призначенням було відлякувати злих духів– чужі вітри.

Вітер характеризується напрямком, швидкістю в м/с і силою вітру в балах за шкалою Бофорта (від 0 до 12), яка визначається баричним градієнтом, тобто зміною тиску на одиницю відстані.

Вся історія Землі пов'язана з двома глобальними процесами: внутрішніми (ендогенними), що відбуваються за рахунок внутрішньої енергії Землі, яка виділяється в результаті розвитку матерії в глибинних надрах, і зовнішніми (екзогенними), які діють за рахунок тісної взаємодії атмосфери, гідросфери, біосфери і літосфери із сонячною енергією і полягають в обміні речовини та енергії.

Сферична куля, у межах якої взаємно проникають і взаємодіють чотири названі геосфери, характеризується наступними особливостями: наявністю речовини в трьох агрегатних станах; проникненням в неї сонячної радіації; впливом на неї людського суспільства, для якого вона є життєвим середовищем.

До внутрішніх процесів відносяться: рух земної кори (тектонічні рухи), що включає її підняття й опускання, утворення в ній розломів, зминання гірських порід у складки й ін.; підняття розплавлених глибинних мас (магматизм); зміна осадових порід під впливом високих температур і тисків (метаморфізм).

До зовнішніх процесів належать: вивітрювання – фізичне і хімічне розкладання гірських порід під впливом коливань температур, дії повітря, води, хіміко-біологічних процесів; перенос пухкого чи розчиненого матеріалу, який утворився, з височин у знижені місця проточною водою, хвилями, вітром, льодовиками; відкладення і нагромадження в западинах (переважно зайнятих морськими й озерними басейнами) принесених продуктів, руйнування з наступним утворенням нових осадових порід. Інша частина осадових порід утворилася з матеріалу, що безпосередньо випадав на дно водоймищ у вигляді раковин і кістяків різних організмів.

В осадових породах зосереджені поклади вугілля, нафти, газу й інших викопних джерел енергії. Їх походження пов'язано з нагромадженням і перетворенням у надрах Землі органічних речовин.

Внутрішні і зовнішні процеси, знаходячись у постійній взаємодії, визначають формування земної кори, зміни рельєфу її поверхні. У порівнянні з цими процесами існування людства видається миттю в історії Землі. Судити про ці процеси можна за їх результатами, що виявляються, наприклад, в утворенні різних порід, геологічних структур, різних типів рельєфу та ін.

Таблиця 1.1. Геохронологічна шкала

* Тривалість четвертинного періоду за різними даними від 0,6 до 3,5 млн. років.

При вивченні питань розвитку Землі необхідно прочитати і відтворити її минуле. У тривалій історії Землі прийнято виділяти дві стадії: догеологічну, пов'язану з формуванням Землі як окремого космічного тіла, і геологічну – по суті стадію формування земної кори.

Земна кора складається з осадових, вивержених і метаморфічних порід. По заляганню гірських порід, їх структурі та складу викопних залишків організмів, що містяться в них, своєрідному «літопису» розвитку життя на Землі, геолог міркує щодо процесів, які відбувалися в Землі, послідовності утворення гірських порід і їх віку, відновлює історію її розвитку. Для вивчення глибоких частин Землі застосовуються геофізичні методи (з використанням сейсмології, гравіметрії, магнітометрії, геотерміки, електрометрії). Для визначення абсолютного віку Землі та різних земних шарів застосовуються радіоактивні методи. Геологічне літочислення (геохронологія) охоплює послідовність формування і вік гірських порід, що складають земну кору, з підрозділами на зони, ери, періоди і т.д. Однак поки не існує єдиної загальновизнаної геохронологічної шкали. Одну з останніх геохронологічних шкал наведено в таблиці 1.1. Протягом геологічної історії Землі відбувалися зміни будови і складу земної кори, рельєфу її поверхні, фізикогеографічних умов, органічного світу, зовнішніх і внутрішніх геологічних процесів. Розвиток Землі відбувався не монотонно, а циклічно. Сліди циклів різної тривалості прослідковуються в геологічних відкладеннях усіх ер.

У найдавніший архей з'являється органічне життя, але в результаті перекристалізації порід в них практично не збереглися органічні залишки.

У породах протерозою вже є залишки органічного життя.

У палеозойську еру розвивалася багата фауна безхребетних, з'явилися нижчі хребетні, котрі пройшли складну еволюцію. У другій половині палеозою спостерігався сильний розвиток наземної флори (розквіт папоротникоподібних, поява голонасінних рослин).

Рослинні і тваринні організми стають важливим фактором у розвитку Землі, впливаючи на зовнішні геологічні процеси і приймаючи участь в утворенні органогенних гірських порід (вапняків).

Пишний розвиток наземної флори і сприятливі умови в кам'яновугільний період сприяли могутньому вуглеутворенню. У карбоні у всіх частинах світу утворилися поклади кам'яного вугілля, які складають біля 21% світових запасів і місцями сягають величезних розмірів. До цього періоду належать також родовища вугілля в Україні в Донецькому басейні. З карбоном пов'язані родовища нафти і газу.

У пермський період утворилися поклади кам'яного вугілля, що складають біля 27% світових запасів.

У мезозойську еру органічний світ значно змінився, з'явилися птахи і перші давні ссавці, спостерігався розквіт голонасінних рослин (хвойних та ін.), поява покритонасінних рослин, утворювалися родовища кам'яного вугілля, нафти, газу. У мезозойських відкладеннях сконцентровані основні запаси нафти.

У юрський період наземна рослинність досягає пишного розквіту. Цей період характеризується значним вугленакопиченням, що відбувалося переважно в озерно-болотних умовах. На частку викопного вугілля юрського періоду припадає біля 15% світових запасів. У Росії значні запаси кам'яного і бурого вугілля, що належать до цього періоду, знаходяться в Сибіру і на Далекому Сході.

До крейдового періоду відноситься 16,7% світових запасів вугілля.

Для палеогенового і неогенового періодів кайнозойської ери характерні розвиток і панування ссавців, птахів, костистих риб, розквіт покритонасінних рослин (злаки, квіткові, листяні рослини).

Палеогеновий період і початок неогену характеризуються інтенсивним вугленакопиченням. На їх частку припадає 17% світових запасів вугілля, значна частина якого представлена бурими і рідше кам'яними вугіллями. Великі родовища цього вугілля є в Україні в Дніпровському басейні. У неогеновий період закінчилося формування сучасних материків і морів, а також сучасного рельєфу поверхні Землі.

ВПам’ятник В.І. Вернадському у м. Кременчук.І. Вернадський (1863–1945) – всесвітньо відомий вчений, визначний мислитель, засновник геохімії, біогеохімії, радіогеології і вчення про біосферу, голова комітету, скликаного для створення Національної бібліотеки Української держави в м. Києві (1918, нині Національна бібліотека України ім. В.І. Вернадського), організатор і перший президент Української академії наук (1919–1921). Багато уваги приділяв вивченню хімічного складу земної кори, океану та атмосфери. Дослідив роль радіоактивних елементів в еволюції Землі та передбачив значення радіоактивних речовин.

У першій половині четвертинного періоду відбувалися великі зміни клімату, у зв'язку з чим мінялися флора і фауна. Північна Америка, Європа і Північна Азія пережили ряд льодовикових епох, що чергувалися з більш теплими. До цього часу належать і перші етапи розвитку людства. Друга половина цього періоду (10 – 20 тис. років) наближається до сучасних фізико-географічних умов.

Ми усвідомлюємо глобальний характер кліматичної системи Землі, яка змінюється, а також той факт, що власна діяльність людини, набуваючи планетарного розмаху і роблячи величезний вплив на біосферу, може також впливати на клімат.