Інструменти морських геологів

На емблемі Міжнародного геологічного конгресу вигравірувані перехрещені геологічні молотки і під ними підпис ” Mente et malleo “, що по латині означає: “Розумом і молотком “. Дійсно, молоток – один з головних інструментів сухопутних геологів. А з органів почуттів геолог при польових роботах найбільше користується зором. Справді, майже вся інформація про геологічні утвореннях на суші виходить нами через зорові враження. Розглядати можна і те, що, як кажуть, перебуває під носом і те, що на віддалі. Авіація, а тепер і космічні кораблі дають можливість оглядати Землю зверху, видали, охоплюючи поглядом відразу величезні простори, мало не цілі континенти. Так що, доповнюючи девіз геологічного конгресу, можна було б додати: ” і поглядом “. Але це – на поверхні суші.

Під водою погляд не може проникнути далеко. Навіть на прибережному мілководді і за відсутності каламуті у воді наш око не гризе бачити далі декількох десятків метрів: світло розсіюється у воді, обриси предметів розпливаються і зливаються із загальним фоном. З глибиною світло швидко слабшає, поглинаються промені частини спектра, змінюється видима забарвлення, а на глибині 100-150 метрів взагалі зникають видимі промені світла. У глибинах океану (абиссали) панує вічний морок; ніколи на океанічне дно не падав промінь сонця. Звичайно, в глибоководній області океану зір мало чим допоможе геологу, навіть якщо опуститися в спеціальному апараті і висвітлити дно прожектором. Промінь світла далеко не проникає, розсіюючись у вічному мороці. Тому в океані неможливо отримати, наприклад, перспективні фотографії дна або подібність аерофотознімків з скільки значної відстані від дна – Оптичні кошти в океані годяться тільки для ближнього огляду.

Зате виявилося, що в товщі води вільно поширюється звук, точніше – ультразвук, безперешкодно досягає дна в найглибших западинах. У горизонтальному напрямку ультразвук поширюється на величезні відстані, а в певному шарі води звуковий імпульс може обігнути всю земну кулю. Як і всякий звук, ультразвук відбивається від перешкод, породжуючи відлуння; ловлячи відлуння, відбите від дна, і знаючи швидкість поширення ультразвуку у воді, можна обчислити глибину океану. Так виник ехолот, створення якого справила справжній переворот в техніці вимірювання глибин. Адже донедавна просте вимірювання глибини океану представляло трудомістку задачу і не відрізнялося точністю.

На першої радянської дрейфуючої полярної станції СП – 1, на якій І. Д. Папанін, П. П. Ширшов, Є. К. Федоров і Е. Т. Кренкель в 1937 – 1938 роках продрейфували від Північного полюса до Гренландського моря, вимірювання глибини вироблялися опусканням важкого лота на рояльної струні з ручної лебідки, кожний вимір займало цілий робочий день. При цьому точність промірів була невелика: лот відхилявся від вертикального положення внаслідок дрейфу крижини і під впливом течій, струна прослизала по блоку лічильника глибини. Зараз такі проміри на будь-яких глибинах океану виконуються в лічені секунди і з набагато більшою точністю за допомогою прецизійних (високоточних) ехолотів, свідчення яких записуються на стрічку. Ехолот працює безперервно на ходу судна, записуючи профіль дна по курсу корабля.

Подальшим розвитком ехолотірованія стали системи, що дозволяють записувати не тільки профіль дна (глибини) за курсом корабля, але і майданні зображення рельєфу в смузі шириною до 1-1,5 кілометра. Для такого запису апаратура розміщується на занурює буксирі пристрої, з якого ультразвукові імпульси посилаються не тільки вниз, але і в сторони. Подоба наземної аерофотозйомки в океані неможливо, зате використання ультразвуку у воді замінює погляд. Звуковий імпульс в океані, будучи перетворений в об’ємне зображення, дає можливість отримати видиме зображення рельєфу і навіть окремих предметів на дні.

Таким чином, ультразвук замінив в океані погляд для дистанційних (віддалених від предмета вивчення) спостережень. У межах же прямої видимості у воді спостереження ведуться з різних занурюваних пристроїв – підводних човнів, батискафів, ” пірнаючих блюдець ” Кусто, радянських підводних апаратів. Широко застосовуються підводна фотографія і телебачення. Одним з перших дно океану почав фотографіроветь радянський вчений До Л. Зенкевич, якому вдалося отримати зображення навіть глибоководних риб і слідів невідомих тварин на дні під багатокілометрової товщею води. Телевізійні камери встановлюються на зануреному буксирі пристрої (” платформі “, ” модулі “), яке може витримувати задану відстань від дна в межах хорошої видимості. Поєднання на одній ” платформі ” телевізійного пристрою і фотоапарата дає можливість вибірково фотографувати спостережувані по телевізору об’єкти. У геологічній пошуково – розвідувальної практиці телебачення використовується для огляду дна на ходу судна. Правда, один зі спостерігачів на борту науково – дослідного судна (НДС) ФРН ” Вальдівія “, яке вело пошук рудних конкрецій в Тихому океані, поскаржився, що стежити за розгортається на телеекрані картиною дна нудніше, ніж навіть дивитися програми німецького телебачення. Однак не завжди і не скрізь океанічне дно одноманітно.

Отже, вивчення рельєфу дна океану можливо за допомогою ультразвуку, а на близьких відстанях – прямими спостереженнями з підводних апаратів або за допомогою підводного телебачення і фотографії.

Однак геологія взагалі, і геологія океану зокрема, вимагають вивчення будови і складу товщі гірських порід, що складають земну кору. На суші таке вивчення ведеться шляхом безпосередніх спостережень у горах, де на склонех можуть бути розкриті геологічні нашарування, вік яких налічує десятки і сотні мільйонів років; в рівнинній місцевості товща порід може бути розкрита бурінням. В океані безпосередні спостереження вкрай утруднені, буріння, хоча і виробляється в останні роки, розкриває тільки осадову малопотужну товщу. Тому для вивчення геології океану найважливіше значення придбали геофізичні методи – непрямі, але порівняно дешеві і піддаються більш-менш однозначного тлумаченню.

Найбільш вживаним методом виявилося сейсмічне вивчення товщі гірських порід земної кори – і на суші, і в океані. Суть методу зводиться до того, що сейсмічні хвилі, збуджені яким джерелом коливань – від землетрусів до штучних поштовхів різного роду, поширюються в шарах земної кори з неоднаковою швидкістю. Зазвичай, чим порода щільніше, тим вище в ній швидкість сейсмічних хвиль. Можна вивчати швидкості поширення відображених (як АХО) хвиль – це буде метод відбитих хвиль; можна вивчати швидкість поширення заломлених хвиль; в кожному випадку отримуємо характеристику якийсь товщі порід.

При глибинному сейсмічному зондуванні вивчається будова товщі кори потужністю десятки кілометрів, вивчення захоплює і породи верхньої мантії. У більш звичайних випадках вивчається частина товщі кори або навіть тільки верхня частина товщі опадів на дні – для цього застосовуються менш потужні джерела – збудники сейсмічних хвиль. Замість великих зарядів вибухових речовин сейсміки обмежуються бавовною повітряного міхура або розрядом електричної іскри, і такі модифікації сейсмічного методу отримали назву сейсмопрофілірованія і звукогеолокаціі або ехолокації (сейсмоакустики).

Сейсмічні методи дозволяють вивчати будову товщі порід в різьблених масштабах. При детальному вивченні невеликої ділянки на глибину десятки – перші сотні метрів (наприклад, при пошуку підводних продовжень річкових долин з притаманними їм розсипами золота або касситерита) застосовуються методи сейсмопрофілірованія і звукогеолокаціі. Для вивчення товщі потужністю перші тисячі метрів необхідно вже застосування більш потужних джерел сейсмічних коливань і проведення комплексі сейсмічних спостережень. На сейсмограмі отримують картину змін швидкостей поширення сейсмічних хвиль, на підставі чого можна побудувати профіль, як би глибинний розріз земної кори. При цьому речовинний склад порід залишається невідомим. Інтерпретатор сейсмічної запису залежно від свого досвіду та інтуїції може припустити, з якими породами він має справу, проте точне визначення може дати тільки буріння. Як висловився один з найдосвідченіших геофізиків нашої країни, вони, геофізики, при геологічному тлумаченні своїх матеріалів ще не можуть обійтися без ” лопати “.

Сейсмічні дослідження в океані показали, що океанічна земна кора набагато тонше, ніж континентальна, всього 6-10 кілометрів і має при цьому тришарове будову (див. нижче). Однак така схема будови “типовою ” океанічної кори часто порушується, в корі з’являються ускладнення різного характеру. З’ясувати, які це ускладнення, допомагають інші геофізичні методи.

У вивченні внутрішньої структури кори і окремих її ділянок велике значення має гравіметрія – вивчення розподілу сили тяжіння. Гравіметрія виявляє в земній корі породи, що відрізняються більшою чи меншою щільністю, поклади корисних копалин великих масштабів, деякі структури. Для роботи в морі створені зразки гравіметрів, які дають надійні свідчення, перебуваючи на судні, в нестійкій обстановці качки і руху. При стаціонарних спостереженнях на полігонах використовуються також гравіметри, що опускаються на дно. Гравіметричні матеріали, так само як і сейсмічні, неоднозначні в сенсі встановлення речового складу тіл, що викликають аномалії сили тяжіння. Висловлюються вони не у вигляді швидкості поширення сейсмічних хвиль (як в сейсмометрії), а в одиницях прискорення сили тяжіння – галлах (1 смс2) або звичайно – міллігаллах, тисячних частках галла.

Вивчення намагніченості порід океанічної кори – магнітометрія – показало, що епохи “прямий” (що відповідає сучасному становищу північного і південного магнітних полюсів) і “зворотного ” орієнтування магнітного поля чергувалися, що породило в океанічній корі так звані смугові магнітні аномалії. За положенням таких аномалій, зокрема, вдається визначити час їх виникнення, тобто вік цих ділянок океанічної кори.

Вивчення теплового потоку через земну кору дозволяє встановити точки і шви, по яких відбувається посилений винос внутрішньої теплової енергії земних надр, що нерідко супроводжується рудопроявление. Проходження електричного струму через товщі порід океанічної кори також дозволяє вивчати геологію дна електрометричного методами.

На жаль, все геофізичні методи для геології – це непрямі методи; вони не дозволяють визначити речовину земної кори. Частково цей недолік заповнюється бурінням, але буріння в океані дає матеріали тільки про верхніх сотнях метрів, рідше – перших кілометрах і обходиться надзвичайно дорого.

Частково деякі способи визначення речовини в зразках і пробах опадів і порід можливі за допомогою наведеної радіоактивності в лабораторних умовах. Проводяться досліди подібних аналізів зразків руди на дні океану без підйому проби на поверхню. Однак не тільки електронні прилади, осцилографи і найтонші кварцові пружинки гравіметрів входять в інструментарій морських геологів. Для геологічних цілей (отримання зразків опадів, порід, руд, розсолів і т. д.) служать досить прості пристрої. Жарт про повітряній кулі, з якого на мотузці спускається корзинка, не так вже далека від дійсності в морської геології. Для збору матеріалів в морі досі широко використовується лебідка, трос і причеплений до кінця троса захоплюючий прилад. Такі пристосування вірно служать морським геологам вже більше ста років, з часів зародження морської геології в кінці минулого століття. Застосовувалися і застосовуються до цих пір захоплюючі пристрої у вигляді трубок, 6), встромлюються в осад під впливом своєї тяжкості або за допомогою вібрації й іншим шляхом; дночерпателей, соскребивает з поверхні шар опадів або уламків; драг у вигляді дротяної або мотузяною кошики з переднім сталевим краєм, відриває під час волочіння по дну шматки порід.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 3.50 out of 5)

Інструменти морських геологів