CC BY
122
ВОЗДЕЙСТВИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ФИГУРЫ ЗЕМЛИ
Анатолий Степанович Суздалев
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной информатики, тел. 8(383)3431853, e-mail: [email protected]
Нина Петровна Артемьева
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры прикладной информатики, тел. 8(383)3431853, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрено определение основных установок современного геодинамическо-го картографирования на примере разработки принципов структуры и картографического содержания самостоятельной ГИС посвященной геодинамике и тектонике литосферных плит, создание тематической коллекции карт, отражающих различные геодинамические параметры.
Ключевые слова: литосферные плиты, тектоника, геодинамика, геодинамический мониторинг, ГИС-технологии, дрейф континентов, картографирование.
IMPACT OF GEODYNAMIC PROCESSES ON FORMATION OF THE FIGURE OF EARTH
Anatoly S. Suzdalev
Siberian state geodetic academy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo St., 10, Candidate of Technical Sciences, associate professor of applied informatics, 8(383)3431853, e-mail: [email protected]
Nina P. Artemyeva
Siberian state geodetic academy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo St., 10, senior teacher of chair of applied informatics, 8(383)3431853, e-mail: [email protected]
In article definition of the main installations of modern geodynamic mapping on the example of development of the principles of structure and the cartographical maintenance of independent GIS to the devoted geodynamics and a tecktonik danse of earth's plates, creation of a thematic collection of the cards reflecting various geodynamic parameters is considered.
Key words: earth's plates, tectonics, geodynamics, geodynamic monitoring, GIS-technologies, drift of continents, mapping.
Геодинамика как наука возникла в конце 50-х годов XX. В это время теория движения литосферных плит была подтверждена научными открытиями в сфере изучения движений дна Мирового океана , обусловленных разломами и смещениями океанического дна. Главной задачей геодинамики - являлось изучение перемещения литосферных плит. Идея о дрейфе континентов была выдвинута на основе анализа картографических изображений в конце XVI века, когда, благодаря Великим географическим открытиям, на картах появилось
изображение Американского континента. Первыми на сходство береговых линий Африки, Европы и Америки обратили внимание Абрахам Ортелиус в 1596 г. и Фрэнсис Бэкон в 1620 г.[1]. Великий русский ученый М.В.Ломоносов указывал в XVIII веке на возможность горизонтального перемещения «великих частей земного шара». Но это скорее были гениальные догадки, чем начало новой теории. В конце XIX века появились первые научно обоснованные идеи передвижения участков земной коры. Английский пастор и талантливый физик Освальд Фишер в своем труде «Физика земной коры», изданном в 1889 году, за 70 лет до появления основополагающих работ по тектонике плит нарисовал модель развития геологических процессов на Земле, близкую к современным воззрениям. Он считал, что океаническая кора образуется за счет излияния базальтов из трещин в зонах ее растяжения, таких как, например, в Исландии и на осевых хребтах в океанах, а в существующих по периферии зонах сжатия, океаническое дно опускается под островные дуги и континентальные окраины. По мнению Фишера, континенты пассивно «дрейфуют» вместе с океанической корой от зон растяжения к зонам сжатия, и движущим механизмом для перемещения блоков служат конвективные течения магмы под земной корой.
В 1912 г. выдающийся немецкий физик и метеоролог Альфред Вегенер предложил гипотезу дрейфа континентов. Он обратил внимание на необычайную совместимость очертаний западных и восточных береговых линий Атлантического океана и провел анализ картографического изображения западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки, "соединив" их изображения в единое целое. Но только в 50-60 гг. XX в. были сделаны геофизические открытия, подтверждающие гипотезу о перемещении отдельных частей земной коры. Главную роль в этом сыграли исследования геологического строения океанического дна и связанных с ним полосчатых магнитных аномалий.
Интенсивное исследование океанического дна, начатое во время Второй Мировой войны и продолженное в 1950-х гг. ВМС США, привело к открытию крупнейшей системы подводных хребтов, расположенных по осевым зонам молодых океанов и опоясывающих Землю непрерывной цепью длиной до 70 тыс. км [2,3]. По гребням срединно-океанических хребтов были обнаружены рифто-вые зоны (глубокие трещины растяжения), со дна которых всегда извлекаются только молодые базальты. Возраст дна всех океанов, судя по времени образования океанических островов и донных осадков, всегда оказывался сравнительно молодым - не более 150-160 млн лет, тогда как средний возраст самих континентов превышает 2-2,5 млрд. лет . Гипотеза дрейфа континентов стала быстро возрождаться, но уже на новом уровне, и к концу 60-х гг. переросла в теорию тектоники литосферных плит. . В 1968 г. американский геофизик Джейсон Морган и французский геофизик Ксавье Ле Пишон выделили наиболее крупные литосферные плиты и рассчитали параметры их движения по поверхности земного шара. С середины 1980-х годов исследования тектоники литосферных плит вышли на новый уровень развития.
Знание точных значений параметров перемещения плит (координаты полюса вращения и угловой скорости вращения), позволило решать важнейшие
геодинамические и геодезические задачи: построение и уточнение земной системы координат, исследование океанических приливов на океанах и земной коре, изучение гравитационного поля и формы Земли, изучение особенностей ее вращения. Так как землетрясения чаще всего происходят на границах плит, то результаты изучения тектоники плит могут быть использованы для предсказания землетрясений. Планетарные динамические свойства Земли, зависящие от распределения масс в ее теле, изучают, используя фигуры сравнения (геоид, двухосный или трехосный эллипсоид). Общая теория планетарных геодезических задач , проблемы планетоцентрических координат и внешнего гравитационного поля на эпоху, геофизические и геодинамические аспекты задач современной геодезии разрабатывалась многими исследователями М.М. Машимо-вым, В.В. Бузуком, И.Г. Вовком, В.Ф. Канушиным, А.С. Суздалевым и другими исследователями [1,2,3]. В качестве математической модели динамической фигуры Земли. современная наука разделяет литосферу Земли, включая земную кору и субстрат, на шесть крупных плит: Евразийскую, Американскую, Африканскую, Тихоокеанскую, Индийскую и Атлантическую.
Развитие методов космической геодезии в последние десятилетия, обеспечивающее данными о скоростях движения точек на земной поверхности, позволило поднять геодинамические исследования на качественно новый уровень, а благодаря современным информационным технологиям исчезла проблема обработки больших массивов данных полученных из наблюдений. Для получения данных для геодинамических исследований тела Земли используют мониторинг с искусственных спутников Земли и других космических объектов, астрономо -геодезических измерений.
Как всякая область науки, занимающаяся изучением природных процессов, геодинамические исследования требуют соответствующего картографического сопровождения. До настоящего времени картографирование движения точек на земной поверхности должным образом не развивалось. Сравнительно немногочисленные карты, основывающиеся на результатах наблюдения космических геодезических систем, носят часто иллюстративный характер и имеют явные недостатки: бессистемность, отсутствие унификации, отсутствие единой картографической основы, представление информации в обобщенном виде. Отмеченные недостатки приводят к тому, что эти карты выполняют только одну функцию, присущую картографическим изображениям — фиксировать, визуализировать результаты наблюдений, но они не могут быть инструментом исследования. В то же время непрерывное накопление информации о движении точек на земной поверхности, большие массивы геологических и геофизических данных требуют создания системы картографического обеспечения геоди-намических исследований, которая позволила бы выявлять пространственно -временные особенности и изменения управляемых геодинамических параметров. В полной мере, это может быть обеспечено только с использованием ГИС-технологий, что позволит проводить геодинамический мониторинг, обновлять базы данных, систематизировать и визуализировать полученные результаты в виде различных тематических карт, выявлять взаимодействие различных явле-
ний в геодинамике, геодезии, сейсмологии и других областях наук, связанных с тектоникой литосферных плит.
Определение основных установок современного геодинамического картографирования на примере разработки принципов структуры и картографического содержания самостоятельной ГИС, посвященной геодинамике и тектонике литосферных плит, создание тематической коллекции карт, отражающих различные геодинамические параметры должно развиваться в следующих направлениях:
- изучение предметной области геодинамики, что позволит сформулировать основные принципы картографирования геодинамических процессов и определить элементы содержания создаваемых карт;
- определение возможной структуры ГИС, соответствующей необходимому информационному обеспечению картографирования геодинамических процессов;
- экспериментальное картографирование различных геодинамических параметров: землетрясений, скоростей движения точек на земной поверхности, результатов геодинамического моделирования (невязок наблюдений и модельных скоростей);
- выявление потенциальной индикационной значимости картографируемых геодинамических параметров.
Центральной задачей тектоники плит является построение мгновенной, современной кинематической модели движения литосферных плит. В 1968 году Ле Питоном была создана модель для шести наиболее крупных плит: Тихоокеанской, Евразийской, Северо-Американской, Южно-Американской, Индийской, Африканской. Для нее было использовано около 30 значений линейных скоростей раздвижения плит в рифтовых зонах и почти столько же азимутов трансформных разломов в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах. В 1974 г. появилась модель Минстера и Джордана. Для вычисления глобальной замкнутой модели относительной мгновенной кинематики литосферных плит ими было использовано значительное количество определений фокальных механизмов в очагах землетрясений на трансформных разломах и в зонах подвига плит, а также использован метод максимального правдоподобия, позволивший получить решение математически более корректное, чем в ранних исследованиях и оценить значимость геологических и геофизических исходных данных. Еще более совершенная геолого-геофизическая модель - NUVEL-1 (с фиксированной Тихоокеанской плитой) была рассчитана Де Метсом, Гордоном, Аргусом (C.De Mets., R.G.Gordon, D.F.Argus) и др. в 1990 г.
Ни одна из существующих кинематических моделей не является совершенной, они отличаются количеством плит и оценками скоростей движения. В геофизических моделях исходными данными служили сведения об относительных скоростях движения плит, в геодезической модели — абсолютные скорости плит. Но современных данных космической геодезии пока еще не хватает для того, чтобы рассчитать движение всех выделяемых плит. Поэтому большой популярностью пользуются геофизические модели NNR-NUVEL-1A и NUVEL-1A, которые уточняются с помощью данных космической геодезии. Для изуче-
ния воздействия геодинамических процессов, происходящих в глубине Земли и влияния их на параметры гравитационного поля , при котором происходит формирование фигуры Земли, может быть построена математическая модель по алгоритму непересекающихся треугольников. Основная идея этого алгоритма состоит в последовательном наращивании сети непересекающихся треугольников, покрывающих заданную область. Используя этот метод, можно создать гравитационную поверхность морского дна и модель океанической по-верхности.[4]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вовк И.Г. Математическое моделирование эволюции геофизических полей по результатам сферического гармонического анализа / И.Г Вовк, А.С. Суздалев // Вестник СГГА, вып. 2, 1997. - с.97-99.
2. Вовк И.Г., Суздалев А.С. Математическое моделирование статистических связей между различными геофизическими полями
3. Машимов М.М. Планетарные теории геодезии / М.М. Машимов. - М.: Недра, 1982. -XXX с.
4. Вовк И.Г., Суздалев А.С., Канушин В.Ф., Костына Ю.Г. Математическое моделирование рельефа в инженерных целях
© А.С. Суздалев, Н.П. Артемьева, 2013
