Методологические аспекты изучения современных геодинамических процессов

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Июня 2017 в 07:24, реферат

Описание работы

Геодинамика, выделившаяся в последние десятилетия в самостоятельную отрасль знания о Земле, охватывает широкий круг проблем. Объектами ее исследования являются, в первую очередь, глубинные силы и процессы, возникающие в результате эволюции Земли как планеты и обуславливающие движение масс вещества и энергии как внутри Земли, так и в верхних ее оболочках. Однако сами эти объекты недоступны изучению непосредственными методами и о них удается судить лишь по косвенным признакам и теоретическим построениям. Определение природы глубинных процессов возможно, очевидно, по конечным результатам их действия, по их выражению в близповерхностных структурах земной коры и литосферы. Поэтому большая роль отводится изучению современной геодинамики, под которой понимается изменение во времени положения точек земной поверхности и элементов гравитационного поля Земли, движения полюсов и вращения Земли

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………..3
1. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ АМПЛИТУДЫ И СКОРОСТИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ…………………….………………………………………………………..6
2. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ПОДНЯТИЯ…………………………………...14
3. ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО – ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ………………………………………………………….18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………………...21
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………

Файлы: 1 файл

Методологические аспекты изучения современных геодинамических процессов.docx

— 1.54 Мб (Скачать файл)

1977-90 гг. составляют 2-3 мм/год для низких Гималаев и 4-6 мм/год для Высоких Гималаев.

 

 

 

 

Рис. 7. Карта современных вертикальных движений земной коры Западной Сибири (по геодезическим данным). 1 - нивелирные реперы и скорости СВДЗК, мм/год; 2 - изобазы и значения скоростей, мм/год; 3 - гипотетические изобазы, мм/год; 4 - зоны повышенных значений горизонтальных градиентов скорости СВДЗК, год-1

 

  1. Методы спутниковых измерений: Global Positional System (GPS) и Very Long Base Interferometry (VLBI). В последнее десятилетие широко используются данные по величинам и скоростям смещениям земной поверхности, полученные при помощи спутниковых систем. Лазерные определения расстояний достигли в настоящее время высокой точности, необходимой для различных исследований, в том числе геодинамических. Современным движениям, измеренным по GPS (глобальным и по регионам) посвящено большое количество работ [6]. Следует, однако, отметить, что точность определения вертикальной компоненты движения в несколько раз (до порядка) меньше, чем горизонтальной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8. Скорости вертикальных движений по данным GPS в системе ITRF97

 

На рисунке 8 показаны скорости вертикальных движений по данным GPS в системе ITRF97.

 

 

 

2 ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ПОДНЯТИЯ

 

Одной из главных особенностей современных вертикальных движений является поднятие значительных областей континентальной коры в складчатых поясах коллизионных зон. С новейшими поднятиями было связано образование большинства современных крупных положительных форм рельефа [8]. По комплексу геолого-геоморфологических данных выявлено, что основная часть этих поднятий произошла за последние 3-5 млн. лет. Величина поднятий изменяется от сотен метров до нескольких километров, и они продолжаются до настоящего времени.

Новейшие поднятия коры имели место и в ряде других складчатых областей, как, например, в Альпах, в Центральной и северо-восточной Азии, и на западе Северной и Южной Америки, а также в Африке (см. рисунок 11).

 

Рис. 11. Поднятие в Южной Африке. (а) - Миоценовое поднятие в Южной Африке; (б) - рассчитанные скорости поднятия для Африки, в правом углу приведено максимальное значение скорости.

 

Современные инструментальные измерения, некоторые результаты которых приведены выше, указывают на то, что эта тенденция продолжается и в настоящее время. В то же время предгорные прогибы, напротив, испытывают опускание, связанные с тектоническими процессами [4].

Кроме поднятий в коллизионных зонах, устойчивый характер носят также вертикальные движения, связанные с восстановлением изостатического равновесия после снятия (полного или частичного) ледниковой нагрузки. Широко распространенной моделью, описывающей динамику поздне-плейстоценовой дегляциации является ICE-3G.

      • Скандинавии, Карелии и на Кольском полуострове сокращение и уменьшение мощности ледникового покрова последнего оледенения вызвали быстрое поднятие территории в виде свода. Воздымание шло быстро сразу же после таяния и отступления льда (10-13 см/год), но впоследствии оно замедлилось и сейчас составляет не более 1.2 см/год.

 

 

Рис. 12. Скорости поднятия Скандинавии. (а) - в течение последних 5000-7000 лет (изолинии - в метрах) по геолого-геоморфологическим данным; (б) - современного (изолинии - в мм/год), рассчитанные по данным GPS на основании моделей изостазии, с учетом эвстатического изменения уровня моря.

 

На рисунке 12 представлены скорости поднятия Скандинавии по геолого-геоморфологическим данным [6] и по данным GPS с учетом эвстатического изменения уровня моря. На рисунке 13 представлены скорости поднятия Канадского щита, рассчитанные по инструментальным измерениям и модели послеледникового изостатического поднятия на основе ICE-3G.

Подобная картина, связанная с уменьшением нагрузки льда из-за его таяния, наблюдается также и в регионах, которые ещё (полностью или частично) покрыты ледником.

Рис. 14. Поднятия, связанные с дегляциацией. (а) - скорости поднятия земной коры Гренландии, рассчитанные по модели постгляционного поднятия; (б) - скорости вертикального движения по данным GPS в пунктах Kellyville (современная скорость -5.8 1.0 мм/год) и Kulusuk (современная скорость -2.1 1.5 мм/год), Гренландия, в 1997-2001 гг; (в) -. Скорости вертикальных движений в Антарктиде, рассчитанные по модели изостатического равновесия с учетом данных GPS и динамики изменения мощности льда в течении последних 18 тыс.лет; (г) - Скорости современного поднятия в Баренцевом море, рассчитанные по модели восстановления изостазии.

 

На рисунке 14 представлены скорости поднятия земной коры в. Гренландии, Антарктиде, Баренцевом море, рассчитанные по модели постгляционного поднятия на основании геодезических данных и GPS. При интерпретации инструментальных измерений учитывается скорость уменьшения толщины ледникового покрова (5-10 мм/год). Постгляционные движения наблюдаются также и на других территориях, так, в районе оз. Байкал скорости составляют до 1 см/год [9].

Изменение скоростей послеледникового поднятия позволяет оценить величину вязкости астеносферы (1019 Па•с) и верхней мантии (1021 Па•с) [8].

Следует отметить, что для всех областей, испытывающих гляциоизостатические поднятия, отчетливо зарегистрирована также тектоническая компонента, отражающая блоковый характер движений.

 

 

3 ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО – ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ

 

Детальные измерения последних лет позволили выявить важные особенности. Результаты повторного нивелирования на больших территориях с интервалом между наблюдениями в десятки лет позволили выявить весьма малые скорости (от долей мм/год до нескольких мм/год) движений, которые отражают направленный во времени характер современных движений земной поверхности. В то же время, результаты повторного нивелирования на ограниченных территориях с меньшими интервалом между наблюдениями, выявили значительно большие скорости (до 10-20 мм/год, иногда выше) современных движений земной поверхности. Они на порядок превышают скорости новейших движений и на два порядка скорости вертикальных движений за геологическое время и имеют знакопеременный, характер.

Рис. 15. Переменный характер вертикальных движений: (а) - Величины вертикальных смещений по результатам повторных нивелировок по линии Eupen - Michel (СВ. Арденны, Бельгия), за период 1948 - 1998 гг.; (б) - Скорости и величины вертикальных смещений по результатам повторных нивелировок по линии Зеленчуг - Квемо-Мерхеули, по сопоставлению измерений 1931 и 1959 гг., 1959 и 1975 гг., 1975 и 1990 гг.; (в) - Временной ряд ежедневных измерений GPS в пункте ZECK (п. Зеленчуг) в 1998-2001 гг.

 

На рисунке 15(а, б) можно видеть переменный характер вертикальных движений, выявленный по результатам повторных нивелировок в Бельгии [4] и на Кавказе [8]. На рисунке 3 также можно наблюдать региональную инверсию вертикальных тектонических движений земной коры Кавказа со сменой знака движения. По данным геодезических измерений вертикальных деформаций земной поверхности установлен колебательно-волновой характер развития вертикальных тектонических движений земной коры в пределах Черноморско-Каспийского региона [4]. Вариации вертикального смещения в центральной Японии (п-ов Омаезуки) по данным повторных нивелировок составляют до 15 мм/год за период 1962-98 гг [8]. Подобная особенность выявляется при анализе временных рядов измерений GPS.

На рисунке 15(в) представлены результаты ежедневных измерений вертикальных смещений на пункте ZECK (п. Зеленчуг, Сев. Кавказ). На рисунке, кроме общего тренда и сезонных колебаний хорошо видны достаточно интенсивные высокочастотные изменения, имеющие характер "шума". Спектральные характеристики этого сигнала отличаются от характеристик "белого шума", обнаруживая свойства самоподобия, т.е. "фликкер-шума". Исследование такого сигнала методами теории динамических систем и фрактальных множеств помогает выявить свойства систем, его генерирующих [2]. Важно подчеркнуть, что высокой активностью современных "быстрых" движений характеризуются блоки, расположенные не только в тектонически активных зонах, но и в стабильных платформенных областях.

Выявлены интенсивные локальные аномалии вертикальных и горизонтальных движений земной поверхности, которые приурочены к зонам тектонических нарушений (разломам) различного типа и порядка. Эти аномальные движения высокоамплитудны (свыше 50 мм/год), короткопериодны (от 0,1 года до первых лет), пространственно локализованы (от 0,1 км до первых десятков км), обладают пульсационной и знакопеременной направленностью [8]. Высокая дифференцированность скоростей СВДЗК отмечается в районах опускающихся впадин Минусинского прогиба: от +1,6 мм/год до -11 мм/год. Интенсивность СВДЗК меняется во времени и носит прерывистый характер [5].

По детальным геодезическим наблюдениям (измерение уровня моря, повторные нивелировки, GPS) удаётся выявить современные движения, связанные с землетрясениями. На рисунке 1(б) представлена реконструкция абсолютных вертикальные коровых движений на о. Шикоку в течение 120 лет по данным измерения уровня моря и высоты приливов [8]. Скачок (порядка 1000 мм) соответствует землетрясению 1946 г. с магнитудой 8.1.

Основные особенности современных вертикальных движений определяют и тенденции их изменения. Процессы, происходящие в орогенных поясах и примыкающих областях, обусловлены тектоническими и геодинамическими причинами, поэтому общая тенденция - поднятие гор, опускание предгорных прогибов - здесь будет сохраняться. Движения земной коры в областях дегляциации происходят в настоящее время, и будут продолжаться в будущем, но с постепенно уменьшающейся (по экспоненциальному закону) скоростью, сравнимой со скоростью эндогенных тектонических движений. При таянии современных крупных ледниковых щитов (Гренландия, Антарктида) освободившаяся земная поверхность начнет быстро подниматься, и земная кора будет стремиться достичь состояния изостатического равновесия. В то же время повсеместно, в том числе в стабильных платформенных областях будут наблюдаться интенсивные знакопеременные короткопериодные движения, связанные, по всей видимости, с динамическими процессами в сложнопостроенной блоковой среде. Изучение таких процессов сейчас активно ведётся во всём мире.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Методологическая проблематика, возникающая в ходе развития специально-научного познания, требует для своего изучения и разрешения не только тех средств, которыми располагают сами эти науки, а так же средств, которые вырабатываются философией и науковедением.

Методология отнюдь не сводится к сумме рецептов для желающих делать научные открытия: она может ориентировать содержательное научное исследование, но никоим образом не может его подменить. Поэтому она не может выступать в виде некоей алгоритмически оформленной технологии научного мышления. Расширяя диапазон средств и методов, доступных научному познанию, методология усиливает его возможности и вместе с тем вскрывает всю сложность, неоднозначность, многообразие путей подлинно творческого научного мышления.

Философия науки в наше время преодолела ранее свойственные ей иллюзии в создании универсального метода или системы методов, которые могли бы обеспечить успех исследования для всех наук во все времена. Она выявила историческую изменчивость не только конкретных методов науки, но и глубинных методологических установок, характеризующих научную рациональность. Современная философия науки показала, что сама научная рациональность исторически развивается и что доминирующие установки научного сознания могут изменяться в зависимости от типа исследуемых объектов и под влиянием изменений в культуре, в которые наука вносит свой специфический вклад.

Геодинамические процессы это феноменальные природные явления, которые с высокой точностью фиксируются количественными (инструментальными) методами путем систематических повторных геодезических, астрономических и гравиметрических наблюдений.

Можно выделить три главных особенности инструментального метода изучения современного процесса, обуславливающие его преимущество над другими исследованиями. Во-первых, проявление современного тектогенеза над земной поверхностью не искажены последующими событиями, что позволяет современными инструментальными методами обеспечить высокую точность определения различных параметров геофизической среды.

Во-вторых, будучи сопоставленными с динамическими характеристиками земной коры и верхней мантии современные деформации характеризуют глубинный процесс во всем объеме земной коры.

В-третьих, сравнительный анализ головоценовых и собственно современных проявлений позволяет сопоставить последствия событий в геологически усредненном и реальном масштабах времени, показывая сложное, неравномерное течение процессов.

Информация о работе Методологические аспекты изучения современных геодинамических процессов