|
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
Інститут геологічних наук
Греку Тетяна Рудольфівна
УДК 551.462.32:(551.243.8+551.33):(528.8.04+528.87):(004.6+004.92)](99)
Роль льодового морфогенезу та тектоніки
в формуванні західного шельфу
Антарктичного півострова
04.00.10 - геологія океанів і морів
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата геологічних наук
Київ - 2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті геологічних наук НАН України
Науковий керівник: доктор геолого-мінералогічних наук,
старший науковий співробітник,
Гожик Петро Феодосійович,
Інститут геологічних наук НАН України,
директор Інституту
Офіційні опоненти: доктор геологічних наук,
старший науковий співробітник
Бахмутов Володимир Георгійович,
Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України,
заступник директора
кандидат геологічних наук, доцент
Іванік Олена Михайлівна,
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
доцент кафедри загальної та історичної геології геологічного факультету
Провідна установа: Відділення морської геології та осадочного рудоутворення
Національного науково-природничого музею НАН України, м. Київ
Захист відбудеться “16” червня 2005 р. о 10:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.162.04 при Інституті геологічних наук НАН України за адресою: 01601, м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геологічних наук НАН України за адресою: 01601, м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б
Автореферат розісланий “6” травня 2005 р.
Учений секретар
спеціалізованої вченої ради _______________ Г.С. Компанець
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Актуальність представленої роботи визначається необхідністю вивчення рельєфу морського дна та топографії земної поверхні, як для дослідження геолого-геофізичних, так і для широкого комплексу інших природних процесів і явищ в Антарктиці. В даний час у рамках міжнародної кооперації вивчення екосистеми цього полярного регіону особливо акцентується роль наук про Землю, зокрема, задача реконструкції геологічних процесів у минулому, умов седиментації, вивчення геоморфогенезу для дослідження динаміки льодового покриву з метою прогнозування його еволюції в умовах швидкого потепління клімату і техногенного впливу.
Такі райони досліджень, як Антарктида і Південний океан, в цілому залишаються найменш вивченими регіонами нашої планети. Існуючі дрібномасштабні карти мають оглядовий регіональний характер і не завжди відповідають сучасним технологіям обробки й аналізу даних. Тому в представленій роботі значна увага приділена створенню електронних детальних карт регіону, як для наукових, так і економічних промислових інтересів України, а також створенню топографо-геодезичної основи для подальших досліджень по Державній програмі досліджень України в Антарктиці.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Проведена робота є внеском у розділ геологічних досліджень Державної програми “Дослідження України в Антарктиці на 2002–2010 рр.”, затвердженої розпорядженням Кабінету Міністрів України від 13.09.2001 р. за № 422-р. В Інституті геологічних наук (ІГН) НАН України у відділі геології та геоекології Антарктики робота виконувалася в рамках теми “Геосистема Західної Антарктики та її еволюція”, згідно постанови Відділення наук про Землю Президії НАН України № 14 § 69 від 15.12.98 р., державний реєстраційний номер 0199U002201. З 2004 року ця робота продовжувалася по темі “Геологічна будова, еволюція льодового покриву і ландшафти островів Західної Антарктики”, згідно постанови Відділення наук про Землю Президії НАН України № 14 § 69 від 15.12.98 р., державний реєстраційний номер 0104V000111. Крім того, автор бере участь у дослідженнях з теми “Геологічна будова літосферного сегмента Західної Антарктики за даними геолого-геохімічних і супутникових досліджень”, виконуваної за контрактом № Н/1-2004 від 2.02.2004 р. з Національним українським антарктичним центром, державний реєстраційний номер 0104U000983.
Роботи по темі дисертації проводилися також з урахуванням рекомендацій наступних проектів Міжнародного наукового комітету з дослідження Антарктики (SCAR): “Геодезична інфраструктура Антарктики” (GIANT), “Неотектоніка Антарктики” (ANTEC), створення “Міжнародної батиметричної карти Південного океану” (IBCSO).
Мета і задачі дослідження.
Мета - вивчення геоморфології дна шельфу тихоокеанського сектору Західної Антарктики, ролі льодового морфогенезу, тектоніки регіону Антарктичного півострова та його континентальної окраїни, створення серії батиметричних і геоморфологічних карт.
Задачі дослідження:
- Обробити та проаналізувати дані морських досліджень рельєфу дна і цифрових моделей висот і глибин;
- Виконати структурно-тектонічний аналіз регіону Антарктичного півострова та прилеглого шельфу;
- Визначити особливості геоморфологічної будови регіону і роль льодового морфогенезу;
- Скласти топографічні, батиметричні та геоморфологічні карти досліджуваного району;
- Провести аналіз перспективності супутникових методів дослідження земної, льодової та морської поверхонь.
Об'єкт дослідження - Антарктичний півострів і його західний шельф, що включає архіпелаг Аргентинські острови.
Предмет дослідження - рельєф і льодовий покрив Антарктичного півострова та островів Аргентинського архіпелагу, шельфова зона прилеглої частини моря Беллінсгаузена.
Методи дослідження – ехолотування морського дна та геодезичні тривимірні зйомки координат за допомогою глобальної супутникової системи позиціювання GPS, сучасні супутникові радіолокаційні зйомки для визначення характеристик морської, льодової та земної поверхонь, картографування рельєфу дна і земної поверхні Антарктичного півострова і прилеглого шельфу, комп'ютерний геоморфологічний аналіз об'єктів дослідження з використанням цифрових масивів висот і глибин та спеціалізованих програм обробки і аналізу (LandSerf, Surfer, ENVI, Grapher, ArcView).
Наукова новизна. Вперше з використанням спеціалізованих комп'ютерних програм і географічної інформаційної системи (ГІС) були об'єднані в єдину систему цифрові гіпсометричні матеріали по шельфу моря Беллінсгаузена, що прилягає до Антарктичного півострова. Вперше на досліджуваний район побудовано шість топографічних карт різного масштабу. На їхній основі складено: п'ять карт морфометричних характеристик рельєфу (кути нахилу, азимутальний напрямок схилів, осьові лінії опуклих і увігнутих перегинів і екстремальних точок); структурно-тектонічна карта-схема; карта-схема постгляціальної морфологічної структури дна західного шельфу Антарктичного півострова. На базі створених карт проведений геоморфологічний аналіз дна моря Беллінсгаузена. Вперше обґрунтована роль льодового морфогенезу та тектонічних процесів регіону у формуванні та будові рельєфу.
Практичне значення отриманих результатів. Створені на досліджуваний район карти рельєфу дна і земної поверхні, геоморфологічні карти та топографічні профілі в даний час використовуються при підготовці та проведенні українських антарктичних експедицій (8-ма, 2003 р. і 9-та, 2004 р.). Сформована інформаційна та картографічна база даних, як складова частина, увійде до геоінформаційної системи “Антарктика-Вернадський”, що створюється в Національному українському антарктичному центрі з метою широкого використання побудованих карт іншими фахівцями при виконанні Державної програми досліджень в Антарктиці. Остаточний варіант карти рельєфу дна Аргентинського архіпелагу буде представлений у SCAR як складова частина нової Міжнародної батиметричної карти Південного океану.
Особистий внесок здобувача. Всі основні результати та висновки, що викладені в роботі, здобувачем отримані самостійно. Матеріал, покладений в основу дисертаційної роботи, вивчений та проаналізований автором особисто. Здобувачем виконаний відбір, адаптація в цифровий формат і обробка необхідних первинних матеріалів, отриманих з різних джерел. Цифрові масиви даних, що були отримані, приведені в єдину систему, на основі якої, з використанням спеціалізованих програмних продуктів автором побудовані карти (топографічні та ін.) на досліджуваний район. Створений набір растрових і векторних карт різного масштабу дозволив провести аналіз і одержати результати, що містять дані про особливості геоморфологічної будови шельфу моря Беллінсгаузена та впливу на його формування факторів гляціо- та тектогенезу. Внеском здобувача в роботи, опубліковані у співавторстві, є первинна обробка даних, опрацювання літератури, побудова карт, аналіз матеріалу.
Фактичний матеріал. Основу даних дисертаційної роботи складають:
- матеріали батиметричних зйомок, виконаних в українських антарктичних експедиціях 1998 і 2002 рр. і навігаційні карти Британського адміралтейства;
- сучасні цифрові моделі висот і глибин з фондів національних і міжнародних центрів даних США, Великобританії, Франції та Міжнародного наукового комітету з досліджень в Антарктиці (SCAR);
- супутникові радіовисотомірні (альтиметричні) виміри штучного супутника Землі (ШСЗ) ЕРС-1, радіолокаційні зображення ШСЗ ЕРС-1 та ЕРС-2, радіолокаційні скаттерометричні дані ШСЗ ЕРС-1 і ЕРС-2.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися: на Першій українській конференції по Антарктиці (м. Київ, 2001 р.); на семінарі Українського антарктичного центру (м. Київ, 2002 р.); на міжнародній конференції користувачів ГІС (м. Москва, 2002 р.); на Всеукраїнській науково-практичній конференції “Національне картографування: стан, проблеми та перспективи розвитку” (м. Київ, 2003 р.); на конференції молодих учених-геологів “Сучасні проблеми геологічної науки” (м. Київ, 2003 р.); на 5-му Міжнародному симпозіумі по геодезії в Антарктиці (AGS’03) (м. Львів, 2003 р.); на 9-му Міжнародному симпозіумі по дослідженню Антарктики в галузі наук про Землю (IX International Symposium on Antarctic Earth Sciences, м. Потсдам, 2003 р.); на XV міжнародній науковій школі по морській геології “Геология морей и океанов” (м. Москва, 2003 р.); на Другій українській антарктичній конференції “Антарктичний півострів - ключовий регіон для дослідження змін у навколишньому середовищі” (м.Київ, 2004 р.).
Публікації. По темі дисертації опубліковано 11 робіт, у тому числі 3 статті в фахових виданнях.
Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, висновків та списку літературних джерел. Загальний обсяг роботи – 150 сторінок, з них тексту – 132 сторінки. Робота містить 49 ілюстрацій, 7 таблиць. Список літератури містить 57 найменувань.
Автор глибоко вдячний своєму науковому керівнику чл.-кор. НАН України, доктору геол.-мін. наук П.Ф. Гожику, а також канд. фіз.-мат. наук Р.Х. Греку та канд. геол.-мін. наук В.П. Усенко за надані матеріали, цінні поради та наукові консультації. Т.С. Рябоконь, Ю.В. Вернигоровой, Т.В. Шевченко, О.Ю Аністратенко за рекомендації та практичну допомогу.
КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
ФІЗИКО-ГЕОГРАФІЧНА та ГЕОЕКОЛОГіЧна ХАРАКТЕРИСТИКА
ЗАХІДНОЇ АНТАРКТИКИ
Основними складовими екосистеми Антарктики є материк, льодовий покрив на ньому, Південний океан з морським льодом і атмосфера. Льодовий покрив займає 97% поверхні континенту і є ключовим фактором не тільки з погляду кліматології, але у значній мірі він визначає топографію видимої поверхні та геолого-геофізичні характеристики твердої оболонки континенту.
Для одержання комплексних відомостей по фізіографії та екології Західної Антарктики були залучені роботи зі звітів Британської антарктичної служби, українських вчених, що працювали у перших українських антарктичних експедиціях і результати радянських антарктичних експедицій 1982, 1987 рр. (Щипцов и др., 1997; British Antarctic Survey, 1996; Грищенко, Скрыпник, 1997; Говоруха, 1998; Wyeth, 1977; Гожик, Орловский, Митин, 1991; Говоруха, 1997; Доценко, Рясинцева, Рязанова, Савин, 1997; Віденіна, Рибачук, 1997).
Льодовий покрив і клімат Антарктики. Різні фізичні властивості льоду визначають велике розмаїття його типів, від покривних материкових льодовиків до припаю морського льоду. Льодовиковий покрив є складним стратифікованим чохлом сніжно-фірно-льодової маси. Це могутній кліматостворюючий фактор, що визначає метеорологічні та циркуляційно-синоптичні умови південного близполярного регіону.
Вплив антарктичних льодових полів на Південний океан у районі Антарктичного півострова. Утворення антарктичних вод відбувається в результаті взаємодії океанських вод із шельфовими льодовиками. У розділі приводяться розходження в розподілі типів і обґємів льодових мас на західному і східному узбережжі Антарктичного півострова. Наслідком цих відмінностей є різний ступінь впливу льодового покриву півострова (заходу і сходу) на формування переохолоджених вод Південного океану, прояв яких встановлений навіть в екваторіальній зоні.
Еколого-географічна характеристика району Антарктичного півострова. У розділі приводяться відомості про географічне положення Антарктичного півострова в структурі Західної Антарктики, відзначаються кліматичні особливості півострова та існування льодовикового покриву потужністю більш 500 м, наявність вивідних льодовиків і будова шельфової зони.
Архіпелаг Аргентинські острови з Українською антарктичною станцією Академік Вернадський. Архіпелаг Аргентинські острови, відзначений на карті Антарктики наприкінці 20-х років після аеровізуального обстеження, розташований в межах західного (тихоокеанського) шельфу Антарктичного півострова, у 7 км на захід від узбережжя Берега Грейама (мис Туксен).
У 1954 р. на острові Галіндез архіпелагу була заснована Британська антарктична станція Фарадей. Перші детальні геологічні зйомки в районі проведені в 1958–1959 р. (Elliot, 1964). У лютому 1996 року ця станція одержала статус Української антарктичної станції Академік Вернадський. Протягом дев'яти років на станції ученими провідних інститутів і організацій України цілорічно проводиться широкий комплекс досліджень.
ТЕКТОНІКО-ГЕОМОРФОЛОГІЧна ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГІОНУ
Дослідження в галузі тектоніки і геоморфології Антарктики проводилися Л.П. Зоненшайном, Г.Е. Грикуровим, А.В. Живаго, А.В. Ільїним, В.Е. Хаіним, П.Ф. Гожиком, В.Г. Бахмутовим, Fifield, I.W.D. Dalziel та ін. Вищезазначеними авторами були вивчені питання геохронології, розколу і руху материків (на основі теорії руху плит), описана структура регіону, його геоморфологічна будова, систематизовані відомості про геологічну будову. У розділі показані особливості історії розвитку південного регіону – формування материка Антарктида та Західної Антарктики, а також геологія Антарктичного півострова. Разом з тим, маловивченим залишається гляціогенетичний аспект формування структури та геоморфології антарктичного регіону.
Формування материка Антарктида. Історія Антарктики починається близько 160 млн. років тому, коли суперконтинент Гондвана розколовся та різні його частини дрейфували від Антарктики до їхнього сучасного місця розташування. Наслідком цих геотектонічних процесів з'явилася інша велика подія, що вплинула на вигляд континенту – утворення близько 22 млн. років тому замкнутого кільця Циркумполярної антарктичної течії. Вона стала бар'єром для проникнення теплих вод і нагрітих повітряних мас з районів низьких широт. Це стало вирішальним фактором для формування суворого клімату Південного континенту.
Західна Антарктика. Тектонофізичні та палеомагнітні дані останніх років показують, що Західна Антарктика сформована п'ятьма фрагментами, що зміщувалися один відносно одного в період розпаду Гондвани: АР - Антарктичний півострів; EWM - гори Елсуерта-Уітмора; MBL - Земля Мері Берд; TI - острів Терстон; HN - Хааг нунатак. Принаймні, три блоки Західної Антарктики (АР, EWM, TI) мали кожний свою незалежну геологічну історію. Але через недолік палеомагнітних, геологічних і геофізичних даних теорія розташування та руху блоків західно-антарктичного сектора суперконтиненту Гондвана залишається недоведеною (Бахмутов, 2002).
Антарктичний півострів. Антарктичний півострів - це вигнуте гірське пасмо довжиною близько 1500 км. Південна межа півострову проходить по 74° півд.ш. на стику з Землею Елсуерт. У межах півострова та його акваторії можна виділити три основних морфологічних елементи: 1 - центральна частина - антиклінорна зона Землі Грейама і Землі Палмера; 2 - західна синклінорна зона - шельф моря Беллінсгаузена; 3 - синклінорна зона, що включає східне узбережжя Землі Грейама і шельф моря Уедделла (Грикуров, 1973).
ФАКТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ
Основою для проведення геоморфологічного та будь-якого іншого аналізу місцевості служать топографічні карти. Тому на першому етапі для виконання основних задач даної роботи був створений набір топографічних і батиметричних векторних карт різного масштабу. Для цього були використані 9 джерел інформації, серед яких матеріали, що були отримані в ході українських антарктичних експедицій 1998, 2002-2004 рр., цифрові моделі висот і глибин, що були надані міжнародними і національними центрами даних, а також вибіркова інформація з деяких опублікованих навігаційних карт.
Дрібномасштабні цифрові моделі рельєфу для характеристики регіональних особливостей. Район досліджень включає Антарктичний півострів (Земля Грейама) і острови на захід від нього, а також східну частину акваторії моря Беллінсгаузена з глибоководним дном, материковим схилом і шельфовою зоною.
Одним із джерел інформації про рельєф морського дна району досліджень є цифрова модель висот і глибин ЕТОРО2, створена Національним центром геофізичних даних США. Дані в моделі представлені по всій земній кулі у векторному форматі з дискретністю 2 дугові хвилини. Розмір чарунки в лінійному вимірі для регіону (середня широта –65°) складає по широті 3700 м, а по довготі 1560 м. Координати представлені в географічній системі.
Для вивчення топографії Антарктичного півострова нами була використана інша цифрова модель GTОРО30 з 30-секундною роздільною здатністю по територіях усіх материків, включаючи Антарктиду. Розмір чарунки в нашому районі складає 930 м по широті і 393 м по довготі. Координати висот приведені в географічній проекції. Модель GТОРО30 є продуктом Геологічної служби США (1996 р.). Побудована нами карта горизонталей вказує на ряд важливих з тектонічної точки зору особливостей рельєфу: здвигові зони, по яких можна оцінити інтенсивність зсуву земної кори на різних широтах, розходження топографії західної та східної сторін півострова, розломи, що успадковани руслами вивідних льодовиків.
Описані цифрові топографічні моделі (ЕТОРО2 і GТОРО30) призначені для оцінки рельєфу материків і морського дна по всій Землі. Вони складені на основі дуже різнорідних картографічних джерел, як за роздільною здатністю, так і за точністю. Однак, для великих площ це кращі вихідні дані, які різні країни змогли надати зі своїх фондів для створення глобальних безшовних цифрових масивів.
Середньомасштабні картографічні матеріали. Більш докладна інформація про рельєф може бути забезпечена за допомогою карт окремих районів досліджуваної області. Антарктична цифрова база даних (ADD/SCAR, версія 2, 1992 р.) створена під егідою міжнародного “Наукового комітету досліджень Антарктики”. Векторний масив даних з горизонталями 50 м, 200 м, 250 м і далі через 250 м може бути доступний на комп'ютері в ГІС ArcView, ARC/INFO і ArcCAD. Координати представлені в метрах у полярної стереографічній проекції щодо Південного полюса на сфероїді GRS80 з центральним меридіаном 0° і стандартною паралеллю 71° південної широти.
Структура ADD включає кілька різних шарів, таких як берегова лінія, горизонталі рельєфу, кліфи, скельні оголення, геодезичні пункти зі вказівкою висот, лінії льодових потоків, місця поселення пінгвінів та ін. Масив ADD розділений на трапецеїдальні блоки. Для детальних геоморфологічних досліджень нами використаний блок під шифром SQ19–20, що є найближчим до району української антарктичної станції Академік Вернадський.
На етапі геоморфологічних досліджень задача картографічного забезпечення полягала в тому, щоб створити максимально докладний єдиний цифровий масив рельєфу Антарктичного півострову і морського дна прилеглої акваторії. Як доповнення материкових даних ADD в акваторії була використана карта № 3572 Британського адміралтейства в масштабі 1:125000. У межах цієї карти (південні широти 64°40,8′–65°23,1′, західні довготи 63°15,1′–65°57,2′) знаходиться Аргентинський архіпелаг, протоки Пенола та інші підводні структури, а також материкова область Берега Грейама Антарктичного півострова між затоками Фландрес і Коллінз.
Великомасштабні карти та детальна інформація з регіону архіпелагу Аргентинські острови. До докладної інформації на район Аргентинського архіпелагу відноситься навігаційна карта Британського адміралтейства № 3575 у меркаторській проекції. Вона складається з двох аркушів: один масштабу 1:15000 відноситься до самих островів архіпелагу, а другий у масштабі 1:60000 охоплює велику акваторію від затоки Делонкл до затоки Коллінз.
Зміст навігаційних карт відповідає, в основному, вимогам безпеки мореплавання. Вони не можуть повною мірою задовольняти вимогам геолого-геоморфологічних досліджень або інших задач, пов'язаних з використанням детальної інформації про структуру морського дна. Тому в період сезонних робіт в українських антарктичних експедиціях 1998, 2002 років Інститутом геологічних наук НАН України, при співробітництві з іншими організаціями, були проведені катерні промірні роботи. Загальна довжина галсів склала більш 330 км з частотою виміру глибин 5–6 м. Після обробки даних була створена цифрова модель глибин з розміром чарунок 20×20 м і побудована батиметрична карта дна архіпелагу (Гожик, Греку, Усенко, Вернигоров, Греку й ін., 2002). Отримана карта дна міжостровної зони архіпелагу представляється на сьогоднішній день найбільш докладною.
Іншим джерелом докладної інформації про рельєф дна є наданий Інститутові геологічних наук Британською антарктичною службою планшет із глибинами за результатами промірних робіт, проведених Британським адміралтейством у 1964–1965 роках. Планшет складений у масштабі 1:12500 у проекції Меркатора, глибини приведені в сажнях із середньою дискретністю 30 м, відстань між галсами 50-150 м. Докладні дані по рельєфу дна української і британської зйомок були зіставлені й об'єднані після приведення глибин і даних позиціювання в єдину систему.
Топографо-геодезичні дослідження. У період сезонних досліджень 7-ї української антарктичної експедиції 2002 року відповідно до міжнародного проекту SCAR “Геодезична інфраструктура Антарктики” (GIANT) (при участі підприємства ЕСОММ Со) на островах і в акваторії архіпелагу Аргентинські острови, на прилягаючому узбережжі Антарктичного півострова стали проводитися високоточні топографо-геодезичні GPS спостереження.
Під час сезонних робіт було визначено 196 GPS-пунктів локальної мережі на різних островах архіпелагу з точністю 1 см по географічних координатах і 2 см по висоті. У районі станції Академік Вернадський спостереження проводилися на геодезичних марках Британського адміралтейства. По висотних оцінках пунктів у роботі представлена одна з перших версій топографічної карти острова Галіндез. В даний час з використанням космічних знімків високої роздільної здатності ШСЗ Quick Bird (США), GPS і наземних фотограмметричних спостережень побудовані нові версії карти острову (ЕСОММ Со, Національний університет “Львівська політехніка”).
ЗАСТОСУВАННЯ СУПУТНИКОВИХ РАДІОЛОКАЦІЙНИХ ДАНИХ
ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ТОПОГРАФІЇ ЛЬОДОВОЇ та ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНі
Важкодоступність, віддаленість, полярна ніч, складні погодні умови, майже постійна хмарність у регіоні Антарктики робить використання супутникових спостережень з космосу важливим джерелом інформації для моніторингу середовища. Сучасні супутникові системи забезпечують всепогодність спостережень за допомогою методів радіолокаційних зйомок для одержання у високих широтах зображень з високою роздільною здатністю (Майер, 1982). У розділі приводиться характеристика методів і результатів супутникового радіолокаційного зондування за допомогою ШСЗ ЕРС-1/2 Європейського космічного агентства, отриманих по гранту ІГН НАН України.
Методологія і можливості радіолокації бокового огляду. Основними перевагами, що відкрила радіолокація бокового огляду, є: значне підвищення детальності спостережень земної поверхні і можливість одержання якісних зображень місцевості в будь-яких метеорологічних умовах і незалежно від часу доби. У розділі приводяться особливості отриманих зображень і їхнього дешифрування.
Супутникова радіолокаційна інтерферометрія. Обґрунтування застосовності методу радіолокаційної інтерферометрії і його основні фізичні принципи. Принциповою відмінністю розглянутої технології є: використання радіолокатора з синтезованою апертурою, що забезпечує високу просторову роздільну здатність зображень (величина одиничної площадки на місцевості 25×25 м) і введення нового вимірюваного параметру – фази відбитого радіосігналу, що значно підвищує якість вимірів. Супутникова інтерферометрія відкриває нові можливості для створення цифрової моделі топографії, для прямої реєстрації дуже малих (міліметри-сантиметри) вертикальних і горизонтальних переміщень поверхні Землі, техногенних споруджень, а також виявлення динамічних процесів.
Дослідження топографії льодової поверхні Антарктичного півострову за допомогою методу супутникової радіолокаційної інтерферометрії. Метод інтерферометрії був застосований для розрахунку топографії, морфологічного аналізу і динаміки льодового покриву на район, що прилягає до української антарктичної станції Академік Вернадський. Було використано три пари знімків ЕРС-1/2 у різні сезони 1995-1996 рр.
Дешифрування супутникових зображень. У тексті приводиться знімок за 27 лютого 1996 року, з вихідною роздільною здатністю 4×20 м. Зображення включає ділянку Антарктичного півострову з високогірним плато Брюс і західну акваторію. Знімок супроводжується візуальним фізіографічним і морфометричним аналізом. На прикладі даного знімку показана можливість виявлення різних об'єктів: хвильових форм на льодовику, геологічних структур у виді нунатаків, меж поширення морського льоду і окремих айсбергів в акваторії.
Дослідження регіону Берега Грейама. Для аналізу були використані фрагменти (36×36 км) двох пар знімків, виконаних 13–14 листопаду 1995 р. і 26–27 лютого 1996 р. (перша зимівля українських фахівців). За результатами інтерферометричної обробки кожної пари знімків, подібно стереофотограмметрії, приводяться зображення когерентності, карти топографії поверхні і профілі рельєфу району Берега Грейама.
Визначення топографії вивідного льодовика Фласк. Льодовик Фласк розташований у східній частині Антарктичного півострова та стікає від плато Брюс у море Уедделла впродовж понад 40 км. Для визначення топографії району вивідного льодовика Фласк використані фрагменти пари знімків за 26–27.02.96 р. Етапи інтерферометричної обробки цих знімків показані в чотирьох ілюстраціях: амплітудне зображення виділеної ділянки 7×15 км; фазова інтерферограмма; 3D зображення цифрової моделі висот; профілі рельєфу льодового потоку в поперечному перерізі. Кожне зображення супроводжується аналізом результатів.
Супутникова скаттерометрія. Схема виміру розсіювання радіосигналу від льоду. Показано принципову схему роботи трьохантеного скаттерометра ШСЗ ЕРС-1. Виміри розсіяного від льоду радіосігналу використовуються для визначення характеристик морського льоду та відповідної типізації. Інтенсивність зворотнього розсіювання залежить від характеристик шорсткості поверхні і фізичних (діелектричних) властивостей верхнього шару морського льоду, а також сніжного покриву. Величина розсіювання залежить також від параметрів радіолокаційної системи: від нахилу випромінювання до поверхні, частоти та поляризації сигналу.
Обробка та аналіз скаттерометричних вимірів. Для наших досліджень були використані щотижневі карти електронного атласу морських льодів, наданого французьким інститутом IFREMER. У розділі показаний розподіл морського льоду по типах і віку в зимовий (серпень) і літній (лютий) сезони 1992, 1993, 1995 років.
У розділі представлені карти морського льоду на район Антарктики в цілому і окремо регіону Антарктичного півострову. Вони відображують розходження в розподілі та динаміку різних типів льоду по сезонах, наочно показують перерозподіл льоду під дією локальної вітрової та гідродинамічної циркуляції.
Супутникові радіовисотомірні (альтиметричні) виміри для визначення характеристик айсбергів і припаю шельфових льодовиків. Альтиметричний метод дослідження поверхні Землі призначений для топографічних вимірів на морській поверхні з точністю 3-5 см. У розділі на прикладах висотних профілів по декількох траєкторіях ШСЗ показана можливість визначення топографії морського льоду та айсбергів у досліджуваному районі Антарктичного півострова. Вихідні дані взяті з компакт-дисків, отриманих від Європейського космічного агентства.
МЕТОДИКА СТВОРЕННЯ ЕЛЕКТРОННИХ ТОПОГРАФО-БАТИМЕТРИЧнИХ І ГЕОМОРФОЛОГіЧнИХ КАРТ РІЗНОГО МАСШТАБУ. ЦИФРОВА ОБРОБКА ТОПОГРАФІЧНИХ ДАНИХ
Однією з задач розділу геолого-геофізичних досліджень Держпрограми “Дослідження України в Антарктиці” є створення детальних топографічних карт регіону Антарктичного півострова і його західної континентальної окраїни з Українською антарктичною станцією Академік Вернадський (район наукових інтересів України). З огляду на сучасні тенденції розвитку картографічних технологій, була поставлена задача створити базу топографічних даних у цифровому форматі. Основні етапи створення карт і комп'ютерного аналізу рельєфу приводяться в табл. 1.
Вихідні дані були розділені на три групи: у першу ввійшли матеріали по Антарктичному півострову 61°-68˚ півд.ш. і його західній континентальній окраїні; 2-га група по Берегу Грейама і прилягаючої акваторії; 3-я група - архіпелаг Аргентинські острови.
Методичний комплекс роботи з даними включає наступні етапи:
- сканування різних широкоформатних багатобарвних матеріалів на паперовій основі для одержання растрових зображень;
- оцифровка та векторизація растрових зображень за допомогою програм MapEdit, Surfer, ENVI/IDL для створення цифрових файлів різних параметрів і характеристик місцевості, контурів берегових ліній та ін.;
- геокодування карт, супутникових знімків та інших зображень за допомогою задання координат видимим на зображенні пунктам (ENVI, ERDAS, ArcGIS);
- трансформація форматів і конвертування файлів: у деяких випадках необхідно виконувати багатоступінчасте перетворення, щоб забезпечити використання даних у ГІС (наприклад, .txt, .dbf, .shp, .vec);
- створення регулярної сітки даних з випадкового набору точок у просторі з метою одержання цифрової моделі висот (глибин) ЦВМ або DEM (Kriging, тріангуляційна інтерполяція TIN);
- створення контурних ліній (ізоліній параметрів), контрастних (колірних растрів) і 3d зображень;
- тематичний, статистичний і морфологічний аналіз результатів: класифікація даних за різними критеріями (діапазони мінливості, сектори видимості, розчленованість поля по середньоквадратичним оцінкам, ENVI і ін.), визначення двовимірних і просторових статистичних оцінок (кореляційних, спектральних і когерентних функцій); комп'ютерний морфологічний аналіз за допомогою розрахунку і побудови карт кутів нахилу, осьових ліній каналів і гребенів хребтів і т.п. (LandSerf, ENVI);
- геореференцювання для завдання необхідної системи координат (сфероїд WGS84) і картографічної проекції (головним чином, універсальна трансверсальна проекція Меркатора і стереографічна полярна проекція);
- створення підсистеми топографо-геоморфологічних даних у форматі базової ГІС ArcGIS v. 8.3/ESRI з повним набором і описом всіх об'єктів (карт, файлів, фотографій, зображень окремих фрагментів і т.д.).
Результатом обробки первісного фактичного матеріалу стала побудова 12 основних карт і схем у растровому та векторному форматах. У таблиці 2 приводяться первісні джерела інформації та найменування складених по них карт, а також площі карт і роздільна здатність цифрових моделей.
Таблиця 1
Методика дослідження
Таблиця 2
Список карт, створених по дослідженому регіону
| 
