Реферат: Геофизические исследования в океанах и морях

Осенью 1968г. дизельная подводная лодка Тихоокеанского флота совершила длительное плавание в северной части Тихого океана. Маятниковые измерения прибором ММП-П под руководством В.П.Строева впервые выполняли в этом походе военные гидрографы В.И.Федотов (ТОЭ) и А.Г.Иевлев (НИГШИ).В результате были проведены измерения в 80пунктах по маршруту протяженностью около 10000 миль. Начало было положено, был приобретен необходимый практический опыт, который успешно использовался в следующих походах.

В 1969г. уже две дизельные подводные лодки (Северного и Тихоокеанского флотов) почти одновременно вышли в море. Их маршруты были проложены через Атлантический и Тихий океаны в Индийский. Гравиметрические партии в количестве 3-4 гидрографов на каждом корабле выполняли измерения приборами ММП-П. До 1983г. подобные походы на СФ и ТОФ совершались почти ежегодно. Всего было совершено около двух десятков походов подводных лодок, во время которых выполнено более 2000подводных маятниковых наблюдений на пунктах, равномерно распределенных но всей акватории Мирового океана. Производством измерений на подводных лодках руководили командиры гравиметрических партий: В.Л.Бачкис, В.В.Белов, Б.И.Богданов, В.П.Боровой, Б.В.Буланов, В.Б.Детинин, В.Б.Глебов, В.И.Егоров, Н.А.Замятин, В.Г.Зимичев, В.И.Зыков, В.М.Козлов, В.В.Кочегин, Ю.А.Кунреев, А.С.Лысенко, В.Д.Мищенко, М.И.Морозов, О.М.Никандров, С.М.Николаев, В.А.Покотилов, А.Г.Тихонов, В.И.Федотов, Я.В.Филиппов, Л.И.Филонов, В.П.Шанин и другие. Некоторые из них участвовали в нескольких походах, многие удостоены правительственных наград.

Еще в 1965-1966гг. Е.Ф.Кузьмин, Б.Е.Попов, И.Д.Понявин (НИГШИ) , используя экспериментальные образцы гравиметров типа ГАЛ (прототип МЕФ), доказали возможность проведения подводных гравиметрических съемок с атомных подводных лодок. Это позволило гидрографам СЕЭ (А.К.Воловину, В.А.Васильцову, В.Б.Детинину, Ю.С.Еудковичу, Н.М.Кузьмину, В.В.Николайчуку, В.И.Лемешеву, В.С.Прохорову, Ю.Е.Рожкову, И.В.Седову, А.В.Чичаеву, М.А.Эльгорту и другим) в походах на атомных подводных лодках подо льдами Арктики совместить проведение маятниковых наблюдений и гравиметрических измерений. Благодаря площадным съемкам удалось существенно детализировать информацию о характере гравитационного ноля на отдельных участках и значительно уточнить результаты дискретных съемок со льда. Особенно ценной была эта информация в аномальных и высокоградиентных районах рифтовых зон, а также на кромках ледовых полей, где из-за сильных подвижек льда выполнить необходимые измерения авиадесантным способом не удавалось.

В 1966г. гидрографы ТОЭ (Н.В.Безруков, В.И.Егоров, Е.А.Свинаренко и др.) под руководством геологов первыми в Гидрографической службе ВМФ выполнили комплексные геофизические исследования (электроразведка, гравиметрическая и магнитная съемки) с борта гидрографических судов “Охотск” (судовые маятниковые измерения прибором ММП-П), “Румб” (43пункта донной гравиметрической съемки) и “ЕС-68” в Пенжинской губе Охотского моря. Два года спустя донную съемку начали гидрографы-североморцы (Р.А.Дубовик, В.И.Зыков, В.П.Метлюхов, О.А.Сухих и др.) с гису “Буйреп” у острова Кильдин в Баренцевом море (52пункта).

В дальнейшем из-за малой производительности и большой трудоемкости донная гравиметрическая съемка, несмотря на сравнительно высокую точность, выполнялась, как правило, для стыковки сухопутной и морской надводной съемок в стесненных для плавания мелководных прибрежных районах в основном на Северном флоте.

Систематические судовые гравиметрические измерения гидрографы Атлантической океанографической экспедиции (АОЭ) начали в 1967г., СГЭ — в 1969г., ОЭЧФ — в 1970г., а ТОЭ — в 1975г. после появления первых образцов набортных морских гравиметров. Проведение морских судовых маятниковых измерений было возможным только при незначительном волнении моря (не свыше 2баллов), то есть во время стоянки судов у причалов, на якоре или при небольшом дрейфе, например во льдах. Поэтому они были малоэффективны и служили, благодаря сравнительно высокой точности измерений приращений силы тяжести, средством для эталонирования морских набортных гравиметров.

До 70-х гг. судовые маятниковые измерения выполнялись приборами ММП-П. В 1971г. они были заменены серийно выпускаемыми автоматизированными маятниковыми приборами АМП-1. В конце 80-хгг. их сменили демпфированные маятниковые приборы ПДМ.

Развитие морских гравиметров шло по пути разработки высокочувствительных датчиков и гиростабилизированных платформ для них. До середины 80-хгг. на судах Гидрографической службы ВМФ наиболее широко использовался морской гиростабилизированный гравиметр с фоторегистрацией МГФ. С вводом в действие отечественной спутниковой навигационной системы и нового автоматизированного морского гравиметрического комплекса МГК точность гравиметрических съемок в открытом океане повысилась в два-три раза при одновременном увеличении ее производительности.

Наряду с названными гравиметрами применялись (в основном в начальный период как экспериментальные образцы) различные гравиметры зарубежного производства (ТССГ-67, 085-2, КСС-5), а также отечественные (ГМН-К, ГМН-72 и др.).

До середины 70-хгг. судовые гравиметрические измерения проводились, как правило, попутно с промером на отдельных маршрутах в соответствии с изданными ГУНиОМО в 1971г. инструкциями по морской гравиметрической съемке, использованию маятникового прибора АМН-1 и гравиметра МГФ (Б.X.Ганеев, В.С.Егорова, А.Г.Иевлев, А.В.Иванов, Б.Г.Попов, С.М.Щербаков, В.Н.Хоробрых) [146-148].

Основные объемы площадных гравиметрических съемок были выполнены, начиная с середины 70-хгг., на океанографических исследовательских судах большого водоизмещения: “Абхазия”, “Аджария”, “АкадемикКрылов”, “АдмиралВладимирский”, “АндрейВилькицкий”, “Башкирия”. “ВасилийГоловнин”, “ВладимирКаврайский”, “ИванКрузенштерн” “ЛеонидДемин”, “ЛеонидСоболев”, “СеменДежнев”, “ФаддейБеллинсгаузен”, а также на гидрографических судах “Горизонт” и “НиколаеМатусевич”.

Наибольший вклад в проведение съемок внесли (помимо вышеназванных гидрографов) гидрографы-балтийцы: А.Н.Баршай, В.Н.Батиг, А.В.Бориков, А.3.Голубев, С.Н.Гузевич, С.Б.Зюбровский, К.В.Ковальчук, И.Н.Кочетов, А.Д.Мирошников, А.В.Мостовский, С.В.Процаенко, Б.М.Российский, В.И.Рыков, В.М.Хвиюзов, С.Б.Чернобродов и др.; гидрографы-тихоокеанцы: С.У.Анучин, В.Д.Евсеенко, А.Ю.Барков, Л.В.Зайцева, В.О.Мятелков, А.П.Пригода, А.П.Сердюченко, Т.М.Целоусова и др.; гидрографы-североморцы: С.В.Бехтольд. С.Бурштейн, Ф.В.Васильев, В.Грачев, В.Г.Горбатов, А.П.Макорта, Г.Н.Правдин, Н.И.Подгорный, И.Н.Полторацкий, В.М.Сошилов, А.В.Тарасович, А.П.Шарапов и др.; гидрографы-черноморцы Н.И.Догадин, Ю.Д.Голубев, П.М.Ершов, В.В.Залесский, В.А.Зимоглядов, В.П.Кравин, В.М.Мартинято, И.Б.Мернин, А.Б.Моисеев, Г.В.Михальчук, А.Д.Мовчанюк, Б.П.Савельев, В.С.Пархоменко, И.Н.Пшеничный, А.И.Туник, В.Д.Хмельницкий, А.К.Федоренко, В.В.Фроль, В.И.Хоменко и др.

Ниже приведен суммарный объем морских надводных гравиметрических измерений, выполненных экспедициями ГСВМФ.

Экспедиция	Период работ	Количество пунктов
Северная гидрографическая	1962-1992, 1995	168000
Тихоокеанская океанографическая	1966-1988	220000
Атлантическая океанографическая	1967-1988	358000
Океанографическая черноморская	1970-1991	188000
Всего ГС ВМФ	1962-1995	934000

Собранный военными гидрографами и другими специалистами-гравиметристами нашей страны массив данных о характере гравитационного поля в Мировом океане совместно с материалами спутниковых и астрономо-геодезических измерений послужил основой создания современной единой геоцентрической системы координат и решения других прикладных задач.

Исследования магнитного поля

Исследования военными гидрографами магнитного поля Земли в океанах и морях имеют давнюю историю.

В начале века по предложению Петербургской академии наук и благодаря инициативе бывшего военного моряка академика М.А.Рыкачева (директора Главной геофизической обсерватории) была организована генеральная магнитная съемка территории России. За 5лет (1910-1914) были произведены наземные и трехкомпонентные магнитные съемки в 376пунктах, в том числе и вдоль морского побережья России [149].

В связи с началом первой мировой войны объем работ резко сократился. Главное гидрографическое управление и Магнитная комиссия Академии наук, прекрасно понимая важность повторных наблюдений на магнитных пунктах для определения векового хода элементов геомагнитного ноля, поручили начальнику экспедиции Северного Ледовитого океана (с 1920г.) гидрографу-геодезисту Н.В.Розе совершить маршрутный объезд северного района съемки. В 1918-1921гг. он определил 52 пункта в Петроградской, Новгородской, Олонецкой, Вологодской и Архангельской губерниях. В 1921г. Розе впервые определил три магнитных пункта на северном острове Новой Земли — на леднике Норденшельда, в бухте Битней н в заливе Благополучия. На пунктах наблюдались магнитное склонение и наклонение, горизонтальная, вертикальная, северная и западная составляющие геомагнитного поля, а также определялось полное напряжение поля Т*. Измеренные параметры были приведены к эпохе 1920г. [1501.

К началу 20-х гг. на севере России имелось уже до 500пунктов магнитных измерений, выполненных в основном российскими гидрографами. Для приведения их к одной эпохе нужна была постоянная магнитная обсерватория. В 1923г. Н.В.Розе построил магнитную обсерваторию на острове Новая Земля у восточного входа в пролив Маточкин Шар. С 15сентября 1923г. здесь начались постоянные наблюдения абсолютных значений склонения, наклонения и напряженности ноля. В последующие годы такие же магнитные обсерватории были созданы в целом ряде пунктов на северном побережье России от границы с Норвегией до Берингова пролива, а также на одном из островов Земли Франца-Иосифа [149, 151].

В начале 1920г. Н.Никольский составил новую карту склонения для Каспийского моря на эпоху 1920г., для чего использовал каталог из 130пунктов, куда вошли наблюдения Н.А.Ивашинцова, Н.Л.Пущина, М.А.Рыкачева, И.Б.Шпиндлера, Д.А.Смирнова и др. [152].

В 1923г. по инициативе Главной геофизической обсерватории (ГГО) при ней был сформирован геомагнитный отдел, основной задачей которого являлись подготовка и проведение на территории СССР генеральной магнитной съемки. На организацию съемки потребовалось семь лет, в течение которых были подготовлены кадры, аппаратура, составлен план съемки и образована служба векового хода. Для руководства съемкой ГГО создала особое бюро генеральной магнитной съемки. В 1925-1937гг. его возглавлял Н.В.Розе [153].

В соответствии с постановлением Совета Народных Комиссаров от 21 августа 1930г. генеральная магнитная съемка, приостановленная в 1917г., была продолжена. В 1932г. по инициативе Н.В.Розе создается Институт земного магнетизма, который в дальнейшем вырос в крупное научное учреждение страны — Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Академии наук СССР (ИЗМИР АН).

До 1925г. в России составлялись магнитные карты только на отдельные районы. Институт земного магнетизма создал первые магнитные карты на территорию всего Советского Союза и его окраинных и внутренних морей для эпохи 1925г. В связи с крайне неравномерным расположением пунктов наблюдений (их было мало в восточной части страны) изолинии в азиатской части СССР на этих картах давали лишь самое поверхностное представление о распределении элементов земного магнетизма в этом районе [149]. К 1950г. вся территория Советского Союза была покрыта новыми магнитными пунктами, число которых достигло 26000. При выполнении генеральной съемки использовались отечественные магнитометры М-1 и М-2 [149]. Результаты съемки способствовали решению многих научных и практических задач и внесли весомый вклад в составление мировых магнитных карт.

Военные гидрографы в 1930-хгг. определяли трехкомпонентные пункты в прибрежной зоне и склонение в открытом море.

При составлении мировых магнитных карт возникла острая необходимость в проведении регулярных измерений элементов магнитного поля Земли на всей акватории Мирового океана. Первые компонентные измерения в море были осуществлены институтом Карнеги (США) с 1905 по 1929г. на деревянной бригантине “Галилей” и немагнитной яхте “Карнеги”. Магнитные наблюдения проводились в отдельных точках со средним расстоянием между ними около 200км по маршруту плавания. На обоих судах измерялись склонение, наклонение и горизонтальная составляющая магнитного поля Земли в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах. К 1929г. общее количество определенных пунктов по всем элементам достигло около 7500.

После гибели “Карнеги” в 1929г. морские магнитные исследования в других странах больше не производились до ввода в строй в 1953г. советской немагнитной шхуны “Заря”. Главной причиной такого положения было отсутствие надежных приборов, позволявших измерять магнитное поле Земли в условиях качки судна, и специальных судов, так как получить достоверные измерения на судах с металлическими корпусами было невозможно [154].

С 1953г. начался новый этап интенсивного изучения магнитного ноля Земли в водах Мирового океана, связанный с плаваниями советского немагнитного научно-исследовательского судна “Заря”. Парусно-моторная шхуна “Заря” водоизмещением 630т была построена в 1952г. в Финляндии из немагнитных материалов, а двигатель, научное оборудование и его монтаж были сделаны в СССР. С 1953 по 1955г. судно проходило опытную эксплуатацию, в период которой выполняло магнитные съемки в Балтийском, Северном, Норвежском и Баренцевом морях, а в 1956г. осуществило первое большое плавание в Северную Атлантику. Во время плаваний “Зари” определялись четыре элемента магнитного поля Земли: склонение D, наклонение J, вертикальная составляющая Z и вектор индукции Т. Измерения производились на ходу непрерывно. До 1985г. “Заря” выполнила 25экспедиционных рейсов во всех океанах и многих морях. Съемка была выполнена на галсах общей протяженностью 356815 миль (660108км). В 1959г. программа исследований “Зари” пополнилась ионосферными наблюдениями и измерениями нейтронной составляющей космических лучей, а с 1968г. в течение 10лет одновременно с магнитными проводились и гравиметрические измерения [154].

По материалам нис “Заря” были существенно уточнены представления о глобальной пространственной структуре магнитного поля Земли в океанах, впервые выявлены особенности аномального магнитного поля в отдельных регионах и получены сведения о его вековых изменениях. В результате исследований, выполненных на “Заре” и по проекту “Магнит” (глобальная аэромагнитная съемка американскими учеными, была повышена точность мировых карт элементов геомагнитного поля, в частности карт склонения до 0,5° [155].

Указанные выше обстоятельства, а также резко возросшие технические возможности выполнения морских магнитометрических измерений определили глубокий интерес к исследованиям и активизировали изучение геомагнитного поля Мирового океана.

В начале 1960-хгг. гидрографические экспедиции ВМФ начали морские съемки вектора индукции геомагнитного поля Т с надводных судов. На судах Гидрографической службы ВМФ проводились совместные работы гидрографов и специалистов НИИГА и ИЗМИРАН. Так, в 1962г. на эос “Крузенштерн” экспедиция НИИГА во главе с профессором Р.М.Деменицкой выполнила с помощью экспериментального феррозондового магнитометра съемку вектора индукции Т по маршруту перехода и над банкой Метеор в Атлантическом океане. В этом же походе проводился эксперимент по зондированию естественного электрического поля.