Усі книги і методички

Література.

1.Полевой В.А. Вычисление геодезических и сферических координат по измеренным разностям расстояний / Полевой В.А. // Геодезия и картография. -

М., 1970. – №3. – С. 24-27.

2.Морозов В.П. Гиперболические засечки на поверхности эллипсоида / Морозов В.П. // Изв. вузов «Геодезия и аэрофотосъемка». - М., 1967. – №5. – С.

101-112.

3.Полевой В.А. Математическая обработка результатов радиогеодезических измерений / Полевой В.А. // Изд-во «Недра». - М., 1971. – С. 274.

4.Хитров Б.Ф. К решению гиперболических засечек на большие расстояния / Хитров Б.Ф. // Геодезия и картография. - М., 1972. – №2. – С. 2326.

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторної роботи «Розв’язування гіперболічної засічки» з курсу «Основи морської геодезії»

для студентів 4-го курсу базового напряму “Геодезія, картографія та землеустрій”

Укладачі Двуліт Петро Дмитрович Денисов Олександр Миколайович

Редактор

Комп’ютерне складання

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ОБЪЕКТУ И СОДЕРЖАНИЮ

ГИДРОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава 1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ГИДРОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

§ 1. МИРОВОЙ ОКЕАН: ПРОИСХОЖДЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ

1. Общая характеристика гидросферы Основным объектом изучения гидрографии является гидросфера, под которой

понимают прерывистую оболочку Земли, расположенную между атмосферой и твердой земной корой (литосферой) и представляющую собой совокупность вод океанов, морей и поверхностных вод суши. Гидросфера покрывает 72,2% земной поверхности.

Прикладной характер гидрографии как науки, призванной обеспечить главным образом нужды мореплавания, естественно, приводит к ограничению изучаемых частей гидросферы. Практически гидрография изучает только ту часть гидросферы, которую составляет Мировой океан, т.е. непрерывную водную оболочку Земли, а также судоходные реки, озера и водохранилища. Однако в указанной части исследования распространяются не только на собственно водную массу, но и на граничащие и взаимодействующие с ней участки литосферы.

Иначе говоря, объектом изучения гидрографии являются океаны, моря, озера и реки, а именно: их очертания, форма, размеры, глубины, рельеф и грунты дна, а также характер и очертания берегов.

В таком плане и будут дальше рассматриваться как гидросфера в целом, так и отдельные ее части.

2. Происхождение океанов Наиболее крупной частью гидросферы является Мировой океан, объем воды

которого составляет около 98 % гидросферы.

Мировым океаном называют непрерывную водную оболочку Земли, окружающую все материки и обладающую общностью солевого состава.

В соответствии с задачами гидрографии и содержанием программы основным объектом изучения в настоящем курсе являются подводный рельеф, грунты и берега. Однако полностью исключить из рассмотрения водные массы океанов представляется невозможным и неправильным, так как это единая природная система, взаимопроникающая и определяющая особые свойства отдельных элементов.

Планирование гидрографических исследований и методика их проведения нуждаются в знании общих закономерностей происхождения и развития Мирового океана.

Происхождение океанов обусловлено процессом образования нашей планеты и, в частности, формированием земной коры. Гидросфера образовалась в процессе плавления и дифференциации вещества мантии параллельно с образованием земной коры.

Следовательно, объем воды в океане не оставался постоянным и постепенно возрастал от одной геологической эпохи к другой, а существуют океанические воды столько же, сколько и континенты, т.е. 3,5млрд. лет. Процесс дифференциации происходит и в настоящее время. При извержениях вулканов, по трещинам в рифтовых долинах, а также в районах островных дуг и другими путями вода поступает из мантии и непрерывно пополняет океаны. Подсчитано, что лишь при вулканических извержениях ежегодно выбрасывается около 50млн. т воды.

Твердое тело нашей планеты состоит из нескольких оболочек. Внешняя из них называется земной корой. Она самая тонкая из всех оболочек и простирается на глубину не более 80км. Нижней ее границей считают поверхность (тонкий слой) Мохоровичича (М). Эта поверхность характеризуется резким скачком скоростей распространения упругих волн (до 8 км/с и более).

Далее располагается подкоровая оболочка - мантия. Ее мощность достигает 1200 км. Затем следуют внешнее ядро (1200 - 2900км) и ядро (2900 - 6370км). Верхняя мантия вместе с земной корой образуют литосферу.

Средняя мощность земной коры составляет 33,7км, а реальная колеблется в пределах от 5 до 80км. На основании измерения скоростей распространения упругих волн земную кору, в свою очередь, делят на три слоя: осадочный (менее 5км/с),

гранитный (около 6 км/с), базальтовый (6,5 - 7,2 км/с).

Строение земной коры неодинаково в различных областях. Прежде всего выделяют земную кору, распространенную на материках, и земную кору в океанах.

Земная кора континентального, или материкового, типа более мощная и включает все три указанных выше слоя. При этом мощность осадочного слоя составляет в среднем 1 - 2км, гранитного 15 - 17км, базальтового 17 -20км.

Земная кора океанического типа значительно тоньше: ее мощность в среднем составляет около 7км. Верхний слой океанической коры образуют неуплотненные осадочные породы средней мощностью 0,8км (скорость распространения упругих волн около 2км/с). Далее следуют консолидированные осадки, средняя мощность которых составляет 1,7 км, а скорость упругих волн 5,1 км/с. Гранитный слой в составе океанической коры отсутствует, а нижний базальтовый слой по свойствам подобен аналогичному слою материковой коры, но мощность его значительно меньше и в среднем составляет около 4,5 -5км.

Что же касается проблемы происхождения впадин океанов, то она не получила к настоящему времени окончательного решения. Существует несколько гипотез, которые можно объединить в три основные группы.

Представители гипотез первой группы утверждают о первичности океанической коры. По их мнению, простая кора океанического типа была сформирована в начальной стадии развития и покрывала поверхность всей планеты. В последующем в результате геосинклинальных процессов происходило постоянное преобразование этой

коры в более сложную и мощную кору материкового типа. Многие геологические данные согласуются с этой гипотезой, однако встречаются и серьезные противоречия. Так, например, известно, что ряд сравнительно молодых морей (Карибское, Охотское, Черное, Японское) возникли на месте материковой коры (в пределах суши). Между тем кора, подстилающая эти бассейны, может быть отнесена к первичному океаническому типу (базальты).

Не укладывается в рамки этой гипотезы и распад древнего материка Гондваны, существование которого полагают доказанным.

Вторая группа гипотез исходит из вторичного образования океанических впадин на месте первичной коры материкового типа. При погружении «бывших» материков в расплавленные очаги мантии происходила их «океанизация». Внедрение и последующее застывание магмы. превращало материковую кору в плотную породу, под тяжестью которой происходило опускание частей материков и образование океанических впадин.

Гипотезы второй группы имеют много сторонников, однако с точки зрения геофизики такой процесс не находит обоснования: более легкая материковая кора не может погрузиться в более плотное вещество мантии. Но если бы это даже произошло, то переработке подвергался бы нижний базальтовый слой коры материкового типа, а не верхний гранитный. На самом же деле океаническая кора состоит из базальтов, а граниты отсутствуют.

Третья группа гипотез рассматривает процесс формирования океанических впадин как результат горизонтальных перемещений отдельных участков земной коры. Начальным аргументом в пользу этих предложений послужило подобие очертаний восточного и западного побережий Атлантического океана. Возрождению этой гипотезы в наше время способствовало открытие глобальной системы срединноокеанических хребтов и некоторые другие факты. Существо процессов в этой гипотезе, получившей название «тектоники литосферных плит», заключается в том, что в рифтовые зоны срединных хребтов поступает из мантии все новый материал, который раздвигает в стороны отдельные плиты. На других участках происходит погружение океанической коры под материковые массивы.

Гипотеза образования океанических впадин в результате перемещения литосферных плит обрела много сторонников. Она объясняет многие известные в геологии и географии факты. Однако и эта гипотеза наталкивается на ряд трудностей. В частности, в Индийском океане отсутствуют зоны поглощения движущихся плит - все они наталкиваются на Антарктиду, окруженную рифтовыми зонами.

Названные выше гипотезы хотя и содержат противоречивые элементы, не лишены совпадающих точек. Последующие исследования и прежде всего материалы сверхглубокого бурения на материках и океанах, вероятно, позволят раскрыть существо основных планетарных процессов, определяющих строение земной коры и образование океанов.

3. Характеристика и подразделения Мирового океана

Мировой океан занимает площадь, равную 361,3млн. км2, что составляет 70,8% поверхности нашей планеты. Важнейшая морфологическая особенность Мирового океана состоит в сплошном простирании.

Вюжном полушарии между параллелями 35 и 70° южн. шир. океан занимает 95,5% поверхности земного шара и лишь 4,5% остается на долю суши. В северном полушарии в полосе между параллелями 40 - 70° сев. шир. суша несколько преобладает над океаном, составляя 56% площади. Это наиболее контрастные участки земной поверхности. В целом же и в южном, и в северном полушарии океан преобладает над сушей, занимая 80,9% и 60,7% их поверхности соответственно. Отмеченное неравномерное распределение суши и океанических вод играет важную роль в формировании природы на Земле.

Расчленение водной оболочки материками служит предпосылкой для деления Мирового океана на отдельные части - океаны. При этом делении учитываются, кроме того, такие признаки, как рельеф дна, расположение островных архипелагов, наличие системы течений, температурный режим, соленость и другие океанографические и биологические особенности. Некоторые ученые-океанологи склоняются к преобладающему учету океанографических условий при выделении океанов. Однако такая точка зрения не может быть реализована по двум причинам: океанографические особенности еще недостаточно изучены и, что особенно важно, не являются стационарными. Поэтому границы океанов проводят по островам, мелям, линиям подводных возвышенностей и плато, затрудняющим водообмен между отдельными частями океана. Там, где такие рубежи отсутствуют, границы океанов проводят по локсодромиям, соединяющим характерные точки на материках или островах. Следует иметь в виду, что в различных странах границы океанов и других подразделений Мирового океана проводятся неодинаково.

Гидрографической службой ВМФ Советского Союза в 1960г. были официально установлены границы различных подразделений Мирового океана с учетом нужд мореплавания, картографии и океанологии [7].

Близко совпадают с этими границами подразделения океанов, принятые Международным гидрографическим бюро (МГБ) и объявленные в 1967г. океанографической службой ЮНЕСКО в качестве международного проекта.

Вкачестве основных подразделений Мирового океана выделяют океаны, моря,

заливы и проливы.

Океаном называется часть Мирового океана, расположенная между материками. В настоящее время повсеместно выделяют четыре океана: Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый и Тихий. Иногда южные части Тихого,

Атлантического и Индийского океанов условно называют Южным океаном.

Морем называется часть океана, вдающаяся в сушу или отделенная от других частей островами, в которой вследствие обособленности формируются специфические черты гидрологического режима.

По морфологическим признакам моря разделяют на внутренние, межостровные и окраинные.

Внутренние моря глубоко вдаются в сушу и сильно изолированы от океанов. Их, в свою очередь, делят на межматериковые (Средиземное, Красное) и внутриматериковые (Балтийское, Белое, Черное).

Межостровные моря окружены более или менее тесным кольцом островов или островными дугами. К таким морям относятся, например, Филиппинское, Фиджи, Соломоново.

К окраинным морям относятся такие, которые расположены в пределах подводного продолжения материковой коры в переходной зоне. Такими морями, например, в Тихом океане являются Берингово, Охотское и Японское; в Северном Ледовитом - Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское; в Атлантическом - Карибское, Северное.

Заливом называется часть водного объекта (океана, моря, озера, реки), вдающаяся в сушу. Внешние границы заливов обычно проводят условно по прямой линии, соединяющей мысы, или по какой-либо изобате.

Узкие и глубокие заливы с высокими берегами получили название фьордов. Небольшие заливы называются бухтами. Определенных граничных размеров

между бухтой и заливом нет.

Относительно узкие части океана, моря между двумя участками суши, соединяющие водные пространства, называются проливами.

§ 2. ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ СУШИ

1. Озера и водохранилища Озерами называются естественные водоемы, не имеющие непосредственной

связи с океаном. Общая площадь озер на Земле составляет около 2,7млн. км2 (1,8% всей площади суши).

Озеро состоит из двух основных элементов: котловины и массы воды. Котловина, заполненная водой, называется ложем озера. Схематически в

пределах котловины озера выделяются следующие морфологические элементы (рис.1): береговой склон 1, побережье 2, береговая отмель 3, подводный склон 4 и дно озера 5.

Рис. 1

Эти элементы не исчерпывают характеристику рельефа озерных котловин. Некоторые озера обладают весьма изрезанной береговой линией и расчлененным

рельефом дна, изобилующим навигационными опасностями в форме подводных скал и банок.

По происхождению различают озера тектонические, вулканические, ледниковые, карстовые, речные и морские. Котловины каждого из указанных типов озер имеют характерную форму, своеобразные распределение глубин и очертание берегов. Котловины наиболее крупных и глубоких озер возникли, как правило, в результате деформаций земной коры и относятся к тектоническому типу (Байкал). Особую группу среди тектонических озер составляют завальные (плотинные) озера, образующиеся в горах в результате перегораживания речных долин горными обвалами, оползнями, моренами ледников (Сарезское озеро на Памире: длина 61км, глубина до

505м).

Озера вулканического типа представляют собой заполненные водой кратеры потухших вулканов (Кроноцкое, курильские озера).

Котловины ледниковых озер образовались в результате пропахивания поверхностных слоев земной коры древними и современными ледниками. Таковы в основном озера Кольского полуострова.

Карстовые озера возникают в результате вымывания водами легкорастворимых грунтов и горных пород. При небольшой площади эти озера нередко имеют значительную глубину.

По долинам рек образуются так называемые речные, или пойменные, озера; обычно - это ответвленные рекой прежние русла (старицы) или плесы пересыхающих рек. Нередко образуются озера в дельтах рек. Вдоль низменных берегов морей широко распространены морские озера. Они представляют собой отделившиеся от моря в результате аккумулятивных процессов заливы, лагуны и лиманы. Такие озера распространены в СССР вдоль побережий Балтийского, Азовского и Черного морей.

Большинство озер образовано водами, стекавшими с поверхности суши. Некоторые озера образуются в результате скопления подземных вод, а также на месте отступающих морей.

По происхождению воды, заполняющей котловину, различают реликтовые озера

иозера наземного происхождения.

Креликтовым относятся озера, представляющие собой части Мирового океана. К таким озерам принадлежат, например, Каспийское море, отделившееся несколько тысячелетий назад от Черного и Азовского морей, а также озера Ильмень, Ладожское, Онежское, входившие прежде в обширное Иольдиево море.

В зависимости от солености озера делятся на четыре типа: пресные (до 1°/оо), солоноватые (1 - 24,7°/оо), соленые (24,7 - 47°/оо) и минеральные (свыше 47°/оо).

Важными характеристиками озер служат морфометрические показатели, к которым относятся:

длина L - кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга точками его берегов;

ширина l - расстояние между двумя наиболее удаленными точками озера по нормали к его длине;

длина береговой линии Р - длина периметра озера по нулевой изобате;

площадь озера S - площадь зеркала по нулевой изобате;

объем озера V - объем котловины, заполненной водой до уровня пулевой изобаты;

глубина максимальная zmax - самая большая глубина в пределах озера;

глубина средняя z -глубина, полученная при делении объема озера на его площадь.

По глубине принято делить озера на глубокие (глубины более 35 - 40м), средние (глубины от 8 - 15 до 35 - 40м) и мелководные (глубины менее 8 - 15м). Очень сильно различаются озера по своим размерам (площади). На территории СССР находится свыше 2850тыс. озер, занимающих около 2,5% всей площади страны. В основном это небольшие озера площадью менее 1км2. Озер с площадью более 100км2 всего 160.

Из 19 озер нашей планеты, имеющих площадь более 10тыс. км2, на территории

СССР расположено пять: Каспийское, Аральское, Байкал, Ладожское, Балхаш. Распределены озера неравномерно. Более всего их в северных районах: на Лено-

Вилюйской равнине они составляют около 25% всей площади; в Карелии и Ленинградской области они занимают 12 - 14% площади. В южной полосе СССР озер значительно меньше. Крупные озера (Каспийское, Аральское) называют морями.

Водохранилищами называются искусственные водоемы, образованные водоподпорными сооружениями на водотоке с целью хранения воды и регулирования стока.

В СССР создано около 1000 водохранилищ, на долю которых приходится почти 25% площади зеркала внутренних водоемов (без Каспийского и Аральского морей). Крупнейшими водохранилищами являются Иркутское, Верхне-Сибирское, Братское, Бухтарминское и Куйбышевское. К большим водохранилищам относятся Рыбинское, Волгоградское, Цымлянское, Кременчугское, Каховское, Красноярское, Капчагайское, Зейское, Усть-Илимское и другие (всего 21). Еще 25 водохранилищ нашей страны относят к категории средних.

Значение озер для судоходства определяется их размерами, глубинами, географическим положением, связью с другими водными путями. Наибольшее значение имеют озера, входящие в состав транзитных воднотранспортных систем.

Судоходство на крупных озерах мало чем отличается от плавания на морях. На небольших судоходных озерах условия плавания подобны условиям плавания в низовьях крупных рек.

2. Реки Реками называются естественные водные потоки значительных размеров,

постоянно текущие в разработанных ими руслах и питающиеся за счет стока с их бассейнов. По протяженности, размерам и водности выделяют главные реки и притоки.

Река, впадающая в океан (море, озеро) и принимающая на своем протяжении другие водотоки, называется главной рекой. Реки, впадающие в главную реку, называются притоками 1-го порядка; реки, впадающие в притоки 1-го порядка, называются притоками 2-го порядка и т.д.

Совокупность всех рек, связанных с главной рекой, называется речной системой (сетью). Участок земной поверхности, с которой происходит сток воды в данную речную систему, называют речным бассейном.

Вытянутые узкие понижения, в которых текут реки, называются речными долинами. Поперечный профиль речных долин определяется историей их происхождения и последующего развития. По главенствующим рельефообразующим процессам выделяют речные долины тектонического, вулканического, ледникового и эрозионного происхождения.

В горных районах долины преимущественно тектонического происхождения. Большинство равнинных рек протекает в долинах, выработанных эрозионными процессами. В районах последнего оледенения речные долины выработаны ледниками (Кольский п-ов, Карелия).

Горные реки из-за бурного течения, наличия большого количества подводных опасностей, порогов, водоемов, как правило, не пригодны для судоходства.

Равнинные реки текут в широких, хорошо разработанных долинах; продольный профиль таких рек пологий, а течение спокойное.

Рис. 2

На рис. 2 показан поперечный профиль речной долины. Самая низкая часть долины называется дном, или ложем, долины 1. Часть дна долины, по которой осуществляется сток воды в междупаводковый период, называется руслом 3. Дно долины, заливаемое при высоких уровнях (половодье), называется поймой 2.

Величина рек определяется их водоносностью, длиной, шириной и глубиной. Водоносность реки характеризуется расходом воды, т.е. объемом воды в кубических метрах, протекающей через поперечное сечение русла в одну секунду. Другим показателем водоносности служит сток, который определяется объемом воды, протекающей через данное поперечное сечение русла за определенный интервал времени (обычно за год). Речной сток выражается в кубических километрах, реже в кубических метрах.

Длина реки Р определяется по руслу от истока до устья. В результате извилистости рек их длина существенно превышает расстояние L между истоком и устьем, измеренное по прямой линии. Отношение длины реки Р к расстоянию L характеризует извилистость рек: