Гравитационная карта россии: Карта аномального гравитационного поля России и прилегающих акваторий

Аномалии гравитационного поля

Изучение гравитационного поля Земли имеет не только научное, но и большое практическое значение для многих отраслей народного хозяйства России. Являясь самостоятельным научным направлением, гравиметрия одновременно входит составной частью в другие комплексные науки о Земле, такие, как физика Земли, геология, геодезия и космонавтика, океанография и навигация, сейсмология и прогноз землетрясений.

Все исходные понятия гравиметрии основываются на положениях классической ньютоновой механики. Под действием силы тяжести все массы Земли испытывают ускорение g Обычно имеют дело не с силой тяжести, а с её ускорением, численно равным напряженности поля в данной точке. Изменения силы тяжести зависят от распределения масс в Земле. Под действием этой силы создалась современная форма (фигура) Земли и продолжается ее дифференциация на разные по составу и плотности геосферы. Это явление используется в гравиметрии для изучения геологического строения Земли. Изменения силы тяжести, связанные с плотностными неоднородностями земной коры, не имеющие явной, видимой закономерности и обусловливающие отклонение значений силы тяжести от нормального, называются аномалиями силы тяжести. Аномалии эти не велики. Их значения колеблются в пределах нескольких единиц 10-3 м/с 2 что составляет 0,05% полного значения силы тяжести и на порядок меньше нормального изменения её. Однако именно эти изменения представляют интерес для изучения земной коры и для поиска полезных ископаемых.

Гравитационные аномалии вызываются как выступающими на поверхность массами (горами), так и различием плотностей масс внутри Земли. Влияние внешних видимых масс рассчитывается исключением из полученных аномалий поправок на рельеф местности. Изменение плотностей может происходить как за счёт поднятия и опускания слоёв, так и за счёт изменения плотностей внутри самих слоёв. Поэтому в аномалиях силы тяжести отражаются как структурные формы, так и петрографический состав пород различных слоёв земной коры. Дифференциация плотностей в коре идёт как по вертикали, так и по горизонтали. Плотность с глубиной увеличивается от 1,9–2,3 г/см 3 на поверхности до 2,7–2,8 г/см 3 на уровне нижней границы коры и достигает 3,0–3,3 г/см 3 в области верхней мантии.

Особо важную роль приобретает интерпретация аномалий силы тяжести в геологии. Прямо или косвенно сила тяжести участвует во всех тектонических движениях. Наконец, аномалии силы тяжести, ввиду их физической природы и применяемых способов их вычисления, позволяют одновременно изучать любые плотностные неоднородности Земли, где бы и на какой глубине они ни находились. Это обусловливает возможность использования гравитационных данных для решения весьма разнообразных по масштабам и глубинности геологических задач. Гравиметрическая съёмка широко применяется при поисках и разведке рудных месторождений и нефтегазоносных структур.

Роль и значение гравитационных данных в изучении глубинных недр Земли особенно возросли за последние годы, когда не только Кольская, но и другие глубокие и сверхглубокие скважины, в том числе зарубежные (Оберпфальц в Германии, Гравберг в Швеции и др.) не подтвердили результаты геологической интерпретации данных глубинной сейсмики, положенные в основу проектирования этих скважин.

Для геологического истолкования гравитационных аномалий геоморфологически резко различных регионов особую роль приобретает выбор наиболее обоснованной редукции силы тяжести так как, например, в горных областях аномалии Фая и Буге резко различаются не только по интенсивности, но даже и по знаку. Для континентальных территорий наиболее признанной является редукция Буге с плотностью промежуточного слоя 2,67 г/см 3 и с поправкой на влияние рельефа поверхности в радиусе 200 км

Превышения земной поверхности, а также глубины дна морей и океанов измеряются от поверхности квазигеоида (уровня моря). Поэтому для полного учета гравитационного влияния формы Земли необходимо вводить две поправки: поправку Брунса за отклонения фигуры Земли от нормального земного эллипсоида либо сфероида вращения, а также топографическую и гидротопографическую поправки за отклонения твердой земной поверхности от уровня моря.

Аномалии силы тяжести широко используются при решении разнообразных геологических задач. Представления о глубинной геологической природе гравитационных аномалий столь большой и разнородной по геологическому строению территории России будут во многом меняться в зависимости от того, какие теоретические концепции образования и тектонической эволюции Земли были положены в их основу. Отчетливая связь гравитационных аномалий в редукциях Буге и гидротопографической с дневным рельефом и с глубинами моря, когда горным сооружениям соответствуют интенсивные минимумы, а морям — максимумы силы тяжести, давно уже отмечалась исследователями и широко применялась для изучения изостазии, корреляции гравитационных аномалий с данными глубинного сейсмического зондирования и использования ее для вычисления “мощности” земной коры на сейсмически не изученных территориях. Редукции Буге и гидротопографическая позволяют убрать влияние известных плотностных неоднородностей Земли и тем самым выделить более глубинные составляющие поля. Наблюдаемая корреляционная связь с дневным рельефом аномалий силы тяжести подчеркивает, что именно изостазия как физическое явление и служит причиной того, что не только рельеф, но и все плотностные неоднородности Земли взаимно уравновешены в виде зон относительно повышенной и пониженной плотности, часто неоднократно чере-дующихся с глубиной и взаимно компенсирующих друг друга. Современные данные о реологических свойствах Земли с ее лито- и астеносферой, резко различных по своей упругости и, соответственно, подвижности, а также тектоническая расслоенность зем-ной коры, с возможным наличием в ней многоярусной конвекции глубинного вещества Земли, свидетельствуют о геологически мгновенной релаксации нагрузок. Поэтому в Земле как сейчас, так и раньше все аномальные массы любых размеров и глубины залегания были и продолжают оставаться изостатически скомпенсированными, независимо от того, где бы они ни находились и в какой бы форме ни проявлялись. И если раньше амплитуды и знаки гравитационных аномалий пытались объяснить лишь изменениями общей мощности земной коры и вычисляли для этой цели коэффициенты ее корреляционной связи с дневным рельефом либо с гравитационными аномалиями, то последующее все более детальное сейсмическое изучение земной коры и верхней мантии, применение методов сейсмической томографии показали, что латеральные сейсмические, а следовательно, и плотностные неоднородности свойственны всем уровням дифференциации глубинных масс Земли, т. е. не только земной коре, но и верхней, и нижней мантии, и даже ядру Земли.

Поле аномалий силы тяжести изменяется на громадную величину — свыше 500 мГал — от –245 до +265 мГал, образуя систему разных по размерам и интенсивности глобальных, региональных и более локальных гравитационных аномалий, характеризующих собой коровые, коро-мантийные и собственно мантийные уровни латеральных плотностных неоднородностей Земли. Аномальное гравитационное поле отражает суммарное действие гравитирующих масс, расположенных на различных глубинах в земной коре и верхней мантии. Так, строение осадочных бассейнов лучше проявляется в аномальном гравитационном поле при наличии достаточной плотностной дифференциации в областях, где породы кристаллического фундамента залегают на больших глубинах. Гравитационный эффект осадочных пород в районах с неглубоким залеганием фундамента наблюдать значительно труднее, поскольку его затушёвывают влияния особенностей фундамента. Участки с большой мощностью «гранитного слоя» выделяются отрицательными аномалиями силы тяжести. Выходы гранитных массивов на поверхность характеризуются минимумами силы тяжести. В аномальном гравитационном поле зонами больших градиентов и полосовыми максимумами силы тяжести чётко вырисовываются границы отдельных блоков. В пределах платформ и складчатых областей выделяются более мелкие структуры, впадины, валы, краевые прогибы.

Наиболее глобальные аномалии силы тяжести, характеризующие неоднородности собственно мантийного (астеносферного) уровня, столь велики, что лишь своими краевыми частями заходят в пределы рассматриваемой территории России, прослеживаясь далеко за ее пределы, где их интенсивность существенно возрастает. Единая зона Средиземноморского максимума силы тяжести совпадает с бассейном Средиземного моря и ограничена с севера небольшим Альпийским минимумом силы тяжести, а на востоке — единым очень интенсивным и громадным по площади Азиатским минимумом силы тяжести, соответствующим в целом Азиатскому мегавздутию Земли, охватывающему горные сооружения Средней и Высокой Азии от Забайкалья до Гималаев и, соответственно, от Тянь-Шаня до северо-восточной системы впадин внутреннего Китая (Ордосской, Сычуанской и др.). Этот глобальный Азиатский минимум силы тяжести уменьшается в своей интенсивности и прослеживается далее на территорию Северо-Востока России (горные сооружения Алтая, Забайкалья, Верхояно-Чукотской области), а его ответвление охватывает практически всю область активизированной в новейшее время Сибирской докембрийской платформы в виде в целом незначительно приподнятого (до 500–1000 м) Сибирского плоскогорья.

Крайняя северная часть Эгейского максимума частично попадает в пределы территории России, где после небольшого пережима начинается новый максимум, косо пересекающий Русскую платформу, Урал, Западную Сибирь и уходящий на севере в Северный Ледовитый океан. На крайнем востоке и северо-востоке, также лишь частично заходя на территорию России, располагается еще один — Тихоокеанский гигантский максимум силы тяжести, краевая часть которого протягивается в виде интенсивной линейной зоны гравитационного градиента от Шантарских островов до Берингова пролива через всю окраину Евразийского континента и омывающие его моря.

Находят логическое объяснение и разные знаки этих аномалий, если учесть, что зонная плавка, по мере подъема к поверхности астенолита, оставляет за собой на каждом уровне переплавленные породы, относительно более плотные, чем вмещающие их по латерали толщи. Поэтому в гравитационном поле вся сумма таких переплавленных пород создаёт единый суммарный максимум силы тяжести, и даже наличие в нем расплавленных “слоев” (зон инверсии скорости и плотности) не изменит общей его характеристики, как это и наблюдается в попадающих в пределы карты краевых частях Арктическо-Атлантического и Тихоокеанского глобальных максимумов силы тяжести.

Аномальные массы, создающие Среднеазиатский глобальный минимум, вероятно, находятся на еще большой глубине, в результате чего образовавшаяся зона расплава привела к увеличению объема лишь глубинных масс и, соответственно, к образованию на поверхности единого гигантского Азиатского мегавздутия Земли, а наличие расплавленной линзы на глубине, видимо, обусловило небольшой по объемам и рассеянный по всей этой территории базальтоидный магматизм, мезозойские трубки взрыва в Тянь-Шане, потухшие четвертичные вулканы в Алтае-Саянской области, наконец, более интенсивный базальтоидный магматизм Байкало-Патомского нагорья, далеко уходящий за пределы самого Байкальского рифта.

Большая глубинность глобальных максимумов и минимумов силы тяжести, попадающих в пределы территории России, находит свое подтверждение и при интерпретации высот геоида.

В России создают гравитационную навигацию для военной техники

Соответственно, точное знание местоположения не связано более с защищённостью от помех или от направленного РЭБ-воздействия, от метеоусловий и магнитных аномалий, нарушающих канал связи и прочее.

Любопытно, что это открытие подтвердил Алексей Абрамов, глава Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт).

Чиновник даже добавил, что такая система не просто должна дополнить отечественный ГЛОНАСС, но может стать незаменима для объектов, находящихся, например, под поверхностью земли (в туннелях) или под водой, где приём сигнала с орбиты, естественно, затруднён.

В целом технология основана на изучении аномалий гравитационного поля Земли и, следовательно, на российском открытии квантовой механики — одного из самых новых разделов физики. В настоящее время российские метрологи занимаются воистину титанической задачей: они снимают показания и вводят в искусственный интеллект гравитационные характеристики каждой точки поверхности.

Такая работа осуществляется по принципу анализа Big Data, то есть сверхбольших массивов данных. В России,  да и в мире, число машин, способных справиться с подобной задачей — считанные единицы.

Но одними гравитационными полями новая система определения координат не ограничивается. Важной составляющей исследования является и изучение магнитного поля. В отличие от гравитации это более привычная для наших учёных область знаний. Но практические работы и здесь не проводились уже очень много лет — фактически с восьмидесятых годов прошлого столетия.

© russianspacesystems.ru

Спутники российской навигационной системы ГЛОНАСС.

Составлением новой карты геомагнитных аномалий и заняты, в том числе, спутники нашей навигационной системы ГЛОНАСС.

В природе магнитное поле планеты используют многие животные. Пернатые ориентируются таким образом в безопорном пространстве, перелетая зачастую на колоссальные расстояния.

Военное применение открытия

Разумеется, применение привязки к местности по изменению гравитационного поля может стать незаменимым для наших подводных лодок и других особых видов техники.

Интерес к открытию диктуется в первую очередь полной помехозащищённостью новой системы навигации. Иными словами, ничто не в состоянии исказить гравитационное поле планеты. Показания, снимаемые при помощи гравиметров и градиентометров, будут всегда чистыми от постороннего воздействия.

Но гравитационная система навигации не годится для гражданского использования. Дело в том, что она основана на подробнейшей карте силы притяжения, воздействующей на любое материальное тело, а также на другом векторе — центробежной силе, связанной с вращением Земли. Вместе эти два разнонаправленных вектора дают нам силу тяжести. Она неравномерна в каждой точке поверхности.

Микроколебания силы тяжести можно картографировать, привязав к конкретному маршруту. Таким образом, высокоточное оружие, например, крылатая ракета, всегда найдёт свой путь даже при отключённой системе определения на местности при помощи спутников.

Для баллистических ракет, определяющих свой путь в верхней точке траектории по карте звездного неба, такой метод может быть вспомогательным. Однако микроизменения силы тяжести в каждой точке поверхности надо постоянно уточнять.

© mil.ru

Крылатая ракета сможет найти свой путь даже при отключённой системе определения на местности при помощи спутников.

Мы картографируем Луну

Но одной планетой Земля использование такого принципиально нового прикладного открытия не ограничивается. Так, как подтвердили журналистам в пресс-службе Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ), гравитационная карта поможет будущим российским (а возможно, и не только) жителям посёлков на поверхности Луны. Сейчас исследователи института занимаются программно-математическим моделированием, создавая матрицу планетоида.

А что за рубежом?

Проблемой изучения гравитационного поля занимается европейская космонавтика.

Справка

Данные европейским учёным поступали от функционировавшего 4 года, с 2009-го по 2013 г., на полярной орбите GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) — спутника, исследующего гравитационное геополе и океанические течения. Аппарат различал изменение притяжения на уровне одной десятитриллионной. Он оказался способен нанести на карту перепады высот в 1-2 сантиметра на площади 100 километров.

Для того чтобы добиться максимальной точности измерений, спутник был сделан без подвижных частей — все детали внутренних механизмов были намертво закреплены, а для коррекции движения использовалась ионная силовая установка.

Побочным эффектом таких исследований было наблюдение за таянием Антарктиды, изменением течений (меряется высота воды) и за другими важными параметрами. Другим следствием детальных знаний о гравитационных аномалиях было получение новых данных о магматических течениях под корой Земного шара. Такие сведения важны и для вулканологов.

Кстати, именно в результате работы европейского спутника удалось выяснить, что наше небесное тело отнюдь не круглой или овальной формы, а напоминает… неравномерно приплюснутую картофелину.

© nasa.org

Американские спутники GRACE-FO для картографирования гравитационных полей.

Изучением гравитации занимаются и в США. Около года назад ракета Falcon доставила на околоземную орбиту очередную пару спутников GRACE-FO для картографирования гравитационных полей. Первые 2 спутника Вашингтон запустил на 500-километровую высоту ещё в 2002 г. Использование сразу двух аппаратов резко повысило точность анализа, так что можно смело утверждать, что после 15 лет непрерывного сбора данных Пентагон обладает отличной навигационной картой по гравитационным перепадам.

Аналогичные работы США провели ещё в 2011-2012 гг. на Луне. Там они использовали спутники GRAIL.

Необъяснимые гравитационные аномалии

Уже сейчас изучение гравитации выделяется в отдельную область научных знаний. Ещё очень многое для учёных здесь остаётся непонятным. Речь, в частности, идёт о так называемых гравитационных аномалиях — таких местах, где сила тяжести не действует на предметы или действует искажённо.

Хрестоматийным случаем таких локальных геоаномалий является так называемая зона Прейзера в штате Калифорния.

Запущенный по наклонной поверхности вниз шар здесь останавливается и катится обратно, вверх по склону. А в центре зоны, в сохранённой на правах музея хижине первооткрывателя, каждый вторник утром сила тяжести пропадает на несколько секунд, что даёт возможность посетителям… левитировать. Лазерный луч от прибора, помещённого в зону, неожиданно самопроизвольно меняет направление и наклоняется в сторону земли.

Точное знание природы гравитации даст возможность продвинуться в области создания не только приборов, но и силовой установки, прототип которой уже разработал отец квантовой механики Владимир Леонов.

ГРАВИТАЦИОННЫЕ АНОМАЛИИ КОРЫ И ВЕРХНЕЙ МАНТИИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ И ЮЖНОЙ АЗИИ | Сеначин

1. Baranov A.A., 2010. A new crustal model for Central and Southern Asia. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 46 (1), 34–46. http://dx.doi.org/10.1134/S1069351310010039.

2. Bassin C., Laske G., Masters G., 2000. The current limits of resolution for surface wave tomography in North America. Eos, Transactions American Geophysical Union 81, F897.

3. Brocher T.M., 2005. Empirical relations between elastic wavespeeds and density in the Earth’s crust. Bulletin of the Seismological Society of America 95 (6), 2081–2092. http://dx.doi.org/10.1785/0120050077.

4. Christensen N.I., Mooney W.D., 1995. Seismic velocity structure and composition of the continental crust: A global view. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 100 (B6), 9761–9788. http://dx.doi.org/10.1029/95JB00259.

5. Dziewonski A.M., Anderson D.L., 1981. Preliminary reference Earth model. Physics of the Earth and Planetary Interiors 25 (4), 297–356. http://dx.doi.org/10.1016/0031-9201(81)90046-7.

6. Grushinsky N.P., Sazhina N.B., 1988. Gravity Survey. Nedra, Moscow, 364 p. (in Russian) [Грушинский Н.П., Сажина Н.Б. Гравитационная разведка. М.:Недра, 1988. 364 с.].

7. He R., Zhao D., Gao R., Zheng H., 2010. Tracing the Indian lithospheric mantle beneath central Tibetan Plateau using teleseismic tomography. Tectonophysics 491 (1), 230–243. http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2010.03.015.

8. Jiménez-Munt I., Fernàndez M., Vergés J., Platt J.P., 2008. Lithosphere structure underneath the Tibetan Plateau inferred from elevation, gravity and geoid anomalies. Earth and Planetary Science Letters 267 (1), 276–289. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2007.11.045.

9. Jones B.A., Born G.H., Beylkin G., 2010. Comparisons of the cubed-sphere gravity model with the spherical harmonics. Journal of Guidance, Control, and Dynamics 33 (2), 415–425. http://dx.doi.org/10.2514/1.45336.

10. Kosygin V.Yu., Pyatakov Yu.V., Krasikov V.N., 1996. The Solution to the Direct Gravimetric Problem for the Spherical Polyhedron of Constant Density. Institute of Applied Mathematics, Khabarovsk, 21 p. (in Russian) [Косыгин В.Ю., Пятаков Ю.В., Красиков В.Н. Решение прямой задачи гравиметрии для сферического многогранника постоянной плотности. Хабаровск: Институт прикладной математики ДВО РАН, 1996. 21 с.].

11. Krystopowicz N.J., Currie C.A., 2013. Crustal eclogitization and lithosphere delamination in orogens. Earth and Planetary Science Letters 361, 195–207. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2012.09.056.

12. Laske G., Masters G., 1997. A global digital map of sediment thickness. Eos, Transactions American Geophysical Union 78, F483.

13. Li Z., Hao T., Xu Y., Xu Y., 2011. An efficient and adaptive approach for modeling gravity effects in spherical coordinates. Journal of Applied Geophysics 73 (3), 221–231. http://dx.doi.org/10.1016/j.jappgeo.2011.01.004.

14. Nersesov I.L., Artemiev M.E., Dosymov A., 1975. Isolation of density heterogeneities in the lithosphere of the high-mountain regions of Central Asia on the basis of gravimetric and seismologic data. Izvestiya AN SSSR, seriya Fizika Zemli (5), 16–24 (in Russian) [Нерсесов И.Л., Артемьев М.Е., Досымов А. Выделение плотностных неоднородностей литосферы высокогорных районов Средней Азии по данным гравиметрии и сейсмологии // Известия АН СССР, серия Физика Земли. 1975. № 5. С. 16–24].

15. Oreshin S.I., Vinnik L.P., Kiselev S.G., Rai S.S., Prakasam K.S., Treussov A.V., 2011. Deep seismic structure of the Indian shield, western Himalaya, Ladakh and Tibet. Earth and Planetary Science Letters 307 (3), 415–429. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2011.05.016.

16. Pogorelov V.V., Baranov A.A., 2010. Gravity stresses in the Central Asia crust. Geofizicheskiye Issledovaniya (Geophysical Researches) 11 (3), 72–84 (in Russian) [Погорелов В.В., Баранов А.А. Гравитационные напряжения в земной коре Центральной Азии // Геофизические исследования. 2010. Т. 11. № 3. С. 72–84].

17. Prudnikov A.P., Brychkov Yu.A., Marychev O.I., 1981. Integrals and Series. Nauka, Moscow, 798 p. (in Russian) [Прудников А.П., Брычков Ю.А., Марычев О.И. Интегралы и ряды. М.: Наука, 1981. 798 с.].

18. Schmidt M., Fengler M., Mayer-Gürr T., Eicker A., Kusche J., Sánchez L., Han S.C., 2007. Regional gravity modeling in terms of spherical base functions. Journal of Geodesy 81 (1), 17–38. http://dx.doi.org/10.1007/s00190-006-0101-5.

19. Senachin V.N., 2015a. Estimations of Planetary and Regional Models of Gravity in Crust and Mantle of the Earth with Account of Its Spherical Shape. Preprint. IMGG FEB RAS, Yuzhno-Sakhalinsk, 19 p. (in Russian) [Сеначин В.Н. Расчет планетарных и региональных гравитационных моделей коры и мантии Земли с учетом ее сферической формы: препринт. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2015. 19 с.].

20. Senachin V.N., 2015b. Gravity modeling of the Earth tectonosphere given its spherical shape. In: Geodynamic processes and natural catastrophes. Experience of Neftegorsk: All-Russia conference with international participation (Yuzhno-Sakhalinsk, May 26–30, 2015). Dal’nauka, Vladivostok, vol. 2, p. 150–154 (in Russian) [Сеначин В.Н. Гравитационное моделирование тектоносферы Земли с учетом ее сферической формы // Геодинамические процессы и природные катастрофы. Опыт Нефтегорска: Всероссийская конференция с международным участием (г. Южно-Сахалинск, 26–30 мая 2015 г.). Владивосток: Дальнаука, 2015. Т. 2. С. 150–154].

21. Smith W.H., Sandwell D.T., 1997. Global sea floor topography from satellite altimetry and ship depth soundings. Science 277 (5334), 1956–1962. http://dx.doi.org/10.1126/science.277.5334.1956.

22. Starostenko V.I., Manukyan A.G., Zavorot’ko A.N., 1986. Methods for Solving Direct Problems of Gravity and Magnetometry for the Spherical Earth. Naukova Dumka, Kiev, 112 p. (in Russian) [Старостенко В.И., Манукян А.Г., Заворотько А.Н. Методы решения прямых задач гравиметрии и магнитометрии на шарообразной Земле. Киев: Наукова Думка, 1986. 112 с.].

23. Strakhov V.N., Romanyuk T.V., Frolova N.K., 1989. Methods for solving direct problems of gravity, used in modeling of global and regional gravity anomalies. In: New Methods of Interpretation of Gravity and Magnetic Anomalies. IEP, USSR Acad. Sci., Moscow, p. 118–235 (in Russian) [Страхов В.Н., Романюк Т.В., Фролова Н.К. Методы решения прямых задач гравиметрии, используемые при моделировании глобальных и региональных гравитационных аномалий // Новые методы интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. М.: ИФЗ АН СССР, 1989. C. 118–235].

24. Ueda K., Gerya T.V., Burg J.P., 2012. Delamination in collisional orogens: Thermomechanical modeling. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 117 (B8), B08202. http://dx.doi.org/10.1029/2012JB009144.

Гравитационная навигация как инструмент будущего

Гравиметрическая карта России и прилегающих территорий в масштабе 1:2 500 000. ВСЕГЕИ им. А.П. Карпинского, 2016 г. / vsegei.com

Существуют и широко используются несколько типов систем навигации, отличающиеся принципами действия и точностью измерений. В будущем в эксплуатацию может поступить принципиально новая система, вычисляющая координаты по особенностям гравитационного поля Земли (ГПЗ). Ожидается, что такой способ определения местоположения будет отличаться особой точностью – и при этом высокой сложностью.

Перспективное направление

Наличие развитой космической группировки и совершенствование всех основных технологий открывает перед мировой наукой новые возможности. В частности, наличие высокоточных инструментов измерения физических полей планеты и объектов на ее поверхности позволяет составлять подробные модели разного рода, пригодные для применения в разных сферах.

На протяжении нескольких последних лет в нашей стране и за рубежом ведутся исследования в направлении т.н. гравитационных навигационных систем. Выполняются необходимые работы и собираются новые данные, перерабатываемые для дальнейшего использования. Уже определены основные принципы работы новой навигационной системы, и продолжается процесс ее создания.

В России работы в этом направлении ведет несколько организаций. В частности, Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) из состава Росстандарта занимается созданием техники для сбора данных и обработкой поступающей информации о ГПЗ с целью создания новых средств навигации.

Принципы работы спутниковой системы ГЛОНАСС. Комплекс критически зависит от радиосвязи, что приводит к рискам. Графика ИАЦ КВНО / glonass-iac.ru
Последние сообщения на тему гравитационной навигации появились на днях. Еженедельник «Звезда» со ссылкой на руководство Росстандарта писал о продолжении работ по перспективному проекту и получении новых результатов. Также напомнили о преимуществах новых технологий и сферах их применения.

Измерение и вычисление

В основе концепции гравитационной навигации лежит тот факт, что параметры ГПЗ в разных точках поверхности планеты (или над ней) незначительно отличаются. Земля не является идеальным шаром или эллипсоидом; ее поверхность имеет сложнейший рельеф, а толща земной коры сложена из разных материалов. Все это влияет на параметры гравитации на поверхности и вблизи нее. Нередко фактические значения отличаются от расчетных для данной точки, что называется гравитационной аномалией. Кроме того, из-за ряда факторов в разных точках наблюдается отличающаяся центробежная сила.

Концепция предусматривает измерение параметров ГПЗ и центробежной силы в разных точках с дальнейшей обработкой. Получившаяся гравиметрическая карта может вводиться в память навигационной аппаратуры и использоваться в вычислениях. На основе данных о ГПЗ возможна коррекция работы инерциальных или спутниковых навигационных систем. При этом общая погрешность всего комплекса сокращается до сантиметров. Кроме того, ИНС с коррекцией по данным о ГПЗ отличается высочайшей помехоустойчивостью.

Наблюдения показывают, что ГПЗ является достаточно надежным «эталоном» для навигационных систем. Скорость изменения гравитационного поля значительно ниже, чем у магнитного, и данные о ГПЗ могут использоваться в течение десятков лет без заметной потери точности вычислений. Впрочем, землетрясения и иные процессы могут изменять состояние ГПЗ и требовать обновления карт.

Практические меры

Согласно сообщениям последних лет, российские ученые – как и их зарубежные коллеги – уже не первый год занимаются сбором данных, поиском гравитационных аномалий и составлением гравиметрических карт. Специальная аппаратура на борту летательных аппаратов и спутников измеряет значения полей в огромном числе точек и передает их наземным вычислительным центрам. Итогом такой работы становится карта, способная обеспечить высокую точность навигации.
КА системы ГЛОНАСС разных модификаций. Графика ИАЦ КВНО / glonass-iac.ru
Также осуществляется разработка навигационного оборудования, способного использовать новые карты и взаимодействовать с другой аппаратурой. Однако, насколько известно, такие проекты еще не привели к появлению изделий, пригодных к реальной эксплуатации.

Внедрению новых принципов навигации пока может помешать отсутствие точных карт значительной части земной поверхности. Фактически на данный момент навигация по ГПЗ на практике не дает особых преимуществ перед ИНС или спутниковыми системами. Ситуация может измениться лишь в будущем, когда будут выполнены все необходимые исследования и проектные работы.

Сферы применения

Новые принципы навигации могут найти применение в разных сферах, где требуется особо точное определение координат, независимость от внешних источников сигнала и другие специфические особенности. Прежде всего, это военное дело. Появление пригодных к эксплуатации гравитационных систем навигации позволит повысить боеспособность широкого круга образцов техники и вооружений.

Военным может быть интересна как повышенная точность вычисления координат, так и уникальная помехозащищенность. По сути, единственным способом воздействия на такие системы является искусственное изменение ГПЗ – что требует колоссальных усилий или вовсе невозможно.

Высокоточная управляемая ракета, используя гравиметрическую карту, сможет более точно следовать по заданному маршруту и поразить цель с известными координатами с меньшим отклонением. Такие принципы могут использоваться как крылатыми, так и баллистическими ракетами. Впрочем, для такой операции потребуется точная и актуальная карта ГПЗ на маршруте, что предъявляет особые требования к разведке и организации удара.

Гравитационные аномалии на поверхности Земли по данным миссии NASA GRACE. Графика NASA / earthobservatory.nasa.gov
Новые принципы навигации представляют большой интерес для науки. С их помощью можно осуществлять более точную привязку, что полезно при различных исследованиях в ряде областей. Точность сбора данных повышается, и это сможет стать основой для новых важных открытий.

Не следует забывать и про гражданский и коммерческий транспорт. В нормальной обстановке кораблям или самолетам достаточно имеющихся средств навигации, но в некоторых ситуациях могут требоваться более точные системы. Вполне возможно, что появление полноценных работоспособных средств навигации по ГПЗ заинтересует авиа- и судостроителей, а также коммерческих перевозчиков.

В ожидании успеха

Согласно последним сообщениям, ВНИИФТРИ сейчас занят составлением точных гравиметрических карт разных районов, пригодных для дальнейшего использования на практике. Данные о параметрах ГПЗ и наблюдаемых силах обрабатываются и переводятся в удобную для использования форму. Также ведется разработка навигационной аппаратуры для внедрения на практике.

Обе эти составляющие нового направления отличаются высокой сложностью, продолжительностью и трудозатратами. К сожалению, даже примерные сроки внедрения новых технологий на практике остаются неизвестными. Кроме того, неясны фактические перспективы таких разработок с точки зрения применения в разных сферах. Тем не менее, работы ведутся, и в будущем следует ожидать реальные результаты. Если новые технологии дойдут до применения и оправдают ожидания, в ряде сфер произойдет коренной перелом.

Ловцы гравитации: ученые составят космический прогноз землетрясений | Статьи

Российско-китайский космический проект по созданию четырех исследовательских спутников позволит в 10 раз повысить точность мониторинга гравитационного поля Земли. В результате будут улучшены долгосрочные прогнозы погоды и открыты возможности для предсказания землетрясений. Если проект окажется успешным, в дальнейшем появится также гравитационная навигация, которая станет аналогом GPS и ГЛОНАСС. Запустить аппараты на орбиту планируется через три года.

Лазерная четверка

Создание и регулярное обновление карты гравитационного поля Земли — важная научная задача, решение которой позволяет оценивать и прогнозировать множество природных явлений. При этом ключевую роль в исследованиях играет работа специальных спутников, измерения которых дают возможность актуализировать данные с периодичностью в один месяц. Новый российско-китайский космический проект должен ускорить мониторинг, предоставив ученым более точную информацию.

Спутник GRACE Follow On во время испытаний

Фото: Airbus DS GmbH/A. Ruttloff

Справка «Известий»

Существование гравитационного поля Земли обусловлено массой планеты и центробежной силой, которая вызвана ее вращением.

При этом сила тяготения в различных областях различается из-за неоднородности распределения масс и особенностей рельефа поверхности. Для того чтобы отразить ее величину в различных точках Земли, были созданы гравитационные карты, которые используются для прогнозирования климатических явлений.

— В настоящее время для исследования гравитационного поля используются два спутника проекта GRACE Follow On — оно проводится с помощью постоянного измерения расстояния между ними, изменение которого говорит о перемене характеристик поля, — отметил заведующий лабораторией лазерных интерферометрических измерений Астрономического института им. Штернберга МГУ Вадим Милюков. — Этот способ обеспечивает точность до одного микрометра. В нашем же проекте мы планируем увеличить ее на порядок за счет применения более совершенных лазерных дальномеров, погрешность которых составляет всего около 100 нанометров.

3D-модель работы спутников GRACE Follow On на орбите

Фото: NASA

По словам ученого, сейчас подразумевается оснащение лазерами сразу четырех спутников — они составят две группировки, одна из которых будет двигаться по полярной орбите (с наклонением в 90 градусов), а другая — по орбите с наклонением 70 градусов. Это решение позволит ученым еженедельно обновлять гравитационную карту Земли. В качестве базового аппарата планируется взять российскую платформу «Карат», созданную специалистами НПО им. Лавочкина.

Также для правильной работы лазеров на спутниках будет необходимо использовать новую систему стабилизации движения. Она необходима для компенсации их увода с траектории при контакте с остаточной атмосферой, которая еще присутствует на целевой 500-километровой высоте рабочей орбиты.

Фото: laspace.ru

Малая космическая платформа «Карат» с полезной нагрузкой

— Для этого на аппараты планируется установить акселерометры, в их конструкции будет использовано специальное зеркало с электростатическим подвесом, который предназначен для отражения лазерного луча, — пояснил начальник отдела перспективных исследований НПО им. Лавочкина Валентин Сысоев. — Конструкция позволит прибору детектировать все микроколебания спутника, которые способны помешать наблюдениям.

В дальнейшем сигналы от акселерометра будут направляться на электрические микродвигатели, работа которых возвратит спутник на идеальную траекторию.

Орбитальный оракул

Информация о гравитационном поле, полученная в результате работы новых спутников, позволит следить за распределением и перемещением различных веществ под землей и в атмосфере.

— В частности, новые данные могут открыть возможности для предсказания мест будущих крупных землетрясений, поскольку на обновленной гравитационной карте будут отражены зоны напряжений в земной коре, — считает Вадим Милюков.

Перспективы проекта прокомментировали в Институте физики Земли (ИФЗ) им. О.Ю. Шмидта РАН.

Изображение гравитационного поля Земли

Фото: NASA/JPL-Caltech

— Во время крупных землетрясений происходят заметные изменения гравитационного поля Земли, которые можно зафиксировать с помощью орбитальных наблюдений, — рассказал заведующий лабораторией комплексной интерпретации геофизических данных ИФЗ РАН, член-корреспондент РАН Валентин Михайлов. — Если же с помощью новой спутниковой системы удастся значительно повысить точность мониторинга изменений гравитационного поля, то можно будет находить крупные зоны, где накапливаются напряжения и деформации, например по периферии Тихого океана. Это позволит увидеть области, где готовятся сильные землетрясения.

Повлияет проект и на предсказание погодных явлений.

— Детальные данные о гравитационном поле необходимы для численного моделирования циркуляции Мирового океана, — пояснил Валентин Михайлов. — Характер океанических течений оказывает значительное влияние на климат и учитывается в моделях, использующихся для среднесрочных и долгосрочных прогнозов погоды.

Также гравитационный мониторинг позволит следить и за состоянием крупных ледников. Дело в том, что их таяние из-за глобального потепления приводит к значительному уменьшению массы, что должно отразиться на составляемой карте.

Гравитационный маршрут

По словам разработчиков, если информацию со спутников получится дополнить результатами систематических наблюдений оснащенных гравиметрами беспилотников, то высокоточная гравитационная карта может использоваться и в качестве основы для новых систем навигации. Ожидается, что они обеспечат точность позиционирования до нескольких метров и будут работать независимо от спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС.

Фото: Global Look Press/Ivan Damanik

Сейчас проект по созданию научных аппаратов развивается в рамках соглашения о сотрудничестве между МГУ им. Ломоносова и Университетом Сунь Ятсена (Гуанчжоу, Китай). Кроме того, к его подготовке готовится присоединиться НПО им. Лавочкина — это может произойти после заключения соответствующего договора с госкорпорацией «Роскосмос».

Ожидается, что спутники для мониторинга гравитационного поля Земли будут отправлены на орбиту уже через три года. Для этих целей может быть использована российская ракета-носитель «Союз».

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Десять сервисов для слежения за экологическими проблемами планеты

Где самый грязный воздух? Где вырубают леса? Какие страны затопит, если растает весь лед? В этой подборке — интерактивные карты и порталы, которые будут полезны тем, кто хочет быть в курсе актуальных данных по климату

Что можно узнать. Посмотреть, на какой территории горят леса, узнать примерную площадь пожара, отследить изменения и интенсивность.

Как работает. Карта обобщает данные со спутников, которые работают по принципу тепловых точек, то есть спутники замечают пожар по инфракрасному излучению. Температура в очаге пожара намного выше температуры земли, поэтому ее легко зафиксировать, при этом облачность и дым не мешают. Спутники передают данные два-четыре раза в сутки.

Карта работает как по России, так и по миру (берет данные из открытых источников NASA). Есть дополнительные настройки: границы заповедников, природоохранной зоны Байкала и административных регионов. Сайт не требует регистрации, базовая версия бесплатная. В платной версия Pro информация обновляется в два раза чаще, есть доступ к детальным снимкам и картам прогноза погоды, имеются данные по пожарной статистике по регионам России.

Что можно узнать. На карте множество функций, которые показывают потери лесов за разные годы, прирост лесов, охраняемые территории, биоразнообразие и многое другое.

Как работает. Это совместный проект Института мировых ресурсов и Google. Портал собирает информацию и со спутников, и из открытых источников. Есть как интерактивная карта, так и информационный сайт. На карте данные о потере и восстановлению лесов разбиты по странам и годам. На портале много статей по лесо- и землепользованию и изменению климата.

Есть мобильное приложение Forest Watcher: для Android и для iOS.

Что можно узнать. Насколько превышены показатели взвешенных частиц, углекислого газа, озона и других загрязнителей в воздухе.

Как работает. Сайт в реальном времени собирает данные о качестве воздуха из более чем 100 стран мира. В зависимости от города отличаются показатели, по которым оценивается состояние воздуха, для России это в основном взвешенные частицы PM2.5 и PM10. Количество измерительных станций также варьируется от города к городу.

World Air Quality Index – некоммерческий проект, который начал работать в 2007 году. Сейчас карта объединяет более 10 тыс. станций мониторинга. Сервис собирает информацию как с официальных источников (например, Мосэкомониторинг), так и от частных лиц. Вы можете сами установить у себя измерительный прибор и передавать информацию на сайт.

Что можно узнать. Посмотреть, где в морях и океанах скапливается больше всего пластика.

Как работает. Разработка дизайнеров из Новой Зеландии, которые собрали данные полевых исследований и экспедиций. Карта показывает приблизительную концентрацию пластикового мусора в морях и океанах. Каждая белая точка на карте соответствует примерно 20 кг плавающего пластика.

На сайте можно детально изучить некоторые экспедиции: отследить маршрут и количество пластикового мусора, которое нашли в конкретной точке. На карте есть разбивка не только по количеству, но и по весу и размеру частиц: от 0,33 мм до 20 см.

Что можно узнать. Посмотреть, какие города затопит, если уровень воды поднимется на 1 м и более. Например, центр Санкт-Петербурга уйдет под воду, если уровень моря поднимется на 13 м.

Как работает. Flood Map – частная инициатива программиста Алекса Тингла, который объединил на карте открытые данные NASA. Выбираете уровень воды (от 1 до 60 м) – и на карте появляется прогноз затоплений по всему миру.

Создатель признается, что прогнозы приблизительные, так как данные неполные, и сложно учесть все климатические факторы. Для него это в первую очередь шанс привлечь внимание людей к проблеме изменения климата и роста уровня океана.

Что можно узнать. В динамике увидеть таяние льдов Арктики, повышение уровня моря, изменения глобальной температуры и повышение концентрации углекислого газа.

Как работает. Это своеобразная машина времени для климата – визуализация ключевых климатических показателей, основанных на данных NASA.

На картах есть данные за разные года, поэтому легко увидеть изменения, переключаясь между датами. Здесь можно получить визуальную информацию по глобальной температуре за определенный год или сравнить количество льда в Арктике за разные периоды.

Что можно найти. Визуальные данные по выбросам парниковых газов, ранжированные по странам, отраслям и видам парниковых газов.

Как работает. Climate Watch находится под управлением Института мировых ресурсов. Сайт собирает данные из разных авторитетных открытых источников.

Это бесплатная платформа для политиков, журналистов и всех, кто интересуется экологическими проблемами. С сайта можно свободно брать научные и официальные данные. Портал специально устроен так, чтобы каждый смог скачать нужные ему графики и таблицы.

Что можно узнать. Является ли страна экологическим донором или кредитором, и какие страны оказывают больше всего негативного воздействия на окружающую среду.

Как работает. Сотрудники сайта собирают информацию из разных подразделений ОНН и рассчитывают на основе этих данных для каждой страны уровень потребления ресурсов и ее биоемкость – наличие продуктивных земель для воспроизводства ресурсов и поглощения выбросов углекислого газа. Если страна потребляет ресурсов больше, чем природа способна восстановить, то она считается экологическим должником. Экологические кредиторы – те страны, где восстановление опережает потребление.

Некоммерческий проект возник в 2003 году. Его цель – повысить осведомленность людей в экологических проблемах. Создатели сервиса призывают открыто использовать их данные, поэтому с сайта легко скачать все графики. Также на портале можно подсчитать свой личный углеродный след.

Что можно узнать. Толщину озонового слоя над определенной территорией и динамику изменений.

Как работает. Данная карта – разработка канадской организации World Ozone Monitoring, которая следит за изменением озонового слоя с 1998 года. Информация поступает со спутников и с наземных измерительных станций. Данные обновляются раз в сутки. Отдельно можно посмотреть изменения озонового слоя для Арктики.

Толщину озонового слоя измеряют в единицах Добсона, которая равна 10 микрометрам. Если таких единиц менее 220, то можно говорить об озоновой дыре.

Что можно узнать. Температуру, концентрацию углекислого газа, угарного газа, озона и водяного пара, уровень гравитационного поля, влажность почвы, уровень и соленость моря.

Как работает. Бесплатное приложение для Android и для iOS от NASA. Вся информация поступает со спутников, о которых можно почитать отдельно. Также в приложении показаны орбиты, по которым движутся спутники.

---

Больше информации и новостей о том, как «зеленеет» бизнес, право и общество в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь.

ПАО НОВАТЭК Бизнес : Проект «Арктик СПГ 2»

«Арктик СПГ 2» – очередной проект «НОВАТЭКа», связанный с производством сжиженного природного газа

Проект предусматривает строительство трех технологических линий по производству сжиженного природного газа мощностью 6,6 млн т в год каждая. Общая мощность трех линий составит 19,8 млн т СПГ и до 1,6 млн т стабильного газового конденсата в год. Проект основан на инновационной концепции строительства с использованием оснований гравитационного типа (ОГТ). Оператором проекта и владельцем всех активов является ООО «Арктик СПГ 2».

Ресурсной базой проекта «Арктик СПГ 2» является Утреннее месторождение, расположенное на полуострове Гыдан в ЯНАО, примерно в 70 км от проекта «Ямал СПГ» через Обскую губу.

В 2018 году были завершены основные технические решения и проектная документация (FEED), начато выполнение инженерной подготовки территории, строительство первоочередных объектов энергоснабжения и бурение эксплуатационных скважин, строительство причальной набережной.

Участники «Арктик СПГ 2» приняли окончательное инвестиционное решение по проекту в сентябре 2019 года. Капитальные вложения для запуска проекта на полную мощность оцениваются в эквиваленте $21,3 млрд.

Применение технологической концепции строительства на ОГТ, а также обширная локализация производства оборудования и материалов в России позволят существенно снизить капитальные затраты на тонну производимого СПГ в рамках данного проекта. Это обеспечит низкую себестоимость производимой продукции и максимальную конкурентоспособность на всех рынках СПГ.

Центр строительства крупнотоннажных морских сооружений

Для обеспечения изготовления ОГТ, сборки и установки модулей верхних строений недалеко от Мурманска вблизи п. Белокаменка строится Центр строительства крупнотоннажных морских сооружений. Центр будет включать два сухих дока для строительства ОГТ и мощности для изготовления модулей верхних строений. Он создаст современную техническую базу СПГ-технологий в России, новые рабочие места в области инженерных разработок и производства, а также внесет вклад в экономическое развитие региона.

Конкурентные преимущества

• Снижение удельных капитальных затрат за счет использования ОГТ
• Традиционные запасы, расположенные на суше
• Низкий уровень затрат на разработку и добычу
• Доступ к рынкам АТР и Атлантического бассейна

Статус реализации проекта

• Базовый проект (FEED) подготовлен в октябре 2018 года
• Окончательное инвестиционное решение (FID) принято в сентябре 2019 года
• Подписан EPC контракт с TechnipFMC
• Законтрактовано более 90% оборудования для проекта
• Заключены 20-летние договоры купли-продажи на весь объем производства СПГ со всеми участниками проекта
• На конец 1 квартала 2021 года готовность проекта оценивалась в 39%, готовность первой линии — в 53%

 

Пресс-релизы ООО «Арктик СПГ 2»

Наблюдение за гравитацией на окраинах материков (Россия, Приморье, мыс Шульц)

Аннотация

В статье рассматриваются результаты различных видов гравиметрии, полученные в обсерватории на мысе Шульца за 2010–2015 годы. Гравиметрические наблюдения интерпретируются вместе с данными GPS-наблюдений, которые были получены с 2012 по 2015 годы на той же станции. Станция расположена на полуострове Гамова (42,58 ° с.ш., 131,15 ° в.д., Россия) на побережье Японского моря. Этот регион составляет восточную границу Евразии.Эта главная континентальная тектоническая особенность связана с сейсмической активностью, высоким тепловым потоком и аномальной толщиной земной коры. Целью наблюдения было изучение изменения силы тяжести во времени и мониторинг сейсмической обстановки. Наблюдение за гравитацией осуществлялось на специальном основании с помощью абсолютного гравиметра (типа GABL) и пружинного гравиметра (типа SCINREX CG-5 и gPhone). Приливные модели тестировались по результатам наблюдений с помощью весенних гравиметров. Задача редукции была решена за счет использования экспериментальных данных, полученных с разных точек обсерватории на мысе Шульца.Примененный коэффициент уменьшения составляет 203,3 мкГал · м ⁻¹ , что согласуется с теоретическим расчетом. Следующей целью было изучение строения земной коры с помощью гравитационных моделей. Аномалия силы тяжести варьировалась от 30 мГал до 46 мГал, что также зависит от разностной системы отсчета. Результаты экспериментов были использованы для проверки структуры континентальной границы, которая также зависит от прогиба морского дна. Толщина упругого слоя оценивалась от 12 км до 18 км по разным моделям.

Ключевые слова

Наблюдение за абсолютной и относительной гравитацией

Космическая геодезия

Задача восстановления силы тяжести

Структурные модели

Кора

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

© 2017 Институт сейсмологии, Управление землетрясений Китая и т. Д.Производство и размещение осуществляется компанией Elsevier BV от имени KeAi Communications Co., Ltd.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Природа аномалии силы тяжести Северного Каспия

1.

Журавлев В.С. Экзогональные впадины Европейской платформы Каспийского и Северного морей (М., Наука, 1972).

Google Scholar

2.

л.Зоненшайн П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника плит территории СССР (М .: Недра, 1990), Книги 1, 2.

Google Scholar

3.

История эволюции Уральского палеоокеана , М .: ИАН, 1984.

,

,

, 4.

. Комплексные геофизические исследования при прогнозировании и разведке хромитовых месторождений / Под ред.Смирнова Т.А., Певзнер Л.А. (М .: Недра, 1986).

Google Scholar

5.

Кравцов Г.Г. Модифицированный двойной симплексный метод аппроксимации аномалий потенциального поля // Геофизические методы разведки для решения геолого-экологических задач . Санкт-Петербург, 1992. С. 94–107. ].

6.

П.Н. Кропоткин, Б.М. Валяев, Р.А. Гафаров, И.А. Соловьева, Ю.А.Трапезников А.А., Глубинная тектоника древних платформ Северного полушария (Наука, М., 1971).

Google Scholar

7.

Куренков С.А., Диденко А.Н., Симонов В.А., Геодинамика палеораспространения, . М .: ГЕОС, 2002. 240 с.

Google Scholar

8.

Сегалович В.И., Васильев О.А. Источники магнитных аномалий в осадочных бассейнах и оценка их параметров по результатам региональных исследований и сверхглубокого бурения // Развед.Охр. Недр. 1996. № 7. С. 23–28.

9.

Сегалович В.И., Васильев О.А. Трехмерное геофизическое моделирование регионов сверхглубокого бурения // Развед. Охр. Недр. №№ 7–8, 20–28 (2000).

10.

Сегалович В.И., Васильев О.А., Шумилов А.С. Гравитационная и магнитная томография геологического континуума // Развед. Охр. Недр. 2003. № 4. С. 27–32.

11.

Сегалович В.И., Сегалович И.Н. Интерпретация магнитных и гравитационных аномалий над нефтяными месторождениями Западной Сибири в свете результатов сверхглубокого бурения // Результаты бурения и исследования Тюменского сверхглубокого бурения: Сборник отчетов. (КамНИИКиС, Пермь, 1995), с.112–114 с.

Google Scholar

12.

М.-Ф. Брюне, Ю. А. Волож, М. П. Антипов, Л. И. Лобковский, «Геодинамическая эволюция Прикаспийской впадины (Казахстан) в разрезе север-юг», Тектонофизика, 313 , 85–106 (1999).

Артикул Google Scholar

13.

Хераськова Т.Н., Диденко А.Н., Буш В.А., Буш Ю. Волож А.В. Венд-раннепалеозойская история континентальной окраины Восточного Палеоазиатского океана и Среднеазиатского складчатого пояса // Геология и геофизика.J. Earth Sci. 5 (3), 165–184 (2003).

Google Scholar

14.

В.И. Сегалович, О.А. Васильев, А.С. Шумилов, «Геологическая томография — трехмерная картография Земли», в Ежегодная конференция Международной ассоциации математической геологии (Торонто, 2005), т. . 1. С. 273–278.

Google Scholar

(PDF) Гравиметрические наблюдения на континентальной окраине (Россия, Приморье, мыс Шульц)

6.Аномалия силы тяжести отражает строение земной коры и мантии на континентальных окраинах (зона субдукции). Толщина упругого слоя

оценена от 12 км до 18 км по форме рельефа и гравитационной аномалии

.

Список литературы

[1] П.Ю. Горнов, М. Горошко, Ю.Ф. Малышев, В.Я. Подгорный, Термическая

Структура литосферы Среднеазиатского и Тихоокеанского поясов и прилегающих к ним кратонов

по данным геолого-геофизических разрезов // Геология и геофизика.Геол. Geophys. 50 (5) (май

2009) 485e499.

[2] Ю.Ф. Малышев, В.Я. Подгорный, Б.Ф.Шевченко, Н.П. Романовский,

В.Б. Каплун, П.Ю. Горнов, Глубинное строение Амурской литосферной плиты

пограничной зоны // Геология и геофизика. J. Pac. Геол. 26 (2) (2007) 3e17.

[3] Карта высот квазигеоида применительно к эллипсоиду Красовского, масштаб 1:

11700000, 1996. Карта составлена ​​О.М. Остач, Н.В. Бурцева,

Г.В. Демьянов. ЦНИГАиК, Москва, Роскартография.

[4] Гравиметрическая карта северо-востока СССР и береговых морей, в уменьшении

Бугера (масштаб 1: 2500000), 1968. Мингеология СССР, Всесоюз. разведка

СССР

[5] Базовый набор данных ESA для VTGoce, http://eo-virtual-archive1.esa.int/

GOCEGravityModels.html.

[6] Программное обеспечение VTGoce, версия 1.1.0 от VisioTerra (www.visioterra.fr).

[7] Т.Lay, H. Kanamori, Insights from the Great Japan Землетрясение 2011 г., Phys.

Сегодня 64 (№ 12) (2011) 33, http://dx.doi.org/10.1063/PT.3.1361.

[8] В. Тимофеев, Р. Кулинич, М. Валитов, Ю. Стус, Э. Калиш, Б. Дукарме, П. Горнов,

Д. Ардюков, И. Сизиков, А. Тимофеев, Г. Гиль ‘манова, Т. Колпашикова,

З. Прошкина, Косейсмические эффекты землетрясения 2011 г. магнитудой 9,0 Тохоку-Оки

, измеренные на континентальном побережье Дальнего Востока России гравитационными и

методами GPS, Междунар.J. Geosci. 4 (2013) 362e370, http://dx.doi.org/10.4236/

ijg.2012.

[9] Г.П. Арнаутов, Е. Калиш, М. Смирнов, Ю.Ф. Стус, В. Тарасюк, Лазерный бал-

листический гравиметр ГАБЛ-М и результаты гравиметрических наблюдений, Автометрия 3 (1994)

3e11.

[10] Г.П. Арнаутов, Результаты международного метрологического сличения абсолютных лазерных баллистических гравиметров

, Автометрия, 41 (1) (2005) 126e136.

[11] Л. Робертсон, О. Фрэнсис, Т.M. van Dam, J. Faller, D. Ruess, J.M. Delinte,

L. Vitushkin, J. Liard, C. Gagnon, G.Y. Guang, H. Da Lun, F.Y. Юань, X.J. Yi,

G. Jeffries, H. Hopevell, R. Edge, I. Robinson, B. Kibbe, J. Makinen, J. Hinderer,

V. Amalvict, B. Luck, H. Wilmes, F. Rehren, К. Шмидт, М. Шнулл, Г. Черутти,

А. Герммак, З. Забек, А. Пачута, Г. Арнаутов, Э. Калиш, Ю. Stus, D. Stizza,

J. Friderich, JM Chartier, I. Marson, Результаты пятого международного сравнения абсолютных гравиметров

, ICAG’97, Metrologia 38 (1) (2001)

71e78, http: / / dx.doi.org/10.1088/00261394/38/1/6.

[12] Б. Дукарм, В.Ю. Тимофеев, М. Эвераертс, П.Ю. Горнов, В.А. Паровишный, М. ван

Руймбеке, Транссибирский профиль приливной гравитации (TSP) для проверки поправок на нагрузку на океанские приливы

, J. Geodyn. 45 (2e3) (2008) 73e82, http: //

dx.doi.org/10.1016/j.jog.2007.07.001.

[13] В.Ю. Тимофеев, М. ван Руймбеке, Г. Воппельманн, М. Эвераертс,

E.A. Запреева, П. Горнов, Б. Дукарм, Наблюдения за приливной гравитацией в восточной

Сибири и вдоль атлантического побережья Франции, J.Геодин. 41 (2006) 30e38.

Proc. 15-й Int. Symp. О земных приливах.

[14] D.L. Теркотт, Г. Шуберт, Геодинамика. Применение физики континуума к

геологическим проблемам, John Willy & Sons, 2 v., New York, Chichester, Brisbane,

Toronto, Singapore, 1982, p. 730.

В.Ю. Тимофеев и др. / Геодезия и геодинамика 8 (2017) 193e200200

Картографирование тектонических провинций с помощью аэрогравиметрических и радиолокационных данных на Земле Дроннинг Мод, Восточная Антарктида | Международный геофизический журнал

Сводка

Антарктида представляет собой ключевой компонент в исследовании геологической истории и реконструкции суперконтинентов Родинии и Гондваны.Могут быть обнаружены остатки образования и распада этих древних массивов суши, хотя остаются большие сомнения в расположении тектонических границ под ледниковым щитом Антарктиды из-за общего отсутствия обнажений и ограниченного количества геологических данных. Воздушные и космические измерения — единственная возможность получить полный охват пространственных данных для геологических исследований в удаленных полярных районах.

Было получено более 100 000 линейных километров аэрогеофизических данных, в том числе радиоэхо-зондирования, гравиметрических и магнитных данных, на площади 1.2 миллиона квадратных километров в центре Земли Дроннинг Мод (DML) в течение четырех южных летних кампаний в период с 2001 по 2005 год. Данные представлены здесь как компиляции однородных топографических и гравиметрических данных для региона DML в диапазоне от 14 ° W до 20 ° В.д. и от 70 ° до 78,5 ° ю.ш. Что касается более старых аэрогеофизических исследований в DML, до 85 процентов гравиметрических данных охватывает неизученные регионы. Анализ карт топографии и гравитационных аномалий путем фильтрации и изостатического анализа раскрывает информацию о геологических и тектонических структурах в DML.Различные карты гравитации дают представление об общей тектонической структуре местности. Впервые идентифицирована южная граница границы материка и океана, образовавшаяся при юрском расселении Гондваны. Особенно горный хребет в DML, скорее всего, не находится в изостатическом равновесии. Район все еще поднимается вверх из-за отскока ледников. Интерпретации Ютул-Пенкского грабена как несостоятельной юрской рифтовой системы могут быть подтверждены гравитационной инверсией. Утонченность континентальной коры по сравнению с окружающими геологическими образованиями убедительно подтверждает эту гипотезу.Помимо других интерпретированных аномалий, данные показывают гравитационную структуру, которая начинается примерно на 73,25 ° ю.ш. / 006 ° в.д. и простирается в юго-западном направлении. Мы предполагаем, что этот образец представляет собой шовную зону [восточное окончание Восточно-Африканско-Антарктического орогена (EAAO)] между югом Африки и кратонной частью Антарктиды.

Введение

Антарктический континент играет ключевую роль в развитии и изучении тектоники плит. Он составлял центральную часть суперконтинента Гондвана, который имел общие границы со всеми современными континентами южного полушария.Изучение литосферы и определение геологических границ в Антарктиде и соседних континентах имеют важное значение для понимания геодинамической эволюции планеты, выявленной в процессах, которые привели к расселению составляющих Гондваны. Проблема в том, что более 99 процентов Антарктиды покрыто льдом (Huybrechts et al. 2000), толщина которого может достигать 4 км, что делает невозможным прямое геологическое картирование. Таким образом, аэрогеофизические исследования, а здесь особенно магнитные и гравиметрические данные, являются единственным инструментом, позволяющим разгадать подледниковую геологию в региональном смысле.

За последние 40 лет по Антарктике был собран значительный объем данных с воздуха, которые способствовали лучшему пониманию региональных тектонических провинций на континенте. В этом исследовании мы сосредотачиваемся на новых потенциальных полевых данных, собранных на Земле Дроннинг Мод (DML) в атлантическом секторе Антарктиды (рис. 1 и 2). В 80-е годы ВНИИОкеангеология провела несколько российских аэромагнитных съемок в DML, в ходе которых были получены изображения некоторых основных магнитных структур от моря Уэдделла до западной границы DML (Голынский и Алешкова, 2000).Более локальные исследования с высоким разрешением были предприняты Британской антарктической службой (BAS) в районе Ютульстраумен (рис. 3b, JT) (Ferraccioli et al. 2005a, b) и Федеральным институтом геонаук и природных ресурсов ( BGR) в районе оазиса Ширмахера (рис. 3b, SO; Damaske et al. 2004; Reitmayr 2004). Более ранние морские исследования Института Альфреда Вегенера (AWI) к северу от DML в рамках проекта EMAGE были сосредоточены на истории распада Гондваны, особенно на открытии моря Уэдделла и, таким образом, на расселении Антарктиды и Африки / Южной Америки (Jokat ). и другие. 2003; Koenig & Jokat 2006).

Рис. 1

Местоположение аэрогеофизических исследований на реконструкции Гондваны, показывающих геологическую обстановку Восточно-Африканско-Антарктического орогена (EAAO) по Джейкобсу и Томасу (2004). Кратон Зимбабве-Каапваал-Грюнехогна окаймлен поясом Намаква-Натал-Мод. Эти подразделения были разделены при разгоне Гондваны. Южная часть ЕААО была затронута латеральной экструзией и широко распространенными интрузиями позднетектонических гранитоидов.Последние в основном приурочены к ЕААО и фактически оканчиваются вдоль пояса Лурио на севере Мозамбика. Указана область исследования этого вклада. Сокращения: ANS — Аравийско-Нубийский щит; C, Coats Land; DML, Земля Дроннинг Мод; EH, Ellsworth-Haag; F, блок Фильхнера; FI, Фолклендские острова; G, Грунехогна; Га, Пояс Гариепа; H, Heimefrontfjella; К. Кирванвегген; L, пояс Лурио; На-На, Намаква-Натал; SR, диапазон Шеклтона; Да, пояс Дамара; LH, залив Лютцов-Хольм; М., Мадагаскар; Са, пояс Салдании; Z, пояс Замбези.

Рис. 1

Местоположение аэрогеофизических исследований на реконструкции Гондваны, показывающих геологическую обстановку Восточно-Африканско-Антарктического орогена (EAAO) по Джейкобсу и Томасу (2004). Кратон Зимбабве-Каапваал-Грюнехогна окаймлен поясом Намаква-Натал-Мод. Эти подразделения были разделены при разгоне Гондваны. Южная часть ЕААО была затронута латеральной экструзией и широко распространенными интрузиями позднетектонических гранитоидов. Последние в основном приурочены к ЕААО и фактически оканчиваются вдоль пояса Лурио на севере Мозамбика.Указана область исследования этого вклада. Сокращения: ANS — Аравийско-Нубийский щит; C, Coats Land; DML, Земля Дроннинг Мод; EH, Ellsworth-Haag; F, блок Фильхнера; FI, Фолклендские острова; G, Грунехогна; Га, Пояс Гариепа; H, Heimefrontfjella; К. Кирванвегген; L, пояс Лурио; На-На, Намаква-Натал; SR, диапазон Шеклтона; Да, пояс Дамара; LH, залив Лютцов-Хольм; М., Мадагаскар; Са, пояс Салдании; Z, пояс Замбези.

Рисунок 2

Схема полета проекта VISA.Кампании проводились в течение южных летних сезонов между 2001 и 2005 годами. Расстояние между линиями составляет 10 км, за исключением VISA III, съемочного блока южного направления с севера на юг, с расстоянием только 20 км. Черными контурами отмечены выходы горных пород. Красная область на врезке в левом углу указывает положение области исследований в Антарктиде.

Рисунок 2

Схема полета проекта VISA. Кампании проводились в течение южных летних сезонов между 2001 и 2005 годами. Расстояние между линиями составляет 10 км, за исключением VISA III, съемочного блока южного направления с севера на юг, с расстоянием только 20 км.Черными контурами отмечены выходы горных пород. Красная область на врезке в левом углу указывает положение области исследований в Антарктиде.

Рисунок 3

Компиляция топографических данных, полученных с помощью наших новых данных бортового радиоэхолота на Земле Дроннинг Мод. (A) Карта топографии льда. Изолинии показаны черным цветом, интервал изолиний составляет 200 м. (B) Карта подледниковой топографии. Контурная линия (белая) представляет текущий уровень моря. Черными областями отмечены выходы горных пород.Аббревиатуры используются на всех следующих картах: AM, Ahlmannryggen; BM, Borg-Massivet; FB, Fimbulisen; GR, Джаверригген; HF, Heimefrontfjella; HR, Halvarryggen; HU, H.U. Свердрупфьелла; JB, Jelbartisen; JT, Jutulstraumen; KW, Кирванвегген; MH, горы Мюлиг-Хофманн; О, Орвинфьелла; PS, Penksöcket; SO, Sörasen; WM, Wohlthat Massif.

Рис. 3

Компиляция топографических данных, полученных с помощью наших новых данных воздушного радиозондирования на Земле Дроннинг Мод. (A) Карта топографии льда.Изолинии показаны черным цветом, интервал изолиний составляет 200 м. (B) Карта подледниковой топографии. Контурная линия (белая) представляет текущий уровень моря. Черными областями отмечены выходы горных пород. Аббревиатуры используются на всех следующих картах: AM, Ahlmannryggen; BM, Borg-Massivet; FB, Fimbulisen; GR, Джаверригген; HF, Heimefrontfjella; HR, Halvarryggen; HU, H.U. Свердрупфьелла; JB, Jelbartisen; JT, Jutulstraumen; KW, Кирванвегген; MH, горы Мюлиг-Хофманн; О, Орвинфьелла; PS, Penksöcket; SO, Sörasen; WM, Wohlthat Massif.

Значительное расширение существующей базы данных было получено за счет аэрогеофизических исследований с высоким разрешением, сосредоточенных на структуре континентальной коры в DML, проведенных AWI в период с 2001 по 2005 гг. В рамках проекта VISA, финансируемого DFG (рис. 2; «Проверка, уплотнение и интерпретация спутниковых данных для определения магнитного поля, гравитационного поля, баланса массы льда и структуры земной коры в Антарктиде с использованием измерений с воздуха и на суше»).В этой статье мы сосредоточимся на представлении / интерпретации новых оценок мощности земной коры (на основе гравитационной инверсии), а также на картировании областей земной коры и линеаментов, интерпретирующих изостатические остатки и характер кривизны. Подробная интерпретация магнитных данных будет представлена ​​в отдельной статье.

Геологическое происхождение

В северо-западной части района исследований находится архейский кратон Грунехогна (ГУ), окаймленный поясом Мод гренвильского возраста (рис.1). Кратон Грунехогна обнажен в Аннандагстоппанене и, вероятно, представляет собой фрагмент кратона Каапваал (Бартон и др. 1987; Маршалл и др. 2010), который стал тектонически разъединенным во время распада Гондваны. Здесь низкопробная вулканогенно-осадочная толща перекрывает архейский фундамент. Был задокументирован магматизм на уровне около 1,1 млрд лет.

Кратон Каапвааль-Грюнехогна окаймляет возвышенность ок. 1,1 млрд лет Пояс Намаква-Наталь-Мод (Groenewald et al. 1991; Jacobs et al. 1993, 1996; Jacobs & Thomas 2004), вызванные столкновением континента и континента, которое возникло во время слияния Родинии (например, Jacobs et al. 2008; Li et al. 2008). Основная геофизическая граница, грабен Ютул-Пенк, отделяет ГУ от пояса Мод. Последняя структура была интерпретирована как мезозойский континентальный рифт с ориентацией, которая структурно контролировалась основными зонами надвигового сдвига в Гренвилле (1,1 млрд лет) и / или панафриканском (550 млн лет) (Ferraccioli et al. 2005a).

Большие области DML имеют возраст протолитов гренвильского возраста и являются частью пояса Мод, который обнажен в ряде областей, а именно в Хеймефронтфьелла, Кирванвегген, Х.У. Свердрупфьелла, Гьельсвикфьелла и центральный DML. Тем не менее, пояс Мод был перекрыт другим, более молодым орогенным событием, достигшим фации от амфиболита до гранулита во время позднего эдиакара / нижнего палеорозоя. Это ок. Надпечатка 600-500 млн лет связана с подвижным поясом, связанным с объединением Гондваны.

Западная граница метаморфической надпечатки обнажена в Heimefrontfjella в западной DML и также имеет четкое аэромагнитное выражение (Golynsky & Jacobs 2001). Были даны разные интерпретации для ок. 600-500 млн лет надпечатки: (1) в основном термическая надпечатка (Groenewald et al. 1991; Grantham 1996) или (2) тектонотермическая надпечатка (Jacobs et al. 2003; Board et al. 2005) .

Некоторые авторы предполагают наличие еще не обнаруженной зоны швов в DML, которая может представлять южное продолжение восточноафриканского орогена в Восточную Антарктиду (Jacobs et al. 2003; Джейкобс и Томас 2004; Kleinschmidt & Boger 2009).

Распад Гондваны привел к реактивации старых структур. Например, откос DML и грабен Джутул-Пенк являются выдающимися структурами, на геологическую эволюцию которых частично повлияли тектонические процессы, активные во время распада Гондваны.

Сбор и обработка радиолокационных и гравиметрических данных

Самолет Polar2, принадлежащий AWI, Dornier 228-101, использовался для сбора аэрогеофизических данных.Самолет был оборудован радиолокационной системой обнаружения льда (RES) на 150 МГц, гравиметром LaCoste & Romberg AirSea S56, тремя магнитометрами (два Geometrics CS-2 для полного магнитного поля, один трехосный магнитный заслон Bilingsley TFM 100 для компенсации). и лазерный высотомер ADMB Optech / Riegl LD90 в сочетании со вспомогательными базовыми метеорологическими и навигационными системами (Riedel 2009). Все аэрогеофизические данные (магнитное, гравиметрическое и радиоэхо-зондирование) были получены одновременно на постоянной барометрической высоте, обеспечивающей расстояние не менее 500 м над землей.Из-за толстого ледяного покрова среднее расстояние между датчиками самолета и рельефом коренных пород составляет около 3000 м в исследуемой области. Типичная путевая скорость для съемок составляла около 70 м / с ^–1 .

Навигация в полете осуществлялась системами самолета: системой GNS-X (Global Wulfsberg), системой INS (Honeywell, Lasernav II) и датчиком барометрической высоты. В научных целях положение самолета регистрировалось двумя приемниками GPS (Trimble SSI 4000) и дифференциальной постобработкой.Фаза GPS записывалась с частотой дискретизации 1 Гц. Несколько базовых станций GPS на обнажениях были развернуты для получения короткой и умеренной базовой линии GPS. Дифференциальные координаты GPS были рассчитаны для каждого полета с использованием программного обеспечения Trimble Geomatic Office, с близлежащими станциями, точными эфемеридами, решением без ионосферы и тропосферной моделью Ниелла (Riedel 2009).

В радиолокационной системе используются две антенны с короткой обратной вспышкой, установленные под крыльями. Передавался импульс 150 МГц длительностью 60 или 600 нс.При путевой скорости 136 узлов (252 км / ч ^–1 ) горизонтальное разрешение данных радара составляет 3,5 м. Вертикальное разрешение зависит от настройки длительности импульса, длительности и формы импульса, а также физических свойств льда. Теоретически импульс 60 нс обеспечивает вертикальное разрешение 5 м, импульс 600 нс — около 50 м. Используя систему RES в режиме переключения (после каждой регистрации импульс изменяется от 600 до 60 нс), можно получить сигнал, который сочетает в себе самое высокое разрешение по вертикали и максимальную глубину проникновения.Следствием этого является уменьшение горизонтального разрешения в два раза (3,5 м с одиночным импульсом до 7 м в режиме переключения), но это компенсируется увеличением вертикального информационного содержания (Steinhage 2001; и личное общение, 2004 г.). ).

Для выравнивания данных топографии льда необходимо учитывать, что сигналы ВИЭ, отраженные от поверхности ледяного покрова, проникают в фирн, в зависимости от состояния снега и шероховатости поверхности. Эта глубина проникновения может быть определена в выбранных регионах путем сравнения с известными высотами поверхности, полученными из наземных измерений GPS (Scheinert, неопубликованный, и личное сообщение, 2006).Наблюдаются различия по высоте до 20 м между измерениями GPS и результатами RES. Таким образом, к набору данных ледовой топографии была применена средняя поправка. Все отдельные линии были скорректированы с помощью полиномиальной аппроксимации первого порядка, что дало среднюю ошибку 2,5 м и стандартное отклонение 2,4 м для топографии поверхности льда (рис. 3a). Данные топографии коренных пород (рис. 3b) имеют из-за более сильных градиентов и неопределенностей среднюю ошибку 15,2 м со стандартным отклонением 11,1 м после нивелирования.

В качестве воздушной гравитационной системы использовалась система «Воздух-море» LaCoste & Romberg (S56), модифицированная ZLS (Zero-Length Spring Corporation). Гравиметр состоит из очень демпфированного датчика пружинного типа нулевой длины и использует натяжение пружины и скорость луча для получения изменений относительной силы тяжести. Датчик ускорения удерживается в вертикальном положении на двухосной стабилизированной платформе с периодами 4 мин. Показания силы тяжести снимались с частотой 1 Гц. Разрешаемая длина волны отфильтрованного гравитационного сигнала составляет около 90 с.Что касается скорости полета (70 м с ^-1 ), это соответствует пространственному разрешению 6-7 км (Boebel 2000).

Съемки были привязаны к местной гравитационной базе (т. Е. Базовому лагерю на аэродроме в Антарктиде), которая, в свою очередь, была привязана к станции Международной сети гравитационных стандартов (IGSN-71) в Университете Кейптауна (Южная Африка) с использованием портативный гравиметр. До и после каждого исследовательского полета часто выполнялись обычные наземные измерения для корректировки инструментального дрейфа и процедур калибровки.

Точность измерителя силы тяжести «воздух-море» LaCoste & Romberg S56 трудно определить, поскольку она зависит от характеристик самолета, турбулентности в полете, состояния атмосферы и точности навигации. Что касается измерителя силы тяжести на суше в рамках различных кампаний / базовых станций аэропортов, различные скорости дрейфа можно определить путем повторных измерений (Таблица 1; Riedel 2009).

Таблица 1

Индивидуальные скорости дрейфа (датчик L&R S воздух / море) кампаний VISA, рассматриваемых как один из инструментов оценки точности аэрогравиметрических съемок.

Таблица 1

Скорость индивидуального сноса (датчик L&R S воздух / море) кампаний VISA, рассматриваемая как один из инструментов оценки точности аэрогравиметрических съемок.

Как показывают отдельные скорости дрейфа, существуют огромные различия, связанные с измерениями и полевыми операциями. Проблемными и очевидными являются аварии (наземного) гравиметра во время съемки, то есть падение / отказ, небольшое количество повторных измерений наземным гравиметром, а также влияние процедур жесткой посадки самолета, которые могут привести к неожиданным ошибкам (Таблица 1).Дополнительные источники ошибок могли быть вызваны привязкой относительного измерения в Антарктиде к точке абсолютной силы тяжести на юге Африки. Недавние измерения абсолютной силы тяжести, доступные для станций Санаэ и Новолазаревская (Мякинен и др. 2007), компенсируют только часть этих недостатков. Однако сравнения между данными об абсолютной гравитации (Mäkinen et al. 2007) и нашими наборами данных не показывают существенных различий. Относительное рассогласование (~ 1 мГал) меньше типичной точности для аэрогравиметрической съемки (Riedel 2009).

Аномалия в свободном воздухе (FAA) была рассчитана в соответствии со стандартными этапами обработки, которые включали широту, свободный воздух, вертикальное ускорение и поправку Этвёша (Harlan 1968), а также с учетом эффекта наклона платформы (Swain 1969). ). Чтобы извлечь гравитационный сигнал, были протестированы три различных фильтра нижних частот (схема резистор-конденсатор, бесконечная импульсная характеристика и конечная импульсная характеристика), в которых предпочтение было отдано фильтру конечной импульсной характеристики. Разрешаемая длина волны отфильтрованного гравитационного сигнала составляет около 90 с.Что касается скорости полета (70 м с ^-1 ), это соответствует пространственному разрешению 6-7 км (Boebel 2000). Данные о гравитации в отфильтрованном воздухе были восходящими и продолжались до постоянного уровня 3800 м.

После объединения данных FAA в одну базу данных, была использована процедура систематической корректировки (полиномиальная аппроксимация первого порядка) для уменьшения перекрестных ошибок между различными кампаниями. После этой коррекции систематическая средняя ошибка на перекрестках составила 4,3 мГал со стандартным отклонением 5.2 мГал (1 мГал = 1 × 10 ^-5 м с ^-2 ). Сравнивая этот анализ с недавними аэрогравиметрическими съемками, результаты достаточно хороши из-за региональной схемы съемки и ограниченного количества связующих линий (см. Рис. 2, в среднем 60 пересечений на кампанию). Всегда осуществлялось пересечение отдельных кампаний, чтобы объединить различные опросы.

Результаты

Рельеф льда

Рельеф ледникового покрова можно разделить на три области (рис.3а). В прибрежных районах плавучие шельфовые ледники более или менее плоские, со средней высотой 40 м над уровнем моря (над уровнем моря). Морское течение ледяных потоков преобладает в топографии. Впечатляющей особенностью является язык Ютулстраумен, который на 40 м выше окружающего шельфового ледника Фимбул. Другие связанные со льдом топографические особенности вызваны топографией коренных пород, например, поднятием льда на шельфовых ледниках (там, где шельфовый ледник соприкасается с морским дном), а также порогами Соросена (рис. 3a и b; SR) и Halvfarryggen (рис. 3a и b). ; HR).

Ледовый рельеф значительно меняется к югу по направлению к северному краю горного хребта в DML. Лед исчезает на высоте 2000 м над уровнем моря. Горы, выступающие выше контура 2000 м, являются границей обширного более или менее плоского ледяного покрова Восточной Антарктики на юге, максимальная высота которого составляет 3400 м над уровнем моря. Средний градиент топографической поверхности составляет 2 м на километр в сторону гор. Ледяной ручей Ютулстраумен — замечательная граница, которая проходит по геологической впадине в центральной части исследуемой территории (рис.3а; 72,5 ° ю.ш. / 1 ​​° з.д.).

Топография коренных пород

Описание топографии коренных пород (рис. 3b) представлено для шельфа, горного хребта и внутренних районов.

Район шельфа характеризуется огромными топографическими бассейновыми структурами, которые в основном ориентированы параллельно берегу. Средняя глубина этих бассейнов составляет около 500 м ниже уровня моря (bsl), а их длина составляет несколько сотен километров. Положительные структуры, хотя и всегда bsl, можно увидеть на Søråsen и Halvfarryggen на северо-западе (рис.3b, SR и HR) и ледяные возвышенности Jelbartisen и Fimbulisen (рис. 3b, JB и FB).

Система желобов Ютулстраумен и Пенксёккет отмели и сужается к северу до 70 ° ю.ш. / 0 °, на границе имеющегося набора данных. Сама система Ютул-Пенк-Грабен (рис. 3b, JT) состоит из трех отдельных ответвлений: главного рукава северо-восточного и юго-западного желоба Ютулстраумен, достигающего максимальных глубин 1500 м над уровнем моря, ответвления с небольшим простиранием с северо-северо-востока на юго-запад к западу от реки. Альманригген (AM) и секционная ветвь с северо-востока, разделяющая восточную и западную горные цепи.Пенксёккет с простиранием с юго-востока на юго-запад (рис. 3b, PS) может быть частью системы тектонических желобов (Corner 1994).

Горный хребет в центральной части DML, простирающейся на восток и запад, имеет ширину 200 км и среднюю высоту 2000 м над уровнем моря. Этот топографический массив прорезан системой Джутул-Пенк, ветвь которой в северо-восточном направлении имеет ширину от 20 до 70 км. Здесь средняя глубина желоба составляет 400 м над уровнем моря.

Внутренние районы этих гор можно разделить на две части. На юго-западе (рис. 3б, км), в 200 км к югу от гор Коттас, глубокая котловина доминирует на территории размером 270 км × 300 км.Здесь топография коренных пород мелеет к югу и достигает минимума на высоте 1000 м над уровнем моря. Мы предполагаем, что углубление бассейна в основном было связано с ледниковой нагрузкой / эрозией.

Рельеф коренных пород внутренних районов центральной части DML (75 ° ю. Ш. / 10 ° в. Д.) Имеет среднюю высоту 800 м над уровнем моря. Гладкое плато можно увидеть в центральном южном районе (рис. 3b, 75 ° ю.ш. / 8 ° в.д.), простирающемся на 300 км в восточном и западном направлениях и на 150 км с севера на юг. Внутренняя сегментация отчетливо видна по впадинам, грабенам и плато. Здесь наблюдаются многочисленные мелкие желобообразные образования шириной до 30 км с высотой bsl.Возможно, они были образованы ледниковыми процессами.

Аномалия в свободном воздухе (FAA)

Карта FAA (рис. 4) в основном имитирует подледный рельеф. В горных частях DML в FAA преобладают положительные длинноволновые аномалии до 100 мГал, нарушенные сильной отрицательной аномалией над желобом Ютулстраумен.

Рисунок 4

Карта аномалий силы тяжести в свободном воздухе. Некоторые домены отмечены черными цифрами.Номера доменов обсуждаются в тексте и идентичны номерам на следующих рисунках. Контурная линия (белая) — 0 мГал. Постоянные и временные базы отмечены треугольниками.

Рисунок 4

Карта аномалий силы тяжести в свободном воздухе. Некоторые домены отмечены черными цифрами. Номера доменов обсуждаются в тексте и идентичны номерам на следующих рисунках. Контурная линия (белая) — 0 мГал. Постоянные и временные базы отмечены треугольниками.

На севере района исследований градиенты 5 мГал км ^-1 характеризуют переходную зону континент-океан (рис. 4, область 1). От положительных значений FAA уменьшается к югу до полосы двух гравитационных минимумов (около -70 мГал). В то время как северный центральный DML показывает гравитационную депрессию шириной 200 км (рис.4, область 2), западная часть показывает гравитационную депрессию шириной 100 км между шельфом и горным хребтом (рис.4, область 5.1). . Обе отрицательные аномалии связаны с грубым подледным рельефом, то есть с глубокими впадинами (рис.3b) и может возникать в результате изгиба или растяжения коры.

Грабен Джутул-Пенк с его четырьмя ветвями (рис. 4, область 3) хорошо известен как комплекс впадин силы тяжести с крутыми градиентами силы тяжести. Здесь наблюдаются наиболее отрицательные значения FAA в DML (-130 мГал), которые совпадают с подлайсовыми топографическими минимумами 1500 м над уровнем моря.

В горах обычно наблюдаются положительные аномалии 100 мГал и более, но также наблюдаются признаки внутрикорковой плотности, в то время как внутренние районы характеризуются значениями FAA около 0 мГал.На 75 ° ю.ш. / 10 ° в.д. FAA показывает сильно сегментированные коротковолновые аномалии (<50 км) как с положительными, так и с отрицательными значениями (рис. 4, область 5.3). На юго-западе наблюдается гравитационная депрессия размером более 100 мГал и более -50 мГал с короткой веткой север-юг (рис. 4, область 5.4).

Сравнение со спутниковыми данными

Площадь съемок в DML от 14 ° W до 20 ° E и от 70 ° S до 78,5 ° S достаточно велика, чтобы полностью распознавать длинноволновые региональные аномалии и сравнивать их со спутниковыми гравиметрическими данными нового поколения (рис. 4 и 5).Однако из-за среднего расстояния между линиями около 10 км (или 20 км на линиях С-Ю в VISA IV, к югу от Новолазаревской, см. Рис. 2), можно было нанести на карту даже более мелкие объекты. На рис. 5 (а) представлена ​​новая модель GOCO02S для региона DML, которая была последовательно улучшена с помощью экспериментов по восстановлению гравитации и климата (GRACE), Challenging Minis Satellite Payload (CHAMP) и спутниковым лазерным дальномером (SLR) наблюдениями (Goiginger et al. 2011). Модель GOCO02S очень хорошо разрешает региональные тенденции гравитационного поля по сравнению с бортовым FAA.В то время как спутниковая модель ограничена длинноволновой и средневолновой частью гравитационного поля (80-90 км), и наши бортовые данные могут разрешить структуры размером до 6-7 км, разница между бортовыми и спутниковыми данными наборы данных показаны на рис. 5 (б). Здесь была применена коррекция тренда нулевого порядка по всем данным. Основные различия между бортовыми данными и спутниковым решением вызваны разным пространственным разрешением, которое особенно заметно в областях с сильными градиентами (склоны горных хребтов).

Рисунок 5

Сравнение с моделью спутника открытого доступа. (A) Карта аномалий силы тяжести спутника в открытом воздухе, модель GOCO02S (Goiginger et al. 2011) на том же уровне высоты в воздухе, отображает длинноволновую и средневолновую часть гравитационного поля. Контурная линия (белая) обозначает 0 мГал. (B) Разница между силой тяжести в воздухе и на спутнике после коррекции тренда нулевого порядка.

Рисунок 5

Сравнение с моделью спутника открытого доступа.(A) Карта аномалий силы тяжести спутника в открытом воздухе, модель GOCO02S (Goiginger et al. 2011) на том же уровне высоты в воздухе, отображает длинноволновую и средневолновую часть гравитационного поля. Контурная линия (белая) обозначает 0 мГал. (B) Разница между силой тяжести в воздухе и на спутнике после коррекции тренда нулевого порядка.

Устный перевод и обсуждение

В этом разделе мы представим некоторые интерпретации и сравнения, основанные на различных картах, выведенных из FAA, которые могут помочь в тектонической интерпретации.Однако, поскольку гравитационное поле в DML не дает структурных деталей в большинстве областей, которые позволили бы связать с геологическими процессами, а породы в коренных породах отсутствуют, достоверная интерпретация этой структуры не может быть предоставлена. Таким образом, в некоторых областях представлена ​​лишь краткая интерпретация.

Полная аномалия Буге (CBA)

CBA в целом отображает изменения в плотностной структуре земной коры. CBA можно определить как измеренное гравитационное поле с поправкой на гравитационные эффекты простой модели земной коры.Для расчета CBA использовались наборы данных FAA с привязкой к сетке, топографии льда и коренных пород (рис. 6). Существующий слой льда (толщина ледяного покрова, разница между измеренной топографией льда и топографией подстилающей коренной породы) был заменен эквивалентным слоем породы со средней плотностью земной коры 2670 кг · м ^-3 и добавлен к топографии коренных пород. Наконец, для расчета CBA были применены поправки на рельеф от DEM (Kane 1962; Nagy 1966) на расстоянии не менее 166 км от схемы полета и изогнутой плиты Бугера (LaFehr 1991).

Рисунок 6

Полная карта аномалии Буге (включая интерпретированные области земной коры), показывающая широкие положительные аномалии над зоной COT и прилегающими районами Jutulstraumen (JT). Во внутренних районах преобладают депрессии силы тяжести, которые четко разделены на несколько областей, отмеченных черными цифрами. Интервал изолиний (черная тонкая линия) составляет 50 мГал. Белые линии обозначают систему Джутул-Пенка. Сокращения: AM, Ahlmannryggen; BM, Borg-Massivet; GR, Джаверригген; HF, Heimefrontfjella; HR, Halvarryggen; ХМ.У. Свердрупфьелла; JT, Jutulstraumen; KW, Кирванвегген; MH, горы Мюлиг-Хофманн; PS, Penksöcket; SO, Sörasen; WM, Wohlthat Massif.

Рис. 6

Полная карта аномалии Буге (включая интерпретированные области земной коры), показывающая широкие положительные аномалии над зоной COT и прилегающими районами Jutulstraumen (JT). Во внутренних районах преобладают депрессии силы тяжести, которые четко разделены на несколько областей, отмеченных черными цифрами. Интервал изолиний (черная тонкая линия) составляет 50 мГал.Белые линии обозначают систему Джутул-Пенка. Сокращения: AM, Ahlmannryggen; BM, Borg-Massivet; GR, Джаверригген; HF, Heimefrontfjella; HR, Halvarryggen; HU, H.U. Свердрупфьелла; JT, Jutulstraumen; KW, Кирванвегген; MH, горы Мюлиг-Хофманн; PS, Penksöcket; SO, Sörasen; WM, Wohlthat Massif.

В ЦБА в DML преобладают два ярко выраженных поля аномалий: морской район характеризуется положительными аномалиями (рис. 6; область 1) около 100 мГал, простирающимися параллельно береговой линии, скорее всего, представляющими собой утоненную континентальную кору на 10-15 единиц. км толщиной.В районе Соросена (SR) и Halfarryggen (HR) наблюдается большая толщина земной коры около 30 км. Здесь земная кора частично застроена базальтовыми толщами, спускающимися в сторону моря (рис. 6; Jokat et al. 2003; Jokat 2004). Уменьшение силы тяжести к югу с градиентом 1,5 мГал км ^-1 может указывать на область континентальной коры, которая была затронута процессами рифтогенеза во время распада Гондваны.

Южнее вторая область отмечает континентальную кору с переменной гравитацией.Пачка Грунехогна (GU; рис. 6, область 2) имеет сильно изменчивые аномалии Буге в диапазоне от -100 до 40 мГал. Эта гравитационная картина является результатом долгой геологической истории этого фрагмента кратона Каапваал-Калахари. Например, Borgmassivet (BM), Giaverryggen (GR) и Ahlmannryggen (AM; Рис. 6) имеют другую структуру CBA, чем у окружающих W-E топографических блоков.

Система желобов Джутул-Пенк (рис. 6, область 3, отмеченная белыми линиями) имеет ярко выраженные и отчетливые положительные аномалии, которые могут быть вызваны глубоко залегающим высокоплотным (основным) коровым материалом, вторгшимся во время юрского рифтогенеза и / или истончение коры (Ferraccioli 2005a).Между GU и провинцией Модхейм (вдоль горного хребта, простирающегося на юго-восток и северо-восток, около 74,25 ° ю.ш. / 8 ° з.д.) наблюдаются высокие градиенты силы тяжести.

Внутренняя часть центрального горного хребта имеет различную гравитационную структуру: в центральной части DML, CBA массива Wohlthat (рис. горного корня в этой области. Эта слабая сила тяжести поражает восточно-восточное побережье США с небольшими сегментами с амплитудой до -100 мГал и длинами волн до 30 км.Здесь сейсмологические исследования обнаружили толщину земной коры 48 км (рис. 7; Bayer et al. 2009). Эта форма CBA значительно отличается от формы в окружающих горных районах с аналогичной топографической высотой. Их аномалии CBA колеблются только от -80 до -100 мГал.

Рис. 7

Карта толщины земной коры, рассчитанная методом гравитационной инверсии. Интервал изолиний (черная тонкая линия) — 2 км. Ограничения на глубину земной коры взяты из разреженных линий глубинного сейсмического зондирования (желтые) КОГ-П1 / П2-Коган 1972; SAE34-Кудрявцев и др. 1991; HUN-P1 / P3-Hungeling & Thyssen 1991 и исследование функции приемника (Bayer et al. 2009, красные треугольники и желтая линия BAY-P1). Интерпретированные области земной коры отмечены черными цифрами. Белые линии обозначают систему Jutul-Penck Graben. Красная линия обозначает границу области исследования.

Рис. 7

Карта толщины земной коры, рассчитанная методом гравитационной инверсии. Интервал изолиний (черная тонкая линия) — 2 км. Ограничения на глубину земной коры взяты из разреженных линий глубинного сейсмического зондирования (желтые) КОГ-П1 / П2-Коган 1972; SAE34-Кудрявцев и др. 1991; HUN-P1 / P3-Hungeling & Thyssen 1991 и исследование функции приемника (Bayer et al. 2009, красные треугольники и желтая линия BAY-P1). Интерпретированные области земной коры отмечены черными цифрами. Белые линии обозначают систему Jutul-Penck Graben. Красная линия обозначает границу области исследования.

к юго-западу от массива Вольтхат с низкой гравитацией (рис. 6, область 5.2), наблюдается четко выраженная картина с более или менее постоянным гравитационным полем около -100 мГал. В этой области видны некоторые мелкомасштабные аномалии со значениями -40 мГал и длинами волн около 25 км с различной ориентацией.

В юго-западном углу нашего обзора, около 77 ° ю.ш. / 8 ° з.д., гравитационное поле имеет совершенно другую сигнатуру (рис. 6, область 5.4). В то время как небольшая горная группа возле лагеря Коттас (рис. 6, область 4) имеет типичные значения для гор DML (около -130 мГал), гравитационное поле на юге повышается на небольших расстояниях до аномалий от -40 до -20 мГал. .

Инверсия силы тяжести

Для оценки вариаций Мохо мы рассчитали трехмерную инверсию аномалии Буге с помощью программы LithoFLEX (Braitenberg et al. 2007). Метод подходит для областей, в которых мало что известно о структуре земной коры, за исключением наличия резкого контраста плотности на Мохо. Однако необходимы некоторые априорных допущений относительно опорной глубины Мохо и плотности на этой границе. Для этого исследования мы использовали среднюю плотность земной коры 2670 кг м ^-3 и контраст плотности 350 кг м ^-3 на Мохо. В некоторых местах глубины Мохо были взяты из профилей глубокого сейсмического зондирования (рис.7; Коган 1972; Хангелинг и Тиссен, 1991; Кудрявцев и др. 1991), а также из анализа функции приемника (рис. 7; Bayer et al. 2009). Однако для инверсии коры мощность первоначально была установлена ​​на 37 км, и была использована средняя жесткость на изгиб 3 × 10 ²² Нм.

При вычислении изостатического эффекта из-за топографической нагрузки в соответствии с моделью Венинга-Майнеса учитывается изгибная жесткость литосферы. Кроме того, толщина льда и глубина морской воды были преобразованы в эквивалентную толщину породы и добавлены к местной подледной топографии (рис.3б). Затем местная подледная топография была усреднена до размера ячейки 15 км и дополнена региональными данными из базы данных BEDMAP (Lythe et al. 2001), чтобы минимизировать краевые (краевые) эффекты во время расчетов.

Последняя инверсия указывает на протяженность континентальной коры в переходной зоне континент-океан (рис. 7, область 1). Глубины Мохо в целом сопоставимы с результатами сейсмических исследований в этом районе. ГУ (рис. 7, участок 2) имеет довольно постоянную глубину Мохо 40-42 км.Ютулстраумен (JT, рис. 7, участок 3) подстилается немного более тонкой земной корой (36-40 км) по сравнению с прилегающими участками. Здесь результаты инверсии очень хорошо согласуются с наблюдениями на станции Санаэ IV и вдоль профиля SAE 34. Секущая ветвь С-ЮВ JT, разделяющая восточные и западные горные хребты, продолжается дальше на юг до относительно постоянной и более тонкой коры в 36-40 км.

Глубины Мохо вдоль всей горной цепи в DML варьируются от 42 км вблизи гор Коттас (рис.7; KM) и Kirwanveggen (рис.7; KW), до 42 км в H.U. Свердрупфьелла (рис. 7; HU) до 44 км в горах Мюлиг-Хоффманн (рис. 7; MH) и достигает максимальной глубины 48,5 км под массивом Wohlthat (рис. 7; WM).

Юго-ЮЗ горного хребта толщина земной коры колеблется от 38 км до 40 км в скважине с простиранием ЮЗ-СВ (рис. 7, область 5.2), которая возвращается на 44 км далее на юг и юго-восток.

В юго-западном углу нашей съемки около 77 ° ю.ш. / 8 ° з.д. инверсия показывает совершенно разные толщины земной коры (рис.7, область 5.4) в диапазоне от 36 до 39 км.

Остатки силы тяжести, анализ кривизны и совместная интерпретация

Изостатический остаток силы тяжести (рис. 8a) рассчитывается путем вычитания изостатической модели из аномалии Бугера для увеличения внутрикоровых изменений плотности за счет минимизации влияния контрастов плотности на границе кора-мантия. Результат этого расчета сильно отличается от CBA, и его трудно интерпретировать. Нет четких закономерностей и / или тенденций.Однако на рис. 8 (а) мы указали области с ярко выраженными магнитными аномалиями.

Рисунок 8

(A) Изостатическая остаточная карта. Он более четко показывает распределение плотности в верхней части земной коры за счет минимизации влияния контрастов плотности на границе кора-мантия. Наложенный черный узор указывает на расположение заметных магнитных аномалий в DML (Riedel 2009). Белые линии обозначают систему Jutul-Penck Graben. (B) Карта минимальной кривизны CBA, рассчитанная в направлении падения, выраженные пары положительных и отрицательных значений коррелируют с отчетливыми структурными дислокациями и контрастами плотности.Серыми линиями отмечены соответствующие топографические объекты.

Рисунок 8

(A) Изостатическая остаточная карта. Он более четко показывает распределение плотности в верхней части земной коры за счет минимизации влияния контрастов плотности на границе кора-мантия. Наложенный черный узор указывает на расположение заметных магнитных аномалий в DML (Riedel 2009). Белые линии обозначают систему Jutul-Penck Graben. (B) Карта минимальной кривизны CBA, рассчитанная в направлении падения, выраженные пары положительных и отрицательных значений коррелируют с отчетливыми структурными дислокациями и контрастами плотности.Серыми линиями отмечены соответствующие топографические объекты.

Еще одним инструментом для улучшения визуализации данных потенциального поля (CBA) является анализ кривизны (рис. 8b). Анализ атрибутов горизонта имеет подтвержденную репутацию и был введен Робертсом (2001). Применение атрибутов кривизны к данным потенциального поля описано Коллерсбергером (2005). Все результаты представленных карт (совместная интерпретация) представлены на рис. 9.

Рисунок 9

Геологические области западной и центральной части Земли Дроннинг Мод, интерпретированные на основе гравиметрических данных.Единицы, субъединицы и линеаменты получены на основе радиолокационных и гравиметрических данных, их производных и преобразований. Западный орогенный фронт ЕААО (Riedel 2009; пунктирная красная линия) является основной зоной сдвига, в то время как центральные аномалии северо-восточного и юго-западного простирания (Riedel 2009; Riedel et al. , представлены; оранжевая пунктирная линия) представляют собой наиболее вероятные шовная зона между югом Африки и кратонной частью Антарктиды. Тонкие красные линии показывают тренды в гравитационном поле, для которых невозможно дать геологическую интерпретацию, поскольку в этих зонах отсутствуют породы.

Рис. 9

Геологические области западной и центральной части Земли Дроннинг Мод, интерпретированные на основе гравиметрических данных. Единицы, субъединицы и линеаменты получены на основе радиолокационных и гравиметрических данных, их производных и преобразований. Западный орогенный фронт ЕААО (Riedel 2009; пунктирная красная линия) является основной зоной сдвига, в то время как центральные аномалии северо-восточного и юго-западного простирания (Riedel 2009; Riedel et al. , представлены; оранжевая пунктирная линия) представляют собой наиболее вероятные шовная зона между югом Африки и кратонной частью Антарктиды.Тонкие красные линии показывают тренды в гравитационном поле, для которых невозможно дать геологическую интерпретацию, поскольку в этих зонах отсутствуют породы.

В целом положительные изостатические остатки силы тяжести очень хорошо коррелируют с наличием ярко выраженных магнитных аномалий (рис. 8а, область 1). Тем не менее, даже отрицательные остатки наблюдаются над прибрежной частью траншей к югу от Соросена и Халварриггена и могут представлять собой гравитационные следы толстых образований / траншей, заполненных наносами, что снова подтверждается данными бортового радиолокатора (см.рис.3б). Расчеты кривизны падения показывают однородную линейную картину для области 1 (рис. 8b), представляющей протяженную континентальную кору. На 71 ° ю.ш. / 1 ​​° з.д. этот линеамент разделяется на западный и восточный сегменты.

Область 2 (рис. 8b) содержит относительно ненарушенную аномалию кривизны (отрицательная кривизна) без значительных линеаментов. Расположение ряда круговых аномалий очень хорошо соответствует расположению магнитных аномалий (рис. 8а), которые можно интерпретировать как признаки основных вторжений.Оба результата типичны для структуры ГУ, состоящей из архейских гранитов, покрытых осадочными и вулканическими породами (Groenewald et al. 1991).

Участок 3 относится к региону Ютулстраумен (JT), где наблюдаются положительные изостатические остатки (Рис. 8a), а также сильные гребни (кривизна падения, Рис. 8b). Оба наблюдения согласуются с интерпретацией региональных магнитных данных (Riedel 2009) о том, что здесь могут присутствовать зоны сдвига / переноса. Кроме того, аномалии северо-восточного направления отмечают всю систему Ютул-Пенк.Положительные изостатические остатки предполагают более тонкую земную корку, чем прогнозировалось, а также плотные интрузии земной коры. Скорее всего, они связаны с провалом рифтового вулканизма и связанным с рифтом материалом основных пород, а также с остатками старых протерозойских Больших магматических провинций (LIPs; Ferraccioli 2005a).

Граница между GU и MP, которая была предложена в качестве западного фронта восточноафриканско-антарктического орогена (EAAO; Golynsky & Jacobs 2001), не очень хорошо отображается на отфильтрованных гравиметрических картах.Кажется, что МП ограничивается районом к югу от горной цепи, идущей вдоль береговой линии.

Весь горный хребет в DML показывает в основном отрицательные изостатические остатки, предполагая, что эта область не находится в изостатическом равновесии. Эти отрицательные остатки могут быть интерпретированы с точки зрения текущих областей локального поднятия и часто связаны с присутствием частично сохранившегося корня земной коры. Отрицательные изостатические остаточные амплитуды видны с западной стороны Heimefrontfjella (рис.8 и 9; область 4), на северо-востоке, над Кирванвеггеном (KW), H.U. Sverdrupfjella и на восток в массив Wohlthat (рис. 8 и 9; район 5.1). Эту впечатляющую аномалию (рис. 8 и 9, область 5.1, изостатический остаток> 33 мГал) можно объяснить в основном (i) существованием более глубокого, чем ожидалось, орогенного корня в области, которая не находится в изостатическом равновесии. В соответствии с этим Bayer et al. (2009) сообщает о корне глубиной 51 км в сочетании с (ii) продолжающимся топографическим поднятием на 4 мм в год ^-1 , измеренным на основе статических измерений GPS геодезистами TU-Dresden (Scheinert, личное сообщение, 2006). ).Третий и незначительный удар произошел от нанесенного на карту тела анортозита (~ 600 млн лет, см. Jacobs et al. 2008; и личное сообщение). Наличие сохранившегося корня, вероятно, связано с панафриканским орогеном, который затронул этот регион.

Изостатические остатки внутренних районов кажутся в целом одинаковыми по территории (рис. 8 и 9, области 4 и 5). Средний уровень кажется отрицательным или близким к нулю, в то время как положительные остатки имеют неправильную ориентацию, что указывает на более плотный материал породы фундамента.Картина кривизны также отображает несколько субъединиц, но делает более резкими гребни и впадины в гравитационном поле, которое сгруппировано в два доминирующих тренда: (i) линеаменты с простиранием СЗ-ЮВ обнаружены в центральной части DML и вокруг нее около 73 ° ю.ш. / 6 ° в.д. , к югу от станции Тролль и к юго-западу от Ютулстраумен (область 3), (ii) пояс линеаментов ЗЗ-ВСВ пересекает MP вокруг пачки 5.2 (рис. 9; оранжевая пунктирная линия). В частности, эта тенденция соответствует геологическим полевым наблюдениям за зонами сдвига в пределах массива Вольтат (Jacobs et al. 2008; и личное общение). Тренд аномалии прерывается на расстоянии 150 км на 74 ° ю.ш. / 0 °, где он пересекает южное продолжение ответвления структуры Ютулстраумен (рис. 8 и 9; область 3). Оба набора трендов и линеаментов идеально соответствуют наблюдениям из наборов магнитных данных и данных топографии коренных пород, а также другим положительным характеристикам, таким как возможная область топографического поднятия (рис. 8 и 9; область 5.3) и структура бассейна (область рис. 7-9). 5.4), что, в свою очередь, отражает истончение коры.

Выводы

Представленные гравиметрические данные и интерпретации обеспечивают некоторую основу для лучшего понимания тектонической эволюции DML, Антарктиды. Однако из-за более низкого структурного разрешения по сравнению с магнитными данными и отсутствия геологических ограничений для большей части исследованной территории, мы можем сделать следующие выводы:

1. 1

   Отчетливая гравитационная аномалия (с подразделениями на восточную и западную части) в север исследуемой нами области указывает на южную границу перехода материк-океан, что связано с юрским расселением Антарктиды.До сих пор было совершенно неизвестно, насколько протяженность перехода континент-океан на юг. Скорее всего, область подстилается протяженной континентальной корой, прорванной основным материалом.

2. 2

   GU можно точно очертить и отнести с широко распространенными низкими амплитудами и довольно постоянной глубиной Мохо.

3. 3

   Грабен Джутул-Пенк, скорее всего, представляет собой старую тектоническую структуру, граничащую с кратоном Грунехогна, и вновь активизировался во время фазы Гондванского рифта. Истонченная кора, примерно на 38 км по сравнению с окружающей средой со значениями выше 40 км, подтверждает сформировавшиеся предположения о том, что эта область представляет собой неудавшийся рифт.

4. 4

   Изостатические остатки являются убедительным свидетельством того, что корень земной коры присутствует под горным хребтом в DML, и особенно под массивом Вольтхат. Расчеты изостатической глубины корня для этого региона дают глубины земной коры от 41 до 49 км. Таким образом, весь горный массив кажется неизостатически сбалансированным. Это подтверждают измерения GPS в массиве Вольтхат.

5. 5

   Тенденция WSW-ENE очевидна на всех гравиметрических картах и ​​может рассматриваться как шовная зона панафриканского возраста, которая лежит в пределах DML и представляет собой восточный фронт ЕААО? Между югом Африки и кратонной частью Антарктиды.

6. 6

   Юго-западная часть показывает совершенно иную гравитационную картину / толщину земной коры. Здесь точная классификация происхождения (геологическая провинция) может быть неясной из-за ограниченности существующих данных.

Благодарности

Этот документ является вкладом в проект VISA, который финансировался Немецким исследовательским фондом (DFG) в рамках грантов Di 473 / 17-1 и Jo 191 / 8-1. Мы благодарим воздушное подразделение DLR и OPTIMARE Sensor-AG, а именно Тобиаса Бобеля, за их помощь во время воздушных исследований.Мы с благодарностью признаем предложения рецензентов / редактора, а именно Фаусто Ферраччиоли, Анджело Де Сантиса и Мишеля Диамента, которые значительно улучшили рукопись.

Список литературы

,

1987

.

Геология и геохронология гранита Аннандагстоппане, западная Земля Дроннинг Мод, Антарктида

,

Contrib. Минеральная. Бензин.

,

97

,

488

—

496

.

,

2009

.

Сейсмическое изображение земной коры под Землей Дроннинг Мод, Восточная Антарктида

,

Geophys. J. Int.

,

178

,

860

—

876

, DOI: 10.1111 / j.1365-246X.2009.04196.x.

,

2005

.

Панафриканский тектонизм в Западном поясе Мод: путь P – T – T для высокосортных гнейсов в H.U. Свердрупфьелла, Восточная Антарктида

,

J. Petrol

.

46

(

4

),

671

—

699

. DOI: 10.1029 / 2005JB004035.

,

2000

.

Flugzeuggestützte Topographie- und Schweremessungen: Messsystem und Anwendung auf die Region Framstrasse, Spitzbergen und Nordostgrönland

,

Berichte zur Polar- und Meeresforschung

, Vol. 366,

Universität Bremen

, Bremen, 130pp.

,

2007

.

Совместный гравиметрический и изостатический анализ для исследований фундамента

, г. Труды международного семинара EGM 2007, Инновации в электромагнитных, гравитационных и магнитных методах: новый взгляд на разведку, Extendend Abstracts .Вилла Орланди, Капри, Италия, 15–18 апреля 2007 г.

,

1994

.

Геологическая эволюция западной Земли Дроннинг Мод в рамках Гондваны: подпрограмма геофизики

. Заключительный отчет по проекту в SACAR.

,

2004

.

Аэромагнитная съемка в центральной части Земли Дроннинг Мод, Восточная Антарктида, во время экспедиции GeoMaud в 1995/96 г., планировка, выполнение и обработка данных

, г.

Международная экспедиция GeoMaud BGR на Центральную Землю Дроннинг Мод в 1995 г.

/1996: Геофизические и другие результаты , изд., Polar Issue No. 11, Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Штутгарт.

,

2005

.

Тектонические и магматические структуры в районе разлома Ютулстраумен (?), Восточная Антарктида, по данным аэромагнитных данных высокого разрешения

,

Earth Planets Space

,

57

,

767

—

780

.

,

2005

.

Подледниковые отпечатки раннего распада Гондваны, идентифицированные по аэрогеофизическим данным высокого разрешения над Западной Землей Дроннинг Мод, Восточная Антарктида

,

Терра Нова

,

17

,

573

—

779

, DOI: 10.1093 / петрология / egh093.

Команда Консорциума GOCO

,

2011

.

Комбинированная модель глобального гравитационного поля только со спутника GOCO02S

, Geophys. Res. Abstr. ,

13

, EGU2011–10571.

,

2000

.

Новые аспекты строения земной коры в районе моря Уэдделла по результатам аэромагнитных исследований

,

Polarforschung

,

67

(

3

),

133

—

141

.

,

2001

.

Гренвильский возраст в сравнении с отпечатками панафриканской магнитной аномалии в западной части Земли Дроннинг Мод, Восточная Антарктида

,

J. Geol.

,

109

,

136

—

142

.

,

1996

.

Аспекты юрского магматизма и разломов на западе Земли Дроннинг Мод, Антарктида: последствия распада Гондваны

,

Geol. Soc. Лондон. Спец. Паб.

,

108

,

63

—

73

, DOI: 10.1111 / j.1365-3121.2005.00651.x.

,

1991

.

Геологические свидетельства протерозойско-мезозойской связи между юго-восточной Африкой и Землей Дроннинг Мод, Антарктида

,

J. geol. Soc. Лондон.

,

148

,

1115

—

1123

.

,

1968

.

Поправки Этвоса на воздушную гравитацию

,

J. geophys. Res.

,

73

,

4675

—

4679

.

,

1991

.

Сейсмические измерения отражений в западной части Нойшвабенланд

, г.

Геологическая эволюция Антарктиды

, стр.

73

—

76

, ред. ,

Издательство Кембриджского университета

, Кембридж.

,

2000

.

Балансные скорости и измеренные свойства антарктического ледяного покрова из новой компиляции данных с координатной привязкой для моделирования

,

Ann.Glaciol.

,

30

,

52

—

60

.

,

2004

.

Гималайская тектоническая модель инденторного выхода южной части позднего неопротерозоя / раннего палеозоя Восточноафриканско-антарктического орогена

,

Geology

,

32

,

721

—

724

.

,

1993

.

Тектоника аккреции и вдавливания на южной окраине кратона Каапваал во время орогении Кибарана (Гренвилл)

,

Geology

,

21

(

3

),

203

—

206

.

,

1996

.

Литология и строение гренвильского (~ 1,1 млрд лет) фундамента Heimefrontfjella (Восточная Антарктида)

,

Geologische Rundschau

,

85

,

800

—

821

.

,

2003

.

Время гренвильского и панафриканского метаморфизма средней и высокой степени в Западной Земле Дроннинг Мод (Восточная Антарктида) и значение для корреляций в Родинии и Гондване

,

Докембрийская рез.

,

125

,

1

—

20

.

,

2008

.

Раннепалеозойский орогенный коллапс и обширный позднетектонический магматизм на Земле Дроннинг Мод и Мозамбике: понимание частично расслоенного корня восточноафриканско-антарктического орогена? Геол. Soc. Лондон. Спец. Паб.

,

308

,

69

—

90

, DOI: 10.1144 / GSL.SP.1996.108.01.05.

,

2003

.

Время и геометрия раннего распада Гондваны

,

J. geophys. Res.

,

108

(

B9

),

2428

, DOI: 10.1029 / 2002JB001802

,

2004

.

История тектоники и осадконакопления Восточной Антарктики с 40-го по 60-е гг.

,

марта, геофизика. Res.

,

25

(

3–4

),

181

—

182

.

,

1962

.

Комплексная система коррекции рельефа с использованием цифрового компьютера

,

Geophysics

,

27

(

4

),

455

—

462

.

,

2009

.

Нунатаки Бертраб, Литтлвуд и Мольтке из Принц-Регент-Луитпольд-Лэнд (Земля Коутса): загадка геологии Восточной Антарктики

,

Polarforschung

,

78

(

3

),

95

—

104

.

,

1972

.

Результаты глубинного сейсмического зондирования земной коры Восточной Антарктиды

, г.

Геология и геофизика Антарктики: Симпозиум по геологии Антарктики и геофизике твердой Земли

, стр.

485

—

489

, изд. , 1970, 6–15 августа, Университетфорлагет, Осло.

,

2005

.

Anwendung von Krümmungsattributen zur Visualisierung und Interpretation von Potentialfeldern und Gradienten

,

Дипломная работа

, г. Freie Universität, Берлин.

,

2006

.

Мезозойский распад моря Уэдделла

,

J. geophys. Res.

,

111

,

B12102

, DOI: 10.1029 / 2005JB004035.

,

1991

.

Разрез земной коры западной окраины материка Земли Дроннинг Мод по геофизическим данным

, дюйм

A

рефератов, Шестой международный симпозиум по антарктическим наукам о Земле , стр.

330

—

335

,

Национальный институт полярных исследований

, Токио.

,

1991

.

Точное решение для поправки на кривизну силы тяжести (Bullard B)

,

Geophysics

,

56

(

8

),

1179

—

1184

.

и другие. ,

2008

.

История сборки, конфигурации и разрушения Rodinia: синтез

.

Докембрийская рез.

,

160

,

179

—

210

, DOI: 10.1016 / j.precamres.2007.04.021.

консорциум BEDMAP

,

2001

.

BEDMAP: новая толщина льда и подледниковая топографическая модель Антарктиды

,

J. geophys. Res.

,

106

(

B6

),

11 335–11 351

.

,

2007

.

Абсолютная гравиметрия в Антарктиде: состояние и перспективы

,

J. Geodyn.

,

43

(

3

),

339

—

357

.

,

2010

.

Гранит Аннандагстоппане, Восточная Антарктида: свидетельство внутрикорового рециклинга Архаен в кратоне Каапвааль-Грюнехогна из изотопов циркона O и Hf

,

J.Бензин.

,

51

,

2277

—

2301

.

,

1966

.

Гравитационное притяжение правой прямоугольной призмы

,

Геофизика

,

31

,

362

—

371

.

,

2004

.

Гравиметрическая съемка в центральной части Земли Дроннинг Мод, Восточная Антарктида, во время экспедиции GeoMaud в 1995/96 г.

, г.

Международная экспедиция GeoMaud BGR на Центральную Землю Дроннинг Мод в 1995/1996 г. — Геофизические и другие результаты

, изд., Polar Issue No. 11, Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Штутгарт.

,

2009

.

Аэрогеофизические исследования на Земле Дроннинг Мод, Антарктида

,

Кандидатская диссертация

, г. Бременский университет, Бремен.

,

2001

.

Атрибуты кривизны и их применение к трехмерным интерпретируемым горизонтам

,

First Break

,

19

,

85

—

99

.

,

2001

.

Beiträge aus geophysikalischen Messungen in Dronning Maud Land, Antarktis, zur Auffindung eines optimalen Bohrpunktes für eine Eiskerntiefbohrung

,

Кандидатская диссертация

, г. Бременский университет, Бремен.

,

1969

.

Поправки на горизонтальное ускорение в аэрогравиметрии

,

Geophysics

,

61

,

273

—

276

.

© AWI Международный геофизический журнал © 2012 РАН

Лучшая карта гравитации показывает неровную

Возьмите глиняную модель Земли и сдавите ее пальцами, и результат будет похож на геоид — новейшую и лучшую карту гравитационного поля нашей планеты.

Последняя карта земного притяжения — самая точная модель гравитационных колебаний во всем мире. Он был записан спутником GOCE Европейского космического агентства, инструменты которого показывают Землю в виде комковатой разноцветной сетки из высоких и низких точек.

Это потому, что сила тяжести не одинакова во всех точках Земли; более массивные элементы имеют более сильное притяжение. [6 странных фактов о гравитации]

«Если бы Земля была сферой и ее плотность была бы постоянной, то гравитация была бы везде одинаковой», — сказал SPACE Рейнер Раммель, председатель Консультативной группы миссии GOCE.com в интервью по электронной почте, когда геоид был представлен ранее в этом году.

Но это не так.

Твердая каменистая кора под континентами имеет толщину почти 20 миль (32 километра), в то время как кора под океаном простирается всего на 6 миль (10 км). В некоторых регионах используются более легкие материалы, в других — более тяжелые. Действия в мантии вызывают изменения в плотности.

Все эти факторы приводят к тому, что гравитация Земли в одних точках сильнее, чем в других, говорят исследователи.

Измерение силы тяжести Земли

Обращаясь вокруг Земли ниже, чем любой другой наблюдательный спутник, Гравитационное поле ЕКА и стационарный Ocean Circulation Explorer (GOCE) нанесли на карту геоид, используя его собственную орбиту в качестве инструмента.

«Когда спутник приближается, например, к Альпам, горы слегка притягивают спутник к себе», — пояснил по электронной почте ученый миссии Роджер Хаагманс. «Итак, очень точно проанализировав орбиту спутника, мы узнаем о масштабных эффектах неоднородностей нашего гравитационного поля.»

Художественная интерпретация спутника GOCE на орбите. (Изображение предоставлено ESA / D.Ducros.)

GOCE также имеет градиентометр, который измеряет числовое изменение магнитного поля. Оба вместе представляют полную картину Гравитация Земли.

Нанесение на карту геоида помогает ученым больше узнать об океанах и климате Земли.Сочетание геоида с информацией по сейсмологии и магнетизму позволяет узнать больше о внутренней структуре планеты, включая процессы, связанные с землетрясениями.

«В принципе, ситуация перед землетрясением в месте, где встречаются континентальные и океанические плиты и происходит субдукция [когда одна тектоническая плита движется под другой], имеет специфический отпечаток с точки зрения силы тяжести», — сказал Хаагманс. «После землетрясения пластины значительно сдвинулись и оставили другой отпечаток пальца».

Данные все еще собираются

Сравнение таких измерений до и после помогает ученым уточнить свои модели и лучше понять землетрясения, говорят исследователи.

Хотя геоид в целом остается относительно постоянным, землетрясения, таяние полярных льдов и изменения уровня моря могут вызывать незначительные изменения. «Временные вариации очень малы — миллиметры в геоиде — но поддаются измерению», — сказал Раммель.

Запущенный в марте 2009 года, GOCE завершил свою основную миссию по гравитационному картированию на шесть недель раньше запланированного срока. Но он продолжит изучать гравитацию планеты до 2012 года, что позволит проводить еще более точные измерения.

Следуй за ПРОБЕЛОМ.com, чтобы узнать о последних новостях космической науки и исследований в Twitter @Spacedotcom и Facebook .

космический корабль нанесет на карту гравитацию Земли | Голос Америки

Падающее яблоко заставило английского ученого 17 века Исаака Ньютона сформулировать свой принцип гравитации. Но чего не знал Ньютон, так это того, что яблоки не падают с одинаковой скоростью повсюду на Земле, потому что сила гравитации немного меняется от места к месту. Миссия по гравитационному картированию GRACE стартует из России в 09:23 по всемирному координированному времени в субботу, 16 марта.Российская ракета запустит два американо-германских космических корабля из Плесецка, чтобы нанести на карту эти варианты. Полученные данные будут полезны ученым, изучающим океаны, геологию и климат.

Гравитация присутствует повсюду и влияет на все, от расширения Вселенной до структуры наших тел, в которых развиты мускулы и крепкие кости, которые не дают нам прижаться к земле.

Гравитация также влияет на структуру Земли, движение морей и движение воды на суше.Чтобы лучше понять физические системы Земли, ученый из Техасского университета Байрон Тэпли говорит, что исследователям нужна точная карта гравитации нашей планеты. «Обычно мы думаем о гравитации как о постоянной величине, но на самом деле мы знаем, что гравитация меняется на поверхности Земли», — говорит он. «На вершине горы он меньше, чем на поверхности океана, и это пространственное изменение является очень важным свойством в целом ряде научных исследований и само по себе».

Изменение силы тяжести, составляющее всего один процент или меньше, происходит потому, что распределение массы Земли не везде одинаково.Как учил нас Исаак Ньютон, большая масса означает большее гравитационное притяжение.

Но измерить глобальные колебания силы тяжести было сложно, потому что данные должны быть объединены с нескольких десятков спутников. Хотя они хорошо оценивают крупномасштабные особенности гравитационного поля Земли, они не могут точно определить более тонкие особенности или точно показать месячные вариации.

Вот где появляется новая пара американо-германских спутников, известных вместе как GRACE. Ученый космического агентства США Майкл Уоткинс говорит, что они будут мчаться вокруг полюсов Земли 16 раз в день на расстоянии около 220 километров друг от друга, обнаруживая мельчайшие изменения поверхностной массы внизу, и отсюда различия в гравитационном притяжении.«Когда они наталкиваются на гравитационную массу, первый космический корабль слегка притягивается к ней, и это меняет расстояние, поэтому они расходятся вместе и расходятся из-за гравитационного поля Земли. расстояние очень точно, с точностью до миллионной метра », — поясняет он.

Это всего лишь одна десятая ширины человеческого волоса, которую измеряют микроволновые дальномеры на каждом спутнике. Байрон Тэпли говорит, что результатом этой сверхчувствительной технологии станет серия чрезвычайно точных гравитационных карт в течение пяти лет миссии GRACE.«Цель GRACE состоит в том, чтобы каждые 30 дней измерять гравитационное поле с точностью, которая в 100–1000 раз лучше, чем нынешние знания. В пятилетнем периоде это означает, что мы получим 60 измерений с беспрецедентной точностью. «, — говорит г-н Тэпли.

. Например, спутники GRACE смогут помочь определить, является ли повышение уровня моря результатом таяния ледников или просто расширением из-за таяния ледников.» к отоплению.Таяние ледников увеличило бы массу воды и, следовательно, увеличило бы гравитационное притяжение.

GRACE также поможет ученым отслеживать движение и изменения ледяных щитов, изучать океанские течения и следить за изменениями твердой структуры Земли, поскольку все это связано с движением массы планеты.

Майкл Уоткинс говорит, что, поскольку движение океана влияет на атмосферу, спутники-близнецы помогут получать данные, важные для исследований климата. «Те из нас, кто работал над способами измерения силы тяжести, видят очень широкий набор вещей, которые мы можем применить к полярным ледяным массивам, океанографии, гидрологии и многим другим.Для нас это действительно захватывающая часть », — говорит он.

Миссия GRACE — это совместная работа космических агентств США и Германии.

GOCE предоставляет данные для создания лучшей гравитационной карты за всю историю

Приложения

30.09.2009 4284 просмотры 5 классов

После запуска и испытаний на орбите самой сложной гравитационной миссии из когда-либо созданных, спутник ЕКА GOCE теперь находится в «режиме измерения», отображая крошечные изменения силы тяжести Земли с беспрецедентной детализацией.

Спутник «Гравитационное поле и стационарный исследователь циркуляции океана» (GOCE) был запущен 17 марта с севера России. Полученные сейчас данные позволят лучше понять гравитацию Земли, что важно для понимания того, как работает наша планета.

Часто предполагается, что гравитация действует с одинаковой силой повсюду на Земле. Однако из-за таких факторов, как вращение планеты, влияние гор и океанских желобов, а также изменения плотности внутри Земли, эта фундаментальная сила не везде одинакова.

Построение картины гравитационного поля

В течение двух шестимесячных непрерывных периодов GOCE нанесет на карту эти тонкие вариации с предельной детальностью и точностью. Это приведет к созданию уникальной модели «геоида» — поверхности идеального покоящегося мирового океана.

Точное знание геоида имеет решающее значение для точного измерения циркуляции океана и изменения уровня моря, которые находятся под влиянием климата.Данные GOCE также очень необходимы для понимания процессов, происходящих внутри Земли. Кроме того, предоставляя глобальную ссылку для сравнения высот в любой точке мира, геоид, полученный из GOCE, будет использоваться для практических приложений в таких областях, как съемка и нивелирование.

GOCE отрыв

Спустя чуть более шести месяцев после запуска GOCE предоставляет первый набор данных, которые войдут в состав самой подробной из когда-либо созданных карт гравитационного поля Земли.Перед переходом в этот режим спутник был тщательно протестирован. Затем он был осторожно сброшен с высоты около 280 км на его текущую орбиту чуть ниже 255 км, что является чрезвычайно низким показателем для спутника наблюдения Земли.

В течение трех месяцев после запуска спутник был введен в эксплуатацию и откалиброван, что является стандартной процедурой, гарантирующей, что все системы работают должным образом. Это включало тестирование передового электроионного двигателя GOCE, который помогает удерживать орбиту спутника «без сопротивления», и его высокочувствительного градиентометра, который определяет гравитационное притяжение Земли.

GOCE на орбите

Гравитация сильнее ближе к Земле, поэтому GOCE был спроектирован так, чтобы вращаться как можно ниже, оставаясь стабильным, когда он пролетает через границы нашей атмосферы. Чтобы избежать сопротивления и гарантировать, что измерения силы тяжести соответствуют истинной гравитации, спутник должен быть устойчивым при «свободном падении». Любые удары остаточного воздуха на такой малой высоте потенциально могут заглушить данные о гравитации.

Обтекаемый аэродинамический дизайн

GOCE помогает этому уникальному спутнику преодолевать остатки атмосферы на этой исключительно низкой высоте. Более того, электроионный двигатель малой тяги сзади постоянно генерирует крошечные силы, чтобы компенсировать любое сопротивление, которое GOCE испытывает на своей орбите.

Космическая градиентометрия и использование сложной электрической двигательной установки являются «первыми» в спутниковой технологии, поэтому ввод в эксплуатацию и калибровка были особенно важны для успеха миссии.Этот этап был завершен летом и был готов к сложной задаче по спуску GOCE на рабочую высоту, что заняло пару месяцев.

Внутри GOCE

«Вы бы не хотели с первого дня размещать такой спутник, как GOCE, на высоте измерения», — прокомментировал Майкл Ферингер, системный менеджер GOCE ЕКА. «Нам нужно было время, чтобы проверить спутник, не рискуя разложиться ниже точки, в которой ионная тяга не могла компенсировать сопротивление воздуха.Поэтому при запуске мы вывели GOCE на начальную орбиту примерно на 25 км выше высоты измерения. После ввода в эксплуатацию мы довели его до нынешней высоты 255 км, которую достигли 13 сентября. Ионный двигатель запустился немедленно, и теперь мы находимся в режиме без сопротивления и готовы к работе ».

Противодействие сопротивлению

Оказалось, что в настоящее время солнечная активность очень низкая, что означает более спокойную среду для GOCE.Таким образом, его текущая орбита в 255 км на несколько километров ниже, чем изначально планировали инженеры. Это хорошая новость — текущие измерения силы тяжести будут еще более точными.

Теперь, полностью работоспособный, с солнечными батареями, залитыми солнечным светом, GOCE действительно приступил к своей миссии: ощущать гравитацию Земли как никогда раньше.

Руне Флобергхаген, менеджер миссии GOCE ЕКА, сказал: «Завершение ввода в эксплуатацию и первая калибровка в полете знаменуют собой важную веху для миссии.