Источники знаний и методы землеведения Наблюдения эксперимент

Источники знаний и методы землеведения

Наблюдения, эксперимент и моделирование – три основных метода получения исходных данных • 1. Наблюдения проводятся в ходе рекогносцировок, полевых маршрутов, наблюдений на стационарах и полустационарах, наблюдений из Космоса, с самолетов (аэровизуальные наблюдения), исследовательских кораблей. • Прежде чем начать полевые исследования, проводится предварительная разведка - рекогносцировка. Первая ее задача - предварительное ознакомление с территорией и выбор ключевых участков, подлежащих детальному изучению и охватывающих по возможности все разнообразие объектов, представленных на изучаемой территории.

Задачи рекогносцировки • 1. Предварительное ознакомление с территорией и выбор ключевых участков, подлежащих детальному изучению и охватывающих по возможности все разнообразие ландшафтов, представленных на изучаемой территории. • 2. Выявление степени соответствия картографического и аэрофотоматериала и сведений, полученных из литературных и фондовых источников действительной обстановке на местности. • 3. Выработка единой для всей экспедиции методики наблюдений и фиксации их результатов, согласование применения терминов и наименований рельефа, почв, типов растительности и т. д. • 4. Обычно используются такие транспортные средства как автомобиль, вертолет, легкомоторные самолеты.

Метеостанции мира

Справа –обнажения горных пород, слева – построенный разрез отложений

Кольская сверхглубокая имеет глубину по керну 12 262 метра • Бурения на Кольской сверхглубокой было прекращено в 1992 году. Три зарубежные скважины достигли глубины бурения 9, 1 — 9, 6 километров. • Образцы пород, которые извлекли на Кольской сверхглубокой станции с глубины около 3 километров, практически полностью соответствуют породам, которые доставил советский луноход.

Водные и почвенные испарители • На площадке устанавливаются сосуды, наполненные водой или почвенным монолитом. Они периодически взвешиваются, что дает возможность оценить величину испарения.

Буйковые станции для наблюдений в толще воды

Эксперимент Биосфера – 2 (штат Аризона, США)

Моделирование

Самый большой глобус в мире • Диаметр 12, 6 метров, внесен в книгу рекордов Гиннесса, является самым крупным существующим ныне глобусом в мире. • Гигантский шар, созданный ещё в 1998 году, выставлен в просторном павильоне штабквартиры "De. Lorme” в американском городе Ярмут.

Эксперименты в землеведении • Экспериментировать с биосферой, географической оболочкой или, тем более, с Землей, - просто безумие. Поэтому непосредственные эксперименты не проводятся. • Но есть два типа экспериментов, которые можно использовать в научных целях: - эксперименты ставит сама природа - человек проводит непреднамеренные эксперименты в ходе освоения земного пространства

Эксперименты ставит природа • Изменение светимости Солнца • Перестройка расположения планет • Воздействие на географическую оболочку земных недр (вулканизм, землетрясения и др. ) • Эти и другие воздействия вызывают перестройку атмосферной и океанической циркуляции, температурного режима и многих других процессов.

Пара д плане т Астрономическое явление, при котором некоторое количество планет Солнечной системы оказывается по одну сторону от Солнца в небольшом секторе. При этом они находятся более или менее близко друг к другу на небесной сфере. Малый парад — астрономическое явление, во время которого четыре планеты оказываются по одну сторону от Солнца в небольшом секторе. К этим планетам относятся: Венера, Марс, Сатурн, Меркурий. • Большой парад — астрономическое явление, во время которого шесть планет оказываются по одну сторону от Солнца в небольшом секторе. К ним относятся: Земля, Венера, Юпитер, Марс, Сатурн, Уран.

Парад планет

Непреднамеренные эксперименты человека • Освоение земной поверхности человеком сопровождается выжиганием и вырубкой лесов, распашкой степей, орошением почв, застройкой территории, загрязнением вод океана, рек, атмосферы, исчезновением видов живых организмов.

Сан-Пауло – один из крупнейших городов мира

Ночная Земля из Космоса

Нефтяное загрязнение Мирового океана

Нефтяная пленка на поверхности океана

Взрыв платформы в Мексиканском заливе

Пожар на платформе в Мексиканском заливе

Нефтяное пятно в Мексиканском заливе

Пеликан, испачканный нефтью

Пеликан, погибающий от нефтяного загрязнения

Карьер по добыче алмазов глубиной 600 м в Якутии

Карьер Хал-Раст-Махонинг • Железная руда Миннесота, США Разработка начата в 1893 • карьер достигает 8 км в длину, 3, 2 км в ширину и 180 метров в глубину.

Космические методы в Землеведении

Комические методы: Земля из Космоса

Международная космическая станция (МКС), март 2011 года

Междунаро дная косми ческая ста нция, сокр. МКС (англ. International Space Station, сокр. ISS) Пилотируемая орбитальная станция, используемая как многоцелевой космический исследовательский комплекс. МКС — совместный международный проект, в котором участвуют 15 стран (в алфавитном порядке): Бельгия, Бразилия, Германия, Дания, Испания, Италия, Канада, Нидерланды, Норвегия, Россия, США, Франция, Швейцария, Швеция, Япония. Первые сегменты – 1998 г. Управление МКС осуществляется: российским сегментом — из Центра управления космическими полётами в Королёве, американским сегментом — из Центра управления полётами в Хьюстоне. Между Центрами идёт ежедневный обмен информацией.

Космические методы: Земля из Космоса

Космические снимки тропического циклона

Ночная Земля из Космоса

Ледник Суситна на Аляске Ледники текут вниз, словно реки, к которым присоединяются притоки, образуя крупные потоки. Но если вода течет, то лед ползет. Этот снимок со спутника сочетает в себе инфракрасные, красные и зеленые длины волны, образуя снимок ненатурального цвета. Растительность красная, поверхность ледника окроплена свободным от грязи голубым и грязным коричневым льдом. Примеси относительно чистого льда образуют притоки на севере.

Дельта реки Нил ночью Огни хорошо показывают распределение людей. На примере этой фотографии видно, что население Египта почти полностью сосредоточено вдоль долины Нила, а ведь это небольшой процент от площади страны. Снимок сделан с Международной космической станции.

Тассилин-Адджер • Национальный парк, часть пустыни Сахара, имеет сухой климат. Это скалистое плато поднимается выше окружающих морей песка, охватывает 72 тысячи квадратных километров) на юго-востоке Алжира. Это изображение 2000 года было сделано в ближнем инфракрасном и видимом свете, чтобы лучше различать различные типы пород.

• На исследовательском батискафе «Триест» в 1960 году Ж. Пикаром было совершено рекордное погружение в Марианскую впадину. Одним из важнейших научных результатов погружения стало обнаружение высокоорганизованной жизни на таких глубинах.

Тур Хейерда л Thor Heyerdahl (19142002) — норвежский путешественник и учёный-антрополог. Автор многих книг.

Лодка «Тигрис» • В 1977 г. Т. Хейердал построил тростниковую лодку, «Тигрис» (так по-английски звучит название Тигра), задачей которой было продемонстрировать, что между Месопотамией и цивилизацией на полуострове Индостан могли существовать торговые и миграционные контакты

Жак-Ив Кусто (Jacques-Yves Cousteau) 19101997) знаменитый французский исследователь Мирового океана, фотограф, режиссер, изобретатель, автор множества книг и фильмов.

• Подводная лодка Жака Ива Кусто в Монако у океанографического музея

Экспериментальное моделирование в землеведении

Биосфера-2 сооружение, моделирующее замкнутую экологическую систему, построенное компанией «Space Biosphere Ventures» и миллиардером Эдвардом Бассом в пустыне Аризона (США). Цифра « 2» в названии призвана подчеркнуть, что «Биосферой-1» является Земля. Главной задачей «Биосферы-2» было выяснить, сможет ли человек жить и работать в замкнутой среде. В отдаленном будущем такие системы могут быть полезны и как автономные поселения в космосе, и в случае крайнего ухудшения условий жизни на Земле.

Биосфера - 2

Биосфера-2» изнутри. Блоки «Саванна» и «Океан» - слева, Блок «Пустыня» - справа, август 2005 года

Ландшафты Биосферы - 2

Устройство модели Комплекс "оранжерей", полностью изолированных от окружающей среды занял около 1, 5 га, объём атмосферы составил около 204 тыс. м 3 воздуха. В гигантскую "теплицу" было "заключено" около 3000 видов животных и растений, а также 8 человек. В помещении было семь различных биомов: тропический лес, пустыня, саванна, океан с небольшим коралловым рифом и мангровым эстуарием, агроценоз, в котором колонисты выращивали продукты питания (овощи, фрукты и скот), а также жилой блок. Видовой состав живых организмов был подобран, чтобы имел место биосферный круговорот веществ, включающий продуцирование и разложение органики, в том числе и естественное разложение отходов жизнедеятельности людей.

Проблемы в Биосфере -2 Колонисты столкнулись с множеством серьёзных проблем. Одной из главных проблем оказалось то, что растения не смогли вырабатывать необходимое количество кислорода. Содержание кислорода в атмосфере "Биосферы-2" снизилось с 21% до 15%, в результате пришлось подкачивать кислород из внешней среды. Два года (с 1991 по 1993 год) жители искусственной биосферы жили в условиях постоянного кислородного голодания (аналогичное кислородное голодание испытывают альпинисты на высоте 4 км). Учёные предполагают, что существенную роль в повышенном потреблении кислорода сыграли почвенные микроорганизмы.

• Вторая проблема, с которой столкнулись люди - это нехватка пищи. Площади агроценоза "Биосферы-2" оказалось недостаточно, чтобы обеспечить 8 человек пищей в достаточном количестве. Для решения этой проблемы пришлось увеличить плотность засева зерновых, а также высадить в тропическом лесу бананы и папайю.

• Третья проблема - это неконтролируемый рост численности насекомых-вредителей. Пищевые цепи искусственных экосистем "Биосферы-2" оказались неполными, и численность насекомыхвредителей в отсутствие врагов стала неуклонно расти. В изолированных от внешней среды условиях "Биосферы-2" использование инсектицидов для борьбы с насекомымивредителями было невозможно, так как привело бы к отравлению химикатами всех обитателей. Для решения этой проблемы колонистам пришлось собирать вручную насекомыхвредителей, а также разводить их естественных врагов.

Биосфера -2 Биом пустыни просуществовал недолго. По утрам влага конденсировалась на стеклянной крыше «Биосферы-2» и искусственным дождём падала вниз. Спустя некоторое время после начала эксперимента пустыня стала зарастать травой. Некоторые проблемы оказались весьма неожиданными. Так отсутствие ветра пагубно сказывалось на некоторых видах древесной растительности. В отсутствие давления ветра на ствол и ветви деревьев, механические ткани древесины оказались недостаточно развитыми. В результате стволы и ветви деревьев становились хрупкими и ломались под тяжестью собственного веса.

Наблюдения в полярных широтах

Бурение на станции Восток В рамках 52 -й Российской антарктической экспедиции в конце декабря 2006 было возобновлено бурение и получен первый ледяной керн с глубины 3650, 43 метра. 5 февраля 2012 года, на глубине 3769, 3 метров, достигли поверхности подлёдного озера. В подледниковом озере Восток были обнаружены неизвестные науке типы бактерий, которое в течение миллионов лет было изолировано от внешнего мира 4 -километровым слоем льда и которое является единственным в своем роде земным аналогом подледных океанов спутников Юпитера (Европа, Ганимед, Калисто) или Сатурна (Энцелад). В озере могут обитать микробыхемолитоавтотрофы, извлекающие энергию из окислительновосстановительных реакций, а не органических веществ.

Научные станции в Антарктиде

Украинская научная станция "Академик Вернадский» в Антарктиде

Схема сейсмозондирования Сейсмический взрыв возбуждает колебания, которые достигают коренного ложа и, отражаясь от него, возвращаются на поверхность ледникового покрова. Эти колебания воспринимаются и в виде электрических импульсов передаются на регистрирующий осциллограф.

Схема бюджета массы льда Антарктиды Осадки, выпадающие на поверхность, превращаются в лед, который медленно растекается от центра к краям. У краев лед тает с поверхности и здесь же откалываются айсберги, уплывающие к северу. Под влиянием потока тепла из недр земли происходит донное таяние. Образующаяся вода выжимается к краям или скапливается в виде линз в толще ледника.

Образование шельфовых ледников

Рельеф поверхности материка без ледникового покрова

Достижение подледного озера в районе станции Восток • Бурение к 1999 году было проведено до глубины 3623 м. Образцы льда с этой глубины имели возраст около 430 тыс. лет, поэтому предполагается, что озеро было закупорено льдом не менее 500 тыс. лет назад. Бурение было приостановлено в 1999 г. приблизительно в 120 м от предполагаемой поверхности озера, чтобы не допустить загрязнение воды, которое может навредить уникальной экосистеме озера.

Моделирование в землеведении

Математическое моделирование

Модель пределов роста

Изменение температуры воздуха у подстилающей поверхности для сценария ядерной войны с суммарной мощностью 10000 Мт через 40 суток после начала войны

Эмпирические и теоретические обобщения в землеведении • 1. Эмпирические обобщения • 2. Формулировка законов и теорий • 3. Метод аналогии • 4. Принцип униформизма и актуализма • 5. Системный анализ • 6. Исторический метод

Вади (араб. — )ﻭﺍﺩﻱ арабское название сухих русел рек и речных долин вре менных или периодических водных потоков, заполняемых, например, во время сильных ливней.

Методология актуализма (или униформизма) Есть принцип равнозначности процессов и утверждает, что геологические процессы, которые мы наблюдаем в настоящее время, являются такими же, какими они были в отдалённые по времени геологические эпохи. Отсюда те непосредственные научные выводы, которые делают учёные, изучая современные геологические процессы, справедливы и для тех событий, что происходили на нашей планете сотни миллионов и миллиарды лет назад. Если, к примеру, в ископаемых слоях обнаруживаются окаменевшие русловые гряды, которые схожи с теми, что образуются в настоящее время или в недалёком прошлом, то это означает, что появились они вследствие одинаковых геологических процессов. Таким образом, речь идёт о том, что везде, в каждом случае и во все времена действуют одни и те же законы природы.

Эти идеи были впервые изложены в 1795 году шотландским геологом Джеймсом Геттоном в его работе «Теория Земли» и позднее развиты Чарльзом Лайелм в главном труде учёного «Принципы геологии» (1830 год).

Ископаемая русловая гряда. Русловая гряда прилива

Закон Ньютона и гравитационная модель взаимодействия городов F= G (m 1 m 2) / r 2 G -гравитационная постоянная, m 1 и m 2– плотности тел, r 2 – квадрат расстояния между телами. K = z (V 1 V 2) / r y Z – эмпирический коэффициент, V 1 и V 2 - численность населения двух городов, r y - расстояние в степени y.

Determination of World Plant Formations from Simple Climatic Data L. R. Holdridge