130

Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

Кафедра экологии и наук о Земле

А.И.Полетаев

О.В.Анисимова

ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ

Дубна

2007

«Природа не для всех очей

Покров свой тайный подымает:

Мы все равно читаем в ней,

Но кто, читая, понимает?»

Дмитрий Веневитинов, 1827

ВВЕДЕНИЕ

...Когда персидский царь Дарий 1-ый (правил с 521 по 486 гг. до н.э.) вторгся в 512 году в пределы Скифии в районе Северного Причерноморья, он получил от своего противника послание, на котором были нарисованы МЫШЬ, ЛЯГУШКА, ПТИЦЫ и СЕМЬ СТРЕЛ...

Изучив это оригинальное письмо, Дарий гордо объявил своим полководцам собственную интерпретацию скифской депеши: «Наш враг написал здесь: «Персы, мы обладаем землей (мышь) и реками (лягушка). Мы хотим улететь (птицы) от мощи вашей армии. Мы складываем перед вами свое оружие (стрелы). Таким образом, трусливые скифы хотят нам сдаться, потому что боятся попробовать на своей шкуре наши сабли»».

Надо ли говорить о том, что именно в эту же ночь скифы неожиданно атаковали персов и наголову разбили их.

Только после этого поражения надменный Дарий вынужден был обратиться к своим советникам и те растолковали ему истинный смысл скифского послания, которое гласило: «Персы, если вы не способны превратиться в птиц и улететь, стать полевыми мышами и схорониться в земле или же надеть лягушачью кожу и спрятаться в болоте, вы будете поражены нашими стрелами».

Так ли все было на самом деле – теперь трудно сказать, но этот случай, описанный Джоном Доли в его «Энциклопедии символов», очень символичен, так как отлично иллюстрирует необходимость грамотного дешифрирования, то есть «опознавания сути» тех или иных природных (или техногенных) объектов, процессов или явлений, с которыми приходится «сталкиваться» и индивидуальному Человеку и Человечеству в целом...

Даже малейшее соприкосновение с историей человеческой цивилизации и особенно с развитием науки позволяет сделать вывод о том, что дешифрирование, как активный метод познания, красной нитью прослеживается как через жизнь отдельного человека, постоянно «открывающего» и «объясняющего» для себя окружающий мир, так и всей человеческой цивилизации.

Благодаря этому к настоящему времени накоплен огромный банк данных и о Человеке и об окружающей его Природе, но не следует обольщаться. Следует помнить, что всего каких-нибудь два столетия с небольшим назад даже ученые не знали ни состава, ни формулы алмаза: и состав и формула, известные теперь любому мало-мальски грамотному человеку, установлены английским химиком Теннантом только в 1797 году. Равно надо помнить и о том, что еще в середине ХIХ века великий русский химик Д.И.Менделеев сетовал по поводу того, что его коллеги никак не согласуют «формулу воды», записывая ее то НО, то Н₂О, то Н₂О₂.

Что же касается собственно Земли как планеты, то всего каких-то 500 лет назад господствовали геоцентрические представления Птолемея, только на рубеже ХV и ХVI веков сменившиеся гелиоцентрической системой Коперника.

В более поздние – ньютоновские – времена в просвещенной Европе на полном серьезе пропагандировалось мнение архиепископа Ашера, считавшего, что Земля была создана в 9 часов утра 26 октября 4004 года до рождества Христова.

На протяжении большей части минувшего ХХ-го века на геологических картах различных регионов Земли достаточно долго не находили отражения разрывные нарушения, зато на его исходе - после активного внедрения в геологическую практику материалов дистанционного зондирования, особенно, разномасштабных космических снимков - на картах зачастую не видно никаких других структур, кроме линейных, так называемых линеаментов.

Аналогичные примеры можно множить и дальше, что свидетельствует о том, что природа раскрыла Человеку далеко не все свои тайны, а его знания о ее особенностях и закономерностях накапливаются не просто медленно, а очень и очень медленно, несмотря на отдельные рывки и прорывы в ее познании в рамках географии, геологии, геофизики и других наук о Земле, в том числе и бурно развивающейся в последнее время г е о э к о л о г и и.

Именно прорывы в познании окружающего нас мира чаще всего обусловлены появляющимися новациями в наблюдении и дешифрировании различных природных процессов и явлений, со способами и методами которых знакомит данное учебное пособие.

Часть1.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

ДИСТАНЦИОННЫХ МЕТОДВ

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО ДЕШИФРИРОВАНИЯ

Рассмотрены основные виды дешифрирования, носители съёмочной аппаратуры, виды дистанционных съёмок, а также некоторые вопросы фактологии, терминологии и методологии в науках о Земле.

Глава 1. Основные виды дешифрирования в науках о земле

Прежде чем перейти к характеристике основных видов дешифрирования, известных ныне в науках о Земле, следует подчеркнуть широкий спектр их действия, колеблющийся от элементарного – в самом общем виде – т о л к о в а н и я природы изучаемых объектов, явлений и процессов до конкретного дешифрирования (от французского «dechiffrer» - разбирать, разгадывать) конкретных структур, форм рельефа и других особенностей земной коры по различным картографическим и дистанционным материалам, в первую очередь, аэро- и космоснимкам.

Исходя из данного посыла и будут рассмотрены основные виды дешифрирования, развивавшиеся и развивающиеся в широко разветвленной системе наук о Земле.

Наиболее древним видом дешифрирования как метода активного познания может, вероятно, считаться м и ф о л о г и ч е с к и й.

В доказательство этого прочитаем отрывок одного из мифов Древней Индии:

«Вначале не было ничего. Не было ни Солнца, ни Луны, ни звезд. Из тьмы первозданного хаоса, покоившегося без движения, словно в глубоком сне, прежде иных творений возникли воды. Воды породили огонь. Великой силой тепла в них рождено было Золотое Яйцо. Тогда еще не было года, ибо некому было отмерять время; но столько, сколько длится год, плавало Золотое Яйцо в водах, в безбрежном и бездонном океане. Через год из Золотого Зародыша возник Прародитель Брахма. Он разбил Яйцо, и оно раскололось надвое. Верхняя половина его стала небом, нижняя - Землею, а между ними, чтобы разделить их, Брахма поместил воздушное пространство. И он утвердил Землю среди вод, и создал страны света, и положил начало времени. Так была сотворена Вселенная».

Как ни странно, но мифологическая информация данного текста явно перекликается с современными теоретическими представлениями о происхождении нашей Вселенной, начальное состояние вещества которой предполагается сингулярным или точечным, сравнимым, вероятно, с мифологическим «Золотым Яйцом», которое впоследствии, примерно 18 – 20 млрд лет назад, согласно теории «Большого Взрыва»(Big Bang), разработанной в начале ХХ-го века русским физиком А.Фридманом (1888 –1925), начало вдруг стремительно расширяться и одновременно охлаждаться, что и продолжается, как полагают ученые, вплоть до настоящего времени.

Другой пример мифологического дешифрирования связан со знаменитым Потопом:

«... И сорок дней был потоп на Земле, и вода, прибывая, подняла ковчег высоко над Землей. И вода все прибывала и так поднялась на Земле, что ковчег поплыл по воде. И вода поднялась на Земле так, что покрыла все высокие горы подо всем небом. На пятнадцать локтей поднялась она над горами, покрыв их. И погибла всякая плоть, какая движется по Земле, – и птицы, и скот, и звери, и все гады, что ползают по Земле, и все люди... И остался лишь Ной и те, что с ним были в ковчеге...».

В этом отрывке из библейского мифа имеется немало информации, по которой можно дешифрировать и длительность процесса (сорок дней), и его масштаб (вода поднялась над горами на пятнадцать локтей) и даже «размер» социального ущерба (погибло все живое на Земле - и птицы, и скот, и звери, и люди). А в том, что такое или ему подобное событие в истории человеческой цивилизации все-таки, вероятно, было, можно почти не сомневаться, ведь «миф о потопе» сохранился в культурной памяти всех древних цивилизаций, например, в знаменитом эпосе о Гильгамеше, в брахманских сказаниях Древней Индии и т.п.

Классическим примером м и р о в о з з р е н ч е с к о г о вида дешифрирования могут считаться древнегреческие представления о с т и х и я х или п е р в о н а ч а л а х, лежащих в основе всех вещей:

– Фалес из Милета (624 – 547гг.до н.э.) первоначалом всего считал в о д у: из воды все происходит, в воду все превращается;

– Ферекид с острова Сирос (ок.584 – ок.499гг.до н.э.) отдавал предпочтение в о з д у х у, при разрежении которого образуется огонь, а при сгущении - ветер, облака, вода и земля;

– Гераклит Эфесский (ок.544 – 483гг. до н.э.), точно подметивший в свое время, что «все течет, все изменяется), пальму первенства отдавал о г н ю, который определяет подвижность и вечную изменчивость мира;

– Анаксимандр из Милета (ок.611 – 545гг. до н.э.), ученик и последователь Фалеса, видел первоначала в чем-то неопределнном, названном им а п е й р о н о м.

ХVIII -ый век «подарил» наукам о Земле к о н ц е п т у а л ь н ы й вид дешифрирования:

– н е п т у н и с т ы и их лидер Авраам Готлиб Вернер (1750 – 1817) в развитии Земли первостепенное значение придавали внешним (экзогенным) процессам, особенно, воде;

– п л у т о н и с т ы во главе с Джеймсом Геттоном (1726 –1797) главную роль отводили внутренним (эндогенным) процессам;

– э в о л ю ц и о н и с т ы, ведомые Жаном Батистом Ламарком (1744 –1829), полагали, что Земля и ее животный мир развиваются медленно, без каких-либо скачков и катастроф;

– к а т а с т р о ф и с т ы, напротив, объясняли смену фауны именно катастрофами на поверхности Земли, обоснованными в то время авторитетнейшим Жоржем Кювье (1769 –1832) в работе «Рассуждение о переворотах на поверхности земного шара», написанной им в виде предисловия к фундаментальному труду «Исследование об ископаемых костях» (1812).

В течение ХIХ – ХХ веков концептуальные виды дешифрирования уступили место г и п о т е т и ч е с к и м.

Так в начале Х1Х-го века двумя выдающимися учениками А.Вернера – Леопольдом фон Бухом (1774 –1853) и Александром фон Гумбольдтом (1769 –1859) почти одновременно была сформулирована и обоснована первая геотектоническая гипотеза – гипотеза «кратеров поднятий», согласно которой «все наблюдаемые нами вблизи поверхности Земли явления поднятия, смещения и смятия слоев вызваны непосредственным воздействием на них внедряющихся магматических пород» (Хаин, Рябухин, 1997,с.52).

В середине ХIХ-го века гипотезу «кратеров поднятий» сменила гипотеза «контракции» французского ученого Л.Эли де Бомона (1798 –1874), зародившаяся на основе известных космогонических представлений Канта и Лапласа об охлаждении первично расплавленной Земли и объяснявшая образование горноскладчатых сооружений именно сжатием земной коры вследствие ее остывания и уменьшения объема внутренних оболочек Земли

В конце ХIХ – начале ХХ-го вв. американские геологи Джеймс Холл (1811–1898) , Джон Дэна (1813 –1895) и французский геолог Гюстав Эмиль Ог (1861–1927) разработали учение о «геосинклиналях», то есть о крупных линейных прогибах земной коры, на месте которых и развивались затем горноскладчатые сооружения. Разработанное на основе гипотезы контракции учение о геосинклиналях далеко вышло за ее пределы и в течение трех четвертей ХХ-го века доминировало в геологической теории и практике, совершив в некоторых отраслях геологического знания, например, в исторической геологии «революцию принципиального характера». Именно такое значение придавал учению о геосинклиналях известный отечественный геолог Е.В.Милановский (1892 – 1940), оценив разницу между старыми, так сказать «догеосинклинальными», и новыми курсами исторической геологии, как «между магазином случайных вещей и научным музеем».

Следует отметить, что практически одновременно с развитием учения о геосинклиналях начали формироваться представления об их антиподах – платформах, большой вклад в изучение которых внесли русские геологи: сначала Д.И.Соколов (1788 –1852), Г.П. Гельмерсен (1803 –1885), затем – А.П.Карпинский (1847–1936), А.П.Павлов (1854–1939), позже – А.Д.Архангельский (1879–1940), Н.С. Шатский (1895 –1960) и многие другие.

В это же время, то есть на рубеже ХIХ и ХХвв. на основе известных достижений, особенно в физике, значительные изменения претерпели и космогонические представления: на смену небулярной гипотезы Канта–Лапласа пришла планетозимальная гипотеза Мультона–Чемберлена и наметился переход от «горячих» космогоний, постулировавших изначально расплавленное состояние Земли, к «холодным», отрицавшим такое состояние.

Естественно, что такие общенаучные изменения не могли не коснуться геологии, в которой начался активный поиск новой парадигмы, которая должна была заменить идеи контракционизма. Но вместо одной альтернативной гипотезы было выдвинуто несколько, причем взаимоисключающих друг друга:

– гипотеза подкоровых течений австрийского геолога, известного исследователя Альп О.Ампферера (1906), предполагавшего, что складчатые деформации возникают при пододвигании жестких блоков земной коры под геосинклинали;

– гипотеза дрейфа материков американского геолога Ф.Тейлора (1910) и немецкого геофизика А.Вегенера (1912), объяснявшая расхождение (разбегание) континентов ротационными силами и некоторым проскальзыванием земной коры по мантии;

– пульсационная гипотеза американского геолога У.Бухера (1933), поддержанная в России М.А.Усовым (1883 –1939), М.М.Тетяевым, В.А.Обручевым, и основанная не предположении о периодическом, пульсационном изменения объема Земли, причины которого были, к сожалению, неизвестны;

– осцилляционная гипотеза немецкого геофизика Э.Хаармана, согласно которой поднятия земной коры – геотуморы – возникают в результате влияния внешних приливных сил;

– ундационная гипотеза известного исследователя Индонезии голландского геолога Р.В.ван Беммелена (1933), полагавшего, что поднятия – положительные ундации земной коры –образуются не вследствие воздействия внешних сил, а, как раз наоборот, в результате глубинной дифференциации подкорового вещества и подъема кислых расплавов – так называемых астенолитов;

– радиомиграционная гипотеза, разработанная в конце 30-х годов ХХ-го века известным советским тектонистом В.В.Белоусовым (1907–1990) и привлекавшая в качестве основного «возбудителя» тектогенеза и магматизма радиогенное тепло глубинных сфер Земли.

– гипотеза расширения Земли, развиваемая известным отечественным геологом Е.Е. Милановским.

В результате ни одна из названных выше гипотез не завоевала общего признания, а как бы иллюстрировала известное выражение Э.Зюсса, считавшего развитие своих взглядов не более, чем «результат путешествия от одного заблуждения к другому». Такое положение, как пишут знатоки истории геологических наук В.Е.Хаин и А.Г.Рябухин, дало «повод известному американскому геологу Ч.Лонгвеллу назвать современную ему тектонику «сумасшедшим домом»» (Хаин, Рябухин, 1997, с.112).

Ситуация резко изменилась с начала 60-х годов ХХ-го века, когда американскими геологами Г.Хессом и Р.Дитцем была предложена гипотеза с п р е д и н г а или разрастания океанского дна (1962), а затем усилиями также американских геологов и геофизиков Л.Р.Сайкса, Дж.Оливера, Б. Изакса, У.Дж.Моргана и других была разработана гипотеза «новой глобальной тектоники» или «тектоники литосферных плит» (1968), сущность которой сводится к выделению в литосфере 6–8 крупных литосферных плит, смещающихся друг относительно друга с раздвигом, поддвигом или скольжением по трансформным разломам по законам сферической геометрии, известным со времен Эйлера, под действием конвективных течений в мантии.

К началу ХХI-го века данная гипотеза получила практически повсеместное признание, превратившись из скромного, по выражению одного из ее основателей Г.Хесса, «опыта геопоэзии», в первую в истории геологии экспериментально проверяемую научную теорию.

Приведенные выше примеры мифологического, мировоззренческого, концептуального и гипотетического видов дешифрирования могут, вероятно, рассматриваться как попытки и н т е л л е к т у а л ь н о г о дешифрирования (декодирования) самых главных – фундаментальных – процессов образования и развития Земли.

Параллельно с интеллектуальным дешифрированием развивалось и другое – вербальное или т е р м и н о л о г и ч е с к о е – дешифрирование.

И это понятно, ведь любая наука не может развиваться без одновременного развития своего собственного словаря.

Действительно, в настоящее время трудно представить современные науки о Земле без таких терминов, как «геология» (М.Эшольт,1657), «разлом» (I.Playfair,1802), «аллювий» (У.Бакленд, 1823; В.Докучаев,1878), «кора земная» (Ч.Лайель,1835), «геотектоника» (К.Науман,1860), «экология» (Э.Геккель,1866), «геосинклиналь» (Дж.Дэна,1873), «биосфера» (Э.Зюсс,1875), «планетозимали» (Ф.Мультон, Т.Чемберлен,1901), «линеамент» (У.Хоббс,1904), «Русская платформа» (И.Лукашевич,1911), «астеносфера» (Дж.Баррел,1914), «авлакоген» (Н.Шатский,1955), «спрединг» (Р.Дитц,1961), «трансформные разломы» (Дж.Уилсон,1965) и многие другие, активно «участвующие» в процессе дешифрирования строения и эволюции Земли, с одной стороны, достаточно четко выделяя и как бы ограничивая изучаемый объект, процесс или явление из окружающих, а с другой – указывая на их генезис и особенности развития.

Но особый вклад в познание (и его непрестанное расширение) Земли и процессов, ее преобразующих, внесло, вносит и будет вносить к а р т о г р а ф и ч е с к о е дешифрирование.

На сегодня одной из самых древних карт считается карта, датируемая примерно 6 000 г. до н.э., которая была найдена в 1963 году при археологических раскопках на западе центральной части Турции: на ней, нарисованной, кстати, прямо на стене, изображен план города Чатал-Хаюк у склона горы Хасан-даг с ее извергающимся вулканом.

Характерно, что большинство первых «картографов» пытались отразить на своих картах весь мир. Об этом свидетельствуют карты шумерской эпохи (рис.1.1), карты времён Александра Македонского (рис.1.2), карта мира 1109 г. (рис.1.3), и многие другие. Таким образом, уже при построении первых карт преобладал космический - планетарный - взгляд на Землю. Неспроста, видно, великий древнегреческий философ Платон (427–347гг. до н.э.) считал, что: «…Земля, если взглянуть на нее сверху, похожа на мяч, сшитый из двенадцати кусков кожи...». Остаётся без ответа вопрос, на какую высоту мог подняться Платон, чтобы увидеть, подобно современному космонавту, всю Землю разом, как из космоса.

Рис.1.1

Рис.1.2.

Рис.1.3.

Научная картография, зародившаяся в ХIХ веке, испытала в ХХ веке три качественных скачка, связанных с активным внедрением в ее технологию сначала аэрофотоснимков (с 30-х годов), затем (с начала 70-х годов) космических снимков и компьютерных систем.

В связи с этим следует говорить о переходе с визуальных способов дешифрирования на новый – инструментальный – уровень дешифрирования строения Земли: от простейших портативных стереоскопов через сложные стационарные приборы – стереокомпараторы к автоматизированном – компьютерному – дешифрированию с огромным кругом возможностей разнообразной обработки имеющихся дистанционных изображений земной поверхности.

В заключение данной главы нельзя не отметить еще один вид современного дешифрирования, активно развивающийся в последние десятилетия – именно через м о д е л и р о в а н и е изучаемых объектов, процессов или явлений: математические и объемные, эволюционные и тектонофизические, структурные и геодинамические – вот далеко не полный перечень моделей, используемых в настоящее время для познания особенностей и закономерностей строения и эволюции нашей планеты.

В о п р о с ы для п о в т о р е н и я:

–Что понимается под интеллектуальным дешифрированием?

–В чем заключаются основные отличия мифологического, мировоззренческого, концептуального и гипотетического видов дешифрирования?

–В чем суть трех качественных скачков, произошедших в картографическом дешифрировании в течение ХХ века?

Т р е н и н г

–Проанализируйте все ваши знания об окружающем мире, полученные вами от родителей в детстве, от учителей – в школе, от профессоров – в институте или университете, от самостоятельного прочтения научной литературы или проведения натурных наблюдений. Попробуйте определить те доли знаний, которые были получены с помощью именно процесса дешифрирования: а) интуитивного или случайного, б) осознанного, но не заданного; в) заданного или целевого.

Л и т е р а т у р а

История геологии. – М.: Наука, 1973, 388с.

Полетаев А.И. Дешифрирование – активный способ познания окружающего нас мира / Экология и науки о Земле. Сборник статей. Труды университета «Дубна». – Дубна, 2004, с.160 – 170.

Хаин В.Е., Рябухин А.Г. История и методология геологических наук. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1997, 224с.