Геофизика, геохимия

Монография представляет собой первую попытку рассмотрения метода минимизации термодинамических потенциалов с позиций решения проблем петрологии метаморфических горных пород. На основе этого метода принципиально возможно моделирование многокомпонентных и многофазных метаморфогенных мегасистем с определением параметров условий их образования и оценкой величин химических потенциалов всех породообразующих компонентов, что является дальнейшим развитием физико-химического метода анализа минеральных парагенезисов. Рассмотрены модели твердых минеральных растворов для основных породообразующих минералов, с помощью которых решаются обратные задачи в формулировке выпуклого программирования. Приведены примеры моделирования реальных минеральных ассоциаций в метаморфических породах, образованных в условиях гранулитовой и амфиболитовой фаций. Для геологов, а также студентов.

Дано систематизированное описание экспериментальных методов, используемых при изучении низкотемпературных геохимических процессов, включая взаимодействие растворенных веществ, кристаллизацию и растворение минеральных фаз, сорбцию и десорбцию, со-осаждение, фотохимические реакции, геохимическую работу живых организмов, явления массопереноса на границе раздела вода-воздух и вода — донные отложения. Особое внимание уделено натурным экспериментам и экспериментальным методам нового научного направления — инженерной геохимии. Приведены многочисленные примеры применения экспериментальных методов для решения различных геохимических задач. Для геохимиков, геологов, географов, океанологов, экологов.

Приведены результаты анализа материалов о проявлениях катастрофического землетрясения в рельефе южного склона Большого Кавказа. Обобщены геолого-геоморфологические, сейсмотектонические и геодинамические данные, с новых позиций проанализированы особенности распространения сейсмодислокаций, выделены их зоны, представлены доказательства проявления сейсмотектонических дислокации, рассмотрены сейсмовыбросы горных пород и пост сейсмические деформации разгрузки в пределах эпицентральной зоны. Выделены сейсмогенерирующие блоки, участвовавшие в сейсмотектоническом процессе Рачинского землетрясения. Представлена схема палеодис-локаций в эпицентральной зоне и рассмотрены различные их типы. Делается важный вывод о том, что в изучаемом районе ранее происходили более сильные сейсмические события. Предложен оригинальный сценарий развития сейсмотектонического процесса в очаговой зоне Рачинского землетрясения.

Исследования радиационных процессов в атмосфере Земли широко используются в достижении фундаментальных результатов как в астрофизике, физике атомного ядра, так и в физике атмосферы и контроле парникового эффекта в приземном слое. Эти результаты можно получить по вторичным эффектам от взаимодействия частиц сверхвысоких энергий с ядрами и атомами атмосферы. В книге показаны результаты экспериментальных исследований потока частиц сверхвысоких энергий по потоку черенковского излучения и очень низкочастотного излучения в приземном слое. Разработанный метод измерения и оперативного контроля прозрачности атмосферы позволяет контролировать парниковый эффект у поверхности Земли. Рекомендуется для преподавателей, аспирантов, а также студентов старших курсов физико-математических факультетов.

В монографии на основании экспериментальных и термодинамических исследований показано, что процессы химического взаимодействия в системе «вода — порода» при отрицательных температурах принципиально отличаются от аналогичных процессов при положительных температурах вследствие криогенного концентрирования растворов и ряда других специфических свойств криогенных систем. Установлено, что отрицательные температуры при благоприятном сочетании других факторов способствуют существенному увеличению скорости гетерогенных химических реакций, Продемонстрировано каталитическое действие добавок азотистой кислоты на процесс сернокислотного выщелачивания сульфидов как при положительных, так и при отрицательных температурах. Издание рассчитано на специалистов в области геохимии экзогенные процессов.

Вниманию читателей предлагается научно-популярная книга о природе и причинах землетрясений. Автор объясняет основные термины и понятия, принятые сейсмологами и геофизиками, рассказывает о «следах» землетрясений, обнаруженных при археологических раскопках, изучении исторических документов, мифов, сказаний и легенд, затрагивает проблему прогнозирования землетрясений и показывает, насколько она трудна и далека еще от окончательного решения. Значительное место в книге отведено научным, общественным и технико-экономическим мерам противостояния стихии — сейсмозащите. Рекомендуется как специалистам — сейсмологам и геофизикам, так и широкому кругу читателей.

Описаны физические основы, области применения и аппаратура для электрических, радиометрических, акустических, гидродинамических, геолого-технологических и других методов исследования нефтяных и газовых скважин. Рассмотрены способы и правила выполнения измерений, основы метрологического, петрофизического и интерпретационного обеспечения геофизических методов исследования скважин. Показана высокая информативность геофизических исследований в открытом стволе и обсаженных скважинах при решении геологических и технологических задач, контроле разработки нефтяных, газовых месторождений и подземных хранилищ газа. Впервые рассмотрены вопросы технико-экономических расчетов на проведение ГИС. Способствуя устранению дефицита профессиональной литературы, справочник является путеводителем по современной методологии и применениям скважинных геофизических и гидродинамических методов для специалистов нефтегазового профиля смежных специальностей и заказчиков геофизических услуг. Издание предназначено также специалистам, повышающим свою квалификацию, и студентам, обучающимся по направлениям 553600 «Нефтегазовое дело», 130300 «Прикладная геология», 130200 «Технологии геологической разведки».

Исследуется подготовка одиночного тектонического землетрясения — элемента сейсмического процесса. Анализируются общие черты явления, детализация проводится неглубоко, но не исключается возможность произвольно глубокой физической детализации. Ведущими признаются механические процессы, которые инициируют проявление актов иной физической природы. Сформулированы постулаты и основные принципы построения теории. Теория содержит в основных чертах все существующие модели подготовки. Произведен расчет ряда предвестников различной физической природы, который привел к удовлетворительному согласию расчетных и опытных данных. Показано также, что большое число опубликованных эмпирических данных, трактуемых как предвестники, на самом деле предвестниками не являются. Прогноз сейсмического события определен как обратная задача теории подготовки, и в рамках этого подхода получены ретроспективные решения конкретных задач прогноза места и энергии тектонического землетрясения по данным сейсмического просвечивания, вертикальным движениям и ускорению свободного падения. Получилось почти полное согласие с параметрами произошедших землетрясений. Приводятся метод и оригинальные решения задач теории упругости о локальной неоднородности и включении в пространстве и полупространстве. Для геофизиков, механиков и математиков, интересующихся постановкой и решением прикладных задач геофизики.

Рассматриваются вопросы оценивания отклика грунта при сейсмических воздействиях — одного из наиболее важных и проблемных разделов инженерной сейсмологии. Примеры разрушительных землетрясений последних лет показали, что повреждения строений на грунтовых основаниях велики и необходимы надежные, и адекватные расчеты поведения грунта in situ при землетрясениях. Помимо эффектов топографии установлены следующие механизмы преобразований сейсмических волн в грунтовых слоях: усиление колебаний в приповерхностных слоях с меньшими значениями скоростей и плотностей, резонансные явления в верхней части разреза и нелинейность связи напряжение-деформация при сильных воздействиях. Нелинейность отклика грунта приводит к изменению, иногда очень существенному, форм и спектров распространяющихся в грунтовых слоях сейсмических волн; резонансные частоты слоев оказываются зависящими от интенсивности воздействия и могут заметно снизиться относительно значений, определяемых по записям сейсмического шума или слабых землетрясений. При сильных воздействиях изменяются реологические свойства грунтов, что часто связано с перемещением грунтовых вод. В последние десятилетия для изучения отклика грунта в мире развиваются сети вертикальных сейсмических групп, создаются базы данных по сильным движениям. Записи сильных землетрясений последних лет позволяют продвинуться в решении этой проблемы. Для широкого круга сейсмологов, специалистов в области сейсмостойкого строительства и физиков-акустиков.

Монография посвящена теории и практике магнитотеллурических и магнитовариационных исследований, направленных на изучение осадочного чехла, консолидированной земной коры и верхней мантии. В ней большое внимание уделено методам анализа и интерпретации полевых данных на основе тихоновской теории некорректных задач. Монография содержит энциклопедический обзор развития основных результатов магнитотеллурики и отражает ее современное состояние, включая новые подходы, предложенные авторами. В качестве примера в ней представлены геоэлектрические модели Байкальского рифта и Каскадной зоны субдукции, построенные с помощью новых магнитотеллурических методов. Она обращена к геофизикам, работающим в геоэлектромагнетизме, и будет полезна молодым ученым, специализирующимся в этой области.

В книге обобщены труды автора по сравнительному изучению геохимии почв во всем диапазоне природно-географических зон, от Арктики до экватора, и геохимических проявлений вертикальной поясности почвенного покрова горных массивов. Особое внимание уделено результатам изучения почвенно-гипергенных новообразований как геохимических индикаторов, геохимической специфики почв океанических островов и побережий, а также результатам исследования механизмов регулирования почвой миграционных циклов химических элементов. Для специалистов в области почвоведения и геохимии ландшафтов, географов широкого профиля, экологов, геологов, а также студентов и аспирантов.

Автор настоящей книги, профессор Принстонского университета (США), является одним из крупнейших специалистов в области механики грунтов. Обширная личная практика автора позволила ему отразить в книге сведения, которые могут оказаться наиболее полезными для инженера-строителя в его повседневной практической деятельности. В книге рассматриваются устойчивость откосов, бортов выемок, распределение напряжений в основании сооружений и их несущая способность, боковое давление грунта на трубы и т.д. Излагаются методы искусственного уплотнения грунтов, разведки основания бурением и пенетрацией. Даются указания по выбору наиболее целесообразных методов обоснования сооружений применительно к местным природным условиям. Уделено внимание вопросам разработки котлованов, свайным и кессонным фундаментам, опускным колодцам, подпорным стенкам, перемычкам, набережным и туннелям, а также возведению земляных плотин. В книге приводится много данных по результатам экспериментальных исследований и наблюдений, а также указаний практического характера. Особенную ценность представляют исследования самого автора по работе шпунтовых стенок. Книга рассчитана на инженеров-проектировщиков и строителей, занятых на строительстве оснований и фундаментов различных сооружений, а также на инженеров-гидротехников.

Рассмотрено современное состояние проблемы циклов углерода в системе атмосфера-педосфера-литосфера. Произведены описания и анализ циклов углерода в природных экосистемах различного масштаба и уровня структурной организации. Определены запасы углерода стабильного гумуса в горизонтах педолитогенеза (В, ВС, С) современных зональных почв в различных генетических типах почвообразующих пород, голоценовых педолитоседиментах, в погребенных голоценовых и плейстоценовых почвах. На основании радиоуглеродного возраста органического углерода, термолюминесцентного анализа, археологических и исторических данных определены скорости стока органического углерода, его накопления и консервации в континентальных условиях в настоящее время, а также в голоцене и плейстоцене. Сформулирована концепция педолитосферы и ее экологического и глобального геологического значения как первого и обязательного этапа поступления органического углерода — носителя свободной энергии — в осадочную оболочку земной коры. Книга может быть полезна географам, почвоведам, геологам и другим специалистам, интересующимся континентальными циклами углерода и проблемами педолитогенеза.

Данная работа посвящена современным проблемам геодинамики. Обсуждается влияние способности материала Земли деформироваться на ее возможные движения. Получены согласованные друг с другом уравнения внутренней и внешней задач динамики Земли. Эти задачи устанавливают связь внутренних движений материала Земли с ее движениями как целого. Рассмотрено влияние очага землетрясения на движения Земли. Затрагиваются вопросы построения модели процесса деформирования горной породы. В основу положена концепция описания деформационных свойств трещиноватого тела с помощью его эффективных коэффициентов деформации. Рассмотрены возможности развития этой концепции для случая эволюционирующей в процессе нагружения системы трещин. Издание предназначено для специалистов в области геофизики, геодинамики, геомеханики. This work is devoted to contemporary problems arising in geodynamics. It is discussed how the Earth' material can deform in response to the Earth's possible motions. Mutually consistent equations for the internal and external problems in earth dynamics have been derived. These problems define the relationships between internal motions is considered. We also discuss questions arising in developing a model for rock deformation. The model is to be based on the concept of describing the deformation properties of a cracked body using its effective strain coefficients. We examine possibilities for developing this concept for the case of a crack system that is evolving during loading. This book is designed for specialists in geophysics, geodynamics and earth mechanics.

Настоящая книга подготовлена на основе лекций, прочитанных ведущими российскими и иностранными учеными участникам III Всероссийской школы-семинара по электромагнитным зондированиям Земли (ЭМЗ-2007). В книге рассматриваются возможности пятого поколения ЭМ измерительной аппаратуры, а также современные методы обработки электромагнитных данных, основанные на применении новейших математических алгоритмов. Большое внимание уделено методам интерпретации электромагнитных данных в классе трехмерных моделей среды, а также с учетом анизотропии пород. Исследуются электромагнитные поля в сейсмоактивных регионах. Особое место занимает анализ влияния мощных электромагнитных импульсов, излучаемых магнитогидродинамическими генераторами, на пространственно-временную структуру сейсмичности. Приводятся результаты электромагнитной томографии геотермальных зон и вулканов. Книга будет полезна специалистам в области электромагнитных методов исследования Земли и прикладной геофизики.

Рассматриваются основные вопросы методики проектирования площадных (3D) сейсмических съёмок. Приводится подробное описание геометрии систем наблюдений, их атрибутов и параметров. Описывается применяемая аппаратура и методика. Проводится анализ факторов, влияющих на качество зарегистрированной информации, даются рекомендации по проектированию работ. Отражены особенности пространственной сейсморазведки; описываются процедуры обработки трёхмерных данных. Для геофизиков-сейсморазведчиков, занимающихся проектированием и проведением сейсморазведочных работ и обработкой сейсмических данных. Книга может быть полезна студентам старших курсов вузов, аспирантам.

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.

При исследовании процессов подготовки катастрофических геодинамических явлений (землетрясений, вулканических извержений, оползней и т.д.) были использованы авторские разработки одного из старейших методов радиометрической разведки — эманационного (радонового) метода. Оригинальный подход, основанный на использовании геоструктурных и гидрогеологических особенностей изучаемых регионов, позволил установить закономерности формирования геодеформационных процессов, провоцирующих высвобождение сейсмической (вулканической) энергии под воздействием глобальных факторов, связанных с вариациями скорости вращения Земли. Установленные закономерности процессов циклического флюидопереноса в геоструктурных элементах земной коры были использованы для повышения результативности эманационных (радон-тороновых и водородометрических) съемок на площадях формирования рудных и нерудных полезных ископаемых, скоплений углеводородов и т.п. Показана эффективность использования установленных закономерностей при решении геоэкологических задач на территориях городских агломераций.

В сборнике приведены доклады, которые обсуждались на первой Международной Нобелевской научной конференции «Инновационные электромагнитные методы в геофизике». Конференция была организованна 5-8 июля 2007 г. в городе Салехард Национальным (Российским) Фондом Наследия Нобелей (НФНН) совместно с администрацией Ямало-Ненецкого автономного округа. Доклады были посвящены фундаментальным проблемам, связанным с исследованием строения земной коры и поиска месторождений полезных ископаемых электромагнитными методами. Проанализирован современный уровень теоретических работ в этом направлении и перспективы проведения экспериментальных работ. Участники конференции отметили ее плодотворность для реализации практических работ дистанционного электромагнитного зондирования, в частности, при поиске и разведке углеводородов.

Монография посвящена исследованию эволюции крупнейшего в Европе оледенения Эльбруса в связи с глобальными климатическими изменениями. С применением цифровых методов измерений, на которые опирается дистанционный гляциологический мониторинг, определены изменения площади и объема оледенения, начиная с середины XIX в. Наибольшие темпы сокращения оледенения приходятся на период с середины до конца XIX в. Начиная с конца XIX в. и до сегодняшнего времени, уменьшение его площади происходило практически равномерно, а объема — даже замедлилось. Эти данные приводят к выводу, что глобальное потепление климата, которое сменяется кратковременными периодами похолоданий, началось еще в середине XIX в., посте окончания малого ледникового периода и имеет скорее естественные причины, чем антропогенные. Исследуется вероятность гляциальных катастроф в Приэльбрусье. Вероятность формирования и схода катастрофических селей гляциального генезиса весьма велика, а сход катастрофических лавин в Приэльбрусье происходит регулярно, поэтому в настоящей работе подробно рассматривается методика расчета границ лавиноопасных зон, основанная на фактических данных по сходу катастрофических лавин, определенных путем дистанционного фотограмметрического мониторинга.

В настоящей книге систематизированы и обобщены данные уникальных наблюдений Метеорологической обсерватории МГУ (МО МГУ) за 50 лет (1955-2004 гг.) об аэрозольной оптической толщине (АОТ), интегральной прозрачности и влагосодержании атмосферы, рассчитанных по методикам, разработанным в МО МГУ. Определены их климатические нормы и оценены пределы изменчивости (суточной, годовой, многолетней), обусловленные естественными и антропогенными факторами. Особое внимание уделено оценке климатических эффектов извержений вулканов, дымной мглы от лесных и торфяных пожаров и антропогенного загрязнения, а также неблагоприятных метеорологических условий, способствующих аэрозольному загрязнению атмосферы большого города (на примере Москвы). Предложены эмпирические соотношения для восстановления аэрозольной оптической толщины атмосферы для длины волны 550 нм по величине коэффициента интегральной прозрачности для умеренных широт. На основе использования стандартной актинометрической информации проведена типизация внутригодовой изменчивости АОТ, получены ее фоновые значения и предложены количественные критерии оценки экологического состояния регионов. Отмечено существенное уменьшение аэрозольной мутности в Москве в конце XX века, связанное как с отсутствием значительных вулканических извержений в этот период, так и с сокращением антропогенных выбросов в связи с уменьшением промышленной деятельности. Оценка линейных трендов временных рядов для станций с различной антропогенной нагрузкой на территории России подтвердило глобальный характер уменьшения аэрозольной мутности атмосферы. Книга рассчитана на специалистов, работающих в области физики и оптики атмосферы, метеорологов, климатологов, гелиотехников.

В книге рассматриваются теоретические основы геоэлектрики — геофизического метода исследования строения Земли и происходящих в ней процессов, основанного на изучении электромагнитных (ЭМ) полей искусственного и естественного происхождения. В краткой форме анализируются основные уравнения электродинамики сплошных сред и методы их решения, а также главные теоремы и принципы электродинамики. Попутно рассматриваются важные для электродинамики и геоэлектрики вопросы о представлении ЭМ поля в виде суперпозиции потенциального и индуцированного полей, об эквивалентных возбудителях ЭМ поля, о сторонних полях, создающих ЭМ поле и др. Выводятся условия, при которых векторные уравнения электродинамики скаляризуются, т. е. сводятся к двум отдельным скалярным уравнениям в частных производных второго порядка относительно потенциалов электрического и магнитного типов, а затем формулируются условия, при которых в полученных скалярных уравнениях разделяются переменные. Находятся и анализируются с геофизических позиций аналитические решения электродинамических задач в стационарном и переменном ЭМ поле для основных моделей сред: горизонтально и цилиндрически слоистой, локальных проводящих объектов сферической, цилиндрической, сфероидальной формы, нарушений горизонтальной однородности среды в форме наклонного контакта, параболоида вращения и идеально проводящей полуплоскости. В задачах рассматриваются изотропные и анизотропные среды и типовые возбудители ЭМ поля. Даются интегральные представления решений через функции и аффиноры Грина и приводятся основные сведения об объемных и граничных интегральных уравнениях. Отдельная глава посвящена электрофизическим и электрохимическим процессам в геологической среде естественного и искусственного происхождения. Она включает основы теории сейсмоэлектрических и поляризационных явлений в пористых и флюидонасыщенных средах (горных породах) и на контакте электронных и ионных проводников. Обосновывается правомочность применения основных понятий и методов теории информации в геоэлектрике, показывается связь теории информации с теорией обратных задач геофизики, с информационной точки зрения сравниваются различные методы геоэлектрики и используемые в них возбуждающие сигналы, предлагаются критерии для информационной оценки измерительных устройств и результатов наблюдений в геоэлектрике. Последняя глава, написанная В.И. Дмитриевым и М.Н. Бердичевским, посвящена изложению основ теории обратных задач и методам их решения. Теоретические результаты иллюстрируются примерами решения обратных задач в магнитотеллурике. Книга предназначена научным работникам, инженерам и студентам геофизической специальности, но будет интересна специалистам в других разделах естественных наук, использующим в своей работе физические и математические методы исследования.

Настоящая монография посвящена исследованию роли мантийно-плюмовых и субдукционных процессов в геодинамике образования зеленокаменных поясов и формирования ранней континентальной коры. Эта проблема относится к малоизученным вопросам не только архейской тектоники, но и современной геодинамики, что определило круг задач и последовательность их решения, отраженные в структуре работы. Изложенные в монографии результаты могут быть использованы в качестве методической основы для палеогеодинамических реконструкций раннедокембрийских областей в целях металлогенического прогноза. Книга будет полезна специалистам по тектонике раннего докембрия, а также широкому кругу геологов, петрологов и геохимиков, интересующихся проблемами субдукционной и мантийно-плюмовой геодинамики и эволюции корообразующих процессов в истории Земли. Автор надеется, что монография найдет своего читателя среди студентов и преподавателей высших специализированных учебных заведений.

Сборник содержит материалы Всероссийской конференции по селям, состоявшейся в г. Нальчике 26-28 октября 2005 г. Представленные на конференции материалы посвящены: исследованиям склоновых явлений (селей, оползней, паводков и т.д.); разработке методов и средств по организации защитных мероприятий, сооружений, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности населения; экологическим исследованиям экзогенных процессов. Сборник рассчитан на научных работников, инженеров, аспирантов и студентов, занимающихся изучением селевых процессов и специализирующихся в этой области.