На главнуюТексты книг БКАудиокниги БКПолит-инфоСоветские учебникиЗа страницами учебникаФото-ПитерНастрои СытинаРадиоспектаклиКнижная иллюстрация





Библиотечка «За страницами учебника»
Космическая геология. Кац, Рябухин А. Г. — 1984 г.

Яков Гиршевич Кац
Анатолий Георгиевич Рябухин

Космическая геология

*** 1984 ***


DjVu


 

PEKЛAMA

Заказать почтой 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD.
Подробности >>>>


      Полный текст книги

 

      СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3
Земные профессии космонавтики
Основные этапы развития космонавтики в СССР и ее значение для изучения Земли 6

Глава I. Земля — планета Солнечной системы 11
Форма, размеры и орбита Земли. Сравнение ее с другими планетами Солнечной, системы. Общий взгляд на структуру Земли 18
Методы изучения земных недр 21
Особенности радиационного излучения земной поверхности 23

Глава II. Геологическая съемка с орбиты 26
Типы космических аппаратов Особенности геологической информации с разных орбит
Характеристика методов исследования 29
Цветной наряд Земли 37
Земля в невидимом диапазоне спектра электромагнитных колебаний 42

Глава III. Что дает космическая информация для геологии 49
Как работают с космическими изображениями
Линеаменты 53
Кольцевые структуры 55
Можно ли открывать рудные и нефтяные богатства из космоса 63
Космические исследования и охрана окружающей среды 65
Сравнительная планетология 66
Заключение 76
Литература 78


      ЗЕМНЫЕ ПРОФЕССИИ КОСМОНАВТИКИ
      Грандиозны задачи, которые советский народ, руководимый Коммунистической партией, решает в сфере хозяйственного развития.
      Многое здесь делается впервые, много осуществляется в масштабах, не имеющих прецедента в истории человечества. Каждый шаг вперед — это встреча с новыми проблемами, творческий пбиск, сопряженный с огромной ответственностью, а порой и риском. Наука уверенно прокладывает путь в будущее, совершая качественный скачок в познании природы. Основной особенностью современной научно-технической революции является ее всеобъемлющий, всеохватывак щий характер. Так, например, развитие космонавтики вызвало прогресс многих «земных» отраслей науки и техники.
      Идея создания космических аппаратов сначала связывалась только с изучением планет Солнечной системы и далеких миров. Физики и астрономы стремились доставить свои приборы и наблюдателей к изучаемым объектам, преодолеть влияние атмосферы, которое всегда осложняло, а порой и делало невозможными многие эксперименты. И их надежды были не напрасны. Внеатмосферная астрономия и физика открыли перед наукой совершенно новые горизонты. Стало возможным изучать источники ультрафиолетового и рентгеновского излучения, поглощаемого атмосферой. Новые возможности. открылись перед гамма-астрономией. Вынесение в космос радиотелескопов позволяет осуществить дальнейшее развитие радиоастрономических исследований.
      Важной особенностью развития космонавтики сегодняшнего дня является ее применение для решения народнохозяйственных задач. В настоящее время космические методы исследования используются. в метеорологии, геологии, географии, водном, лесном и сельском хозяйстве, океанологии, рыбной промышленности, для охраны окружающей среды и во многих других областях науки и народного хозяйства.
      По объему используемой космической информации первое место занимает метеорология. Метеорологи изучают верхнюю оболочку нашей планеты — атмосферу — с помощью искусственных спутников Земли. Получив первые фотографии облачности, ученые убедились в правильности многих своих гипотез о физическом состоянии атмосферы. составленных по данным обычных метеорологических станций. Кроме этого, спутники дали обширную информацию о глобальной структуре атмосферы. Выяснилось, что в зависимости от характера
      воздушных течений в ее нижних оболочках (тропо- и стратосфере) существуют большие конвективные ячейки с восходящим и нисходящим током воздушных масс. Огромную информацию принесли спутники о кучево-дождевых облаках, главных виновниках ливневых осадков, причиняющих столько бед людям. Из космоса были обнаружены тропические вихри. Известно, какое влияние оказывают метеорологические явления на жизнь и хозяйственную деятельность человека, поэтому сейчас осуществляется широкий комплекс программ, исследующих различные процессы, «управляющие» погодой и климатом.
      Благодаря использованию спутников ученые стоят ныне на пороге решения одной из сложнейших в настоящее время задач метеорологии — составления двух-трехнедельного прогноза погоды.
      Космические методы дают большую информацию для многих отраслей геологии: геотектоники, геоморфологии, сейсмологии,
      инженерной геологии, гидрогеологии, мерзлотоведения, поиска полезных ископаемых и др. По мере того как расширяется круг наших сведений о Земле, существенное значение приобретает знание общепланетарных особенностей ее строения. В этом науке помогают космические аппараты. На полученных из космоса снимках можно выделить районы с различным тектоническим строением, а все, что было известно поданным наземных исследований, увидеть в обобщенном виде на одном изображении. В зависимости от масштаба изображения мы можем изучать континенты в целом, платформы и геосинклинальные области, отдельные складки и разрывы. Обзор с космических высот позволяет сделать выводы о сопряжении отдельных структур и общем тектоническом строении региона. При этом во многих случаях удается объективно показать положение и уточнить строение поверхностной и глубинной структуры, погребенной под чехлом более молодых отложений. Это означает, что при анализе космических снимков появляется новая информация о структурных особенностях региона, которая позволит существенным образом уточнить имеющиеся или составить новые геологические и тектонические карты и тем самым усовершенствовать и сделать более целенаправленным поиск полезных ископаемых, дать обоснованные прогнозы сейсмичности, инженерных геологических условий и т. д. Космические снимки позволяют установить характер и направленность молодых тектонических движений, характер и интенсивность современных геологических процессов. По снимкам можно четко проследить связь рельефа и гидросети с геологическими особенностями изучаемого объекта. Информация из космоса позволяет оценить влияние хозяйственной деятельности человека на состояние природной среды.
      С помощью космических аппаратов можно изучать рельеф, вещественный состав, тектонические структуры верхних оболочек других планет. Это очень важно для геологии, так как позволяет сравнивать строение планет, находить их общие и отличительные черты.
      Космические методы широко применяются и в географии. Основные задачи космической географии состоят в изучении состава, строе-
      ния, динамики, ритмики окружающей нас природной среды и закономерностей. ее изменения. С помощью космической техники мы имеем возможность судить о динамике рельефа земной поверхности, вы-х явить основные рельефообразующие факторы, оценить разрушительное действие речных, морских вод и других экзогенных сил. Не менее важно изучить из космоса растительный покров как обжитых, так и труднодоступных районов. Космические съемки дают возможность узнать состояние снежного покрова и ледников для определения запасов снега. На основе этих данных прогнозируется водность рек, возможность снежных обвалов и схода лавин в горах, составляется кадастр ледников, изучается динамика их движения, оценивается дождевой сток в засушливых зонах, определяются площади затопления паводковыми водами. Все эти данные наносятся на фотокарты, смонтированные из космических снимков в нужной проекции. Карты, составленные с учетом космической информации, имеют много преимуществ, главное из которых — объективность.
      Активно использует космическую информацию и наше сельское хозяйство. Наблюдения из космоса позволяют получать специалистам сельского хозяйства оперативную информацию о погодных условиях. Космическая информация дает возможность вести учет и оценку земель, следить за состоянием сельскохозяйственных угодий, оценивать активность и влияние экзогенных процессов, определять области угодий, пораженные сельскохозяйственными вредителями, выбирать наиболее подходящие участки для пастбищ.
      Одна из проблем, которая стоит перед лесным хозяйством страны,— разработка метода учета и составление карт лесов — уже сейчас решается с помощью космических съемок. Они позволяют получать оперативную информацию о лесных ресурсах. С помощью космической техники обнаруживаются очаги лесных пожаров, что особенно важно для труднодоступных районов. Очень актуальна также задача, решаемая на основе космических снимков,— своевременное картирование участков поврежденного леса.
      Большие работы с применением спутников ведутся и по исследованию Мирового океана. При этом измеряется температура поверхности океана, исследуются морские волнения, определяется скорость движения океанских вод, изучается ледовый покров, загрязнение Мирового океана.
      С точностью порядка градуса можно измерить температуру морской поверхности с помощью инфракрасных радиометров, установленных на борту искусственных спутников Земли. При этом измерения можно производить практически одновременно по всей акватории Мирового океана. Космическая информация обеспечивает также решение прикладных задач в мореплавании. К ним относятся предупреждение стихийных бедствий, что позволяет обеспечить безопасность морского судоходства, прогнозировать ледовую обстановку, определять координаты судна с высокой точностью. Спутниковая ’информация может использоваться для поиска промысловых скоплений рыбы по акватории Мирового океана.
      Мы рассмотрели лишь некоторые примеры использования космической информации, касающиеся вопросов исследования природных ресурсов Земли. Конечно, сфера применения космических методов и космической техники в народном хозяйстве значительно шире. Например, специальные спутники связи дают возможность вести и принимать телепередачи из самых удаленных уголков планеты, десятки миллионов телезрителей смотрят телепередачи по системе «Орбита». Результаты космических исследований и разработок, связанных с подготовкой и проведением экспериментов в космосе (в области электроники, вычислительной техники, энергетики, материаловедения, медицины и др.), уже находят применение в народном хозяйстве.
      Случайно ли космические методы завоевали такую популярность? Даже краткий обзор применения космической техники в науках о Земле позволяет нам ответить — нет. Действительно, мы располагаем сейчас подробными сведениями о строении того или иногб региона и процессах, протекающих там. Но объективно рассмотреть эти процессы в целом, во взаимосвязи, на глобальном уровне мы можем только с использованием космическЬй информации. Это позволяет изучать нашу планету как единый механизм и перейти к описанию локальных особенностей ее строения, исходя из нового уровня наших знаний. Основные преимущества космических методов состоят в системном анализе, глобальности, оперативности и эффективности. Процесс широкого внедрения космических методов исследования закономерный, он подготовлен историческим развитием всей науки. Мы являемся свидетелями возникновения нового направления в науках о Земле — космического землеведения, часть которого — космическая геология. Она изучает вещественный состав, глубинную и поверхностную структуру земной коры, закономерности размещения полезных ископаемых, используя информацию с космических аппаратов.
     
      ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ КОСМОНАВТИКИ В СССР И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗЕМЛИ
      Первый в мире искусственный спутник Земли был запущен в, СССР 4 октября 1957 г. В этот день наша Родина подняла флаг новой эры в научно-техническом прогрессе человечества. В тот же год мы отмечали 40-летие Великой Октябрьской социалистической революции. Эти события и даты связаны с логикой истории. За короткий срок аграрная, отсталая в промышленном отношении страна превратилась в индустриальную державу, способную воплотить в жизнь самые дерзновенные мечты человечества. С тех пор в нашей стране создано большое число космических аппаратов различных типов— искусственные спутники Земли (ИСЗ), пилотируемые космические корабли (ПКК), орбитальные станции (ОС), межпланетные автоматические станции (MAC). Развернут широкий фронт, научных исследований в околоземном пространстве. Для непосредственного изучения стали доступны Луна, Марс, Венера. В зависимости от решаемых задач искусственные спутники Земли подразДеляются на Научные, метеорологические, навигационные, связи, океанографические, исследующие природные ресурсы, и др. Вслед за СССР в космос вышли США (1 февраля 1958 г.), запустив спутник I «Эксплорер-1». Третьей космической державой стала Франция х (26 ноября 1965 г., спутник «Астерикс-1»); четвертой — Япония i (11 февраля 1970 г., спутник «Осуми»); пятой — КНР (24 апреля 1970 г., спутник «Дунфанхун»); шестой — Великобритания (28 октября 1971 г., спутник «Просперо»); седьмой — Индия (18 июля 1980 г., спутник «Рохини»). Каждый из упомянутых ИСЗ был выведен на орбиту отечественной ракетой-носителем.
      Первый искусственный спутник представлял собой шар диаметром 58 см и весом 83,6 кг. Он имел вытянутую эллиптическую орбиту высотой 228 км в перигее и 947 км в апогее и просуществовал как космическое тело около трех месяцев. Помимо проверки правильности основных расчетов и технических решений с его помощью впервые удалось измерить плотность верхней атмосферы и получить данные по распространению радиосигналов в ионосфере.
      Второй советский ИСЗ был запущен 3 ноября 1957 г. На нем находилась собака Лайка, были проведены биологические и астрофизические исследования. Третий советский ИСЗ (первая в мире научная геофизическая лаборатория) выведен на орбиту 15 мая 1958 г., проведена широкая программа научных исследований, открыта внешняя зона радиационных поясов. В дальнейшем в нашей стране были разработаны и запускались ИСЗ различного назначения. Запускаются ИСЗ серии «Космос» (научные исследования в области астрофизики, геофизики, медицины и биологии, изучения природных ресурсов и др.), метеорологические ИСЗ серии «Метеор», ИСЗ связи, научные станции и по изучению солнечной активности (ИСЗ «Прогноз») и др.
      Всего через три с половиной года после запуска первого спутника состоялся полет в космическое пространство человека — гражданина СССР Юрия Алексеевича Гагарина. 12 апреля 1961 г. в СССР был выведен на околоземную орбиту космический корабль «Восток», пилотируемый летчиком-космонавтом Ю. Гагариным. Его полет продолжался 108 мин. Ю. Гагарин был первым человеком, осуществившим из космоса визуальные наблюдения земной поверхности. Программа пилотируемых полетов на кораблях «Восток» стала фундаментом, на котором базировалось развитие отечественной пилотируемой космонавтики. 6 августа 1961 г. летчик-космонавт Г. Титов впервые сфотографировал Землю из космоса. Эту дату можно считать началом планомерной космической фотосъемки Земли. В СССР первое телевизионное изображение Земли*было получено со спутника «Молния-1» в 1966 г. с расстояния 40 тыс. км.
      Логикой развития космонавтики диктовались последующие шаги освоения космоса. Был создан новый пилотируемый космический корабль «Союз». Долговременные пилотируемые орбитальные "станции (ОС) дали возможность планомерно и целенаправленно осваивать околоземное пространство. Долговременная орбитальная станция «Салют» — это космический аппарат нового типа. Высокая сте-
      пень автоматизации его бортового оборудования и всех систем дает возможность вести разнообразную программу исследований природных ресурсов Земли. Первая ОС «Салют» была запущена в апреле 1971 г. В июне 1971 г. летчики-космонавты Г. Добровольский, В. Волков и В. Пацаев несли первую многодневную вахту на станции «Салют». В 1975 г. на борту станции «Салют-4» космонавты П. Кли-мук и В. Севастьянов совершили 63-суточный полет, они доставили на Землю обширные материалы по исследованию природных ресурсов. Комплексной съемкой была охвачена территория СССР в средних и южных широтах.
      На космическом корабле «Союз-22» (1976 г., космонавты В. Быковский и В. Аксенов) проводилась съемка земной поверхности фотокамерой МКФ-6, разработанной в ГДР и СССР и изготовленной в ГДР. Фотокамера позволила осуществить съемку в 6 диапазонах спектра электромагнитных колебаний. Космонавты доставили на Землю свыше 2000 снимков, каждый из которых охватывает участок 165X115 км. Основная особенность фотографий, сделанных с помощью камеры МКФ-6, состоит в возможности получать комбинации изображений, сделанных в различных участках спектра. На таких изображениях светопередача не соответствует реальным цветам природных объектов, а используется для увеличения контрастности между объектами различной яркости, т. е. комбинация фильтров позволяет оттенять в нужной гамме цветов изучаемые объекты.
      Большой объем работ в области исследований Земли из космоса был проведен с орбитальной станции второго поколения «Салют-6», запущенной в сентябре 1977 г. Эта станция имела два стыковочных узла. С помощью транспортного грузового корабля «Прогресс» (созданного на базе КК «Союз») на нее доставлялись топливо, продукты питания, научная аппаратура и др. Это дало возможность увеличить продолжительность полетов. В околоземном пространетве впервые работал комплекс «Салют-6» — «Союз» — «Прогресс». На станции «Салют-6», полет которой продолжался 4 года 11 месяцев (а в пилотируемом режиме 676 суток), было совершено 5 продолжительных полетов (96, 140, 175, 185 и 75 суток). Кроме продолжительных полетов (экспедиций), на станции «Салют-6» работали совместно с основными экипажами участники кратковременных (одна неделя) экспедиций посещения. На борту орбитальной станции «Салют-6» и кораблях «Союз» с марта 1978 г. по май 1981 г. были проведены полеты интернациональных экипажей из граждан СССР, ЧССР, ПНР, ГДР, НРБ, ВНР, СРВ, Кубы, МНР, СРР. Эти полеты были осуществлены в соответствии с программой совместных работ в области исследования и использования космического пространства, в рамках многостороннего сотрудничества стран социалистического содружества, которая получила название «Интеркосмос».
      19 апреля 1982 г. на орбиту выведена долговременная орбитальная станция «Салют-7», являющаяся модернизированным вариантом станции «Салют-6». На смену ПКК «Союз» пришли новые, более современные корабли серии «Союз-Т» (первый испытательный пилотируемый полет ПКК этой серии был совершен в 1980 г.).
      13 мая 1982 г, стартовал космический корабль «Союз Т-5» с космонавтами В. Лебедевым и А. Березовым. Этот полет стал самым длительным в истории космонавтики, он продолжался 211 суток. Значительное место в работе было отведено изучению природных ресурсов Земли. С этой целью космонавты регулярно вели наблюдения и фотографирование земной поверхности и акватории Мирового океана. Получено около 20 тыс. снимков земной поверхности. Во время своего полета В. Лебедев и А. Березовой дважды встречали космонавтов с Земли. 25 июля 1982 г. на орбитальный комплекс «Са-лют-7» — «Союз Т-5» прибыл международный экипаж в составе летчиков-космонавтов В. Джанибекова, А. Иванченкова и гражданина Франции Жан-Лу Кретьена. С 20 по 27 августа 1982 г. на станции работали космонавты Л. Попов, А. Серебров и вторая в мире женщина космонавт-исследователь С. Савицкая. Материалы, полученные во время 211-суточного полета, обрабатываются и уже сейчас находят широкое применение в различных областях народного хозяйства нашей страны.
      Помимо изучения Земли, важным направлением советской космонавтики стало исследование планет земной группы и других небесных тел Галактики. 14 сентября 1959 г. советская автоматическая станция «Луна-2» впервые достигла поверхности Луны, вэтом же году со станции «Луна-3» была впервые проведена съемка обратной стороны Луны. Поверхность Луны была впоследствии многократно сфотографирована нашими станциями. Был доставлен на Землю грунт Луны (станции «Луна—16, 20, 24»), определен его химический состав.
      Автоматические межпланетные станции (АМС) исследовали Венеру и Марс.
      К планете Марс было запущено 7 АМС серии «Марс». 2 декабря 1971 г. была осуществлена.первая в истории космонавтики мягкая посадка на поверхность Марса (спускаемый аппарат АМС «Марс-3»), Установленная на станциях «Марс» аппаратура передала на Землю информацию о температуре и давлении в атмосфере, о ее структуре и химическом составе. Были получены телевизионные снимки поверхности планеты.
      К планете Венера было запущено 16 АМС серии «Венера». В 1967 г. впервые в истории космонавтики былй проведены непосредственные прямые научные измерения в атмосфере Венеры (давление, температура, плотность, химический состав) во время спуска на парашюте спускаемого аппаратаАМС «Венера-4» и результаты измерений переданы на Землю. В 1970 г. спускаемый аппарат АМС «Венера-7» впервые в мире совершил мягкую посадку и передачу научной информации на Землю, а в 1975 г. спускаемые аппараты станции «Венера-9» и «Венера-10», опустившиеся на поверхность планеты с интервалом в 3 дня, передали на Землю панорамные изображения поверхности Венеры (места их посадки отстояли одно от другого на 2200 км). Сами станции стали первыми искусственными спутниками Венеры.
      В соответствии с дальнейшей программой исследований 30 октября и 4 ноября 1981 г. были запущены АМС «Венера-13» и «Венера-14», они достигли Венеры в начале марта 1983 г. За двое суток до входа в атмосферу от станции «Венера-13» отделился спускаемый аппарат, а сама станция прошла на расстоянии 36 тыс. км от поверхности планеты. Спускаемый аппарат совершил мягкую посадку, во время спуска были проведены эксперименты по исследованию атмосферы Венеры. Установленное на аппарате буровое грунтозаборное устройство в течение 2 мин. углубилось в грунт поверхности планеты, был осуществлен его анализ и данные переданы на Землю. Телефотометры передали на Землю панорамное изображение планеты (съемка велась через цветные светофильтры), было получено цветное изображение поверхности планеты. Спускаемый аппарат станции «Венера-14» совершил мягкую посадку примерно в 1000 км от предыдущего. С помощью установленной аппаратуры также была взята проба грунта и осуществлена передача изображения планеты. Станции «Венера-13» и «Венера-14» продолжают полет по гелиоцентрической орбите.
      В историю космонавтики вошел советско-американский полет «Союз»—«Аполлон». В июле 1975 г. советские космонавты А. Леонов и В. Кубасов и американские астронавты Т. Стаффорд, В. Бранд и Д. Слейтон осуществили первый в истории космонавтики совместный полет советского и американского космических кораблей «Союз» и «Аполлон».
      Успешно развивается (на протяжении более 15 лет) советско-французское научное сотрудничество — проводятся совместные эксперименты, научная аппаратура и программа экспериментов разрабатываются совместно советскими и французскими специалистами. В 1972 г. одной советской ракетой-носителем были выведены на орбиту ИСЗ связи «Молния-1» и французский ИСЗ «МАС», а в 1975 г.— ИСЗ «Молния-1» и ИСЗ «МАС-2». В настоящее время это сотрудничество успешно продолжается.
      С территории СССР выведены на орбиту два индийских искусственных спутника Земли.
      От небольшого и сравнительно простого первого спутника до современных спутников Земли, сложнейших автоматических межпланетных станций, пилотируемых кораблей и орбитальных станций— таков путь космонавтики за двадцать пять лет.
      Сейчас космические исследования находятся на новой стадии. XXVI съезд КПСС выдвинул важную задачу дальнейшего познания и практического освоения космоса.
     
      ГЛАВА 1. ЗЕМЛЯ — ПЛАНЕТА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
      Еще в глубокой древности среди звезд люди заметили пять небесных светил, внешне очень похожих на звезды, но отличающихся от последних тем, что они не сохраняют постоянного положения в созвездиях, а блуждают по небосклону, подобно Солнцу и Луне. Этим светилам дали имена богов — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. В последние два столетия были открыты еще три подобных небесных тела: Уран (1781 г.), Нептун (1846 г.) и Плутон (1930 г.). Небесные тела, вращающиеся вокруг Солнца и светящие отраженным светом, получили название планет. Таким образом вокруг Солнца, помимо Земли, вращается еще 8 планет.
     
      ФОРМА, РАЗМЕРЫ И ОРБИТА ЗЕМЛИ.
      СРАВНЕНИЕ ЕЕ С ДРУГИМИ ПЛАНЕТАМИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
      В течение последних 20—25 лет мы узнали о Земле больше, чем за предыдущие столетия. Новые данные были получены в результате применения геофизических методов, сверхглубокого бурения, космических аппаратов, с помощью которых изучалась не только Земля, но и другие планеты Солнечной системы. Планеты Солнечной системы делятся на две группы — планеты типа Земля и планеты-гиганты типа Юпитер. Планеты земной группы — это Земля, Марс, Венера, Меркурий. Часто к этой группе относят й Плутон, исходя из его небольших размеров. Эти планеты характеризуются относительно некрупными размерами, высокой плотностью, значительной скоростью вращения вокруг оси, небольшой массой.. Они сходны между собой как по химическому составу, так и по внутреннему строению. К планетам-гигантам относятся наиболее удаленные от Солнца планеты — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Их размеры во много раз превосходят размеры планет земной группы, а плотность значительно ниже (табл. 1). Среди планет Солнечной системы по удаленности от Солнца Земля занимает третье место (рис. 1). Она отстоит от него на расстоянии (среднее) 149 106 км. Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, удаляясь в течение года максимально (в афелии) на расстояние 152,1 10® км и приближаясь (в перигелии) на 147,1 10® км.
      Вопросы определения формы и размера Земли неразрывно связаны друг с другом и решались учеными параллельно. Известно, что еще в 530 г. до н. э. Пифагор пришел к выводу о шарообразности Земли, а со времени Птолемея это представление сделалось широко распространенным. В 1669—1676 гг. французский ученый Пикар измерил дугу Парижского меридиана и определил величину радиуса Земли — 6372 км. В действительности форма Земли отличается большей сложностью и не соответствует ни одной правильной геометрической фигуре. Она определяется размерами планеты, скоростью вращения, плотностью и многими другими факторами. Приняты следующие постоянные величины Земли: радиус полярный — 6356,863 км, радиус экваторный — 6378,245 км, средний радиус Земли 6371 ч 11 км. Средняя величина дуги в 1° по меридиану принята равной 111 км. Исходя из этого, ученые считают, что площадь поверхности Земли равна 510 млн. км , ее объем— 1,083- 1012 км3, а масса — 6- 1027 г. Из геометрических фигур Земля близка к двухосному эллипсоиду вращения, получившему название эллипсоида Красов-ского (по имени, советского геодезиста профессора Ф. Н. Красовско-го). Но реальная форма Земли отличается от какой-либо геометрической фигуры, ведь лишь неровности рельефа на Земле имеют амплитуду около 20 км (высочайшие горы — 8—9 км, глубоководные впадины— 10—11 км). Несколько ближе к геометрически сложной фигуре Земли состоит геоид. За поверхность геоида принимается поверхность океана, мысленно продолженная под материки таким образом, что в любой ее точке направление силы тяжести (отвесная линия) будет перпендикулярна к этой поверхности. Наибольшее совпадение фигуры Земли с геоидом мы имеем в океане. Правда, последние изменения показали, что и на акватории имеются отклонения до 20 м (на суше отклонения достигают ±100—150 м)..
      Как правило, изучая положение Земли среда других планет Солнечной системы и ее строение, планету рассматривают совместно с Луной и систему Земля—Луна называнЬт двойной планетой, из-за относительно большой массы Луны.
      Луна — единственный естественный спутник Земли, движется вокруг нашей планеты по эллиптической орбите на расстоянии в среднем 384- 103 км. Она гораздо ближе к Земле, чем другие небесные тела, поэтому первые шаги сравнительной планетологии относятся к изучению Луны. В течение последних лет благодаря успехам космических исследований накоплен значительный материал о ее рельефе и строении. Советские автоматические станции и американские астронавты доставили на Землю лунный грунт. Мы имеем детальные фотоснимки как видимой, так и невидимой стороны Луны, на основе которых составлена ее тектоническая карта. На поверхности Луны выделяются относительно пониженные участки, так называемые «моря», заполненные магматическими породами типа базальтов. Широко развиты зоны горного («континентального») рельефа, который особенно преобладает на обратной стороне Луны. Основные черты ее поверхности созданы магматическими процессами. Рельеф Луны испещрен кратерами, причем многие из них возникли в результате падения метеоритов. В целом для лика Луны характерна асимметрия в расположении «морей» и «континентов», которая наблюдается и на Земле. На рельеф Луны воздействуют метеориты, колебания температуры в течение лунных суток, космическое излучение. Сейсмические данные показали, что Луна имеет слоистое строение. В нем выделяется кора мощностью 50—60 км, ниже ее до глубин 1000 км располагается мантия. Возраст лунных пород составляет 4,5- 109 лет, что позволяет считать ее ровесником нашей планеты. В составе лунного грунта преобладают минералы: пироксены, плагиоклазы, оливин, ильменит, а для «суши» характерны породы типа анортозитов. Все эти компоненты встречаются на Земле. Диаметр Луны — 3476 км, ее масса в 81 раз меньше массы Земли. В недрах Луны нет тяжелых элементов — ее средняя плотность равна 3,34 г/см3, ускорение силы тяжести в 6 раз меньше, чем на Земле. На Луне отсутствуют гидросфера и атмосфера.
      Познакомившись с Луной, мы переходим к рассказу о Меркурии. Это ближайшая к Солнцу планета, имеющая сильно вытянутую эллиптическую орбиту. Диаметр Меркурия в 2,6 раза меньше земного, в 1,4 раза больше лунного и составляет 4880 км. Плотность планеты— 5,44 г/см3 — близка к плотности Земли. Меркурий вращается вокруг своей оси за 58,65 земных суток со скоростью на экваторе 12 км в час, а период вращения вокруг Солнца составляет 88 наших суток. Температура на поверхности планеты достигает +415°С на освещенных Солнцем участках и опускается до —123°С на теневой стороне. Благодаря высокой скорости вращения Меркурий обладает крайне разряженной атмосферой. Планета — яркое светило, но увидеть его на небе не так просто. Дело в том, что, находясь вблизи Солнца,
      Рис. 2. Фотографии планет земной группы и их спутников, полученные с межпланетных автоматических станций типа «Зонд», «Маринер», «Венера», «Вояджер»: I — Земля; 2 — Деймос; 3 — Фобос; 4 — Меркурий; 5 — Марс; 6 — Венера; 7 — Луиа.
      Меркурий всегда виден недалеко от солнечного диска. Всего 6—7 лет назад о поверхности Меркурия знали очень мало, так как телескопические наблюдения с Земли давали возможность различать на ней лишь отдельные кольцевые объекты диаметром до 300 км. Новые данные о поверхности Меркурия были получены с помощью американской космической станции «Маринер-10», которая пролетала вблизи Меркурия и передала на Землю телевизионное изображение планеты. Станция сфотографировала более половины поверхности планеты. На основании этих снимков в СССР была составлена геологическая карта Меркурия. Она показывает распределение структурных образований, их относительный возраст и дает возможность восстановить последовательность развития рельефа Меркурия. Изучая снимки поверхности этой планеты, можно найти аналогию в строении Луны и Меркурия. Наиболее многочисленные формы рельефа Меркурия — кратеры, цирки, крупные оваловидные депрессии, «заливы» и «моря». Например, «море» Жары имеет диаметр 1300 км. У кольцевых структур с диаметром сЬыше 130 км хорошо видно строение внутренних склонов и днища. Некоторые из них затоплены более молодыми вулканическими лавовыми потоками. Кроме кольцевых структур метеоритного происхождения, на Меркурии обнаружены вулканы. Крупнейший из них — Мауна Лоа — имеет диаметр основания 110 км, а диаметр вершинной кальдеры 60 км. На Меркурии развиты системы глубинных разломов — трещи-
      ны. В рельефе они часто выражены уступами, протягивающимися на десятки и сотни километров. Высота уступов — от нескольких метров до трех километров. Они, как правило, имеют изогнутую и извилистую форму, напоминая земные надвиги. Известно, что надвиги возникают в условиях сжатия, поэтому вполне возможно, что Меркурий находится в условиях сильного сжатия. Вероятно, определенную роль в направлении этих уступов играют сжимающие силы. Подобные геодинамические условия существовали в прошлом и на Земле.
      Вторая по порядку от Солнца планета — Венера, находящаяся от него на расстоянии 108,2- 10и км. Орбита почти круговая, радиус планеты 6050 км, средняя плотность 5,24 г/см3. В противоположность Меркурию найти ее очень легко. По силе блеска Венера — третье светило неба, если первым считать Солнце, а вторым — Луну. Это самое близкое к нам крупное небесное тело после Луны. Поэтому, казалось бы, мы должны подробно знать строение поверхности планеты. На самом деле это не так. Плотная атмосфера Венеры толщиной около 100 км скрывает от нас ее поверхность, поэтому она недоступна для непосредственного наблюдения. Что же находится под этим облачным покровом? Эти вопросы всегда интересовали ученых. За последнее десятилетие ученые получили ответ на многие из вопросов. Исследования поверхности Венеры, проводились двумя путями — с помощью спускаемых аппаратов на поверхность планеты и с помощью радиолокационных методов (с искусственных спутников Венеры и с помощью наземных радиотелескопов). 22 и 25 октября спускаемые аппараты АМС «Венера-9» и «Венера-10» впервые передали панорамные изображения поверхности Венеры. АМС «Венера-9, 10» стали искусственными спутниками Венеры. Радиолокационное картографирование проводилось американским космическим аппаратом «Пионер — Венера». Оказалось, что строение Венеры примерно такое же, как строение Луны, Марса. На Венере были обнаружены аналогичные кольцевые структуры и трещины. Рельеф сильно расчленен, что указывает на активность процессов, породы близки к базальтам. Венера практически не обладает магнитным полем, оно в 3000 раз слабее земного.
      Ближайший сосед Земли со стороны, противоположной к Солнцу,— Марс. Он легко может быть найден на небе благодаря своему красному цвету. Марс расположен на расстоянии от Солнца в 206,7- 10° км в перигее и 227,9- 106 км в апогее, имеет вытянутую орбиту. Расстояние от Земли до Марса сильно меняется от 400- 10° км до 101,2- 106 км во время великих противостояний. Свой путь вокруг Солнца Марс проходит за 687 дней, а его сутки длятся 24 ч 33 мин 22 с. Ось планеты наклонена к плоскости орбиты на 23,5°, поэтому, как и на Земле, на Марсе есть климатическая зональность. Марс в два раза меньше Земли, его радиус по экватору составляет 3394 км, полярный радиус меньше на 30—50 км. Плотность планеты равна 3,99 г/см3, сила тяжести в 2,5 раза меньше, чем на Земле. Климат холоднее земного: температура почти всегда ниже 0°, за исключением экваториальной зоны, где она достигает +220С. На Марсе, как и на Земле, два полюса: северный и южный. Когда на одном — лето, то на другом — зима.
      Несмотря на свою удаленность, по степени изученности Марс приближается к Луне. С помощью советских автоматических станций «Марс» и американских станций «Маринер» и «Викинг» проводилось систематическое, изучение плайеты. По фотографиям поверхности Марса составлены геоморфологическая и тектоническая карты планеты. На них выделены участки «континентов» и «океанов», отличающиеся не только морфологией рельефа, но, как и на Земле, строением коры. В целом поверхность Марса имеет асимметричное строение, большая часть ее занята «морями», подобно другим планетам земной группы, она изобилует кратерами. Происхождение этих кратеров связано с интенсивной метеоритной бомбардировкой поверхности. На ней обнаружены крупные вулканы, самый большой из которых — Олимп — имеет высоту 27 км. Среди линейных структур наиболее выразительны рифтовые долины, которые протягиваются на многие тысячи километров. Крупные разломы подобно глубоким рвам разрывают структуры «материков» и «океанов». Верхняя оболочка планеты осложнена системой ортогональных и диагональных разломов, формирующих блоковую структуру. Наиболее молодые образования в рельефе Марса — эрозионные долины и кряжистые формы. На поверхности интенсивно протекают процессы выветривания.
      Открытая в 1930 г. планета Плутон — самая далекая в Солнечной системе. Она максимально удаляется от Солнца на 5912- 106 км. и приближается на 4425- 10 км. Плутон резко отличается от гигантских планет и по своим размерам близок к планетам земной группы. Сведения о нем неполные, и даже самые сильные телескопы не дают представления о строении его поверхности (см. табл. 1).
      Мы рассмотрели некоторые характеристики планет земной группы. Даже беглый обзор позволяет выявить Черты сходства и различия между ними. Факты говорят, что Меркурий развивался по тем же законам, как наша Луна. Многие черты строения рельефа Меркурия свойственны Марсу, Венере и Земле. Интересно, что взгляд на Землю из космоса также указывает на широкое развитие кольцевых и линейных структур на нашей планете. Природа некоторых кольцевых структур связываётся с метеоритными «шрамами». Конечно, стадии структурного развития планет не одинаковы. Но этим и интересна сравнительная планетология, что, изучая рельеф, вещественный состав, тектонические структуры верхних оболочек других планет, мы можем раскрыть страницы древней истории нашей планеты и проследить ее развитие. Наряду с планетами земной группы изучаются и планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Они во многом сходны между собой и сильно отличаются от планет земной группы (см. табл. 1). Их массы намного превышают земную, а средние плотности, наоборот, меньше. Эти планеты имеют большие радиусы и быстро вращаются вокруг своей оси. Планеты-гиганты изучены пока слабо. Трудность их изучения связана с гигантским удалением от Земли. В изучении планет-гигантов наиболее интересные результаты
      дают автоматические межпланетные станции. Оказалось, что эти планеты очень активны. Недавно с американской станции «Вояджер» были получены детальные фотографии Юпитера и его спутников. Исследование планет продолжается.
     
      ОБЩИЙ ВЗГЛЯД НА СТРУКТУРУ ЗЕМЛИ
      Одно из наиболее характерных свойств земного шара — его неоднородность. Он состоит из концентрических оболочек. Оболочки Земли подразделяются на внешние и внутренние. Внешние включают в себя атмосферу и гидросферу; внутренние — земную кору, различные слои мантии и ядра. Земная кора наиболее изучена и представляет собой тонкую, весьма непрочную оболочку. В ней выделяются три слоя. Верхний, осадочный, сложен песками, песчаниками, глинами, известняками, возникшими вследствие механического, химического разрушения более древних пород, или в результате жизнедеятельности организмов. Затем идет гранитный слой, и в основании коры лежит базальтовый слой. Названия второго и третьего слоев даются всегда в кавычках, так как они свидетельствуют только о преобладании в них пород, физические свойства которых близки к базальтам и гранитам.
      Наиболее характерный признак современной структуры Земли — ее асимметрия: одно полушарие планеты океаническое, другое — материковое. Материки и впадины океанов — самые крупные тектонические элементы земной коры. Они разграничены материковым склоном. Под океанами земная кора тонкая, там отсутствует «гранитный» слой, и за маломощными осадками находится «базальтовый» слой толщиной до 10 км.
      Под континентами толщина земной коры увеличивается за счет «гранитного» слоя, а также роста мощности «базальтового» и осадочного слоев. Наибольшей толщины — 50—70 км — она достигает в местах современных горных систем. В равнинных областях земная кора редко превышает 40 км. Материки обладают более сложным строением. Их можно разделить на древние ядра — платформы с архейско-нижнепротерозойским фундаментом,— и обрамляющие их складчатые пояса, которые отличаются как по структуре, так и по времени формирования земной коры (рис. 3). Древние платформы представляют собой устойчивые и малоподвижные участки земной коры, где выровненная поверхность фундамента покрыта осадочными и вулканогенными породами. На материках выделяют десять древних платформ. Наиболее крупная — Африканская, охватывающая почти весь материк и находящаяся в центре континентального полушария. В Евразии расположены шесть платформ: Восточно-Европейская, Сибирская, Индостанская, Китайско-Корейская, Южно-Китайская и Индо-Синайская. Остов материка Северной Америки составляет Северо-Американская платформа, включающая Гренландию и Баффинову Землю. В геологическом строении Южной Америки участвует обширная Южно-Американская древняя платформа. Западную половину материка Австралия занимает древняя платформа. Центральная и восточная части Антарктиды являются также платформой. Названные континентальные массивы группируются в меридиональные пояса, разделенные океаническими впадинами. По структуре и истории геологического развития материки обнаруживают большое сходство в широтном направлении. Выделяется северный пояс материков, окаймляющий Северный Ледовитый океан, сюда входят древние ядра континентов Северной Америки и Евразии. Параллельно этому поясу, но в южном полушарии протягивается широтный пояс Южной Америки, Африки, Аравии, Индостана и Австралии. На юге он сменяется океаническим поясом Южного океана, который окаймляет Антарктическую платформу.
      Древние платформенные ядра разделены подвижными, геосинкли-нальными поясами, состоящими из геосинклинальных областей. Ученые выделяют пять крупных поясов: Тихоокеанский, Средиземноморский, Урало-Монгольский, Атлантический и Арктический (с.м. рис. 3).
      Самый крупный из подвижных поясов — Тихоокеанский. Запад-рая его половина протягивается по периферии Азии и Австралии и отличается огромной шириной — до 4000 км. Значительная часть пояса продолжает активно развиваться. В настоящее время именно здесь находятся области интенсивного вулканизма и мощных землетрясений. Восточная половина Тихоокеанского пояса — относительно узцая (шириной до 160(3 км), занятая в основном горно-складчатыми сооружениями Кордильер американских континентов и Антарктических Анд. Средиземноморский пояс также один из крупнейших; подвижных поясов Земли. Наиболее полно он выражен в Средиземноморье, на Ближнем и Среднем Востоке, Где включает горно-складч’а-тые сооружения Крыма, Кавказа, Турции, Ирана, Афганистана, смыкаясь через Гималаи и Индонезию с Тихоокеанским поясом.
      Урало-Монгольский пояс образует огромную дугу, выпуклую к югу. В районе Аральского моря и Тянь-Шаня он контактирует со Средиземноморским поясом, на севере, в районе Новой Земли,— с Арктическим, а на востоке, в области Охотского моря,— с Тихоокеанским поясом (см. рис. 3).
      Если нанести на карту подвижные пояса континентов и включить в них горные системы океанов, то, за исключением акватории Тихого океана, мы получим сетку широтных поясов, в ячеях которой находятся ядра древних материков. И если бы мы имели возможность посмотреть на нашу Землю в телескоп с другой планеты, то увидели бы крупные изометрические области, разделенные загадочными линейными каналами, т. е. таким совсем недавно нам представлялся Марс. Конечно, и марсианские каналы, и горно-складчатые пояса Земли, и изометричные блоки имеют очень сложное, неоднородное строение и длительную историю развития.
      Для геосинклинальных поясов типично накопление мощных толщ осадков (до 25 км), вертикальные и горизонтальные движения, широкое развитие магматических процессов, сейсмическая и вулканическая активность. Породы здесь сильно деформированы, смяты в складки, а рельеф резко расчленен. Характерные элементы строения геосинклинальных поясов — разломы, которые разделяют складчатые сооружения. Крупнейшие разломы имеют протяженность в несколько тысяч километров и уходят своими корнями в мантию, на глубины до 700 км. Исследования последних лет показывают, что разломы во многом определяют развитие и платформенных структур.
      Помимо линейных образований, в строении земной коры существенное место занимают кольцевые структуры. Они очень разные по 5 своим масштабам и происхождению, например гигантская впадина -Тихого океана, занимающая почти половину планеты, и миниатюрные вершины конусов действующих и давно потухших вулканов. Сейчас на Земле известно большое число различных кольцевых структур. Вероятно, на ранней стадии развития Земли подобных структур было больше, но благодаря интенсивным поверхностным геологическим процессам их следы утеряны. За долгую историю геологического развития, а она насчитывает около 4,5 109 лет, постепенно создавался и перестраивался структурный план нашей планеты. Современный лик Земли — это результат геологических процессов относительно недавнего прошлого. Следы древних процессов сохранились в горных породах, минералах, структурах, изучение которых позволяет нам воссоздать летопись геологической истории.
     
      Если кратко определить задачу геологов, то она сводится к изучению вещественного состава Земли и его эволюции на протяжении истории геологического развития. Иначе говоря, геолог должен Знать состав, свойства вещества, его пространственное расположение и приуроченность к определенным геологическим структурам. Строет ние и состав недр Земли изучается многими методами (рис. 4). Один из них — непосредственное исследование горных пород в естествен-,ных обнажениях, а также в шахтах и буровых скважинах.
      На равнинах можно узнать состав геологических слоев, лежащих на глубине лишь десятков метров. В горах, по долинам рек, где вода пропиливает мощные хребты, мы как бы заглядываем уже на глубину 2—3 км. В результате разрушения горных сооружений на поверхности оказываются породы глубоких недр. Поэтому, изучая их; можно судить о строении земной коры на глубине 15—20 км. О составе масс, лежащих глубоко, позволяют судить выбрасываемые при извержении вулканов вещества, которые поднимаются с глубины десятков и сотен километров. Позволяют заглянуть в недра Земли и шахты, но их глубина в большинстве случаев не превышает 1,5—2,5 км. Самая глубокая шахта на Земле расположена , в Южной Индии. Ее глубина составляет 3187 м. Сотни тысяч скважин пробурили геологи. Отдельные скважины достигли глубины 8—9 км. Например, скважина Берта-Роджерс, расположенная в Оклахоме (США), имеет отметку 9583 м. Рекордной глубины 10 000 м достигла скважина на Кольском полуострове. Однако если мы сравним приведенные цифры с радиусом нашей планеты (R=6371 км), то легко увидим, насколько ограничен наш взгляд в недра Земли. Поэтому решающее слово в изучении глубинной структуры принадлежит геофизическим методам исследования. Они базируются на изучении естественных и искусственно созданных физических полей Земли. Существуют пять основных геофизических методов: сейсмический, гравиметрический, магнитометрический, электрометрический и термометрический. ^Наибольшую информацию дает сейсмический метод. Суть его состоит в регистрации искусственно создаваемых или возникающих при землетрясениях колебаний, которые распространяются во все стороны от очага, в том числе и в глубь Земли. Сейсмические волны, встретив на своем пути границы сред с различной плотностью, частично отражаются. Отраженный сигнал от более глубокой границы раздела поступает к наблюдателю с некоторым запаздыванием. Отмечая последовательно приходящие сигналы и зная скорость распространения волн, мы можем выделить в недрах Земли оболочки различной плотности.
      Гравиметрический метод изучает распределение силы тяжести на поверхности, которое обусловлено различной плотностью пород, лежащих внутри Земли. Отклонение величины силы тяжести вызывается неоднородностью пород земной коры. Возрастание гравитационного поля (положительная аномалия) связано с залеганием на глубине более плотных пород, связанных с внедрением и остыванием магмы в менее плотных осадочных толщах. Отрицательные аномалии указывают на присутствие менее плотных пород, например каменной соли. Таким образом, изучая гравитационное поле, мы имеем возможность судить о внутреннем строении Земли.
      Наша планета — огромный магнит, вокруг которого расположено магнитное поле. Известно, что горные породы обладают разной способностью намагничиваться. Магматические породы, возникшие в результате застывания магмы, например, магнитоактивнее, чем осадочные, поскольку в их составе большое количество ферромагнитных элементов (железо и др.). Поэтому магматические породы создают свое магнитное поле, которое отмечается приборами. На основе этого составляются карты магнитного поля, по которым судят о вещественном составе земной коры. Неоднородность геологического строения приводит к неоднородности магнитного поля.
      Электрометрический метод базируется на знании условий прохождения электрического тока через горные породы. Суть метода состоит в том, что горные породы обладают различными электрическими свойствами, поэтому изменение характера электрического поля связывается с изменением или состава пород, или их физических свойств.
      Термометрический метод основан на свойствах теплового поля нашей планеты, возникающего в результате внутренних процессов в недрах Земли. В местах с высокой тектонической активностью, например там, где действуют вулканы, тепловой поток из глубины значительный. В районах же, тектонически спокойных, тепловое поле будет близким к нормальному. Любые аномалии теплового поля указывают на близость термальных источников и активность геохимических процессов в недрах Земли.
      Наряду с геофизическими методами для изучения глубинной структуры и. состава Земли широко применяются геохимические методы. С помощью их устанавливаются закономерности распределения химических элементов в Земле, их распространение, а также определяется абсолютный возраст минералов и горных пород. Зная период полураспада радиоактивных элементов, мы можем по количеству продуктов распада определить, сколько лет прошло со времени образования минерала или горной породы.
      Дистанционные методы включают в себя целый комплекс исследований, который проводится с самолетов и космических аппаратов. Физической основой дистанционных методов исследования служит излучение или отражение электромагнитных волн природными объектами. Аэро- или космический снимок представляет собой пространственное распределение поля яркости и цвета природных объектов. Однородные объекты съемки имеют одинаковые яркость и цвет изображения.
      Используя аэрог и космические снимки, геологи изучают структурные особенности района, специфику распространения горных пород, устанавливают связь между рельефом и его глубинным строением. Дистанционные методы, как аэро-, так и космические, прочно вошли в практику и наряду с другими методами составляют современный арсенал исследователей.
     
      ОСОБЕННОСТИ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
      Основная характеристика электромагнитного излучения земной поверхности — частота электромагнитных колебаний. Зная скорость распространения света, легко можно пересчитать частоту излучения на длину электромагнитной волны.
      Электромагнитные колебания имеют широкий диапазон длины волн. Если обратиться к спектру электромагнитных колебаний, то
      можно заметить, что видимый диапазонзанимает лишь небольшой участок с Длиной волны Х = 0;38—0,76 мкм. Видимое излучениё с различной длиной волны воспринимается глазом как световое и цветовое ощущения.
      Таблица 2
      В этом интервале чувствительность глаза и других оптических приборов неодинакова и определяется функцией спектральной чувствительности человеческого глаза. Максимальное значение функции видности человеческого глаза соответствует длине волны
      А. = 0,556 мкм, что отвечает желто-зеленому цвету видимого участка спектра. При длинах волн, выходящих за рамки этого диапазона, человеческий глаз и аналогичные ему оптические приборы не реагируют на электромагнитные колебания, или, как принято говорить, коэффициент видимости равен 0.
      Справа от видимого диапазона (в сторону увеличения) находится диапазон инфракрасного излучения 0,76—1000 мкм, далее следуют диапазоны радиоволн ультракороткого, коротковолнового и длинноволнового диапазонов. Слева от видимого диапазона (в сторону уменьшения) располагается диапазон ультрафиолетового излучения, сменяющийся рентгеновским и гамма-диапазоном (рис. 5).
      В большинстве случаев реальные тела излучают энергию в широком спектральном диапазоне. Дистанционные методы исследования основаны на изучении радиации земной поверхности и отраженной радиации внешних источников в различных диапазонах. Наиболее активный внешний источник облучения Земли — Солнце. Для исследователя важно знать, в какой части спектра сосредоточено наибольшее излучение исследуемого объекта. Крива» теплового излучений, характеризующая распределение энергии излучения нагретых тел, обладает максимумом, тем ярче выраженным, чем выше температура. При возрастании температуры длина волны, соответствующая максимуму спектра, сдвигается в сторону более коротких волн. Сдвиё излучения в сторону коротких волн мы наблюдаем при изменении цвета раскаленных предметов в зависимости от температуры. При комнатной температуре практически все излучение приходится на инфракрасную область (ИК-область) спектра. По мере роста температуры начинает появляться видимое излучение. Вначале оно приходится на красную часть спектра, в результате чего объект кажется красным. Когда температура повышается до 6000°К, что соответствует температуре прверхности Солнца, излучение распределяется таким образом, что создается впечатление белого цвета.
      Общий поток излучения претерпевает значительные изменения, связанные с поглощением и рассеиванием лучистой энергии атмосферой.
      В прозрачной атмосфере инфракрасное и микроволновое излучение рассеиваются значительно слабее, чем видимое и ультрафиолетовое. В видимом диапазоне рассеивание сине-фиолетовой части спектра заметно, по этому днем при безоблачной погоде небосвод голубой, а во время восхода и захода Солнца — красный.
      Кроме рассеивания, происходит и поглощение излучения в коротковолновой части спектра. Ослабление проходящего излучения зависит от длины волны. Ультрафиолетовая его часть почти полностью поглощается кислородом и озоном атмосферы. В длинноволновой части спектра (инфракрасной) полосы поглощения обусловлены присутствием водяных паров и углекислого газа, для на-^ блюдения используются «окна прозрачности». Оптические характеристики атмосферы, ослабление и рассеивание меняются в зависимости от времени года и широты местности. Например, основное количество водяного пара сосредоточено в нижнем слое атмосферы, и его концентрация в ней зависит от широты, высоты над уровнем моря, времени года и местных метеорологических условий.
      Таким образом, приемник излучения, установленный на борту самолета или космической лаборатории, регистрирует одновременно излучение поверхности (собственное и. отраженное), ослабленное атмосферой, и излучение атмосферной дымки (многократное рассеяние).
      Успех дистанционных наблюдений земной поверхности со спутникови самолетов во многом зависит от правильного выбора участка спектра электромагнитных колебаний, в котором влияние газовой оболочки на излучение Земли минимально.
      Рис. 5. Спектр электромагнитных колебаний.
     
      ГЛАВА II. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЪЕМКА С ОРБИТЫ
     
      ТИПЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ.
      ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ С РАЗНЫХ ОРБИТ
      Для изучения геологического строения нашей планеты используется большой арсенал космической техники. Он включает высотные научно-исследовательские ракеты (ВР), автоматические межпланетные станции (АМС), искусственные спутникиЗемли (ИСЗ), пилотируемые космические корабли (ПКК) и долговременные орбитальные станции (ДОС). Наблюдения из космоса, как правило, осуществляются с трех уровней, которые можно условно разделить на низкий, средний, высокий. С низкоорбитального уровня (высота орбиты до 500 км) проводятся наблюдения с ВР, ПКК, ИСЗ. Высотные ракеты дают возможность получать изображения на площади 0,5 млн. км2. Они запускаются на высоту от 90 до 400 км и имеют параболическую орбиту, а аппаратура возвращается на Землю на парашюте. К низкоорбитальным космическим аппаратам принадлежат ПКК и ДОС типа «Союз» и «Салют», ИСЗ типа «Космос», летающие по субширотным орбитам на высотах до 500 км. Получаемые изображения характеризуются высоким качеством информации. К среднеорбитальным космическим аппаратам относятся ИС с высотой полета 500—1500 км. Это советские спутники системы «Метеор», американский «Ландсат» и др. Они работают в автоматическом режиме и по радиоканалам оперативно передают информацию на Землю. Эти аппараты имеют около-полярную орбиту и применяются для обзора всей поверхности земного шара (рис. 6).
      Для получения равномасштабного изображения поверхности и простоты стыковки кадров между собой орбиты спутников должны быть близкие к круговым. Варьируя высотой полета ИСЗ, а также углом наклона орбиты; можно выводить спутники на так называемые солнечно-синхронные орбиты, съемка с которых позволяет постоянно обозревать поверхность Земли в одно и то же время суток. На солнечно-синхронные орбиты были выведены ИСЗ «Метеор» и ИСЗ «Ландсат».
      Съемки Земли с различных орбит позволяют получать снимки разного масштаба. По обзорности они делятся на четыре вида: глобальные, региональные, локальные и детальные. Глобальные снимки дают изображения всей освещенной части Земли. На них можно выделить контуры материков и наиболее крупные геологические структуры (рис. 7). Региональные снимки охватывают площади от 1 до 10 млн. км , помогая расшифровывать строение горных стран, равнинных территорий, выделить отдельные объекты (рис. 8 а, б).
      Рис. 7. Глобальный снимок Земли; получен с борта советской межпланетной автоматической станции «Зонд-7». На нем одновременно запечатлены Земля и край Луны. Расстояние до Луны — 2 тыс. км, расстояние до Земли — 390 тыс. км. На снимке изображено восточное полушарие Земли, можно различить Аравийский полуостров, Индостан, отдельные зоны Евразиатского материка. Австралию. Акватория выглядит более темной. Облака читаются по светлому фототону и вихревому рисунку изображения.
      Рис. 8. а — Локальный космический снимок западных отрогов Тянь-Шаня, полученный со станции «Салют-5» с высоты 262 км. По фототону и текстуре рисунка на фотоснимке выделяются три зоны. Горный массив в центральной части характеризуется темным фототоном, шагреневой текстурой рисунка, где четко выделяются гребневидные формы хребтов, ограниченных крутыми уступами. С юго-востока и с северо-запада горный массив ограничен межгорными впадинами (Ферганская и Таласская), большая часть которых имеет мозаичный рисунок фотоизображения, обусловленный наличием обильной растительности. Речная сеть и крутые уступы приурочены к системе разломов, которые читаются в виде линейных фотоаномалий,
      Локальные снимки позволяют обозревать территорию от 100 тыс до 1 млн. км2. Детальные снимки приближаются по своим свойствам к аэрофотоснимкам, охватывая площадь от 10 до 100 тыс. км2. Каждый из перечисленных видов космических снимков имеет свои преимущества и недостатки. Например, большая обзорность дает разномасштабность различных частей снимков за счет кривизны Земли. Эти искажения даже при современном уровне фотограмметрической техники исправить трудно. С другой стороны; большая обзор-
      Рис. 8. б — Схема геологического дешифрирования космического снимка: 1— древние комплексы; 2— межгорные впадины; 3— разломы.
      ность приводйт к тому, что исчезают мелкие детали ландшафта и становится виден выступающий на поверхность планеты рисунок подземных структур. Поэтому в зависимости от конкретных геологических задач необходим оптимальный комплекс научной аппаратуры и набор разномасштабных изображений.
     
      ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
      При геологических изысканиях, проводимых с летательных аппаратов, фиксируется излучение или отражение электромагнитных волн природными объектами. Методы дистанционного зондирования условно подразделяются на методы изучения Земли в видимой и
      Рис. 9. а Снимок озера Балхаш осуществлен с борта станции «Салют-5» в 1976 г. Высота фотографирования 270 км. На снимке видна центральная часть озера. С юга к нему подходит дельта реки Или с множеством сухих русел. На южном берегу озера видна отмель, поросшая тростниковыми зарослями.
      ближней инфракрасной области спектра (визуальные наблюдения, фотосъемка, телевизионная съемка) и методы невидимого диапазона электромагнитного спектра (инфракрасная съемка, радиолокационная съемка, спектрометрическая съемка и др.). Остановимся на краткой характеристике этих методов. Пилотируемые космические полеты показали, что, какой бы совершенной не была техника, нельзя пренебрегать визуальными наблюдениями. Началом их можно считать наблюдения Ю. Гагарина. Самое яркое впечатление первого космонавта — вид родной Земли из космоса: «Отчетливо вырисовываются горные хребты, крупные реки, большие лесные массивы, пятна островов... Земля радовала сочной палитрой красок...». Космонавт П. Попович передавал: «Хорошо видны города, реки, горы, корабли и другие объекты». Таким образом уже с первых полетов стало очевидно, что космонавт может хорошо ориентироваться на орбите и целенаправленно наблюдать природные объекты. Со временем усложнилась программа работ космонавтов, все длительнее становились космические полеты, информация из космоса делалась все более точной, детальной.
      Многие космонавты отмечали, что в начале полета они видят меньше объектов, чем в конце полета. Так, космонавт В. Севастьянов
      рассказывал, что в первое время мало что различал с космической высоты, потом стал замечать суда в океане, затем суда у причалов, а в конце полета он различал отдельные постройки на прибрежных участках.
      Уже в первых полетах космонавты видели с высоты такие объекты, которые видеть теоретически не могли, так как считалось, что разрешающая способность человеческого глаза равна одной угловой минуте. Но когда люди стали летать в космос, оказалось, что с орбиты видны предметы, угловая протяженность которых меньше минуты. Космонавт, имея прямую связь с Центром управления полетом, может обратить внимание исследователей на Земле на изменение каких-либо природных явлений и обозначить объект съемки, т. е. при наблюдении динамических процессов возросла роль космонавта-исследователя. А имеет ли значение визуальный обзор для изучения геологических объектов? Ведь геологические структуры достаточно стабильны, и поэтому их можно фотографировать, а затем спокойно рассмотреть на Земле.
      Оказывается космонавт-исследователь, прошедший специальную подготовку, может наблюдать геологический объект под разными углами, в разное время суток, увидеть его отдельные детали. Перед полетами космонавты специально летали с геологами на самолете, рассматривали детали строения геологических объектов, изучали геологические карты и космические снимки.
      Находясь в космосе и осуществляя визуальные наблюдения, космонавты выявляют новые, ранее неизвестные геологические объекты и новые детали ранее известных объектов.
      Приведенные примеры показывают большую ценность визуальных наблюдений для изучения геологического строения Земли. При этом, однако, надо учитывать, что они всегда содержат элементы субъективизма и поэтому должны быть подкреплены объективными приборными данными.
      Геологи с большим интересом отнеслись уже к первым фотографиям, которые доставил на Землю космонавт Г. Титов. Что привлекло их внимание в геологической информации из космоса? Прежде всего они получили возможность с совершенно другого уровня посмотреть на уже известные структуры Земли.
      Кроме того, стала возможной проверка и увязка разрозненных карт, так как отдельные структуры оказались взаимно связанными на больших расстояниях, что объективно подтвердили космические изображения. Также стало возможным получение сведений о строении труднодоступных районов Земли. Помимо этого, геологи вооружились экспресс-методом, позволяющим быстро собрать материал о строении того или иного участка Земли, наметить объекты исследования, которые стали бы ключом к дальнейшему познанию недр нашей планеты.
      , В настоящее время сделано много «портретов» нашей планеты из космоса. В зависимости от орбит искусственного спутника и установленной на нем аппаратуры получены изображения Земли в различных масштабах. Известно, что космические изображения разных
      масштабов несут в себе информацию о различных геологических структурах. Поэтому при выборе наиболее информативного масштаба снимка надо исходить из конкретной геологической задачи. Благодаря высокой обзорности на одном космическом снимке отображается сразу несколько геологических структур, что позволяет делать выводы о взаимосвязях между ними. Преимущество использования космической информации для геологии объясняется также естественной генерализацией элементов ландшафта. Благодаря этому маскирующее влияние почвенного и растительного покрова снижается и геологические объекты «выглядят» на космических снимках отчетливее. Фрагменты структур, видимые на космических фотоснимках, выстраиваются в единые зоны. В отдельных случаях удается обнаружить изображения глубоко погребенных структур. Они как бы просвечивают сквозь покровные отложения, что, позволяет говорить об определенной рентгеноскопичности космических изображений. Вторая особенность съемок из космоса — возможность сравнивать геологические объекты по суточным и сезонным изменениям их спектральных характеристик. Сопоставление фотографий одного и того же участка, полученных в разное время, позволяет изучить динамику действия экзогенных (внешних) и эндогенных (внутренних) геологических процессов: речных и морских вод, ветра, вулканизма и землетрясений.
      В настоящее время на многих космических аппаратах есть фото-или телеустройства, которые проводят съемку нашей планеты. Известно, что орбиты искусственных спутников Земли и аппаратура, установленная на них, различны, что определяет масштаб космических изображений. Нижний предел фотографирования из космоса продиктован высотой орбиты космического летательного аппарата, т. е. высотой около 180 км. Верхний предел определяется практической целесообразностью масштабов изображения земного шара, получаемых с межпланетных станций (десятки тысяч километров от Земли). Представим себе геологическую структуру, фотографию которой удалось получить в разных масштабах. На детальном снимке мы можем рассмотреть ее в целом и говорить о деталях строения. С уменьшением масштаба сама структура становится деталью изображения, его составным элементом. Ее очертания будут вписываться в контуры общего рисунка, и мы сможем увидеть связь нашего объекта с другими геологическими телами. Последовательно уменьшая масштаб, можно получить генерализованное изображение, на котором наша структура будет элементом какого-либо геологического образования. Анализ разномасштабных снимков одних и тех же регионов показал, что геологические объекты обладают фотогеничными свойствами, которые проявляются по-разному, в зависимости от масштаба, времени и сезона съемки. Очень интересно узнать, как будет меняться изображение объекта с увеличением генерализации и что собственно определяет и подчеркивает его «портрет». Ныне мы имеем возможность увидеть объект с высоты 200,500, 1000 км и более. У специалистов сейчас есть значительный опыт в изучении природных объектов с помощью аэрофотоснимков, полученных с высот от 400 м до 30 км. А что если все эти наблюдения проводить одновременно, включая наземные работы? Тогда мы сможем наблюдать изменение фотогеничных свойств объекта с разных уровней — от поверхности до космических высот. При фотографировании Земли с разных высот, помимо чисто информационной, преследуется цель повысить достоверность выявленных природных объектов. На самых мелкомасштабных изображениях глобальной и частично региональной генерализации определяют наиболее крупные и четко выраженные объекты. Средне- и крупномасштабные изображения служат для проверки схемы дешифрирования, сравнения геологических объектов на космических снимках и данных, полученных на поверхности индикаторов. Это позволяет специалистам давать описание вещественного состава пород, выходящих на поверхность, определять характер геологических структур, т. е. получать конкретные доказательства геологической природы изучаемых образований. Фотографические камеры, работающие в космосе, представляют собой съемочные системы, специально приспособленные для фотосъемки из космоса. Масштаб полученных фотографий зависит от фокусного расстояния объектива фотокамеры и высоты съемки. Главные достоинства фотосъемки заключаются в большой информативности, хорошей разрешающей способности, сравнительно высокой чувствительности. К недостаткам космической фотосъемки можно отнести трудность передачи информации на Землю и проведения съемки только в дневное время.
      В настоящее время большой объем космической информации попадает в руки исследователей благодаря автоматическим телевизионным системам. Их совершенствование привело к тому, что качество изображений приближается к космическому фотоснимку аналогичного масштаба. Кроме того, телевизионные изображения обладают рядом преимуществ: они обеспечивают оперативность передачи на Землю информации по радиоканалам; периодичность съемки; запись видеоинформации на магнитную пленку и возможность хранения информации на магнитной пленке. В настоящее время можно получать черно-белые, цветные и многозональные телевизионные изображения Земли. Разрешающая способность телевизионных снимков ниже, чем у фотоснимков. Телевизионная съемка проводится с искусственных спутников, работающих в автоматическом режиме. Как правило, их орбиты имеют большое наклонение к экватору, что позволяло охватить съемкой почти все широты.
      Спутники системы «Метеор» запускают на орбиту высотой 550— 1000 км. Его телевизионная система включается сама после подъема Солнца над горизонтом, а экспозиция в связи с изменением освещенности в ходе полета устанавливается автоматически. «Метеор» за один оборот вокруг Земли может снять площадь, составляющую приблизительно 8% поверхности земного шара.
      По сравнению с одномасштабным фотоснимком телевизионный снимок имеет большую обзорность и генерализацию.
      Масштабы телеснимков бывают от 1 : 6 000 000 до 1 : 14 000 000, разрешающая способность составляет 0,8 — 6 км, а снимаемая площадь колеблется от сотен тысяч до миллиона квадратных километров. Снимки хорошего качества могут быть увеличены в 2—3 раза без потери детальности. Существует два вида телевизионной съемки — кадровая и сканерная. При кадровой съемке проводится последовательная экспозиция различных участков поверхности и передачи изображения по радиоканалам космической связи. Объектив камеры во время экспозиции строит изображение на светочувствительном экране, которое можно сфотографировать. При сканерной съемке изображение формируется из отдельных полос (сканов), получающихся в результате детального «просматривания» местности лучом поперек движения носителя (сканирования). Поступательное движение носителя позволяет получать изображение в виде непрерывной ленты. Чем детальнее изображение, тем меньше ширина полосы съемки.
      Телевизионные снимки в большинстве своем слабоперспективные. Для увеличения полосы захвата на спутниках системы «Метеор» съемки производятся двумя телекамерами, оптические оси которых отклонены от вертикали на 19°. В связи с этим масштаб снимка изменяется от линии проекции орбиты спутника на 5—15%, что осложняет их использование.
      Телевизионные снимки дают большой объем информации, позволяя выделить крупные региональные и глобальные особенности геологического строения Земли.
     
      ЦВЕТНОЙ НАРЯД ЗЕМЛИ
      Благодаря каким свойствам природных объектов мы получаем информацию о поверхности нашей планеты?
      В первую очередь благодаря «цветному наряду» Земли или отражательным свойствам почвы, растительности, выходов горных пород и т. д. Иначе говоря, цвет дает нам первичную и основную информацию с поверхностных и неглубоко залегающих объектов.
      Сначала главным методом дистанционного зондирования поверхности Земли было фотографирование на черно-белую пленку и передача черно-белого телевизионного изображения. Геологические структуры, их форма, размеры и пространственное распределение изучались по фотону и геометрическим очертаниям рисунка. Затем стали применять цветную и спектрозональную пленки, получив возможность использовать цвет как дополнительный признак объектов. Но вместе с этим повысились и требования к получаемым из космоса материалам, усложнились решаемые задачи.
      Известно, что цветная пленка имеет три слоя, чувствительных в трех зонах спектра,— синий, зеленый и красный. Изготовление позитива на трехслойной пленке аналогичного строения позволяет воспроизвести оригинал в натуральных цветах. Спектрозональная пленка также имеет три светочувствительных слоя, но, в отличие от цветной пленки, на ней отсутствует синий слой, зато есть слой, чувствительный к инфракрасным лучам. Поэтому воспроизводимый со спектрозональной пленки оригинал без синего участка спектра имеет искаженную цветную окраску (псевдоцветное изображение). Но ведь спектр излучения природных объектов содержит много дробных характеристик.
      Поэтому, унимая в нескольких зонах спектра, мы уловим тончайшие изменения цветовых и яркостных изображений объекта, которые не в состоянии уловить цветная пленка.
      Так, у специалистов появилась идея сфотографировать одновременно одни и те же районы в различном цвете, или, как принято говорить, в различных зонах спектра. При такой многозональной съемке, помимо снимка, сфотографированного в узком диапазоне спектра, имеется возможность создать синтезированные цветные изображения соединением кадров, полученных в отдельных зонах. Причем синтез цветного изображения можно проводить в естественных цветах, так чтобы природные объекты имели привычные цветовые контрасты. Путем различных сочетаний узкоспектральных изображений можно создать синтезированные цветные изображения. При этом возникают самые разнообразные сочетания цветовых контрастов, когда отдельные природные объекты, отличающиеся по своим яркостным и цветовым характеристикам, изображаются в условных цветах. Конечная цель получения подобного изображения заключается в максималь-
      ном расчленении природных объектов по цветовым контрастам. Ясно, что, в отличие от цветной и снектрозональной съемки, получение синтезированного изображения позволит применить более современную методику обработки и выбрать оптимальные сочетания суммируемых зон для идентификации объектов.
      Во время полета космического корабля «Союз-22» космонавты В. Быковский и В. Аксенов проводили многозональную съемку земной поверхности. Для этой цели на борту корабля была установлена фотокамера МКФ-6, разработанная совместно специалистами Института космических исследований АН СССР и Института электроники АН ГДР и изготовленная в ГДР. Многозональная съемка осуществлялась с помощью шести аппаратов, каждый из которых имеет специальный светофильтр, рассчитанный на получение изображения в определенном диапазоне спектра (табл. 3).
      У многозональной съемки в космосе многолетняя история. Основы многозональной съемки заложил в 30-е годы советский ученый
      В. А. Фасс. В 1947 г. вышла книга Е. А. Кринова, где он впервые показал возможность сравнивать отдельные объекты по спектральным
      характеристикам отражения. Впоследствии был составлен каталог отражающих характеристик природных объектов: обнажений горных пород и почвы, растительного покрова, водной поверхности. В последующие годы сведения об отражающих свойствах земных образований значительно расширились. А факты, которые удалось собрать Е. А. Кринову, послГужили основой для каталога отражающих свойств природных объектов и их сочетаний (они составляют своеобразный «банк» памяти для ЭВМ при сравнении объектов). Поэтому при фотографировании различных природных объектов можно выбш рать наиболее благоприятные для съемки участки спектра (рис. 11).
      Со временем идея многозональной съемки получила творческое развитие. И уже с борта «Союз-12» космонавты В. Лазарев и О. Макаров сделали более 100 фотографий, снятых в шести, а на отдельных участках в девяти зонах спёктра. Съемкой с «Союза-12» охвачена обширная территория СёверЬ-Восточной Африки, гррные хребты Малой Азии, вулканические нагорья Армении, степные районы Дагестана, Прикаспий, акватории Средиземного моря и Каспия. Как показал анализ многозональных фотографий «Союза-12», интересные результаты были получены при изучении подводного ландшафта акватории с небольшими глубинами, а также участков солончаков. По данным специалистов, при многозональной съемке, рассматривая снимки, полученные в синей зоне, можно уверенно разделять контуры песков и солончаков, так как изображение соляных корок не теряет яркости, в то время как контраст окружающих объектов снижается. Благодаря этим снимкам стало возможным провести корректировку карт засоления почвообразующих пород. На снимках Ливии, сделанных в красной и желтой зонах спектра, с большой детальностью выступают светлые контуры песчаных отложений, а в коротковолновых диапазонах (синем, зеленом) прослеживаются» увлажненные участки. Американские исследователи многозональный вариант космической съемки опробовали на корабле «Аполлон-9» в 1969 г., а затем на автоматических станциях «Лэндсат» и орбитальной станции «Скайлэб».
      Аппаратура для получения снимков на «Лэндсат-1» представляет собой многозональное сканирующее устройство, в котором используются зеленая, красная и две инфракрасные зоны спектра. Зеленая зона наиболее четко показывает распределение донных осадков и отмечает шельфовые зоны с различной глубиной. В красной зоне общий облик изображения более четкий. На нем хорошо видны постройки и искусственные насаждения, структура почв. Тональность участков суши инфракрасных зон наиболее яркая. На них более четко отображаются площади различных типов горных пород. Наиболее ярко возможности многозональных фотокамер «Лэндсат» проявились при получении синтезированных цветных изображений. Причем в отдельных случаях оказалось более выгодным «вычитать» одно изображение из другого и таким образом устанавливать дополнительную информацию определенного диапазона. При этом выяснилось, что многозональные снимки содержат и геохимическую информацию. Например, окислы железа легче опознаются на синтезированных снимках, чем на однозональных. Изменение соотношений между различными типами горных пород и железосодержащими минералами можно использовать при геологическом картировании.
      Используя соотношения величин отражения на снимках, снятых в разных зонах спектра, стало возможным составление карт методом автоматического распознавания, где можно выделить отдельные выходы горных пород и выявить характерные группы, которые можно использовать в качестве эталонов геологических объектов.
      На примерах мы покажем возможности многозональной съемки для изучения природных объектов нашей страны. Для этого рассмотрим многозональные фотографии одного из районов Киргизии, полученные со станции «Салют-4» во время полета на ней летчиков-космонавтов П. Климука и В. Севастьянова. Съемка проводилась 27 июля 1979 г. с высоты 340 км блбком из четырех фотоаппаратов, которые
      Рис. 12. Многозональные космические снимки, сделанные с орбитальной станции «Салют-4» над территорией Киргизии: а — первая зона 0,5—0,6 мкм; б — вторая зона 0,6—0,7 мкм; в — третья зона 0,7 — 0,84 мкм; г — схема геологического дешифрирования: 1 — осколки древней земной коры; 2 — складчатые породы каледонского комплекса; 3 — разрывные нарушения; 4— складчатые породы герцннского комплекса; 5— чехол Центральноказахстанского срединного массива; 6— межгорные впадины; рисунок обложки левый верхний — цветная фотография района Советской Киргизии. Снимок сделан с долговременной орбитальной станции «Салют-4»; рисунок обложки левый средний. Снимок получен путем оптического синтеза по трем исходным черно-белым изображениям. В этом варианте синтетического снимка хорошо выделяется горная растительность: каждый розовый, красный и коричневый оттенок соответствует различным видам растительности; рисунок обложки лбвый нижний. Красновато-коричневые тона на этом синтетическом снимке — участки, покрытые лесом, кустарником, луга и орошаемые сельскохозяйственные поля; рисунок обложки правый верхний. На этом снимке особенно четко выделяются почвы (современный аллювий)
      в межгорных впадинах; рисунок обложки правый нижний. Условное цветное изображение, полученное оптико-электронным способом. Для кодирования интервалов оптической плотности исходного черно-белого снимка использована дискретная (прерывистая) шкала цветов. Цвета подчеркивают границы различных природных образований.
      одновременно снимали один и тот же участок Земли в разных зонах спектра электромагнитных колебаний: (зона 0,5—0,6 мкм), в зелено-голубо-оранжевой (зона 0,5—0,6 мкм), оранжевой и красной (зона 0,6—0,7 мкм), красцой и инфракрасной (зона 0,70—0,84 мкм) (рис. 12 а, б, в, г). Одновременно велась съемка на обычную цветную пленку. На фотографии изображены горные районы Киргизии между озерами Иссык-Куль и Сонкёль. Это отроги Киргизского хребта, хребтов Кюнгей- и Терскей-Ала-Тоо, долины горных рек Нарына и Чу, где расположены населенные пункты, пахотные земли, пастбища. Максимальные абсолютные отметки высот здесь достигают 4800 м. Снежный покров венчает самые высокие вершины. Если оценивать фотографии, полученные в разных зонах спектра, и цветное изображение, то можно заметить, что фотография, сделанная в оранжевокрасном диапазоне 0,6—0,7 мкм, дает наиболее полную информацию об объектах съемки. По своей выразительности она близка к цветному изображению. Фототоном здесь подчеркнута структура межгорных впадин и хребтов, четким рисунком отмечено положение ледников. Снимок в зоне 0,5—0,6 мкм, несмотря на то что выглядит менее контрастным, дает разносторонние сведения о строении мелководий Озер Иссык-Куль и Сонкёль. На нем хорошо просматриваются долины горных рек, где выделяется современный аллювий, видны поливные земли. На снимке в красной и ближней инфракрасной зоне спектра 0,70—0,84 мкм водные поверхности фиксируются темными тонами, поэтому гидросеть почти не видна, но зато отчетливо выступает геологическая структура района.
      Черно-белые зональные изображения послужили исходными данными для синтеза цветных снимков. На цветной фотографии распределение тонов привычно для нашего глаза: более глубокие зоны озер имеют темную окраску; белыми мазками подчеркнуто положение ледников; коричневым и темно-коричневым цветом отображены горные хребты; светлыми показаны долины рек и межгорные впадины. Общий зеленый фон фотографии указывает на районы распространения растительности (см. рис. обложки левый верхний). Но, когда изображению, полученному в первой зоне, придали красный цвет, второй зоне —синий, третьей — зеленый и суммировали их, природные объекты на синтезированном снимке заиграли необычными цветами. На изображении озера выглядят белыми, ледники — черными, напоминающими ветвь дерева. Общий красноватый тон своими различными оттенками подчеркивает разнообразие ландшафтов и горной растительности (см. рис. обложки левый средний). В другом варианте оптического синтеза, когда первой зоне спектра дана зеленая окраска, второй — красная, третьей — синяя, озера уже имеют темную окраску, красно-коричневые тона Соответствуют древесно-кустарниковой луговой растительности, а также сельскохозяйственным культурам на орошаемых землях (см. рис. обложки левый нижний).
      В третьем варианте синтеза первому диапазону дана синяя окра?,, ска, второму — зеленая, третьему — красная. По распределению окраски этот вариант близок к реальному цветному снимку. Здесь наиболее четко выделяются почвы в межгорных впадинах, но вместе С тем исчезла информация о характере изменения глубин озера Иссык-Куль (см. рис. обложки правый верхний).
      Применение многозональной съемки послужило толчком к широкому внедрению ЭВМ. Появилась возможность складывать и вычитать изображения различных диапазонов, распределять их по плотности фототона и кодировать определенный фототон любым цветовым оттенком (см. рис. обложки правый нижний).
      Таблица 3
      Приведенные примеры показывают роль космических фотографий в исследовании природных ресурсов Земли. Многозональная съемка повышает эффективность новых методов, особенно для изучения геологических объектов.
     
      ЗЕМЛЯ В НЕВИДИМОМ ДИАПАЗОНЕ СПЕКТРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
      Среди дистанционных методов все большую роль Приобретают методы, использующие невидимый диапазон электромагнитного спектра излучения. С их помощью мы получаем информацию о спектре излучения различных природных объектов, распределения теплового поля и о других физических характеристиках земной поверхности. В настоящее время в геологических исследованиях наиболее широко распространены инфракрасная, радарная, спектрометрическая съемки и геофизические методы.
      Инфракрасная (ИК) съемка основана на использовании изображения, полученного в области ИК-излучения. Обычным источником инфракрасного излучения является нагретое тело. При небольшой температуре интенсивность излучения незначительна, а при
      повышении температуры мощность излучаемой энергии быстро расчет.
      Основные температурные аномалии на поверхности нашей планеты вызваны двумя природными тепловыми источниками — Солнцем и эндогенным теплом Земли. Тепловой поток от ее ядра и внутренних оболочек не зависит от внешних факторов. Температурные аномалии, вызванные этим тепловым потоком в зонах высокой вулканической активности и интенсивной гидротермальной деятельности, достигают десятков и сотен градусов.
      Поскольку тепловые ^излучения типичны для всех окружающих нас предметов, а температура их различна, то инфракрасное изображение характеризует тепловую неоднородность земной поверхности.
      Проведение ИК-съемки с летательных аппаратов накладывает ограничения на применение ИК-методов. Эти ограничения связаны с поглощением и рассеиванием ИК-излучения атмосферой. При прохождении инфракрасного излучения через атмосферу наблюдается избирательное поглощение его газами и водяным паром. Сильнее всего оно поглощается парами воды, углекислым газом и озоном. Однако в атмосфере для ИК-излучения есть несколько зон относительно слабого поглощения. Это так называемые «окна пропускания» ИК-излучения. Прозрачность их зависит от высоты над уровнем моря и содержания в атмосфере водяных паров. С увеличением высоты плотность воздуха и количество в нем различных примесей уменьшаются, возрастает прозрачность атмосферы и увеличивается ширина «окон пропускания». ИК-изображение земной поверхности можно получить только в том диапазоне, который соответствует полосе прозрачности атмосферы (рис. 13).
      Приборы, используемые для инфракрасной съемки с летательных аппаратов, сконструированы исходя из этих особенностей атмосферы. Уже в течение многих лет геологи ведут исследования в области практического применения ИК-съемки.
      Наиболее ярко проявляются возможности ИК-съемки при изучении районов активной вулканической и гидротермальной деятельности. В этом случае аномальные, высокотемпературные источники тепла находятся на поверхности, и ИК-изображение передает картину распределения теплового поля в момент съемки. Последовательная ИК-съемка тех же площадей позволяет выявить динамику изменения теплового поля, преодолеть наиболее активные зоны извержения. Например, ИК-изображение вулкана Килауэа на Гавайских островах дает четкую картину распределения теплового поля (рис. 14). На этом снимке основная тепловая аномалия (яркое светлое пятно) определяет положение кратера вулкана, менее интенсивные аномалии соответствуют выходам термальных вод и газов. На снимке можно, проследить направление движения термальных источников по снижению интенсивности аномалии. На обычном аэрофотоснимке хорошо дешифрируется рельеф (положение кратера, водораздела и т. д.), поэтому совместное дешифрирование этих снимков позволяет детальнее изучить строение вулкана.
      В СССР работы в этом направлении ведутся в районе действующих вулканов Камчатки. Уже получены ИК-изображения некоторых вулканов (Мутновский, Горелый, Авача, Толбачик и др.). При этом параллельно с ИК-съемкой осуществлялась обычная аэрофотосъемка. Совместная интерпретация йх результатов позволила получить важные сведения о строении действующих вулканических очагов, недоступных для наземных наблюдений. Хорошие результаты дает ИК-съемка при гидрогеологических исследованиях. На ИК-изобра-жениях по изменению тепловых контрастов земной поверхности можно выделять места повышенной влажности, связанные с наличием подземных вод. Особенно помогают ИК-методы при поисках грунтовых вод в пустынных и полупустынных зонах. С помощью ИК-съемки можно изучать также температурные аномалии водных бассейнов.
      Всесторонний анализ ИК-изображений, полученных со спутников, показал, что при малооблачной погоде они хорошо передают термическую неоднородность поверхности Земли. Это дает возможность использовать их в геологических и географических исследованиях. На космических ИК-снимках хорошо видны береговая линия, гидрографическая сеть. Анализ ИК-снимков подтвердил, что эти изображения можно использовать для оценки ледовой обстановки. На ИК-изображениях также хорошо фиксируется тепловая неоднородность водной среды. Например, на снимках Атлантического океана по темным полосам определяется положение течения Гольфстрим.
      Со спутников получают данные для составления температурной картины Земли с точностью порядка долей градуса. Подобные карты были созданы для различных регионов, на них хорошо выделяются тепловые аномалии.
      Помимо ИК-съемки, со спутников ведется радиолокационная съемка. Она использует для получения изображения микроволновой диапазон электромагнитного спектра. При этом фиксируется не только естественное излучение, свойственное окружающим нас объектам, но и искусственный радиосигнал, отраженный от объектов. В зависимости от природы электромагнитного излучения радиолокационную съемку подразделяют на активную (радарную) и пассйвную (радио-тепловую).
      Для решения геологических задач применяют радиолокаторы бокового обзора, которые устанавливают на летательных аппаратах. Посланный с них радиосигнал отражается от встречающихся на его пути объектов, улавливается специальной антенной и затем передается на экран или фиксируется на пленке. Из-за шероховатости поверхности отражения часть энергии посланного сигнала рассеивается и мы получаем диффузное (рассеянное) отражение. Интенсив-* нОсть его зависит от соотношения шероховатости поверхности отражения с длиной волны. Если размеры частиц поверхности меньше половины длины волны, то они не дают рассеянного отражения. Благодаря этому радарную съемку можно вести в любое время суток и при любой погоде, так как облачность (за исключением грозовых туч) и туман не сказываются на качестве радарного изображения. Эта съемка при большой длине волны позволяет получить информацию об объектах, несмотря на обильную растительность и толщу нецементи-рованныХ тонкозернистых осадков. Четкость радарного изображения зависит от степени шероховатости поверхности отражения, геометрической формы объекта, угла падения луча, поляризованности и частоты посланного сигнала, физических свойств поверхности отражения (плотность, влажность и др.). Если рельеф резко расчленен, то часть информации на изображении скрыта радарной тенью.
      Геологическая интерпретация радарного изображения основывается на анализе структурных очертаний, тона, текстуры. Характер и полнота геологической информации зависят от «выраженности» геологии в рельефе, степени эрозии, от влажности и характера распределения растительности. Детальное изучение особенностей радарного изображёния показывает, что независимо от сложности геологического строения района наиболее достоверно дешифрируются структурные линии и линии разрывов, выраженные в рельефе местности. Ценность этой информации не вызывает сомнений, ибо элементы микрорельефа и рельеф вообще, как правило, отражают характер л внутренней структуры геологических образований. На первом этапе дешифрирования нарушения, определяемые только по линейным формам рельефа, спрямленным участкам речных долин или линейному расположению растительности, выделяются как предположительные.
      И лишь последующий анализ геолого-геофизических данных может дать окончательную характеристику этих линейных фотоаномалий. По результатам дешифрирований радарного изображения составляются предварительно геологические, геоморфологические и другие карты. Опыт работы советских и зарубежных исследователейпоказывает, что радиолокационная съемка позволяет получить ценную информацию о строении Земли (рис. 15). При этом радиолокационные снимки дают детальное изображение рельефа, структурный план изучаемого региона и отражают изменение физических характеристик подстилающей поверхности (плотность, пористость, электропроводимость, магнитная восприимчивость). В настоящее время радарная съемка применяется при геологическом картировании, в геоморфологии, гидрогеологии и в географии.
      Радиотепловая съемка регистрирует излучение природных объектов в диапазоне 0,3 см —10 см.
      При наблюдении за земными объектами максимальные радио-тепловые контрасты наблюдаются между водой и сушей. Это свидетельствует о возможностях метода для обнаружения запасов подземных вод. Большое преимущество радиотепловой съемки — ее независимость от состояния атмосферы. С помощью радиотепловой съемки можно обнаружить контуры крупных лесных пожаров при сплошной облачности и густом тумане. Опыт геологической Интерпретации радиотеплового изображения указывает на возможность с его помощью изучать береговую линию, зоны повышенной вулканической активности и гидротермальной деятельности.
      В настоящее время, помимо визуальных наблюдений, фотографии, телевидения и других методов, дающих изображение природных объектов, появилась возможность изучать их излучение с помощью спектрометрической съемки. Она проводится как с самолетов, так и с пилотируемых космических кораблей. Методика спектрометрической съемки заключается в измерении коэффициентов яркостей природных образований по сравнению с эталоном. При этом одновременно измеряется яркость подстилающей поверхности и специального экрана с заранее известным коэффициентом спектральной яркости. Наибольшее распространение получили непрерывные измерения коэффициентов спектральной яркости над природным объектом.
      Опыт изучения природных образований на основе спектральных яркостей показывает, что надежное опознавание отдельных объектов требует съемки в узких зонах спектра. В этом случае обеспечивается необходимый контраст с окружающим фоном, причем количество диапазонов, необходимых для решения, тех или иных задач, может варьировать. Например, для опознавания растительного покрова нужно соотношение 2 и 3 коэффициентов спектральной яркости. При спутниковых экспериментах используются многоспектральные устройства, имеющие 4—6 интервалов наблюдения в видимом диапазоне, 3—4 интервала — в ближнем ИК-диапазоне, 2—4 интервала — в ИК-тепловом диапазоне, 3—5 каналов — в радиодиапазоне. Обработка полученных спектральных характеристик проводится с помощью ЭВМ.
      Эксперименты по проведению спектрометрической съемки проводились с пилотируемых космических кораблей «Союз-7» и «Союз-9» и орбитальной станции «Салют». Были выполнены спектрометрические исследования над различными районами земного шара. Эти исследования были дополнены, расширены в последующих полетах пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций «Са-, лют».
      В последние 10—15 лет наряду с аэромагнитной съемкой стала вестись магнитная съемка с искусственных спутников Земли и орбитальных космических станций. С 1958 г. в Советском Союзе проведено несколько глобальных съемок Земли: в 1964 г.— с искусственного спутника Земли (ИСЗ) «Космос-49», а в 1970 г.— с ИСЗ «Космос-321». Исследования магнитного поля Земли с ИСЗ продолжаются и в настоящее время. С орбиты, близкой к полярной, за короткий срок можно осуществить площадную съемку всей планеты. Данные спутниковых измерений передаются на Землю и обрабатываются с помощью ЭВМ. Результаты этих измерений записывают в виде профилей вектора магнитного поля или карт главного магнитного поля Земли. Морфологически оно представляет собой поле, включающее мировые и значительные региональные аномалии.
      Предполагается, что основная часть аномалий, выявленных с помощью спутников, обусловлена особенностями геологического строения и их источники находятся в литосфере.
     
      ГЛАВА III. ЧТО ДАЕТ КОСМИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ГЕОЛОГИИ
     
      При изучении Земли важная роль принадлежит исследованиям, осуществляемым с помощью космической техники. Известно, что геологические изыскания направлены на поиск, обнаружение и освоение природных богатств, таящихся в недрах-Земли. Может ли информация, получаемая с космических аппаратов, способствовать этому? Опыт работы с космическими изображениями показывает большие возможности применения космических снимков в геологии.
      В этой главе мы и расскажем о главнейших геологических задачах, решаемых с помощью космических съемок.
     
      КАК РАБОТАЮТ С КОСМИЧЕСКИМИ ИЗОБРАЖЕНИЯМИ
      Основа космических исследований — регистрация отраженной солнечной и собственной радиации природных объектов. Она осуществляется различными методами (фотографическими, телевизионными и др.). При этом регистрируемые величины (сигналы) разной интенсивности пропорциональны яркости соответствующих участков поверхности Земли.
      Все многообразие элементов ландшафта изображается в виде точек, линий, ареалов различного фототона и размеров. Чем больше на космическом изображении диапазон тоновых градаций и мелких деталей, тем выше его изобразительные свойства. Геологу-де-шифровщику для практической работы важно знать, насколькч правильно передает снимок яркостные различия объектов. Ведь геологические объекты обладают в какой-то мере фотогеничностью. Одни прекрасно выходят на фотографиях, им соответствует яркий, запоминающий рисунок. Другие, как бы мы ни старались, получаются плохо. И чтобы обнаружить и доказать их существование, приходится использовать дополнительные признаки. Принято говорить, что геологические объекты обладают прямыми и косвенными дешифровочными признаками.
      Прямые признаки указывают на особенности геометрии, размеры и форму изучаемого объекта. Фототон, цветовые различия могут быть также надежными прямыми индикаторами при узнавании горных пород.
      Косвенные признаки основаны на изучении естественных взаимосвязей между геологическим строением и ландшафтными особенностями земной поверхности. Известно, что рельеф очень чутко реагирует на геологическую обстановку как на поверхности, так и на глубине, что существует взаимосвязь между почвенным покровом, растительностью и почвообразующими породами. Эти соотношения не всегда однозначны. Они приобретают специфические черты в различных климатических зонах, затушевываются под влиянием хозяйственной деятельности человека. Их значение может меняться в зависимости от тектоники региона и масштаба съемки. Например, в геосинклинальных поясах, для которых характерны большая скорость современных тектонических движений, мы можем наблюдать в малоискаженном виде пространственные сочетания отдельных структур. Хорошая обнаженность пород способствует получению по космическим изображениям информации о форме геологических тел, составе и мощности слагающих их пород. В равнинных и платформенных областях определяющее значение для выявления геологических структур играют косвенные признаки, так как наблюдение там геологических объектов затруднено из-за обильной растительности, мощного покрова современных отложений хозяйственной деятельности человека.
      Таким образом, с помощью прямых и косвенных дешифровочных признаков мы определяем по фотоизображению объект, переносим его на топографическую основу и даем его геологическую интерпретацию. Многие геологические границы на картах наносятся на основе аэро- и космических снимков. Ведь на фотоизображении видно состояние поверхности Земли в момент съемки, хорошо читается рельеф, выделяются участки различного фототона и цвета. И чем лучше мы знаем поверхностную геологию, тем уверенней мы расшифровываем глубинную структуру региона. Но как от поверхностной структуры, отображенной на космическом снимке, перейти к изучению глубинной структуры? Попытаемся ответить на это. Когда геологи получили возможность изучать глубокие горизонты литосферы, была замечена одна удивительная особенность ее — подошва земной коры (граница Мохоровичича) является как бы зеркальным отображением рельефа земной поверхности. Там, где на Земле горы, мощность коры увеличивается до 50 км-, в океанических впадинах она уменьшается до 10—15 км, а на континентальных равнинах мощность коры составляет 30—40 км. Это подтверждает связь между поверхностной и глубинной структурой Земли. Благодаря обзорности космических снимков мы фиксируем геологические структуры разных масштабов. Установлено, что с увеличением высоты съемки и уменьшением масштаба на снимках отображаются наиболее крупные структуры, отвечающие неоднородностям самых глубоких горизонтов земной коры. Крупные структуры, выявляемые на получаемых из космоса изображениях, для определения их глубинности сопоставляются с геофизическими аномалиями, которые указывают на изменение строения глубоких слоев Земли. Кроме непосредственной корреляции (связи), между глубокими слоями Земли и поверхностной структурой, отмечаемой на космических снимках, обнаруживаются косвенные признаки, указывающие на глубинность той или иной структуры. По-видимому, изменение яркости геологических объектов
      В узких зонах спектра при многозональной съемке — результат скопления определенных химических элементов. Аномальное присутствие этих элементов может служить прямым или косвенным признаком неоднородности земной коры. По глубинным разломам на поверхность доходят флюиды, которые несут в себе информацию о фи: зико-химических процессах, протекающих на разных уровнях литосферы. Интерпретация этих аномалий дает сведения о глубинности геологической структуры. Таким образом, набор разномасштабных многозональных космических снимков позволяет провести широкое дешифрирование и выделить геологические структуры разного ранга (от глобальных до локальных).
      В зависимости от технических средств и приемов различают визуальное, инструментальное и автоматическое дешифрирование. Наибольшее распространение пока имеет визуальное дешифрирование. При нем необходимо учитывать свойства зрения наблюдателя, условия освещения, время наблюдения. Человек в состоянии различить около 100 серых тонов в диапазоне от черного до- белого. В практической работе количество фототоновых градаций ограничивается до 7—i0. Цветовое восприятие человека значительно тоньше. Принято считать, что число различаемых глазом цветов, разных по тону, насыщенности и светлоте, превосходит 10 000. Особенно хорошо заметны вариации цвета, в желтой зоне спектра. Разрешающая способность глаза также велика. Она зависит от размера, контраста и резкости границ наблюдаемого объекта.
      Инструментальная обработка предполагает преобразование снимка и получение нового изображения с заранее заданными свойствами. Это можно проводить с помощью фотографических, оптических и других средств. Применение электронной техники, ЭВМ, использование цифровых методов позволило осуществить более полный анализ космических снимков. Сам по себе процесс преобразования снимка не добавляет новой информации. Он только приводит ее к виду, удобному для дальнейшей обработки, позволяя независимо от субъективного восприятия человеческого глаза оттенить изобразительные характеристики объектов. При инструментальной обработке можно провести фильтрацию снимка, т. е. отсеять ненужную информацию и усилить изображение изучаемых объектов.
      Интересные результаты дает квантование изображения по плотности фототона, с последующей окраской отдельных, заранее выбранных ступеней. Причем количество и ширина диапазона’ плотности может меняться, что позволяет получать детальные и обобщенные характеристики фототоновых измерений. Широкое распространение имеет синтезирование цветных изображений, при котором с помощью нескольких светофильтров снимки, снятые в различных зонах спектра, проектируются на один экран. При этом получается цветовое изображение «ложной» окраски. Цвета можно подобрать таким образом, чтобы лучше оттенить изучаемые объекты. Например, если при использовании трех светофильтров изображение, полученное в зеленой части спектра, окрасить синим цветом, в красной — зеленым, а в инфракрасной — красным, то на снимке растительность
      изображается красным цветом, водная поверхность — синим, а участки, не покрытые растительностью,— серо-голубым. При изменении цвета фильтра, соответствующего данному диапазону съемки, окраска суммарного изображения меняется (см. рис. обложки).
      Автоматическое дешифрирование космических снимков предполагает получение изображения в цифровом виде с последующей его обработкой по программам на ЭВМ. Это позволяет выделить конкретные геологические объекты. Программы для этого создаются на основе решения задачи «распознавания образа». Они требуют своего рода «банка памяти», где собраны объективные характеристики природных объектов. Методика автоматического дешифрирования пока еще находится в стадии разработки. В настоящее время наибольшее распространение получил аналого-цифровой метод. Он предполагает преобразование фотоснимка в «шифровой» с помощью специального устройства и обработку шифрового изображения в соответствии с имеющимися программами. Автоматизация дешифрирования не может полностью заменить дешифровщика, но она дает возможность оперативно обработать большое количество материала.
      Применение космических методов в геологических исследованиях требует определенных условий и четкой организации. Дешифрирование всегда проводится целенаправленно, поскольку разные специалисты берут с одних и тех же снимков разную информацию. Например, геологов интересуют геологические объекты, географов — различные компоненты географической оболочки и т. д. Перед дешифрированием необходимр изучить имеющийся материал о природных условиях района исследования, выявить взаимосвязи между элементами ландшафта, проанализировать геологические и геофизические данные. Чем лучше знает дешифровщик предмет исследования тем больше информации извлечет он из космического снимка и скорее определит, несет ли космическое изображение новые сведения.
      Дешифрирование космических снимков делится на три этапа: предварительное камеральное, полевые работы и окончательная камеральная обработка. Причем соотношение этих этапов зависит от масштаба съемки, сложности геологического строения и степени его дешифровки.
      Предварительное камеральное дешифрирование проводится до начала полевых геологических работ. При этом составляются серии предварительных карт, на которых отображаются предполагаемые геологические структуры. Рассматриваются снимки разных масштабов, выделяются контуры объектов, зоны фототоновых аномалий. На основании имеющегося геолого-геофизического материала строятся предположения о геологической природе выявленных объектов, устанавливается их дешифрируемость.
      Во время полевых работ устанавливаются геологическая природа и вещественный состав выделенных объектов, уточняются их дешифровочные признаки. Как правило, полевые работы проводятся на отдельных ключевых участках, и результаты исследований экстраполируются. Количество таких участков определяется особенностями геологического строения!
      Завершающий этап — окончательная камеральная обработка ре-(ультатов наземных, аэро- и космических наблюдений. Эти данные используются для составления геологических карт различного содержания, каталогов индикаторов и дешифровочных признаков, районирования территории по условиям дешифрируемости, а также для отчёта о результатах исследований.
     
      ЛИНЕАМЕНТЫ
      На космических изображениях Земли достаточно отчетливо видны полосы, проявляющиеся самостоятельными фотоаномалиями, либо в виде прямолинейных границ между различными ландшафтными зонами, либо геологическими образованиями. У специалистов, занимающихся дешифрированием космических материалов, они получили название линеаментов1.
      1 Линеиментум (лит.) - линия, черта.
      Под линеаментом в геологии принято понимать линейные или дугообразные элементы планетарного значения, связанные на начальном этапе, а иногда и на протяжении нсей истории развития литосферы с глубинными расколами. В таком понимании этот термин используется в геологии с начала нашего столетия. С того времени линеаменты в земной коре были выявлены геологическими, геофизическими и геоморфологическими методами. Теперь они стали обнаруживаться и на космических снимках. При этом была выяснена интересная особенность их проявления: количество их зависит от масштабов космических съемок. Чем он мельче, тем отчетливее выглядят линеаменты на космических снимках. Какова же природа фотолинеаментов, выделяемых по космическим снимкам во многих районах земного шара? Пока на этот вопрос существует несколько ответов. Первый сводится к отождествлению линеаментов с глубинными разломами, по которым происходили или происходят в настоящее время крупные подвижки земной коры. Второй связывает их с зонами повышенной трещиноватости земной коры. И наконец, третий рассматривает линеаменты не как тектоническую структуру, а как объект, обусловленный поверхностными экзогенными факторами. У каждой точки зрения имеются свои сторонники.
      Нам представляется, что основная масса выявленных линеаментов — пбгребенные глубинные разломы. Это хорошо иллюстрируется следующим примером. Советскими и зарубежными геологами на основе традиционных методов хорошо описан Урало-Оманский ли-неамент. Само название этой структуры показывает ее колоссальную протяженность от экватора до полярньх областей Советского Союза. Вероятно, справедливо было бы ее называть суперлинеаментом. Под суперлинеаментами предполагается понимать структуру, прослеживающуюся от континента к континенту на многие тысячи километров. Урало-Оманский суперлинеамент обнаружен французским исследователем Ж Фюроном, а затем подробно описан советским ученым В. Е. Хаиным. Эта структура идет вдоль Оманского залива к ирано-афганской и ирано-пакистанской границам, а затем пересекает юг Туркмении и параллельно Уралу тянется до Заполярья. На всем протяжении Урало-Оманский суперлинеамент оказывает свое влияние на геологическую структуру. В Альпийском поясе Ближнего и Среднего Востока он служит границей между двумя крупными сегментами: Восточным и Западным, характеризующимся различным геологическим строением. В северной (Уральской части) суперлинеамент является пограничным между древними платформами — Восточно-Европейской и Сибирской. Несомненно, что эта суперструктура — зона длительно развивающегося глубинного разлома.
      На глобальных и региональных космических снимках отдельные части Урало-Оманского линеамента четко фиксируются в виде линейных фотоаномалий почти долготного простирания(в Иране, на юге СССР и в других районах. Этот пример показывает, что линеа-менты, дешифрируемые на космических снимках, могут быть отождествлены с зонами глубинных разломов земной коры. При анализе структуры Средиземноморского геосйнклинального пояса, кроме Урало-Оманского линеамента, были выделены и другие линейные структуры. Они пересекают горные страны и прослеживаются на многие сотни километров в соседних платформенных областях (рис. 16). Аналогичная картина установлена и для Кавказа. На космических снимках обнаружены менее протяженные, чем Урало-Оманская, фотоаномалии, которые оказались тождественными Западно-Каспийскому, Пальмиро-Апшеронскому и другим глубинным разломам. Однако линеаменты, выявленные по космическим материалам, не всегда, по-видимому, следует отождествлять с глубинными разломами. Например, там же на Кавказе устанавливаются связи между дешифрированными линеаментами и тектоническими структурами, в частности с зонами интенсивной трещиноватости земной коры, или, как их принято называть, с зонами планетарной трещиноватости. Тем не менее в обоих случаях линеаменты, выявленные на космических снимках, отражают зоны повышенной трещиноватости литосферы. Известно, что именно в таких зонах происходит концентрация полезных ископаемых. Поэтому анализ линейных фотоаномалий на космических снимках, помимо теоретического интереса, представляет и большое практическое значение.
      Вывод о тождественности линеаментов с разрывами в земной коре приводит к интересным обобщениям.
      Разрывы глубокого заложения и длительного развития обычно четко проявляются на земной поверхности и сравнительно легко устанавливаются традиционными методами. Дешифрирование космических снимков подтвердило существование многих из них, обнаружило массу ранее неизвестных линеаментов, установило их связь с разрывной тектоникой. Анализируя новые линеаменты, мы выявляем разрывные нарушения, не установленные наземными методами. А почему эти структуры не были обнаружены исследователями в полевых условиях? Прежде всего потому, что они располагаются на больших глубинах и могут быть замаскированы перекрывающими их более молодыми породами. На космических же снимках они находят свое отражение в виде полосных фотоаномалий, обусловленных естественной генерализацией мелких элементов этих структур и эффектом объединения отдельных ее частей. Таким образом на космических снимках как бы просвечивают более глубокие слои земной коры, создается своеобразный рентгеноскопический эффект. Это свойство космических снимков теперь стало широко использоваться для изучения глубинных частей литосферы: фундамента древних платформ и др.
      Анализ космических материалов, получивший широкое распространение в последние годы, позволил выявить густую сеть ли-неаментов и суперлинеаментов. При этом установлено, что линеаменты характеризуются разнообразным простиранием: широтным, долготным, диагональным.
      Космическая геология позволила по-новому подойти к оценке линеаментов, выявить много этих форм и сделать попытку с их помощью расшифровать глубинную структуру отдельных частей земной коры.
      Выявление с помощью космической геологии линеаментов дает возможность также пересмотреть перспективность многих регионов, установить ранее неизвестные закономерности размещения полезных ископаемых. Изученные линеаменты позволяют по-новому подойти к разрешению многих проблем сейсмики и тектоники.
     
      КОЛЬЦЕВЫЕ СТРУКТУРЫ
      Кольцевые структуры на поверхности Земли были известны геологам с давних пор. Однако с появлением космических фотографий возможности их исследования расширились. Почти каждый исследователь, анализирующий космический,снимок того или иного региона, обнаруживает одно или несколько кольцевых образований, происхождение которых во многих случаях остается пока невыясненным.
      Кольцевые структуры — это округлые одиночные или концентрические локальные образования, возникшие в результате внутренний и внешних процессов. Исходя из многообразия форм и генетических особенностей кольцевых образований их можно классифицировать по происхождению: эндогенные, экзогенные, космогенные и техногенные.
      Кольцевые структуры эндогенного происхождения образовались в результате воздействия внутренних, глубинных сил Земли. Это вулканические конусы, массивы изверженных пород, соляные купола, складки округлой формы и другие подобные образования.
      Кольцевые структуры экзогенного происхождения созданы внешними силами. К этой группе относят возвышенности, котловины, депрессии и т. п.
      Космогенные кольцевые структуры объединяют ударно-взрывнуе (импактные) образования — астроблемы.
      Техногенные кольцевые структуры возникли в районах интенсивной хозяйственной деятельности людей. Это крупные карьеры, терриконы, искусственные водохранилища и другие объекты, созданныё человеком.
      Кольцевые структуры эндогенного происхождения достаточно подробно изучены многими советскими и зарубежными учеными. Среди эндогенных структур Земли, связанных с вулканической и интрузивной деятельностью, можно выделить очаговые кольцевые структуры. Они встречаются на Земле и других планетах земной группы. На Земле эти структуры не превышают 50 км в поперечнике и образуются под воздействием магм, залегающих сравнительно неглубоко в земной коре континентального типа. Максимальное развитие они получили на активизированных «жестких» глыбах континентов.
      Очевидно, что, помимо магматического фактора в образовании эндогенных кольцевых структур, определенную роль играют тектонические движения. Отдельные складки, приближающиеся по своим параметрам к куполам или чашам, имеют форму концентрических колец. К их числу следует отнести структуру Ришат, расположенную в Сахаре. Эта складка хорошо фиксируется на космических снимках. Она имеет четкое концентрическое строение, обусловленное выходами плотных песчаных пород, образующих в рельефе увалы. По поводу механизма ее образования существуют различные точки зрения. Структура Ришат могла возникнуть в результате падения метеоритного тела, но можно также предположить, что она связана с крупным телом долеритов. Кольцевые структуры, обусловленные диапиризмом, также относятся к группе эндогенных. Их образование связано с глубинным перемещением вязкой массы литосферы и ее внедрением на поверхность. Веществом, внедряемым в приповерхностные зоны литосферы, может явиться магматический расплав или вязкая каменная соль. При этом механизме, когда под давлением вышележащих толщ более вязкое вещество (соль, магма) устремляется к поверхности, деформируя и прорывая все слои на своем пути, возникают диапировые складки, имеющие в сечении кольцевую или близкунз к ней форму. Диаметр этих складок, равный сотням метров или нескольким километрам, меньше очаговых кольцевых структур или соизмерим с ним, но всегда значительно меньше диаметра эндогенных мегакольцевых структур.
      К группе эндогенных кольцевых структур относятся кольцевые и дуговые разломы. В активизированных зонах земной коры с ним связаны многочисленные полезные ископаемые — олово, молибден, свинец, цинк и т. п., а на платформах — алмазоносные кимберлиты, редкие металлы, медно-никелевые руды. Можно выделить несколько типов этих структур, среди Которых к эндогенной группе относятся кольцевые разломы, связанные с формированием соляных куполов и диапиров. Они образованы процессами гидровулканизма, возникшими в результате внедрения магматических расплавов или сводовыми поднятиями и проседанием пород. Диаметр этих структур от десятков метровдо десятков километров. Они представляют собой вертикальные, цилиндрические или дугообразные трещины, ограничивающие вулканические кальдеры, соляные купола и прочие структуры. Больщой интерес в поисковом отношении на нефть и газ представляют грязевые вулканы, которые четко фиксируются на космических снимках в виде округлых объектов. К эндогенным кольцевым структурам относятся также многочисленные гранитно-гнейсовые купола, широко развитые на древних щитах. Таким образом эндогенные кольцевые структуры подразделяются на четыре класса: тектоногенные, плутонические, метаморфогенные и вулканоидные.
      Экзогенные кольцевые структуры слагаются образованиями криогенного, карстового, гляциального, эолового и биогенного происхождения.
      Криогенные формы, связанные с промерзанием верхних горизонтов земной коры, хорошо видны в виде кольцевых структур на космических снимках. К ним относятся воронки и котловины, бугры пучения, гидролакколиты. Поискового интереса эти структуры не представляют, но они являются хорошим дешифровочным признаком для выявления районов вечной мерзлоты. К кольцевым структурам карстового происхождения относятся воронки, колодцы, цирки и другие формы рельефа, связанные с процессом растворения и выщелачивания карбонатных пород. Гляциальные кольцевые структуры образованы деятельностью ледников. Эоловые кольцевые формы формируются под действием ветра, образуя котловины выдувания или кольцевые дюны, хорошо видимые на космических снимках. Биогенные кольцевые формы — атоллы и рифы — так же легко распознаются на космических фотографиях.
      Космогенные кольцевые структуры Земли привлекли к себе широкое внимание исследователей в последние годы.
      На земном шаре известно около 100 образований (кратеров) (рис. 17), возникших врезультате падения метеоритов различного размера. Их называют «астроблемами», что в переводе с греческого означает «звездная рана». Введение в научный обиход столь звучного термина американским геологом Р. Дитцем в 1960 г. отразило возросший интерес геологов к изучению ископаемых метеоритных кратеров. Они распределены по поверхности Земли очень неравномерно.
      Рис. 17. Схема расположения ударных структур, установленных на континентах Земли (по В. И. Фельдману): 1 кольцевые образования, ударный генезис которых не вызывает сомнений; 2 предполагаемые метеоритные кратеры.
      В Северной Америке их насчитывается 36 (15 — в США, 21 — в Канаде); в Европе — 30 (в том числе 17 в СССР); в Азии — 11 (в том числе 7 в СССР); в Африке —8; в Австралии -8; в Южной Америке — 2.
      По подсчетам специалистов, за последние 2 млрд. лет Земля испытала около 100 000 соударений с метеоритами, способными при падении образовать кратеры диаметром более 1 км. Примерно для 600 соударений следствием могли быть кратеры диаметром более 5 км, и приблизительно для 20 — кратеры еще большего диаметра (50 км и более). Поэтому ясно, что мы знаем пока лишь незначительную часть астроблем.
      Известные астроблемы имеют округлую форму и диаметр от нескольких метров до 100 км и более. Чаще всего встречаются кратеры среднего размера, диаметром 8-16 км, а большая часть их принадлежит структурам диаметром 2 - 32 км (табл. 4). Мелкие (диаметром менее 0,5 км) кратеры часто образуют сплошные поля. Известно 8 кратерных полей, охватывающих от 2 до 22 кратеров (Сихотэ-Алинское в СССР, Эро во Франции, Хентери в Австралии и т. п.).
      Возраст кратеров (табл. 5) колеблется от четвертичного (Сихотэ-Алинь, СССР) до 2000 млн. лет.
      На Земле, где действуют мощные факторы уничтожения геологических структур, распознать метеоритный кратер не так уж легко.
      Среди признаков, служащих для выделения метеоритных кратеров, первое место отводится остаткам метеоритного вещества. Оно обнаружено в 20 кратерах в виде обломков метеоритов (главным образом железных), сферул железо-никелевого состава и специфических изменений в породах.
      Остальные признаки выделения кратеров определяются спецификой воздействия ударной волны, возникающей при столкновении с горными породами метеоритов, движущихся со скоростью больше 3—4 км/с. При этом возникает огромное давление, температура достигает 10 000°С. Время воздействия ударной волны на породу — миллионные доли секунды, а нарастания давления — не более миллиардных долей секунды. В минералах и породах происходят пластические деформации и твердофазные переходы: плавление, а затем и частичное испарение вещества. Воздействием ударной волны определяются черты метеоритных кратеров: округлая форма и характерный поперечный профиль; простой чашеобразный кратер при диаметре до 1 км; несколько уплощенный кратер с центральной горкой при диаметре 3—4 км; блюдцеобразный кратер с дополнительным внутренним кольцевым валом при диаметре 10 км. Для них также типичны кольцевой вал, сложенный выброшенным при взрыве материалом, кольцевое поднятие вдоль борта, зона деформаций за пределами кратера, аномалии магнитного и гравитационного полей, наличие брекчий, аутигенных, т. е. состоящих из раздробленных, но не перемещенных взрывом пород, и аллогенных из перемещенных при взрыве обломков;
      конусы разрушения (известны в 38 кратерах), имеющие форму конусов с бороздчатой поверхностью высотой от нескольких сантиметров до 12 м, ориентированных вершинами к центру взрыва или от него;
      присутствие в кратерах ударных и плавленых стекол и стеклосодержащих пород;
      наличие минералов, в которых есть системы ориентированных трещин и появились изменения механических свойств;
      наличие минералов, возникающих при нагрузках 25— 100 кбар (коэсит, стишевит и др.);
      наличие пород, образующихся из ударных расплавов и имеющих специфический химический и минеральный состав.
      В качестве примера рассмотрим Зеленогайскую структуру на Украинском кристаллическом массиве. Эта структура представляет собой воронку диаметром около 1,5 км и глубиной до 0,2 км. Она расположена в древних породах фундамента Восточно-Европейской платформы, вблизи деревни Зеленый Гай Кировоградской области. Воронка заполнена плохо отсортированными песчано-глинистыми породами и принесенной (аллогенной) с образовавшейся на месте (аутигенной) брекчией, состоящей из обломков гранита. В породах воронки установлены изменения — признаки ударного метаморфизма, которые могут быть объяснены только сверхскоростным ударом. По этим изменениям ученые рассчитали давление, которое оказалось более 105 атм. Некоторые астроблемы бывают ограничены кольцевыми или дуговидными трещинами экзогенного происхождения, возникающими в результате механического воздействия взрывной волны. Кольцевые структуры космогенного происхождения имеют практическое значение — с ними могут быть связаны комплексы полезных ископаемых.
      Кольцевые структуры техногенного типа — продукт антропогенной деятельности. С точки зрения поисков полезных ископаемых они не представляют интереса.
      Есть кольцевые структуры и невыясненного генезиса. Они стали обнаруживаться уже при обработке первых космических фотографий. При этом была отмечена интересная особенность: чем древнее изучаемый комплекс пород, тем больше кольцевых структур в нем дешифрируется. Также отмечается увеличение этих структур на древних щитах и в частях континентов, ближе лежащих к океанам. Многие из этих образований стали проявляться в фундаменте под чехлом рыхлых образований (рис. 18). Кольцевые структуры стали выявляться повсеместно не космофотоснимках различных участков земного шара. Диаметр их разнообразен и колеблется в широком диапазоне. Вопрос об их происхождении до сих пор остается открытым. Не исключено, что они более древние погребенные или разрушенные аналоги известных эндогенных или экзогенных кольцевых образований. Они могут также представлять собой разрушенные древние астроблемы, которыми покрыты поверхность Луны и Маркса, т. е. являются свидетелями лунной (нуклеарной) стадии развития нашей планеты. В качестве примера можно привести кольцевые структуры, выявленные на региональном снимке района Приаралья и Кызылкума. Там выделено 9 кольцевых объектов — пологих сводовых поднятий диаметром от 20 до 150 км. Сравнение данных дешифрирования с результатами геофизических съемок позволило установить, что внутренним частям кольцевых структур почти всегда соответствуют отрицательные аномалии силы тяжести и магнитного поля, а краевым — положительные. Анализ данных позволил сделать предположение, что кольцевые структуры Казахстана имеют длительную геологическую историю. Они являются результатом изостатического выравнивания верхних горизонтов континентальной земной коры над областями скопления вещества пониженной плотности.
      О древнем заложении кольцевых структур говорят также данные, полученные по телевизионным космическим снимкам территории Восточной Сибири, на которых установлено более 20 таких структур. Диаметры отдельных из них достигают 700 км. Нередко эти кольцевые структуры «срезаются» древними разломами, геологическая активность которых началась 2—2,5 млрд. лет назад. Если кольцевые структуры разрушены разломами, то, значит, они существовали еще раньше, т. е. возникли на более ранних стадиях развития Земли.
      Становится очевидным, что кольцевым структурам принадлежит весьма существенная роль в строении литосферы Земли. Они заслуживают самого пристального внимания. Их выявление на космических снимках и изучение в природе может существенным образом изменить промышленно-экономический потенциал того или иного района. Космические снимки показали также широкое развитие кольцевых образований на Луне и планетах земной группы (рис. 19). Детальное изучение их позволит пролить свет на природу этих во многом еще загадочных структур.
      Космические методы исследования стали применяться геологами, когда на Земле практически не осталось «белых пятен». Для большей части нашей планеты уже составлены геологические и тектонические карты от самых детальных (в хорошо освоенных районах) до рекогносцировочных. Месторождения, которые расположены на поверхности Земли или в непосредственной близости от нее, как фавило, известны геологам. Поэтому сейчас задача состоит в изучении региональных и глобальных закономерностей расположения геологических структур, выявления признаков, которые помогут вести поиски месторождений, расположенных на больших территориях. При геологических съемках и детальной разведке месторождений обычным путем мы получаем подробную характеристику объекта поиска, но очень часто не видим продолжения аналогичных геологических условий. Это происходит потому, что месторождения маскируются мощным слоем поверхностных четвертичных образований или усложнением геологического строения, связанного с более молодыми движениями. При этом месторождения как бы теряются. Такое часто случалось при поисках нефтяных и газовых месторождений. Взгляд из космоса позволяет обозревать геологическую панораму в целом, проследить продолжение и окончание нефтегазоносных структур, рудных полей, разломов.
      Основная задача геологических исследований — удовлетворение запросов народного хозяйства в полезных ископаемых. Современный этап использования космических снимков дляпоисков полезных ископаемых характеризуется следующим. По снимкам, полученным из космоса, специалисты опознают известные месторождения, а также нефтегазоносные структуры, имеющие большую протяженность, и устанавливают признаки, которые позволили бы их находить. Основная тенденция поисковых геологических работ с помощью космо-, фото-и телеснимков заключается в составлении обзорных схем и карт. Они построены на основе различий тектонического развития крупных складчатых структур, зон разломов и пространственного распространения осадочных, метаморфических и магматических пород. В пределах ряда открытых территорий представляется возможным на основе космических фотоснимков составление каталогов. В них входят локальные структуры (складки и соляные купола, представляющие интерес в нефтегазоносном отношении). Космические снимки помогают изучать их положение в структуре региона, а также выявить роль разрывов в формировании складчатых форм и их морфологии. Это указывает на возможность прогнозирования поисков полезных ископаемых, исходя из косвенных признаков. Они обусловливают возможность определения наличия корреляции определенных геологических структур с месторождениями полезных ископаемых.
      В области региональной металлогении особое значение приобретает изучение по космическим снимкам региональных разрывов и кольцевых структур, а также сопоставление полученного материала с тектоническими и металлогеническимй картами для выяснений влияния этих структур на размещение месторождений. Разномосштабность космических снимков позволила установить особенности локализации оруденений на разных структурных уровнях.
      При средне- и крупномасштабных металлогенических исследованиях мы имеем теперь возможность детальнее изучать рудосодержание структуры, оконтурить рудоносные горизонты.
      Подобные работы проводятся в различных районах нашей страны. Уже получены интересные результаты в Средней Азии, на Алданском щите, в Приморье. Причем решение поисковых задач ведется с учетом данных наземных и космических исследований.
      Мы рассказывали о возможности прогнозирования полезных ископаемых по косвенным признакам. Суть его заключается в корреляции определенных геологических структур или горных пород с месторождениями полезных ископаемых. Вместе с тём в последнее время появляются сведения о прямых методах поиска отдельных месторождений по космическим снимкам. Прямые поиски полезных ископаемых из космоса стали возможными с внедрением многозональной съемки й практику космогеологических исследований.
      Изменение яркости геологических объектов в различных узких зонах спектра может быть результатом скопления определенных химических элементов. Их аномальное присутствие может служить прямым или косвенным признаком наличия месторождения полезных ископаемых. Например, анализируя соотношение яркостей геологических структур в разных зонах спектра, на снимках можно опознать ряд известных месторождений и выявить новые перспективные участки.
      Изучение аномальных излучений отдельных элементов в различных зонах спектра открывает перед геологами новые возможности при расшифровке информации, получаемой из космоса. Мы можем создать каталоги яркости излучений определенных типов горных пород или их сочетаний. Наконец, мы можем составить каталог яркостей излучения, вызванного скоплением тех или иных элементов, записать эти данные на ЭВМ и с помощью этих данных решать вопрос о наличии или отсутствии объекта поиска.
      Особые надежды возлагают на космические снимки нефтяники. По космическим изображениям можно выделить тектонические структуры различного порядка. Это позволяет установить и уточнить границы нефтегазоносных бассейнов, изучить закономерности распределения известных залежей нефти и газа, дать прогнозную оценку нефтегазоносности изучаемого региона и определить направление первоочередных поисковых работ. Кроме того, как мы уже говорили, на космических снимках четко дешифрируются отдельные локальные структуры, соляные купола и разломы, которые представляют интерес в нефтегазоносном отношении. Например, если при анализе изображений, полученных из космоса, обнаружены аномалии, имеющие конфигурацию и морфологию, сходную с известными нефтегазоносными структурами, то это даст возможность поиска здесь нефти. Очевидно, эти аномалии должны быть проверены наземными
      исследованиями в первую очередь. Опыт дешифрирования космо- и I слсснимков платформенных структур показал реальную возможность выявления полезных ископаемых по фотоаномалиям на Туран-(кой плите и в Припятском прогибе.
      Таким образом, современный этап космических исследований и геологии уже характеризуется практическим использованием космических съемок. В связи с этим встает вопрос: можно ли считать фадиционные приемы поисков полезных ископаемых устаревшими? Конечно, нет.. Но съемка- из космоса дает возможность не только дополнить картину геологического строения, но и по-новому оценить уже открытые месторождения. Поэтому вернее будет сказать, что мы вступили в век космической геологии.
     
      КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
      Проблема взаимодействия человека и природы давно привлекала к себе внимание ученых. Академик В. И. Вернадский сравнивал силу воздействия человека на литосферу с естественными геологическими процессами. Он впервые выделил среди оболочек Земли приповерхностную часть земной коры — наносферу — «сферу разума», в которой сказывается влияние деятельности человека. Ныне в эпоху научно-технической революции влияние человека на природу значительно возросло. Как пишет академик Е. М. Сергеев, к 2000 г. площадь Земли, занятой под инженерные сооружения, составит 15%.
      11ротяженность берегов искусственных водохранилищ, созданных только в СССР, приближается к величине земного экватора, а длина относительных магистральных каналов у нас достигла 3/С расстояния между Землей и Луной. Общая протяженность железнодорожной сети мира составляет около 1400 тыс. км. Таким образом, наносфера занимает огромные пространства Земли, и с каждым годом она расширяется. Влияние человека на природу носит глобальный характер. Это процесс объективный. Но этот процесс должен прогнозироваться и управляться человеком как на глобальном, региональном, Tdk и на местном уровне. Неоценимую роль, в этом играют космические снимки.
      Космические методы исследования Земли направлены прежде всего на изучение природы. Используя космическую информацию, мы можем проводить оценку природных условий, определенной территории, выявлять угрожающие природной среде опасности и прогношровать последствия воздействия человека на природу.
      По космическим снимкам можно картировать антропогенные изменения окружающей среды: загрязнение атмосферы, акватории, следить за другими явлениями, связанными с деятельностью человека. По ним можно изучать характер и тенденции развития землепользования, вести учет поверхностных и подземных вод, определять площади затопления паводковыми водами и многие другие процессы.
      Космические снимки не только помогают наблюдать за процессами, возникающими в результате деятельности человека, но и позволяют прогнозировать действие этих процессов и предотвращать их. По космическим снимкам составляются инженерно-геологические карты, они служат основой для прогнозирования интенсивности экзогенных процессов, возникающих из-за деятельности человека. Подобные карты необходимы как для обжитых районов, так и для осваиваемых районов. Так, район‘строительства Байкало-Амурской магистрали стал объектом пристального внимания ученых. Ведь уже сейчас надо предсказать, какое влияние окажет освоение этой территории на окружающую природу. На эту территорию с помощью космических снимков сейчас составляются инженерно-геологические и другие прогнозные карты.
      Трасса БАМа находится в зоне распространения многолетней мерзлоты. Опыт освоения других районов Севера показывает, что в результате хозяйственного изменения природной обстановки нарушается температурный режим земной поверхности. Кроме того, строительствожелезных и грунтовых дорог, промышленных объектов и распашка земель сопровождаются нарушением естественного почвенно-растительного покрова. Сооружение БАМа обязывает учитывать опасность лавин, селевых потоков, паводков, наводнений и других стихийных бедствий. При прогнозировании этих процессов применяются космические съемки.
      Благодаря возможности получать космическйе снимки одной и той же территории в разное время суток, в различные сезоны мы можем изучать динамику экзогенных процессов во взаимосвязи с деятельностью человека. Так, с помощью космических изображений были составлены карты развития эрозионно-овражной сети для степных районов нашей страны, отмечены участки засоления почв. В районах Нечерноземья проводится инвентаризация использованных земель, подсчет водных ресурсов, намечаются места наиболее интенсивного освоения.
     
      СРАВНИТЕЛЬНАЯ ПЛАНЕТОЛОГИЯ
      Прогресс в развитии космической техники позволил в настоящее время вплотную подойти к изучению отдельных планет Солнечной системы. Сейчас собран обширный материал по изучению Луны, Марса, Венеры, Меркурия, Юпитера. Сравнение этих данных с материалами по строению Земли способствовало развитию нового научного направления — сравнительной планетологии. Что дает сравнительная планетология для дальнейшего изучения геологии нашей планеты?
      Во-первых, методы сравнительной планетологии позволяют лучше понять процессы формирования первичной коры Земли, ее состава, разных стадий развития, процессов образования океанов, возникновения линейных поясов, рифтов, вулканизма и т. п. Эти данные дают возможность также выявить новые закономерности в размещении месторождений полезных ископаемых.
      Во-вторых, появилась возможность создать тектонические карты Луны, Марса и Меркурия. Сравнительно-планетологический метод показал, что у планет земной группы имеется много сходного. Было установлено, что все они имеют ядро, мантию и кору. Все эти планеты характеризуются глобальной асимметрией в распределении континентальной и океанической коры. В литосфере этих планет и у Луны обнаружены системы разломов, отчетливо видны трещины растяжения, приведшие к образованию на Земле, Марсе и Венере рифтовых систем (рис. 20). Только на Земле и Меркурии пока установлены структуры сжатия. Лишь на нашей планете выделяются складчатые пояса, гигантские сдвиги и шарьяжи. В дальнейшем предстоит выяснить причину различия в строении коры Земли и других планет, определить, связано ли это с внутренней энергией или обусловлено чем-то другим.
      Сравнительно-планетологический анализ показал, что в литосфере планет земной группы можно выделить континентальные,
      океанические области и области переходные. Мощность коры на Земле, Луне, Марсе и других планетах земной группы по расчетам геофизиков не превышает 50 км (рис. 21).
      Обнаружение древних вулканов на Марсе и современного вулканизма на спутнике Юпитера Ио показало общность процессов образования литосферы и ее последующих преобразований; оказались похожими даже формы вулканических аппаратов.
      Изучение метеоритных кратеров Луны, Марса и Меркурия привлекло внимание к поискам подобных образований на Земле. Сейчас выявлены десятки древних метеоритных кратеров — астроблем — диаметром до 100 км. Если о подобных лунных кратерах долго шла дискуссия по поводу их вулканического или метеоритного происхождения, то после обнаружения аналогичных кратеров на спутниках Марса Фобосе и Деймосе предпочтение отдается метеоритной гипотезе.
      Сравнительно-планетологический метод имеет большое практическое значение для геологии. Проникая в поиске ископаемых все глубже в недра Земли, геологи все теснее сталкиваются с проблемами образования начальной коры. При этом намечается связь рудных месторождений со строением кольцевых структур. Уже есть гипотеза, что первичный кольцевой рисунок земной коры, возникший почти 4 млрд. лет назад, мог определять неравномерность процессов тепло-массопереноса из недр к поверхностным слоям земной коры. А это, несомненно, должно влиять на распределение магматических пород, рудных месторождений, на формирование залежей нефти и газа. В этом заключается одна из причин «космизации» геологии, стремлении к изучению геологии других планетных тел и совершенствованию на основе его представлений о строении Земли, ее происхождении и развитии.
      Сравнительно-планетологический метод, как уже отмечалось, позволил составить первые тектонические карты Луны, Марса, Меркурия (рис. 22).
      В последние годы в Лаборатории космической геологии Московского университета была составлена первая тектоническая карта Марса в масштабе 1:20 000 000. При ее построении авторы столкнулись с неожиданным: грандиозными вулканами, гигантскими расколами коры, обширными полями песчаных дюн, четкой асимметрией в строении южного и северного полушарий планеты, отчетливыми следами извилистых русел древних долин, обширными лавовыми полями, огромным количеством кольцевых структур. Однако самые важные сведения о составе пород, к сожалению, пока отсутствовали. Поэтому о том, какие лавы изливались из жерл марсианских вулканов и как устроены недра этой планеты, пока можно лишь предполагать.
     
      Первичная марсианская кора может быть обнаружена в тех местах каждого полушария, которые буквально испещрены кратерами. Эти кратеры, имеющие такой же облик, как кольцевые структуры Луны и Меркурия, возникли, по мнению большинства исследователей, в результате ударов метеоритов. На Луне основная часть кратеров образовалась около 4 млрд. лет назад в связи с.так называемой «тяжелой бомбардировкой» из метеоритного роя, окружавшего формировавшееся планетное тело.
      Одна из характерных черт поверхности Марса — четкое деление на северное (океаническое) и южное (континентальное) полушария, связанное с тектонической ассимметрией планеты. Эта асимметрия возникла, по-видимому, в результате первичной неоднородности состава Марса, типичной для всех планет земной группы.
      Континентальное южное полушарие Марса возвышается над средним уровнем этой планеты на 3—5 км (рис. 23). В гравитационном поле марсианских континентов преобладают отрицательные аномалии, которые могут быть вызваны утолщением коры и ее пониженной плотностью. В строении континентальных областей выделяется ядро, внутренние и краевые части. Ядра обычно выступают в виде приподнятых массивов обилием кратеров. На таких массивах преобладают кратеры самого древнего возраста, которые плохо сохранились и нечетко выражены на снимках.
      Внутренние части по сравнению с ядрами -континёнтов меньше «насыщены» кратерами, причем среди них преобладают кратеры более молодого возраста. Краевые части континентов представляют собой пологие уступы, растянутые на сотни километров. Местами вдоль краевых убтупов отмечаются ступенчатые сбросы.
      Разломы и трещины в континентальных областях Марса ориентированы преимущественно в северо-восточном и северо-западном направлениях. На космических снимках эти линии выражены не очень отчетливо, что свидетельствует об их древности. Волыиинство разломов имеет протяженность в несколько) десятков километров, но местами они группируются в линеаменты значительной протяженности. Отчетливо проявленная ориентировка таких линеаментов под углом 45° к меридиану позволяет связывать их образование с влиянием вращающих сил. Вероятно, линеаменты могли возникнуть еще на стадии формирования первичной коры. Следует отметить, что линеаменты Марса сходны с планетарной трещиноватостью земной коры.
      Формирование континентов Марса продолжалось длительное время. А завершился этот процесс, вероятно, около 4 млрд. лет назад. В отдельных местах планеты встречаются загадочные образования, напоминающие сухие русла рек (рис. 24).
      Рис. 23. Детальный снимок поверхности Марса, полученный с борта станции «Викинг». Видны угловатые обломки и глыбы пористых лав.
      Все северное (океаническое) полушарие Марса представляет собой обширную равнину, называемую Великой Северной равниной. Она лежит на 1—2 км ниже среднего уровня планеты.
      По полученным данным, на равнинах преобладают положительные аномалии гравитационного поля. Это позволяет говорить о существовании здесь более плотной и тонкой коры, чем в континентальных областях. Число кратеров в северном полушарии невелико, причем преобладают кратеры небольшие, с хорошей.степенью сохранности. Обычно это самые молодые кратеры. Следовательно, северные
      Рис. 24. Поверхность (Марса, снятая с борта станции «Викинг». Видны ударные кратеры и следы водотока, которые, вероятно, образовались при таянии льдов, покрывающих полюса планеты.
      равнины в целом значительно моложе континентальных областей. Судя по обилию кратеров, возраст поверхности равнин составляет 1—2 млрд. лет," т. е. формирование равнин происходило позднее образования континентов.
      Обширные площади равнин покрыты лавами базальтового состава. В этом нас убеждают хорошо различимые на космических снимках извилистые уступы на границах лавовых покровов, а местами сами лавовые потоки и вулканические сооружения. Таким образом, предположение о широком распространении на поверхности марсианских равнин эоловых (т. е. перенесенных ветром) отложений не подтвердилось.
      Равнины полушария делятся на древние, Ьтличающиеся на снимках более темным или неоднородным тоном, и молодые — светлые, на снимках относительно ровные, с редкими кратерами.
      В приполярных районах базальтовые равнины перекрыты слоистыми осадочными породами толщиной в несколько километров. Происхождение этих толщ предположительно ледниково-ветровое. Впадины планетарного порядка, подобие марсианским равнинам, принято именовать океаническими областями. Конечно, этот термин, перенесенный из земной тектоники на структуру Луны и Марса, вероятно, не совсем удачен, но он отражает глобальные тектонические закономерности, общие для этих планет.
      Грандиозные тектонические процессы, приведшие к возникновению океанических впадин северного полушария, не могли не отразиться на структуре ранее сформировавшегося полушария. Особенно значительным изменениям подверглись его краевые части. Здесь возникли обширные краевые плато неправильной формы со сглаженным рельефом, образующие как бы ступени на краю континентов. Количество кратеров, покрывающих краевые плато, меньше, чем на континентах, и больше, чем на океанических равнинах.
      Краевые плато в большинстве случаев выделяются на поверхности Марса наиболее темной окраской. При телескопических наблюдениях их сравнивали с лунными «морями». Вероятно, здесь невелика толщина тонкого обломочного материала реголита, покрывающего лунные «моря» и кору выветривания, а цвет поверхности в значительной степени определяют подстилающие базальты темной окраски. Можно предположить, что. формирование краевых вулканических плато совпало с начальными этапами образования океанических впадин. Поэтому определение возраста таких участков поможет оценить время перехода от континентальной к океанической стадии в истории литосферы Марса.
      Помимо океанических равнин на картах Марса резко выделяются круговые впадины Аргир и Эллада с поперечниками соответственно 1000 и- 2000 км.
      На плоском дне этих впадин, которое на 3—4 км ниже среднего уровня Марса, видны лишь отдельные молодые кратеры небольших размеров и хорошей сохранности. Впадины заполнены эоловыми отложениями. На гравитационной карте этим впадинам соответствуют резкие положительные аномалии.
      По периферии впадин возвышаются горные поднятия шириной 200—300 км с расчлененным рельефом, которые принято называть «Кордильерами», примыкающими к круговым морям. Образование этих поднятий на всех планетах связано с формированием круговых понижений в рельефе.
      Круговые впадины и «Кордильеры» сопровождаются радиальноконцентрическими разломами. Впадины ограничены резкими кольцевыми уступами высотой 1-4 км, что позволяет предположить их разломну^о природу. Местами дуговые разломы видны в «Кордильерах». По периферии круговых впадин намечаются радиальные разломы, хотя и выраженные не очень отчетливо.
      Вопрос о происхождении впадин Аргир и Эллада пока не решен однозначно. С одной стороны, они напоминают гигантские кратеры, которые могли образоваться при ударе метеоритов, астериодных размеров. В этом случае остаточные массы метеоритных тел, скрытые под базальтовым покровом и песчаными наносами, могут служить источником значительных положительных аномалий силы тяжести, а расположенные над ними структуры называются талассоидами, (т. е. подобные океаническим впадинам).
      С другой стороны, сходство гравитационных характеристик и рельефа позволяет предполагать, что впадины Аргир и Эллада образовались в результате эволюции планет, обусловленной дифференциацией веществ в недрах.
      Если на Луне после формирования базальтового «океана» и «морей» тектоническая деятельность стала ослабевать, то на Марсе широко представлены относительно молодые деформации и вулканизм. Они привели к значительной перестройке древних структур. Среди этих новообразований наиболее резко выделяется гигантское сводовое поднятие Фарсида, имеющее округлые очертания. Поперечник поднятия равен 5—6 тыс. км. В центре Фарсида находятся основные вулканические сооружения Марса.
      Самый крупный щитовой вулкан Фарсида — Гора Олимп с поперечником около 600 км — возвышается над Средним уровнем Марса на 27 км. Вершина вулкана — обширная кальдера диаметром 65 км. Во внутренней части кальдеры видны крутые уступы и два кратера диаметром около 20 км. С внешней стороны кальдера окружена сравнительно крутым конусом, по периферии которого расстилаются лавовые потоки радиального рисунка. Более молодые потоки располагаются ближе к вершине, что указывает на постепенное угасание вулканической активности. Щитовой вулкан Гора Олимп окружен крутыми и довольно высокими уступами, формирование которых можно объяснить повышенной вязкостью магмы вулкана. Такое предположение согласуется с данными о его большей высоте по сравнению с близко расположенными вулканами гор Фарсида.
      У щитовых вулканов свода Фарсида намечаются дуговые разломы по периферии. Образование подобных трещин объясняется напряжениями, которые вызваны процессом извержения. Подобные дуговидные разломы, характерные для многих вулканических областей Земли, приводят к формированию многочисленных вулканотектонических кольцевых структур.
      В земных условиях своды, вулканы и рифты часто образуют единую вулканотектоническую область. Подобная закономерность проявилась и на Марсе. Так, система разломов, названная по наиболее крупному грабену системой Копрат, прослеживается в широтном направлении вдоль экватора на расстоянии 2500—2700 км. Ширина этой системы достигает 500 км, а состоит она из ряда рифтообразных грабенов шириной до 100—250 км и глубиной 1—6 км.
      На других склонах свода Фарсида также видны системы разломов, ориентированные, как правило, радиально по отношению к своду. Это линейно вытянутые системы поднятий и впадин, шириной всего в несколько километров, ограничены с двух сторон разломами. Протяженность отдельных разрывов колеблется от десятков до многих сотен километров. На земной поверхности нет полных аналогов системам близко расположенных параллельных разломов Марса, хотя подобный рисунок разломов проявляется на космических изображениях некоторых вулканических областей, например Исландии.
      Иной рисунок имеют разломы, распространяющиеся к юго-западу от сводового поднятия Фарсида и уходящие далеко в глубь континентальной о(зласти. Она представляет собой ряд четких^ почти параллельных линий и имеет протяженность 1800 км при ширине 700—800 км. Разломы эти сгруппированы в четыре зоны примерно с равными интервалами между ними. На поверхности разломы выражены уступами, иногда бороздами. Не исключено, что эта система образована разломами древнего происхождения, обновленными в процессе развития свода Фарсида. Аналогичных систем разломов на поверхности Земли и других планет земной группы нет.
      Изучение космических снимков Марса и широкое использование методов сравнительно-планетологического анализа позволили прийти к выводу, что тектоника Марса имеет много общих черт с тектоникой Земли.
      Овеян романтикой поиска и открытий труд геолога. Пожалуй, нет такого уголка нашей необъятной страны, который бы не исследовался геологами. И это понятно, ведь в условиях научно-технической революции роль минерально-сырьевых ресурсов в экономике страны значительно возросла. Резко увеличилась потребность в топливно-энергетическом сырье, особенно в нефти и газе. Вес больше и больше требуется руды, сырья для химической и строительной индустрии. Перед геологами также остро стоит вопрос о рациональном использовании и охране природных богатств нашей планеты. Профессия геолога стала более сложной. В современной геологии находят широкое применение научно обоснованные прогнозы, результаты новЫх открытий и используется современная техника. Новые горизонты открывает перед геологией союз с космонавтикой. В этой книге мы коснулись только некоторых проблем, которые решаются в геологии с помощью космических методов. Комплекс космических методов позволяет исследовать глубинное строение земной коры. Это дает возможность изучить новые структуры, с которыми могут быть связаны полезные ископаемые. Особенно эффективны космические методы при выявлении месторождений, приуроченных к глубинным разломам. Большой эффект имеет применение космических методов ’ при поисках нефти и газа.
      Залогом успешного применения космических методов в геологии служит комплексный подход к анализу полученных результатов. Многие системы линеаментов и кольцевые структуры известны по данным других геологических методов исследования. Поэтому естественно встает вопрос о сопоставлении результатов космической информации с имеющейся информацией по геологическим и геофизическим картам различного содержания. Известно, что при выделении разломов учитываются морфологическая выраженность их фронта на поверхности, разрыв геологического разреза, структурные и магматические особенности. В геофизических полях разломы характеризуются разрывами и смещением глубинных сейсмических границ, изменением геофизических полей и др. Поэтому при сопоставлении глубинных разломов, выявленных по космическим изображениям, наибольшее совпадение мы наблюдаем с разломами, отображенными на геологических картах. При сравнении с геофизическими данными чаще было несовпадение в плане фотоаномалий и разломов. Это связано с тем, что при подобном сопоставлении мы имеем дело с элементами структур разных глубинных уровлей. Геофизические данные указывают на распределение аномалеобразующих факторов на глубине. На космических снимках видно положение фотоаномалии, дающей проекцию геологической структуры на земную поверхность. Поэтому важно выбрать рациональный комплекс наблюдений, позволяющий выделить на космических снимках геологические объекты. С другой стороны, необходимо учитывать специфику космической информации и четко определить ее возможности при решении различных геологических задач. Только комплекс методов позволит целенаправленно и научно обоснованно осуществлять поиск полезных ископаемых, изучать структурные особенности земной коры.
      Практическое использование материалов, получаемых из космоса, ставит задачу оценки их экономической эффективности. Она зависит от того, насколько вновь полученная информация совпадает с результатами наземных геолого-геофизических исследований. При этом чем лучше совпадение, тем меньше затрат необходимо для дальнейших работ. Если геологические исследования ведутся с целью поиска полезных ископаемых, то он становится более целенаправленным, т. е. в случае совпадения результатов речь идет об уточнении сведений об объектах, структурах, о которых имеется бесспорная информация.
      В другом случае на космических изображениях появляется новая, более точная информация, которую не могут дать иные методы. Большая информативность космических методов обусловлена особенностью проведения космической съемки (генерализация, интеграция и др.). В этом случае экономическая эффективность повышается за счет получения сведений о новых структурах. Применение космических методов несет в себе не только количественный, но и прежде всего качественный скачок в получении геологической информации. Кроме того, в результате совершенствования техники космической съемки возможности ее геологического использования будут повышаться.
      Подводя итог рассказанному, можно следующим образом сформулировать преимущества информации, получаемой из космоса:
      1) возможность дистанционного получения снимков Земли от детальных до глобальных;
      2) возможность изучения территорий, труднодоступных для традиционных методов исследований (высокогорные, полярные области, мелководные акватории);
      3) возможность проведения съемок с необходимой периодичностью;
      4) наличие всепогодных методов съемок;
      5) оперативность проведения съемки больших по площади территорий;
      6) экономическая целесообразность.
      Это сегодняшний день космической геологии. Космическая информация дает в руки геологов много интересных материалов, которые будут способствовать открытию новых месторождений полезных ископаемых. Космические методы исследования уже вошли в практику геологоразведочных работ. Их дальнейшее развитие требует координации усилий геологов, географов, геофизиков и других специалистов, занимающихся исследованием Земли.
      Задачи очередных исследований должны вытекать из результатов практического использования космическихсредств и преследовать цели дальнейшего развития и повышения эффективности методов изучения Земли из космоса. Эти задачи связаны с расширением комплексных космических исследований с применением ЭВМ, составлением обобщающих карт, позволяющих изучать глобальные и локальные структуры земной коры для дальнейшего изучения закономерностей размещения полезных ископаемых. Глобальный обзор из космоса позволяет рассматривать Землю как единый механизм и лучше познать динамику ее современных геолого-географических процессов.


     
      ЛИТЕРАТУРА
      Баррет Э., Куртис Л. Введение в космическое землеведение. М., 1979.
      Кац Я. Г., Рябухин А. Г., Трофимов Д. М. Космические методы в геологии. М., 1976.
      Кац Я. Г. и др. Геологи изучают планеты. М., Недра, 1984.
      Книжников Ю. Я- Основы аэрокосмических методов географических исследований. М., 1980.
      Кравцова В. И. Космическое картографирование. М., 1977.
      Освоение космического пространства в СССР. 1980. Пилотируемые полеты. М., Наука, 1982.

|||||||||||||||||||||||||||||||||
Распознавание текста книги с изображений (OCR) — творческая студия БК-МТГК.

 

На главнуюТексты книг БКАудиокниги БКПолит-инфоСоветские учебникиЗа страницами учебникаФото-ПитерНастрои СытинаРадиоспектаклиДетская библиотека

 

Яндекс.Метрика


Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru