Исследования Земли

Большинство доказательств, касающихся исследования состава, развития и метаболизма Земли, получено сравнительно недавно и происходят они со дна океана. Ещё несколько десятилетий назад казались бессмысленными исследования Земли именно там. Сегодня это общепризнанный факт. Также в последнее время, огромный вклад в исследования Земли вносят космические технологии.

Исследования океанов

Исследования океанов и их дна принесли данные, которые свидетельствуют о том, что Земля — это динамичная, живая планета, на поверхности которой двигаются почти все точки, включая континенты и океанское дно.

* 1 *

Техника исследования океанов пережила после второй мировой войны огромный прогресс. Были разработаны новые, сложные в техническом отношении, но простые по своему принципу приборы для измерения температуры океанского дна и испускаемого им теплового потока.

Эра спутников помогла подробно отметить на карте поверхностные течения в морях и океанах. Для измерения глубины морского дна уже давно используются эхолокаторы, а не свинцовое грузило на тонкой веревке.

Исследования океанов
Огромное развитие исследований морского дна в 60-е годы 20-го века способствовало познанию метаболизма Земли. Первые исследования были связаны с определением морфологии дна, глубоководных желобов и срединно-океанических хребтов. Таким образом, новейшую теорию возникновения материковой части Земли — историю континентов — начали создавать на море.
* 2 *

Сейсмические методы исследования океанов, регистрирующие эпицентры землетрясений, также способствовали разгадыванию тайн океанского дна. Используют их и для обнаружения запасов нефти в переходной зоне от материка к океану.

Исследование океановРисунок. Опускание буровой установки на глубину нескольких километров — сложная техническая операция. Необходимо удержать судно на одном месте, а при замене бурильных инструментов снова попасть на то же место. Для этого используется современная электронная техника.

Во многих местах спокойных ранее морей сегодня стоят или держатся на огромных якорях колоссальные платформы, позволяющие бурить морское дно континентального шельфа. Оттуда тянутся по морскому дну трубы, по которым течет дорогая черная жидкость — нефть.

По океанам плавают десятки научно-исследовательских кораблей России, Соединенных Штатов Америки, Франции, Японии, Германии и других стран. Наряду с классическими методами взятия проб воды, с помощью особых сетей вылавливаются образцы планктона для исследования самых верхних ее слоев.

В настоящее время существует ряд подводных лодок для исследования океанов (а не для военных целей). Некоторые из них, достигли дна океанской впадины на глубине десяти километров. Исследовательские корабли обнаружили свежую лаву на океанском дне и источники минерализованной воды, вокруг которых осаждаются полезные минеральные вещества.

Были найдены живые организмы не только вокруг серных источников (которые, по существовавшему до сих пор мнению, совершенно непригодны для жизни), но и на глубине нескольких тысяч метров.

* 3 *

Само фотографирование морского дна — дело весьма сложное. Достаточно заметить, что почти весь свет поглощается уже на глубине 100 метров. И тем не менее человек сумел посмотреть, как выглядит океанское дно.

Геологи десятки лет были убеждены в том, что океанское дно образуют главным образом осадочные горные породы.

А современные океанографические исследования показали, что все совсем наоборот: большую часть горных пород на дне океанов составляют магматические базальтовые породы.

Образцы морского дна сегодня получают не только методом волочения и сгребания, но и с помощью современных буровых установок, которые многократно направляются в одну и ту же скважину размером в несколько сантиметров.

Исследования атмосферы

Люди привыкли отделять атмосферу от гидросферы. Первая образует газовую оболочку Земли, вторая — жидкую. Попытаемся теперь показать, что это разделение слишком искусственно.

Между обеими частями происходит неустанный обмен: атмосфера, гидросфера, но и самая верхняя часть земной коры образуют общую динамичную систему с обменом веществ и энергии.

Посмотрим на воду.

* 4 *

В виде водяных паров она переносится атмосферой, переходит в реки и озера или впитывается в часть земной коры в виде свободной воды, например, проникает в поры горных пород или находится в минералах в химически связанном состоянии.

Происхождение атмосферы Земли
Происхождение атмосферы Земли связывается с дегазацией ее недр в течение длительных геологических периодов. На рисунке показано, как происходит дегазация в настоящее время в результате вулканических процессов и как в преобразовании вулканических газов принимает участие солнечное излучение и зеленые растения.
* 5 *

Методы исследования атмосферы, гидросферы и литосферы в принципе отличаются друг от друга. В первом случае изучается газ, во втором — жидкость и в третьем — твердое тело. Однако следует напомнить, что все три слоя возникли в результате длительной геологической деятельности.

Атмосфера, как и гидросфера, возникла в результате дегазации мантии Земли (см.рис.выше). И кора Земли является следствием обмена веществ земной мантии. Ее нынешний состав и строение образовались в ходе взаимного воздействия.

Атмосфера ЗемлиНа рисунке показано все, что мы называем атмосферой, а также главные средства ее исследования: 1 — вертолеты и турбовинтовые самолеты, 2 — радиозонды, 3 — реактивные самолеты, 4 — метеорологические ракеты, 5 — спутники связи.

В нашей атмосфере уже имеются „памятные места», связанные с изучением Космоса: 6 — полет Юрия Гагарина, 7 — космическая прогулка Леонова, 8 — отделение лунного модуля „Аполлона».

Ряд явлений, которые мы считаем космическими, имеют свое происхождение и причину в атмосфере: падающие „звезды» — это горящие метеориты, больше всего их сгорит в мезосфере (9); для ионосферы типично полярное сияние (10).

В отличие от гидросферы и литосферы, атмосфера имеет еще одного серьезного соседа: космическое пространство. Некоторые газы, например, водород, уходят через атмосферу в космическое пространство, поскольку Земля не способна его удержать своим притяжением.

В атмосфере под воздействием космических лучей возникают слои, которые, в свою очередь, препятствуют другим лучам проникать к поверхности Земли. Исследование верхних слоев атмосферы с тех пор, когда люди проникли в Космос, быстро прогрессировало.

* 6 *

Технология исследования атмосферы, связанная с использованием спутников, сегодня уже стала обычной.

Снимки, с которыми нас ежедневно знакомит телевидение в метеорологических передачах, вжились уже настолько, что многим людям даже не хочется верить, что еще совсем недавно погода предсказывалась лишь на основе данных, полученных земными станциями, т.е. на основе знания давления воздуха, его температуры и силы ветра.

Но это не значит, что волна новых методов исследования атмосферы (к которым относится, помимо использования воздушных зондов, также использование спутников, ракет и самолетов, летающих на больших высотах) упразднила методы, которые использовались в течение десятков лет.

Давление и температура воздуха, его влажность, состав, направление и сила ветра — все это весьма важные факторы, служащие для исследования атмосферы.

Важным и, к сожалению, новым типом исследования атмосферы является наблюдение за ее загрязненностью.

Увеличивающееся промышленное производство, сжигание низкокачественного топлива, например, угля с большим содержанием серы, загрязняет атмосферу многими химическими соединениями, которые оказывают неблагоприятное влияние на растительность и живой мир планеты.

Так, сера в форме окисла делает кислой дождевую воду, а это значит, что с неба падает слабая кислота. Повышается кислотность рек и озер, вымирают некоторые формы жизни, происходит целый длинный цикл изменений, который ведет к нарушению равновесия в природе.

* 7 *

Современные исследования атмосферы сосредоточены на ее состав с целью устранения из атмосферы вредных составных частей. Ведь это не только сера, но и много других веществ, например, углекислый газ, свинец, ртуть, которые привлекают внимание геохимиков при изучении атмосферы.

Исследования Земли в этой области связано со здоровьем человека, защитой и формированием окружающей его среды.

Исследования Земли из космоса

Когда в 1957 году Советский Союз запустил с Земли первый спутник в космос, многие, включая геологов, еще не представляли себе, сколь революционные изменения привнесет в исследования Земли эра космических спутников.

Сегодня еще преждевременно давать окончательную оценку вклада космической эры в исследования Земли, поскольку мы находимся где-то в ее начале, поэтому напомним только о двух областях, в которых был совершен поистине гигантский скачок вперед.

Первой областью собственно являются исследования Земли из космоса: фотографирование ее поверхности, достижение достаточно большого расстояния от наблюдаемого объекта, точное определение физических свойств нашей планеты.

Вторая область — это исследования других планет. Ввиду того, что Земля представляет собой живое и динамичное тело, первоначальные стадии ее развития стерты более молодыми процессами.

* 8 *

Знания, полученные в результате изучения поверхности планет или лунных образцов, найденные аналогии и особенности показывают, что другие планеты не были столь динамичными и что познания, полученные в ходе изучения их поверхности, можно использовать при изучении развития и истории наиболее ранних этапов существования Земли.

Основным свойством материи является притяжение, которое вызывает падение тел на поверхность Земли и то, что тела, получившие определенную скорость, кружатся вокруг нее по орбите.

Исследования Земли

Поскольку движение спутников по круговой или эллиптической орбите вокруг Земли находится под влиянием силы тяжести, мы можем на основании траектории их движения доказать, что Земля обладает в разных местах разным притяжением и таким образом представляет собой неоднородное, разнообразное тело.

Исследования формы Земли
Синий картофельный клубень характеризует форму Земли. Естественно, Земля круглая и ее картофелевидная форма изображенная художником несколько преувеличена. Цифры показывают в метрах, как ее подлинная форма — геоид — отличается от вращающегося эллипсоида.
* 9 *

В некоторых местах оно «тяжелее», в других — «легче», а это означает, что в нем есть свои гравитационные «горбы» и гравитационные «котловины».

Это значит, что один и тот же предмет в одном месте будет падать быстрее, а в другом медленнее. Именно эти отличия можно легко и очень точно измерять при изучении траектории полета спутника вокруг Земли (или вокруг другого планетарного тела).

Подобные гравитационные возвышения и углубления, то есть разница в величине гравитационного ускорения, были обнаружены не только на Земле, но также на Луне и на других планетах.

Каков смысл исследований, при которых определяется форма Земли?

Измерение силы притяжения Земли и ускорения силы тяжести представляет один из самых эффективных методов поисков месторождений минерального сырья. В качестве примера можно привести поиски нефти.

Например, нефтеносные горные породы обладают сравнительно малой плотностью и меньшим притяжением, поэтому они могут быть открыты как места с меньшей силой тяжести.

С другой стороны, горные породы, содержащие сульфиды тяжелых металлов, например, железа, никеля и меди, обладают более высокой плотностью, а, следовательно, и большей силой притяжения и на карте будут обозначены как значительная гравитационная аномалия.

Исследования Земли с больших расстояний

Теперь посмотрим в ту область исследований, в которую космическая геология (исследования Земли из Космоса) принесла непосредственный и совершенно необычный взгляд.

* 10 *

Мы уже отметили, что этот способ исследований помог человеку достичь определенного расстояния от изучаемого объекта. Вы знаете, что в картинной галерее, чтобы лучше рассмотреть картину целиком (особенно большого формата), нужно от нее отойти.

Общий взгляд, взгляд с расстояния позволяет правильно воспринимать объект целиком. Поэтому с высоты 270 и 1000 км, где были получены снимки, сделанные спутником, люди увидели во всей красоте Альпы, Гималаи, коралловые утесы, окаймляющие австралийское побережье.

А в Антарктике были обнаружены совершенно неизвестные горные массивы, люди увидели трудно доступные места, например, некоторые области Сахары или полуострова Саудовской Аравии.

Исследования Земли из космоса позволили увидеть нашу планету в таких спектрах «видения», которые недоступны человеческому глазу.

Известно, что часть спектра электромагнитных волн, воспринимаемого человеком, чрезвычайно узка. Ее мы называем «видимой» частью спектра. Инфракрасное излучение, испускаемое Землей, можно запечатлеть на пленку, и таким образом люди могут распознать даже незначительные отличия в температуре поверхности планеты.

Исследования Земли в разных частях спектра

И вот снимки Земли со спутников, сделанные в инфракрасной части спектра или в области с более короткой длиной волны, чем воспринимает человеческий глаз, открыли такие детали, о каких человеку даже не снилось.

На таких космических снимках можно не только прекрасно распознать теплые и холодные области (например, температуру совершенно остывших или еще не полностью остывших лавовых потоков), но можно определить и температуру поверхностных горных пород и их влажность.

* 11 *

Спутники, предназначенные для исследования Земли (а сейчас в Космосе их кружится довольно много), принесли уже такое количество фотографий, которое при современном количестве специалистов превышает возможности их подробной обработки.

Исследования Земли в разных частях спектра
Исследования Земли в разных частях спектра

Снимки Земли поступают непрерывно на разной длине волн. Обычно это область излучения, воспринимаемая человеческим глазом, но часто бывают более короткие или длинные волны.

Снимки поступают каждый в отдельности и лишь потом составляются и комбинируются. Так возникают цветные фотографии, очень красивые и интересные, подлинные живописные произведения.

Составление карт Земли по спутниковым снимкам

Для геолога они являются источником новых данных. Он видит на снимках много неизвестных структур, сбросов, складок, сводов, которые нельзя видеть при хождении по поверхности Земли.

* 12 *

Так космический снимок становится основой хорошей геологической карты. На нем видны основные черты области, границы горных пород разного состава и различных цветов, разной влажности и т.п.

Гидрогеологам и гидрологам, занимающимся обеспечением людей и промышленности достаточным количеством воды, космические снимки предоставляют информацию о запасах воды не только в горных породах, но и в областях, покрытых снегом и льдом.

Эти снимки сообщают специалистам также количество растаявшего снега и воды в реках.

Для картографов снимки служат основой при изготовлении подробных и наглядных карт. Карты могут быть изготовлены в течение нескольких дней в отличие от месяцев и даже лет при работе с использованием классических картографических методов.

При изучении качества и состояния окружающей среды эти снимки предоставляют информацию о пострадавших территориях, можно наблюдать загрязненные области, охранные зоны вод, районы, опустошенные добычей или болезнями, признаки «больного» растительного покрова.

Земледельцам и экономистам снимки обширных районов предоставляют возможность приблизительно определить урожай с гектара, плодородие, степень зрелости урожая или нападение вредителей, не выезжая в поле.

Для геологов важен и тот факт, что спутник, посылающий снимки определенной области, пролетает над ней в разное время суток. При этом высота Солнца над горизонтом или утренний иней могут подчеркнуть такие детали, которые видны только из Космоса.

Сегодня уже трудно представить себе современные геологические исследования без использования снимков, сделанных в Космосе.

* 13 *

Изучение окружающего космического пространства

Второй областью, в которую эра спутников сделала огромный вклад, является область изучения окружающего нас космического пространства.

И в этом случае можно было бы думать, что познавание Луны или Марса не имеет ничего общего с исследованием Земли. Но представьте себе, что вокруг вас нет друзей, нет людей, что вы живете изолированно, а это значит, что нет меры для сравнения ваших качеств. Но если мы хотим в совершенстве изучить нашу Землю, тогда нужно найти сравнительные величины.

Так, исследования Луны показали, что с геологической точки зрения она пассивна уже в течение очень длительного времени, что там уже нет вулканов, отсутствует атмосфера и гидросфера, что Луна давным-давно лишь безответно принимает удары метеоритов.

Лунные горные породы показывают также, что количество частиц, падающих на ее поверхность, было в прошлом во много раз больше, чем сейчас.

Чем глубже мы погружаемся в ее историю, тем больше видим метеоритов, падающих на поверхность Луны за единицу времени. Из этого следует, что и Земля не избежала этого космического бомбардирования и что нынешняя поверхность нашей планеты иная, чем в начале ее истории.

Именно потому, что на Луне сохранилась самая ранняя стадия ее развития, мы можем размышлять о том, как выглядела Земля на заре истории.

* 14 *
Зацените статью
Поделиться в соцсетях
Добавить комментарий

* 20 *