УДК 528
Гура Д.А.(gda-kuban@mail.ru), Шевченко Г.Г., Гура Т.А., БурдиновД.Т.(vader_987@mail.ru)
Аннотация: Данная статья знакомит с такими космическими летательными аппаратами, как спутники дистанционного зондировании земли. Уделяет внимание истории этих спутников, а так же тонкостям работы с информацией, полученной от них. Показывает все особенности космических методов и систем мониторинга. При этом автор уделяет внимание мониторингу эндогенных геологических процессов из космоса. Рассказывает об эффективности использования космических методов для слежения и регистрации этих процессов. Так же в этой статье вы сможете узнать о каждом геологическом процессе с точки зрения геологии. Узнать историю их изучения.
Ключевые слова: Спутники ДЗЗ, мониторинг природных катастроф, эндогенные геологические процессы.
Первым шагом в разработке современной концепции дистанционного зондирования Земли следует считать изобретение фотографии Нисефором Ньепсом в 1826 году. Затем, после изобретения фотографического метода стали использовать аэрофотосъемку. И первым, кто использовал такой метод съемки является Гаспар Надар. Он сделал снимок с воздушного шара в 1858 году.
Следующий шаг был связан с развитием самолетостроения. В 1909 году были получены первые аэрофотоснимки с самолета.
В 60-х годах 20-го века, с появлением космических ракет и спутников, дистанционное зондирование вышло в космос. И в 1959 году с американского спутника “Explorer-6” впервые был передан фотоснимок Земли с орбиты. С этого момента спутники ДЗЗ их запускают в космос с помощью шаттлов или ракет. После запуска они начинают летать по одной из 2-х основных орбит. Первая орбита геостационарная(неподвижна относительно Земли) – это когда спутник летает вокруг земли и его скорость совпадает со скоростью движения планеты, он как бы неподвижно весит над одной точкой. Вторая орбита солнечно-синхронная – спутник вращается вертикально вокруг земли, словно нарезая ее дольками. При этом он проходит над разными участками земной поверхности в одно и то же местное солнечное время.
Сам спутник ДЗЗ можно представить как большой фотоаппарат, только у него не один объектив, а несколько. И эти фотоаппараты фотографируют в 3х спектрах:
1.Обычный- это просто съемка земли.
2.Инфракрасный- это съемка теплового излучения нашей планеты.
3.Коротковолновый- это когда сканируется рельеф местности или облачный покров Земли.
Кроме того у этого «фотоаппарата» есть 2 антенны. Первая, чтобы передавать снимки на землю. Вторая, чтобы принимать информацию от Земли. А так же различные локаторы и излучатели.
Поэтому мало только получить информацию из космоса, еще ей надо «придать товарный вид». Занимается этим ФГБУ «Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии». Снимки и видео из космоса без специальной обработки мало кому понятны и интересны. В этом научном центре изображения разбивают на фрагменты, совмещаются с изображениями в другом спектре, что-то убирают или добавляют, закрепляют данными и т.д. Так что окончательный вариант фотографии Земли из космоса обычно сильно отличается от того что было в начале. И в зависимости от заказчика, будь то геологи, МЧС, министерство сельского хозяйства и т.д. Создаются разные типы карт.
[https://www.youtube.com/watch?v=ZwmcC8QJ9wE&list=PLankoKcuKMSHX0zc6OTsNaa8gdBjzVtl-&index=21]
В настоящее время благодаря обширным возможностям спутников ДЗЗ(рис.1), отрасль наблюдения за поверхностью Земли одна из самых быстроразвивающихся.
Рисунок 1. Особенности космических методов и систем мониторинга.
По данным ООН количество природных катастроф за последние десятилетия увеличилось, и эти катастрофы приносят огромный ущерб человечеству. Поэтому спрос на космическую информацию с каждым годом только растет. И каждое государство хочет обзавестись своей группировкой спутников ДЗЗ для наблюдения за природными катастрофами на своих территориях, изучения их. Вот поэтому на сегодняшний день на орбите планеты Земля более ста спутников дистанционного зондирования – это одна из самых масштабных группировок. Спутников дистанционного зондирования Земли даже больше спутников навигации (об этих спутниках вы можете узнать подробнее в моей статье «Основа спутниковой навигации»). [ https://www.youtube.com/watch?v=yCnoSJDyTE8]
Природные катастрофы, за которыми ведется мониторинг из космоса, делятся на типы:
1. Геофизические. К ним относятся землетрясения, цунами, извержение вулканов.
2. Метеорологические. К ним относятся тайфуны, штормы, смерчи, торнадо, и т.д.
3. Гидрологические. К ним относятся наводнения, перемещения грунтов.
4. Климатические. К ним относятся экстремальные температуры, засухи, лесные пожары. [ https://www.youtube.com/watch?v=8ZS4Ox1X8hA]
В этой статье подробнее остановимся на эндогенных геологических процессах. Эти процессы делятся на 3 типа:
1. Колебания земной коры на поверхности
2. Землетрясения.
3. Вулканы.
I.
В начале 20-го века умы людей поразила теория Альфреда Вегенера - теория континентального дрейфа плит. В 1911 году, метеоролог Альфреда Лотар обратил внимание на то, что на противоположных берегах атлантического океан находили останки одни и тех же растений и животных. Затем он решил вырезать из карты атлантического океана континенты. Сблизив их, он поразился тем, что они хорошо друг в друга входят. Изучив геологию сопрекаснувшихся континентов, он увидел что они очень сильно напоминают друг друга. Тогда он понял, что все континенты некогда были частью одной огромной земли, которую он назвал «Пангея». Пангея была когда-то общем домом для тех растений и животных, останки которых находят на разных материках. Затем она разделилась на части, что за сотни миллионов лет заняли свое нынешнее положение.[ https://www.youtube.com/watch?v=1U-xh7KtYuA]
В свою очередь движение литосферных плит вызывает такое геологическое явление как землетрясения.. Землетрясение- это разрядка напряжения вдоль разломов в земной коре. Когда 2 тектонических блока пытаются двигаться, сразу не получается, они друг об друга трутся. И вот когда напряжение разряжается происходит землетрясение. При этом возникает несколько волн: продольные – связаны с житием и растяжением. Они самые быстрые распространяются повсюду. Поперечные – связаны с деформациями сдвига. Они идут гораздо медленнее и распространяются только в твердых веществах. Эту волны проходят внутри Земли. А на поверхности земли распространяются волны Релея- эти волны распространяются медленнее всего, но при этом самые разрушительные. [https://radiomayak.ru/videos/video/id/1499800/]
А история изучения землетрясений начинается с Гарри Хесса. Открыв процесс расширения океанического при помощи эхолота, Хесс косвенно подтвердил гипотезу о существовании Пангеи Альфреда Лотара. Геологический механизм дрейфа материков был установлен. В 1960 годах обе теории были соединены в одну - теорию тектонических плит. Затем было доказано, что земная кора разделена на огромные плиты и эти плиты постоянно перемещаются относительно друг друга. [ https://www.youtube.com/watch?v=1U-xh7KtYuA]
На сегодняшний день существует 6 классов предвестников землетрясение:
1.Геологический - это сейсмотектонические дислокации.
2.Гидрологический - это вариация уровня подземных вод.
3.Метеоролический - это специфическое выстраивание облаков или вариация атмосферного давления.
4.Геофизический - наиболее обширный и включает в себя: сейсмологический, геомагнитный, ионосферный и т.д.
5. Биологический- необъяснимое беспокойство животных.
6. Геохимический – эманация радона, водорода и др. газов.
В этих рядах предвестников есть долгосрочные, среднесрочные и краткосрочные предвестники. Но из-за того, что Земля очень сложная, и в ней процессы очень сложные и эти процессы очень стохастичны, предсказывать землетрясения за месяц практически невозможно. А для использования краткосрочных предвестников наиболее эффективно использовать космические методы. В общем, есть 90 типов параметров предвестников, которые можно регистрировать из космоса. Но на сегодняшний день в полной мере можно использовать только 5-6. Прежде всего это геодинамические предвестники, т.е. изменяется геодинамические особенности сейсмоопасных территорий. Они заключаются в специфическом выстраивании линиаментных структур. Это приводит к изменению характера растительности или влажности почвы, которые хорошо регистрируются из космоса.
Далее есть геотермические предвестники. То есть перед сейсмическим событием изменяется температура или поверхности земли, или близ лежащего слоя атмосферы, или длинноволновое уходящее излучение, которое регистрируется из космоса, или скрытая теплота парообразования.
Есть еще специфические предвестники ионосферы. Перед землетрясением перестраиваются особым образом ионосферные слои, изменяется концентрация электронов в ионосфере.
По мимо это есть смещение земной кары, которое хорошо регистрируется спутниками с помощью радиолокаторов.
Далее можно регистрировать аномалии магнитного и гравитационного полей, которые возникают перед землетрясением.
Все эти предвестники возникают незадолго до землетрясения, примерно от нескольких дней до месяца. [https://www.youtube.com/watch?v=Z4K9HjcsMrI]
В свою очередь землетрясение вызывает извержение вулканов. Вулканы - грубо говоря легкие нашей планеты. Они отражают газовый состав нашей планеты. Вулканы делятся по типам: эксплозивные, эффузивные, экструзивные и фреатические.
Но источник разрушительной был открыт лишь в 20 веке. В 1906 году британский геолог Ричард Олдэм изучал показания сейсмографа о мощном землетрясении и заметил нечто странное. Вопреки ожиданиям, вибрация от землетрясения не достигала центра Земли, казалось, она натыкалась на препятствие. Олдэм понял, что препятствие – это, по-видимому, самая сердцевинная часть Земли, плотная масса, достаточно твердая, чтобы отражать сейсмические волны. Олдэм открыл земное ядро.
В 1936 году Инге Леманн вычислила, что при прохождении сейсмических волн через ядро Земли, их скорость понижалась, словно они натыкались еще на одно препятствие. Ядро, которое открыла Леманн, было внутренним.[ https://www.youtube.com/watch?v=1U-xh7KtYuA]
Сегодня под космическим контролем все действующие вулканы мира. Вулканологи отслеживают распространения выбросов, достигающих сотен километров. А по снимкам из космоса прогнозируют новые извержения. Спутники ДЗЗ позволяют узнавать температуру в кратере вулкана, состояние вулкана, морфологию вулкана.
Делая вывод, можно с уверенностью сказать, что в настоящее время ДЗЗ является источником актуальной и оперативной пространственной информации и широко используется для решения различных тематических задач.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Гура Д.А., Шевченко Г.Г., Карслян А.М., Петренков Д.В. Особенности воздушного лазерного сканирования в теории и на практике на примере линейных объектов // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2016. № 8. С. 109-116.
2. Желтко Ч.Н., Гура Д.А., Шевченко Г.Г. Фотограмметрия и дистанционное зондирование территорий // Методические указания по выполнению контрольной работы для студентов заочной, дистанционной форм обучения и МИППС специальности 120303 Городской кадастр / Краснодар, 2010.
3. Пенсаков Г.И., Шевченко Г.Г., Гура Д.А., Грибкова И.С. ПРИМЕНЕНИЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЕЛЬ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2016. № 10. С. 24-38.
4. Бердзенишвили С.Г., Гура Д.А., Желтко Ч.Н., Кравченко Э.В. Картография // ФГБОУ ВПО «КубГТУ», ООО «Издательский Дом – Юг». Краснодар, 2014, 66 с.
5. Гура Д.А., Шевченко Г.Г., Гура Т.А., Бурдинов Д.Т. ОСНОВЫСПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ // Молодой ученый. 2016. № 28-1 (132). С. 64-70.
6. Гура Д.А., Верезубов Е.А. Мобильному миру - мобильные сканирующие системы // Сборник трудов конференции: Науки о земле на современном этапе. VIII Международная научно-практическая конференция. 2013. С. 56-58.
7. Багова С.З., Флоровская А.С., Гура Д.А. Оптимальное конструирование точности топографо-геодезической основы мониторинга природно-технических систем в геодезии // Сборник трудов конференции: Науки о Земле на современном этапе. VI Международная научно-практическая конференция. 2012. С. 103-105.
8. Рудик Е.А., Гура Д.А. Проведение топографической съемки с применением спутниковых систем и электронных тахеометров // Сборник трудов конференции: Науки о земле на современном этапе. Материалы IV Международной научно-практической конференции. 2012. С. 118-120.
9. Кравцова Т.В., Кусова С.И., Гура Д.А. Систематизация данных, используемых при функционировании ГИС для решения геоэкологических и картографических задач // Сборник трудов конференции: Науки о Земле на современном этапе. VI Международная научно-практическая конференция. 2012. С. 128-130.
10. Клюшин Е.Б., Гайрабеков И.Г., Ваганов И.А. Спутниковые методы измерений в геодезии // Учебное пособие / Москва, 2013. Том Часть 2
11. Podkolzin O., Zhihareva M., Odintsov S., Perov A., Khalin I. Passport of the evaluated area as a basis of the improvement of the state evaluation of agricultural land // Вестник АПК Ставрополья. 2014. № 1S. С. 116-118.
12. Гумен А.М., Пинчук А.П., Киссин И.Г. ИССЛЕДОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИПЯТСКОГО ПРОГИБА МЕТОДОМ ПРЕЦИЗИОННОЙ УРОВНЕМЕТРИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД // Лiтасфера. 1996. № 5. С. 83-94.
13. Осенняя Е.Д., Кононенко В.Н. НАУКИ О ЗЕМЛЕ // учебное пособие / Е. Д. Осенняя, В. Н. Кононенко; М-во образования и науки Российской Федерации, Кубанский гос. технологический ун-т. Краснодар, 2006.
14. Кононенко В.Н., Пивкин Д.Ю. УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ ОПОЛЗНЕЙ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2003. № 4. С. 165.