Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Инженерно-геологические условия долины реки Нил Египта 11
1.1 Физико-географический очерк 13
1.2 Топография и геоморфология Египта
1.2.1 Долина Нила и дельта .16
1.2.2 Западная пустыня 16
1.2.3 Восточная пустыня 17
1.2.4 Синайский полуостров
1.3 Геологические условия Египта 18
1.4 Тектоника Египта 20
1.5 Стратиграфия Египта 21
1.6 Геодинамические процессы Египта
1.6.1 История сейсмичности Египта 29
1.6.2 Современная сейсмичность .30
1.7 Общая геологическая обстановка Асуанской области, южный Египет .32
1.7.1 Общая структурная обстановка Асуана, южный Египет 33
1.7.1.1 Система разлома, пролегающая с востока на запад .33
1.7.1.1.1 Разлом Калабша 33
1.7.1.1.2 Разлом Сейял 34
1.7.1.2 Система разлома, пролегающая с севера на юг 34
1.7.1.2.1 Разлом Куркур. 34
1.7.1.2.2 Разлом Хор Эль-Рамла .34
1.7.1.2.3 Разлом Газаль 35
1.7.1.2.4 Разлом Абу-Дераа 35
1.7.2 Сейсмологическая обстановка Асуанской области. 36
Глава 2. Гидрогеологические условия долины реки Нил .38
2.1 Водные ресурсы Египта 38
2.2 Подземные воды Египта .38
2.2.1 Водоносный горизонт дельты Нила .40
2.2.1.1 Литология водоносного горизонта дельты Нила четвертичного возраста .46
2.2..1.1.1 формирование Мит-Гамр 47
2.2.1.1.2 формирование Билкас 48
2.2.2 Нубийский водоносный горизонт 49
2.2.2.1 Водоносный горизонт Сабайя 50
2.2.2.2 Водоносный горизонт Абу-Симбел .50
2.3 Влияние строительства Асуанской плотины на гидрологию района Асуан .51
2.3.1 Связь между гидрологией и сейсмологией Асуанской области .52
2.4 Регулирование использованием подземных вод в Египте 53
Глава 3. Методика работ 55
3.1. Важность силы тяжести в геодинамике .56
3.2 Применение GPS технологий в геодинамике 58
3.3 Использованные данные 60
Глава 4. Изменение климата и глобальное потепление
4.1 Влияние парниковых газов на Землю 68
4.2 Влияние солнечной радиации на изменение климата 70
4.3 Эффект глобального потепления на уровень океана .73
4.4 Влияние антропогенных воздействий на дельты Земли 76
4.4.1 Уязвимость дельт 79
Глава 5. Техногенная сейсмическая активность районов водохранилищ Насер, Египет и Нурекское, Таджикистан 84
5.1 Асуанская плотина и водохранилище Насер .85
5.2 Деформация земной коры и изменение силы тяжести в связи с изменением уровня воды в водохранилище Насер 87
5.2.1 Деформации земной коры в связи с гидрологическим эффектом .88
5.2.2 Изменение силы тяжести, обусловленные гидрологическим эффектом
5.3 Сейсмическая активность и вертикальные деформации в северной части водохранилища Насер 94
5.4 Нурекская плотна и водохранилище, Таджикистан 97
Глава 6. Современные исследования геодинамики территорий дельты реки Нил и его долины .102
6.1 Оценка движений земной коры вдоль долины реки Нил 102
6.1.1 Сейсмичность долины реки Нила 103
6.1.2 GPS измерения 105
6.1.3 Результаты замеров GPS
6.2 Современные исследования геодинамики территорий дельты реки Нила (северная часть Египта) .110
6.2.1 Геоморфология дельты Нила .110
6.2.1.1 Южная зона 110
6.2.12 Средняя зона .110
6.2.1.3 Северная зона .110
6.3 Геодинамические процессы дельты Нила 111
6.4 Вероятные сценарии изменения климата в дельте реки Нила 117
Глава 7. Египетская ядерно-энергетическая программа 129
Список использованной литературы .134
Список иллюстративного материала
- Геологические условия Египта
- Литология водоносного горизонта дельты Нила четвертичного возраста
- Применение GPS технологий в геодинамике
- Эффект глобального потепления на уровень океана
Введение к работе
Актуальность работы. Строительство высотной Асуанской плотины и водохранилища Насер имеет важное народнохозяйственное значение для Египта, но они изменили гидрологический режим и геодинамику территории Египта. Асуанская плотина влияет не только на геодинамику территории, но и создала угрозу для земель дельты, прекратив поступление терригенного материала с верховьев реки. Кроме того, несмотря на международные усилия по сокращению выбросов парниковых газов, в следующем столетии ожидается изменение климата [Lockwood et al., 2010, Erikson et al., 2006, Feulner et al., 2010]. Это изменение приведёт к усугублению уже существующих экологических проблем в Египте и в других странах. В частности, прибрежные районы во всем мире страдают от последствий повышения уровня моря: прибрежной эрозии, просадки и т.д. Многие исследователи отмечают, что нарастающий процесс эрозии побережья Средиземного моря и повышение его уровня в связи с изменением климата с одновременным опусканием поверхности территории под воздействием современных тектонических процессов могут привести к затоплению территории дельты реки Нил, где живут миллионы людей [El-Ray, 2010]. Важнейшей проблемой для Египта является выбор места для строительства атомной электростанции (АЭС).
Объектом исследования является долина реки Нил (в Египте: от
Асуана к её дельте), инженерно-геологические условия, которые
определяются опасными природными, в том числе климатическими и
техногенными процессами на территории Египта, а также процессами, обусловленными экологическими причинами, в частности выбросами в атмосферу парниковых газов.
Предмет исследования. К предмету исследований относятся
инженерно-геологический анализ и оценка степени остроты
геодинамического риска долины реки Нил.
Целью работы является оценка инженерно-геологических условий долины реки Нил с выбором наиболее безопасного места для строительства АЭС.
Для решения указанной цели были поставлены следующие задачи:
- Выполнить анализ геолого-геоморфологических и гидродинамических
условий береговой зоны по данным наблюдений геодезических станций в
области дельты реки Нил, созданных и финансируемых Национальным НИИ
астрономии и геофизики, г. Хелване, Каир, Египет, и их обработка.
Рассчитать уровни вертикальных и горизонтальных деформаций долины реки Нил.
Определить скорость погружения поверхности территории дельты реки Нил.
Изучить влияние изменения климата и солнечной активности на уровень Средиземного моря с моделированием будущих изменений уровня Средиземного моря в районе территории дельты Нила.
Рассмотреть альтернативный вариант размещения АЭС.
Методы исследования. В работе использован комплекс методов, включая исторический, сравнительный, гравиметрический, глобального местоположения системы (GPS), статистический, системно-структурный, геодинамический, компьютерного моделирования и аналитический методы.
Защищаемые положения:
1. Инженерно-геологические условия в районе водохранилища Насер
Египта определяются совокупностью природных (неотектоника и
современные движения земной коры) и техногенных факторов (колебания
воды в водохранилище), (главы 1 и 5).
2. Морское побережье дельты Нила относится к зоне высокой степени риска
возникновения процессов затопления из-за поднятия уровня воды в море,
связанного с климатическими условиями и уменьшением аккумулирующей
роли реки (главы 4 и 6).
3. Для выбора участка строительства важных объектов (например, АЭС) в
долине реки Нил неотектоника, рельеф и инженерно-геологические условия
являются главными факторами, определяющими сейсмические явления и
процессы подтопления (главы 2 и 7).
Теоретической и методологической основой диссертации являются
результаты исследований отечественных и зарубежных специалистов в
области геодезии, геологии и геодинамики. Для геодинамического анализа
исследуемой территории использовались теоретические разработки,
изложенные в работах Н.Л. Биндоффа, С.Р. Чарлсона, М.А. Слилверда, Ж.В. Дай, В.С. Дугласа, Ж.П. Эриксона, Ж.А. Чурча, Д.В. Симпсона, Д. Т. Снова и др. Роли неотектоники и рельефа в формировании инженерно-геологических условий территории посвящены работы И.В. Попова, Н.И. Николаева, Г.А. Голодковской, В.Т. Трофимова. При анализе причин изменения климата применены понятия Д. Ш. Садыкова, Е.М. Сергеева, В.И.Осипова, А.Л. Чижевского.
Обоснованность и достоверность результатов исследования
основаны на фактическом материале, полученном автором в период с 2012
по 2015 гг. Во время подготовки диссертации собран материал по
наблюдениям GPS, гравиметрии, солнечной активности и концентрации СО2
в атмосфере. Сделан прогноз влияния изменения климата и солнечной
активности на изменение уровня Средиземного моря. Теория построена на
проверяемых данных, критическом анализе большого количества
литературных источников и согласуется с опубликованными работами автора по теме диссертации.
Личный вклад автора включает выполнение расчётов, сбор и анализ
данных, методическое обеспечение решения поставленных задач и
интерпретацию полученных результатов. Обработка материалов
осуществлялась с использованием компьютерных программ MS Excel, MS Word, Corel Draw, Surfer, GMT, Bernese Software.
Научная новизна работы - разработаны количественные критерии
оценки инженерно-геодинамического риска опасных природных и
техногенных процессов. Впервые проведено районирование побережья в зоне
дельты реки Нил по степени остроты инженерно-геодинамического риска.
Сделаны подробные пространственные и временные замеры оседания
территории дельты р. Нил и размеры наступления береговой линии с помощью надёжных геодезических данных, включая системы глобального позиционирования (GPS). Выявлены новые тренды развития опасных природных процессов для различных типов берегов дельты реки Нил. Также был проведён анализ влияния эффекта космических параметров: солнечной активности, содержания СО2 на изменение уровня Средиземного моря, климата и техногенной сейсмической активности в результате антропогенной деятельности.
Теоретическая значимость исследования состоит в разработке новых подходов оценки природных и техногенных процессов территории Египта и количественных значений инженерно-геодинамического риска.
Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы для оценки районов, пострадавших от инженерно-геологических проблем. Считаем важным
обеспечить директивные органы страны необходимой информацией для комплексного развития и планирования создания новых промышленных объектов в стране. Получен вывод о необходимости переноса на новое место, взамен ранее выбранного, строительства АЭС.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на международных, всероссийских конференциях и научных семинарах: XV Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века», г. Саратов (2014 г.), XVIII Международной научной симпозиуме имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр», г. Томск (2014 г.), VII научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Геология в развивающемся мире» с международным участием, г. Пермь (2014 г.), десятой научно-практической конференции молодых специалистов, г. Москва, ПНИИИС (2014 г.). По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендуемых ВАК РФ, в шести сборниках докладов, трудов и материалов международных, всероссийских конференций и совещаний.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения. Объём работы 158 страниц, включает 55 рисунков, 13 графических приложений и 10 таблиц. Список литературы состоит из 129 источников.
Благодарности. Я хотел бы выразить искреннюю признательность и
благодарность моему научному руководителю Ваньшину Юрию
Васильевичу - профессору кафедры петрологии и прикладной геологии
геологического факультета Саратовского государственного национального
исследовательского университета имени Н. Г. Чернышевского, доктору
геолого-минералогических наук, за помощь на всех этапах выполнения
диссертации. Глубокую признательность и особую благодарность выражаю
кандидату геолого-минералогических наук Олегу Георгиевичу
Токарскому, доценту кафедры гидрогеологии и инженерной геологии геологического факультета Саратовского государственного национального исследовательского университета имени Н. Г. Чернышевского за предложенную область исследований. Весьма полезными были консультации по вопросам неотектоники с доктором геолого-минералогических Наук, профессором Воробьёвым Виктором Яковлевичем, директором НВ НИИИГГ (г. Саратов). Я глубоко благодарен моим коллегам, профессорам Халеду Захрану и Али Радванву, сотрудникам лаборатории движения земной коры, отдела геодинамики национального НИИИ астрономии и геофизики (NRIAG), г. Каир, Египет. Автор благодарит доктора геолого-минералогических наук, профессора Ольгу Михайловну Гуман за помощь в работе, полезные советы и поддержку на завершающей стадии исследования.
Геологические условия Египта
Египет является частью большого пустынного пояса, который тянется к востоку от Атлантики по всей Северной Африке и далее через Аравию. Как и все другие страны, расположенные в пределах этого пояса, Египет характеризуется тёплым климатом и почти полным отсутствием осадков. Летом температура воздуха зачастую повышается до 40 C в дневное время и редко опускается ниже 0 C даже в самые холодные зимние ночи. Среднее количество осадков по всей стране в целом составляет лишь около одного сантиметра в год. Даже вдоль средиземноморского побережья, где выпадает большая часть осадков, их среднегодовая сумма составляет менее 20 см (Рис 1.3) [102].
Река Нил – это значимый географический объект, который сформировал не только общие особенности страны, но и характер заселения всей территории людьми. Из всех регионов североафриканской части Сахары именно Египту Нил дал плодородные земли, которые сделали возможными не только развитие древней сельскохозяйственной цивилизации, но также существование и процветание этой цивилизации в мире. Нил протекает посередине Египта и делит его таким образом, что во всей стране нет такого места, которое было бы удалено от реки более чем на 300 километров. Данное природное условие позволило обществу и центральной власти развиваться вдоль реки. Кроме того, именно через Нил возможно попасть в Африку [103].
Река Нил протекает на тысячи километров пустыни до Средиземного моря, разделяя Египет на два отдельных морфологических региона. Восточный регион представляет собой изрезанное плато, тогда как западный состоит из ряда несвязанных между собой впадин. Различные условия повлияли на земли обоих побережжий. Земли к востоку от Нила формируют один геоморфологический регион, географически он разделён Суэцким заливом на Аравийскую пустыню и Синайский полуостров. Данное географическое деление было сделано ещё в древние времена не только из-за физических различий этих двух областей, но также потому, что они были заселены представителями разных рас.
Долина и дельта Нила находятся в границах государства Египет и занимают участок вдоль 1530 км Нила. На этой территории у Нила отсутствуют притоки. Практически все египетские города и деревни находятся в дельте и долине Нила. Все города и основные селения соединены железнодорожным и автомобильным сообщением. Тесно связана с Нилом Фаюмская впадина, которая находится на небольшом расстоянии к западу от долины Нила и с которой она соединена узким каналом через пустынные холмы. Самая низкая часть впадины заполнена неглубоким солоноватым озером Карун, находящимся на высоте 45 м ниже уровня моря площадь 200 км2. Общая площадью впадины составляет около 1700 км2. Её дно наклонено вниз по отношению к озеру в северо-западном направлении на высоте около 23 м. выше уровня моря 102].
Западная пустыня простирается на запад от долины Нила до границы с Ливией и занимает площадь 681,000 км2 (без учёта Фаюмского оазиса), что составляет белее чем 2/3 территории Египта. Западная пустыня, по сути, является пустынным плато с огромными плоскими массивами скалистых горных пород и многочисленными обширными и глубокими впадинами. Пустыня достигает наибольшей высоты в крайнем юго-западном углу страны, где её в основном плоская поверхность нарушается большим горным массивом ДжебельУвейнат. Западная пустыня — это каменистая платформа малой высоты, которая на протяжении всей новейшей истории характеризуется засушливыми климатическими условиями [104].
Восточная пустыня находится на территории, простирающейся от долины Нила на восток до Суэцкого залива и Красного моря. Она состоит в основном из хребтов высоких и скалистых гор, расположенных параллельно и на относительно небольшом расстоянии от побережья. Горы на севере и западе окружены интенсивно-рассечённым плато 102].
Синайский полуостров площадью в 61000 км2, имеет треугольную форму и географически отделён от Египта Суэцким каналом и Суэцким заливом. Он является частью Азиатского континента на расстоянии свыше 200 км между г.Рафах в Средиземноморье и северной оконечностью залива Акаба. Ядро полуострова, расположенное вблизи его южной оконечности. Северные две трети полуострова занимает большое известняковое плато, которое берёт начало от средиземноморского побережья, простирается на юг и оканчивается высоким крутым откосом на севере.
Литология водоносного горизонта дельты Нила четвертичного возраста
Дельта Нила является одной из самых ранних известных дельт в мире. Термин «дельта» был впервые предложен греческим историком Геродотом около 450 г. до н.э. при описании аллювиальных отложений в устье реки Нил. Дельта Нила не только самая древняя известная дельта, но также самый большой и важный осадочный комплекс в Средиземноморском бассейне. Кроме того, это единственное место в Египте, благоприятное для накопления и сохранения отложений четвертичного возраста [103].
Дельты – это места постоянно и стремительно меняющихся условий осадконакопления, которые варьируются от неморских до морских. Существует несколько природных факторов, которые могли повлиять на осадконакопление в дельте Нила в течение четвертичного периода. Они включают в себя тектоническую стабильность, колебания климата и уровня моря, речные и морские процессы, характер водосборов, которые поставляют воду и отложения. Изменение уровня моря имеет первостепенное влияние на региональные феномены, такие как климат, тектонизм и прибрежную динамику в развитии осадочных толщ верхнего четвертичного периода, лежащих в основе современных дельт [116]. Четвертичное изменение уровня моря повлияло на большинство дельт во всём мире. Основные серии смещений происходили в связи с неоднократными изменениями в базовом уровне: уровень моря поднимался и падал с ледниковыми и межледниковыми циклами. Магнитуда колебаний превышала 120 метров 116].
Существуют различные водоносные горизонты с различной важностью для эксплуатации в дельте Нила. Данные водоносные горизонты являются полузамкнутыми. Пополнение подземных вод в районе дельты Нила происходит разными способами, такими как инфильтрация дождевых осадков; инфильтрация и нисходящее просачивание избыточной поливной воды, просачивание воды из каналов; и движение потоков грунтовых вод между водоносными горизонтами. Пополнение посредством дождевых вод является незначительным и возможно лишь в зимние месяцы. Основное пополнение происходит через просачивание поверхностных вод, особенно из оросительных каналов, и нисходящее просачивание подземных дренажных вод в традиционно культивированных низменностях. Потоки грунтовых вод между водоносными горизонтами по направлению от дельты Нила к региону западной дельты Нила являются незначительным компонентом пополнения. На восточной границе дельты Нила, где дренажной системы не существует, все подземные дренажные воды просачиваются в водоносный горизонт. Процесс сброса подземных вод состоит из различных компонентов, включающих прямую добычу, обратные потоки подземных вод в каналы и дренажи, и потоки грунтовых вод между водоносными горизонтами.
Нильские четвертичные отложения лежат несогласно напластованно на плиоценовых или более древних отложениях в дельте Нила. Дно Нила содержит наиболее полную информацию о четвертичном периоде в Египте, где отложения имеют большую толщину и делятся на несколько блоков, которые являются несогласно напластованными [103]. Согласно Риццини и соавт. [101]. Максимальная толщина четвертичных пород в дельте Нила достигает около 1000 м, истончаясь к югу и периферии дельты. Толщина достигает около 500 м в средней части дельты Нила [103].
Водоносный горизонт дельты Нила, с его восточными и западными пустынными окраинами, простирается более чем на 22,000 км. Более чем 50 лет назад вдоль западного края дельты Нила, был выполнен первый мелиоративный проект в области Тахрир. В число недавних проектов входит Вади Эль Натрум и Вади Эль Фариг, для которых предполагается дальнейшая разработка. Ограниченные водные ресурсы являются первостепенной проблемой при решении основных задач: постройки новых поселений и разработки мелиоративных проектов для обеспечения устойчивого развития в дельте Нила. Доступные водные ресурсы включают в себя поверхностные воды (Розеттское устье и его оросительные каналы) и относительно неглубоко залегающие грунтовые воды, в основном пополняемые из поверхностных вод. Грунтовые воды являются главным источником для бытовых, промышленных и сельскохозяйственных нужд в западном регионе дельты Нила [41].
В последнее время поверхностных вод становится недостаточно для удовлетворения нужд египтян, особенно в будущем по причине увеличения населения. Таким образом, грунтовые воды могут частично помочь в обеспечении некоторых новых проектов количеством водных ресурсов.
На региональном уровне были проведены гидрогеологические и гидрохимические исследования водоносных горизонтов дельты Нила Салех [105] , Аль-Кашеф [44], Сераг Аль-Дин [108].
Четвертичные слои в дельте Нила были гидрогеологически дифференцированы на два водоносных блока. Верхний блок с илистым покрытием голоценовой эпохи (образование Билкас) выступает в качестве водоупора. Нижний песчаный блок плейстоценовой эпохи (образование Мит Гамр) образует огромный главный водоносный горизонт дельты Нила [108]. Пространственное распределение глубин показывает, что толщина фреатической поверхности колеблется от 0,3 см в Абу-эль-Матамир, мухафаза Бухейра, до 4,6 м в Эль-Ахмас, мухафаза Эль-Гиза [108]. Толщина зоны аэрации изменяется от менее одного метра до четырех метров, особенно в северных районах дельты Нила. Существует очень тесная связь между глубиной до воды в почвенном профиле и местонахождением поверхностных вод. Другими словами, уровни неглубоко залегающих подземных вод контролируются литологией, дренажными условиями и типами возделываемых культур и, следовательно, количеством воды, необходимым для орошения.
Сераг Эль-Дин [108] считает, что грунтовые воды в основном водоносном горизонте дельты Нила характеризуются степенями солёности от умеренной до чрезмерно высокой. Более низкие уровни солёности наблюдаются в южных частях дельты Нила и в частях, близких к оросительным каналам и рукавам Нила. Пространственное распределение солесодержания подземных вод на разных глубинах образовывает пояс, пролегающий параллельно северному побережью с очень высокими значениями солености (более 3200 частей на миллион). К югу от этого пояса наблюдаются низкие значения содержания солей, и такие воды классифицируются как сильносолёные (1440- 3200 частей на миллион). Тем не менее, в некоторых местах на юге наблюдаются зоны с умеренно соленой водой (менее 480 частей на миллион).
Согласно Исследовательскому институту подземных вод [97] главный водоносный горизонт из пресных подземных вод (солёность менее 1000 частей на миллион) принимает форму большой выпуклой линзы с максимальной толщиной в области Эль-Багур. От Эль-Багура толщина уменьшается с юга на запад в связи с увеличением основания водоносного горизонта и уменьшается к северу и востоку из-за вторжения морской воды. Салех [105] разделил Нильский водоносный горизонт на три гидрохимические зоны.
Применение GPS технологий в геодинамике
С другой стороны, улучшение неастазированных гравиметров привело к развитию исследования неприливных изменений силы тяжести, особенно в тектонически-активных зонах. В 1938 Шлёсенер с помощью повторяющихся изменений создал гравиметрической профиль северной Исландии, чтобы обнаружить временные вариации в молодой вулканической зоне. Начиная с 1960-х годов, стало возможным выполнить повторные наблюдения с более новыми приборами в различных регионах планеты. Эти наблюдения привели к открытию местных изменений силы тяжести, которые связаны с геодинамическими процессами (землетрясения, вулканизм), и деятельностью человека в поверхностном слое земли (разработка месторождений, инженерные проекты).
Временные изменения силы тяжести, обнаруженные с помощью повторяющихся измерений, представляют собой важную информацию о континентальных массовых водоизмещениях глобального, регионального и местного типов. Изменения силы тяжести, вызванные внутренними геодинамическими процессами, являются предметом особого интереса. В сочетании с землетрясениями и активным вулканизмом изменения силы тяжести имеют особое значение в качестве предшествующих явлений. Изменения тяжести, наблюдаемые до и после фазы активности, вносят вклад в динамические модели накопления деформаций, выпускаемого при землетрясении, миграции магмы и изменении плотности вулканов [119]. По этой причине, метод измерения силы тяжести находит свое применение во множестве процедур, применяемых в исследованиях прогнозирования землетрясений. Крупные исследования, связанные с этой областью, в частности проводятся в Японии, Китае и США в рамках национальных программ прогноза землетрясений и оповещения[58, 100].
Оценка изменений силы тяжести, которые связаны с крупными региональными тектоническими процессами, послеледниковой изостатической компенсацией и осадочными уплотнениями, требует более длительных периодов повторения. На границах литосферных плит можно ожидать изменения силы тяжести в результате тектонической активности. Они также содержат информацию о подлитосферных массовых перемещениях. Кроме того, измеренная высота и изменения силы тяжести поддерживают моделирование генерирующих термомеханических процессов [89]. В зонах послеледникового воздымания и районах просадки грунта, наблюдаемые изменения дают представление о вязкости верхней мантии.
Массовое водоизмещение, происходящее по причине человеческого вмешательства, может вызвать временные изменения силы тяжести из-за оказываемого прямого гравитационного эффекта и деформаций на поверхности Земли. Измеряемые изменения происходят от добычи нефти, а также заполнения и крупного водохранилища. Удаление лежащих под поверхностью масс приводит к внутренним процессам компенсации и оказывает массовое перераспределение под поверхностью [119].
Повторные измерения силы тяжести используются в сочетании с другими данными для мониторинга вертикальных движений, моделирования массообмена и исследований пласта-коллектора [119]. Вследствие их экономичности и широко распространяемых ошибочных передач, повторные измерения силы тяжести также могут быть эффективно использованы для поддержания нивелирных сетей большой площади в отношении управления изменений высоты. Абсолютные измерения силы тяжести, таким образом, позволяют управлять долговременной стабильностью. Гравиразведка может также применяться в качестве альтернативы в области архипелагов, где уравнивание не может быть выполнено при строительстве мостов в больших акваториях [119].
В 1973 году, Министерство обороны США решило основать, развить и протестировать космическую систему глобального позиционирования (GPS) как показано на рис 3.1. Результатом этого решения является система NAVSTARGPS (спутниковая глобальная радионавигационная система). Согласно Вудену [128], «система глобального позиционирования NAVSTAR (GPS) - это независимая от погоды космическая навигационная система, разработанная в рамках министерства обороны США для удовлетворения требований, предъявляемым военными силами, для точного определения их местоположения, скорости и времени в системе исходного значения в любом месте на Земле или вблизи её поверхности на постоянной основе».
Из этого определения понятно, что главная цель создания GPS имеет военный характер. Тем не менее, Конгресс США позволяет гражданским лицам использовать эту систему, но с некоторыми ограничениями. Гражданское использование NAVSTARGPS широко распространилось в течение последних двух десятилетий. С устранением режима селективного доступа (SA) 2 мая 2000 года, практическая ценность системы для гражданских пользователей стала ещё более выраженной. Одним из самых важных событий для высокоточных гражданских приложений GPS стало создание международных геодезических станций (IGS) глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) в 1994 году, как показано на рис 3.2. существует несколько других глобальных навигационных спутниковых систем, находящихся как в стадии разработки, так и эксплуатируемых. ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) является российским аналогом системы GPS.
Эффект глобального потепления на уровень океана
В 1895 году Сванте Аррениус составил климат-прогноз, основанный на выбросах парниковых газов и предположил, что увеличение или уменьшение на 40% обилия атмосферного газа CO2 может привести к движению или таянию ледников. Столетием позже, он бы обнаружил, что уровень CO2 действительно варьируется в зависимости от этой величины между ледниковым и межледниковым периодом. Однако, как теперь выяснялось, первоначальные климатические изменения предшествовали изменениям в CO2, но были усилены его воздействием [95].
Гай Стюарт Каллендар 32] разгадал уравнение, связывающее эффект парниковых газов и климатическое потепление. Он обнаружил, что удвоение концентрации CO2 в атмосфере привело к увеличению средней глобальной температуры на 2С, при значительном потеплении на полюсах, и связал увеличение количества сжигания ископаемого топлива с ростом СО2 и вызванным этим парниковым эффектом: «Так как человек в настоящее время изменяет состав атмосферы в исключительно быстром темпе в геологическом масштабе времени, то это естественно – искать вероятные последствия подобных изменений. Лучшие лабораторные наблюдения показывают, что главным результатом роста СО2 в атмосфере, является постепенное увеличение средней температуры в холодных регионах Земли» [95].
В 1947 году, Альман Ханс сделал доклад, в котором говорилось о потеплении на 1.3C , начиная с 19 века, в северной части Атлантического сектора в Арктике, ошибочно полагая, что изменение климата может быть объяснено исключительно влиянием парниковых газов.
Похожие модели прогнозирования были озвучены Плессом в 1956 году: «Если в конце этого века замеры показывают, что содержание углекислого газа в атмосфере заметно возросло и, в то же время во всем мире продолжает расти температура воздуха, – это будет означать, что углекислый газ является важным фактором, вызывающим изменение климата» [121].
В 1950-х годах всё также вызывали опасения парниковые газы, CO2 и H2O, те же, что были выявлены Тиндаллем столетием ранее. В этом не было необходимости до 1970-х годов, когда другие парниковые газы – СН4, N2O и CFC (фреоны) были широко признаны в качестве важных выбросов парниковых газов антропогенного характера [95]. К 1970-м годам стала известна значимость эффекта аэрозольного облака в отражении солнечного света [121], а также значение атмосферных аэрозолей. По предположениям, они были составляющими оказываемого воздействия на климат. Чарлсон и соавт[33] выдвинули теорию о том, что сульфатные аэрозоли участвовали в охлаждении земной поверхности, непосредственно отражая солнечный свет. Кроме того, увеличение количества сульфатных аэрозолей связано с антропогенным воздействием и главным его источником является CO2, выделяемый при сжигании ископаемого топлива. Таким образом, текущая картина атмосферных составляющих, которые приводят к изменению климата, содержит гораздо более разнообразные сочетания парниковых веществ.
Роль солнечной изменчивости как механизм воздействия на прошлое, настоящее и будущее изменение климата по-прежнему вызывает много вопросов. Изменения в солнечной активности между предельными и минимальными в течение 11-летнего солнечного цикла, за последние три солнечных цикла приблизительно лишь 0.07 Вт м2, при прямом радиоактивном воздействии на земную поверхность. Это меньше чем предполагаемый эффект от удвоения концентрации СО2 в атмосфере (примерно 3.7 Вт м2). Было предложено несколько механизмов обратной взаимосвязи для объяснения того, как мелкомасштабные изменения в суммарном солнечное излучение (Ци) могут воздействовать на климат. В том числе из-за повышенного ультрафиолетового излучения во время максимальной солнечной активности и в результате этого увеличения в стратосфере концентрации озона35]. Палеоклиматические реконструкции на основе использования природных данных, таких как озёрные и океанские отложения, залежи торфа, годовые кольца деревьев и ледовые керны, становятся всё более подробными, как в плане их анализа (например, ежегодные данные), так и в плане предоставления количественных данных о климатических изменениях в прошлом. Исторические и палеоклиматологические исследования показывают, что последние изменения в климатических условиях Земли происходили одновременно с изменениями в солнечной активности, доказывая, что климатическая система чувствительна даже к небольшим изменениям в энергии солнца [38].
Количественная оценка прошлых изменений в климатической системе, посредством данных анализа высокого разрешения, позволяет определить закономерность и сроки изменения климата в прошлом, которые в конечном итоге приведут к определению процессов, которые вызвали данные изменения. В тоже время, разработки в области моделирования климата идут высокими темпами. Они позволят проверить различные гипотезы, основанные на солнечно-климатических связях. В конечном счёте, лучшее понимание последствий от изменений в энергии солнца, и их влияние на климат Земли, поможет нам лимитировать сомнение в значимости человеческой деятельности в качестве фактора текущих изменений глобального климата. В 20-м веке пик максимальной солнечной активности, вероятно, подошел к концу [76]. Сравнительно низкая солнечная активность прогнозируется на следующие несколько десятилетий. Результаты моделирования Фойльнера и Рамсторфа [48] показали, что эффект нового пика минимальной солнечной активности приведёт к снижению средней глобальной температуры всего на 0.1 0С (или, возможно на 0.3 0С, принимая во внимание все погрешности при расчёте). Это относительно незначительно по сравнению с повышением температуры на 3.7–4.5 0С, которое ожидается в результате увеличения выбросов парниковых газов [48]. Аналогичные результаты получаются и у Джонса и его соавторов[70], которые прогнозируют понижение температуры на 0.06–0.1 0С в результате снижения солнечной активности в 21-м веке.
Однако, во время первоначального открытия периода глобального изменения климата, масштабы влияния Солнца на климат Земли не были до конца понятны. В прочем, с начала 1990-х годов, были проведены обширные исследования с целью определения, какую роль (если таковая имеется) играет Солнце в глобальном потеплении или в изменении климата.