Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ НА УРАЛЕ В XVIII В.
1.1. Урал как региональный элемент географической оболочки в естественно-историческом ракурсе - объект данного исследования 12
1.2. Первые геодезические исследования на Урале 34
1.3. Французское начало естественнонаучных исследований на Урале 44
1.4. Экспедиция Ж.Н. Делиля в Березов и ее значение для урало-сибирских естественнонаучных исследований 52
1.5. История урало-сибирских изысканий Ж.Шапп д'Отроша. Начало изучения атмосферного электричества 56
1.6. Исследования явлений земного магнетизма в географических изысканиях XVIII в. на Урале 61
1.7. История исследований природных вод Урала: вклад П.С.Палласа и И.Г.Георги 64
1.8. Мангеймское Метеорологическое Палатинское Общество и первая организация стандартизированного форпоста наблюдений за
окружающей средой на Урале. XVIII в 68
ГЛАВА 2. АКТИВИЗАЦИЯ И РАСШИРЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ НА УРАЛЕ В XIX В.
Организация Екатеринбургской Магнитной и Метеорологической Обсерватории как центра изучения окружающей среды на Урале: Ф.Араго, А.фон Гумбольдт и А. Купфер 74
2.2. История природоохранных мер на Урале и историко-экологические аспекты лесопользования 89
2.3. Развитие уральских геомагнитных измерений. Вклад немецкой научной школы. К. Гаусс 102
2.4. Географические аспекты геологического и палеобиологического изучения Урала Р.Мурчисоном и Э.де Вернейлем 106
2.5. Геодезические исследования на Урале в XIX в. Вклад французских инженер - топографов Аллори и Бержье, а также А.А.Тилло НО
2.6. Вклад Уральского Общества Любителей Естествознания в изучение окружающей среды на Урале. О.Е.Клер 124
2.7. Исследования уральских вод. XIX в 131
2.8. Исследование атмосферы и атмосферных явлений на Урале 133
2.9. Начало уральских актинометрических исследований 137
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ НА УРАЛЕ В XX В.
3.1. Геодезические изыскания на Урале советского периода 143
3.2. История гравиметрических исследований на Урале 154
3.3. Геомагнитные исследования географической оболочки на Урале. XX в 166
3.3.1. Вклад стационарных геомагнитных исследований в изучении географической оболочки на Урале в XX в 166
3.3.2. Полевые исследования геомагнитного поля в изучении географической оболочки на Урале в конце XIX - начале XX вв 174
3.3.3. История исследования на Урале «магнитной погоды» и магнито-климатических явлений 182
3.3.4. Развертывание прикладных геомагнитных методов для изучения строения земной коры на Урале и становление уральской геофизической школы. П.К.Соболевский 191
3.3.5. История палеомагнитных исследований на Урале. Их роль в восстановлении эволюции Урала 200
3.4. История исследований естественной радиоактивности на Урале. Географические и биоценотические аспекты 204
3.5. История радиоактивных загрязнений Урала и формирование радиоэкологических исследований 213
3.6. Развитие ядерно-геофизических методов исследования окружающей среды на Урале. Их роль в уяснении эволюционирования земной коры Урала, его изменчивости 243
3.7. Геофизические представления о внутреннем строении
Урала XX в., регионально- географические аспекты 254
3.7.1. История геотермических исследований 255
3.7.2. История сейсмических исследований 258
3.7.3. Новейшие исследования палеоклимата Урала за последнее тысячелетие по геотермическим данным 264
3.8. История создания новых концептуальных подходов к географо-физическому описанию метаморфизма Урала 266
3.9. Проблемы микроклимата урбосистем Урала в контексте современных знаний о его географической оболочке 281
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 288
ЛИТЕРАТУРА 318
ПРИЛОЖЕНИЯ 352
- Урал как региональный элемент географической оболочки в естественно-историческом ракурсе - объект данного исследования
- Организация Екатеринбургской Магнитной и Метеорологической Обсерватории как центра изучения окружающей среды на Урале: Ф.Араго, А.фон Гумбольдт и А. Купфер
- Геодезические изыскания на Урале советского периода
Введение к работе
Роль Урала для России заключается в его богатстве минеральными и биологическими природными ресурсами, а также в развитой промышленной и сельскохозяйственной инфраструктуре. Связывая Европу и Азию, Урал занимает стратегически важное положение, удобное для развития евразийской торговли, транспортных коммуникаций, освоения природных ресурсов. Вместе с тем столь выгодное положение Урала и его активное освоение с XVIII в. в настоящее время обернулось для региона многочисленными экологическими проблемами, негативно отражающимися на его уникальном природном комплексе. Наличие многочисленных и разнообразных антропогенных загрязнений на Урале все больше затрудняет возможность выделять на их фоне явления и сущность естественного физико-географического эволюционирования природных комплексов края, осуществлять разведку полезных ископаемых, прогнозировать их запасы, эффективно эксплуатировать природно-ландшафтные ресурсы. Это требует историко-научного осмысления эколого-географической ситуации, складывавшейся в течение всего периода промышленного освоения Урала, состояния и перспектив географической оболочки в регионе. Именно этими причинами вызвано выполнение настоящей работы, а также предшествующих исследований автора.
Цель и задачи исследования. Главная цель труда заключается в разработке истории исследований географической оболочки на Урале для анализа сложившейся ситуации и развития новых представлений о причинах прогрессирующей динамической активности региона в комплексной взаимосвязи с естественными природными и искусственными антропогенными процессами.
Для ее выполнения необходимо было решить следующие основные задачи:
-выявить источниковую базу историко-научного исследования;
-на основе изучения доступных источников установить основные этапы исследований географической оболочки на Урале (XVIII-XX вв.);
-восстановить хронологию появления и накопления количественных сведений о географо-физических характеристиках Урала на различных этапах исследований и свести воедино наиболее значимые результаты основных инструментальных наблюдений в разные периоды их проведения в компонентах географической оболочки;
-провести анализ концептуальной основы этих исследований в разные периоды;
- в географо-историческом ракурсе выделить основные источники формирования антропогенной экологической нагрузки (физические факторы) на Урале, провести ее периодизацию, исследовать географическое распределение; свести воедино историко-научные результаты изучения естественных вариаций физических факторов и величин антропогенного загрязнения;
- обобщить новейшие геофизические сведения за последние три десятилетия о естественной эволюции Урала и с учетом этого провести комплексный анализ современных физико-географических представлений и подходов к научному прогнозированию явлений в географической оболочке на Урале.
Дополнительной целью исследования было сопоставление естественных климатических и геофизических характеристик с характеристиками уральских урбанизированных сред на примере Екатеринбурга для уяснения динамики антропогенной нагрузки в бытовых микросредах, в том числе учебных; разработка простейших модельных представлений о возможном кибернетическом действии физических факторов в региональных геобиосистемах, формирование источниковой и содержательной базы для курсов по естественной истории региона.
Источниковая база. Для вышеозначенных целей исследования была использована следующая источниковая база:
- литературные источники;
- фондовые и архивные источники Государственного Архива Свердловской области, Свердловского областного и Нижнетагильского краеведческого музеев, музеев истории Уральского госуниверситета и Уральской горно-геологической академии, частные семейные архивы и др.;
- данные многолетних инструментальных наблюдений из архивного отдела Гидрометфонда Уральского управления гидрометслужбы, архивных отделов Института геофизики УРО РАН, Института экологии растений и животных УРО РАН, Института промэкологии УРО РАН;
- материалы полевых изысканий, полевые дневники, журналы исходных наблюдений, в том числе авторские, по радиационной обстановке на Урале (1990-е гг.);
- географические описания былых состояний природной среды Урала, архивные (неопубликованные) ряды гидрометеорологических, аэро- и гео- физических наблюдений, другие эмпирические данные;
- картографические произведения - старые карты и карты-схемы от времен первых геодезических исследований на Урале начала XVIII в. до работ военных топографов конца
XIX в, большинство из которых изучалось в Государственном Архиве Свердловской области, в Гидрометфонде Уральского управления гидрометслужбы; современные картографические материалы.
Научная новизна исследования заключается:
- в создании первого полномасштабного естественно-исторического описания исследований географической оболочки на Урале за трехвековой период;
- в комплексном представлении истории становления уральской метеорологии и геофизической основы изучения географической оболочки;
- в установлении основополагающего концептуального вклада французской естественнонаучной школы в начале уральских гео- и атмосферно-физических исследований XVIII-XIX вв ;
- в воссоздании целостной истории исследования радиоактивности на Урале, истории радиоактивных загрязнений Урала и проблем, порожденных ими, с привлечением материалов собственных экспедиционных радиационных исследований;
в уточнении сроков начала и проведения системных наблюдений за метеорологическими элементами на Урале;
- в уточнении начала антропогенных возмущений ряда естественных региональных геофизических элементов физическими полями и излучениями на основе привлечения естественно-исторических данных мониторинга окружающей среды;
- в установлении и обощении сведений о мультифакторном проявлении региональной изостазии, выделении значения этого для понимания физико-географических явлений, процессов в географической оболочке на Урале, эволюции Уральских гор на основе комплексного историко-научного изучения климатологических, геологических, геофизических, геохимических, геоботанических картографических материалов, содержащих информацию о процессах в географической оболочке на Урале;
- в установлении отдельных фрагментов истории биосферного изучения географической оболочки на Урале, разработке малоизвестного физико-географического и геоэкологического наследия ряда исследователей Урала, восстановлении связанных с ними биобиблиографических сведений; определении вклада в уралистику отдельных экологических школ и естествоиспытателей, работавших на стыке биосферных и геосферных проблем;
- в разработке критериев ограничения допустимых диапазонов физических факторов урбанизированных сред и обеспечения экологического комфорта человека на базе сведений о
региональных естественных вариациях климатических и геофизических характеристик и модельных представлениях о кибернетическом действии экологических факторов;
- в оценке на этой основе состояния наиболее социально значимых современных урбанизированных точечных сред;
в выявлении некоторых общих тенденций развития фундаментальных естественнонаучных знаний в областях смежных с физикой (геологии и биологии), на основе изучения персонального наследия ученых, работавших на Урале. Теоретическая значимость исследования заключается:
- в установлении перспектив и тенденций современной системы знаний о географической оболочке на основе изучения наследия естествоиспытателей-уралистов, и достижений уральской геосферной школы;
- в накоплении сведений о закономерностях географического распределения и миграции антропогенных загрязнений на основе обобщения и выяснения хронологии региональных антропогенных загрязнений, их динамики, природных геодинамических процессов;
- в уяснении истинных критериев ограничения антропогенных (техногенных) факторов на основе установления кибернетических принципов функционирования природных и урбанизированных систем;
- в установлении сходства теоретических подходов и принципов в смежных естественнонаучных дисциплинах, свидетельствующих о вероятном существовании универсального механизма эволюционирования физических, геологических (химических) и биологических систем.
Практическое значение состоит:
- в применении новых современных подходов в ретроспективном анализе географической, геологической и экологической ситуации в зоне Урала и других регионах мира, трансформации географической оболочки;
в совершенствовании подходов к комплексированию исторических
картографических материалов для оценивания региональных природных ресурсов;
-в переоценке значения накопленной ранее картографической и топографо-геодезической информации для использования в будущих географических исследованиях;
- в повышении качества научного прогнозирования природных и антропогенных изменений уральского региона биосферы;
- в оптимизации системы мониторинга природной среды в регионе.
Использование результатов работы возможно в процессе чтения общих и специальных курсов по истории науки и техники, окружающей среды, концепциям современного естествознания, основам безопасности жизнедеятельности человека, другим регионоведческим естественным дисциплинам. Итоговые материалы исследования будут полезны: для совершенствования современных стратегий экологически сбалансированного экономического развития Уральского региона; для развития географических основ теории экологического комфорта; для расширения практики экологизации урбанизированных сред и технических систем; для развития и формирования учебно-просветительской базы (в том числе и музейной инфраструктуры), повышения экологической культуры населения; для обоснования восстановления уральских естественно-исторических памятников; для увековечения памяти выдающихся деятелей уральской науки и техники.
Актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью комплексного анализа большого массива данных о географической оболочке на Урале, представляющих его естественную историю в новом свете.
Это делает востребованным использование разработанных соискателем материалов по истории исследования географической оболочки на Урале как для ускорения переориентации текущих научно-поискового и образовательного процессов, так и для более взвешенного решения важнейших региональных народнохозяйственных задач, таких, как совершенствование районирования уральского промышленного и аграрного комплексов, оптимизация региональной экологической нагрузки, полифункциональный мониторинг природных ресурсов края.
Необходимость в этом обусловлена и продолжающимся в настоящее время антропогенным загрязнением Урала, наличием тектонической, сейсмической, радиационной и др. видов активности, необходимостью выяснения роли геофизических факторов при проведении горных работ, предсказания таких нежелательных явлений, как, например, катастрофическое затопление крупнейшего в мире Третьего Березниковского калийного рудника на территории Верхнекамского калийно-магниевого месторождения (1980-е гг.). Актуальность темы исследования также связана и с обозначившимися в последнее время (1990-е гг.) нарушениями в эволюционировании климата Урала, вызванных в первую очередь, вероятно, массовой вырубкой коренных северных уральских лесов в этот период.
Актуальность темы исследования обусловлена также изменением социокультурной ситуации в России в последние годы, что позволяет более объективно оценить геоэкологическую трансформацию региона в ходе хозяйственной деятельности последних
десятилетий, более продуктивно подойти к ряду научных идей, ранее в силу разных обстоятельств неизвестных исследователям.
В этом аспекте необходимо отметить, что изучению естественнонаучного уральского наследия в советский период уделялось мало внимания, вследствие чего целостное естественноисторическое описание географической оболочки на Урале отсутствовало. Поэтому данное исследование представляется актуальным и по этой причине.
Методология исследований включает:
-создание источниковой базы исследования;
- историко-научный анализ развития представлений о географической оболочке на Урале;
-анализ факторов эволюции географической оболочки на Урале;
-разработку концептуальной линии исследования географической оболочки на Урале;
-исследование наследия биосферного естествознания и его адаптацию для анализа географических и геоэкологических закономерностей на Урале;
-комплексный географо-физический анализ этих закономерностей;
-установление взаимосвязи между ними на основе новейших естественнонаучных представлений.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1 .Источниковая база и обобщенные материалы о естественно-научной основе становления географо-физических знаний об Урале, региональной географической оболочке (XVIII-XX вв).
2. Результаты изучения основных этапов исследования географической оболочки на Урале (XVIII-XX вв.).
3. Хронология появления и накопления количественных сведений о географо-физических характеристиках Урала на различных этапах исследований и сведенные воедино наиболее значимые результаты основных инструментальных наблюдений в разные периоды их проведения в компонентах географической оболочки;
4. Результаты анализа концептуальной основы исследований географической оболочки на Урале (XVIII-XX вв.).
5. Материалы по истории формирования антропогенной экологической нагрузки (физические факторы) на Урале, их периодизация, результаты исследования географического распределения; сведенные воедино историко-научные материалы изучения естественных вариаций физических факторов и величин антропогенного загрязнения с выборочным анализом их и оценкой;
6. Обобщенные новейшие геофизические сведения за последние три десятилетия о естественной эволюции Урала и результаты выполненного на этой основе комплексного анализа современных физико-географических представлений и подходов к научному прогнозированию явлений в географической оболочке на Урале с учетом оценки роли физических полей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и приложений, содержащих фрагменты копий карт, рукописных источников, графиков и таблиц. Работа изложена на 414 страницах машинописного текста, включает 4 таблицы, 58 приложений и список из 582 использованных источников, из них 45 работ на иностранных языках.
Апробация работы и публикации
Содержание работы изложено в четырех монографиях, в серии статей, опубликованных в газете «Наука Урала», в сборнике ИИЕТ РАН «Исследования по истории физики и механики. 2001». М.: Наука, 2002. Монография «Естественно-историческое описание исследований окружающей среды на Урале» была издана при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 01-06-87037).
Результаты исследования выносились на обсуждение на научных конференциях различного уровня, таких как Всероссийская конференция «Физические проблемы экологии» (Москва: МГУ. 1999, 2001), V Всемирный Конгресс ВФАК ЮНЕСКО «Развитие и культура мира: стратегии и программы. Охрана окружающей среды» (Екатеринбург, 1999), «Проблемы радиоэкологии и пограничных дисциплин» (Заречный, 2001, 2002); IV международная конференция «Экологическое образование и просвещение населения» (Пущино, 1998); Первый Международный Симпозиум «Открытое общество и устойчивое развитие: местные проблемы и решения» (Москва - Зеленоград, 1999), XII Международный Конгресс по сохранению индустриального наследия «Возрождение старых промышленных центров и роль индустриального наследия» (Москва - Екатеринбург - Нижний Тагил, 2003) и др.; докладывались на географическом факультете УрГПУ, Институте геофизики УРО РАН, Институте экологии растений и животных УРО РАН, докладывалось объединенному собранию Отдела истории наук о Земле, сектора физики и механики, Экологического центра ИИЕТ РАН (Москва, 2003).
Урал как региональный элемент географической оболочки в естественно-историческом ракурсе - объект данного исследования
Как объект географических исследований Урал стал рассматриваться прежде всего описательной географией. Так, сведения о ландшафте и рельефе Уральских гор начали накапливаться с самого начала проникновения русских в Сибирь. Термины «Урал-камень» и «Уральские горы» появляются и утверждаются в русском лексиконе несколько позже. Отдельные исследователи1 связывают их появление с экспедицией Якова Тимофеевича Хитрово (1672-1673 гг.). Однако более широкое толкование термина «Уральские горы» связывают с «Лексиконом Российским» В.Н.Татищева. В нем он, как известно, представил Уральские горы как обширную горную систему, протянувшуюся с севера на юг на многие сотни верст: «Великий Пояс, горы каменные...начинаются при Вайгаче меж рек Печоры и Оби и продолжаются гребнем или грядою до вершины Яика и по Яику до Оренбурга» . Описательную характеристику Урала можно встретить и в работе В.И. де Генина «Описание Уральских и Сибирских заводов»3. Так еще в 1728 г. в первой главе своей работы «Абрисы» - «Что есть в Екатеринбурге и вокруг оного» - он писал: «...гор высоких в близости Екатеринбурга не имеется. А высокие горы имеются близ Чусовой реки...называются Уральскими» [25, с.28]. Существенно расширили представлений о ландшафте и рельефе Урала изыскания И.К.Кирилова, комплексные работы геодезистов и академических экспедиций XVIII - XIX вв. В различных аспектах это нашло отражение в работах П.И.Рычкова, П.С.Палласа, И.И.Лепехина, И.П.Фалька, Э.А.Эверсмана, А. фон Гумбольдта, Э.К.Гофмана, Г.П.Гельмерсена, А.Г.Шренка, Г.С.Карелина, Г.Е.Щуровского, А.Регули, М.Г.Меглицкого и А.И.Антипова, А.А.Тилло, П.И.Кротова, С.И.Коржинского, П.Н.Крылова, П.В.Сюзева и др. В XX в. существенный вклад в развитие представлений об уральских ландшафтах, их связи с рельефом и другими характеристиками и компонентами среды внесли И.М.Крашенинников, А.В.Журавский, В.А.Варсанофьева, С.С. Неуструев, Б.Н.Городков, А.Н.Алешков, И.П.Герасимов, Л.Д.Долгушин, Л.А.Троицкий, С.Г.Боч, И.И.Краснов, А.А.Колоколов, В.Н.Сукачев, В.Б.Сочава, П.Л.Горчаковский, Д.В.Рыжиков, Г.А.Максимович, К.А.Горбунова, А.П.Сигов, В.С.Шуб, А.М.Оленев, А.О.Кеммерих, М.А.Андреева, И.С.Шахов, А.М.Черняев, Б.А.Чазов, В.И.Прокаев, А.С.Хоментовский, Ф.Н.Мильков, А.А.Чибилев, Кадильников, Л.Ф.Куницын, А.А.Макунина и др.
Существенно сложнее обстояли дела с теоретико-географическими исследованиями Урала, так как для этого были необходимы не только точные знания о его поверхности и климате, но и знания о коре, внутриземных оболочках Урала, его атмосферно-физических и геофизических характеристиках, процессах в них, связях с гео- и космофизическими возмущениями, другие естественнонаучные знания, смежные с географией. Сдерживали эти исследования и «белые пятна» в области самой описательной географии. Так, ряд открытий на Урале был сделан только в советский период. Например, на Полярном Урале были выделены Исследовательский, Народно-Итьинский хребты, определена высшая точка Урала - гора Народная. В 1929 г. при изучении следов древнего оледенения А.Н.Алешковым было обнаружено современное оледенение (г. Сабля). Благодаря Е.Н.Ивановой и Б.А.Лебедеву стали известны почвы горной полосы Урала, а стараниями Б.Н.Городкова, В.Б.Сочавы, К.Н.Игошиной, В.С.Говорухина, П.Л.Горчаковского и Б.П.Колесникова и др. были выявлены особенности состава и размещения лесов на Урале, их соотношение с тундрой и степями, характер гольцовой растительности в горах. В советский период появились и комплексные физико-географические исследования по отдельным районам Урала: Приполярному (Л.Д.Долгушин), Среднему (В.И.Прокаев, А.Г.Чикишев), Южному Уралу (Чибилев А.А.).
С историко-научных позиций обилие и разнообразие уральских ландшафтов, сложность их физико-географического районирования, усугубленное антропогенными факторами и сложной естественной историей Уральских гор, а также отсутствие знаний о кибернетических закономерностях развития геоландшафтов привело ныне к необходимости исследования не столько истории описательных географических работ по Уралу, сколько истории фундаментальных исследований его географической оболочки в целом. Только такой интегративный подход, по нашему мнению, позволяет вскрыть на примере одного из древнейших географических объектов взаимосвязи и закономерности между явлениями в смежных подразделениях возмущенных участков географической оболочки, сконцентрированные ныне в разных областях естествознания и использовать их для развития теоретической географии. Руководствуясь этим, рассмотрим сформировавшиеся комплексные представления об объекте исследования - Урале как региональном элементе географической оболочки.
Для рельефно-ландшафтной характеристики Урала воспользуемся работами А.М.Оленева, Ф.Н Милькова и Н.А. Гвоздецкого4. Согласно им Урал - это горная физико-географическая страна, включающая территорию, вытянутую в меридиональном
4 Оленев A.M. Урал и Новая Земля. М., 1965; Урал и Приуралье. М., 1968; Мильков Ф.Н., Гвоздецкий Н.А. Физическая география СССР. М., 1986; Оленев A.M. Воздействие макрорельефа на климат и ландшафтные комплексы. Свердловск, 1987. направлении от берегов Карского моря до степей Казахстана. Ее протяженность более 2000 км (от 68 до 51 с.ш.), а ширина - 40-60 км, местами до 100 км. На северо-западе Урал через хр. Пай-Хой и о. Вайгач переходит в горы о.Новой Земли, на юге переходит в горные гряды Мугоджар. Естественные границы Урала совпадают с морфоструктурными рубежами, где наблюдаются резкие изменения в характере всех компонентов природных условий. Восточная граница совпадает с тектоническим уступом на контакте с четвертичными отложениями Западной Сибири. Западная граница менее четкая, хорошо выражена лишь на Северном и Среднем Урале. На других участках ее проводят по Восточному прогибу, сложенному пермско-триасовыми отложениями. Северная граница проходит по побережью Карского моря, а южная - условно по широтному течению р.Урал (прил. №1 А).
Орографические элементы обусловлены ориентировкой геологических структур. На крайнем севере располагается хр. Пай-Хой - невысокая (до 423 м) слабохолмистая возвышенность, южнее которой находится Заполярный Урал. Абсолютная высота более 1000 м. Южнее Собь-Елецкого прохода начинается Полярный Урал.
Полярный Урал протянулся от северной оконечности г. Константинов Камень до верховьев р.Хулги. Высота гор здесь достигает 1300-1400 м. Для среднегорного рельефа района характерны ледниковые формы и формы, созданные морозным выветриванием.
Приполярный Урал протягивается от верховьев р.Хулги до р.Шугера (64 с.ш.). Это самый высокий район Урала с высотами 1600-1800 м. Горная полоса здесь расширяется, а орография усложняется. Много форм рельефа, связанных с былым оледенением и морозным выветриванием. Преобладают обширные высокие плоскогорья, над которыми поднимаются хребты. На хр. Исследовательский находится самая высокая вершина Уральских гор - г. Народная (1894 м).
Северный Урал начинается с г.Тельпозиз (1617 м) и заканчивается г.Конжаковским Камнем (1569 м). На этом участке Урал тянется строго по меридиану 59 в.д. Полоса представлена 3 плосковерхими хребтами. Преобладает средневысотный (до 1400-1600 м) эрозионный рельеф с участками гольцов по высоким хребтам и массивам. Центральный хребет известен под названием Поясовый камень (вые. 1315 м- г.Ойка-Чакур).
Средний Урал протягивается с 59 (Косьвинский Камень) до 55 с.ш. (г.Юрма - 1002 м, и долины притока р. Уфы - р.Уфалея). Водораздельная линия здесь смещается к востоку, а строго меридиональное простирание сменяется юго-юго-восточным, образуя гигантскую дугу (Уфимский амфитеатр). Это самый пониженный участок горной полосы с рельефом низкогорий (высотами не более 600-800 м.). Максимальная же высота гор здесь 878 м (г. Качканар). Южный Урал протягивается с 55 25 с.ш. до широтного отрезка р.Урал и подразделяется на 2 части - северную гористую и южную платообразную. Горы здесь наиболее широки (ширина горного рельефа достигает 120 км, а высоты -1500-1600м). Представлен несколькими рядами крупных хребтов, из которых водораздельным является хр. Уралтау. Максимальная высота Южного Урала - г.Ямантау (1640 м). Как и на Северном Урале, здесь преобладают эрозионные среднегорья. На высоких хребтах и массивах имеются участки гольцового рельефа. Южнее широтного отрезка р.Белой наблюдается общее падение высот до 500-600 м. Здесь ясно выражен Южноуральский пенеплен (Зилаирское плато) - высоко приподнятая равнина со складчатым основанием, рассеченная глубокими каньонообразными долинами рр.Сакмары, Губерли, Большой Ик и др. На востоке осевая часть Южного Урала переходит в Зауральский пенеплен - более низкую и сглаженную волнистую равнину со средними высотами 280-300м. Восточнее Среднего Урала начинаются восточные предгорья, которые характеризуются увалистым рельефом с высотами редко превышающими 400-500 м. Меридиональная ориентировка увалов здесь выражена более отчетливо, а сложены восточные предгорья здесь в основном вулканогенными, осадочными и магматическими породами Тагильско-Магнитогорского синклинория.
Западные предгорья Урала характеризуются холмисто-увалистым рельефом, имеют высоту до 550 м и сложены осадочными, собранными в складки породами палеозоя, среди которых распространены известняки и доломиты. Во многих районах развит карст. В ряде мест по окраине предгорья приобретают характер возвышенной равнины.
Благодаря тому, что западные предгорья несколько выше и занимают более широкую полосу, чем восточные, Уральские горы ассиметричны с более коротким и крутым восточным склоном.
Огромная меридиональная протяженность Урала обусловливает смену типов климата от тундрового на севере до степного на юге. Контрасты между северным, и южным климатами на Урале резче проявляются летом (средняя температура в июле на севере - 6-8С, на юге - 22С), а зимой различия сглаживаются, (средняя температура января на севере -20С, на юге. -15-16С). Благодаря рельефу наблюдается смещение типов климата на юг. Поперечное направление по отношению к господствующим западным ветрам обусловливает большую увлажненность западных склонов: в Уфе (173 м над уровнем моря) - 419 мм в год; на восточном склоне в Челябинске (228 м) -361 мм. Разница в осадках между западной и восточной сторонами Урала местами превышает 200 мм. Больше всего осадков выпадает на западном склоне Приполярного Урала (до 1000 мм.). Горный рельеф усиливает увлажнение Урала, и в горах годовая сумма осадков практически повсюду составляет более 550-600 мм. В верховьях Вишеры за год выпадает до 800 мм. На крайнем севере Урала и на Новой Земле оно уменьшается до 300 мм. Относительная влажность воздуха на севере (в тундровых районах Урала) в летние периоды достигает 70-80%, в лесистых районах Среднего Урала - 50-60%, а в засушливых степных районах Южного Урала - 45-30% (прил. №1Б).
Можно отметить также, что удаленность Урала от Атлантического океана определяет общую континентальность климата. С севера Урал открыт влиянию холодного Северного Ледовитого океана, а с юга - засушливых районов Казахстана. Горный рельеф существенно влияет на климат. Вследствие меридионального протяжения гор климат восточного склона Урала и Зауралья существенно континентальнее и суше климата западного склона. Изменение климата наблюдается и по вертикали в горах Урала. С подъемом вверх снижается температура воздуха, возрастает количество осадков и облачность, усиливаются ветры. Климат вершин Урала, поэтому много суровее по температурному режиму и влажнее, чем внизу, у подножия склонов. В формировании климата Урала велика роль западного переноса воздуха. При этом атлантические воздушные массы на подходе к Уралу утрачивают часть влаги и приобретают черты континентальных воздушных масс. Уральские горы оказывают на них барьерное влияние, что сказывается на климате прилегающих равнинных районов: в Предуралье возрастают осадки и снежный покров. К востоку от Урала заметно уменьшается влажность. Зима становится более морозной и малоснежной. Следует отметить, что снежный покров на Полярном Урале появляется уже в сентябре и сохраняется до июня (240-250 дней), а на самом юге устанавливается в ноябре и исчезает в апреле (150-160 дней). К концу зимы средняя толщина снежного покрова на западном склоне Северного и Приполярного Урала превышает 90 см. В Зауралье снега выпадает меньше, а в степных районах толщина не превышает 40-30 см. Она увеличивается с высотой в горах и становится наибольшей в верхней части лесного пояса. Обилие снега на западном склоне увеличивает весенний сток рек западного склона, делает половодье там более высоким и растянутым по сравнению с половодьем рек восточного склона.
В меридиональном направлении зимой вдоль Урала нередки прорывы далеко на юг холодного арктического воздуха, а летом вторжения воздушных масс с юга. Особенно это характерно для восточного склона Урала, что приводит к большой изменчивости погоды весной и осенью. В целом можно указать на постепенное уменьшение атмосферного давления при переходе из южной части Урала к северной. В летний период давление на Урале понижается. При этом в меридиональном направлении отмечается его относительное повышение к северу и югу. Циклоны с запада приносят летом дожди и прохладную погоду.
В плане климатического районирования с юга и примерно до Полярного круга Урал лежит в умеренном климатическом поясе. Самые северные его тундровые районы Полярного Урала и Пай-Хоя лежат в пределах субарктического пояса. На Полярном и Приполярном Урале имеются каровые и горно-долинные ледники5.
Реки Урала с развитой речной сетью на западном склоне относятся к бассейну Каспийского, Карского и Баренцева морей. Величина речного стока увеличивается с юго-востока на северо-запад. Максимум наблюдается на западе Полярного Урала (до 40 л/сек на 1 км ). В лесной зоне Среднего и Южного Урала среднегодовой модуль стока составляет от 10 до 25 л/с. Речная сеть на западном склоне развита лучше, реки многоводные. Наиболее водоносны реки бассейна Печоры, наименее - р.Урал. Объем среднегодового стока равен 153,8 км (9,3 л/сек с 1 км ), из них 95,5 км приходится на бассейн pp. Печора и Кама. Наиболее крупными реками являются Печора, Белая, Чусовая, Уфа, Урал, Ай. В лесостепной зоне Урала модуль стока падает до 3-1 л/с с 1 км а в степном Зауралье до 0,5 л/с (прил. №1В).
Организация Екатеринбургской Магнитной и Метеорологической Обсерватории как центра изучения окружающей среды на Урале: Ф.Араго, А.фон Гумбольдт и А. Купфер
Следующий этап в развитии исследований географической оболочки на Урале, формировании унифицированной стационарной системы метеорологического (атмосферно-физического) и геофизического мониторинга, выявлении связи ландшафтов с региональными климатическими, геофизическими и геологическими характеристиками был концептуально связан с Д.Ф.Араго, А. фон Гумбольдтом и А.Я.Купфером.
Так, Купфером и Гумбольдтом в отличие от Шапп д Отроша были предприняты шаги для изучения высоты Уральских гор вдоль их осевой части (Средний и Южный Урал). Купфером, помимо изучения термического режима атмосферы, впервые исследованы внутриземные термические характеристики, создана система регионального магнито-метеорологического мониторинга (Екатеринбург, Златоуст, Богословск). Араго поставил проблему комплексных атмосферно-физических и геофизических исследований: векового хода магнитного склонения (миграции северного геомагнитного полюса), указал на фундаментальную значимость исследования связи геомагнитных явлений и полярных сияний, актинометрических исследований. Гумбольдтом была поставлена проблема исследования климатической зональности, закономерностей распределения региональной растительности от высоты мест над уровнем моря, в комплексной взаимосвязи с климатическими, геофизическими и геологическими характеристиками исследованы возможные сценарии уральского горообразования и его широтно-долготной доминанты.
К сожалению, в комплексном подходе влияние идей этих ученых не было исследовано уралистами и по существу с естественно-исторических позиций впервые было отражено мною в [266,270]. Покажем это.
Истоки возникновения стационарных пунктов геомагнитных измерений на Урале в концептуальном отношении связаны с именем Доминика Франсуа Араго (1786-1853 гг.). В 1810 году он начал исследования длинного ряда магнитных измерений в Парижской обсерватории. Оказалось, что с 1580 г. магнитное склонение год от года увеличивалось к западу. В 1814 г. он обнаружил, что вековое движение склонения к западу остановилось, а с 1817 начало обратное движение. В 1819 г. с целью выяснения аналогии в изменениях векового хода склонения в других точках земного шара Араго организовал синхронные наблюдения в Западной Европе, а в 1823 г. привлек для их расширения Адольфа Яковлевича Купфера из Казанского университета. В итоге было установлено, что перемещение магнитной стрелки в Париже и Казани, удаленных друг от друга почти на 47 долготы происходят одновременно [149,с.12-13]. Стало очевидной необходимость расширения исследований на территорию Азии, организации обсерватории на границе Европы и Азии. Работая с А.фон Гумбольдтом, Араго постарался, чтобы в программу экспедиции Гумбольдта в Россию, вошли новейшие проблемы науки о Земле того времени, а в организационном плане оказывалось содействие развитию стационарных геофизических пунктов.
Ввиду принципиальной важности идей Араго в развитие геофизических знаний первой трети XIX в. остановимся на них более подробно.
Так, ему принадлежат идеи об усилении световых лучей при отражении от поверхности воды и лучей, отражающихся от морского дна, что дало возможность оптически исследовать глубину морского дна и глубоководных водоемов, им изобретена полярископная трубка (1811 г.), выявлено агрегатное состояние вещества Солнца, связь изменения геомагнитного поля с полярными сияниями (1811-1824 г.) и т.д.
В области метеорологии Араго занимался как теоретическими, так и практическими проблемами, выступал против теории температурной "компенсации", согласно которой, наступление холодных полярных потоков воздуха в одной области должно было соответствовать их отступлению в других. Араго же считал, что на аномалии температур влияют местные условия, что подтвердилось впоследствии [484, с. 177].
Из прикладных исследований он занимался дождемерными измерениями осадков, выпадающих из атмосферы на разных уровнях земной поверхности, и причинами этого, исследованием термического режима почвы [484, с.29].
Для оценки величины солнечной радиации им был разработан актинометр, получивший впоследствии его имя. В контексте данного исследования укажем, что его актинометр представлял собой пару термометров, помещенных в особую стеклянную оболочку, один из которых имел зачерненный шарик. [484, с.320].
Араго принадлежит установление связи между полярными сияниями и магнитными бурями [482, с.20]. Но самыми важными для возникновения и становления уральской естественнонаучной школы, явились вышеупомянутые исследования Араго вековых изменений магнитного склонения. Из «экологических» идей Араго отметим теорию влияния химических агентов воздушной среды на появление холерных эпидемий. В качестве причин изменения их влияния он рассматривал атмосферное электричество и магнетизм. Во время холерной эпидемии 1837-1838 гг. его точки зрения придерживались многие врачи [500, с. 194].
Араго было также установлено, что, вследствие отражения от поверхности Земли или частиц пыли в воздухе, свет неба поляризован за исключением некоторых небольших участков, один из которых получил его имя [199, с.27-29]. Араго показал принципиальное отличие лунного света от прямого солнечного и поставил эту проблему в контексте управления поведением биологических систем [500, с.536]. Им же установлено явление хроматической поляризации атмосферной пыли ("красных зорь"), после сильных извержений вулканов [199, с.27-29].
Несомненна и заслуга Араго в становлении и интернализации деятельности исследователей. Здесь он выступал как достойный преемник подходов Ж.Н.Делиля. Материалами архива последнего он активно пользовался, будучи секретарем Бюро долгот, созданного, как известно, по образцу делилевского Географического Департамента России. В частности известно, что в свое время Араго принял из Архива Военно-морского флота астрономическую часть коллекции Делиля, а позднее добился ее передачи Парижской обсерватории, директором которой стал с 1830 года. Именно он познакомил с трудами Делиля по дифракции Томаса Юнга и Огюстена Жана Френеля [309, с.7]. Последний был обязан Араго своим становлением, как оптик, и стал (1788-1827 гг.) соавтором Араго в ряде его оптических экспериментов [399,с. 163-171]. К сожалению, преждевременная смерть Френеля в 1827 году прервала это сотрудничество.
Привлечение к своим научным интересам А.Я.Купфера надолго определило российские геофизические исследования.
Отметим, что, когда в 1844 году архивом Делиля заинтересовался В.Я. Струве Д.Ф.Араго счел своим долгом передать его часть в Россию для того, чтобы он служил высшим научным интересам [309, с.7-8]. А.Гумбольдт широко использовал фундаментальные открытия и идеи Араго для фундаментальной географии, В этом аспекте как физик-теоретик, он имел на него большое влияние и во многом обязан Араго. В последующем, когда у Александра Гумбольдта завязались тесные взаимоотношения с Россией он активно использовал научно-теоретические и экспериментальные подходы Араго для формирования русских исследований окружающей среды1.
1 Отметим, что атмосферные электрические явления Араго рассматривал с широких географических и геофизических позиций, выделяя зоны различной грозовой активности и используя историю науки (в частности, наблюдения молний, выполненных Ж.Н.Делилем (Париж, 1712 г.) [12, с.24,с.77-79] и сходных с ними наблюдений Ж. Шапп д Отроша (Битше,1757 и Тобольск, 1761) [12, с.25,с.80]), Так он обращал внимание физиков на наибольшие и наименьшие промежутки времени, протекающие между молнией и громом. Первые Следующий пласт исторических событий, предопределивших развитие уральских естественнонаучных исследований, связан с именем Александра фон Гумбольдта
Являясь одним из основателей географии растений и учения о жизненных формах, он, как известно, обосновал идею вертикальной зональности, заложил основы общего земледелия и климатологии, оказал большое влияние на развитие эволюционных идей и сравнительного метода в естествознании. Поэтому исследуем его вклад в изучении Урала наиболее тщательно.
Как отмечал А.Х.Хргиан [484, с. 174]: " Гумбольдт ... был счастливым ученым, - ибо система климатов земного шара только одна и открыть ее можно только один раз". Следует отметить, что главной заслугой при этом явилось не то, что он построил первую карту изотерм (1817), на поверхности Земли, а то, что он заинтересовался ее биологическим содержанием. Экспедиция в Новый Свет дала возможность А.фон Гумбольдту сравнить климат умеренных и "равноденственных" широт; увидеть распределение поясов растительности по высоте; сходство этого распределения с распределением поясов по широтам.
Избранная же им методология изолиний за век до него уже была использована Галлеем (карта магнитных склонений, 1701 г.).
Впервые возможность провести исследования в России представилась Гумбольдту в 1808 г., но, реализовать ее тогда не удалось [163]. Цели его путешествия в Россию представлены в письме, А. Ренненкампфу (1812 г.)[350]: " я желал бы...проехать через всю Азию по 58 и 60 градусам широты от Екатеринбурга, Тобольска, Енисейска, Якутска до вулканов Камчатки и побережья Южного моря.
Поскольку страна имеет наклон к северу, можно будет увидеть выходы более новых формаций; затем нужно пройти с востока на запад по 48 широты через озеро Байкал и заняться изысканиями возле этой параллели, которые продлятся четыре - пять лет. Эти поездки не будут самыми дорогими, хотя придется пользоваться приборами самой современной конструкции, но малых размеров.
Это путешествие позволит разрешить сразу несколько важных задач:
1. содействовать развитию точных наук, общей физики, геологии, ботаники и всех других областей описательной естественнонаучной истории, теории магнита, истории атмосферы и т.д. и т.п.;
2. исправить карты при помощи астрономических наблюдений, без применения триангуляции, требующих слишком долгого времени; произвести барометрическое нивелирование, дать разрезы или профили как в моем Мексиканском Атласе;
3.-4 5. собрать в геологической последовательности по провинциям единственные в своем роде коллекции пород с территории в 1800 лье.
Как бы превосходны не были труды Гмелина, Палласа, Крашенинникова, Германа и др., наши работы будут более плодотворными в силу более общих и широких точек зрения, с каких сейчас рассматривается природа." Т.е. Гумбольдт ставил задачу комплексного изучения окружающей среды экспресс-методами, разработанными преимущественно французской школой естествоиспытателей.
Следующим важным этапом для развития уральских естественнонаучных исследований стало объединение усилий А.Я.Купфера, И.М.Симонова, Ф.Араго и А. фон Гумбольдта.
Известно, что во второй половине 1823 г. для осуществления творческих замыслов и оснащения Обсерватории Казанского университета, А.Я.Купфер вместе с И.М. Симоновым едет в Париж, где они вступают во взаимодействие с Гумбольдтом и Араго. Последний был в то время всецело поглощен изучением вопроса о связи ""неправильных"1" колебаний магнитной стрелки с северными сияниями" [349, с.20]. Узнав от Купфера, что в Казани создается физическая обсерватория, он предложил произвести одновременные наблюдения за магнитной стрелкой в Париже и Казани и посодействовал для унификации магнитных наблюдений приобрести деклинатор Гамбея, прибор, каким он пользовался в Париже [349, с.21].
В феврале 1824г. А.Купфер прибыл в Казань и попытается организовать несколько пунктов для проведения магнитных измерений, в том числе и в Екатеринбурге. О чем свидетельствует Гумбольдт в его переписке с Е.Ф.Канкриным (письмо от 26 февраля 1828 г. [350]). Впоследствии это сотрудничество Араго и Купфера Гумбольдт, оценивал как важное событие в истории науки [349, с.20]. К сожалению, письма Гумбольдта и Араго из архива ГФО бесследно исчезли [349, с.8, с.21] во время блокады Ленинграда.
Во второй половине 20-х гг. XIX в. Гумбольдту снова представляется возможность посетить Россию. В 1828-1829 гг. он содействовал экспедиции по России К, Ганстеена и А.Эрмана, с целью определения элементов земного магнетизма, что отражает его стремление собрать наибольший материал о России для его последующего обобщения. Урал и Екатеринбург обязаны этим исследователям первыми измерениями магнитного наклонения и горизонтальной составляющей Н. Для Екатеринбурга (1828 г.) они составили 69 33 и 0.18552 Эрстед [149; с.99, с. 126], соответственно. Ими же обнаружена в Екатеринбурге магнитная аномалия (при сравнении результатов исследований, проведенных учеными в разных точках города, обнаружилась разность в склонении на целый градус, в наклонении -на 18 минут. К сожалению, места измерений остались неизвестными, потому полученные ими результаты представляют ныне лишь исторический интерес.
Эти исследования на Урале К.Ганстеен и А.Эрман выполняли в ходе совместного путешествия с А.Я.Купфером [572], мало изученного современными уралистами. В [266.270] мною эта часть естественнонаучной истории была рассмотрена подробно и приведены результаты их уральских исследований. В преддверии этого путешествия Ганстееном бьша подробно проанализирована ранняя история геомагнитных измерений в России и на Урале, в частности, что отражено в его капитальном труде [563].
Из результатов моих исследований выделим здесь следующее. Программа А.Купфера во многом предвосхищала программу А. Гумбольдта, детали его путешествия и результаты приведены в его «Путешествии на Урал» ("Voyage dans ГОигаї", Р.:1833)[572] и недавно отчасти переведенной на русский язык [201, с. 75 - 83]. С А.Купфером в данном научном путешествии участвовал казанский аптекарь, знаток приволжской флоры К. К.Клаус, в последующем известный первооткрыватель рутения (1844 г.). Отметим, что в 1851 г. он же одним из первых в России стал использовать количественные методы в сравнительной флористике.
Уральская часть путешествия в книге Купфера изложена в гл. III,IV, результаты и методики исследований даны в приложении [572, с.230-428].
Путешествие продолжалось шесть месяцев и началось в июле 1828 года в Казани. Его маршрут включал: Казань - Бугульму - Уфу - Златоуст - Миасс - Сысерть - Екатеринбург -Невьянск - Нижний Тагил - Кушву - Верхотурье и Богословск.
Уральская часть путешествия началась 4-5 августа В Златоуст путешественники прибыли вероятно 5-6 августа, где задержались на несколько дней для знакомства с заводом и определения высоты Таганая. Барометрическое определение высоты Таганая, проведенное Купфером 12 августа по формуле Лапласа дало его высоту в 1067 метров над уровнем моря и 703 м над средним уровнем Златоуста. За барометрическую высоту уровня моря принималось значение, найденное Араго (760,9 мм.рт.ст.). Измерения проводились ртутным барометром собственной конструкции (по причине выхода из строя барометра Гей-Люссака). Для измерения температуры использовался термометр Реомюра.
Купфером были посещены золотые прииски и цирконовые шахты в Миассе, Ильменские горы, Челябинск, Сысерть, Екатеринбург. Описаны достопримечательные места и горные производства.
В Екатеринбурге путешественники оказываются скорее всего в конце августа - начале сентября. Здесь они они посетили Березовские золотые промыслы и встретились с К. Ганстееном из Христиании (Осло, Норвегия) и его спутниками А.Эрманом и Г.Дуэ. Совместно с ними они совершили поездку до Богословска (ныне г. Карпинск), который находится на 420 верст севернее Екатеринбурга [201, с.82]. Таким образом, по маршруту: Екатеринбург - Невьянск - Нижний Тагил - Кушва - Богословск и обратно Купфер путешествовал вместе с Ганстееном и его спутниками, был свидетелем проводимых ими магнитных измерений. В частности, он пишет: "По дороге из Екатеринбурга в Невьянск (95 верст) не было ничего замечательного, за исключением нескольких магнитных наблюдений, выполненных г. Ганстееном" (пер. мой -В.Л.). Сам А.Купфер в ходе этой поездки измерял высоту местности, относительно уровня моря и температуру. Им была установлена [572, с.255 -304] разница барометрических высот Златоуста и Богословска (11,8 мм рт.ст.), и определено, что относительно уровня моря Богословск (571 м) находится ниже Златоуста (703 м) на 132 м. Его альтиметрические измерения в отличие от исследований Ж.Шапп д Отроша выполнялись в меридиональном, а не широтном направлении и, безусловно, представляли ценность для установления высоты Уральского хребта.
Из термометрических исследований наиболее интересны измерения температуры почвы в сравнении с температурой воздуха и глубинные термометрические измерения, которые относятся к первым известным системным измерениям такого рода на Урале. В последних деятельное участие принял и А.Эрман. Так измерения в Турьинских шахтах, расположенных недалеко от Богословска, показали, что в среднем с увеличением глубины на 1 м Температура недр возрастает на 0,04 градуса Реомюра (0,05 С - кусив мой). Можно отметить также, что измерение влажности воздуха на Урале Эрманом проводилось новейшим для того времени психрометром Августа, разработанным в 1827 году [483, с. 63].
Посещение А. фон Гумбольдтом России с его берлинскими коллегами - минералогом Г.Розе и биологом Х.Эренбергом - было умело использовано Купфером для расширения геомагнитных измерений в России (подобных тем, что вели Араго и Купфер), которые, по его мнению следовало проводить ежечасно в особые ("международные") дни по согласованию с другими Европейскими обсерваториями. Это было одобрено, и Купферу было поручено подготовить перечень практических мероприятий по осуществлению предложений Александра фон Гумбольдта. Для практической реализации этого проекта на первый план была выдвинута идея сети стандартизированных магнитных измерений, на которые Горный департамент готов был выделить средства. Не очень популярной, но понятной была и идея совместных метеорологических наблюдений, которые, по мысли Купфера должны были способствовать установлению границ произрастания зерновых хлебов на территории России (т.е. представляли прикладной аспект, развитой ранее Гумбольдтом, теории о температурном распределении растительных зон).
Геодезические изыскания на Урале советского периода
Как следует из глав 1.2-1.6, 2.5, а также из источника [240, с.57-58], геодезические работы на Урале дореволюционного периода сводились к следующему:
1. Астрономо-геодезические работы горных заводов, земель оренбургского казачьего войска и переселенческого управления.
2. Нивелирование по железнодорожным магистралям.
3. Топографические съемочные работы с выраженным рельефом в горизонталях, - как единичные случаи по инициативе отдельных лиц и предприятий; с рельефом, выраженным в штрихах - работы корпуса военных топографов и французских съемщиков -Бержье и Алл ори.
Согласно [105, с.218], геодезические изыскания советского периода принято исчислять с момента подписания В.И.Лениным Декрета о создании в стране геодезической службы (15 марта 1919 г.). В деле становления такой службы на Урале большая заслуга принадлежит профессору Уральского горного института, впоследствии (1946 г.) ставшего членом-корреспондентом АН СССР, Николаю Георгиевичу Келлю (1883-1973).
Именно Н.Г.Келль в советский период стал инициатором проведения на Урале планомерных топогеодезических съемок [468, с.40; 449, с.387 ]. Его вклад оказался особенно важным, так как "отсутствие точной топографической основы в значительной мере задерживало не только развитие изучения общих физико-географических особенностей Урала, но и составление геологических карт, - этой основы всего его геолого-минералогического изучения.
Дело доходило до того, что когда уже в советское время приступили к геологической съемке в очень крупном масштабе, нередко топографическим партиям приходилось работать одновременно с геологическими, или даже геологические партии повторяли свои работы, чтобы нанести их данные на топогеографическую основу.
Отсутствие точной топографической основы очень тяжело чувствовалось во всех вопросах промышленного, сельскохозяйственного, транспортного и коммунального хозяйства." [240, с.55-56]. В связи с этим возникла необходимость скорейшего физико-географического изучения территории Урала и разработки методики топографического его изображения. В первую очередь все усилия были направлены на то, чтобы в кратчайший срок создать точную топографическую основу на Урале.
В этом отношении пребывание в тот период Н.Г.Келля в Екатеринбурге -Свердловске оказалось очень своевременным, так как его фундаментальные геодезические идеи по применению фотограмметрии для географического и геологического картирования [465, с.82], а также опыт работы в качестве топографа в экспедиции РГО на Камчатке (1908-1910 гг.) [105, с.218] позволили начать на Урале планомерную топографическую съемку с использованием новейших фундаментальных подходов.
Известно, что это нашло отражение уже в первых конспектах его лекций, которые он начал читать в Уральском горном институте. Последние были опубликованы в 1919 г., а затем в расширенном и углубленном варианте переизданы в 1933 г.1
Согласно [105, с.224], «первая часть этого капитального произведения явилась одной из первых советских книг по высшей геодезии, обнимавших эту дисциплину более менее полно, а не излагавших только практическую ее часть».
В Екатеринбург же Н.Г.Келль приехал в 1915 г. сразу по окончании Петербургского горного института и здесь начал работать сначала на аффинажном заводе, а затем - с 1917 г., в Уральском горном институте, где стал организатором кафедры геодезии [449, с.387] или более точно - геодезического кабинета [465, с.82]. В Горном институте с 1917 г. он последовательно исполнял обязанности доцента (1917-1920), профессора (с 1920 г.) вышеозначенной кафедры, а в административном плане - должности заведующего геодезическим кабинетом (1917-1922), ректора (1919-1920) и директора Горного института, после вхождения его в состав Уральского государственного университета (1921-1922) [465, с.82].
Существенным вкладом Н.Г.Келля стало исследование им геодезического обоснования топографических съемок. В этом плане большое внимание им было уделено методам графического уравнивания, в частности, метода графического уравнивания обратных засечек, впервые примененного им же при обработке его маршрутной триангуляции на Камчатке. В итоге, это направление его исследований нашло отражение в его монографии "Графический метод в действиях с погрешностями и положениями" .
Для совершенствования топогеодезических работ, выполняемых в СССР, им также было проведено обоснование целесообразности выбора оптимальной системы координат-системы координат Гаусса-Крюгера. Так в 1926 г. Н.Г.Келль в статье, напечатанной в "Трудах Первого Общесибирского Маркшейдерского съезда (Томск, 1925 г.), указывал, что "эти координатные системы (плоские, прямоугольные конформные для значительных пространств) должны быть общими для всех ведомств, чтобы каждая отдельная съемка, как бы она мала ни была, могла быть использована для пополнения карт каким угодно ведомством. Мне кажется, что уже пора приступить к обсуждению этого вопроса заинтересованными ведомствами. Это должно явиться одной из задач учрежденного Геодезического Комитета при Госплане" (цит. по [105, C.220J). Таким образом, Н.Г.Келль уже в своей первой статье, посвященной системе плоских прямоугольных конформных координат, проявил государственный подход в решении одного из основных вопросов в геодезии - вопроса о выборе для СССР соответствующей общегосударственной системы координат и рекомендовал систему, которая теперь (1974 г.-В.Л.) принята в нашей стране для всех видов топографических съемок и картографических работ. Н.Г.Келль был не только инициатором этого крупнейшего государственного мероприятия в области геодезии, но и опубликовал первое в СССР "Практическое руководство для геодезистов, землемеров, маркшейдеров, топографов и гидрографов" под названием "Координаты Гаусса-Крюгера и их применение" (М.,1930). Эта книга, переизданная в 1932 г., в истории развития советской геодезии занимает особо важное место. Она впервые ознакомила наших специалистов с практической стороной вопроса, связанного с применением этих координат, показав всю простоту и строгий порядок перехода к системе плоских конформных координат" (см. там же, с.220-221). Применение этой системы координат не только упростило задачи обработки опорных геодезических сетей низших классов, но и упорядочило геодезические съемочные работы разных ведомств и учреждений. В итоге, как отмечали В.Н.Ганышш и Л.С.Хренов, "теория и практика применения координат Гаусса-Крюгера в СССР оказалась разработанной значительно полнее и шире, чем в Европейских странах, в которых эти координаты имеют применение" [105, с.221].
Не менее важным вкладом Н.Г.Келля в дело топогеодезического изучения Урала стало внедрение им фотограмметрических методов картирования территорий. Как отмечается в [105, с.221], "работы Н.Г.Келля в области фотограмметрии сыграли большую роль для развития аэрофотосъемки в СССР, являющейся теперь самым прогрессивным методом картирования...За последние годы (т.е. к середине 70-х годов XX в. -В.Л.) не выходит ни одной работы по фотограмметрии, в которой не были бы использованы труды Н.Г.Келля. Он писал: "Таким образом завершается цикл развития картографии: человечество начало с карт-картин и кончает цветными стереоскопическими видами с птичьего полета". В теоретическом плане существенное влияние на развитие фотограмметрии сыграла его работа "Пространственная обратная засечка в фотограмметрии" (1926 г.), в которой он разрешил ряд принципиальных (основных) и проблемных вопросов для высотно фотосъемки. В последующем результаты разрешения этих проблем он публикует в журнале "Геодезист" (1934; №№5,6; 1935 (5 статей); 1936; №3). В 1937 г. это нашло отражение в его монографии "Фотография и фотограмметрия" (1937 г.). Для Урала с его сложным горным рельефом это изначально было особенно актуально, т.к. отображение его рельефа традиционными способами было сопряжено с особыми трудностями из-за гористости, лесистости и болотистости местностей, особенно, когда требовалась их крупномасштабная детализация для тех или иных нужд.
Можно отметить, что на этой основе Н.Г.Келль в 1926-1927 гг. провел геодезические работы на г. Магнитной и несколько позже ряд важных исследований на Северном Урале [105, с.219]. В последующем научные подходы Н.Г.Келля нашли отражение в деятельности его преемников по геодезическому кабинету - профессора П.К.Соболевского и их сподвижника - профессора Федора Федоровича Павлова [465, с. 190].
При этом, если П.К.Соболевский, будучи организатором (1903/1904 гг.) и основателем маркшейдерской специальности в Русской Высшей Горной школе (1905/1906 гг.), а также организатором в ней первой геодезической и маркшейдерской лабораторий (Томск, 1906), очень много сделал для развертывания в Екатеринбурге соответственной лаборатории и последующего развития в ней прежде всего теоретической маркшейдерии (1923 г.), то Ф.Ф.Павлов, активно привлекая студентов, выполнил большой объем полевых геодезических исследований (1919 -1944 гг.) и стал фактическим реализатором вышеупомянутого Декрета 1919 г. и установок Первого общесибирского маркшейдерского съезда (1925 г.). Итогом их совместной деятельности стала оптимизация взаимодействия на локальном уровне решения и согласования общегосударственных геодезических задач с локальными региональными практическими задачами по картированию месторождений и задачами инженерной геодезии.
В научно-административном отношении это привело сначала к выделению из геодезического кабинета кафедры маркшейдерского дела (1920 г.). А затем, в 1920-1930 гг. к фактическому выделению из них кафедры геодезии и фотограмметрии. До отъезда в Москву (1933 г.) обеими "кафедрами" руководил П.К.Соболевский. С 1933 г. произошло реальное разделение кафедр. Кафедру геодезии и фотограмметрии возглавил Ф.Ф.Павлов, а кафедру маркшейдерии - Д.Н.Оглоблин.
Касаясь итогов практической геодезической деятельности в этот период, можно отметить, что после отъезда Н.Г.Келля в Ленинград в 1922 г., руководство всеми геодезическими съемками на Среднем Урале перешло в ведение Ф.Ф.Павлова. С 1925 г., помимо деятельности на кафедре, он возглавил геодезическую часть маркшейдерского отдела в УралоблСНХ. Именно "им была создана маркшейдерская триангуляция Среднего
Урала, ставшая основной для реконструкции маркшейдерской службы ряда горнопромышленных предприятий: выполнены большие объемы топоработ на площадках будущих промышленных гигантов _Уралмаша (Свердловск), Уралвагонзавода (г.Нижний Тагил), Эльмаша (Свердловск), Средне-Уральского медеплавильного завода (г. Ревда), Сухоложского цементного завода (Сухой Лог) и тд." [465, с.126]. В этом отношении можно отметить, что привязывание им при геодезической съемке предприятий тяжелой промышленности Среднего Урала к крестам Вознесенской церкви (одним из старейших архитектурных памятников Екатеринбурга - В.Л.) спасло последнюю от разрушения в 1920 гг. от варварского разрушения, что сделало имя Ф.Ф.Павлова легендой в среде горной интеллигенции уже при его жизни.
Так во многом, благодаря его усилиям и прокладке первоклассных и второклассных тригонометрических рядов, а также заполняющих сетей второго и третьего классов, точных определений астропунктов, прокладки высокоточных и технических нивелиров, ко второй половине 1930 гг. удалось построить географическую карту Среднего и Южного Урала, с изображенным на ней рельефом в изогипсах с отмывкой в масштабе 1:500000 [240, с.58]. В период деятельности Ф.Ф.Павлова получили большое развитие аэросъемочные работы . Частично была введена стереогравиметрическая наземная съемка; бьш издан ряд карт для Урала различного народнохозяйственного назначения в масштабах: 1:100000; 1:150000; 1:200000; 1:500000; 1:1000000 и 1:2000000 [240, с.59]. К 1940 гг. была произведена и съемка в масштабе 1:50000. Это позволило создать точную топографическую основу на Урале и перейти к более совершенному геологическому и геофизическому картированию Урала.
В этом контексте отметим важные для предмета данного исследования работы по гидрогеологическому картированию Урала, восходящие к предпринятым с середины 1920 гг. гидрогеологическим изысканиям профессора М.О.Клера. К 1937 г., полученные им результаты позволили составить гидрогеологическую карту Урала в масштабе 1:2000000 [226, с. 159]. Это позволило наглядно убедиться в тесной взаимосвязи различных типов подземных вод с составом вмещающих их пород, обнаружить их ясно выраженный меридионально-зональный характер, степень корреляции их состава с химическим составом поверхностных вод. Так, согласно М.О.Клеру [226,156-158], в Предуральи - в зоне верхних и нижнепермских пластовых вод, к которой относится зона гипсовых, доломитовых и карстовых вод Кунгурского яруса и известняков Уфимского плато (255-245 млн.лет), воды оказались слабокарбонатными, карбонатными, гипсированными, сернистыми, солеными и мягкими.
На территориях горного Урала подземные воды были подразделены на три группы. Воды первой из них находятся в складчатой зоне палеозойских известняков западного склона, относящихся к силуру, девону и карбону. Это преимущественно пластовые, трещинные и карстовые воды. В данной зоне им было отмечено обилие родников. Сама же зона отнесена к водообильным.
Воды этой зоны Урала оказались слабо или сильно известковистыми. Воды же, относящиеся к раннему карбону - слабокислотными.
Ко второй группе были относены воды, залегающие в древних палеозойских сланцах. Это - трещинные слабоминерализованные воды кварцитовых сланцев, воды известковых свит поздней Перми (Бакал, Сатка). Эти воды оказались слабожелезистыми или карбонатными. В зоне же пиритов - кислыми. Зона таких вод была отнесена М.О.Клером к категории маловодных зон.
выноса на натуру точек геологического и геофизических наблюдений, определения координат скважин и горных выработок. Большой спектр деятельности подразделения А.Г.Жученко и арсенал методов, включающий с середины 1960-х гг. для исследования Урала и космические методы, привел к необходимости усовершенствования его организационной структуры. Так, что к 1980-м гг. головной в нем становится космо-аэрогеологическая партия, вошедшая в структуру Уральской геологоразведочной экспедиции, подчиненной ПГО "Уралгеология". В данную партию вошли четыре отряда: опытно-методический, аэросъемочный, радиолоркационный и космогеологический. К 1990-м гг. в число приоритетных исследований в рамках
Неконец, среди третьей группы вод Горного Урала им были выделены трещинные воды маловодной зоны основных пород, залегающие среди дунитов, пироксенитов, периодитов, габбро и змеевиков. Эти воды оказались слабо железистыми, магнезиальными.
На восточном склоне Урала и в Зауральи М.О.Клером были выделены четыре группы вод.
К первой из них отнесены воды рассланцованных порфиритов, диабазов и их туфов и песчано-туфов (силур, девон, карбон) Восточного склона Урала. Это преимущественно трещинные воды, реже пластовые. Соответствующая зона оказалась маловодной.
По своему химическому составу ее воды оказались слабожелезистыми или карбонатными. В зоне же пиритов - кислыми.
Ко второй группе вод были отнесены воды маловодной гранитной зоны. Это воды трещинные. Обильные воды были обнаружены лишь в жильных гранитах (аплитах, пегматитах и др.). По своим химическим показателям эти воды оказались мягкими.
К третьей группе М.О.Клером были отнесены воды маловодной зоны палеозойских известняков Зауральского пенеплена. Они оказались сильно разбросанными и разъединенными на отдельные полоски и поля. Преимущественно это трещинные воды. Однако, были отмечены также пластовые и карстовые воды.
По химическим показателям эти воды оказались слабо карбонатными, мягкими.
К четвертой группе были отнесены воды мезозоя и кайнозоя Зауралья. Это воды, были обнаружены в юрских песчаниках и углях, а также в песчано-галечных отложениях мелового периода. По месту залегания данная группа вод была отнесена к водам трепелово-опоковой толщи, пластовым и реже артезианским и трещинным водам. Водоносность данной группы вод была оценена как средняя и малая.
По химическим показателям они были отнесены к мягким водам. В опоках и других породах к слабо или сильно минерализованным.
Окончательно, к пятой группе вод были отнесены обильные воды аллювиальных отложений долин и озерных и болотных впадин. Эти воды оказались мягкими (прил.№24).
Следует отметить, что, для развития фундаментальных подходов в деле астрономо-геодезических изысканий на Урале, в тридцатые годы XX в. важную роль сыграло появление в Екатеринбурге, высланного на Урал в 1931 г., основателя Русского общества любителей мироведения (1909 г.) и фактически бессменного секретаря астрономической секции этого Общества (1912-1930) Сергея Владимировича Муратова [449, с.105]. Благодаря ему, в 1932 г. при Уральском университете было начато строительство первой на Урале учебной аэрокосмических методов выдвинулось экологическое направление. Вследствие чего из подразделения астрономической обсерватории, а с 1934 г. создана кафедра астрономии и геодезии, на которой он стал первым заведующим и с вынужденным перерывом в период 1937-1945 гг. воглавлял ее до конца своей жизни (1949 г.), будучи доцентом.
В 1937-1945 гг. этой кафедрой заведовал крупнейший специалист в области изучения фигуры и движения Луны профессор Авенир Александрович Яковкин, который в данный период развернул прецизионные наблюдения по покрытию звезд Луною (в контексте развития идей Ж.Н.Делиля по оптимизации широтно-долготных и иных измерений -В.Л.), а также на уровне новейших достижений того времени читал лекции по сферической, практической и теоретической астрономии, небесной механике, высшей геодезии, аэрофотосъемке и картографии [449, с. 133]. К сожалению после его переезда в Киев и смерти С.В.Муратова в Уральском университете развитие астрономо-геодезических исследований временно прекратилось. Возрождение этого направления началось с 1957 г, когда возникла необходимость наблюдения за искусственными спутниками Земли и появилась соответствующая станция. Это привело к воссозданию в I960 г. кафедры астрономии и геодезии. Возглавила ее Клавдия Александровна Бархатова (с 1968 г.-профессор). По инициативе К.А.Бархатовой в 1965 г. была построена единственная на Урале Коуровская астрономическая обсерватория. В последующем в обсерватории были организованы лаборатории звездной астрономии, физики Солнца, астрономии и космической геодезии.
В рамках практической геодезии в Свердловском горном институте после переезда в Москву Ф.Ф.Павлова (1944 г.) деятельность кафедры геодезии и фотограмметрии продолжил И.А.Блашкевич, с 1961 по 1973 гг. бывшая ученица П.К.Соболевского В.К.Лебедева, а с 1976 года -профессор Матвей Абрамович Блюмин [465, с.190].
"Крупнейшим научным достижением данного коллектива (к началу 90-х годов -В.Л.) стало создание уникальной карты современных движений земной коры Урала в масштабе 1:2500000, данными для которой послужили результаты повторных нивелировок, выполнявшихся с 1925 г. На кафедре был разработан стереокинофотограмметрический бесконтактный метод определения кинематических и динамических параметров быстропротекающих процессов и движущихся объектов, создана система образцовых базисов для эталонирования современной дальномерной техники, выполнена прогнозная оценка техногенных движений на эксплуатируемых месторождениях Урала" (там же).
В целом же, для оптимизациии и фундаментализации геодезических, топографических и других исследований, связанных с необходимостью картирования уральских территорий, 14
А.Г.Жученко вырос Уральский региональный центр "Аэрокосмосэкология". сентября 1952 г. в Свердловске было создано Свердловское отделение Всесоюзного астрономо-геодезического общества (СО ВАГО), которое возглавил профессор Л.С.Хренов. Астрономическую секцию в нем возглавила К.А.Бархатова, геодезическую - Б.Д.Запруднов, а картографическую -А.А.Великогурский. В последующем (с 1954 по 1966 гг.) СО ВАГО руководил А.С.Шляпин, с 1966 по 1973 гг. - А.И.Боголепов, а с 1973 г. - М.А.Блюмин.
В основном это совещательно-координационный и методический орган. Вместе с тем, астрономическая секция СО ВАГО принимала активное участие при проведении международного геофизического года (МГГ, 1957-1958, год активного солнца) и международного года спокойного солнца (МГСС, 1964-1965). Также она активно участвовала в наблюдениях солнечных затмений 30.06.1954 г., 15.02.1961 г., 22.09.1968 г. и др. В контексте исследований, начатых Ж.Н.Делилем в 1740 г. в Березове, СО ВАГО на базе Коуровской обсерватории проводило наблюдения прохождения Меркурия по диску Солнца 9 мая 1970 г.
Геодезическая секция неоднократно проводила совещания по состоянию геодезических служб на Урале, их технического и методического совершенствования, устраивала лектории и выставки новейшего геодезического оборудования, а также выдающихся произведений отечественной картографии для специалистов.
К концу 1970-х годов при ее координирующем участии на Урале была построена сплошная сеть триангуляции II класса и начато картографирование Урала в масштабе 1:25000. Следует отметить, что территория Урала к тому времени дополнительно располагала густой сетью нивелирных знаков I, II и III классов. Это потребовало развертывания работы по уравниванию сплошной сети триангуляции и нивелировок с целью создания единой системы координат и высот, восстановления ранее исполненных сетей и систематического обновления топографических карт разных масштабов. Такая работа была выполнена, в результате чего были созданы предпосылки для удовлетворения потребностей в топографо-геодезических данных всех отраслей народного хозяйства, включая съемки масштаба 1:10000 и крупнее. Можно отметить, что, в период с 1971 по 1975 гг. объем топографо-геодезических работ на Урале по съемкам в масштабе 1:10000 перестал быть приоритетным, хотя и возрос за указанное время в 2,5 раза. На первый план выдвинулись съемки в масштабе 1:5000 - 1:2000. Так, их объем за указанный период возрос в 20 раз. Особенно такие крупномасштабные съемки затронули крупнейшие нефте-газоносные районы Приобья, Северного Урала, Тюменской области, Качканарского, Соликамского и Березниковского месторождений [389, с. 18].
