Геодинамика

Спецкурс «Введение в тектонофизику» направлен, в первую очередь, на ознакомление студентов направления 020700 – Геология с важнейшими методиками современного структурного анализа при изучении геодинамики территорий.

Представлены результаты многолетних мониторинговых исследований динамики сезонного протаивания пород в различных районах палеорегиона Берингия: Колымская и Анадырская низменности, берег залива Лаврентия, полуостров Сьюард и мыс Барроу. Основу фактического материала составили данные полевых измерений, проведенных в рамках программы циркумполярного мониторинга сезонноталого слоя (Circumpolar Active Layer Monitoring – CALM), материалы исследований на геокриологическом стационаре «Дионисия» (г. Анадырь, Чукотка), а также массив метеорологической информации с действующих метеостанций северо-востока России. Площадки мониторинга расположены в природных условиях, наиболее типичных для окружающих территорий, представляя зональные ландшафты от арктических тундр в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород до северной тайги и южных тундр в области прерывистого распространения мерзлых отложений. Интразональные ландшафты, представленные речной поймой, также включены в исследование. Анализ межгодового хода глубины сезонного протаивания пород и летней температуры воздуха (июнь–сентябрь) выявил общие закономерности и тренды: на большинстве рассматриваемых мониторинговых площадок с 1980–1990-х годов вслед за ростом температур воздуха в теплый период наблюдается увеличение толщины сезонноталого слоя, завершившееся фазой стабилизации в 2000–2010-х годах. Продолжение роста глубины сезонного протаивания почв характерно лишь для некоторых точек Колымской низменности и района Восточной Чукотки (залив Лаврентия), что демонстрирует неоднозначность реакции сезонноталого слоя на изменения внешних воздействий на разных участках. Представленные в работе результаты могут быть использованы для анализа динамики природных условий региона в контексте региональных изменений климата.

This work has been carried out using methods of numerical modeling to detect weakened zones in the basement of the region in regard to the construction and economic human activities. For this purpose, we have constructed quantitative models of the stressed-deformed state of the Earth’s crust in the region considering its evolution. Determined for the first time are the structures that accumulated a tectonic-magmatic activity and produced mobile-permeable zones in the Precambrian mainly. For the first time, we have found an interrelation between localities of deep fractures (activation areas) and the stressed-deformed state of the Earth’s crust caused by the impact of regional tangential stresses. Most of mineral deposits are located within the identified weakened zones of the geological basement. Economic activity of the population is concentrated there, which affects the ecological situation in the region. In addition, most of the territory where the mobile- permeable areas are detected in the basement is overlapped by known seismogenic zones of the region. Consequently, seismic events with an increased level of magnitude are more often generated in these areas due to the detente of interblock stresses in the geological environment. The provided research indicates the necessity of studying the general geological structure of the region and identifying setting areas of ancient deep deformation structures in design and construction of the major industrial, road, hydraulic engineering and other objects. Citation: Filatova VT (2019) Formation of defused stress areas in the Earth's crust of the Kola region and associated environmental risks in capital construction. Arctic Environmental Research 19(1): 20–34. https://doi.org/10.3897/issn2541-8416.2019.19.1.20

В пособии изложены теоретические сведения о болотах, болотной растительности, составе и свойствах торфяных грунтов, методы их исследований, прогнозирования и классификации, применении характеристик состава и свойств при расчётах торфяных оснований при проектировании сооружений. Пособие создается в связи с актуализацией нормативных документов и применением в практике проведения изысканий новой техники и оборудования.

Исследования ледяного покрова показали, что во многих случаях температура нижнего слоя льда толщиной несколько сантиметров может быть на несколько десятых градуса Цельсия выше, чем температура приледного слоя воды.

В статье проведена оценка влияния угловой скорости вращения Земли на формирование циркуляционного режима северного полушария с учетом летнего и зимнего сезонов над наземной и океанической поверхностью

This work has been carried out using methods of numerical modeling to detect weakened zones in the basement of the region in regard to the construction and economic human activities. For this purpose, we have constructed quantitative models of the stressed-deformed state of the Earth’s crust in the region considering its evolution. Determined for the first time are the structures that accumulated a tectonic-magmatic activity and produced mobile-permeable zones in the Precambrian mainly. For the first time, we have found an interrelation between localities of deep fractures (activation areas) and the stressed-deformed state of the Earth’s crust caused by the impact of regional tangential stresses. Most of mineral deposits are located within the identified weakened zones of the geological basement. Economic activity of the population is concentrated there, which affects the ecological situation in the region. In addition, most of the territory where the mobile- permeable areas are detected in the basement is overlapped by known seismogenic zones of the region. Consequently, seismic events with an increased level of magnitude are more often generated in these areas due to the detente of interblock stresses in the geological environment. The provided research indicates the necessity of studying the general geological structure of the region and identifying setting areas of ancient deep deformation structures in design and construction of the major industrial, road, hydraulic engineering and other objects.

Учебное пособие подготовлено на кафедре общей геологии и геодинамики геологического факультета Воронежского государственного университета.

Представлены результаты исследования диатомовых комплексов современных донных отложений малого озера Щучье (Хибинский горный массив, Кольский п-ов). В исследованном интервале донных отложений оз. Щучье обнаружено 218 видов и разновидностей диатомовых водорослей, относящихся к 44 родам. Преобладающими таксонами являются Aulacoseira valida (Grun.) Kramm (до 25 %), A. subarctica (O. Müll.) Haworth (до 24 %), Staurosira venter (Ehrenberg) H. Kobayasi (до 17 %), S. construens Ehrenberg (до 16 %), Pseudostaurosira brevistriata (Grunow) D.M. Williams & Round (до 15 %), A. alpigena (Grunow) Krammer (до 13 %), Brachysira brebissonii R. Ross (до 10 %). Эколого-географический анализ диатомовых комплексов выявил в исследуемом озере среди таксонов с известным географическим распределением преобладание космополитов, по типу местообитания – бентосных форм. По отношению к рН доминируют обитатели слабощелочных вод (алкалифилы и алкалибионты), по отношению к солености воды – виды- индифференты. Обнаружены изменения в структуре диатомовых комплексов, отражающие процессы, происходящие на водосборной площади. Так, по отношению к местообитанию с горизонта 3-4 см отмечено значительное увеличение доли планктонных форм; в современном слое их доля достигает 51,2 %, что указывает на повышение уровня воды в озере. Выявлено упрощение структуры диатомовых комплексов, сопровождающееся резким снижением индекса Шеннона–Уивера. Доминирующий комплекс представлен алкалибионтными (Aulacoseira subarctica и A. valida) и алькалифильным (Staurosira construens) таксонами. Полностью исчез ацидофильный бентосный вид Brachisira brebissonii, представители рода Eunotia встречаются единично. Нелинейная динамика рН является, с одной стороны, косвенным свидетельством климатических изменений в сторону потепления и тренда на увеличение трофического статуса озера, с другой – свидетельством антропогенного влияния.

Deciphering the satellite images of medium and high spatial resolution of the northern territories of Western Siberia has been carried out using geoinformation system ArcGIS 10.3. Images of medium resolution Landsat-8 and high resolution Kanopus-V were used. Kanopus-V images alluded to determine the number and areas of small lakes, which are considered as intensive sources of methane emission into the atmosphere from thermokarst lakes. Data on the spatial characteristics of thermokarst lakes were obtained. Based on the integration of images of medium and high spatial resolution, a synthesized histogram of the distribution of lakes in a wide range of sizes was constructed, taking into account small lakes. The obtained histogram was approximated by a lognormal distribution law by the Pearson criterion with a probability of 0.99. Based on the geo-simulation approach, a new model of the spatial structure of the fields of thermokarst lakes is presented, taking into account the lognormal law of the lake size-distribution. Algorithms for modeling the spatial structure of the fields of thermokarst lakes are described. An example of modeling the field of thermokarst lakes with a lognormal law of their size-distribution is given. The practical applicability of the previously developed model with an exponential distribution of lakes in size, based on data from Landsat images, has been experimentally confirmed. The results can be used to obtain predictions of the dynamics of methane emissions from the thermokarst lakes of the Arctic zone of Northern Eurasia for the coming decades in the context of climate changes.

В учебном пособии приводятся общие сведения о формах залегания осадочных, магматических, метаморфических горных пород, складчатых и разрывных нарушений и геологических картах. Кратко охарактеризованы главные тектонические структуры литосферы и тектоническое строение территории России.

Несмотря на увеличение качества и количества исследований, разброс оценок эмиссии метана заболоченными землями Арктики остается и изменяется в пределах 30·1012 г. Это связано с высокой пространственно-временной изменчивостью условий, благоприятных для биологической продукции и окисления метана, а также с факторами, определяющими диффузионный обмен между почвой и атмосферой. Так, зимний поток метана, формирующийся при промерзании почв, до недавнего времени считали пренебрежимо малым. Данные единичных измерений позволяют оценивать его вклад в годовой обмен метана между почвой и атмосферой величиной до 25 %. В настоящем исследовании показано, что часть метана задерживается в промерзшей почве. Установлены количество и продолжительность сохранения метана в промерзающих и мерзлых почвах северо-востока Сибири. Содержание метана в нижней части сезонноталого слоя составляло в среднем 1,4 см3/кг. Концентрация метана в переходном слое многолетней мерзлоты, протаивающем в отдельные теплые годы, достигала 15 см3/кг. Чтобы определить источники повышенного содержания метана в почвах, проанализирован вклад биологических и физических процессов: потенциальной продукции метана в промерзающей и мерзлой почве и криогенного отжима метана во время промерзания к кровле мерзлых пород. В формировании горизонтов с повышенным содержанием метана принимают участие как биологические, так и криогенные процессы. Метан накапливается при промерзании почвы, формируя разобщенные локализованные максимумы концентраций на участках, где условия благоприятствуют его продукции и захоронению на подошве деятельного слоя, а не распределяется равномерно. Метан может сохраняться в почве до ее оттаивания. Поток метана, образованного в сезонноталых и периодически оттаивающих горизонтах мерзлоты в условиях наблюдаемых участков, может достигать 3 г/м2 в год.

Deciphering the satellite images of medium and high spatial resolution of the northern territories of Western Siberia has been carried out using geoinformation system ArcGIS 10.3. Images of medium resolution Landsat-8 and high resolution Kanopus-V were used. Kanopus-V images alluded to determine the number and areas of small lakes, which are considered as intensive sources of methane emission into the atmosphere from thermokarst lakes. Data on the spatial characteristics of thermokarst lakes were obtained. Based on the integration of images of medium and high spatial resolution, a synthesized histogram of the distribution of lakes in a wide range of sizes was constructed, taking into account small lakes. The obtained histogram was approximated by a lognormal distribution law by the Pearson criterion with a probability of 0.99. Based on the geo-simulation approach, a new model of the spatial structure of the fields of thermokarst lakes is presented, taking into account the lognormal law of the lake size-distribution. Algorithms for modeling the spatial structure of the fields of thermokarst lakes are described. An example of modeling the field of thermokarst lakes with a lognormal law of their size-distribution is given. The practical applicability of the previously developed model with an exponential distribution of lakes in size, based on data from Landsat images, has been experimentally confirmed. The results can be used to obtain predictions of the dynamics of methane emissions from the thermokarst lakes of the Arctic zone of Northern Eurasia for the coming decades in the context of climate changes. Citation: Polishchuk VYu, Muratov IN, Polishchuk YuM (2019) Modeling spatial structure of thermokarst lake fields in permafrost of Western Siberia based on satellite images. Arctic Environmental Research 19(1): 1–10. https://doi.org/10.3897/issn2541-8416.2019.19.1.1

Рассмотрены особенности внутривековых климатических изменений ледовитости Евразийских арктических морей и некоторых других показателей климата Земли. Анализируются возможные естественные причины выявленных изменений.

Предложена математическая модель формирования терригенного заполнения неокомского бассейна Западной Сибири, в которой рельеф фундамента и толщина накопленных осадков обусловливаются динамической изостазией. С помощью модельного расчета продемонстрировано накопление мощного клиноформного комплекса в морском бассейне глубиной 200-250 м, сопровождающееся миграцией области максимального прогибания в западном направлении.

Рассмотрены малоизученные и неизвестные ранее глобальные закономерности эволюции климатических нагрузок на строительные объекты и экосистемы урбанизированных территорий за последние 40 лет. Представлены основные спектральные и статистические проявления глобального изменения климата эндогенного и космогенного гравидинамического происхождения, включая эволюцию минимальных, среднесуточных и максимальных температур, среднесуточной влажности, прозрачности и давления атмосферы, уровня осадков, среднесуточной скорости ветра и порывов ветра. Представлены теоретические основы вариометрического анализа и моделирования метеорологических проявлений доминирующих механизмов и причинно-следственных связей резонансного характера.

Теория литосферных плит.

Предлагается флюидная модель формирования мантийных плюмов. При эмиссии газа из ядра Земли происходит его накопление на границе ядро—мантия в виде линз, которые при достижении критического размера прорываются в мантию и мигрируют к поверхности. Создается относительно стационарный трансмантийный поток флюида с границы ядро—мантия, прогревающий мантию и взаимодействующий с ней. В основании прочной литосферы поток останавливается и распространяется латерально, вызывая плавление с формированием магматических резервуаров, массово внедряющихся и изливающихся при достижении критических размеров.

Такого собрания вершин, как в Эквадоре, пожалуй, нет ни в одном другом месте Земли. Это скопление десятков огнедышащих и уснуших гор, почти сливающихся своими подножьями, получило у географов название "авенида вулканов".