Геофизические исследования в океанах и морях

Геофизические исследования в океанах и морях

До начала 60-х гг. геофизические исследования в деятельности Гидрографической службы ВМФ носили ограниченный, эпизодический и главным образом научно-экспериментальный характер.

Началу широкомасштабного и планомерного изучения Военно-Морским Флотом геофизических полей Земли, в первую очередь гравитационного и магнитного, способствовали следующие два фактора: появление советского атомного подводного флота и запуск искусственных спутников Земли.

С созданием атомных подводных лодок, способных совершать автономное плавание подо льдами Арктики, потребовалось в кратчайший срок произвести картографирование Арктического бассейна, до этого наименее изученного.

Благодаря высокой степени корреляции между стационарными геофизическими полями и рельефом дна было решено применить геофизические способы исследования рельефа, привести аэромагнитную съемку и сейсмозондирование, что позволяло за короткий период максимально охватить наибольшую площадь изучаемой акватории, выявить наиболее характерные крупные формы рельефа дна и в результате рационально спланировать подробность точечных промерных работ со льда эхолотами.

Запуск искусственных спутников Земли и появление баллистических ракет вызвали необходимость расчета траекторий их полета, что в значительной степени определялось знанием с высокой точностью параметров гравитационного поля Земли на всей поверхности планеты для существенного уточнения ее формы и размеров и правильного выбора единой геоцентрической системы координат.

Измерение ускорений силы тяжести в морях и океанах (на 71% площади всей поверхности планеты) могло быть осуществлено только путем широкомасштабного проведения морских гравиметрических съемок (надводных, подводных, донных, ледовых).

Очевидно, что обе проблемы по масштабности, трудоемкости, оперативности и сложности разрешения требовали концентрации больших усилий и затрат на государственном уровне.

После принятия соответствующих правительственных постановлений и решений был разработан ряд междуведомственных программ и планов, среди которых наиболее важными стали пятилетние планы Мировой гравиметрической съемки, объединявшие силы и средства Министерства обороны (Гидрографической службы ВМФ и Военно-топографической службы ВССССР), Главного управления геодезии и картографии при Совете Министров СССР, Министерства геологии СССР, Академии наук СССР и других ведомств.

Так как история развития исследований гравитационного и магнитного полей в морях и океанах различается по срокам, то представляется целесообразным рассмотреть ее раздельно по этим двум полям.

Исследования гравитационного поля

Развитие гравиметрических исследований в Советском Союзе характеризовалось широким размахом и плановостью работ, координируемых в масштабах страны. Первые гравиметрические съемки начались при поддержке Совета Труда и Обороны уже в 1921 г. в районе Курской магнитной аномалии.

По мере развертывания теоретических и прикладных научных исследований выявлялась тесная связь гравиметрии с геодезией, геологией, океанографией и другими дисциплинами.

В 1927г. сильное Крымское землетрясение полностью разрушило Ялту. Выясняя причины сейсмичности Крыма, доцент Московского государственного университета (МГУ) Л.В. Сорокин в 1928 - 1929гг. выполнял гравиметрическую съемку на полуострове и пришел к выводу о необходимости продолжить измерения в море. В июле - сентябре 1930 г. на Черном море он произвел первые в отечественной практике экспериментальные измерения ускорения силы тяжести с подводной лодки.

Эксперимент завершился успешно, и в дальнейшем Сорокин выполнил съемки с подводных лодок в Черном (1933 - 1935), Японском (1937), Охотском (1937) и Баренцевом (1947) морях [132, 134, 135].

Его измерения отличались достаточно высокой точностью: как показали современные гравиметрические работы, систематическая погрешность съемок Сорокина не превышала 2мГал, а средняя квадратическая -- ±10мГал [51].

В 1932г. начались работы в соответствии с правительственным Постановлением об организации общей гравиметрической съемки СССР. Для решения поставленной задачи в МГУ началась подготовка специалистов по гравиметрии, а в Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэрофотосъемки и картографии (ЦНИИГАиК) впервые в России был налажен выпуск гравиметрической аппаратуры для съемок на суше. В ходе общей гравиметрической съемки снова возник вопрос о необходимости расширения съемок на водной поверхности.

С началом первых маятниковых измерений на море с подводных лодок умами ученых завладела идея проведения гравиметрических наблюдений на борту надводных судов. Практически реализовать ее впервые удалось профессору В.В. Федынскому в 1935 - 1936гг. на баржах и танкерах на Каспийском море маятниковым прибором, сконструированным Л.В. Сорокиным.

Среди военных гидрографов пионером гравиметрических измерений на море являлся И.Д. Жонголович, много лет проработавший в Северной гидрографической экспедиции начальником геодезического отряда. Изучив работы Венинг-Мейнеса, он еще в 1928г. впервые в “Записках по гидрографии” высказал мысль о возможности проведения гравиметрических измерений на реках, “... поместив прибор на пароходе или еще лучше на барже” [133].

В 1935 - 1938гг. И.Д. Жонголович и студент ЛГУ В.X. Буйницкий провели опыты по определению силы тяжести маятниковым прибором в морях Северного Ледовитого океана во время дрейфа ледокольных пароходов “Садко” и “Седов” [136].

Результаты этих измерений оказались грубыми, но была доказана возможность использования надводных судов для гравиметрических работ. В связи с этим В.В. Федынский писал: “Теперь для всех ясна возможность и целесообразность надводных измерений силы тяжести, но в свое время среди геофизиков была острая дискуссия о принципиальной возможности использования надводных судов для морских измерений силы тяжести с достаточной точностью. Практика жизни подтвердила правоту “надводников” [137].

К 1939г. маятниковая съемка европейской части СССР в основном завершилась. Под руководством М.С. Молоденского в ЦНИИГАиК по материалам этой съемки впервые в мире по аномалиям силы тяжести были вычислены уклонения отвесных линий и превышения геоида для района Московской гравитационной аномалии; он разработал теорию и практику определения фигуры геоида при совместном использовании астрономо-геодезических уклонений отвеса и карты аномалий силы тяжести (1937).

В конце 1940-х - начале 1950-хгг. на мелководье шельфовой зоны морей и океанов геологи начали применять донные гравиметры, а в ряде научных учреждений СССР началось изучение условий и возможностей выполнения морских маятниковых измерений силы тяжести на борту судов различного водоизмещения (1948г. - Государственный астрономический институт им. Штернберга при МГУ (ГАИШ). 1951 - 1954 гг. - Институт океанологии АН СССР на нис “Витязь”: 1954-1955гг. - ГАИШ на судах “Слава” и “Апшерон”) [55, 138].

4 октября 1957г. впервые в истории человечества в Советском Союзе был запущен искусственный спутник Земли. При выполнении баллистических расчетов выяснилось, что имевшихся сведений о параметрах гравитационного ноля и фигуре Земли недостаточно для надежных расчетов орбит полетов искусственных спутников Земли и баллистических ракет, причем наиболее слабо были изучены акватории Мирового океана.

Решение проблем геодезической гравиметрии (уточнение размеров и формы Земли, установление единой геоцентрической системы координат для всей планеты и т.п.) требовало создания равномерной систематической сети гравиметрических пунктов на всей площади Мирового океана и надежного контроля за качеством морских гравиметрических съемок, в связи с чем Гидрографическая служба ВМФ с 1961г. приступила к систематическому изучению гравитационного поля в Мировом океане.

В конце 50-х гг. в НИГШИ также начались целенаправленные исследования способов использования геофизических полей в морской навигации. В 1962 - 1964 гг. А.И. Сорокин теоретически обосновал метод определения места по рельефу дна с применением ЭВМ. В 1964 - 1967гг. под руководством Б.Г. Попова группой специалистов института (Б.А. Дегтярев, И.Г. Емельянова, В.С. Егорова, Р.Б. Семевский, Л.В. Смолина, Е.И. Чернобуров, В.Д. Чумаков и др.) были проведены исследования по использованию гравитационного и магнитного полей для морской навигации, обоснована возможность определения места судна в навигационно-геофизическом полигоне.

Были разработаны основные требования к характеристикам полигонов и бортовым датчикам измерений параметров полей, методы и средства создания полигонов. В 1963 - 1965гг. А.Г. Герболинский, Г.А. Левит, С.Я. Рожецкий выполнили теоретические исследования и оценку влияния аномалий силы тяжести, уклонений отвесной линии, превышений геоида над референц-эллипсоидом на работу инерциальных навигационных систем. Они показали, что в определенных условиях погрешности выработки основных навигационных параметров, обусловленные “геодезическими неопределенностями”, могут быть равны или больше инструментальных погрешностей этих систем.

В 1970г. Б.Е. Иванов указал на необходимость учета кривизны геоида в океане при решении навигационных задач [139, 140). В 1971г. Б.Г. Попов обосновал идею использования гравиметрических данных для обеспечения навигационной безопасности плавания, которую в дальнейшем развили И.Г. Емельянова, В.II. Леньков, С.Н. Процаенко. Специалисты института Е.А. Денесюк, И.Г. Емельянова, П.И. Малеев, Б.Г. Попов, В.Д. Чумаков и другие обосновали возможность определения скорости хода и широты места судна но гравитационному полю.

В 1970 - 1980гг. под руководством В.Д. Чумакова был детально разработан математический метод решения задачи определения координат места в полигонах с применением бортовой ЭВМ, обоснованы критерии выбора полигонов и практически реализован способ определения места по рельефу дна и гравитационному полю совместно с разработчиками навигационного комплекса.

Научно-теоретические и экспериментальные исследования НИГШИ методически обеспечили и активизировали проведение геофизических работ на флотах. В 1964г. в экспедициях были сформированы геофизические отряды. Для оказания помощи в ускоренной подготовке высокопрофессиональных кадров в институте проводились краткосрочные учебные сборы офицеров геофизических отрядов экспедиций, в училище вводились новые углубленные программы обучения курсантов-гидрографов.

К началу 60-х гг. общее представление о геофизических полях и рельефе дна Арктического бассейна базировалось на отдельных случайных измерениях, полученных по пути дрейфа полярных станций и ледокольных судов (СП-1 в 1936 - 1938гг..СП-2 в 1950 - 1951гг., СП-3 в 1954 - 1955гг., “Георгий Седов” в 1937 - 1938гг.), а также в 1954 - 1959гг. при посадках самолетов на лед в период выполнения различных исследований. Активное участие в этих работах принимали и военные гидрографы Н.М. Аносов, А.Н. Воронов, Р.И. Гоноровский, Р.А. Дубовик, А.А. Мазепа, М.Ф. Перминов, А.Я. Свердлов, А.Г. Светлев, П.Н. Селиванов, А.И. Сорокин, И.В. Сытинский и др. К тому времени был открыт хребет Ломоносова, имелись отдельные наблюдения (около 500пунктов) гравитационного и магнитного полей.

В 1961г. на ледовой базе ААНИИ СП-13 была развернута первая Высокоширотная воздушная экспедиция Северного флота под руководством начальника СГЭ СФ Л.И. Сенчуры.

Результаты первых геофизических измерений были хотя и скромными, но обнадеживающими. Магнитные измерения, произведенные в 171 точке кварцевыми магнитометрами (QНМ и М-2 и магнитной вариационной станцией, выполнялись по программе абсолютного магнитного пункта. Сейсмозондирование (в 13 пунктах) осуществлялось 24-канальной сейсморазведочной станцией СС-24п.

Гравиметрическая съемка (на 79 пунктах) производилась со льда во время посадок самолетов АН-2 и вертолетов МИ-4 сухопутными гравиметрами ГАК-Зм и ГАК-4м одновременно с измерениями 3-маятниковым прибором с фоторегистрацией ММП-П, размещенным в основном ледовом лагере экспедиции. Работа маятникового прибора периодически контролировалась путем привязки авиарейсами к береговым опорным гравиметрическим пунктам.

Для аэромагнитной съемки с борта самолета ИЛ-14 использовались аэромагнитометры АМ-13 и АЭМ-49. Координирование съемки обеспечивалось астрономическим (теодолит ОТ-02) и радиодальномерным (с помощью РНС“Рым”) способами.

В 1962 - 1963гг., благодаря результатам аэромагнитных съемок, удалось выявить предполагаемое местоположение неизвестного срединно-океанического хребта, где были зафиксированы сильные магнитные аномалии. Сейсмозондирование позволило определить генеральное направление его вероятного простирания, а экспедиция 1965г. подтвердила его фактическое наличие и частично исследовала. Это стало научным открытием мирового масштаба, что было засвидетельствовано на Втором международном океанографическом конгрессе в 1966г.

С 1962 по 1989г. Гидрографической службой ВМФ было проведено 28 высокоширотных воздушных экспедиций. Геофизическими исследованиями в разные годы руководили командиры геофизических отрядов (партий): А.М. Абакумов, С.Ф. Бойцов, Б.В. Буланов, С.Н. Гудков, К.С. Гудкович, В.Б. Детинин, Р.А. Дубовик, С.М. Еремин, П.М. Ершов, Н.Н. Замятин, Ф.В. Кузин, Ю.А. Курочкин, М.И. Криштапович, А.П. Макорта, В.А. Митюхляев, О.М. Никандров, В.В. Николайчук, В.И. Пелипко, Н.К. Тимошенко, Н.Г. Ягодницын и другие.

В марте-апреле 1969г. гидрографы Тихоокеанской океанографической экспедиции (В.И. Егоров, Е.Г. Георгов, Ю.В. Горбунов, В.Д. Мищенко и др.) выполняли аналогичные исследования на дрейфующем льду Чукотского моря (350 пунктов гравиметрических измерений, 307 - магнитных, 40 -сейсмозондирований).

Достижения геофизических исследований стали возможными благодаря героическому труду полярных летчиков, таких, как В.А. Борисов, В.Ф. Брыкин, М.С. Васильев, Я.Я. Дмитриев, Ю.Г. Журавлев, Е.А. Карпов, Б.3. Ковченков, А.К. Кошман, Н.Г. Кривошеев, И.А. Левандовский, Н.И. Лысенко, Н.М. Троценко, А.Г. Халин, М.И. Шмелев и других.

С каждым годом по мере внедрения более современной геофизической аппаратуры совершенствовались способы геофизических исследований, накапливался опыт геофизического изучения Арктического бассейна, повышались квалификация и мастерство гидрографов Северной гидрографической экспедиции.

Соответственно увеличивались объемы геофизических наблюдений (рекордным стал 1983г., когда были произведены наблюдения: гравиметрические - на 2491пункте, магнитные - на 2456пунктах, сейсмические - на 1008пунктах). Безусловно, столь успешному проведению геофизических исследований в большой степени способствовали научно-теоретические разработки сотрудников различных институтов (прежде всего НИГШИ, НИИГА, ЦНИИГАиК и др.): А.В. Иванова, А.М. Карасика, Ю.Г. Киселева, Г.И. Ноздрина, В.А. Литинского, А.Г. Пожарского, Б.Г. Попова, П.Н. Селиванова, О.Г. Щелованова, С.М. Щербакова и других.

Вначале при проведении съемок со льда руководствовались Инструкцией по наземной гравитационной разведке Министерства геологии СССР, но она не учитывала условия работы на дрейфующем льду. В 1971г. на основе накопленного опыта и теоретических исследований ГУНиО МО [141 - 144 и др.] была издана Инструкция по гравиметрической съемке со льда [145].

За стойкость, мужество и достигнутые высокие результаты в ходе проведения первых арктических экспедиций ряд военных гидрографов, занимавшихся геофизическими исследованиями, были награждены орденами и медалями. Их напряженный труд, как и всех полярников, был сопряжен с постоянным риском для жизни не только во время первичных посадок самолетов на торосистый, с разводьями дрейфующий лед, но даже в короткие часы сна (как правило, не более 4-6 часов в сутки на протяжении двух-трех месяцев) в палатке, под которой в любую минуту внезапно могла образоваться ледовая трещина всепоглощающей океанской бездны.

Результаты изучения геофизических полей Земли в Северном Ледовитом океане оказались по сей день в сравнении с другими океанами наиболее достоверными и полными. Помимо общенаучного и военно-прикладного назначения они широко используются при создании различного рода геологических карт, а также при решении международно-правовых проблем обоснования внешних границ континентального шельфа России в Северном Ледовитом океане.

Особую страницу в истории геофизических исследований Военно-Морского Флота вписали гидрографы Северной гидрографической и Тихоокеанской океанографической экспедиций (ТОЭ) в дальних океанских походах на подводных лодках. Как было отмечено выше, для уточнения формы и размеров Земли требовалось проведение гравиметрических измерений на всей акватории Мирового океана.

Если такие измерения с необходимой точностью и подробностью в Северном Ледовитом океане регулярно проводились с дрейфующего льда уже с 1962г., то для открытых удаленных районов Атлантического, Тихого и Индийского океанов требуемую точность гравиметрических измерений к тому времени можно было достичь только с помощью маятниковых наблюдений с подводных лодок.

Осенью 1968г. дизельная подводная лодка Тихоокеанского флота совершила длительное плавание в северной части Тихого океана. Маятниковые измерения прибором ММП-П под руководством В.П. Строева впервые выполняли в этом походе военные гидрографы В.И. Федотов (ТОЭ) и А.Г. Иевлев (НИГШИ).

В результате были проведены измерения в 80пунктах по маршруту протяженностью около 10000 миль. Начало было положено, был приобретен необходимый практический опыт, который успешно использовался в следующих походах.

В 1969г. уже две дизельные подводные лодки (Северного и Тихоокеанского флотов) почти одновременно вышли в море. Их маршруты были проложены через Атлантический и Тихий океаны в Индийский. Гравиметрические партии в количестве 3-4 гидрографов на каждом корабле выполняли измерения приборами ММП-П. До 1983г. подобные походы на СФ и ТОФ совершались почти ежегодно.

Всего было совершено около двух десятков походов подводных лодок, во время которых выполнено более 2000подводных маятниковых наблюдений на пунктах, равномерно распределенных но всей акватории Мирового океана.

Производством измерений на подводных лодках руководили командиры гравиметрических партий: В.Л. Бачкис, В.В. Белов, Б.И. Богданов, В.П. Боровой, Б.В. Буланов, В.Б. Детинин, В.Б. Глебов, В.И. Егоров, Н.А. Замятин, В.И. Зыков, В.М. Козлов, В.В. Кочегин, Ю.А. Кунреев, А.С. Лысенко, В.Д. Мищенко, М.И. Морозов, О.М. Никандров, С.М. Николаев, В.А. Покотилов, А.Г. Тихонов, В.И. Федотов, Я.В. Филиппов, Л.И. Филонов, В.П. Шанин и другие. Некоторые из них участвовали в нескольких походах, многие удостоены правительственных наград.

Еще в 1965 - 1966гг. Е.Ф. Кузьмин, Б.Е. Попов, И.Д. Понявин (НИГШИ) , используя экспериментальные образцы гравиметров типа ГАЛ (прототип МЕФ), доказали возможность проведения подводных гравиметрических съемок с атомных подводных лодок. Это позволило гидрографам СЕЭ (А.К. Воловину, В.А. Васильцову, В.Б. Детинину, Ю.С. Еудковичу, Н.М. Кузьмину, В.В. Николайчуку, В.И. Лемешеву, В.С. Прохорову, Ю.Е. Рожкову, И.В. Седову, А.В. Чичаеву, М.А. Эльгорту и другим) в походах на атомных подводных лодках подо льдами Арктики совместить проведение маятниковых наблюдений и гравиметрических измерений.

Благодаря площадным съемкам удалось существенно детализировать информацию о характере гравитационного ноля на отдельных участках и значительно уточнить результаты дискретных съемок со льда.

Особенно ценной была эта информация в аномальных и высокоградиентных районах рифтовых зон, а также на кромках ледовых полей, где из-за сильных подвижек льда выполнить необходимые измерения авиадесантным способом не удавалось.

В 1966г. гидрографы ТОЭ (Н.В. Безруков, В.И. Егоров, Е.А. Свинаренко и др.) под руководством геологов первыми в Гидрографической службе ВМФ выполнили комплексные геофизические исследования (электроразведка, гравиметрическая и магнитная съемки) с борта гидрографических судов “Охотск” (судовые маятниковые измерения прибором ММП-П), “Румб” (43пункта донной гравиметрической съемки) и “ЕС-68” в Пенжинской губе Охотского моря. Два года спустя донную съемку начали гидрографы-североморцы (Р.А. Дубовик, В.И. Зыков, В.П. Метлюхов, О.А. Сухих и др.) с гису “Буйреп” у острова Кильдин в Баренцевом море (52 пункта).

В дальнейшем из-за малой производительности и большой трудоемкости донная гравиметрическая съемка, несмотря на сравнительно высокую точность, выполнялась, как правило, для стыковки сухопутной и морской надводной съемок в стесненных для плавания мелководных прибрежных районах в основном на Северном флоте.

Систематические судовые гравиметрические измерения гидрографы Атлантической океанографической экспедиции (АОЭ) начали в 1967г., СГЭ - в 1969г., ОЭЧФ - в 1970г., а ТОЭ - в 1975г. после появления первых образцов набортных морских гравиметров.

Проведение морских судовых маятниковых измерений было возможным только при незначительном волнении моря (не свыше 2баллов), то есть во время стоянки судов у причалов, на якоре или при небольшом дрейфе, например во льдах. Поэтому они были малоэффективны и служили, благодаря сравнительно высокой точности измерений приращений силы тяжести, средством для эталонирования морских набортных гравиметров.

До 70-х гг. судовые маятниковые измерения выполнялись приборами ММП-П. В 1971 г. они были заменены серийно выпускаемыми автоматизированными маятниковыми приборами АМП-1. В конце 80-хгг. их сменили демпфированные маятниковые приборы ПДМ.

Развитие морских гравиметров шло по пути разработки высокочувствительных датчиков и гиростабилизированных платформ для них. До середины 80-хгг. на судах Гидрографической службы ВМФ наиболее широко использовался морской гиростабилизированный гравиметр с фоторегистрацией МГФ.

С вводом в действие отечественной спутниковой навигационной системы и нового автоматизированного морского гравиметрического комплекса МГК точность гравиметрических съемок в открытом океане повысилась в два-три раза при одновременном увеличении ее производительности.

Наряду с названными гравиметрами применялись (в основном в начальный период как экспериментальные образцы) различные гравиметры зарубежного производства (ТССГ-67, 085-2, КСС-5), а также отечественные (ГМН-К, ГМН-72 и др.).

До середины 70-хгг. судовые гравиметрические измерения проводились, как правило, попутно с промером на отдельных маршрутах в соответствии с изданными ГУНиОМО в 1971г. инструкциями по морской гравиметрической съемке, использованию маятникового прибора АМН-1 и гравиметра МГФ (Б.X. Ганеев, В.С. Егорова, А.Г. Иевлев, А.В. Иванов, Б.Г. Попов, С.М. Щербаков, В.Н. Хоробрых) [146 - 148].

Основные объемы площадных гравиметрических съемок были выполнены, начиная с середины 70-хгг., на океанографических исследовательских судах большого водоизмещения: “Абхазия”, “Аджария”, “Академик Крылов”, “Адмирал Владимирский”, “Андрей Вилькицкий”, “Башкирия”. “Василий Головнин”, “Владимир Каврайский”, “Иван Крузенштерн” “Леонид Демин”, “Леонид Соболев”, “Семен Дежнев”, “Фаддей Беллинсгаузен”, а также на гидрографических судах “Горизонт” и “Николае Матусевич”.

Наибольший вклад в проведение съемок внесли (помимо вышеназванных гидрографов) гидрографы-балтийцы: А.Н. Баршай, В.Н. Батиг, А.В. Бориков, А.3. Голубев, С.Н. Гузевич, С.Б. Зюбровский, К.В. Ковальчук, И.Н. Кочетов, А.Д. Мирошников, А.В. Мостовский, С.В. Процаенко, Б.М. Российский, В.И. Рыков, В.М. Хвиюзов, С.Б. Чернобродов и др.; гидрографы-тихоокеанцы: С.У. Анучин, В.Д. Евсеенко, А.Ю. Барков, Л.В. Зайцева, В.О. Мятелков, А.П. Пригода, А.П. Сердюченко, Т.М. Целоусова и др.; гидрографы-североморцы: С.В. Бехтольд. С. Бурштейн, Ф.В. Васильев, В. Грачев, В.Г. Горбатов, А.П. Макорта, Г.Н. Правдин, Н.И. Подгорный, И.Н. Полторацкий, В.М. Сошилов, А.В. Тарасович, А.П. Шарапов и др.; гидрографы-черноморцы Н.И. Догадин, Ю.Д. Голубев, П.М. Ершов, В.В. Залесский, В.А. Зимоглядов, В.П. Кравин, В.М. Мартинято, И.Б. Мернин, А.Б. Моисеев, Г.В. Михальчук, А.Д. Мовчанюк, Б.П. Савельев, В.С. Пархоменко, И.Н. Пшеничный, А.И. Туник, В.Д. Хмельницкий, А.К. Федоренко, В.В. Фроль, В.И. Хоменко и др.

Ниже приведен суммарный объем морских надводных гравиметрических измерений, выполненных экспедициями ГСВМФ.

Таблица 1 - Суммарный объем морских надводных гравиметрических измерений, выполненных экспедициями ГСВМФ

Собранный военными гидрографами и другими специалистами-гравиметристами нашей страны массив данных о характере гравитационного поля в Мировом океане совместно с материалами спутниковых и астрономо-геодезических измерений послужил основой создания современной единой геоцентрической системы координат и решения других прикладных задач.

Исследования магнитного поля

Исследования военными гидрографами магнитного поля Земли в океанах и морях имеют давнюю историю.

В начале века по предложению Петербургской академии наук и благодаря инициативе бывшего военного моряка академика М.А. Рыкачева (директора Главной геофизической обсерватории) была организована генеральная магнитная съемка территории России. За 5лет (1910 - 1914) были произведены наземные и трехкомпонентные магнитные съемки в 376пунктах, в том числе и вдоль морского побережья России [149].

В связи с началом первой мировой войны объем работ резко сократился. Главное гидрографическое управление и Магнитная комиссия Академии наук, прекрасно понимая важность повторных наблюдений на магнитных пунктах для определения векового хода элементов геомагнитного ноля, поручили начальнику экспедиции Северного Ледовитого океана (с 1920г.) гидрографу-геодезисту Н.В. Розе совершить маршрутный объезд северного района съемки. В 1918 - 1921гг. он определил 52 пункта в Петроградской, Новгородской, Олонецкой, Вологодской и Архангельской губерниях. В 1921г. Розе впервые определил три магнитных пункта на северном острове Новой Земли -- на леднике Норденшельда, в бухте Битней и в заливе Благополучия. На пунктах наблюдались магнитное склонение и наклонение, горизонтальная, вертикальная, северная и западная составляющие геомагнитного поля, а также определялось полное напряжение поля Т. Измеренные параметры были приведены к эпохе 1920г. [1501.

К началу 20-х гг. на севере России имелось уже до 500 пунктов магнитных измерений, выполненных в основном российскими гидрографами. Для приведения их к одной эпохе нужна была постоянная магнитная обсерватория. В 1923г. Н.В. Розе построил магнитную обсерваторию на острове Новая Земля у восточного входа в пролив Маточкин Шар. С 15 сентября 1923г. здесь начались постоянные наблюдения абсолютных значений склонения, наклонения и напряженности ноля.

В последующие годы такие же магнитные обсерватории были созданы в целом ряде пунктов на северном побережье России от границы с Норвегией до Берингова пролива, а также на одном из островов Земли Франца-Иосифа [149, 151].

В начале 1920г. Н. Никольский составил новую карту склонения для Каспийского моря на эпоху 1920г., для чего использовал каталог из 130пунктов, куда вошли наблюдения Н.А. Ивашинцова, Н.Л. Пущина, М.А. Рыкачева, И.Б. Шпиндлера, Д.А. Смирнова и др. [152].

В 1923г. по инициативе Главной геофизической обсерватории (ГГО) при ней был сформирован геомагнитный отдел, основной задачей которого являлись подготовка и проведение на территории СССР генеральной магнитной съемки. На организацию съемки потребовалось семь лет, в течение которых были подготовлены кадры, аппаратура, составлен план съемки и образована служба векового хода. Для руководства съемкой ГГО создала особое бюро генеральной магнитной съемки. В 1925 - 1937гг. его возглавлял Н.В. Розе [153].

В соответствии с постановлением Совета Народных Комиссаров от 21 августа 1930г. генеральная магнитная съемка, приостановленная в 1917г., была продолжена. В 1932г. по инициативе Н.В. Розе создается Институт земного магнетизма, который в дальнейшем вырос в крупное научное учреждение страны -- Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Академии наук СССР (ИЗМИР АН).

До 1925г. в России составлялись магнитные карты только на отдельные районы. Институт земного магнетизма создал первые магнитные карты на территорию всего Советского Союза и его окраинных и внутренних морей для эпохи 1925г.

В связи с крайне неравномерным расположением пунктов наблюдений (их было мало в восточной части страны) изолинии в азиатской части СССР на этих картах давали лишь самое поверхностное представление о распределении элементов земного магнетизма в этом районе [149]. К 1950г. вся территория Советского Союза была покрыта новыми магнитными пунктами, число которых достигло 26000.

При выполнении генеральной съемки использовались отечественные магнитометры М-1 и М-2 [149]. Результаты съемки способствовали решению многих научных и практических задач и внесли весомый вклад в составление мировых магнитных карт.

Военные гидрографы в 1930-хгг. определяли трехкомпонентные пункты в прибрежной зоне и склонение в открытом море.

При составлении мировых магнитных карт возникла острая необходимость в проведении регулярных измерений элементов магнитного поля Земли на всей акватории Мирового океана. Первые компонентные измерения в море были осуществлены институтом Карнеги (США) с 1905 по 1929г. на деревянной бригантине “Галилей” и немагнитной яхте “Карнеги”. Магнитные наблюдения проводились в отдельных точках со средним расстоянием между ними около 200км по маршруту плавания. На обоих судах измерялись склонение, наклонение и горизонтальная составляющая магнитного поля Земли в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах. К 1929г. общее количество определенных пунктов по всем элементам достигло около 7500.

После гибели “Карнеги” в 1929г. морские магнитные исследования в других странах больше не производились до ввода в строй в 1953г. советской немагнитной шхуны “Заря”. Главной причиной такого положения было отсутствие надежных приборов, позволявших измерять магнитное поле Земли в условиях качки судна, и специальных судов, так как получить достоверные измерения на судах с металлическими корпусами было невозможно [154].

С 1953г. начался новый этап интенсивного изучения магнитного ноля Земли в водах Мирового океана, связанный с плаваниями советского немагнитного научно-исследовательского судна “Заря”. Парусно-моторная шхуна “Заря” водоизмещением 630т была построена в 1952г. в Финляндии из немагнитных материалов, а двигатель, научное оборудование и его монтаж были сделаны в СССР.

С 1953 по 1955г. судно проходило опытную эксплуатацию, в период которой выполняло магнитные съемки в Балтийском, Северном, Норвежском и Баренцевом морях, а в 1956г. осуществило первое большое плавание в Северную Атлантику. Во время плаваний “Зари” определялись четыре элемента магнитного поля Земли: склонение D, наклонение J, вертикальная составляющая Z и вектор индукции Т. Измерения производились на ходу непрерывно. До 1985г. “Заря” выполнила 25экспедиционных рейсов во всех океанах и многих морях. Съемка была выполнена на галсах общей протяженностью 356815 миль (660108км).

В 1959г. программа исследований “Зари” пополнилась ионосферными наблюдениями и измерениями нейтронной составляющей космических лучей, а с 1968г. в течение 10лет одновременно с магнитными проводились и гравиметрические измерения [154].

По материалам нис “Заря” были существенно уточнены представления о глобальной пространственной структуре магнитного поля Земли в океанах, впервые выявлены особенности аномального магнитного поля в отдельных регионах и получены сведения о его вековых изменениях. В результате исследований, выполненных на “Заре” и по проекту “Магнит” (глобальная аэромагнитная съемка американскими учеными, была повышена точность мировых карт элементов геомагнитного поля, в частности карт склонения до 0,5° [155].

Указанные выше обстоятельства, а также резко возросшие технические возможности выполнения морских магнитометрических измерений определили глубокий интерес к исследованиям и активизировали изучение геомагнитного поля Мирового океана.

В начале 1960-х гг. гидрографические экспедиции ВМФ начали морские съемки вектора индукции геомагнитного поля Т с надводных судов. На судах Гидрографической службы ВМФ проводились совместные работы гидрографов и специалистов НИИГА и ИЗМИРАН. Так, в 1962г. на эос “Крузенштерн” экспедиция НИИГА во главе с профессором Р.М. Деменицкой выполнила с помощью экспериментального феррозондового магнитометра съемку вектора индукции Т по маршруту перехода и над банкой Метеор в Атлантическом океане. В этом же походе проводился эксперимент по зондированию естественного электрического поля.

В начальный период при производстве съемок использовались единичные образцы зарубежных морских магнитометров и макеты приборов, изготовленные гидрографами (например, такой макет в 1968г. был создан в Атлантической океанографической экспедиции под руководством С.Н. Гузевича) [156]. В 1970-х гг. в гидрографических экспедициях стали применять квантово-оптические магнитометры КМ-2М, выпущенные малой серией Специальным конструкторским бюро физического приборостроения АНСССР. Однако массовые магнитные съемки начались только с 1977г., когда на флоты поступили серийные протонные буксируемые магнитометры МБМ-1.

Морскую магнитную съемку выполняли, как правило, попутно в комплексе с другими гидрографическими работами.

До середины 1980-х гг. магнитные измерения регламентировались инструкцией но морской магнитной съемке издания 1972 г. (Р.Б. Семевский, Е.И. Чернобуров). По мере накопления опыта исследований [157-163] и появления новой магнитометрической аппаратуры возникла необходимость переработки этого документа и в 1987 г. вышла в свет новая Инструкция по морской магнитной съемке (ИМ-86) .составленная С.Н. Гузевичем, Б.Н. Деминым, Т.М. Кулагиной, В.Д. Мищенко и К.Г. Ставровым.

Как уже отмечалось, Северная гидрографическая экспедиция приступила к магнитным съемкам на море в 1961г., а Атлантическая - в 1962 г. Тихоокеанские гидрографы впервые стали участвовать в выполнении морских магнитных съемок в 1966г., а черноморцы - в 1973г.

К 1991г. гидрографы Северного флота в Северном Ледовитом океане определили со льда склонение О, горизонтальную составляющую геомагнитного ноля Н, вертикальную составляющую Z и вектор индукции T более чем в 22000 пунктов на площади 4241тыс.кв.км, аэромагнитная съемка для определения вектора Т проведена на площади 4611тыс.кв.км, было определено несколько сотен пунктов с измерением четырех компонент геомагнитного поля на побережьях полярных морей. Ни в одном океане нашей планеты, кроме Северного Ледовитого, нет такой подробной и современной компонентной магнитной съемки по всей его акватории.

Общий объем морской магнитной съемки, выполненной экспедициями Гидрографической службы ВМФ во всех океанах и окраинных морях России с помощью буксируемых Т-магнитометров, приведен в таблице.

Таблица 2 - Объемы съемок, выполненные одновременно с промером при обследовании рельефа дна на больших площадях

В таблице приведены объемы съемок, выполненные одновременно с промером при обследовании рельефа дна на больших площадях. Кроме того, морская магнитная съемка выполнялась и на маршрутах переходов в районы исследований и обратно в базу, что в сумме составило еще 1722 тыс. лин. км.

Собранный военными гидрографами обширный материал о характеристиках геомагнитного поля в Мировом океане используется при решении различных научных и прикладных задач.

В 1966г. была выполнена первая морская магнитная съемка в Пенжинской губе Охотского моря, затем наступил перерыв, и массовые магнитные съемки на Тихом океане начались с 1976г.