Введение к работе
з
Настоящая работа посвящена вопросам интерпретации материалов радиолокационного профилирования (РЛП) и выявлению, преимущественно на их основе, особенностей строения ледникового покрова и коренного рельефа Восточной Антарктиды.
Актуальность проблемы обусловлена тем, что Антарктида перекрыта мощным ледником более чем на 95% своей территории. Континент и сейчас, в начале третьего тысячелетия, является предметом пристального внимания, и вместе с тем, во многих отношениях был и остаётся "белым пятном" на карте нашей планеты. В нашей стране работам в Антарктиде придаётся огромное значение. В частности, Правительство РФ своим распоряжением от 30.10.2010 № 1926-р утвердило Стратегию развития деятельности Российской Федерации в Антарктике на период до 2020 года и на более отдалённую перспективу. Кроме того, в Правительстве РФ на рассмотрении находится первый в истории нашей страны Закон об Антарктике. Таким образом, важность изучения этой полярной области понимается не только учёными, но и на самом высоком государственном уровне.
Многокилометровый ледниковый покров, делает недоступным для изучения прямыми методами коренного ложа Антарктиды. Радиолокационное профилирование помогает не только "снять" ледниковый покров, определить его мощность и изучить подлёдный рельеф, но и частично интерпретировать строение верхней части геологического разреза. Всё это позволяет в значительной мере познать новейшие геологические (неотектонические и гляциологические) процессы и выявить пликативные, дизъюнктивные и инъективные дислокации в земной коре.
В настоящей работе подробно рассматривается сравнительно новый геофизический метод (в нашей стране он начал использоваться около 50 лет назад) исследований полярных районов нашей планеты - радиолокационное профилирование (РЛП) и обсуждаются вопросы интерпретации временных радиолокационных разрезов. На основе, прежде всего, данных РЛП, рассматриваются методические особенности построения карт мощности ледникового покрова и коренного рельефа. Значительная часть работы посвящена обсуждению строения ледника (применительно к данным РЛП) и коренному рельефу наиболее важных и интересных районов индоокеанского сектора Восточной Антарктиды - её центральной части и району подледниковых озёр Восток и Пионерское.
Подледниковые водоёмы Антарктиды, и озеро Восток в частности, являются поистине наиболее значимыми открытиями конца XX века. Ввиду своей уникальности, к ним приковано внимание большинства исследователей этого континента. Однако озеро Восток является самым большим из них. В изучении этого природного феномена наша страна занимает лидирующее место.
Цель работы заключается в выявлении особенностей строения ледника и коренного рельефа индоокеанского сектора Восточной Антарктиды и, в частности, района подледникового озера Восток. Главным геофизическим методом исследования является радиолокационное профилирование.
Задачи исследования: (1) выяснение основополагающих вопросов формирования временных радиолокационных разрезов для практического использования: с целью улучшения качества обработки данных РЛП; (2) выявление основных черт строения
ледникового покрова и коренного рельефа района подледникового озера Восток, и в целом индоокеанского сектора Восточной Антарктиды.
Фактический материал и методы исследований. В основу диссертационной работы положены данные, полученные отечественными и зарубежными учёными за последние 50 лет в рамках двух международных проектов по исследованию ледникового покрова и коренного рельефа Антарктиды: BEDMAP и ABRIS. Часть материалов (по районам подледникового озера Восток и ледника Ламберта) получена при непосредственном участии автора в ходе полевых работ, начиная с 1993 г. В процессе переобработки и переосмысления данных, автором были разработаны методики и компьютерные программы, которые впоследствии легли в основу программного пакета обработки геофизических данных в ПМГРЭ.
Защищаемые положения:
-
Разработанная новая методика упрощённого моделирования распространения сферической электромагнитной волны в трёхмерном пространстве, состоящем, в общем случае, из трёх сред, имеющих произвольные характеристики, позволила ускорить процесс обработки данных в ходе выполнения полевых работ при сохранении достоверности выделения целевых границ.
-
Ледниковый покров в районе подледникового озера Восток (Восточная Антарктида) имеет слоистое строение и над акваторией озера Восток, в целом, находится в состоянии гидростатического равновесия.
-
Коренной рельеф и береговая линия озера Восток указывают на то, что озеро Восток является изолированным водоёмом и его водное тело целиком располагается в каменных берегах.
-
Коренной рельеф индоокеанского сектора Антарктики, построенный по современным данным, является основой для создания новой орографической схемы региона.
Научная новизна. Автором в рамках настоящей работы (1) впервые создана и реализована программно-математическая модель формирования временных радиолокационных разрезов на основе распространения сферической электромагнитной волны в трёхмерном пространстве для произвольной конфигурации поверхностей. На её основе выяснены условия успешного лоцирования подледниковых водоёмов, а также выработаны критерии интерпретации временных радиолокационных разрезов. Достоинством модели является её быстродействие и нетребовательность к ресурсам компьютера, что позволяет её использовать при проведении полевых работ. Это, в свою очередь, даёт возможность мобильно корректировать планы работ, что существенно повышает их эффективность; (2) впервые построены наиболее подробные и достоверные карты мощности ледникового покрова, подлёдного и коренного рельефа, а также геоморфологические (орографические) карты района подледникового озера Восток; (3) определена береговая линия подледникового озера Восток и выяснено, что озеро является замкнутым водоёмом, который полностью располагается в каменных берегах; выяснено, что ледник над акваторией озера, в целом, находится в состоянии гидростатического равновесия; (4) она основе обобщения всех доступных отечественных и зарубежных данных построены карты мощности ледникового покрова, подлёдного и коренного
рельефа для индоокеанского сектора Антарктики; выявлены основные черты строения центральной части Восточной Антарктиды в ходе составления орографической карты.
Теоретическая и практическая значимость: (1) созданная автором программа формирования временных радиолокационных разрезов является основой правильной интерпретации данных РЛП. Её использование позволяет наиболее верно истолковывать полевой материал, что, в свою очередь, позволяет избежать ошибок ещё на этапе проведения полевых работ, а значит увеличить их эффективность и сократить затраты на их выполнение. (2) Эта разработка внедрена в практику производственных работ ПМГРЭ и на протяжении почти 10 лет с успехом применяется при обработки и интерпретации данных РЛП. (3) Выполненное обобщение данных по району подледникового озера Восток, в результате чего построен комплект карт геофизического содержания, является существенным шагом вперёд в изучении центральных районов Антарктиды и подледниковых водоёмов, а также укрепляет научный авторитет нашей страны на международной арене. (4) Определение береговой линии озера Восток и его изолированности от прочих подледниковых водоёмов является исключительно важным практическим результатом проведённой работы. Он показывает, что предстоящее в ближайшее время проникновение в озеро Восток является абсолютно безопасным для антарктической экосистемы: даже в случае аварийной ситуации, когда произойдёт загрязнение озера, оно, в силу замкнутости, не затронет остальные подледниковые водоёмы. (5) Построение столь подробных и полных карт коренного рельефа и ледникового покрова индоокеанского сектора Восточной Антарктиды выполняется впервые. Кроме того, организация проекта ABRIS сама по себе имеет важное значение: (1) это большой проект, созданный в рамках МПГ, который, безусловно, поднимает значимость отечественной науки; (2) в рамках проекта создаётся и пополняется база отечественных и зарубежных данных по ледниковому покрову и коренному рельефу. Результаты диссертации могут быть использованы при геологических и гляциологических изысканиях.
Личный вклад автора. Один из разделов работы автора (по району озера Восток) выполнен, преимущественно по материалам ПМГРЭ, сотрудником которой автор является с 1992 г. На его счету 3 экспедиции в Арктику и 13 экспедиций в Антарктиду. Последние являлись предметом изучения районов, обсуждаемых в настоящей работе. Начиная с 2003 г. автор возглавляет радиолокационные исследования в центральных районах Восточной Антарктиды, и, в частности, в районе подледникового озера Восток, в составе наземных санно-гусеничных походов. Им выявлено около 60 антарктических подледниковых водоёмов. В период 1996 - 2000 гг. автор был представителем России в международном проекте «Топография коренного ложа Антарктики» (BEDMAP). В настоящий момент он является одним из организаторов проекта «Коренной рельеф и ледовый щит Антарктиды» (ABRIS). Автором создана и постоянно пополняется база антарктических данных по мощности ледникового покрова и высотам коренного рельефа. На её основе им сформированы гриды мощности ледникового покрова, подлёдного и коренного рельефа на обширный район - индоокеанский сектор Антарктики, а также для районов гор Принс-Чарльз и подледникового озера Восток. На протяжении всей своей научной деятельности автор занимался вопросами интерпретации данных РЛП.
Результатом явилось, обсуждаемая в главе 2, математическая модель формирования временных радиолокационных разрезов, на основе которой построен граф обработки полевых материалов, существенно улучшивший качество их интерпретации.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 63-х статьях, изданных в рецензируемых журналах на русском и английском языках. Основные положения работы докладывались в общей сложности на 52 симпозиумах, конференциях и научных совещаниях включая VII международный симпозиум по геофизическим исследованиям Антарктики (Сиена, Италия, 1995 г.); гляциологический симпозиум по изучению Антарктики (Хобарт, Австралия, 1997 г.); 8-ю международную ассамблею по изучению Антарктики (Уппсала, Финляндия, 1997 г.); международную конференцию, посвященную 300-летию горно-геологической службы России (С. Петербург, Россия, 2000 г.); международную конференцию, посвященную изучению полярных областей Земли (С. Петербург, Россия, 2001 г.); XIX - XXVI симпозиумы "Радиолокационное исследование природных сред" (С. Петербург, Россия, 2001-2009 гг.); геофизическую конференцию в Вашингтоне в 2001 г.; 7-й международный симпозиум по антарктической гляциологии (Милан, Италия, 2003 г.); 9-й и 10-й международные симпозиумы по антарктическим наукам о Земле (Потсдам, Германия, 2003 г.; Санта-Барбара, США, 2007 г.); ежегодные отечественные гляциологические симпозиумы и конференции МПГ в период 2000-2010 гг.; ежегодные совещания по изучению подледникового озера Восток в период 2002-2010 гг.; открытые научных конференции СКАР (С.Петербург, 2008г.; Буэнос-Айрес, 2010г.); международный симпозиум по итогам МПГ (Осло, 2010 г.); XXX Пленум российской геоморфологической комиссии (С. Петербург, 2008 г.), а также два рабочих заседания международного проекта BEDMAP по картированию коренного рельефа Антарктики (Кембридж, Англия, 1997 и 1998 гг.). Разработана и внедрена в практику производственных работ ПМГРЭ методика обработки и интерпретации данных РЛП. Основные результаты исследований вошли в 18 производственных отчётов (в соавторстве) ПМГРЭ, а также в отчёты по Проектам ФЦП «Мировой Океан».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. В первой главе описывается история изучения строения ледникового покрова и подлёдного рельефа Антарктиды; во второй главе излагается математическая модель формирования временных радиолокационных разрезов, обсуждаются полученные в ходе моделирования результаты и принципы интерпретации данных РЛП; в третьей освещаются методические вопросы интерпретации реальных временных радиолокационных разрезов и картосоставления; в четвёртой и пятой главах обсуждаются строение ледника и коренного рельефа индоокеанского сектора Антарктиды и районов подледниковых озёр Восток и Пионерское. Объём работы составляет 321 машинописную страницу, включая 99 иллюстраций и 2 таблицы. Библиография содержит 386 наименований.
Автор искренне благодарит директора ФГУНПП ПМГРЭ В.Д. Крюкова и начальника Антарктической геофизической партии ПМГРЭ В.Н. Масолова за многолетнюю поддержку, критические замечания и всестороннюю помощь не только при подготовке настоящей работы, но и производственной деятельности в целом. Особую
признательность автор выражает начальнику РАЭ В. В. Лукину, без чьих усилий и помощи были бы невозможны работы на озере Восток. Автор искренне благодарен своему научному консультанту доктору геолого-минералогических наук профессору СВ. Аплонову за доброжелательное отношение и критические замечания, позволившие существенно улучшить качество настоящей работы. Автор считает своим долгом выразить признательность коллегам по работе - сотрудникам ПМГРЭ, РАЭ, ААНИИ, ВНИИОкеангеология, ИГ РАН и МГУ общение с которыми оказало значительное влияние на формирование автора как специалиста в своей области, а также за активное обсуждение результатов и смежных проблем. Неоценимая помощь была оказана сотрудниками РАЭ при выполнении полевых работ в центральной Антарктиде, при получении данных радиолокационного профилирования в научных санно-гусеничных походах. Автор выражает признательность и благодарность доктору геолого-минералогических наук профессору СПбГУ А.Н. Ласточкину, чьи, поистине обширные знания и опыт помогли в изучении геоморфологии. Автор благодарит Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) и подпрограмму "Изучение и исследование Антарктики" ФЦП "Мировой океан" за оказание финансовой поддержки исследований по многочисленным научным проектам, результаты которых вошли в настоящую диссертационную работу.
