Опыт и перспективы системно-морфологического картографирования субгляциального рельефа (на примере Земли Принцессы Елизаветы, Восточная Антарктида)

Сер. 7 2007 Вып. 4

ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

УДК 551.4.035.551.4.012

А. К Ласточкин, Е.А. Савернюк, Т.М. Кудинова

ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ СИСТЕМНО-МОРФОЛОГИЧЕСКОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ СУБГЛЯЦИАЛЬНОГО РЕЛЬЕФА

При геоморфологическом картографировании субгляциального (подледного) рельефа использование системно-морфологического принципа представляется практически единственно возможным, в связи с недостаточным количеством или отсутствием геолого-геофизических данных в областях развития современных покровных оледенений и невозможностью, в связи с этим, составления карт рельефа по историко-генетическому принципу. Изучение подледно-подводной поверхности (ППП) производила дистанционными методами радиолокационного и сейсмического профилирования и зондирования. Поступающая профильная информация о ППП позволяет делать выводы в первую очередь о морфологии рельефа этой поверхности, а уже затем давать ее динамическую интерпретацию.

В геоморфологии сложилась традиция создавать карты на основе топографических или батиметрических карт. Неоднократно указывалось, в том числе и авторами статьи [1, 2, 3], что эти вторичные источники информации не всегда в полной мере отвечают требованиям и целям геоморфологических исследований и грешат целым рядом неточностей, не отражая многие важнейшие морфологические особенности рельефа. Если в случае субаэрального рельефа проблема решается с помощью привлечения материалов более крупных масштабов, а в случае субаквального рельефа ситуацию во многом спасает сильно сглаженный характер рельефа дна, то для субгляциального рельефа, отличающегося большой сложностью и высокой степенью расчлененности, данный вопрос остается чрезвычайно актуальным.

В настоящее время карты шпсобатиметрического положения ППП в Антарктиде составляются с использованием в качестве основы грида—прямоугольной матрицы, в узлах которой с помощью интерполяции и осреднения вычисляются значения высот и глубин. Достоинством такой карты является искусственное снятие эффекта различной изученности территории [4]. Отрицательные стороны такой карты связаны с особенностями рисовки ППП при помощи горизонталей. Следует иметь в виду, что на карте подледно-подводного рельефа (ППР) фиксируется не сам рельеф, а лишь положение ППП относительно ортогональной системы координат. В рисовке горизонталей субъективно и неоднозначно «угадываются» крупнейшие и наиболее контрастные формы и сочетания форм ППП без их ограничения и характеристики. Интерполяция высот направлена на стирание границ, в то время как первоочередная задача геоморфологического картографирования заключается в их выявленш

© А. Н. Ласточкин, Е. А. Савернюк, Т. М. Кудинова, 2007

Рис. 1. Гипсобатиметрическая карта подледно-подводной поверхности земли Принцессы Елизаветы, построенная методом грида

На рис. 1 представлена гипсобатиметрическая карта ППП на район Земли Принцессы Елизаветы, составленная методом грида [5]. В основу построения данной и последующих карт были положены материалы радиолокационного профилирования (РЛП), полученные сотрудниками Полярной Морской Геолого-Разведочной Экспедиции (ПМГРЭ) за период 1985"—1995 гг. Такая карта едва ли может позволить создать достаточно

точную и информативную системно-морфологическую карту с исчерпывающей характеристикой морфологии ППР

Решение проблемы картографирования ППП и ее рельефа авторами видится в применении первичных материалов РЛП для создания системно-морфологических карт, и в дальнейшем использование выделенных структурных элементов (линий) для создания более точной и информативной гипсобатиметрической карты.

Общая отрицательная сторона профильной информации о субгляциальной поверхности заключается в том, что сам способ ее задания является сплошным в направлении профилирования и прерывистым на между профильных пространствах. При этом приходится решать задачу перехода от профильной информации к плановой.

Опыт показал, что выделение элементов путем их кросс-корреляции в плане по карте профилей в виду ее сложности (загруженности) и, главное, отсутствия четких критериев корреляции без их предварительного упрощения практически невозможно. В связи с этим предлагается прибегнуть к следующей процедуре. На каждом профиле необходимо выделить отличительные точки, принадлежащие гребневым линиям и, затем, последовательно соединить их плавной линией. Аналогичную процедуру следует проделать с килевыми линиями. Таким образом, мы получим проекции на плоскость поливершинной и полибазисной поверхностей (рис. 2).

Далее относительно их можно фиксировать точки перегибов поверхностей, принадлежащие линиям выпуклых и вогнутых перегибов. В результате каждый РЛП трансформируется в значительно более простую кривую изменения высот (глубин), которую намного легче соотносить с построенными по таким же правилам смежным параллельным

Рис. 2. Условный радиолокационный профиль с выделенными на нем элементами подледно-подводной поверхности

1-4 отличительные точки (проекции структурных линий): 1 —гребневых линий, 2- -килевых линий, 3—линий выпуклых перегибов, 4—линий вогнутых перегибов; 5—поливершинная поверхность; 6—полибазисная поверхность; 7—возвышающиеся останцы; 8—переушубленные транзитные долины

профилям. Абстрагирование от более мелких морфологических элементов не означает их полного исключения из процесса картографирования. На следующем этапе работ морфологические элементы прослеживались от профиля к профилю. При этом при корреляции СЛ между профилями учитывались следующие признаки [6]:

1. Принадлежность СЛ к определенному вид;/;

2. Характер поперечного профиля элементарных поверхностей между разделяющими их СЛ;

Рис 3. Системно-морфологическая карга, построенная по данным РЛП

1 —гребневые линии, 2—килевые линии; 3—линии выпуклых перегибов; 4—линии вогнутых перегибов. Цифрами обозначены элементарные поверхности в соответствии с систематикой [5].

3. Батиметрическое положение трассируемой линии;

4. Положение трассируемой линии относительно соседних СЛ на профиле. Построенная таким образом системно-морфологическая карта представлена

на рис. 3. Для сравнительной оценки точности и информативности системно-морфологической карты, построенной по данным РЛП аналогичная карта на тот же участок была создана на основе гипсобатиметрической карты, построенной методом грида (рис. 4).

Рис. 4. Системно-морфологическая карта, построенная по гипсобатиметрической карте, созданной методом грида

Сравнение двух системно-морфологических карт составленных по разным исходным первичным и вторичным материалам (по гипсобатиметрической карте и по данным РЛП) позволяют сделать выводы о возможностях и эффективности системно-морфологического картографирования. В частности, простой подсчет количества ЭП на двух картах показал, что на карте, построенной по гипсобатиметрической карте, выделяется около 100 площадных элементов, в то время, как на системно-морфологической карте, созданной по данным РЛП—более 150. Кроме того на системно-морфологической карте, построенной по данным РЛП выделяется большое количество фасов (поверхностей P^j) типичных для данного рельефа, которые полностью отсутствуют на системно-морфологической карте, построенной по гипсобатиметрической карте.

Таким образом, эксперимент показал большую информативность и содержательную ценность системно-морфологической карты, построенной по данным РЛП и не-целесообразност! использования в качестве основы ее построения гипсобатиметриче-ских карт.

Построенная по данным РЛП системно-морфологическая карта может находить самое широкое применение для проведение различных геоморфологических исследований и построений (орографического картографирования, структурного анализа ППП, изучения морфоструктуры, морфоскулыпуры и рельефообразующих процессов), выявление на основе изучения сети СЛ неотектонически активных дизъюнктивных дислокаций, изучение динамики ледникового покрова, определение оптимальных направлений галсов при аэрогеофизических исследованиях.

Особое значение системно-морфологические карты, построенные по данным РЛП могут иметь для создания более совершенной гипсобатиметрической карты, путем применения геоморфологической интерполяции высот и глубин. Геоморфологической данная интерполяция называется потому, что она проводится не по произвольным линиям между произвольно расстагленными точками наблюдения (точки сейсмозондирования, отметки глубин на планшете промера, наблюденные, снятые с РЛП высоты, кратные сечению составляемой карты ППП, узлы грида), а по линейным элементам ППП, которые в связи со своей инвариантностью, по отношению к высотам и глубинам, используются в качестве линий геоморфологической интерполяции.

В соответствии с вышеизложенным, построена гипсобатиметрическая карта ППП на тот же участок Земли Принцессы Елизаветы (рис. 5). Сравнение двух карт ППП составленных методом грида и в результате геоморфологической интерполяции, иллюстрирует эффективность предложенной технологии. Если для карты на рис. 5 характерно детальное отражение подледно-подводной сети долин и разделяющих их пространств, согласованные и уверенно прослеживаемые простирания тех и других, отражающих в целом сложную структуру ППП, то карта на рис. 1 отражает некое аморфное строение этой поверхности, разбросанность и слабую связность ее форм, что в целом несвойственно денудационному и сильно расчлененному подледному рельефу

Наряду с чисто внешними особенностями разная точность карт может быть оценена количественно. Для этого, на том и другом построениях контроль осуществлялся в точках пересечения горизонталями, проведенными через 50 м, линий контрольных (не использованных при проведении изогипс) диагональных РЛП, в которых оценивались значения отклонений в метрах. Если условно принять, что ошибки, связанные с навигационными и прочими техническими погрешностями, являются одинаковыми для двух сравниваемых построений, то кривые распределения отклонений

Рис. 5. Гипсобатиметрическая карга подледно-подводной поверхности Земли Принцессы Елизаветы, построенная с использованием методов геоморфологической корреляции и интерполяции.

1 —изобаты.

%

35 —.

20 -

30 -

25 -

15

1С

0

5 -

"f | ДЬ,м 450 500

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Рис. 6, Распределение отклонений высот и глубин на гипсобатиметрических картах, построенных с использованием методов геоморфологической корреляции и интерполяции

высот и глубин (рис. 6) отражают степень соответствия показанных на них высот и глубин истинному положению ППП по вертикали и в плане на диагональных РЛП, Наиболее распространенные отклонения от истинных значений на контрольных РЛП, превышающие 40 м, для гипсобатиметрической карты, построенной на основе грида, составляют 72,75 % от общего числа пересечений, в то время как для карты высот и шубин, составленной с применением предлагаемых методов геоморфологической корреляции и интерполяции, значение этого показателя составляет 50,25 %.

Обращает на себя внимание существенно различающиеся число замеров при данном сравнении. Если на карте, построенной на основе грида, число пересечений горизонталей с диагональным РЛП составляет всего 400, то на другой, сравниваемой с ней картой, это число равно 597. последнее обстоятельство свидетельствует о резком увеличении качества гипсобатиметрической информации при использовании методов геоморфологической корреляции и интерполяции в пределах пространств между широтными и меридиональными профилями, то есть как раз там, где эти данные при систематическом РЛП по взаимно перпендикулярной сети маршрутов отсутствуют.

Таким образом, выявлено важное прикладное значение системно-морфологических карт при исследовании областей развития покровных ледников в целом и изучении рельефа ППП в частности. Данная информативность карт указанной категории установлена ранее для субаэрального и субаквального рельефа [2,6].

Lastochkin A. N., Savernuk E. A., Kudinova T. M. Results and prospects of system-morphological mapping of subglacial relief (on the example of Princess Elizabeth Land, Eastern Antarctica).

The effective methods of creating system-orphological maps by directly using radio-locating data are described. The possibility of using geomorphological correlation and height and depth interpolation l further constructing the hypsobathymetric map of subglacial and underwater surface

Summary

Литература

1. Исследования по совершенствованию содержания топографических карт//Тр. ЦНИИГАиК. М., 1963. Вып. 161. 2. КудиноваТ.М., Ласточкин А. #., Дворецкий Е.М., Волков В. В. Использование стереофотограмметричесшго метода при геоморфологическом картографировании на основе системно-морфологического принципа//Вестн. С.-Петерб. ун-та, Сер. 7, 2002. Вып.4 (№ 31). 3. Ласточкин АН. Морфологическая карта как первичная модель рельефа и местности (Дандшафгно-геоэкологической оболочки) // Вестн. С.-Петерб. ун-та, Сер. 7, 2002. Вып. 1 (№ 7). 4. Саватю-гинЛ.М., Преображенская М. А. Российские исследования в Антарктике. СПб., 1999. Т.1. 5. Ласточкин А. Н. Системно-морфологическое обоснование наук о Земле (Геотопология, структурная география и общая теория геосистем). СПб., 2002. 6. Геоморфологические исследования океанического дна. Л., 1987

Статья принята к печати 24.05.2007 г.