Катастрофы в природе: Земля меняет кожу. Лавины, обвалы, оползни, провалы

К началу новой эры древнегреческий историк и географ Страбон в семнадцати книгах своей «Географии» даёт описание Европы, Азии и Африки. Он приводит разнообразные сведения о странах и народах, о Скифии, Кавказе и закаспийских землях.

В I веке древнегреческий ученый энциклопедист и математик Клавдий Птолемей в восьми книгах «Руководство по географии» обобщает античные представления о мире, излагает математические основы географии и картографии. Он опубликовал координаты восьми тысяч пунктов от Скандинавии до Египта и от Атлантики до Индокитая, а также 27 карт земной поверхности.

Важные географические открытия сделали такие учёные и путешественники Востока и Центральной Азии как Ибн Сина (Авиценна), Бируни, Идриси, Ибн Баттута и др. В Исландии, Гренландии и Северной Америке их совершили норманны и новгородцы сумевшие достичь Шпицбергена и устья Оби в Сибири. Сведения об этом сохранились благодаря летописям, древним манускриптам и рукописным схемам.

В XV веке с началом бурного развития информационных коммуникаций появились условия для широкого распространения географических знаний. Изобретение немцем Иоганном Гуттенбергом способа книгопечатания подвижными литерами ознаменовало наступление эпохи великих географических открытий. Производство карт становится массовым. Их создатели помимо самих карт составляли пояснения к ним почерпнутые из рассказов путешественников. Пунктами обмена географическими знаниями становятся торговые города и культурные центры.

В XVI веке на венецианском мосту Риальто, рядом с лавочкой менялы и золотых дел мастера, можно было найти особое торговое осведомительское бюро. Оно занимались сбором и продажей новостей – сведений об ушедших и пришедших кораблях, о ценах на товары, о безопасности дорог, а также о политических и географических событиях.

Вплоть до XVII века европейцами открывались новые земли, прокладывались морские маршруты в Африку, Америку, Азию и Океанию. В 1492 году испанский мореплаватель Христофор Колумб отплыл морским путем в Индию, но открыл неизвестную европейцам часть света – Америку. В 1497 году португальский мореплаватель Васко да Гама на своих кораблях обогнул Африку, и уточнил её очертания.

Карта мира Клавдия Птолемея (II век).

В 1519 году экспедиции португальского и испанского мореплавателя Фернанда Магеллана впервые удалось обогнуть весь земной шар. Помимо практического доказательства шарообразности формы Земли путешествие Магеллана показало, что большую часть её поверхности занимает вода, а не суша.

К XV – XVII векам география становится практически важной наукой. Особый вклад в её развитие внёс фламандский картограф и географ Герхард Меркатор. В 1541 году он изготовил глобус Земли, а спустя десять лет глобус Луны. Меркатор создал полный Атлас Европы с 51-й картой Франции, Германии и Бельгии, с 23-мя картами Италии и Греции, 36-ю картами Британских островов. Карты и атласы Меркатора содержали подробные географические сведения, а очертания материков на них были близки к реальным.

В 1768—1779 годах англичанин Джеймс Кук совершает три кругосветных экспедиции. Он открывает Гавайи и Большой Барьерный риф, а его поиски Южного материка привели к открытию Австралии и Океании. Примерно в это же время русские первопроходцы разведали почти всю Сибирь и достигли Дальнего Востока. В России Михаил Ломоносов высказывает идеи о непрерывном изменении лика Земли под влиянием внутренних и внешних сил, о слоях земных и др. В 1739 году он выступает инициатором создания Географического департамента, и составляет первый в Российской империи кадастр землепользования.

В XVIII веке большое значение приобретает фиксация, картографирование и обобщение накопленных географических знаний. Это потребовало новых способов изложения разнообразной информации. Отображение только контуров новых земель оказалось недостаточным для их промышленной и торговой эксплуатации. Строительство наземных коммуникаций – дорог и железнодорожных путей, прокладка безопасных торговых маршрутов потребовали детального изучения рельефа и геологического строения земной поверхности.

В свою очередь, приносимый природными катаклизмами ущерб обусловил необходимость исследования их причин. Вулканические извержения, землетрясения, обвалы и оползни наносили большой ущерб заморским колониям. В отличие от Старого света, где крупные природные катастрофы случались, но носили умеренный характер, проникновение в Тихоокеанский огненный пояс, Северную и Южную Америки оживили библейские сказания о Содоме и Гоморре, грандиозных потопах и смертоносных ураганах.

В 1692 году вулканическое землетрясение на острове Ямайка, расположенного в северной части Карибского моря, до основания разрушили его столицу Порт-Ройял. Её пришлось перенести в соседний Кингстон, который спустя пятнадцать лет также был разрушен землетрясением.

В 1755 году Лиссабонское землетрясение перечеркнуло в миропонимании роль высших сил обустройства мира, и потребовало естественнонаучного объяснения причины случившегося катаклизма. Мир начал восприниматься как арена действия скрытых, но пока еще не понятных сил природы, действующих повсеместно – от Старого до Нового света.

В 1883 году сильное землетрясение сопутствовало извержению вулкана Кракатау в Индонезии. Взрывом была уничтожена половина острова, погибло все его население и разрушены города на островах Суматра, Ява и Борнео. Последовавшее за землетрясением цунами смыло все живое с низменных островов Зондского пролива. В том же году 18 июля курортный город на острове Иски около Неаполя был превращен в груду развалин вулканическим землетрясением.

Интенсивность и частота природных бедствий на новых землях пугала, настораживала и требовала осмысления. Это была уже не задача картографов и описателей, а учёных вооруженных знаниями и точными инструментами. Особый вклад в становление физической географии как точной науки внёс немецкий учёный Александр Гумбольдт. Он считал необходимым комплексное постижение природы как единого целого.

Гумбольдт заложил основы таких научных дисциплин как физическая география, ландшафтоведение и география растений. В своих экспедициях он использовал по тем временам передовые научные инструменты. В свою экспедицию в Новую Испанию (1799—1804) на борту корвета «Pizarro» он взял с собой десятки приборов для проведения научных измерений и наблюдений.

В Германии Карл Риттер в 1817 году начинает публикацию своего фундаментального труда «Die Erdkunde im Verh?ltniss zur Natur und zur Geschichte des Menschen» (Землеведение в отношении к природе и истории человечества). Риттер стал одним из основоположников современной географической науки, определив её предмет, как выявление связей и установление причин явлений и процессов природы, изучая ее как единое целое.

«География – это своеобразная физиология и сравнительная анатомия Земли: реки, горы, ледники и т. п. являются отдельными органами, каждый из которых имеет свои собственные функции, а так физико-географическое основание является основой для развития общества, оно в качестве физической основы определяет ход жизни общества и человека». Карл Риттер, 1817 год.

В XIX веке изобретение новых приборов и инструментов для измерений и наблюдений позволили создать подробные гипсометрические карты, исследовать параметры земной атмосферы и гидросферы в различных районах планеты. С этого времени естествоиспытатели уже не ограничиваются только описанием природных явлений, а стараются находить им научные объяснения.

Благодаря систематизации сведений собранных по всему земному шару стало понятно, что рельеф земной поверхности связан с глубинным строением планеты и определяется протекающими в её недрах геологическими процессами. В свою очередь моря и океаны формируют климат на планете и многие другие атмосферные явления. Важным было и то, пусть схематичная, но подтверждающая данные астрономических наблюдений создавалась целостная картина мирозданья.

В XVIII – XIX веках промышленная революция в Европе ставит новые вопросы из-за необходимости освоения залежных земель. Как образуется тот или иной тип рельефа? Из-за чего происходят лавины, обвалы и оползни? Что представляет собой вулканическая деятельность? Почему, как и где возникают землетрясения? Как формируется тот или иной ландшафт и как он связан с геологическим строением местности? Под давлением задач практики статичное представление Земли ушло в прошлое.

К концу XIX века простые географические проекции превратились в привязанные к земному рельефу тематические атласы с разнообразными данными. Карты становятся основой для отображения геологической, климатической, метеорологической, социальной, политической и другой информации. Они стали визуализировать пространственно-временные особенности протекания различных физических процессов на земной поверхности.

К XX веку астрономия, математика, физика и химия достигли такого уровня развития, что их понятийный аппарат и инструментарий стал достаточным для изучения динамики земной поверхности. Физическая география разделилась на самостоятельные научные направления – геоморфологию, гидрологию, гляциологию, климатологию, океанологию и другие. Все они проистекали из необходимости решения практических задач в области геологоразведки, землеведения, климата, мореходства и многих других.

Было выяснено, что земной рельеф является одновременно продуктом геологического развития Земли и происходящих в её атмосфере и гидросфере физико-химических процессов. Он неодинаков в различных частях света, и сложен разнообразной комбинацией пород. Что покрывающий верхнюю часть континентальной земной коры слой состоит из осадочных и вулканических горных пород, а в некоторых местах он отсутствует. Что земная поверхность в основном представлена равнинами континентов и дном Мирового океана, о строении которого вплоть до середины прошлого века можно было только догадываться.

С началом океанографических научных экспедиций открылась возможность приблизится к пониманию происходящих на морском дне процессов. Самая первая из них была совершена в 1872—1876 годах на английском корвете «Challenger». Оказалось что континенты окружены шельфом – мелководной полосой глубиной до двухсот метров и средней шириной около восьмидесяти километров, которая после резкого обрывистого изгиба дна переходят в континентальные склоны. С удалением от берега они постепенно выравниваются, а на глубине в несколько километров переходят в абиссальные равнины.

Глобализация промышленного производства и торговли привела к необходимости прокладки морских трансконтинентальных телеграфных линий. Время о времени кабели обрывались, и это потребовало научного объяснения. На то время знаний о морском дне хватало на несколько сотен метров глубины, а кабели прокладывались гораздо глубже. Разгадку принесло установление связи между разрывами подводных кабелей и землетрясениями.

Оказалось, что глубоко под водой гравитация и давление создают идеальные условия для срыва с горных склонов громадных объёмов водонасыщенных пород. При этом обвалы, оползни и турбидитные потоки не только рвут подводные кабеля, но и значительно изменяют ландшафт морского дна.

В 1929 году при землетрясении Гранд-Банк было разорвано двенадцать подводных кабелей на удалении до 800 километров от эпицентра. Объём перемещённых рыхлых пород достигал ста миллиардов кубометров. В 1954 году при Алжирском землетрясении разорвано пять линий подводных кабелей. Это свидетельствовало, что морское дно как суша находится в непрерывной трансформации.

В начале XX века общее представление о внутреннем строении Земли только формировалось. Сейсмические наблюдения позволили исследовать внутреннюю структуру планеты. Стало ясно, что часть литосферы, самая верхняя из твердых оболочек Земли, земная кора составляет только один процент от общей массы планеты. Под ней расположилась мантия, а ещё ниже – земное ядро. К пятидесятым годам прошлого века эта модель объяснила происходящие на земной поверхности многие явления – вулканизм, её рельеф, горообразование и т. д.

Геологические исследования обнаружили схожие образования и процессы в различных частях света. Рельеф и ландшафт земной поверхности стали предметом изучения специальной науки – геоморфологии. Её зачинателем считается китайский учёный и государственный деятель XI века Шэнь Ко. Он исследовал особенности расположения морских раковин в породе на суше расположенной за сотни миль от океана, и первым высказал предположение об изменчивости земной поверхности из-за почвенной эрозии и отложении наносов.

Научные основы геоморфологии заложил немецкий геолог Фердинанд фон Рихтгофен в конце XIX века установивший основные черты орографии Азии. Ему принадлежит гипотеза эолового происхождения лёсса – осадочной горной породы.

К началу XX века появилась первая геоморфологическая модель формирования рельефа земной поверхности. Она была разработана американским геологом Уильямом Морисом Дейвисом. Его учение о географических циклах основывалось на представлении о стадийном развитии рельефа земной поверхности. Дейвис создал новый тип его зарисовки – модели и блок-диаграммы. Здесь важно то, что все открытия в какой-то момент совершаются впервые и то, что сегодня стало рутиной, было провидением конкретного человека.

Геоморфология ведёт исследования на стыке многих наук и, прежде всего геологии, физической географии, физики и химии. При изучении процессов протекающих на Земле и других объектов Солнечной системы геоморфология использует данные таких наук, как астрономия, космогония, астрофизика и других.

Объектом геоморфологии является рельеф земной поверхности и иных твёрдых космических тел. Её исследования основываются на данных наблюдений и оценки влияния на рельеф различных разномасштабных пространственно-временных процессов и явлений. Таких как гравитация, тектоника, вулканизм, атмосфера, гидросфера и солнечная радиация.

Геоморфология важное практическое направление науки. Её методы позволяют производить инженерную оценку рельефа необходимую при освоении залежных территорий, строительстве и берегозащите. Изучать связь рельефа с климатом, погодой, гидрорежимом и биоты различных участков земной поверхности. Прогнозировать возникновения опасных явлений – лавин, обвалов, оползней, провалов и др.

По сравнению с прошлым арсенал современной геоморфологии значительно расширился благодаря аэрофотосъемке и спутниковым наблюдениям, использованию в обработке данных мощных вычислительных средств. Находящиеся на земной орбите приборы позволяют осуществлять глобальный мониторинг состояния атмосферы, биосферы, гидросферы и всей поверхности Земли.

Наземные, воздушные, подводные автоматические системы дают возможность исследовать ранее недоступные для непосредственного наблюдения объекты, а видеотехника получить представление об их форме и расположении почти в реальном масштабе времени.

Беспилотные аппараты – дроны сегодня решают всевозможные задачи, от исследования атмосферы и земной поверхности, до изучения ледяных пустынь и морских глубин. Они позволяют осуществлять аэрофотосъёмку с разрешением в несколько сантиметров с высоким качеством цветных изображений и др.

24 октября 1946 года первая фотография Земли из космоса была получена запущенной США ракетой «V-2» с суборбитальной траектории 35 миллиметровой кинокамерой на чёрно-белую киноплёнку. 14 августа 1959 года сделана первая спутниковая фотография Земли американским спутником «Explorer 6». 6 августа 1961 года с корабля «Восток-2» советский космонавт Герман Титов впервые выполнил ручную фото- и киносъемку Земли из космоса.

Благодаря выходу человека в космос Земля стала ближе для понимания. Помимо огромного потока разнообразных телеметрических данных наблюдения с земной орбиты позволяют отслеживать состояние атмосферы и гидросферы, процессы антропогенного загрязнения морских акваторий и суши, состояние биоты и многое другое.

В 2016 году Национальное управление океанических и атмосферных исследований США в течение почти трёх месяцев осуществляло онлайн-трансляцию со дна Марианской впадины. Она велась с трёх видеокамер подводного аппарата «Okeanos Explorer» и выкладывалась в Интернет.

Спутниковый мониторинг позволяет оценивать экологическую ситуацию на обширных территорий, отслеживать последствия землетрясений, извержений вулканов, обвалов, оползней, селей, снежных лавин, абразии, эрозии, состояние ледяного покрова планеты и многое другое. Его эффективность доказана многолетними работами на пилотируемой орбитальной станции «Мир» (1986—2001), Международной космической станции (действует с 1998 года) и автоматическими космическими станциями ЕС, Китая, России, США и Японии.

Спутниковые изображения выполняются в различных частях электромагнитного спектра. Так, оптико-электронные спутниковые системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) позволяют получать пространственную информацию о земной поверхности и способны распознавать пассивное отраженное излучение земной поверхности в видимом и инфракрасном диапазонах.

Горизонтальные скорости происходят в основном из-за движения тектонических плит. По данным GPS они представлены на карте в виде линий, проходящих от каждого участка (NASA, Google, 2016).

С помощью радарной съёмки (SAR) строятся различные карты рельефа не только земной поверхности, но и других планет Солнечной системы. Этот метод даёт возможность следить за состоянием поверхности сквозь облачность и в тёмное время суток. Это особенно важно для мониторинга ледовой обстановки во время полярной ночи и др.

Спутниковые системы навигации типа GPS (Global Positioning System), пройдя сложный путь от военных разработок, сегодня позволяют определять местоположение объектов на земной поверхности и в околоземном космическом пространстве. Проводить исследование современных движений земной коры и многое другое.

Благодаря росту вычислительной мощи и цифровым способам получения и обработки данных появилась возможность создания компьютерных 3D-моделей местности, сменивших прежние макеты из папье-маше. Исходными данными для них становятся детальные планы городов и топографические карты, материалы аэрофотосъемки, лазерного сканирования и спутниковые снимки сверхвысокого пространственного разрешения.

Фрагменты ландшафта планет Солнечной системы (по данным NASA, 2015—2016). Меркурий – район метеоритного кратера Мендельсон. Венера – район вулканического пика Идунн Монс. Марс – впадина и чёрные дюны.

Прежние пояснительные записки и надписи на картах сменили разветвлённые электронные системы сбора, обработки, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных. Они позволяют осуществлять поиск различных сведений на цифровых картах локального и глобального масштабов в геологии, землеустройстве, картографии, метеорологии, муниципальном управлении, транспорте, экологии, экономике и многих других областях.