Геофизика, геохимия

В книге поставлена задача свести воедино разнородные представления из специальных дисциплин, с тем чтобы выявить движущие факторы, приведшие к формированию и поддержанию газовой оболочки Земли. Бактерии, бывшие первыми обитателями Земли, сформировали ее атмосферу, отличную от атмосфер безжизненных планет. Последующая эволюция накладывалась на эту систему, сформированную бактериями, видоизменяя масштабы, но не нарушая установившихся связей и круговоротов элементов. И в настоящее время бактерии продолжают оставаться важнейшим фактором, поддерживающим содержание в атмосфере фотохимически активных соединений — окислов азота, соединений серы, углерода. Книга рассчитана на биологов, геологов, геохимиков и других специалистов в области науки о Земле.

В монографии описан радиозатменный спутниковый метод и система глобального мониторинга атмосферы и ионосферы. Изложены результаты теории и экспериментальные закономерности распространения дециметровых и сантиметровых радиоволн через атмосферу и ионосферу на трассах спутник-спутник. Дан анализ методов определения высотных профилей температуры, влажности, турбулентности, волновой активности атмосферы и электронной концентрации, спорадических образований, неоднородностей ионосферы с использованием радиотрасс спутник-спутник. Приведены результаты определений атмосферных и ионосферных параметров радиозатменным методом. Для специалистов в области радиофизики, геофизики, а также для аспирантов, студентов и инженеров — разработчиков спутниковых средств дистанционного мониторинга Земли. Книга может быть использована как учебное пособие по курсам «Спутниковый мониторинг Земли», «Распространение радиоволн» и «Радиометоды в геофизике».

Монография посвящена проблеме генезиса руд марганца, их классификации и выявлению закономерностей марганцевого рудогенеза в истории развития Земли. На основе данных по изотопному составу углерода и кислорода аутигенных карбонатов марганца как современных осадков, так и карбонатных марганцевых руд важнейших месторождений мира, показана главенствующая роль органического вещества в концентрации марганца в стратисфере. Приводится генетическая классификация руд марганца. Выделены главнейшие марганцеворудные периоды и эпохи в истории становления литосферы Земли.

Монография посвящена проблеме генезиса руд марганца, их классификации и выявлению закономерностей марганцевого рудогенеза в истории развития Земли. На основе данных по изотопному составу углерода и кислорода аутигенных карбонатов марганца как современных осадков, так и карбонатных марганцевых руд важнейших месторождений мира, показана главенствующая роль органического вещества в концентрации марганца в стратисфере. Приводится генетическая классификация руд марганца. Выделены главнейшие марганцеворудные периоды и эпохи в истории становления литосферы Земли.

Изложены основные направления применения методов комплексной обработки и анализа результатов многоспектральных космических съемок и анализа результатов многоспектральных космических съемок в сочетании с геолого-географическими и геохимическими данными в интересах прогноза перспектив нефтегазоносности поисковых объектов. Рассмотрены физические основы дистанционного зондирования Земли из космоса и возможность использования получаемых данных для целей прогноза нефтегазоносности поисковых объектов. Приводится структура программно-математического обеспечения для комплексной обработки многоспектральных данных ДЗЗ в сочетании с геолого-геофизическими материалами и примеры его практического использования для оценки перспектив геологической изученности. Для специалистов в области нефтяной геологии, а также студентов и аспирантов высших учебных заведений, специализирующихся в области обработки данных ДЗЗ.

На основе метода линейных интегральных представлений разработан принципиально новый метод спектрального анализа гравимагнитных данных (методом F-аппроксимации), полностью адекватный реальной геофизической практике и позволяющий избавиться от различных идеализаций (идеализация плоского поля; идеализация границы раздела земля-воздух как бесконечной горизонтальной плоскости; идеализация непрерывного задания того или иного элемента поля на бесконечной горизонтальной плоскости или куске этой плоскости; идеализация задания того или иного элемента поля в узлах правильной геометрической сети и др.) На модельных и практических примерах показана эффективность решения на основе F-аппроксимации широкого круга задач (3D-интерполяция, исключение искажающего влияния аномального вертикального градиента при пересчете наблюденного поля на любую заданную поверхность, фильтрация помех, нарушающих гармонический характер наблюденного потенциального поля). Разработаны теория, алгоритмы и компьютерные технологии 3D-трансформации (вычисление высших производных потенциальных полей, аналитическое продолжение в верхнее и нижнее полупространства элементов потенциальных полей, разделение аномальных полей) и F-аппроксимации рельефа земной поверхности, используемые для решения различных задач гравиметрии, магнитометрии, прикладной картографии, геоморфологии и др. Показана эффективность применения гравимагнитных данных для изучения разломной тектоники и прогнозирования нефтегазоперспективных ловушек в глубокопогруженных горизонтах Предкавказья. Книга предназначена научным работникам, геофизикам, аспирантам и студентам геофизических специальностей.

В книге изложены теоретические основы и методы изучения свойств горных пород и движения однофазных, многофазных и смешивающихся флюидов в пористых геологических средах. Приложение содержит практические примеры лабораторного определения 19 параметров породы-коллектора, пластовых флюидов и характера их взаимодействия. В каждом из 19 примеров подробно описано, какие необходимы приборы и материалы, какие операции и как нужно выполнить, какие величины измерить и какие вычисления произвести, чтобы получить искомый параметр. Расчеты по приводимым формулам поясняются численными примерами. Книга задумана и подготовлена как учебник и методическое руководство для промысловых геологов, геофизиков и разработчиков, но она может использоваться при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также представляет несомненный интерес для широкого круга специалистов по смежным дисциплинам.

Рассматриваются методические приемы и результаты объединения обычно признаваемых разрозненными задачами прогноза землетрясений — оценки сейсмической опасности и прогноза времени сейсмического толчка. Приведено описание очаговых зон крупнейших землетрясений Евразии за последние десятилетия. Впервые объединены сейсмотектонические результаты исследования статической сейсмической опасности с исследованием динамики сейсмичности в процессе созревания очага будущего землетрясения.

Том «Метеорологические и геофизические исследования» входит в состав серии «Вклад России в Международный полярный год 2007/08». Том включает результаты исследований метеорологических, геофизических и климатических условий в Северной и Южной полярных областях в период МПГ 2007/08 в сравнении с условиями в предшествующий период инструментальных наблюдений. Международный полярный год дал уникальные возможности для получения новых экспериментальных данных об окружающей среде полярных областей планеты.

В настоящей книге впервые в отечественной геологической литературе предпринята попытка на монографическом уровне проанализировать процесс понимания роли и значения ротационного фактора не только в образовании и развитии Земли, но и в ее структурном преобразовании на самых разных масштабных уровнях: от глобального до микроскопического. Для студентов и специалистов в области геологии и географии, геотектоники, геодинамики и тектонофизики.

Два тома трудов содержат оригинальные научные публикации в ведущих отечественных журналах. Статьи дают единое изложение современного состояния соответствующих 20 разделов науки о Земле и намечают дальнейшие научные исследования. Предлагаются нетривиальные дополнения к механике сплошных сред. Во втором томе изучается природная трещиноватость земной коры в целом, основанная на испытаниях горных пород на разрушение при высоких давлениях и температурах. Теория подтверждена всем комплексом глубинного сейсмического прозвучивания и электроразведки и соответствует представлениям В.И. Вернадского о роли воды в геологии. Дано единое объяснение реологической слоистости коры, волноводов как пористых включений, и листрических разломов. Приведен критический разбор явлений при землетрясений, причем изменения скоростей сейсмических волн увязаны с дилатансионными трещинами предразрушения. Обсуждается существование тектонических волн и эффекты ползучести горных массивов. Большой раздел относится к нелинейным эффектам сейсмических волн. Реальное затухание объяснено сухим трением, рассмотрены внутренние резонансы фрагментированной породы, существование доминантных частот и изменения спектров. В разделе, относящемся к турбулентности, дана мезомасштабная теория, учитывающая инерцию вращения вихря. Теория привела к успешным расчетам циркуляций вод океана и зарождения реального торнадо. Для физиков, механиков и математиков, пожелавших внести свой вклад геологию, геофизику недр Земли, динамику атмосферы и океана, а также для инженеров и студентов Университетов по направлениям горного дела, математической физики, сейсмологии, механики и метеорологии.

Два тома трудов содержат оригинальные научные публикации в ведущих отечественных журналах. Статьи дают единое изложение современного состояния соответствующих 20 разделов науки о Земле и намечают дальнейшие научные исследования. Предлагаются нетривиальные дополнения к механике сплошных сред. Первый том относится к современной геомеханике и добыче нефти и газа. Подробно излагается математическая упругопластическая модель автора, использующая концепцию дилатансии (изменения пористости при сдвиге). Приведены ее приложения в расчетах подземного взрыва, разрушенияне фтегазовых пластов и выноса песка. Показана специфика волн разрушения, ударных адиабат в смесях, сейсмических волн в насыщенных горных массивах, утечек флюида из трещины гидроразрыве, расчета фазовых переходов при добыче газоконденсата. Подробно обсуждаются эффекты вибраций и ультразвука при отборах живой нефти. Конвективнаядисперсия рассмотрена в связи с экологическими проблемами при миграции радиоактивной примеси в пористых средах. Накопление углеводородов увязано с механическими нарушениями горных массивов. Для физиков, механиков и математиков, желающих внести свой вклад нефтегазовую промышленность, геофизику недр Земли, строительство и экологию, а также для инженеров и студентов Университетов по направлениям горного дела, добычи нефти и газа, химической технологии, механики и геофизики.

В книге дается морфолого-аналитическая диагностика и процессно-генетическая реконструкция позднепермского педогенеза на суглинистых красноцветных породах. Исследования проведены в трех педокомплексах верхнепермских палеопочв, описанных в разрезах верхнепермских осадочных пород в районе р. Сухона. Верхнепермские палеопочвы обладают моногенетичным профилем с глеевой, элювиально-глеевой, иллювиально-карбонатной и структурной дифференциацией, многократно воспроизводившейся в пределах педокомплексов. Детальный морфоструктурный и инструментальный анализ палеопочв на разных уровнях организации (минерал — агрегат — горизонт — профиль — педокомплекс) позволил выявить комбинацию основных элементарных почвообразовательных процессов: поверхностное и элювиальное оглеение, иллювиирование карбонатов и ила, структурная трансформация, слитогенез, гумусоообразование. На основании субстантивной и процессной характеристики верхнепермских палеопочв сделана попытка реконструировать палеоландшафтные условия формирования почв. Изученные педокомплексы формировались в условиях низкой флювиальной равнины по аккумулятивной модели педогенеза под саванноподобной растительностью в жарком семиаридном и семигумидном климате. Книга может быть интересна для почвоведов, экологов, геологов, палеонтологов.

Монография посвящена исследованию с единых позиций хаотического поведения различных природных объектов. Объекты выбраны из геофизики. Таковыми считается и вся планета в целом, когда исследуется неравномерность ее вращения; и глобальная климатическая система в случае изучения вариаций климата; это и озера — при анализе динамики уровней воды, и ледники — при исследовании вариаций их размеров; это деятельные слои суши и океана при исследовании колебаний влагозапасов почвы, изменчивости температуры и солености приповерхностных морских вод. В данной книге для описания флуктуации природных объектов рассматриваются не все существующие стохастические методы, а только связанные с применением теории броуновского движения. Основой для применения концепции броуновского движения к природным объектам является возможность разделения совокупности флуктуации их динамики на быстрые и медленные, согласно принятой в статистической физике терминологии. Важно, что на временах реакции медленных переменных на внешнее воздействие быстрые переменные теряют память об их предыдущем состоянии и могут рассматриваться как случайный процесс с заданной статистикой. Предельным случаем такой ситуации с разделением времен является трактовка воздействия быстрых переменных на медленные как воздействие белого шума — случайного процесса с исчезающее малым временем корреляции, так называемого дельта-коррелированного случайного процесса. В целом авторы постарались по возможности полно изложить возможности теории броуновского движения для описания изменчивости природных объектов. В монографии изложены некоторые современные методы неравновесной статистической механики, мало известные в науках об окружающей среде, полезные для построения стохастических моделей природных процессов. Для специалистов по статистической геофизике, физике атмосферы и океана, гидрологии, метеорологии.

В книге излагаются доказательства универсальности цианобактериальной бентосной системы (матов) в формировании высокоуглеродистых пород практически на всех этапах геологической истории Земли. Показано, что эта биологическая система не только служила источником заключенного в породах углеродистого вещества, но и участвовала в создании их минеральной матрицы, которая влияла на прохождение преобразования захороненной биомассы в процессах диа- и катагенеза. Продемонстрированы обстановки накопления углеродистых осадков при участии цианобактериальных матов и остатки слагавших их организмов. Предложена модель становления цианобактериальных матов, начиная с зарождения жизни как таковой. Возникновение жизни рассматривается как единый процесс эволюции химического протопланетного вещества, приведший к возникновению в газопылевой туманности околосолнечного пространства первых живых существ — вирусов.

Автором настощей книги показано, что единственной причиной образования почв со светлыми кислыми элювиальными горизонтами в верхней части их профиля является процесс глееобразования в тех случаях, когда он осуществляется в условиях застойно-промывного водного режима на кислых, нейтральных или выщелоченных породах любого гранулометрического состава, не содержащих сульфатов. Рассмотрена роль лессиважа и разных форм кислотного гидролиза в формировании светлых кислых элювиальных горизонтов. Обнаружено, что лессиваж играет факультативную роль в формировании таких горизонтов, а глееобразование в условиях застойно-промывного режима есть не что иное, как одна из наиболее агрессивных форм кислотного гидролиза, возникающая в анаэробной среде. В аэробной среде при промывном водном режиме действие фульватного гумуса на кислый минеральный субстрат недостаточно для формирования светлых кислых элювиальных (т.е. подзолистых) горизонтов. В таких условиях формируются только бурые почвы с недифференцированным профилем. Показано, что механизм образования подзолистых горизонтов на песках и суглинисто-глинистых отложениях идентичен. Предложена система мер по защите почв от деградации в результате глееобразования, возникающего в условиях застойно-промывного водного режима. Книга адресуется широкому кругу ученых: почвоведам, географам, геологам, экологам, археологам.

В монографии представлены результаты исследований по определению мест возможного возникновения сильных землетрясений в Альпийско-Гималайском подвижном поясе от Пиренеев и Бетской Кордильеры на западе до Гималаев на востоке. Проблема решается методами распознавания образов на основе данных морфоструктурного районирования горных систем, принадлежащих Альпийско-Гималайскому поясу. С помощью алгоритмов распознавания определены морфоструктурные узлы, в которых возможно возникновение сильных землетрясений, и определены характерные геолого-геофизические признаки высокосейсмичных узлов. Проведена проверка результатов распознавания по данным о сильных землетрясениях, которые произошли в изученных регионах после публикации результатов распознавания. На примере Приволжской части Русской платформы показана возможность применения методов распознавания для выявления потенциально сейсмоопасных мест в пределах слабо активных платформенных территорий. Разработана методика для распознавания рудоносных узлов пересечения морфоструктурных линеаментов. Монография предназначена для сейсмологов, специалистов в области оценки сейсмической опасности и специалистов в области металлогении.

Книга представляет собой синтез современных данных о развитии тектономагматических процессов в истории Земли. Приведены многочисленные примеры взаимоотношений магматизма и тектоники на территории бывшего СССР, а также других регионов мира, характеризующие главные этапы геологической истории Земли. Показано, что Земля представляет собой саморазвивающуюся систему, прошедшую несколько стадий развития. Проведено сравнение эволюции тектономагматической активности на Земле и на Луне, что имеет важное значение для разработки современной теории развития планет земной группы. Приведены справочные данные о магматизме, геодинамике, тектонике, внутреннем строении, среднем составе магматических пород Земли, а также сведения о химизме пород Луны, Марса и Венеры. Для геологов широкого профиля, занимающихся вопросами петрологии, геохимии и тектоники, специалистов в области планетологии, преподавателей и студентов вузов.

В книге рассмотрены проблемы динамики атмосферы, океана и течений в каналах, которые ранее не поддавались исследованию, поскольку не учитывали инерцию мезовихрей турбулентных потоков. Мезомасштабная теория восполнила пробел благодаря пространственному осреднению, известному из приемов составления конечноразностных компьютерных программ. Показано, что требования однородности турбулентности отнюдь не запрещают асимметрию тензора турбулентных напряжений, если нетривиален собственный угловой момент мезовихрей. Получаемые при этом континуальные уравнения для макропараметров турбулентных объектов позволяют, например, показать зарождение торнадо из облака мелких вихрей атмосферы. Принципиальным оказалось использование потока энергии, как параметра состояния, что типично для термодинамически открытых систем. В качестве приложений мезомасштабной теории к физике атмосферы рассмотрены задачи формирования турбулентного следа за телом, в том числе примесей в воздушных потоках и в потоках с перемещаемостью. Из геофизических приложений рассмотрены задачи о формировании океанских течений на экваторе и глобальной циркуляции Мирового океана, также затронута проблема магнитного динамо. Отдельная глава посвящена вопросам турбулентных течений и теплообмена в трубах и каналах, где применение мезомасштабной теории позволило полностью описать как классические турбулентные профили скоростей, так и обнаружить некоторые новые эффекты. Применение среды разработки параллельных программ Parjava для кластерных вычислений позволило получить трехмерные (3D) численные решения задачи зарождения и трансформации торнадо, наглядно иллюстрирующие кинематику процессов и адекватность расчета натурным наблюдениям. Книга рассчитана на специалистов по геофизике, гидродинамики, метеорологии, компьютерным вычислениям, на аспирантов и студентов вузов.

Монография посвящена проблемам построения и использования физико-математических моделей тепло- и влагообмена подстилающей поверхности суши с атмосферой (LSM-моделей) для геофизических систем разных пространственных масштабов (от локального до глобального). Показана определяющая роль во взаимодействии суши с атмосферой системы: почва – растительный/снежный покров – приземный слой атмосферы (SVAS). Проанализированы основные механизмы процессов, протекающих в различных составляющих системы SVAS. Построены параметризации указанных процессов для использования их в разработанной авторами LSM-модели SWAP (Soil Water – Atmosphere – Plants) формирования радиационного, теплового и водного режимов различных экосистем суши. Дан сравнительный анализ современных LSM-моделей, рассмотрены вопросы их информационного обеспечения, методы учета пространственной неоднородности подстилающей поверхности и гидрометеорологических характеристик. Представлены результаты проверки SWAP и ее сопоставления с другими LSM-моделями для множества геофизических систем суши разных пространственных масштабов и характеризующихся различными природными условиями. Приведены примеры использования SWAP для решения различных биосферных задач. Для специалистов в области гидрологии, гидрометеорологии, климатологии, экологии, водных ресурсов.

В книге представлены основы современной геологической теории — тектоники литосферных плит, которая объясняет возникновение землетрясений и извержений вулканов. Рассматриваются физика и последствия тектонических землетрясений и волн цунами. Описываются различные вулканы и физико-химическая природа их извержений.

Исследуются механизмы генерации геомагнитных возмущений импульсными источниками высокой энергии. Первая часть книги посвящена генерации возмущений атмосферными, ионосферными и космическими источниками. Особое внимание уделено роли нижних слоев ионосферы, обладающих анизотропной проводимостью. Во второй части рассмотрены механизмы возбуждения геомагнитных пульсаций подземными взрывами. Предназначено для специалистов в области генерации и распространения электромагнитных волн, наук о Земле, аспирантов и студентов старших курсов.

В книге рассматриваются два природных объекта, определяющие многие особенности природы России — климат и вечная мерзлота. Представлена сложная многоплановая связь вечной мерзлоты (ее температуры, распространения, криогенных процессов) с климатом, динамика мерзлоты под влиянием неоднократных изменений климата на протяжении последних этапов геологической истории Земли и в наше время. Изложены современные представления об изменениях климата и его причинах (естественного и антропогенного характера), периодичности колебаний. Исследуется реакция вечной мерзлоты на изменения климата — естественные (колебательные, с разными периодами колебаний) и антропогенные, включая техногенное воздействие (направленного характера). Книга написана для широкого круга специалистов — географов, геологов, инженеров (включая преподавателей и студентов), чья профессиональная деятельность связана с районами распространения вечной мерзлоты, а также на всех тех, кто интересуется науками о Земле.

Изложены основополагающие принципы биогеохимии как науки, изучающей взаимодействие живых организмов с окружающей средой в форме циклического массообмена химических элементов. Суммированы сведения о биогеохимии Мировой суши, в пределах которой сосредоточена основная масса живого вещества планеты. Обобщены данные об элементном составе живого вещества, о массах химических элементов, мигрирующих в биогеохимических циклах. Сопоставлены количественные показатели миграционных массопотоков химических элементов в разных природных зонах Мировой суши. Рассмотрены примеры антропогенной трансформации природных биогеохимических циклов. Книга ориентирована на специалистов в области экологии, почвоведения, географии, геохимии и смежных наук, а также студентов соответствующих специальностей.