Применение космических снимков в геологии.

Исследования литосферы — одна из областей, где космические снимки находят наиболее активное применение благодаря возможности выявления новых черт геологического строения, незаметных на аэрофотоснимках. Свойства обзорности снимков и генерализованное изображение заставили пересмотреть старые взгляды на геологическое строение многих регионов и изменить систему, исследований по принципу от общего к частному.

Основные направления применения космической информации в геологических целях:

• геологическое картографирование,

• создание новых типов «космофотогеологических» карт;

• исследование стратиграфии и литолого-петрогра­фического состава пород - на космических снимках высокого разрешения в видимом диапазоне породы различного литолого-петрографического состава и возраста в открытых районах дешифрируются по цвету, фотото­ну или рисунку изображения. В районах с растительным покровом прямые дешифровочные признаки теряют свое значение и возрастает роль косвенного дешифрирования.

• структурно-тектоническое изучение тер­ритории - филь­трация мелких деталей в результате генерализации изображения способствует объединению разрозненных фрагментов крупных геологических образований в единое целое. Особенно хорошо ото­бражаются линейные разрывные нарушения, отмеченные слабы­ми перепадами рельефа, прямолинейными участками долин, из­ломами речных русел и эрозионных форм, прямолинейными кон­тактами и сдвигами горных пород разного литологического соста­ва.

• использование космической информации для поисков месторождений полезных ископаемых - сопоставление результатов структурно-геологического дешифрирования с пространственным распределением известных месторождений полезных ископаемых способствует выявлению закономерностей их размещения, приуроченности к определен­ным структурам для прогнозирования возможных месторождений.

• изучение геотермальных зон и вулканизма - установлена приуроченность эпицентров разрушительных земле­трясений к пересечениям тектонических линеаментов, выявлен­ных по результатам дешифрирования космических снимков. На тепловых инфракрасных сним­ках и снимках высокого разрешения в видимом диапазоне выде­ляются действующие вулканы, термальные проявления.

Применение космических снимков в океанологии. Главное достижение космических методов в океанологии состоит в том, что спутники позволяют перейти от наблюдений в отдельных точ­ках (ранее обеспечивавшихся буйковыми или судовыми метода­ми) к общему глобальному охвату. Однако при этом регистриру­ются характеристики лишь поверхностного слоя воды и большое значение имеет использование косвенных по­казателей, поэтому и необходимо изучение связей исследуемых явлений.

Регистрация температур поверхности океана. Глобальные спутниковые фотокарты температур морской поверхности составляются по снимкам. Установленный по спутниковым снимкам характер распределения температур воды в океане существенно отличается от пре­жних представлений о нем. В противоположность отображаемому картами изданных атласов океанов плавному изменению темпе­ратур на поверхности океана наблюдается весьма сложная и кон­трастная картина, обусловленная струйными течениями и вихре­выми образованиями.

Измерения уровня океана. Спутниковая радиоальтиметрия впервые открыла возможность получения глобальной суточной карти­ны топографии поверхности. Это позволяет определять отклонения уровня водной поверхности от геоида, исследовать вихревую структуру общей океанической циркуляции, обнаруживать разрушительные волны цунами задолго до их приближения к берегу, следить за приливами в зонах континентальных шельфов, штормовыми нагонами и деформациями уровня, связанными с западными пограничными течениями и их меандрами.

Наблюдения за течениями, океаническими вихрями, фронтами, апвеллингами, внутренними волнами. Хорошими индикаторами течений являются битые льды, взве­си, фитопланктон, которые визуализируют на снимке движение вод. Однако наи­более эффективный современный метод глобального изучения те­чений, воды которых обычно имеют температуры, отличные от температур окружающих акваторий, — это тепловая инфракрас­ная съемка. В значительной мере благодаря спутниковым наблюдениям в океанологии сделано одно из крупнейших за последнее столетие открытий — обнаружение повсеместно в Мировом океане океанической погоды, которая, как и в атмосфере, определяется в основном среднемасштабными вих­ревыми образованиями — океаническими циклонами и антицик­лонами.

Изучение волнения и приповерхностных ветров. Для изучения волнения используются различные радиофизические методы: микроволновая радиометрия, радиоальтиметрия, скаттерометрия, радиолокация. Действенный метод изучения волнения представляет актив­ная радиолокация, фиксирующая неровности водной поверхнос­ти. Получаемые с океанологических спутников радиолокацион­ные снимки океана очень четко отобра­жают структуру волнения.

Исследования распределения и концентрации взвесей, фитопла­ктона, биопродуктивности океана. На космических снимках в видимом диапазоне спектра четко выделяются прибрежные полосы мутных вод в зоне волнового перемешивания донных отложений, факелы выноса твердого стока в устья рек. Для изучения глубинного распределения и концентрации взвесей используют снимки в разных спектральных зонах. Экспери­менты показывают, что спектральная отражательная способность вод находится в прямой зависимости от количества и состава со­держащихся в них взвесей, что является основой использования многозональных снимков.

Наблюдения за загрязнением поверхности океана. Главный метод — радиолокация, дающая возможность определять границы нефтяных загрязнений при аварийных разли­вах нефти, когда на снимках четко выделяются блики — пятна гладкой морской поверхности, где наблюдается гашение волнения нефтяной пленкой.

Изучение распространения морских льдов, ледовая разведка. Космические снимки издавна используются как средство оценки ледовой обстановки. Они позволяют количественно и качественно определять состояние ледового покрова морей и его изменение, что возможно делать в условиях полярной ночи, используя тепло­вую инфракрасную или радиолокационную съемку. На снимках фиксируются границы морских льдов, их структура и состояние.

Изучение рельефа дна; комплексные исследования мелководно­го шельфа. Анализ космических снимков в видимом диапазоне показывает, что на них хорошо отображается строение дна в мел­ководной зоне, отчетливо выделяются отмели и банки, лагуны внутри атоллов; видны формы донного рельефа: вдольбереговые валы, бары, гряды, приливные дельты, русла палеорек, эрозион­ные ложбины, карстовые воронки, коралловые рифы и др.

Применение космических снимков в геоморфологии. Наилучшим образом выражены на сним­ках морфологические черты рельефа и во многих случаях снимки представляют хороший материал для морфометрических опреде­лений. Морфологические особенности и изображающиеся на сним­ках элементы ландшафта, связанные с рельефом, позволяют по индикационным признакам выявлять генезис рельефа.

Отображение этапов развития рельефа в особенностях его морфологии и в других компонентах природы позволяет изучать динамику рельефа, для чего в ряде случаев целесообразно также сопоставление материалов разновременных съемок.

Своеобразная морфология рельефа разных генетических типов обусловливает свои осо­бенности изображения на космических снимках.

Флювиальный рельеф находит яркое отображение как в открых, так и в залесенных районах. Речные долины в открытых рай­онах выделяются благодаря интразональной пойменной раститель­ности — луговой, болотной в гумидных районах, орошаемым зем­лям — в аридных. Большие возможности открываются при изучении морфоло­гии дельтовых областей, особенно дельт крупных рек. Сравнение разновременных снимков или современных снимков со старыми картами дает хороший материал для изучения динамики дельт.

На снимках четко отражается общая система эрозионного расчленения территории, особенно в степных районах весной и осе­нью, когда контуры балок с луговой или кустарниковой расти­тельностью четко выделяются среди распаханных полей. Однако выделение таких форм линейной эрозии, как овраги, тре­бует использования снимков очень высокого разрешения.

Эоловый рельеф находит яркое отображение на космических снимках во всем его разнообразии. Снимки позволяют изучать особенности образования и эволюцию различных форм эолового рельефа, выражающиеся в их рисунке, выявлять зависи­мость ориентировки форм от режима ветров и других условий.

Карстово-суффозионный и мерзлотно-термокарстовыйрельеф. Эти формы, подчеркнутые различиями в состоянии посевов сельско­хозяйственных культур, на космических снимках хорошего качества передаются даже лучше, чем на аэрофотоснимках. Очень физиономичен мерзлотно-термокарстовый рельеф, характеризующийся массовым развитием термокарстовых озерных кот­ловин и образующихся по мере зарастания озер аласов; хорошее отображение их на космических снимках позволяет не только чет­ко выделять районы распространения термокарстового рельефа, но и анализировать стадии его развития, разделяя молодые, зрелые и дряхлые формы.

Рельеф берегов. На косми­ческих снимках хорошо разделяются типы берегов: абразион­ных, характеризующихся резко­стью береговых линий, часто обусловленных тектонически, и аккумулятивных с их плавными формами. Четко выделяются формы берегового рельефа — пляжи, косы, бары, отчленен­ные ими лагуны.

Геоморфологическое картографирование. На основе космических снимков разных уровней генерализации составляются геоморфологические карты в масштабе 1: 200 000 и мельче, отража­ющие строение и взаимосвязи форм рельефа с морфоструктурами, раскрывающие особенности важнейших этапов рельефообразования, дающие всестороннюю характеристику экзогенных про­цессов и их связи с эндогенными. С использованием космических сним­ков получил основательное развитие морфоструктурныи анализ ре­льефа.

Применение космических снимков в гляциологии. Изучение распределения снежного покрова и его динамики. Космическая съемка впервые открыла возможность одновременной фиксации на значительных территориях границ распространения снежного покрова, а также изучения его динамики. Обе характе­ристики являются основными для оперативного картографирова­ния снежного покрова, необходимого прежде всего в целях гид­рологических прогнозов.

Толщина снежного покрова. Важнейшую проблему оценки толщины и водозапасов в снежном покрове приходится решать кос­венным способом. Основой служит метод теплового проявления снегозапасов, суть которого состоит в обратном расчете величин максимального снегонакопления по положению границы снеж­ного покрова и данным о температурах за период снеготаяния. Снежные лавины. Для изучения лавин требуются снимки само­го высокого разрешения, поэтому для таких целей обычно используются аэрофотоснимки; теперь эти требования удовлетворя­ются и космическими снимками субметрового разрешения.

Изучение горного и покровного оледенений. Горные ледники хорошо выделяются на снимках высокого разрешения. Видны не только границы и площади ледников; различаются такие их элементы, как фирновая линия, крупнейшие моренные гряды, зоны крупных ледопадов, окружающие ледник отложенные морены последней стадии оледенения. Поэтому такие снимки целесооб­разно использовать для уточнения изображения ледников на то­пографических и общегеографических картах и для со­ставления обзорных гляциологических карт. Роль космических снимков не ограничивается фикса­цией пространственного состояния и морфологии поверхности ледников, важнее их использование для расчетов ряда режимных параметров гляциологических объектов. С помощью космических снимков косвенно можно определить поле аккумуляции для крупных горных систем. Космические снимки высокого разрешения с успехом приме­няются для изучения пульсирующих ледников.

Изучение наледей и подземных льдов. Крупнейшие дешифрируются на снимках высокого разрешения. Подземные льды отображаются на снимках через ландшафт­ные индикаторы — рельеф, растительный покров.

Разделение изображения облачности и снежно-ледовых обра­зований. Трудности гляциологического использования космиче­ских снимков связаны с проблемой разделения изображений об­лачности и снежно-ледовых образований. Обычно их различают по структуре и рисунку изображения. Однако наиболее эффектив­ный путь — использование снимков в ближней инфракрасной зоне, где яркости облаков и снега резко различаются.

Применение космических снимков в гидрологии. В исследованиях вод суши космические снимки используются главным образом для гидрологического моделирования, изучения формирования половодья, прогноза стока, решения вопросов снежной гидрологии, наблюдений за катастрофическими наводнениями и борьбы с ними, изучения глобального водообмена.

Гидрологическое моделирование. Разработка гидрологиче­ских моделей стока учитывает ряд параметров; некоторые из них, относящиеся к общей географической ситуации в бассейне, мо­гут быть получены на основе анализа космических снимков. Такие характеристики водосборов, как озерность, заболоченность, ле­систость, распаханность, достоверно определяются по космиче­ским снимкам. Для рек снегового питания (т. е. для большинства рек нашей страны) по снимкам может быть выявлена и степень покрытости бассейна водой в твердом или жидком виде на разных фазах формирования стока.

Прогноз талого снегового стока. Наиболее надежно применение спутнико­вой информации для оценки стока от снеготаяния в горных водо­сборах. Здесь положение снеговой линии в каждый момент време­ни является показателем равновесия основных факторов стока: максимальных снегозапасов и сумм положительных температур воздуха с начала таяния.

Наблюдения за паводками, наводнениями. Кроме прогнозирования космическая информация используется для контроля за поло­водьями, паводками и особенно катастрофическими явлениями. Такой контроль требует оперативной информации. Оперативные карты зон затопления используются при борьбе с последствиями наводнения, для оценки принесенного ущерба, выбора мест для сооружения защитных дамб. Кроме оп­ределения фактических границ разливов важно выявление про­гностических связей между площадями затоплений и определяю­щими факторами, например расходами на расположенных выше по течению водомерных постах, осадками в водосборе, что необ­ходимо для разработки прогнозов-предупреждений.

Изучение озер и других замкнутых водоемов суши по космическим снимкам. При изучении озер предусматривается их каталоги­зация, измерение уровня крупных озер (по данным радиоальти­метров), исследование качества вод (по многозональным снимкам): их мутности, зарастания и эвтрофикации, распространения в во­доеме взвесей, выносимых реками, и загрязнения вод сбросами промышленных предприятий.

При изучении ледовой обстановки на крупных озерах и водохранилищах определяется степень покрытия озера льдом, изме­нение ее в период очищения озера от льда, скорость перемеще­ния и ветровой дрейф льда. На малых озерах по снимкам возмож­но установление дат ледостава и очищения от льда, так как их светлые пятна хорошо выделяются на темном фоне окружающих территорий, уже освободившихся от снега.

Проблемы глобального водообмена. Исследование пространствен­но-временных полей различных гидрометеорологических парамет­ров и их статистической структуры, а также взаимодействия ат­мосферы и гидросферы, выполняемое по спутниковым данным, образует основу для решения проблем глобального водообмена.