Землетрясения — это очень быстрые колебания горных пород в недрах земной коры, вызывающие сейсмические толчки недр. Подземные удары длятся обычно всего несколько секунд, реже — минут. Сотрясения пород происходят в результате разрядки долго накапливающихся напряжений в литосфере с высвобождением при этом колоссальной энергии, способной разрывать на части земную кору и создавать новые формы рельефа.

ОЧАГИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ располагаются на разной глубине. Они могут находиться как в земной коре, так и в верхней мантии. Форма и поперечное строение очагов землетрясений также различаются — от сотен метров до 30 - 45 км. Место очага называют гипоцентром, а его проекцию на поверхности Земли — эпицентром.

В приграничных зонах литосферных плит количество эпицентров измеряется десятками тысяч. Это наиболее сейсмоопасные территории. Встряхивания здесь происходят очень часто, сила их весьма значительна. Во внутренних частях плит есть участки, где в прошлом отмечались сильные землетрясения. Обычно это происходило вблизи глубинных разломов земной коры.

Сила землетрясений измеряется в условных баллах по двенадцатибалльной шкале.

В истории Земли известно немало случаев, когда внезапно начинали активно действовать давно потухшие вулканы. Они есть во Франции и Италии, в Исландии и на Камчатке, на островах Океании.

САМЫМ ИЗВЕСТНЫМ из дремлющих вулканов можно считать Везувий. До 79 г. до н. э. на его склонах располагались богатые города, леса, посевы. За 6 тыс. лет до н. э. Везувий сформировал кальдеру, но его извержения закончились примерно около 1200 г. до н. э. После этого наступил длительный период спокойствия, который прервался через 1000 лет — в 79 г. до н. э., когда взрыв полностью разрушил вершину Везувия, а гигантские выбросы пемзы и пепла засыпали и уничтожили города Геркуланум, Помпеи, Стабию. В последние 200 лет взрывы происходили с интервалом 40 - 50 лет. После излияния лавы в 1944 г. вулкан затих. Считается, что его магматический очаг, находящийся на глубине всего 4 - 5 км, пока не набрал необходимого количества раскаленного вещества.

В САМОМ ЦЕНТРЕ ФРАНЦИИ, в низких горах Центрального Французского массива, находится плоскогорье Канталь.

Здесь были обнаружены базальтовые лавы, а позднее и вулканы, действовавшие в миоцене, плиоцене и даже в голоцене. Неожиданной была находка обожженных лавой стволов деревьев, произраставших здесь 7650 лет назад. Вероятно, после этих последних извержений вулканы погасли.

В РОССИИ К ЧИСЛУ ДРЕМЛЮЩИХ вулканов относится Эльбрус. Его лавы прекратили изливаться 10 тыс. лет назад, но на вершине сохранились (или вновь образовались) термальные поля с газово-паровыми выделениями — фумаролами. Они создали в снежно-ледовом панцире Эльбруса пещеры и гроты, где температура воздуха на высоте свыше 5 тыс. м достигает +16... +18° С при наружной температуре около -10° С. В воздухе ощущается запах сероводорода.

Магматический очаг вулкана Эльбрус находится на глубине около 5 - 10 км. Предполагается, что температура расплавленного вещества в его центре достигает +600° С. Вблизи Эльбруса и на его склонах часто отмечают сейсмические толчки в 3 - 4 балла, свидетельствующие об активности магматического очага. Сколько еще продлится «спячка» вулкана — неизвестно.

Остается неясно, сколько еще «проспит» и другой дремлющий вулкан— Балаган-Тас (Якутия-Саха), прекративший свою активную деятельность и заснувший примерно в 1770 г.

Но литосфера Земли постоянно находится в движении и развитии. И процессы, происходящие в ней, более сложные, чем это можно предположить. Литосфера открыла людям лишь часть своих тайн, так что многое еще предстоит разгадать.

НА ЮГО-ВОСТОЧНОМ ПОБЕРЕЖЬЕ Северного острова архипелага Новая Земля, в районе бухты Вершина, исследователями были отмечены мелкие вулканические «трубки взрыва», возраст которых определен в 1,6 млн лет. «Трубки взрыва» сложены агломератовыми лавами и крупнообломочными брекчиями (сцементированная обломочная горная порода) основного и ультраосновного состава, а также туфобрекчиями и пористыми шлаками. Все породы относительно молоды. Шлаки окрашены в вишнево-красные и коричневые цвета.

В 1998 г. были опубликованы данные о возрасте вулканических аппаратов, сложенных щелочными базальтами, обнаруженными на севере Шпицбергена. Начало вулканической деятельности произошло здесь еще 30 - 40 тыс. лет назад. Один из молодых вулканов (вулкан Сверре) действовал 10 - 11 тыс. лет назад. Последнее извержение произошло 6200 лет назад.

НАИБОЛЕЕ ЧАСТО среди полезных ископаемых называют нефть, газ, уголь, золото, алмазы, медь, никель и др. Выделяются группы металлических, неметаллических и горючих ископаемых. По их физическому состоянию они бывают твердые, жидкие и газообразные.

Полезные ископаемые распределяются в зависимости от горных пород, образовавшихся в определенных тектонических условиях. Например, нефть, газ и уголь залегают чаще всего в областях распространения осадочных пород; золото и алмазы — в областях с магматическими породами; каменная соль — в районах с соленосными пластами.

Скопления полезных ископаемых в одном месте образуют их залежи, проявления или даже месторождения. Разведанные и оцененные скопления полезных ископаемых считают месторождениями. Они могут иметь как промышленное, так и непромышленное значение. Промышленными называют те месторождения, разработка которых в данное время экономически выгодна и целесообразна.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОЛЕЗНЫЕ ископаемые в недрах Земли — это железо, марганец, хром, золото, серебро, цинк, медь, олово и другие металлы. Все они являются твердыми ископаемыми, хотя среди них есть и исключения. К ним, например, относится самородная ртуть в виде жидких капель или далее маленьких ртутных озер.

Руды черных металлов (железные, марганцевые, хромитовые) часто встречаются в древних метаморфических породах, где они бывают представлены магнитным железняком, железистыми кварцитами, гематитом и др. Железистые кварциты образуют иногда очень крупные месторождения (Курская магнитная аномалия и т. п.). Железистые кварциты в центре Русской равнины образовались около 700 млн лет назад в результате метаморфизма осадочных пород. С древними осадочными породами связаны и месторождения марганца, образовавшиеся первоначально на дне морских заливов.

В группе цветных металлов особое место занимают золото, серебро и платина. Они мало изменяются со временем, необыкновенно устойчивы к химическим преобразованиям, не растворимы большинством кислот. Золото, серебро и платину выделяют в качестве драгоценных металлов. Золото встречается там, где на поверхности обнажаются древние граниты и вулканические породы. В таких местах земная кора в прошлом была весьма активной, и в ней неоднократно возникали участки сжатия и расширения горных пород, а по трещинам вверх поднимались раскаленные магмы, создавая рудные тела. Золото и платина — минералы, обладающие большой плотностью (золото — 19 - 19,5 г/см³; платина — 21 г/см³), благодаря чему реки, размывающие скопления ценных минералов, не могут далеко переносить их частицы. Таким образом, недалеко от рудных месторождений образуются россыпные месторождения, или россыпи.

В ТРУППЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ полезных ископаемых выделяют горно-химическое сырье (апатит, фосфорит, соль, сера), огнеупорное сырье (глина, кварцит, магнезит), электрохимическое и изоляционное сырье (слюда, флюорит, корунд, пьезооптический кварц), разнообразные строительные материалы (песок, глина, щебень, галька). Самое распространенное полезное ископаемое в этой группе — каменная соль. Она образуется в результате выпаривания соленых вод в жарких условиях. Месторождения каменной соли обычно образуются в древних прогибах, которые заливались морскими водами. В угольном Донбассе, например, соль «моложе», чем уголь. Ей всего 200 - 210 млн лет, и образовалась она в древней лагуне пермского периода, когда здесь был жаркий и сухой климат. Однако самая большая кладовая соли находится в Северном Прикаспии. Разбросанные на этой огромной равнине пологие низкие холмы почти целиком сложены каменной солью. Здесь ее около 1500 млрд т. Плотность соли — около 2,2 г/см³. Она отличается одновременно хрупкостью и текучестью. Геологические исследования показали, что соль в Прикаспии залегает в виде крупных куполов, верхние части которых достигают поверхности, а нижние располагаются на глубине 8 - 9 км. Соляные купола в разрезе представляют собой как бы застывшие всплески гигантских капель воды внутри пластов песчаников и глин. Форма куполов различна — от наковальни до цилиндра; площадь куполов — сотни квадратных километров. Всего же в этом районе Земли насчитывается более 1300 куполов, возраст которых почти 250 млн лет. Главными причинами образования соляных куполов геологи считают наличие соленосных глин, постоянное прогибание впадин, что вызывает накопление осадков и в связи с этим увеличение давления на соленосные пласты, а также способность соли «течь» под давлением от одного места к другому, в том числе выдавливаться вверх к поверхности Земли.

Другое неметаллическое ископаемое — алмазы. По своему химическому составу алмаз близок к графиту, однако условия образования его иные. Представим себе трубку овального сечения, уходящую на глубину 80 - 100 км. Трубка проникает сквозь осадочный и гранито-гнейсовый слои. Ее внутренняя часть заполнена кимберлитами — брекчиями основного состава, возникшими при чрезвычайно сильном давлении и высокой температуре. Миллионы лет назад давление и температура в трубке резко менялись, приобретая часто характер взрыва (отсюда пошло название «трубки взрыва»). Температура образования алмазов при таких взрывах составляла около 1300 - 1500° С, а давление — не ниже 50 тыс. атмосфер. В кимберлитах находят обломки эклогитов — пород верхней мантии, что указывает на проникновение «трубки взрыва» глубже нижней границы литосферы. Наиболее крупные «трубки взрыва» достигают в поперечнике 1 км. В них и содержатся алмазы. Алмазоносные «трубки взрыва» известны сейчас в Африке, Австралии, Индии, Якутии, на севере Русской равнины и в других регионах. Алмазы широко используются в технике и ювелирной промышленности.

К неметаллическим полезным ископаемым относятся минералы из группы самоцветов (изумруд, сапфир, аметист, рубин и др.). Они встречаются редко и широко используются в ювелирном деле.

ГОРЮЧИЕ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ — это каменный уголь, торф, нефть, газ. Каменный уголь находят в месторождениях на всех материках. Его происхождение связано с последовательным накоплением торфа, который под давлением и в результате химических процессов превратился в бурый уголь, а затем, когда в пласте температура и давление повысились, в антрацит. Однако последний этап не всегда завершался накоплением угля, поэтому месторождения бурого угля иногда соседствуют с месторождениями каменного угля. В антраците — около 95% углерода, в буром угле — его 70%, а в торфе — 50 - 65%. Торф обычно накапливался на поверхности заболоченных равнин в умеренных климатических условиях. Хорошо известны угольные месторождения Донбасса, Урала, Воркуты, Подмосковья, Восточной Сибири и Приморья.

Нефть и газ также относятся к горючим ископаемым. Они, как правило, залегают в недрах обширных равнин или крупных тектонических прогибов, на месте существовавших здесь когда-то дельт крупных рек. На Русской равнине накопление речного ила и песка происходило в прошлом на прибрежных низменностях. Растительные остатки и планктон при участии бактерий насыщали отложения органическим веществом, в результате биохимического превращения которого сначала появлялись капельки нефти, а затем и целые нефтеносные слои. Тектонические движения земной коры в таких регионах создавали складки горных пород — ловушки для накопления нефти и газа. Одно из самых крупных в мире месторождений нефти в Персидском заливе обязано дельтовым и устьевым участкам рек Тигра и Евфрата, существовавшим еще 70 - 90 млн лет назад.

Рельеф Земли — это сочетание разнообразных неровностей поверхности, как больших, так и маленьких, возникших в результате деятельности внешних и внутренних сил. Важную роль в образовании рельефа играют тектонические движения, сила тяжести, плотность и состав горных пород, деятельность вулканов и текучих вод.

Каждому региону на Земле, на суше и на дне океана свойствен собственный тектонический режим, определяющий развитие рельефа. Эндогенный фактор образования рельефа включает тектонические, сейсмические и вулканические явления. До глубины 400 - 700 км прослеживаются особенно крупные разрывные нарушения, гипоцентры землетрясений, магматические очаги, с которыми связаны вулканические процессы. На этих глубинах происходят переходы вещества из твердого состояния в пластичное и даже жидкое (и обратно), разогревание и плавление его в результате радиоактивного распада, гравитационная и химическая дифференциация веществ.

ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ внешних сил планеты — это солнечная энергия. Из нее на экзогенные процессы расходуется около 60%, остальная часть возвращается во внеземное пространство. Солнечная энергия поглощается Мировым океаном. Это определяет высокую степень подвижности его вод: течений, вихрей и др. Но и суше достается значительная доля энергии, которая не только расходуется, но и идет на накопление, уплотнение и преобразование осадков и минералов. Немалая часть ее сохраняется в биосфере Земли. Помимо солнечной энергии на создание форм рельефа расходуется энергия падающих на Землю космических тел — метеоритов. Нетрудно заметить, что у эндогенных и экзогенных процессов имеются общие источники энергии: солнечное излучение, вращение планеты и физико-химические превращения вещества. Однако экзогенные процессы теснее связаны с географическими и прежде всего с ландшафтно-климатическими условиями. Для каждого ландшафтного пояса характерны свои действующие экзогенные процессы. Установлено, что главным фактором в распределении и свойствах экзогенных процессов является непосредственное соотношение тепла и влаги. Это энергетическая основа многих географических процессов на поверхности Земли, в том числе процессов образования рельефа. Распределение тепла и влаги на поверхности планеты никогда не было постоянным. Это зависело от величины угла наклона оси вращения планеты, которая менялась от 15 - 20° до 30 - 40°. Сейчас этот угол составляет около 27°.

Энергия, сосредоточенная в недрах Земли, влияет на появление самых крупных неровностей на ее поверхности. Однако строгую границу между эндогенными и экзогенными процессами рельефообразования провести невозможно. К тому же эндогенные превращения вещества и динамика земной коры сказываются на появлении и развитии рельефа далеко не всегда. Особенности верхней мантии слабо отражены в планетарном рельефе, не говоря уже о рельефе небольших горных областей или целых материков. Многие геологические и тектонические структуры и рельеф на равнинах и плоскогорьях едва различаются между собой.

Смятие в складки толщ горных пород, появление блоков и глыб, разбитых разломами, вулканизм и землетрясения — обычные признаки орогена. Так возникли горные страны (Альпы, Карпаты, Кавказ) и горные пояса, (например, Альпийско-Гималайский). Расположение подвижных горных поясов во многом определено первичными активными тектоническими зонами, куда входят и системы планетарных разломов земной коры. Этим объясняется длительное существование Андийско-Кордильерского, Альпийско-Гималайского и других горных поясов.

Наиболее крупные формы рельефа на дне океанов также созданы эндогенными силами. К ним относятся глубоководные котловины, срединно-океанические и вулканические хребты, рифтовые долины и грабены на месте трансформных разломов.

Для того чтобы понять роль эндогенных процессов, необходимо знать продолжительность их деятельности и скорости самих процессов. Период времени с особенно интенсивными тектоническими движениями земной поверхности геологи называют периодом тектонической активизации. В истории Земли их было много, и каждый продолжался от 15 до 20 млн лет.

В последние 100 лет скорости поднятий поверхности в разных регионах Земли неодинаковы: от 0,05 до 12 мм в год. При этом, например, скорость горообразования колеблется от 0,01 до 1 мм в год.

Самыми быстрыми являются эндогенные процессы, связанные с сейсмическими подвижками. Они обладают скоростью до нескольких метров в секунду , но длятся недолго. Помимо эндогенных процессов существуют промежуточные, эндо-экзогенные процессы рельефообразования. Среди них первое место занимает вулканизм. Вулканический процесс состоит из двух частей. Глубинный разогрев и истечение магмы по каналам в толще земной коры — эндогенный процесс в «чистом» виде. Но соприкосновение лавы при извержении вулкана с воздухом и водой на поверхности Земли вызывает появление лавовых потоков, озер, пепловых равнин — всего того, что в недрах Земли образоваться не может.

УВЕЛИЧЕНИЕ внутрипластового давления в недрах осадочных пород приводит к «извержению» потоков полужидкого обломочного материала на поверхность и образованию низких (до 400 м) усеченных конусов, похожих на щитовые вулканы. В природе встречаются надводные и подводные грязевые вулканы. Грязевая равнина у подножия вулканов обычно отличается холмисто-западинным рельефом.

Грязевые вулканы распространены в тех областях, где наблюдаются мощные толщи рыхлых отложений и отмечаются активные движения земной коры, Поэтому значительная часть грязевых вулканов встречается в Альпийско-Гималайском и Андийско-Кордильерском горных поясах. Особенно много, около 170, действующих грязевых вулканов в Азербайджане, где есть наземные, подводные и даже погребенные вулканы. Происхождение многих островов Бакинского и Апшеронского архипелагов связано с грязевым вулканизмом. Под действием огромного давления газов и воды морское дно нередко приподнимаются на 5 - 10 м, а площадь таких поднятий достигает 8 га. Интересно, что в этом районе Альпийско-Гималайского горного пояса в периоды снижения уровня Каспийского моря грязевой вулканизм усиливается, а при подъеме морских вод — стихает. Другая область, где извергаются грязевые вулканы, находится на северо-западе Куринской впадины, вблизи границы Азербайджана и Грузии. Здесь насчитывается около 20 вулканов. За период с 1810 по 1839 г. тут произошло 7 извержений, с 1839 по 1868 г. — 20 извержений, с 1868 по 1906 г. — 24 извержения.

Грязевые вулканы действуют на дне Черного моря, к югу от Крымского полуострова. Их насчитывается более десятка.

ПОМИМО ВУЛКАНИЗМА к эндо-экзогенным процессам относятся ударно-взрывные процессы. Они связаны с падением на Землю крупных метеоритов. Наряду с едва видимой пылью на поверхность планеты падают и крупные космические тела, вызывающие появление огромных кратеров и котловин. Первая стадия — столкновение метеорита с Землей. Эта стадия может считаться экзогенной. Но через доли секунды создается не только рельеф, но и горная порода. Эта стадия может считаться эндогенной.

Поверхность Земли сохранила до наших дней многие сотни «звездных ран», их часто называют метеоритные кратеры. При этом остались, конечно, самые большие кратеры. Об этом можно судить по диаметру кратеров. Аризонский кратер в Северной Америке достигает в поперечнике 1200 м, Госез-Блаф в Австралии — 4000 м, Нордлингер-Рис в Германии — 24 000 м, Болтышский на Украине — 25 000 м, Карский — 60 000 м. Встречаются также гигантские кратеры, диаметр которых превышает сотни километров. Их называют астроблемами. Попигайская астроблема на севере Сибири имеет диаметр более 100 км, Приаральская — 700 км.

На Украине найдены следы падения очень крупного каменного метеорита, которое произошло около 100 млн лет назад. Диаметр кольцевого вала по окраине кратера составил около 4 км, а энергия, выделившаяся при ударе о землю, такая же, как при взрыве 120-мегатонной ядерной бомбы. При ударе горные породы были разрушены до глубины 100 м.

К самой важной форме преобразования горных пород на суше относится выветривание пород и формирование элювия. Выветривание — процесс разрушения и преобразования минеральной части горной породы, ее химического и физического состава. Выветривание минералов разделяют на физическое (механическое) и химическое. В последнее включают биохимические процессы.

Если выкопать яму (шурф), то в ее стенке можно увидеть отчетливые следы перемещения всей толщи обломков, т. е. обломочного чехла. В прошлом перемещение то возникало, то исчезало, изменяя скорость. В конечном счете именно оно превратило форму склона в пологий шлейф. Средние скорости перемещения обломочного чехла на нем колеблются от 0,02 до 0,9 мм в год. Глинистый чехол в зависимости от насыщения его влагой передвигается прерывисто. Весной скорость движения достигает максимальных значений, сухим летом движение почти прекращается. На залесенных склонах, сложенных щебнистыми суглинками, ведущую роль в перемещении играет процесс медленного, или, как еще говорят, векового, движения обломков. Описанные выше процессы называются гравитационными, к ним условно относятся прежде всего обвалы и оползни.

В Перу в 1970 г. произошло мощное землетрясение, которое началось с легкого покачивания поверхности, а превратилось в колебания со значительным ускорением. В результате на склоне горы Уаскаран высотой 6768 м произошел обвал скальных обломков, льда и глины.

Лавина объемом около 50 млн м³ прошла расстояние 15 км со скоростью около 400 км/ч. На своем пути она преодолела гребни невысоких гор. Обломки весом более 10 т были отброшены на несколько километров.

Крупные обвалы происходили и в прошлом, например обвал Тюбеле, перегородивший долину реки Баксан в Приэльбрусье. Примерно 20 тыс. лет назад с правой стороны долины сорвалась ледниково-скальная масса, пролетела на воздушной подушке над склоном и упала на дно долины. Высота вала составила 200 м. Перед ним образовалось озеро глубиной около 50 м, которое позже было спущено при прорыве вала рекой.

ПРИЧИНЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОПОЛЗНЕЙ на первый взгляд достаточно просты. При насыщении грунта водой происходит резкое увеличение его веса, а в результате потеря им устойчивости. Учеными установлена связь между оползневыми процессами и интенсивностью атмосферных осадков. Скорости движения грунта весьма различны и колеблются от нескольких сантиметров в сутки до нескольких метров в секунду.

Каменные «реки» и каменные «моря» часто встречаются в горных областях умеренного пояса и являются типичным компонентом местных ландшафтов. В Сибири их называют курумами. Под этим названием они вошли в научную литературу.

КУРУМ — россыпь крупных обломков, перемещающихся сверху вниз по склону со средней скоростью 50 см в год. Процессы курумообразования обычны для гор, сложенных песчаниками, гранитами, базальтами и другими прочными породами. Часто курумы встречаются у подножий крутых скальных обрывов или в зонах тектонических нарушений земной коры. Внешне курум напоминает застывший каменный поток, у которого на поверхности видны волны из крупных обломков, а ложбины сложены мелкоземом. Его края обрамлены низкими валиками, состоящими из обломков средней величины.

Механизм движения курумов несложен. Обрушение у подножия горных пород приводит к накоплению обломков склона. При сносе часть крупных обломков разрушается до размеров щебня. Оказавшись на склоне, обломки быстро выветриваются. Например, в Карпатах всего за 5 - 6 лет крупный щебень распадается на мелкие обломки. Выветренный мелкозем смывается с поверхности обломков и привносится в нижние горизонты курума, создавая нижний горизонт «смазки», по которому передвигаются крупные и средние по размерам глыбы. При этом обломки стираются до состояния песка.

Перемещение крупных глыб размером до нескольких метров происходит медленно и вызвано как гравитационными, так и мерзлотными процессами. О движении курумов свидетельствует неустойчивое положение покачивающихся глыб. Курумы, словно ледники, сползают с плоских вершин хребтов и нередко достигают дна долин.

РЕКИ И РЕЧНЫЕ ДОЛИНЫ всегда были предметом особого внимания исследователей и строителей: здесь селились люди, строились жилища, прокладывались дороги. Еще в 1899 г. профессор А. Зупан отмечал, что процесс образования горной долины — длительный и прерывистый. Долина формируется в течение миллионов лет, причем ее разные части развиваются неодинаково. «Горные ручьи, вырывающиеся из крутых боковых долин, откладывают почти весь приносимый ими материал в форме конусов выноса при входе в более пологую главную долину. Притоки, доносящие взвешенный материал до своего устья, встречают здесь подпор и принуждены откладывать материал в месте впадения».

В горах, передвигаясь по речной долине от ее устья к верховьям, можно видеть, как хорошо террасированная и широкая долина постепенно сужается, а иногда превращается в узкий каньон, за которым, еще выше по течению, появляется очень широкая долина, без малейших признаков террас. По дну долин струится крохотный ручеек, несоизмеримый по своим размерам с долиной, по которой он протекает. В горах часто можно видеть весьма древние речные долины с обилием аллювиального обломочного материала. Возраст древнего аллювия в них достигает 4 - 5 млн лет.

ОБЛОМКИ ГОРНЫХ ПОРОД медленно продвигаются к рекам и попадают в русловой поток, где резко меняются условия их передвижения. Попадая в такой поток, они переносятся на десятки и сотни километров. Поток сортирует обломки по размеру и по весу, накапливает в одних местах и размывает в других. Постепенно обломки округляются, поверхность их становится гладкой. В горных реках можно видеть хорошо окатанные гальку и валуны, между которыми залегает песок и гравий, в руслах равнинных рек — песок, гравий и глинистые частицы.

Отложения, образованные речным потоком, называют аллювиальными, или — сокращенно — аллювием.

Меандрами, или излучинами, называют плавные изгибы равнинной реки. Они получили свое название от реки Большой Мендерес в Малой Азии, которая изобилует излучинами. Словно змеи, меандры перетекают одна в другую. Полосу, в пределах которой располагаются меандры, называют поясом меандрирования. Характерны наблюдения за рекой Вислока в Западных Карпатах, русло которой пересекает возвышенную и расчлененную равнину с абсолютными отметками 400 - 600 м. Излучины долины этой извилистой реки обладают большим радиусом кривизны. В результате этого ширина излучины — около 1000 м. За сто с лишним лет (с 1855 по 1964 г.) очертания русла изменились, появились новые береговые обрывы, старицы заполнились глинистым аллювием, полностью перестроились плесы и перекаты. Однако при этом не произошло увеличения или уменьшения пояса меандрирования.

На заболоченной приморской равнине Приохотья, как показала аэрофотосъемка местности, очертания долин за 35 лет также практически не изменились. Площадь галечных кос и пояс меандрирования остались такими же, но за это же время перекаты сместились почти на 900 м, а часть прежних плесов и многие боковые протоки заполнились галечным аллювием и исчезли. Это показывает, что речные долины на равнинах консервативны, они меняются медленно, хотя русловые процессы ведут себя активно. Наиболее крупные деформации рельефа на дне речных долин происходят во время паводков и наводнений. Там, где большую часть года реки маловодны или даже пересыхают, эти изменения выражены лучше всего.

Установить возраст долин не так легко. Например, развитие долины Волги в ее среднем течении началось около 5 - 6 млн лет назад. Наиболее крупное углубление долины произошло около 3 млн лет назад. В эту эпоху река то углубляла свое русло, то заполняла его аллювием. Продолжительность эпох углубления, или, как говорят геоморфологи, «вреза», была в 5 - 10 раз меньше, чем продолжительность расширения долины и заполнения ее аллювием.

БОКОВЫЕ СМЕЩЕНИЯ РУСЕЛ РЕК обычно приводят к разрушению склонов, усилению на них склоновых процессов, увеличению количества крупных обломков в составе руслового аллювия. В горных районах, где преобладают глубокие долины, объемы обломочного материала значительнее, поток вынужден приспосабливаться к новому рельефу. Сухие долины, на дне которых залегают пески, гравий, глины, встречаются на Земле довольно часто. Гигантские каньоны напоминают о бурной деятельности водных порогов в далеком прошлом. Одним из таких мест является плоскогорье Гоби в самом центре Азии. Здесь площадь бывших речных долин достигает 60 тыс. км². Сейчас в рельефе преобладают плоские поверхности со следами эрозионных размывов и горы-останцы. Непросто установить направления течения древних рек — часть их впадала не в море, а во внутренние озера. Другим районом с сухими реками является пустыня Сахара, а восточнее ее — Аравийское плоскогорье. Здесь сухие долины (вади) начинаются па крутых склонах гор, пересекают межгорные впадины и заканчиваются в замкнутых котловинах. Ширина вадей достигает 15 - 20 км, а протяженность — 500 - 600 км. Во время редких, но сильных дождей, которые бывают не каждый год, по их дну проносится бурный поток глубиной всего 1 - 2 м. Но за один паводок поток переносит такое количество обломочного материала, что на какое-то время приобретает вид селя. Затем вода исчезает, и в сухой долине опять становится жарко.

Однако сухие долины встречаются не только в пустынных областях. На Алтае, в Североамериканских Кордильерах, на Верхнеколымском нагорье и в других местах Земли наблюдаются долины, сформированные катастрофическими потоками, которые неслись с невероятной скоростью. Эти потоки более известны под названием прорывных паводков.

Там, где на поверхности Земли почти не видно текучих вод, рельеф более разнообразен. Работа рек проходит в подземельях, глубина которых достигает нескольких километров.

ПОДЗЕМНЫЙ РЕЛЬЕФ — это бесчисленные пещеры и пропасти, шахты и воронки. Воды, текущие здесь в полной темноте, редко прорываются на поверхность. Подземные озера, словно черные зеркала. Они полны тайн, в них скрыт пещерный жемчуг. Это такой своеобразный мир, природа которого изучена еще плохо. Это мир сталагмитов и сталактитов. Все это называют карстовым рельефом, или просто карстом. Термин «карст» происходит от названия плато Карст (Крас), которое расположено на одном из полуостровов в Адриатике. Почти безводное плато изобилует воронками, сухими котловинами, провалами, трещинами, бездонными колодцами. Карстовый рельеф — комплекс форм, созданный природой в результате растворения водой горных пород и выпадения в осадок растворенного материала. Формы карстового рельефа обладают размерами от первых сантиметров (карры, лунки, борозды и пр.) до многих сотен метров и километров. О неровностях рельефа величиной менее 1 см известно мало.

Самый южный материк Земли — Антарктида — почти полностью закрыт огромным ледниковым щитом. Из-под него по периферии континента выступают горы и холмы. Большая часть шельфовых ледников лежит на поверхности коренных выступов материка, меньшая — на плаву в морях. Главная особенность Антарктиды — одновременное существование ледяного и подледного рельефа, развитие которого происходит с разной скоростью. Механизмы образования у них тоже разные.

В области Полюса недоступности, почти в центре Антарктиды, находятся три ледяных купола, являющихся центрами растекания ледников. Радиус куполов достигает 2000 км, а толщина льда — около 4500 м. Под толщей льда скрыты неровности подледного ложа материка — горы и равнины. Самыми крупными подледными горами являются горы Гамбурцева высотой около 4 км. Над ними залегает толща льда в 600 м. Таких подледных гор на Земле нигде больше нет.

В ЗАПАДНОЙ АНТАРКТИДЕ, в районе американской станции «Берд», находится огромная ледяная равнина. Толщина льда здесь — около 1000 м, а в центре — около 2500 м. Над поверхностью ледяной равнины поднимаются отдельные горные хребты, холмы. Среди ледниковых форм рельефа — кары, «бараньи лбы», отшлифованные льдом скалы. На поверхности склонов гор встречается крупная галька. Это позволило ученым установить, что раньше поверхность льда в регионе находилась примерно на 500 м выше.

ВОСТОЧНАЯ АНТАРКТИДА начинается длинным поясом Трансантарктических гор, где ледников немного. Этот горный пояс как бы отгораживает и защищает центральные области с ледяными куполами. Здесь находится один из уникальных памятников природы Земли — Сухие долины. Это целая система гор и долин, свободных от ледников, на дне их располагаются соленые озера. В поперечном сечении долины имеют вид огромного и длинного корвета. Необычность здешнего рельефа резко контрастирует с представлениями о сплошном ледяном панцире, закрывающем материк. Но в Антарктиде есть не только Трансантарктические горы, но и места, свободные от льда. Они получили название «оазисов». Причины появления оазисов — препятствия в стоке льда. Они уменьшают скорость движения ледников и повышают температуру льдов. Когда край ледника начинает утончаться, на поверхности появляются черные скалы, которые в летний период сильно нагреваются солнцем. Постепенно размеры таких участков увеличиваются, создавая особый микроклимат, и там даже появляется вода. Скорости движения ледников по окраинам материка достигают 1000 м в год.

В ДАЛЕКОЙ ГРЕНЛАНДИИ, на другом конце Земли, ледников меньше, но и они занимают площадь в несколько миллионов квадратных километров и имеют толщину до 3000 м. Ледники часто сползают в открытое море, образуя целые стада беспорядочно дрейфующих айсбергов. Наивысшая точка Гренландского ледяного купола имеет высоту 3360 м. Иногда по окраинам купола встречаются во льду глубокие трещины — следы медленных движений ледников. Ровная или слабоволнистая поверхность ледника простирается на сотни километров. Во время летнего таяния льда талые воды создают долины до 40 м глубиной. Так же как и в Антарктиде, они существуют несколько месяцев, а затем затягиваются льдом. Возле нагреваемых солнцем скал образуются огромные воронки.

Горные ледники встречаются на всех континентах, за исключением Австралии. Они, как правило, сосредоточены у вершин гор, где господствуют низкие температуры воздуха, а снег выпадает в течение всего года, накапливаясь в глубоких нишах и котловинах. Белые пятна и полосы ледников хорошо видны из космоса.

Горно-долинные ледники переносят массу обломочного материала. При своем продвижении лед насыщается обломками разрушенных горных пород. Они скапливаются сверху, внутри или непосредственно подо льдом. Во время таяния льда обломки остаются на поверхности. Этот процесс наиболее активен, когда движение ледника прекращается и начинается вытаивание мелкозема и валунов. Такие ледниковые отложения называются мореной.

Водная среда обладает собственными формами движения. Волны, атакуя берега, разрушают их и поставляют на дно крупны^ обломки, айсберги переносят огромные глыбы, опускающиеся в конце концов на дно, подводные течения разносят илы, песок и даже глыбы на значительные расстояния, оползни смещают под водой огромные массы грунта. Поэтому в действительности вместо спокойного накопления осадков мы обнаруживаем такую же, как и на суше, «борьбу процессов». Но подводные процессы не во всем похожи на «сухопутные» явления. Экзогенные процессы в морях разделяются на гидрогенные, гравитационные и биогенные.

ГИДРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ — это процессы осаждения на дно органического материала, приливно-отливные движения воды, ветровое волнение, поверхностные и донные течения. Среди гидрогенных процессов первое место занимают процессы осадконакопления, затрагивающие самые глубокие и самые мелкие участки Мирового океана. Ил и песок покрывают огромные пространства на дне, выравнивая рельеф котловин и формируя гигантские конусы выноса. Второе место, пожалуй, занимают разнообразные течения. Как правило, они не захватывают всю толщу воды в морях и океанах и наблюдаются на разной глубине. Течения не всегда прямолинейны, в них возникают даже гигантские вихри, Скорости течений различны — от 1 - 2 до 250 см/с и более.

Многолетние исследования позволили установить, что на скорость течений большое влияние оказывает сила Кориолиса, которая возникает вследствие вращения Земли. Благодаря ей вблизи западных окраин материков роль течений в образовании рельефа возрастает. Размыв течениями горных пород приводит к образованию под водой эрозионных желобов и рытвин.

Приливно-отливные течения связаны со значительной высотой приливных волн. На атлантическом побережье Канады высота приливов достигает 19,6 м; в Аргентине —18 м; в Англии — 16,3 м; в Охотском море — 10 м. Высота приливов зависит от очертаний берегов. Проникая по речным долинам в глубь материка, приливы вызывают речную абразию берегов.

Особенно активны приливно-отливные течения в узких проливах между островами. Здесь они «вычищают» дно проливов даже от крупных обломков.

Течения способны взмучивать и перемещать до 50 кг/м³ рыхлых осадков, т. е. примерно около тысячи тонн ила ежедневно.

ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ включают прежде всего подводные обвалы и оползни, а также мутьевые потоки. Подводные оползни возникают уже при углах наклона поверхности около 2 - 3°. В местах с большими массами илистого материала они образуют холмисто-западинный рельеф с валами.

Одно из самых необычных явлений на Земле — мутьевые потоки. Они возникают по разным причинам, среди которых — сейсмические толчки, быстрый вынос мелкозема реками с суши, оползни.

Для своего передвижения мутьевые потоки чаще всего используют подводные каньоны. Насыщение потоков взвешенными частичками достигает 3000 г/м³, а скорость — 870 см/с. Длина пути мутьевых потоков измеряется десятками и сотнями километров.

Так же как сели на суше, мутьевые потоки во многом определяют строение рельефа в подводных каньонах. Некоторые из них приобретают ступенчатый продольный профиль, крутые стенки делают их похожими на долинную сеть.

БИОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ — это процессы образования коралловых островов и рифов, разрушение горных пород животными и растениями. Биогенные процессы играют немаловажную роль в тех акваториях, где условия особенно благоприятны для произрастания подводной растительности и деятельности животных.

На Земле есть такие формы рельефа, которые занимают сотни тысяч квадратных километров, иногда целые океаны и большую часть материков. Их относят к планетарному рельефу.

НА МАТЕРИКАХ прослеживаются цепи гор, полосы равнин и плоскогорий. Это хорошо видно в Северной Америке, Европе, Азии и Африке. Среди них выделяются самые крупные горные пояса Земли: Андийско-Кордильерский, вытянутый с севера на юг почти на 18 тыс. км, Альпийско-Гималайский — около 11 тыс. км, Восточно-Азиатский — почти 11 тыс. км. На дне Мирового океана планетарные формы представлены поясами срединно-океанических хребтов и возвышенностей общей длиной 80 тыс. км, на дне подводных котловин равнинами и горами, вулканическими хребтами, размеры которых по площади соизмеримы с площадью Европы. Равнины и плоскогорья в Северном полушарии вытянуты в виде широкого пояса (2700 - 2900 км), протяженность которого с запада на восток 11 тыс. км. Равнины и подледные плато Гренландии расположены на древней платформе с характерным для нее континентальным типом земной коры.

У гор, плоскогорий и плато Канадского Арктического архипелага значительно выровнены вершины. Однако палеогеновые и неогеновые угленосные породы смяты здесь в пологие складки или разорваны разломами, из-за чего большинство островов имеют угловатые очертания. Это связано с растяжением земной коры. Лаврентийское плоскогорье также покрыто разломами и трещинами, которые ясно выражены в современном рельефе.

Наиболее крупные равнины сложены горизонтально залегающими осадочными породами палеозойского, мезозойского и кайнозойского возрастов, которые образуют чехол толщиной 6 - 8 км. В их рельефе хорошо выражены ступени. Местами встречаются рифтовые структуры, одна из которых проявляется на поверхности в виде долины и залива реки Святого Лаврентия, другая — расположена в котловине озера Верхнего. Равнина Великих прерий сформировалась на месте тектонического прогиба, заполненного палеозойскими и мезозойскими осадками. На них залегают палеогеновые и неоген-четвертичные толщи. На месте обширного прогиба располагается также пластово-аккумулятивная равнина побережья Мексиканского залива. Невысокие Аппалачские горы отражают положение древних тектонических структур. Мезозойский рельеф сохранился на медленно поднимающихся блоках земной коры. Этот пояс продолжается на другом материке, в северной Евразии. Высота здесь, как правило, невелика — до 800 м, но геологическое строение отличается от строения Северной Америки. На равнинах Евразии есть участки резко расчлененного рельефа, сложенного самыми древними (1 - 3 млрд лет) породами. Такое строение у Кольско-Карельского и Анабарского щитов, а на юге Сибири — Алданского щита.

ТАМ, ГДЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ФУНДАМЕНТ погружается под толщи осадочного чехла, это отражается в морфо- структуре равнины. На севере Евразии — это Восточно- и Западно-Европейская, Западно-Сибирская равнины. Мощный (в среднем — 3 - 4 км) чехол осадочных пород полностью перекрывает кристаллический фундамент, и влияние древних структур на современный рельеф практически не прослеживается. В отдельных регионах, например в Прикаспийской низменности, толщина осадочного чехла достигает 20 - 22 км. Среди равнин нередко можно видеть плато и низкие горы. Горизонтально залегающие и смятые в пологие складки мезозойские породы, слагающие пластовые равнины Западной Сибири, перекрыты еще и чехлом древнеледниковых и озерных отложений четвертичного периода.

На востоке равнинно-плоскогорного пояса Северного полушария Земли располагается огромное Средне-Сибирское плоскогорье. Рельеф плоскогорья представляет собой ступенчатую равнину, блоки которой приподняты на разную высоту, от 400 - 600 м вблизи Байкала до 1700 м — в горах Путорана.

АЛЬПИЙСКО-ГИМАЛАЙСКИЙ горный пояс начинается на юго-западе Европы и тянется неширокой полосой к востоку. В него входят Пиренеи, Альпы, Карпаты, Кавказ, Апеннины, Балканы, а также равнины во внутренних впадинах. Одной из них является впадина Черного моря.

Пиренеи ограждают с северо-востока плоскогорье Месета барьером длиной почти 600 км. Это небольшая горная страна, по размерам равная Южному Уралу. Ширина хребта по основанию приближается к 120 км. Наивысшая точка Пиренеев — пик де Ането — 3404 м. Начинаясь у восточного окончания Кантабрийских гор, где они представляют единую гряду, к востоку Пиренеи дробятся на несколько параллельных хребтов. В своей осевой зоне Пиренеи сложены палеозойскими сланцами, песчаниками, кварцитами, известняками, гранитами. На северном и южном склонах палеозойские породы скрываются под мезозойскими и палеогеновыми отложениями. Они смяты в складки и местами надвинуты друг на друга. Единственным вулканическим районом Пиренеев является тектоническая депрессия Олот.

Альпы — одна из крупнейших горных стран этого пояса. Длина ее около 1200 км, а высота отдельных вершин превышает 4 км (Монблан — 4710 м). Горы сильно расчленены и, так же как Пиренеи, не представляют собой единого горного хребта. Осевая зона их сложена породами кристаллического фундамента — гранитами, гнейсами, метаморфическими сланцами, которые с приближением к окраинам сменяются осадочными толщами глинистых сланцев тонкослоистых песчаников и аргиллитов. С севера Альпы обрамляют низкие плато, расположенные на месте предгорного прогиба, на юге находится Венециано-Паданская впадина. Восточную окраину Альп пересекают рифтовые впадины, отделяющие их от Дунайских равнин. Вулканов в Альпах нет.

Карпаты имеют протяженность почти 1500 км. Наивысшие отметки в Высоких Татрах — 2663 м. Ширина, однако, меньше, чем у Альп, но хребты более обособлены. Межгорные котловины глубоко проникают в горы, которые сложены в основном из песчаника и глин, но в Западных Карпатах есть граниты и гранитогнейсы. Вдоль южного склона Восточных Карпат тянется вулканический хребет. Карпаты более раздроблены, чем Альпы.

Кавказские горы по своему рельефу более похожи на Альпы. Но их морфоструктуры различны.

Длина Кавказа достигает 1100 км, а площадь составляет около 145 тыс. км². Это горная система, состоящая из продольных и поперечных хребтов, вытянутых в одну линию впадин, вулканических массивов. По особенностям геологического строения в ней выделяются северный и южный склоны, а также осевая полоса.

В осевой полосе расположены самые высокие горы (4 - 5 км), сложенные докембрийскими и палеозойскими породами. Их выступы окаймлены песчаниками, известняками и сланцами мезозойского возраста. Главный Кавказский хребет резко расчленен глубокими долинами, на крутых склонах встречаются ледники, а самая высокая вершина Кавказа и всей Европы гора Эльбрус представляет собой огромный вулканический конус, высота которого достигает 5633 м. Реки порожисты, с бурным течением.

Кавказ выглядит как гигантский свод, разбитый на глыбы огромными трещинами. Движения этих глыб продолжаются до сих пор, что нередко приводит к обвалам на склонах. Между цепями грандиозных гор в этой части Европы располагаются Дунайские равнины, сформировавшиеся на месте погрузившегося срединного массива. Средняя высота поверхности составляет: у Верхне-Дунайской равнины — 110 - 120 м, у Средне-Дунайской — 80 - 85 м, у Нижне-Дунайской — 10 - 30 м.

Большую часть Апеннинского полуострова занимают Апеннинские горы. Это система средневысотных хребтов, поднявшихся и оформившихся только 800 тыс. лет назад. Здесь располагается зона наиболее значительных землетрясений и крупнейших действующих вулканов Европы. Самой высокой точкой Апеннин является гора Корно-Гранде (2914 м). Вулканы сосредоточены вдоль западного побережья Италии и на дне Тирренского моря: Амиата, Вульси- но, Везувий, Этна, Вультуре и др.

Наиболее крупными на Балканском полуострове являются Динарское нагорье, Албано-Пиндские горы, складчатые горы Стара-Планина, Рила-Родопский горный массив. Продолжением Альпийско-Гималайского пояса в Азии является Малоазиатское нагорье. На севере длинной цепью тянется Понтийский хребет, на юге — горы Тавра.

Армянское вулканическое нагорье (5156 м) находится к востоку от Анатолийского плоскогорья. Здесь можно видеть вулканические плато, конусы вулканов, провальные котловины и другие формы вулканического рельефа. В целом Армянское нагорье представляет собой огромный свод, приподнятый и расколотый на отдельные части. Наибольшую площадь огромного Иранского нагорья (5604 м) занимают хребет Эльбурс, горы Загрос и обширные равнины между ними. Это активная сейсмическая зона, где происходят землетрясения силой до 10 баллов. Горные страны Гиндукуш, Памир, Гималаи и Тибетское нагорье являются самыми высокими на нашей планете. Главная черта рельефа — очень глубокое расчленение. Мощность земной коры на границе Гималаев и Тибета достигает 70 км, что примерно на 30 км больше, чем на смежных территориях. Гималаи включают в себя огромную территорию длиной около 2500 км и шириной до 350 км. Эверест достигает 8848 м. Наиболее высокая часть Гималаев сложена кристаллическими сланцами, а Эверест — пермскими известняками.

Одним из самых эффектных горных узлов на поверхности Земли является Памир. В нем сходятся горные цепи Каракорума, Куньлуня, Гиндукуша. Здесь соседствуют высочайшие горы и высокогорное плато. Горные гряды с острыми зазубренными гребнями разделяют гигантские долины глубиной 2 - 3 км. В их верховьях лежат огромные ледники и ледниковые озера. Ученые полагают, что эти признаки указывают на продолжающееся до настоящего времени быстрое поднятие гор (1 - 2 см в год). Об этом же напоминают частые землетрясения, приводящие к крупным обвалам и разрушению склонов. Геологи предполагают, что Памирский горный узел был создан при столкновении литосферных плит.

На юго-востоке Альпийско-Гималайский пояс оканчивается Бирманским нагорьем (4149 м), сложенным гранитами, кристаллическими сланцами, известняками и песчаниками. Субмеридиональные хребты разделены здесь продольными впадинами. Осевые зоны сложены мезозойскими гранитами и сланцами. Похоже на него и Шанское нагорье. Таким образом, для всего Альпийско-Гималайского пояса характерны динамичность и контрастность тектонических движений (в Альпах размах движений составил 10 - 12 км; в Карпатах — 6 - 7 км; в Гималаях — 10 - 12 км). Хотя вулканизм развивался не во всех горных странах этого пояса, но сейсмическая напряженность довольно высока. Зоны «сейсмического молчания» чередуются с зонами частых землетрясений силой до 10 баллов.

АНДИЙСКО-КОРДИЛЬЕРСКИЙ горный пояс при ширине от 600 до 1200 км протянулся на 18 тыс. км. Он начинается на Аляске и идет вдоль западных побережий Северной и Южной Америки.

Горы и плоскогорья Аляски отличаются разнообразным рельефом. Приморские равнины отделены от внутренних областей высокими хребтами, Юконское плоскогорье разбито на участки межгорными впадинами, а хребет Брукс непроходимой стеной отделяет Юкон от льдов океана на севере. В геологическом строении этой территории участвуют породы докембрийского, палеозойского и мезозойского возрастов. Они, как правило, смяты в складки и смещены по зонам надвигов. Для востока Аляски характерны глубокие продольные рвы, тянущиеся далеко на юг.

Скалистые горы — это цепь высоких параллельных хребтов и горных массивов, вытянутая на 3200 км. Ширина цепи значительна (400 - 700 км), хотя и не постоянна. Толщина земной коры — около 40 км. Горы достигают высоты 4399 м. Тектоническая и геологическая структуры Скалистых гор на севере и юге заметно различаются. На севере видны глубокие рвы, глыбовые массивы. В центральной и особенно в южной части Скалистых гор широко распространены рифтогенные образования. До сих пор одной из геоморфологических загадок остается происхождение гигантского Рва Скалистых гор — узкой (около 6 - 12 км) трещины, вытянутой вдоль западного склона гор на 15 тыс. км. По разрывам в толще горных пород можно установить надвиги докембрийских толщ на мезозойские породы. Громадная длина Рва объяснима только тектоническими растяжениями земной коры. В центральной части главный хребет имеет ширину около 300 км. Южная часть Скалистых гор резко отличается от северной и центральной частей.

Между Скалистыми горами и морским побережьем расположены внутренние плато, горы и плоскогорья. Они включают плато Стикин, Нечако-Фрейзер, Колумбийское, Колорадо, а также провинцию Хребтов и Бассейнов. Внутренние плато и плоскогорья характеризуются волнистым рельефом с горами. Колумбийское плато (200 - 1000 м) сложено в основном вулканическими породами; Колорадо — горизонтально залегающими толщами осадочных пород и только провинция Хребтов и Бассейнов представляет собой уникальную территорию с необычным рельефом. Средняя высота ее — 1400 - 1700 м, максимальная — 4356 м.

По своему рельефу отличается от Скалистых гор и внутренних равнин Мексиканское нагорье. Это горная область с разобщенными грядами высотой 600 - 1000 м. Некоторые из них достигают 2500 м. Здесь есть обширные плато и вулканические массивы. Из наиболее известных вулканов можно назвать Попокатепетль (5452 м) и Орисаба (5747 м). Они отличаются хорошо выраженными коническими массивами.

В прибрежной зоне Тихого океана располагаются высокие хребты и глубокие впадины, а рельеф менее контрастный, хотя именно здесь находится самая высокая точка Америки — гора Мак-Кинли (6193 м). Характерная черта рельефа — исключительная раздробленность блоков, линейное расположение хребтов и впадин.

Различия в крупных чертах рельефа этой части Андийско-Кордильерского горного пояса обусловлены прежде всего историей их формирования. Горные массивы Скалистых гор сформировались в конце мезозоя, когда на месте внутренних плато и плоскогорий еще существовали низменные равнины. Раздробленные, но менее активные в тектоническом отношении морфоструктуры Скалистых гор уже примерно 10 млн лет назад превратились в крупные линейные хребты и впадины, а потом в систему чередующихся вулканических хребтов и плато, глыбовых гор, щелеобразных рвов.

Узкий и длинный перешеек, соединяющий Северную и Южную Америку, называют Центральной Америкой. Она характеризуется множеством вулканических массивов и хребтов, лавовыми плато и плоскогорьями. Густая сеть разломов пронизывает всю земную кору этого региона. Андийско-Кордильерский пояс продолжается в Южной Америке. Наиболее характерная черта расположенных здесь Анд — разветвленная система хребтов, называемых Кордильерами. Они тянутся почти параллельно друг другу и разделены глубокими впадинами, высокими плато и плоскогорьями. Самый высокий горный массив Анд венчает гора Аконкагау (6980 м).

По обе стороны Анд располагаются линейные прогибы. Они имеют разное происхождение. На севере пояс начинается субширотной полосой Венесуэльских Анд, которые без резких переходов сменяются Колумбийскими Андами. Самые крупные хребты здесь — Западная, Центральная и Восточная Кордильеры, как бы расходящиеся лучами из одного узла в районе массива Кумбаль на юге Колумбии. Расположенные к югу Эквадорско-Перуанские Анды имеют ширину всего 320 - 350 км. Здесь отсутствуют изгибающиеся горные цепи. Средняя высота доходит до 4 - 5 км, а наивысшие отметки имеют вулканические массивы Чимборасо (6272 м) и Котопакси (5896 м). В этом районе отчетливо выражена в рельефе так называемая аллея вулканов — дно крупного грабена, заполненного пеплово-песчаными и щебнистыми отложениями и обрамленного с обеих сторон цепями вулканических конусов. На юге Перу поднятие межгорных котловин привело к образованию огромных плоскогорий.

Если двигаться к Андам со стороны Тихого океана, то горная цепь Анд возникает как-то сразу, без постепенного подъема. Путь преграждают ущелья с бурными потоками, склоны становятся очень крутыми, покрытыми желтыми пятнами свежих оползней и обвалов. В долинах практически нет речных террас.

Здесь можно начать подъем на Западную Кордильеру. Крутые склоны уходят вверх, автомобильная дорога извивается, приспосабливаясь к рельефу. И вот по обеим сторонам дороги появляются сухие степи, между куртинами трав отчетливо видна высохшая земля. На горизонте вырастают конусы вулканов, которые сначала не производят особого впечатления — их просто не с чем сравнивать. Неожиданно дорога начинает спускаться, и путешественник попадает на дно обширной депрессии, занятой многочисленными поселками, полями, пастбищами. Эту депрессию называют по-разному — аллеей вулканов, внутриандийской впадиной, полосой гигантских грабенов. Депрессия с обеих сторон окаймлена горными грядами Западной и Восточной Кордильер, ширина ее достигает 40 км.

Для жителей умеренного пояса такие рельеф и ландшафты во многом необычны. В Эквадоре и Перу их называют парамо, т. е. высокогорные равнинные сухие степи. Парамо занимает высотный пояс между 2800 и 4700 м. Холмистые равнины здесь — сочетания поверхностей, сложенных вулканическим пеплом и обломками, выброшенными при извержении вулканов. Отчетливо видны полосы лахаров — застывших горячих потоков.

В геологическом разрезе ландшафты парамо — «слоеный пирог», состоящий из разных пород и сохраняющий память о катаклизмах прошлого.

ГОРЫ НА ДНЕ МИРОВОГО ОКЕАНА изучены не так хорошо, как на суше. В самых крупных океанах — Тихом и Атлантическом, простирающихся по обе стороны от экватора, рельеф не может быть даже сравним с самыми значительными горными поясами на суше.

Тихий океан окружен с севера, запада и юго-запада окраинными морями, глубоко вдающимися в континенты.

Основные морфоструктуры дна — это срединно-океанические хребты и подводные котловины с горным и равнинным рельефом.

Срединно-океанические хребты Тихого океана вытянуты на многие тысячи километров и местами приобретают вид широких и протяженных возвышенностей, которые нередко разбиты трансформными разломами на сегменты разного размера и разного возраста. Планетарная система срединно-океанических хребтов и возвышенностей в Тихом океане представлена широкими и слаборасчлененными Южно-Тихоокеанским и Восточно-Тихоокеанским поднятиями. Неподалеку от Калифорнийского залива Восточно-Тихоокеанское поднятие вплотную подходит к континенту Северная Америка. У этого хребта рифты слабо выражены, а местами отсутствуют. В рельефе чаще прослеживаются купольные возвышенности, отстоящие друг от друга на 200 - 300 км.

Горные сооружения в других частях Тихого океана представлены хребтами, имеющими иногда дугообразные очертания. Например, северную дугу образует Гавайский вулканический хребет. Остров Гавайи представляет собой вершину поднимающегося над водой вулканического массива из щитовых подводных вулканов, слившихся своими основаниями. К югу от Гавайского хребта располагается горная система, длина которой достигает 11 тыс. км. На разных участках она имеет различные названия. Начинаются эти подводные горы от массива Картографов, затем переходят в горы Маркус-Неккер и далее представлены подводными хребтами вблизи островов Лайн и Туамоту. Эта горная система идет почти до основания Восточно-Тихоокеанского поднятия. По предположениям ученых, все эти горы — фрагменты бывшего срединно-океанического хребта.

Огромная Северо-Восточная котловина на дне Тихого океана лежит на глубине около 5 км (максимальная глубина ее составляет 6741 м). На дне котловины преобладает холмистый рельеф.

К ПЛАНЕТАРНЫМ ФОРМАМ РЕЛЬЕФА также относится Атлантический океан — второй по размерам и глубине среди океанов Земли. Он тянется от Гренландии до Антарктиды. Планетарной морфоструктурой является Срединно-Атлантический хребет, делящийся на три хребта: Рейкьянес, Северо-Атлантический и Южно-Атлантический.

Хребет Рейкьянес прослеживается от острова Исландия к югу. Русский ученый О. К. Леонтьев полагал, что это даже не хребет, а нагорье с хорошо выраженными осевой и фланговыми зонами.

Северо-Атлантический хребет разбит на множество сегментов трансформными разломами, причем в месте их пересечения отмечены глубокие грабены, часто значительно более глубокие, чем осевая рифтовая впадина. Южно-Атлантический хребет имеет меридиональное простирание и разбит на сегменты такими же разломами. Ложе Атлантического океана не содержит особенно крупных подводных котловин, но плато и горы встречаются часто. Одна из наиболее крупных подводных котловин — Северо-Американская. В ее пределах обнаружены три плоские равнины.

СИСТЕМА СРЕДИННО-ОКЕАНИЧЕСКИХ ХРЕБТОВ в Индийском океане — третьем по величине океане Земли — отличается от подобных хребтов в Атлантическом океане тем, что они состоят из отдельных звеньев (Аравийско-Индийский, Западно-Индийский, Центрально-Индийский хребты; Австрало-Антарктическое поднятие), которые как бы сходятся в одной точке. Внутри такого узла находится глубокий каньон, который постепенно расширяется и приводит к распаду подводных гор на отдельные части.

На дне Индийского океана существуют и глубоководные котловины. Дно в них опущено на глубину 5 - 6 км. В рельефе Западно-Австралийской котловины (глубина до 6429 м) хорошо выражены подводные гряды и холмы. В самой большой Центральной котловине (глубина до 5290 м) на дне расположена наклонная поверхность аккумулятивного шлейфа с отчетливыми ложбинами — следами мутьевых потоков. Но посреди пологого шлейфа встречаются и горы высотой 3 - 3,5 км.

В северо-восточной части океана находится Восточно-Индийский подводный хребет протяженностью около 4800 км и относительной высотой около 4000 м. На обрывистых склонах этого хребта почти не встречается молодых осадков, а древний осадочный покров содержит внутри магматические тела. Хребет образовался на месте крупного меридионального разлома земной коры около 75 млн лет назад (т. е. в позднемеловое время). Мощные излияния вулканических лав неоднократно приводили к появлению вершин хребта в виде островов, возвышавшихся над поверхностью океана.

Следуя теории «тектоники плит», срединно-океанические хребты в Индийском океане являются границами Африканской, Индо-Австралийской и Антарктической литосферных плит. Само дно представляет собой результат расползания этих плит.

Вечная мерзлота — это подземный лед и холод, проникающие в глубину недр на сотни метров и существующие в течение длительного времени. Отрицательная температура и наличие подземного льда являются специфическими признаками вечномерзлотных толщ.

ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА — это подземная часть криосферы — особой природной оболочки Земли, которая имеет постоянную отрицательную температуру и содержит значительные включения грунтового льда.

Подземный лед — самый загадочный и таинственный вид природного льда на Земле. Даже в наше время, которое называют эпохой информации и научно-технического прогресса, еще трудно наверняка сказать, как образуется лед под землей. Подземный лед — это часть более общего природного явления — вечной мерзлоты.

В других разделах дается представление о различных видах снега и льда, которые возникают при замерзании свободной воды, разделенной на мелкие капли либо находящейся в больших массах на поверхности земли. Но ведь вода присутствует также и под поверхностью земли. Ее называют грунтовой, или подземной, водой.

Грунтовая вода находится в самых разнообразных соотношениях с твердым минеральным скелетом горных пород. Отсюда и разнообразие подземных вод. Вода может образовывать подземные реки, если она фильтруется по пластам крупнозернистых (песчаных и галечных) пород. Существуют и подземные резервуары воды, напоминающие озера, которые возникают в крупных структурах земной коры — артезианских бассейнах.

И все же больше всего грунтовой воды в порах, тонких трещинках и капиллярах различных пород. Такая вода называется связанной, или пленочнокапиллярной. Ее молекулы притягиваются или адсорбируются поверхностными силами минеральных частиц грунта. Благодаря присутствию пленочно-капиллярной воды глинистые грунты приобретают пластичность.

Если кусочек пластичной глины, настолько легко поддающийся деформации, что из него нетрудно вылепить любую фигуру, положить в холодильник, то через некоторое время глина замерзнет и станет твердой как камень. Кристаллы льда, возникшие при замерзании пленочно-капиллярной воды, содержащейся в глине, накрепко сцементировали частицы минералов, и образовался мерзлый грунт.

В принципе такой же процесс происходит в природе. Жителям стран Европы, Америки да и других стран хорошо знакомо явление кратковременного, или зимнего, промерзания почвы до небольшой глубины (несколько десятков сантиметров). Весной и летом сезонная мерзлота довольно быстро оттаивает.

История изучения вечной мерзлоты насчитывает около 350 лет и содержит немало волнующих, драматических страниц.

УСТАНОВЛЕНО, что первые научные факты, свидетельствующие о реальности вечной мерзлоты, относятся ко второй половине XVII в.

Русским ученым принадлежит приоритет в научном истолковании явления глубокого промерзания земной коры. Еще в XVIII в. они опубликовали данные, свидетельствующие о широком распространении вечной мерзлоты в Сибири и о находках в ее толще неразложившихся трупов мамонтов.

Просвещенные люди России верили донесениям казаков- землепроходцев и ленских воевод и накапливали сведения о вечной мерзлоте. Через столетие этими сообщениями воспользовался М.В. Ломоносов и дал научное объяснение происхождения этого явления природы.

ОДНАКО НЕ ВСЕ УЧЕНЫЕ считали сведения о вечномерзлой подпочве достоверными. Особенно много скептиков поставляла Западная Европа. Они никак не могли себе представить, что при существовании на сравнительно небольшой глубине вечной мерзлоты, т. е. при постоянных отрицательных температурах, здесь могут произрастать высокоствольные леса, которые в Сибири простираются до весьма высоких широт.

Известный естествоиспытатель Леопольд фон Бух даже в первой половине XIX в. писал: «Я вполне убежден, что должно считать совершенно ненадежными все известия, в которых утверждается, будто на глубине нескольких футов земля даже и летом была находима замерзшею в странах, где произрастают кустарниковые растения. Показания казаков не должно было бы употреблять для подкрепления столь странного и невероятного факта».

ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ УДАР по сомневающимся и противникам реальности существования вечной мерзлоты нанесло сооружение шахты в Якутске купцом Федором Шергиным. Шахта-колодец сечением 2,13 х 2,13 м была вырыта, чтобы найти грунтовую воду для питья, как это обычно делается и в наши дни вне зоны вечной мерзлоты. Работа длилась почти 10 лет — с 1827 по 1836 г. В результате была достигнута глубина 116,4 м, но пробить вечную мерзлоту и найти воду так и не удалось. Вряд ли современный человек может представить, какие колоссальные усилия потребовались для создания Шергинской шахты в те годы. Работать можно было только зимой, когда плотность воздуха на поверхности больше, чем у забоя шахты. Это обеспечивало естественную вентиляцию шахты. Летом нормальный воздухообмен невозможен, поскольку тяжелый холодный воздух в шахте остается неподвижным и не вытесняется воздухом с поверхности. А летняя жара в Якутске нередко достигает 30° С и более. Свечи у забоя гасли, рабочие задыхались, а об искусственной вентиляции в те далекие годы и речи быть не могло.

ПРЕДОСТАВИВШЕЙСЯ ВОЗМОЖНОСТЬЮ исследования вечной мерзлоты в шахте Шергина воспользовались ученые. Российская академия наук дала адъюнкту А. Ф. Миддендорфу (1815 - 1894), в будущем академику, специальное поручение измерить температуры грунта в шахте. В 1844 - 1846 гг. был проведен замер температур вечномерзлого грунта по всему разрезу шахты. На глубине 116 м температура оказалась равной -3° С. А. Ф. Миддендорф впервые вычислил значения температурного градиента и определил мощность вечной мерзлоты: она оказалась равной 187 или 204 м при значении геотермического градиента соответственно 2,8° и 3,3° на 100 м. Эти данные были очень близки к реальным, полученным уже в наши дни по результатам бурения (210 - 214 м).

Первую в истории науки специальную экспедицию по изучению вечной мерзлоты провел А. Ф. Миддендорф. Его исследования произвели сенсацию в кругах ученых и просвещенных людей того времени.

Впоследствии шахта Шергина неоднократно использовалась для наблюдений за температурой вечной мерзлоты. Сейчас шахта объявлена историческим памятником и охраняется государством.

Тот, кто смог увидеть шахту Шергина, освещенную мощными прожекторами, висящими на тросе по всему разрезу шахты, и заглянуть в глубь вечной мерзлоты, не останется равнодушным. Зрелище поражает даже в наши дни.

В то время, когда некоторые ученые сомневались в реальности существования вечной мерзлоты, участники гидрографической экспедиции (1820 - 1823) на побережье моря Лаптевых и на Новосибирских островах обнаружили огромные залежи подземных льдов в многочисленных береговых островах. Многометровые ледяные жилы, по мнению участника экспедиции А. Е. Фигурина, образовались в результате замерзания воды, проникавшей в трещины, которые возникали в почве в результате ее неравномерного охлаждения.

ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА КАК ГЛОБАЛЬНОЕ ЯВЛЕНИЕ. Вечная мерзлота — явление глобального масштаба, она занимает не менее 25% площади всей суши земного шара.

ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА — это природный феномен Северного полушария нашей планеты, где сосредоточена большая часть суши. Здесь расположены два крупнейших ареала вечной мерзлоты — азиатский и североамериканский, распространяющиеся от берегов Северного Ледовитого океана далеко на юг в глубь континентов.

Ареал вечной мерзлоты разделяется на три зоны: сплошного, прерывистого и островного ее распространения.

Зона сплошного распространения вечной мерзлоты расположена в северной части азиатского и североамериканского ареалов. Мерзлые толщи здесь встречаются повсеместно. Однако в некоторых местах вечная мерзлота отсутствует. Это так называемые талики. Они располагаются под крупными озерами, реками, вдоль тектонических разломов земной коры, на склонах южной экспозиции, в местах повышенного накопления снега, т. е. там, где верхние горизонты литосферы либо предохраняются от интенсивного выхолаживания, либо получают тепло дополнительно. В итоге даже в самых суровых климатических условиях талики не подвергаются многолетнему промерзанию.

ЕСЛИ ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА занимает не менее 90% территории, а остальная площадь приходится на талики, то эту территорию относят к зоне сплошного развития мерзлых толщ. Как видим, термин «сплошная мерзлота» достаточно условен; даже в самых суровых климатических условиях массивы вечной мерзлоты расчленяются таликами.

Южнее располагается зона прерывистого массивно-островного распространения вечной мерзлоты, где она занимает от 40 до 70% территории. Здесь особенно много таликов. Помимо отмеченных выше участков они занимают места с преобладанием грубообломочных и песчаных отложений, хорошо фильтрующих поверхностные воды, которые препятствуют глубокому промерзанию литосферы. Южная часть области вечной мерзлоты занята зоной островного развития мерзлых толщ. В сравнении с зоной сплошного развития вечной мерзлоты здесь талики и участки вечной мерзлоты как бы меняются местами. На общем фоне талых грунтов в местах, где имеется дефицит тепла (склоны северной экспозиции, заболоченные участки с торфяно-моховым покровом и т. д.), присутствуют мерзлые толщи, общая площадь которых не более 10%, а чаще — намного меньше. Южная граница общего ареала вечной мерзлоты обычно включает все острова мерзлых толщ.

БЛАГОДАРЯ ГОРНОМУ РЕЛЬЕФУ острова вечной мерзлоты проникают далеко на юг. В Европе массивы вечной мерзлоты находятся в горах Скандинавии и Исландии, в Альпах, Пиренеях, Карпатах и на Кавказе. Естественно, что в горах вечная мерзлота начинается с определенной высоты, где среднегодовые температуры грунта не выше 0° С.

В Северной Америке вечная мерзлота равнин сливается на западе с мерзлотой Скалистых гор Канады. Но острова вечной мерзлоты в горах распространяются значительно южнее границ общего ее ареала на континенте. На территории США вечномерзлые толщи встречаются в Скалистых горах выше 2200 - 3500 м. Отдельные массивы вечной мерзлоты характерны для вершин высочайших потухших вулканов Мексики (выше 4600 м). В Южном полушарии, за исключением Антарктиды, вечная мерзлота — это элемент высокогорий. Наибольшая площадь (200 тыс. км²) — в Южной Америке, в Андах. На Севере вечная мерзлота распространена выше отметок 5000 — 5300 м, на юге — 1500 - 2000 м. Имеется небольшой массив (11 тыс. км²) вечной мерзлоты в Альпах южного острова Новой Зеландии. Здесь на широте 43° южной широты высотная граница вечной мерзлоты совпадает с высотой 1600 м. Острова вечной мерзлоты встречаются даже на Новой Гвинее на высоте 4500 м над уровнем моря.

Единственный материк, где вечная мерзлота отсутствует, — это Австралия. Даже в Африке предполагается наличие вечной мерзлоты на трех самых высоких горных массивах (выше 5800 м).

Сейчас известно, что некоторые ледники Антарктиды, Гренландии и других ледниковых районов движутся по мерзлому основанию. Следовательно, под ледниками — вечная мерзлота. Есть еще очень много неясного в том, как распространяются мерзлые толщи под ледниками. Под гигантскими ледниковыми покровами Антарктиды и Гренландии возможно в ряде мест донное таяние и отсутствие мерзлого основания. И все же значительные территории Антарктиды и Гренландии заняты вечной мерзлотой, которую называют подледниковой, или субгляциальной. Вечномерзлые толщи распространены не только на суше. Они были обнаружены в морях Восточно-Сибирском и Лаптевых.

Эти острова являются остатками огромной древней равнины, соединявшей Азию и Северную Америку и разрушенной наступающим морем в последние 10 тыс. лет. На мелководьях шельфов морей Бофорта, Лаптевых, Восточно-Сибирского, Карского вечная мерзлота залегает на разной глубине и простирается от берега на многие десятки и сотни километров. Мощность шельфовой мерзлоты достигает нескольких сотен метров. Шельфовая мерзлота получила название субаквальной.

На континентах вечная мерзлота охватывает самые разнообразные типы рельефа — от низменностей и равнин до высокогорий. Она распространена в различных климатических поясах и ландшафтных зонах — от арктических пустынь и тундр до степей и полупустынь.

Главные планетарные закономерности в распространении вечной мерзлоты объясняются совместным проявлением широтной географической зональности и высотной поясности. Некоторые исследователи, стремясь подчеркнуть влияние этих двух глобальных факторов на распространение вечной мерзлоты, разделяют вечномерзлые толщи континентов на мерзлоту приполярную и альпийскую, или горную. Приполярная вечная мерзлота развита на низменностях, равнинах, плато, плоскогорьях, горах. Альпийская вечная мерзлота — это часть горного ландшафта, ее возникновение обусловлено исключительно высотным фактором.

ТЕМПЕРАТУРА И МОЩНОСТЬ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ. Температура и мощность вечной мерзлоты — важнейшие характеристики, определяющие ее устойчивость. Как правило, эти параметры меняются с разной последовательностью. Сначала — температура, а затем — мощность.

МИНИМАЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ обычно наблюдаются в приповерхностном слое вечномерзлой толщи, а по мере углубления температура повышается до 0° С на подошве. Температура мерзлых толщ непостоянна. В верхнем горизонте она изменяется в течение года. Весной и летом верхние слои постепенно нагреваются, а самый верхний нагревается настолько, что оттаивает на небольшую глубину. Осенью и зимой этот слой промерзает и температура достигает минимальных значений. Колебания температуры, происходящие в верхнем слое в течение года, называются сезонными колебаниями, и они постепенно затухают на некоторой глубине (обычно 10 - 15 м). Ниже температура вечномерзлой толщи остается постоянной в течение года. Но это не означает, что на больших глубинах температура вечной мерзлоты не изменяется вообще. Здесь она также нестабильна, но изменения происходят медленно вслед за вековыми, тысячелетними и более длительными колебаниями климата. Когда говорят о температуре вечной мерзлоты, то имеют в виду среднегодовую температуру на глубине, где прекращаются сезонные колебания температуры. Среднегодовые температуры вечной мерзлоты изменяются в широких пределах — от 0 до -15° С. Минимальные температуры вечной мерзлоты наблюдаются в самых северных пределах ее ареала, в зоне сплошного распространения. К югу температура вечной мерзлоты постепенно становится выше и на южной границе равна 0° С. Широтная температурная зональность мерзлоты сочетается с вертикальной поясностью в горах, где по мере подъема температура вечной мерзлоты понижается.

ТОЛЩИНА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ увеличивается с юга на север — от 3 - 4 до многих сотен метров. Однако в каждом конкретном районе толщина мерзлоты зависит от геологического строения земной коры, водонасыщенности промерзших толщ, рельефа, глубинных потоков тепла и т. д. В горах, расположенных в пределах ареала вечной мерзлоты, ее мощность обычно резко возрастает. Так, в Северном Забайкалье, на хребте Удокан, мощность толщ, имеющих отрицательную температуру в течение всего года, достигает 1300 м, а в высокогорных частях Памира и Тянь-Шаня подобные толщи могут иметь мощность в 2,5 - 3 км. По сравнению с горными системами мощность мерзлых толщ на равнинах выглядит не столь впечатляюще: на севере Западной Сибири это 400 - 600 м, в районе устья реки Лены — 600 - 650 м.

Велика роль слоя сезонного оттаивания. Именно благодаря ему в зоне вечной мерзлоты возможно произрастание высших растений: трав, злаков, кустарников и даже деревьев.

Экологическая роль слоя сезонного оттаивания исключительно велика, в нем располагается корневая система растений, которая развивается преимущественно в горизонтальном направлении.

В северных районах вечной мерзлоты — тундровый тип растительности. Однако большая часть территории с вечной мерзлотой покрыта тайгой. (В азиатском ареале вечной мерзлоты в тайге преобладает сибирская разновидность лиственницы.) На юге зоны вечной мерзлоты встречаются даже степи, которые широко представлены в Монголии.

ослаблена корневая система, деревья малы по размеру, с чахлой кроной.

Совсем другую экологическую роль играет слой сезонного оттаивания во внутриконтинентальных районах Азии с засушливым климатом, где испарение превышает осадки, например в Центральной Якутии. Здесь слой сезонного оттаивания становится своеобразным коллектором почвенной влаги благодаря конденсации водяного пара в нижних его горизонтах, в непосредственной близости от вечной мерзлоты, где температура в летние месяцы не столь высока, как на поверхности. Не будь этого, на обширных пространствах Центральной Якутии и юга Средней Сибири простирались бы безжизненные пустыни.

Подземный лед — это важнейший компонент вечной мерзлоты. Отрицательная температура создает условия для возникновения льда в грунтах.

ПРИСУТСТВИЕ ЛЬДА в мерзлой толще кардинально меняет ее свойства по сравнению с исходным, немерзлым грунтом. В то же время большие массивы скальных грунтов или грунтов, насыщенных достаточно концентрированными растворами, могут иметь отрицательную температуру и при этом совсем не содержать льда. Подобные толщи полупили название морозных, в отличие от мерзлых, т. е. содержащих лед.

Количество льда в вечномерзлых толщах разного типа неодинаково. Его содержание изменяется от долей процента, а в некоторых горизонтах и до 100%.

Вечная мерзлота равнин и горных впадин, где промерзли толщи рыхлых грунтов, отличается более сложным распределением льда, значительным содержанием разных типов подземного льда по сравнению с горными массивами и хребтами.

Подземные льды очень разнообразны. Наиболее распространены лед-цемент и сегрегационный лед.

ЛЕД-ЦЕМЕНТ — это мелкие, чаще всего не видимые глазом кристаллы льда, заполняющие поры и небольшие трещинки в грунте. Образуется в результате замерзания воды и сублимации водяного пара в порах и капиллярах, существующих в грунте. Этот вид льда потому и называется цементом, что он как бы цементирует отдельные минеральные частицы в единую монолитную массу мерзлой толщи.

СЕГРЕГАЦИОННЫЕ ЛЬДЫ образуются при промерзании влажных глинистых грунтов. В этом случае грунтовая масса разделяется на ледяные линзочки, прослои, прожилки (ледяные шлиры) и прослои глинистого грунта, сцементированного отдельными кристаллами льда. При формировании сегрегационных льдов происходит перемещение воды из глубоких слоев грунта к фронту промерзания. Таким образом, мерзлый грунт обогащается льдом. В зависимости от темпов промерзания, влажности, типа грунта может сильно меняться форма и толщина ледяных шлиров — тонких слоев льда — от долей миллиметра до нескольких сантиметров. При промерзании массивов твердых коренных пород лед образуется за счет воды, циркулирующей по тектоническим и иным трещинам, а также водяного пара, который, сублимируясь на холодных стенках трещин, создает ледяные щеточки.

КРУПНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ подземного льда наиболее интересны для исследователей. Особое внимание привлекают огромные вертикальные жилы и горизонтальные пласты льда. Жильные льды встречаются на Яно-Индигирской, Колымской, Центрально-Якутской низменностях. Этот вид льда залегает в мерзлой толще в виде вертикальных жил или клиньев шириной до 7 - 8 м. Ледяные жилы создают решетчатый каркас, образовавшийся в результате пересечения двух взаимно перпендикулярных рядов жил. Ледяные жилы могут достигать 10 - 20 м и даже более.

Как же возникают такие льды? Зимой, когда полностью промерзает слой летнего оттаивания, мерзлота образует сплошной монолит, простирающийся в глубь поверхности на многие метры. В области вечной мерзлоты при сильных морозах происходит охлаждение массивов мерзлых толщ. Они испытывают своеобразный тепловой удар и растрескиваются на поверхности. Трещины называются морозобойными. И действительно, образование трещин сопровождается сильным шумом.

МОРОЗОБОЙНЫЕ ТРЕЩИНЫ образуют в плане геометрически правильную, тетрагональную или гексагональную сеть, что объясняется закономерным распределением напряжений в мерзлых грунтах при их охлаждении. Морозобойные трещины не только рассекают поверхность почв, но и проникают в глубину на 5 - 6 м. Весной, когда верхние слои грунта оттаивают, в трещины затекает талая вода, которая, просачиваясь вниз, замерзает при соприкосновении с мерзлыми стенками трещины. Так возникает элементарный ледяной клин. Высота его, считая от подошвы слоя летнего оттаивания, составляет несколько метров, а ширина всего 1 - 3 см.

Морозобойные трещины обладают одним замечательным свойством — постоянством места своего возникновения. Из-за того что лед имеет меньшую прочность на разрыв, чем мерзлый грунт, морозобойные трещины из года в год образуются на одном и том же месте. Поэтому этот тип подземного льда был назван повторно-жильным. Ледяной клин растет в ширину и за столетие может достигнуть 2 - 3-метровой ширины.

Но, пожалуй, самое удивительное в том, что ледяные клинья растут не только вширь, но и в высоту. В это трудно поверить. Многих исследователей ставили в тупик реально существующие жилы льда вертикальной протяженностью в несколько десятков метров, тогда как теоретически максимально возможное морозобойное растрескивание не может быть больше 10 - 12 м, а обычно оно равно 5 - 6 м. Объяснение этому явлению нашел российский географ-мерзлотовед А. И. Попов. Он выдвинул концепцию синхронного роста жил и осадконакопления, которое повышает поверхность Земли. В результате жилы льда растут вверх. Подобное сочетание морозобойного растрескивания, роста жил и осадконакопления существует в природе и сейчас на поймах северных рек — Яны, Лены, Колымы и других, а также у подножий склонов, где скапливаются современные речные и склоновые отложения.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ МОЩНЫХ ПОВТОРНО-ЖИЛЬНЫХ ЛЬДОВ, широко распространенных на севере Восточной Сибири и Новосибирских островах, вызвало оживленную дискуссию ученых, которая продолжалась с конца XIX и до середины 50-х гг, XX столетия. В ней можно обнаружить немало драматических страниц и интересных сюжетов.

В конце XIX и до середины XX в. в научной среде бытовало мнение, что льды — это погребенные остатки древних ледников. И только в 1952 г., когда была разработана концепция роста повторножильных льдов, такая точка зрения была пересмотрена. Любопытно, что еще в 1820 - 1823 гг. участвовавший в экспедиции Гидрографического департамента на побережье моря Лаптевых и Новосибирских островах медик А. Е. Фигурин исследовал многочисленные обнажения залежей подземных льдов по берегам рек и отнес их к повторно-жильным. Подобное заключение ему, безусловно, помогли сделать наблюдения за формированием морозо-бойных трещин. Но значительная вертикальная протяженность повторно-жильных льдов А. Е. Фигуриным не объяснялась.

САМЫЕ ЖЕ КРУПНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ ЛЬДА в толще вечной мерзлоты — это так называемые пластовые льды. Они представляют собой преимущественно горизонтально ориентированные пласты льда, простирающиеся на многие сотни метров. Их вертикальная мощность колеблется от нескольких метров до десятков и более. Пластовый лед встречается, как правило, в верхних горизонтах мерзлых толщ (до 40 - 50 м), но известны пластовые льды и на больших глубинах — до 100 - 150 м.

Пластовые льды широко распространены на севере Западной Сибири, на Чукотке, северо-западе Канады и на Аляске. В некоторых случаях они имеют горизонтальную слоистость, иногда пластовые льды сильно деформированы, смяты в складки, так же как и вмещающие их мерзлые грунты. В ряде случаев пластовые льды залегают в виде крупных наклонных слоев. Лед пластовых льдов либо чистый, без включений, либо содержит небольшие слои мерзлых суглинков, песка, валунов.

Среди мерзлотоведов нет единства в понимании происхождения крупных пластов льда, заключенных в мерзлых толщах. Собственно, само наличие пластовых льдов таких больших размеров и их широкое распространение в упомянутых районах установлено относительно недавно — в конце 60 — начале 70-х гг. XX столетия.

Мерзлотные формы рельефа возникают в результате изменения строения поверхности Земли различными криогенными процессами: морозобойным растрескиванием почвы, протаиванием подземного льда и пучением.

НАЛЕДИ — это ледяные поля различных размеров и очертаний. Возникают они в результате неравномерного промерзания речных, озерных вод и подземных источников воды зимой, в сильные морозы. Увеличение напора воды приводит к прорыву слоев промерзшего грунта, излиянию воды на поверхность, где она и замерзает, образуя наледь. Нередко прорывы воды на поверхность сопровождаются взрывами. Слоистость наледи — результат цикличности излияний воды на поверхность. Особенно благоприятные условия для формирования наледей создаются в горных районах, где резко континентальный климат с морозными и малоснежными зимами.

НАЛЕДИ представляют большую опасность для многих сооружений, особенно для шоссейных и железных дорог. Наледь провоцируется даже незначительными изменениями природы. Например, на дорогах зимой убирается снег, в результате под полотном дороги грунт промерзает глубже. Мерзлый барьер под дорогой становится препятствием для потока подземной воды на прилегающем склоне. Поэтому на склоне начинают образовываться наледи.

Наибольшее количество наледей встречается в Забайкалье и Верхояно-Колымской горной стране на северо-востоке Азии. Это своеобразный наледный центр нашей планеты. Наледи чаще всего расположены в долинах рек и напоминают ледники. Но ничего общего с ними они не имеют. Это их антипод.

КОГДА ЛЕТИШЬ на небольшой высоте на самолете или вертолете вдоль побережья Ледовитого океана, то видишь бескрайние пространства, имеющие правильный рисунок. Что это? Прямоугольники возделанного поля? Каналы ирригационной системы? Ни то, ни другое. Это типичная полигональная тундра, которая занимает огромные пространства на низменностях северной Якутии, Чукотки, Западной Сибири. Рисунок полигонов очень разнообразен: четырех-, пяти-, шестиугольные; одни — плоские, другие — с небольшими валиками по краям и с мелкими озерками в центре; третьи — с выпуклой центральной частью и ограниченные канавками с водой. Размер полигонов колеблется от 10 - 15 до 40 - 50 м. Образовались они в результате неоднократного морозного растрескивания почвы. Под их краями в разрезе, как правило, залегают ледяные жилы.

БУГРЫ ПУЧЕНИЯ — результат промерзания изолированных таликов, возникающих после спуска или зарастания озер. Особенно выразительны крупные конические бугры высотой до 40 м. Их основание имеет в плане овальную форму и размер от нескольких десятков до сотен метров. Быстрое промерзание осушенных подземных таликов сопровождается пучением и довольно быстрым ростом бугра, который аборигены Северной Америки назвали пинго, а якуты — булгунняхами. В научной литературе бугры пучения называются гидролакколитами. Ядро бугров пучения представлено либо чистым льдом, либо сильно льдистым грунтом. Много бугров пучения в прибрежной зоне материковой части Канады, и особенно многочисленны эти формы на полуострове Туктояктук, который можно без преувеличения назвать царством пинго.

Биография современной вечной мерзлоты начала складываться 1 - 2 млн лет назад. Мерзлотные процессы реагируют на изменения природной среды разной продолжительности: от многих тысячелетий до кратковременных, охватывающих всего несколько лет.

РАСЧЕТЫ ПОКАЗАЛИ, что вечная мерзлота в современных климатических условиях не может сформироваться, она возникла при более низких отрицательных температурах. Об этом свидетельствуют и реликтовые, не развивающиеся сейчас гигантские повторно-жильные льды в Центральной и Северной Якутии.

Контуры вечной мерзлоты за последние 1 - 1,5 млн лет изменились.

На основании точных физических датировок возраста мерзлых толщ ученые установили,  что вечная мерзлота существует  в  Якутии  по  крайней  мере  на  протяжении 1 млн лет. Предполагается, что с получением новых данных этот возрастной рубеж еще опустится в глубь веков. Наиболее древние мерзлые толщи найдены в Колымской низменности на севере Якутии, поэтому ее нередко называют колыбелью вечной мерзлоты. Следовательно, в вечной мерзлоте Якутии содержатся самые древние из обнаруженных на нашей планете льды.

Подземные льды вечномерзлых толщ оказываются, таким образом, значительно древнее льдов современных наземных ледников, даже антарктического ледникового покрова, ледовая масса которых из-за постоянного движения полностью обновляется за десяток тысяч лет.

ОСОБОЕ ВЛИЯНИЕ на вечную мерзлоту оказал экстремально суровый этап развития природной среды — конец последнего ледникового периода, датируемый 12 - 15 тыс. лет назад. В то время вечная мерзлота охватывала огромные территории Евразии и включала помимо ее современного ареала юг Западной Сибири и Северный Казахстан, большую часть европейской территории России и Западной Европы. Особенно кардинально изменилась природа Европы. Большая часть территории Франции, Германии, Польши, Чехии, Словакии, Венгрии, Румынии оказалась скованной вечной мерзлотой. На Восточно-Европейской равнине граница вечной мерзлоты достигала Южной Украины. Это был грандиозный трансконтинентальный пояс вечной мерзлоты, примыкавший с юга к покровному леднику, занимавшему северную часть Европы. Так далеко на юг не доходил ни один покровный ледник. Северные моря тогда осушались до глубины 100 м. Осушенные шельфы морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского промерзали на несколько сотен метров в глубину.

В Евразии площадь древней мерзлоты с учетом ее экспансии на юг, в средние широты и на север, на шельфовые пространства, составляла около 25 млн км², т. е. более чем в два раза превышала современную. Экстремальных значений достигали и мощности древней мерзлоты на равнинах, вероятно, до 2 — 2,5 км.

В Северной Америке по современным реконструкциям южная граница вечной мерзлоты проходила между 35° и 40° с. ш. там, где сейчас жаркий штат Колорадо. Но в отличие от Евразии ширина полосы древней мерзлоты в Северной Америке не была столь большой.

РЕКОНСТРУИРОВАТЬ АРЕАЛ распространения древней мерзлоты помогли следы морозобойных трещин, повторножильных льдов, полигональных форм рельефа, следов пучения, вымораживания и др. Таяние этой колоссальной зоны мерзлоты до современных ее границ произошло вследствие коренной перестройки природных ландшафтов при переходе от ледникового периода к современному геологическому периоду. В Европе это отступание происходило с колоссальной для природных процессов скоростью. Например, на Восточно-Европейской равнине южная граница древней мерзлоты переместилась к северу почти на 2 тыс. км всего за 1000 - 1500 лет. Подобные скорости сокращения мерзлоты близки к катастрофическим и не имеют аналогов в современных условиях.

Моделирование — один из главных методов познания окружающего мира, когда сам изучаемый объект (явление или процесс) заменяется другим, вспомогательным естественным или искусственным объектом — моделью. Модель замещает реальность на отдельных этапах исследования, и свойства ее в чем-то подобны свойствам изучаемого объекта. Она облегчает и упрощает процесс исследования, делает его менее трудоемким и более наглядным. Свойства и закономерности, установленные на моделях, переносятся затем на реальные объекты. Моделирование дает новые факты и знания, подсказывает оригинальные идеи, помогает экспериментировать, выдвигать и проверять гипотезы, а в конечном счете ведет к новым открытиям.

В СОВРЕМЕННОМ ПОЗНАНИИ моделирование понимается очень широко. В науках о Земле моделью принято считать любой заменитель реального объекта: географические (геологические и др.) описания — описательные, или вербальные (т. е. словесные), модели; карты, аэро- и космические снимки, профили и разрезы, диаграммы и блок-диаграммы — графические, или иконические (изобразительные) , модели; уравнения и формулы — математические модели; образцы, макеты — физические, или натурные, модели и т. д.

Моделирование никогда не воспроизводит всех свойств реального объекта, а лишь в большей или меньшей степени приближает к нему. При этом отбрасываются ненужные детали и выделяются (моделируются) наиболее существенные, на которых сосредоточивается внимание. Моделирование — сильнейший инструмент исследования. Им пользуются все науки, в особенности естественные и технические отрасли знания. В науках о Земле самыми распространенными и удобными моделями традиционно служат карты.

ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ КАРТА — удивительное творение разума и рук человеческих, маленькая модель мира. Она распахнута на все четыре стороны света и зовет к познанию недр земных и космического пространства, дна океанов и непроходимых тропических лесов.

Касаясь карты циркулем и грифелем, можно двигаться по самым необычайным маршрутам с любой скоростью, по суше и по морю или вовсе без дорог. За множеством знаков и надписей, за плавными изгибами сетки меридианов и параллелей открывается то, что скрыто от взора, и в новом свете от полюса до полюса предстает Земля — планета людей.

КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ РИСУНКИ создавались еще первобытным человеком. С их помощью обозначались охотничьи угодья, соседние поселения, реки, тропы, ориентиры.

В России карты долго назывались чертежами, и в Толковом словаре В. И. Даля карта определяется именно как «чертеж какой-либо части Земли, моря, тверди небесной». Лишь в эпоху Петра I появились сначала ландкарты, а потом карты.

Определение отражает основные свойства карты. Во-первых, математический закон построения, т. е. применение проекций, с помощью которых можно перейти от сферической поверхности Земли к плоскости карты. Во-вторых, генерализованность карты, иначе говоря, отбор и обобщение изображаемых объектов. В-третьих, знаковость карты, т. е. использование особого языка условных символов».

СВОЙСТВА КАРТЫ хорошо понятны при сопоставлении карт с аэро- и космическими снимками. Снимки дают подробный портрет, копию местности без всяких условных знаков, и территория предстает такой, какова она есть. Картографические условные знаки во многом обогащают изображение, так как позволяют передать количественные и качественные характеристики объектов, например могут указать породы леса или проходимость болот. С помощью знаков обозначаются объекты, не доступные взору человека, например рельеф дна океана, строение земной коры на больших глубинах и т. п. Более того, благодаря условным знакам можно наглядно представить даже то, что нельзя ни сфотографировать, ни воспринять органами чувств, например магнитное склонение, аномалии силы тяжести и др.

Знаками можно показать динамику процессов, их ход во времени и перемещение в пространстве (атмосферные вихри, миграции населения). Наконец, карты способны представить не только реальные объекты, но и научные абстракции, скажем, градиент поля температур пли устойчивость ландшафтов к химическому загрязнению.

Снимок объективен, он показывает то и только то, что видно на местности. Картограф же сам выбирает знаки и способы изображения, решает, что и как будет показано на карте, что не очень существенно и может быть исключено. При этом он руководствуется не только научными принципами, правилами и инструкциями, но и своими знаниями, собственным пониманием сути и значимости картографируемого явления. Карта в отличие от снимка не является копией местности. Карта — это изображение реальности, пропущенное через голову и руки картографа. Образно говоря, на снимке представлены только факты, а на карте еще и научные понятия, обобщения, логические абстракции.

КАК МОДЕЛЬ карта обладает свойствами, очень удобными для специалистов в области наук о Земле. Прежде всего это геометрическое подобие, благодаря чему читатель получает точное представление о форме объектов, их взаимном размещении, конфигурации, т. е. о пространственной структуре. Карты обладают масштабом и метричностью. По ним, как по моделям, можно проводить измерения, определять количественные (картометрические) показатели и качественные характеристики. Важнейшие свойства карты — наглядность и обзорность.

Человек лучше всего воспринимает наглядный зрительный образ, быстро «схватывая» объект во всей его целостности и сложности. Известно, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, и карты предоставляют такую возможность. Они открывают взгляду сколь угодно обширные пространства, вплоть до планеты в целом.

Никакая из известных в географии моделей не обладает этими свойствами в такой степени, как карта. Наконец, карту отличает высокая информативность. Она намного информативнее и компактнее любого географического описания. На единице ее площади размещается большое число знаков, количественных характеристик, названий.

Изучение Земли сегодня невозможно представить без карт. География, геология, геофизика и геохимия, океанология и планетология — все они наносят результаты своих исследований на карты, обобщают и анализируют их с помощью карт, формулируют новые гипотезы, составляют и проверяют прогнозы.

Картография дает наукам о Земле общий язык, единый метод познания, п они не могут обойтись без карт, подобно тому как физика, электроника, техника не могут обойтись без математики. Велика роль карт в образовании: с детских лет мы привыкли видеть карту на классной доске. Теперь новые времена, и учебные карты все чаще высвечиваются на экранах школьных и домашних компьютеров.

Картография предоставляет информацию, совершенно необходимую для развития экономики, культуры, науки, для обеспечения обороноспособности и экологического контроля, помогает предупреждать чрезвычайные ситуации. Тот, кто владеет информацией, в том числе картографической, владеет и ситуацией. Так было всегда, а в настоящее время новейшая электронная картография производит ценнейший продукт, необходимый обществу и каждому человеку. Именно в этом непреходящее значение картографии в познании и истолковании всего, что происходит на планете.

КАРТОГРАФИЮ определяют как область науки, техники и производства, которая охватывает создание, изучение и использование картографических произведений как моделей окружающей действительности. Иногда добавляют, что картография — это еще и «искусство создания карт», и в этом большая доля истины. Картография тесно связана с искусством: многие старинные карты и глобусы приобрели теперь немалую художественную ценность и даже стали объектами коллекционирования.

Теоретики картографии имеют разные взгляды на нее как на науку. Одни считают, что картография, как и география, помогает познавать окружающий мир, но только с помощью особых средств — картографических моделей. Таким образом, во главу угла ставится именно познание и моделирование. Другие, и их немало, утверждают, что основное назначение картографии — передача пространственной информации в картографической форме. Карты рассматриваются как своеобразные каналы информации, по которым сведения передаются от составителя карты к читателю. В такой трактовке картография становится частью информатики — науки об информации. Третьи считают, что картография — наука о языке карт, о знаковых системах и правилах их использования. Иначе говоря, главные научные устремления должны быть направлены на разработку и совершенствование особого языка картографии, которая предстает таким образом как отрасль лингвистики — науки о языках.

КАЖДЫЙ НОВЫЙ ВИТОК научно-технического развития оказывал влияние на картографию. Сейчас даже трудно себе представить, как кардинально изменилась карта с тех пор, когда ее стали делать на бумаге и перерисовывать в нескольких экземплярах. А когда появились печатные станки, атласы и карты стали доступны знатным и состоятельным людям. Первые тиражи были невелики, всего несколько экземпляров, но развитие картопечатания позволило изготовлять десятки, а потом и сотни копий.

В наши дни благодаря технологии фоторепродукции оригиналов карты можно размножать в тысячах экземпляров. Однако в обиход уже входят карты на экранах компьютеров. Процесс распространения карт стремительно ускоряется, а круг читателей становится неизмеримо шире. В настоящее время все, чьи настольные компьютеры подключены к глобальной телекоммуникационной сети, получили практически мгновенный доступ к крупнейшим картографическим фондам Европы, Америки, Азии, Австралии.

Не меньшую роль в развитии картографии сыграло совершенствование инструментов измерений и методов съемок на местности. Простейшие угломерные геодезические приборы были известны еще до нашей эры, но первые оптические астрономо-геодезические приборы появились лишь в начале XII в. Координатная привязка стала более точной, а значит, существенно расширилось применение карт как в науке, так и на практике.

ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ И ОБЗОРНО-ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ карты имеют многоцелевое применение: при решении хозяйственных, научных, учебных, военных и иных задач. Во всех странах топографическим картографированием занимаются государственные картографо-геодезические службы и военные ведомства. Серии карт разных масштабов, покрывающих всю страну, постоянно обновляются. Это требует огромных затрат и везде считается делом государственной важности. В России топографо-геодезические работы выполняет Федеральная служба геодезии и картографии (Роскартография). Россия располагает самым крупным в мире единым блоком топографических карт в масштабе 1:25 000, который включает десятки тысяч листов. Кроме того, составлены единые блоки карт в масштабе 1:100 000 и в более мелких. Для отдельных промышленных районов и крупных городов делают свои крупномасштабные топографические карты и планы.

Содержание топографических карт составляют основные элементы местности:

рельеф (естественные и искусственные формы);

гидрографическая сеть и гидротехнические сооружения;

растительность, основные сельскохозяйственные угодья и грунты;

населенные пункты и отдельные строения;

промышленные, сельскохозяйственные и социально-культурные объекты;

наземные пути сообщения и линии связи; границы и ограждения;

геодезические пункты.

Умение пользоваться топографическими картами необходимо каждому человеку — хозяйственнику и инженеру, штурману и ученому, автотуристу и пешеходу, охотнику и краеведу. Таким образом, эти карты в разных видах входят в повседневную жизнь. Например, навигационная карта — основной документ, обеспечивающий судовождение и безопасность плавания в открытом море. На такие карты наносят глубины, отмечают состав донного грунта, береговую черту и приливно-отливную зону, подводные коммуникации, заметные объекты на берегу, которые могут служить ориентирами, наносят отмели, рифы, подводные скалы — одним словом, все, что необходимо мореплавателю. Анализ топографических карт — мощное средство исследования, которым пользуются все науки о Земле. Например, изучая детали рельефа местности по топографической карте, ученый может многое узнать о глубинной геологической структуре и даже предположить месторождения полезных ископаемых. Дело в том, что процессы, происходящие в земных недрах, так или иначе отражаются в строении поверхности, нужно только уметь это увидеть.

ТЕМАТИЧЕСКИМИ называют карты природных и общественных (социальных и экономических) явлений, посвященные какой-либо определенной теме. Картографировать можно все, что существует в окружающем мире: воздушные течения в атмосфере и донную фауну в океане, перевозки грузов и прирост населения, заболеваемость гриппом и участие в выборах и многое другое. И не только реальные, но абстрактные объекты, например продуктивность растительного покрова или устойчивость экономического развития территории.

Земля не идеальный шар. Как всякое вращающееся тело, она немного сплюснута у полюсов, а кроме того, имеет пологие впадины и выпуклости, связанные с неравномерным распределением масс в теле планеты. Неправильную фигуру Земли называют геоидом (от греч. део — Земля и eidos — вид). Его очень сложно описать математическими формулами.

Разнообразие обозначений на картах практически безгранично. Картограф свободен в выборе знаков и способов оформления, и это позволяет составлять яркие, оригинальные карты всевозможных стилей, открывающие простор творческой мысли и воображению читателя. Однако свобода выбора осложняет унификацию и стандартизацию знаков.

ИЗВЕСТНО, что в математике приняты строго установленные обозначения, а в химии каждому элементу периодической таблицы присвоен один и только один символ. В картографии не так. Город на карте можно показать кружком, звездочкой, квадратиком, стилизованным рисунком домика или как-то иначе, причем есть очень много вариантов кружков или звездочек разного цвета и размера. И если математические формулы и химические уравнения всегда понятны специалистам, то любая карта нуждается в легенде, разъясняющей смысл обозначений. Унифицированы и закреплены только условные знаки топографических, аэронавигационных и морских карт. Из тематических карт лишь геологические и отчасти почвенные имеют стандартизированные легенды. Для других карт унификация отсутствует.

Не следует, однако, думать, что в выборе условных знаков царит полный произвол. Есть установившиеся нормы, обусловленные особенностями самого картографируемого явления, определенные правила сочетания знаков и традиции. Многое диктуют условия восприятия знаков, необходимость измерения по картам и др. И при этом все картографические знаки можно составить всего из шести графических переменных: формы, размера, ориентировки, цвета, насыщенности цвета и внутренней структуры знака. Из этих элементарных компонентов формируется все богатство знаков подобно тому, как все многообразие существующих мелодий состоит всего из шести нот.

КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВНЫЕ ЗНАКИ - это графические символы, с помощью которых на карте обозначают вид объектов, их местоположение, форму и размеры, а также дают их качественные и количественные характеристики. Исторически условные знаки развивались на основе картинных перспективных рисунков различных объектов местности: гор, рек, лесов, дорог, населенных пунктов. Древние картографы старались передать с помощью этих рисунков индивидуальные особенности каждого объекта, например, архитектуру храмов в городах, состав пород леса и т. п. Постепенно эти рисунки теряли свою индивидуальность, деревни стали показывать одними значками, города — иными, для основных дорог применяли одни линии, а для второстепенных — другие. Порой обозначения на картах полностью утрачивали внешнее сходство с изображаемым объектом, скажем, города обозначались кружочком. Знаки приобретали все большую условность и абстрактность.

НА СТЫКЕ КАРТОГРАФИИ И СЕМИОТИКИ - лингвистической науки, исследующей свойства знаков и знаковых систем, сформировался особый раздел — картографическая семиотика (картосемиотика), в рамках которой разрабатывается общая теория систем картографических знаков как языка карты. В ней изучается довольно обширный круг проблем, касающихся происхождения, классификации, свойств и функций картографических знаков и способов картографического изображения. Наука семиотика включает три основных раздела: синтактику, семантику и прагматику, соответственно эти разделы существуют и в картографической семиотике: картографическая синтактика изучает правила построения и пользования знаковыми системами, их структурные свойства, грамматику языка карты; картографическая семантика исследует соотношения условных знаков с самими отображаемыми объектами и явлениями; картографическая прагматика изучает информационную ценность знаков как средства передачи информации и особенности их восприятия читателями карты.

УСЛОВНЫЕ ЗНАКИ подразделяют на три основные группы — точечные, линейные, площадные. Точечные знаки применяют для показа объектов, локализованных в пунктах (таких, например, как нефтяные вышки или города на мелкомасштабных картах). Эти знаки всегда внемасштабны, их размеры на карте не отражают истинных размеров объектов на местности. Линейные знаки используются для показа линейных объектов: рек, дорог, границ, тектонических разломов и т. п. Они масштабны по длине, но внемасштабны по ширине. Площадные знаки применяются для показа объектов, представляющих на карте свои размеры и очертания, например для лесных массивов, озер, почвенных ареалов и др. Такие знаки обычно состоят из контура и его заполнения, они всегда масштабны, по ним можно точно определить площадь объектов.

До недавнего времени все условные знаки были статичными, однако с развитием электронных технологий появились динамические условные знаки. Это движущиеся, изменяющиеся знаки, используемые в компьютерных картографических анимациях. Они также могут быть точечными, линейными или площадными (фоновыми).

Роль знаков не ограничена только передачей информации. Знаки служат средством фиксации, формализации и систематизации знаний. Не менее важны познавательные (гносеологические) функции картографических условных знаков. С ними можно выполнять действия, преобразовывать их из одной формы в другую, проводить измерения. Знаки служат средством формирования научных понятий, конкретизации, визуализации теоретических выводов, т. е. способом научного познания.

СПОСОБЫ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ. Объекты, явления, процессы, которые наносятся на карты, различны по своим свойствам. Иначе и не может быть, ведь картографируется все, что есть на Земле. Одни объекты расположены в пунктах, другие протягиваются узкими линиями, третьи занимают обширные площади. Есть объекты непрерывные, как, например, рельеф (он повсюду на земном шаре), а есть дискретные, скажем, распространение животных. Наконец, одни объекты неподвижны, а другие непрерывно перемещаются, например ветры, морские течения, железнодорожные грузопотоки. Системы условных обозначений, применяемые для объектов и явлений с разным характером пространственной локализации и размещения, называют способами картографического изображения. В картографии разработан целый арсенал способов, и каждый из них может показать объекты и явления с тем или иным характером размещения — неподвижные или динамичные, непрерывные или дискретные. Картографы владеют этими способами подобно тому, как математики оперируют знаками сложения, вычитания, умножения или интегрирования: для каждого действия — свой знак. Они умеют правильно сочетать знаки, т. е. грамотно «писать» знаковые «тексты».

Значки применяют для объектов, локализованных в пунктах. Это населенные пункты, месторождения полезных ископаемых, промышленные предприятия, отдельные сооружения, ориентиры на местности и т. п. Встречаются значки трех видов: абстрактные геометрические (кружки, квадраты, звездочки, ромбы и др.); буквенные (буквы русского или латинского алфавитов, например Ф или AI, обозначающие месторождения фосфоритов или алюминия), наглядные значки (пиктограммы), напоминающие изображаемый объект, например: рисунок самолета обозначает аэродром, туристская палатка — кемпинг и. т. п.

Близки к значкам по своему виду локализованные диаграммы. Они показывают изменение явлений в пунктах наблюдения (измерения), например: график изменения температур и осадков, измеренных на метеостанциях; диаграммы загрязнения речных вод, приуроченные к гидропостам, и т. п. Ясно, конечно, что локализованные диаграммы характеризуют не только эти пункты, но и прилегающую территорию.

ЛИНЕЙНЫЕ ЗНАКИ И ЗНАКИ ДВИЖЕНИЯ, как следует из самого их названия, изображают линейные объекты и перемещения в пространстве и времени. Так, например, береговые линии, разломы, дороги, атмосферные фронты, границы природных зон показываются на картах с помощью линейных знаков. Знаки движения (векторы и полосы движения) отражают перемещение атмосферных вихрей, перелет птиц, передачу электроэнергии, миграцию населения, распространение болезней.

Для непрерывных, сплошных, плавно изменяющихся явлений, образующих физические поля, применяют изолинии, т. е. линии, соединяющие точки с одинаковыми значениями какого-либо показателя. Это один из самых распространенных способов. С его помощью на картах передают, например, характер рельефа, поля магнитной напряженности, показатели давления, температур и т. д. (для чего используются соответственно изогипсы, изогоны, изобары, изотермы и т. д.). Семейство различных изолиний весьма обширно и насчитывает десятки названий.

Изолинии — очень удобный, гибкий и информативный способ изображения, обладающий высокой метричностью. С помощью изолиний можно получать самые разнообразные количественные характеристики: абсолютные и относительные значения явления, уклоны и градиенты, степень расчленения и многое другое. Изолинии настолько удобны, что их часто приспосабливают к явлениям, не имеющим на самом деле сплошного распространения, например дают изолинии плотности населения или даже изолинии распаханности территории, хотя ясно, что население и пашни распространены не сплошь по всей территории и не образуют непрерывных полей. Такие условные изолинии называют псевдоизолиниями.

Еще один чрезвычайно популярный способ — это качественный фон, который всегда характеризует качественные различия отдельных районов, областей или других единиц территориального деления. Этот способ теснейшим образом связан с любым членением территории, например когда выделяют сельскохозяйственные районы, ландшафты, типы почвенного покрова, растительные ассоциации. Если на карте выделены какие-то районы, значит, обязательно цветом или штриховкой наносится качественный фон.

Есть объекты, которые имеют массовое, по все же не сплошное распространение, тогда применяют особый точечный способ. На карту наносят множество точек, и каждой придается некий «вес», скажем, одна точка — это 1000 человек сельских жителей, или одна точка — 200 га посевов, либо одна точка — 500 голов крупного рогатого скота и т. п.

Точки могут иметь разный цвет, например: зеленые точки обозначают посевы пшеницы, желтые — посевы кукурузы; красные — поля подсолнечника и т. д. Точечные карты весьма наглядны, на них хорошо отражаются концентрация объектов и их структура (например, доля площадей под разными культурами).

На биогеографических картах (и не только на них) часто используют способ ареалов, когда выделяют области распространения каких-либо природных явлений (например, животных и растений или ареал нефтегазоносных месторождений). Иногда на карте дают границу ареала, иногда штрихуют эту область либо ограничиваются только надписью без проведения границы, если точное ее положение на местности неизвестно. Многие карты составляют по статистическим данным. Это данные о населении, промышленном производстве, доходах на душу населения и т. п. Такие данные всегда собирают по административным единицам: по районам, областям, странам. Для статистических карт используют два способа: картодиаграммы и картограммы. Картодиаграммы передают абсолютные статистические величины с помощью диаграммных знаков. Это такие, например, показатели, как валовой сбор сельскохозяйственной продукции, общее число учащихся, объем промышленного производства, потребление электроэнергии в целом по районам, областям, провинциям и т. п.

КАРТОГРАММУ используют для отражения относительных статистических показателей. Это всегда расчетные характеристики: скажем, число детских учреждений на тысячу жителей, энерговооруженность сельского хозяйства в расчете на 100 га обрабатываемых земель; процент лесопокрытой площади в районе и т. п. Районы на карте окрашивают по определенной шкале: интенсивность окраски отражает нарастание изображаемого показателя. Поскольку речь идет о статистических показателях, то на картодиаграммах и картограммах всегда присутствует сетка административного деления, так как именно по этим ячейкам и собирают статистические данные.

Способы изображения на картах обычно сочетаются и накладываются друг на друга. Например, на климатической карте качественным фоном можно выделить климатические области, поверх них нанести изолинии средних годовых температур, локализованными диаграммами показать ход осадков по месяцам, а стрелками движения — преобладающие ветры. Важно, чтобы знаки гармонировали между собой, хорошо читались и дополняли друг друга. Это не так-то просто. Уметь выбрать и взаимно расположить знаки — особое искусство. И картография стремится к этому.

ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЛЬЕФА. Рельеф земной поверхности представляет собой сплошное, непрерывное и в целом плавно изменяющееся поле высот. Для его показа обычно применяют изолинии. При этом испокон века существуют два требования: с одной стороны, изображение должно быть пластичным, т. е. наглядным и объемным, а с другой — метричным, иначе говоря, оно должно обеспечивать возможность измерения по карте абсолютных высот и превышений, углов наклона, расчленения и др.

Кроме условных знаков на картах имеется много надписей. Это важный элемент содержания. Надписи обогащают карту, но в то же время могут и ухудшить ее читаемость. Существуют три группы надписей на картах — топонимы, термины, пояснительные надписи.

ТОПОНИМЫ — собственные наименования географических объектов. К ним относятся названия элементов рельефа (оронимы), водных объектов (гидронимы), животных (зоонимы) и т. п.

Термины — понятия, относящиеся к изображенным объектам, например: река, впадина, залив, провинция, область и др.

Пояснительные надписи — самая разнообразная группа надписей, которая включает качественные характеристики («Ель», «Сосна», «Горькое», «Соленое», «Каменный»); количественные показатели (ширина шоссе, высота горной вершины, глубина океанической впадины, скорость течения реки и др.); хронологические надписи (даты событий, географических открытий, наступления каких-то явлений, например начало ледостава); пояснения к знакам движения («Путь Магеллана», «Дрейф ледокола «Седов»); пояснения к линиям картографической сетки («Северный Полярный круг», «К востоку от Гринвича» и т. п.).

Для того чтобы карта точно передавала информацию и легко читалась, каждая надпись должна быть четко привязана к обозначаемому объекту. Надписи размещают компактно, но так, чтобы они не пересекались, не «наползали» на другие элементы, были хорошо видны на цветовом фоне, не располагались «вниз головой». При этом рисунок, цвет, размер шрифта должны подчеркивать значимость и величину объекта. Правильно выбрать шрифт и подписать объект на карте — это целое искусство.

Старинные карты гравировались на медных досках, в ходу тогда были изящные шрифты, с округлыми формами, острыми сопряжениями, тонкими линиями и подсечками, со множеством декоративных деталей. Надписи украшали карту. Шрифты совершенствовались выдающимися художниками Возрождения — Леонардо да Винчи и Дюрером. С введением в печать фотопроцессов такие шрифты стали непригодны: тонкие линии не пропечатывались, «рвались», толстые линии раздавливались, острые сопряжения забивались краской. Для карт потребовались более простые, рубленые картографические шрифты, не столь изысканные, но четкие.

Шрифты различают по кеглю (высоте букв), наклону и толщине букв. Кегль измеряется в пунктах (1 пункт = 0,376 мм). Некоторые шрифты носят специальные полиграфические названия, например: «текст» — 20 пунктов; «корпус» — 10 пунктов; «нонпарель» — 6 пунктов и т. п. Интересно, что благодаря различиям размера, рисунка, цвета сами надписи выполняют роль условных обозначений. Например, крупные судоходные реки подписывают синим прямым шрифтом, несудоходные — наклонным (курсивом), а названия населенных пунктов разного административного значения дают шрифтом разного рисунка и кегля.

СОВРЕМЕННЫЙ ДИЗАЙН ориентирован на удобство чтения, компактность, красоту пропорций, гармоничность сочетания с другими элементами содержания карты. Компьютерные технологии обеспечивают практически неограниченный выбор шрифтов самых разных видов, размеров, рисунков, наклонов. Разработаны даже специальные алгоритмы и программы для оптимального подбора шрифтов и размещения надписей по полю карты, а применение лазерных принтеров вновь возвратило на карты тонкие, изящные надписи.

КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ТОПОНИМИКА — раздел картографии, изучающий географические наименования объектов (топонимы) для нанесения их на карты. Специалисты по картографической топонимике собирают географические наименования на местности, анализируют и систематизируют их, разрабатывают нормы и правила передачи их на картах.

Первично названия объектов устанавливают во время полевых съемок. Их берут из официальных документов, выявляют прежние названия по старым картам и литературным документам, опрашивают местных жителей. Это непростая задача, здесь требуется тщательная проверка названий, чтобы устранить возможные орфографические ошибки в официальных документах. При этом нужно проанализировать разные названия одного и того же объекта, употребляемые местными жителями, особенно в малообжитых районах, чтобы исключить случайные новые названия. Другая сложная проблема топонимики — выбор географических наименований. Это приходится делать в тех случаях, когда есть несколько наименований одного и того же объекта на разных языках, тем более если они приняты в качестве официальных, государственных. Например, в Бельгии многие наименования существуют во французской и фламандской формах (Антверпен и Анвере, Брюгге и Брюж), а в Швейцарии параллельно используются наименования даже на трех языках — немецком, французском и итальянском. В России можно встретить параллельное употребление таких наименований, как Татария и Татарстан, Башкирия и Башкортостан, Якутия и Республика Саха, река Белая и Акитиль и т. п. Бывает, что один и тот же географический объект расположен в разных государствах. Например, река Дунай в Германии и Австрии называется Донау, в Венгрии — Дуна, в Румынии — Дунэря, в Болгарии и Югославии — Дунав. Спорная территория, которая по-английски именуется Фолклендами, в Аргентине носит название Мальвинских островов. В таких случаях надпись на карте становится проблемой политической.

Немало сложностей и неопределенностей возникает при передаче иностранных топонимов. На русских картах принято традиционно писать названия американских городов Нью-Йорк и Новый Орлеан (не Нью-Орлеан), и канадские провинции тоже даются в разных написаниях: Нью-Брансуик, Ньюфаундленд и Новая Шотландия. Специальные национальные и международные топонимические комиссии предпринимают немало усилий для нормализации географических наименований, составляют инструкции по их переводу с одного языка на другой, в особенности с языков, имеющих неевропейские системы письменности (иероглифы, арабица), разрабатывают правила написания на картах новых названий. Такая деятельность была особенно актуальна в связи со множеством переименований, прошедших в странах Азии и Африки после освобождения их от колониальной зависимости. В последние годы изменения на политической карте мира повлияли на изменение географических названий.

ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ географических наименований тесно связана с развитием общества, его хозяйства и культуры. По старым картам можно проследить, как возникали и изменялись многие топонимы по мере освоения территории. Имена географическим объектам присваивали и обоснованно, и совершенно произвольно. Известно, например, что некоторые названия в малообжитых районах произошли от неверно понятых высказываний местных жителей. Так, старики якуты на своем языке объясняли топографам: «Ручей, где я долго спал» или «Место, где потерялась собака», и звучание предложения наносилось в качестве названия на вновь составляемые листы топографических карт. Такие казусы впоследствии устранялись. Нередко и сами топографы совершенно случайно присваивали названия незнакомым объектам: так появлялись ручьи и сопки Геодезистов, Гидрологов, Радистов и т. п., такие наименования тоже потом заменяли на картах.

Выдающийся отечественный географ Н. Н. Баранский писал: «Атлас относится к отдельной карте примерно так, как опера к отдельной музыкальной пьесе». Это очень меткая аналогия. Действительно, каждый атлас — это множество отдельных картографических сюжетов, объединенных общим замыслом и подчиненных единой программе.

Тяжелые фолианты капитальных атласов мира содержат сотни карт, они оправлены в твердые переплеты с золотым тиснением и занимают почти весь рабочий стол. Тонкие учебные атласы легко умещаются в школьном портфеле, а изящные малые атласы можно носить в кармане (они так и называются — карманные). И все это — одна семья особых картографических произведений, отличающихся единством и законченностью. Создание атласа — трудное и ответственное дело, это вершина картографического искусства. Каждый атлас представляет собой картографическую энциклопедию — систематизированный свод знаний и сведений о территории. Точно так же как энциклопедии, атласы бывают универсальными, отраслевыми или региональными.

Считается, что первый атлас появился в Римской империи во II в. н. э. Его автор древнегреческий математик и картограф Клавдий Птолемей включил в атлас карту Ойкумены (всего известного грекам и римлянам мира) и 26 карт отдельных частей Европы, Африки, Ближнего Востока и Южной Азии.

В эпоху Средневековья атлас Птолемея предали забвению, но в самом начале XV в. греческая рукопись и сами карты были переведены на латинский язык, раскрашены и изданы под названием «Космография». Ученые эпохи Возрождения были поражены: древние греки, оказывается, обладали широким географическим кругозором и довольно точно представляли окружающий мир, умели подробно и правильно изображать моря и страны, пользовались градусной сеткой и условными знаками. Атлас Птолемея стали многократно переиздавать, пополняя его новыми картами. Особенно этому способствовало изобретение книгопечатания. Первый печатный атлас был выпущен в 1477 г. в Болонье и за короткий период переиздан более 30 раз с дополнениями и уточнениями. Великий труд Птолемея приобрел столь высокий авторитет, что стал потом даже тормозить развитие картографии. И так продолжалось почти до эпохи Великих географических открытий, когда пределы известного мира раздвинулись, картография поднялась на новую ступень и стали появляться новые атласы.

В Средневековье получили распространение атласы портоланов — особых морских навигационных карт с компасными сетками. На них очень подробно со всеми бухтами и заливами изображалась береговая линия, это и было основное содержание карт. Портоланы использовались для плавания в Средиземном и Черном морях, у атлантического побережья Европы и Африки, иногда в Каспийском море. Атласы портоланов кроме набора таких карт часто содержали еще обзорную карту мира, навигационные таблицы, календари, справочные сведения по астрономии и астрологии.

Во второй половине XVI в. центр картографии переместился в Нидерланды. Здесь возникли картографические мануфактуры, где гравировали и печатали новые карты, изображавшие мир таким, каким он предстал после открытий Колумба, Васко да Гама и других мореплавателей. Это был золотой век картографии. Карты и атласы той эпохи хранятся теперь в библиотеках и музеях как драгоценные памятники науки и замечательные образцы изобразительного искусства.

Гравер и картограф Абрахам Ортелий издал в Амстердаме в 1570 г. собрание карт «Theatrum orbis terrarum», которое можно перевести с латыни как «Зрелище шара земного». Название очень точно передавало суть: в атласе содержалось 53 развернутых листа карт, на первой карте был показан весь мир, затем следовали карты частей света — Америки, Азии, Африки и Европы, а далее карты отдельных стран. Атлас был, по существу, собранием карт, созданных другими картографами. Ортелий указал имена всех авторов, снабдил атлас географическими описаниями, красивым титульным листом, алфавитным списком всех стран и указателем географических названий.

И все же первый атлас в современном его понимании был создан королем картографов Герардом Меркатором, старшим современником Ортелия. Все карты Меркатора были искусно составлены по новейшим источникам, отчетам экспедиций, географическим описаниям и согласованы специально для этого атласа. Для ряда карт были рассчитаны проекции. Меркатор опубликовал в 1585 г. первую часть атласа, а через четыре года — вторую. Всего в атлас вошло около 80 карт европейских стран. Уже после смерти великого картографа труд был завершен его сыном Румольдом и издан в 1595 г. под названием «Атлас, или Космографические соображения о сотворении мира и вид сотворенного». Так впервые в картографии появилось название «Атлас». Оно происходит от имени легендарного мавританского царя Атласа — покровителя наук, философа и картографа, изготовившего первый небесный глобус. Название прочно закрепилось в науке и не только в картографии. Есть, например, атласы растений, животных, атласы облаков и анатомические атласы.

Выход человека в космос, запуск искусственных спутников Земли и съемка с них обеспечили получение нового вида изображений — космических снимков, а к традиционным картам добавились фотокарты.

ДВА ВАЖНЫХ СОБЫТИЯ способствовали появлению нового вида изображений Земли: открытие в 1839 г. фотографии и создание летательных аппаратов — сначала подъем на воздушном шаре, а затем, в начале нашего века, развитие авиации и, наконец, прорыв в космос. Поднявшись над землей, человек вдруг увидел своими глазами то, что он рисовал на картах, и, естественно, захотел зафиксировать эту картину, установив на летательных аппаратах фотокамеру. Фотоснимки старались получать со всего, что могло подниматься над землей, даже к почтовым голубям привязывали фотоаппараты. Но по-настоящему качественные фотографии стали делать с самолетов, получая аэроснимки, а потом, с запуском искусственных спутников Земли, и космические снимки. В первом космическом полете Юрия Гагарина, когда еще не совсем было ясно, сможет ли человек работать в космосе, фотокамера на борту космического корабля отсутствовала. Но уже второй космонавт — Герман Титов работал с фотоаппаратом. Затем специальные спутники оборудовали съемочной аппаратурой для получения космических снимков.

Во время бурного развития аэрофотосъемки в нашей стране один из видных специалистов в этой области Н. Г. Келль писал: «Таким образом, завершается цикл развития картографии; человечество начало с карт-картин и кончает цветными стереоскопическими видами с птичьего полета».

С появлением аэроснимков и космических снимков существенно облегчилось создание топографических и тематических карт и возникли совершенно новые виды картографических изображений — фотопланы и фотокарты, на которых язык условных знаков уступил место «фотопортрету». Такие карты математически строги и точны, нередко оснащены координатной сеткой, но обычно не имеют легенды, разъясняющей, что и как изображено.

Облик земной поверхности, зафиксированный на фотоизображении, говорит сам за себя, и к нему лишь добавляются географические наименования.

ФОТОКАРТУ ЛЮБОГО МАТЕРИКА сейчас можно купить в магазине. А сделана она из множества космических снимков, которые собраны, как мозаика, в единое изображение. Чтобы создать такую фотокарту, нужно большое количество изображений-снимков перевести в нужную картографическую проекцию, соединить, или, как говорят, «сшить» их воедино, избавиться от мешающей облачности, выбрав для фотокарты только безоблачные изображения, позаботиться, чтобы при этом на них не сказались сезонные различия, чтобы вся территория оказалась охваченной единовременным взглядом. Конечно, на такой фотокарте видны только самые главные черты природы континентов — горные хребты, крупные реки и озера, зеленый покров лесов и желтые просторы пустынь. Фотокарты могут отражать не только внешний облик земной поверхности, но и какое-либо природное явление на ней, за развитием которого следят исследователи: снежный покров, морские льды, облачность, концентрацию фитопланктона в водах океанов, сезонное развитие растительности, для чего, например, создаются карты «вегетационного индекса». Обычно это обзорные изображения Земли, континентов, океанов. Но есть и фотокарты городов, где можно отыскать свою улицу и свой дом.

Город быстро меняется, растет, и новые снимки покажут эти изменения. Такие фотокарты, помещенные в компьютер, — важный элемент географических информационных систем (ГИС), которые помогают управлять сложным городским хозяйством.

АЭРОФОТОСНИМКИ получают с помощью специальных фотоаппаратов, которые весят десятки килограммов, заряжаются фотопленкой шириной обычно 18 см и устанавливаются над специальным отверстием в фюзеляже самолета, чтобы объектив «смотрел» прямо на Землю. Уже в годы Первой мировой войны военные летчики выполняли фотосъемку с самолета в разведывательных целях. В 30-х гг. XX в. аэрофотосъемка заменила наземную съемку местности и стала основным методом создания карт. К середине 50-х гг. с помощью аэрофотоснимков были составлены топографические карты всей территории нашей страны в масштабе 1:100 000, а через четверть века завершился огромный труд по созданию карты в масштабе 1:25 000, состоящей из 300 тыс. листов. Появление в эти годы цветных аэрофотоснимков способствовало тому, что их стали широко использовать для изучения горных пород, почв, растительности, составления геологических, почвенных, геоботанических карт, исследования взаимосвязей между природными компонентами, проведения комплексных географических исследований.

Снимок, сделанный фотокамерой и доставленный на Землю, содержит так много деталей изображения, что глаз человека не в состоянии их разглядеть, поэтому изображение увеличивают. При увеличении можно увидеть больше подробностей. При этом целостность изображения не нарушится, на нем не возникнет разрывов, оно останется непрерывным. Фотографические снимки можно увеличивать в 10 - 20 раз.

С разных высот получают снимки различного охвата и детальности. На снимках, сделанных с расстояния 36 тыс. км, видна планета в целом и различаются континенты, но с приближением к Земле на них появляется изображение гор, лесов, городов и даже отдельных зданий.

СРЕДНЕМАСШТАБНЫЕ СНИМКИ. В том же высотном ярусе около 1000 км работают и ресурсные спутники, которые выполняют более детальную съемку с разрешением 100 - 10 м, но охватывают при этом более узкую полосу, уже до 200 км (такие снимки называют локальными). Их масштабы — 1:500 000 - 1:1000 000. На этих снимках видны уже не только черты природы, но и следы проявления хозяйственной деятельности человека: сельскохозяйственные поля, крупные магистрали, города с их планировкой. Такие снимки дают хороший материал для составления среднемасштабных тематических карт (ландшафтных, геологических, почвенных, геоботанических, сельскохозяйственных) и изучения воздействия человека на ландшафты. Но их детальность еще недостаточна для создания крупномасштабных топографических карт и планов городов. Специально для обеспечения точного картографирования запускаются спутники на низкие орбиты высотой около 200 км, с которых получают детальные снимки с разрешением до 1 - 2 м при относительно небольшом охвате в десятки километров. Масштабы снимков 1:100 000 - 1:500 000, на них видна не только планировка населенных пунктов, но и многие элементы городской структуры. Эти снимки используются для создания топографических карт.

Аэросъемку и космическую съемку ведут, регистрируя излучение видимого, теплового инфракрасного и радиодиапазона. На полученных снимках отображаются оптические характеристики (яркость, цвет), температура поверхности, ее неровности.

ОБЫЧНО СНИМКИ фиксируют картину, которую можно увидеть глазами. Это происходит потому, что съемочная аппаратура чувствительна к излучению того же видимого диапазона, который воспринимает глаз человека.

Из физики известно, что вслед за видимым (при возрастании длин волн излучения) идет инфракрасный, а затем и радиодиапазон.

Используя специальные приемники излучения, можно регистрировать на снимках и такое излучение. Тогда-то на снимках появятся не видимые глазом предметы.

НА ЧЕРНО-БЕЛЫХ СНИМКАХ в видимом диапазоне снег изобразится белым, а лес темным. На цветном фотоснимке мы увидим зеленый лес, желтые поля созревшей пшеницы, темную воду. Однако получают такие снимки в светлое время суток и при ясной погоде. Ночью на них можно увидеть только огни городов. Облачность, которая постоянно закрывает около половины земного шара, мешает съемке, и в некоторых районах (в Антарктиде, в бассейне Амазонки) не удается получить снимки десятилетиями.

НА СНИМКАХ, сделанных в тепловом инфракрасном диапазоне, отображаются невидимые свойства объектов — температуры поверхности воды и почвы, ее влажность, течения в океане. Так, на снимке Атлантического океана четко видна струя теплого течения Гольфстрим, отображенная красным цветом, контрастирующая с холодными водами Северной Атлантики и Лабрадорского противотечения (зеленый цвет), на границе с которыми образуются огромные вихри. По таким снимкам удобно изучать динамику водных масс. Съемку в тепловом диапазоне можно выполнять в темноте, например во время полярной ночи в Арктике. Но облачность мешает съемке. Снимки в тепловом инфракрасном диапазоне, по которым судят о температуре воды в океане, используют прежде всего для определения районов, куда надо направлять суда для лова рыбы, потому что рыбные косяки идут в прохладные воды. Эти снимки многое могут рассказать и о поверхности суши, например о влажности почв, так как сухие и влажные почвы имеют разные температуры. Хорошо выделяются на них и города, где нагрев асфальта и зданий, промышленные выбросы предприятий влияют на темпера- туру в городе. Вот почему на тех же снимках, где видна теплая струя Гольфстрима, видны и тепловые очаги Вашингтона, Балтимора, Филадельфии, Ричмонда.

Серии снимков, сделанных одновременно в разных спектральных зонах, — это так называемые многозональные снимки, которые позволяют более надежно распознавать изучаемые объекты и получать цветные синтезированные изображения.

В ОДНОМ СПЕКТРАЛЬНОМ ДИАПАЗОНЕ можно получить серию снимков, одновременно используя излучение в нескольких узких спектральных зонах. Подобные снимки называют многозональными. Их делают, например, с помощью специальных фотокамер с несколькими объективами, причем каждый снабжен цветным светофильтром. Получаемая таким образом серия зональных черно-белых снимков позволяет распознавать объекты, пользуясь их спектральными образами. Дело в том, что большинство окружающих нас объектов по-разному отражают солнечные лучи: одни — преимущественно зеленые, другие — красные. Почвы, горные породы, вода, растительность, снег имеют присущий только им набор значений яркости в разных спектральных лучах. Графически это изображается в виде так называемых кривых спектральной яркости. По снимкам в разных зонах можно установить, какие объекты изобразились. Для этого яркость изображения неизвестного объекта на серии зональных снимков (т. е. его спектральный образ) сравнивается с эталонными кривыми, полученными путем специальных измерений на местности и хранящимися в банке данных. Например, если объект темный в красной зоне и очень светлый в ближней инфракрасной, можно с уверенностью сказать, что это растительность. Спектральный образ часто используется для разделения (классификации) объектов при компьютерной обработке снимков. Так, на приведенных снимках дельты Дуная изменение тона изображения, темного в красной зоне и светлого в ближней инфракрасной зоне, говорит о развитии здесь сочной тростниковой растительности, а светлая полоса прибрежных вод в красной зоне — о выносе Дунаем большого количества взвесей.

Снимки содержат разнообразную информацию о местности. С их помощью метеорологи определяют атмосферные фронты, а также наблюдают за образованием и перемещением циклонов, гидрологи фиксируют зоны затопления во время половодий, геологи ищут полезные ископаемые, картографы составляют карты.

СНИМОК, ПОЛУЧЕННЫЙ С ВЫСОТЫ, кажется непосвященному человеку необычным и малопонятным. В отличие от карты он не имеет условных обозначений, пояснительных подписей. Поэтому надо уметь читать снимки, или, как говорят специалисты, дешифрировать их. Дешифрирование основано на знании отличительных дешифровочных признаков объектов — своеобразной азбуки снимков. Одни из этих признаков прямые, они непосредственно указывают, какой объект изобразился на снимке. Например, белый цвет — признак снега или солевой корки, прямоугольная форма земельных участков — признак распаханных или занятых посевами полей, а по форме тени можно определить характер постройки. Пять главных прямых признаков показаны на рисунке. Однако более существенны косвенные признаки. Они позволяют получить сведения об объектах и процессах, не изобразившихся на снимках, используя их взаимосвязи. Например, характер растительности в засушливых районах свидетельствует о глубине залегания невидимых грунтовых вод и насыщенности их минеральными солями. Дешифрирование по косвенным признакам называют индикационным. Этот сложный вид географического анализа дает сведения о невидимых на местности объектах по их видимым индикаторам.

ДЛЯ РАБОТЫ С КОСМИЧЕСКИМИ СНИМКАМИ часто используют персональные компьютеры. Цифровой снимок можно вывести на экран компьютера, увеличить его или уменьшить, улучшить качество и сделать более контрастным, раскрасить в различные цвета, рассмотреть объект с разных сторон. Серия зональных черно-белых снимков позволяет синтезировать цветное изображение, подбирая такие зоны и светофильтры, на которых яснее проступят интересующие исследователя объекты. На основе анализа яркости зональных изображений компьютер сам выявит однородные группы объектов, т. е. выполнит неконтролируемую, неуправляемую классификацию. Если для отдельных участков известны изобразившиеся объекты (их называют тестовыми, эталонными), то компьютер по аналогии выделит такие же объекты на остальной части снимка, т. е. выполнит управляемую классификацию.

Здесь приведен пример такой компьютерной обработки космического снимка на центральную часть Кольского полуострова, где на берегу озера Имандра в Мончегорске работает медно-никелевый комбинат «Североникель», дымовые выбросы которого губительно воздействуют на растительность близлежащих территорий.

На снимке по цвету изображения выделяются участки повреждения и уничтожения растительности — их красно-коричневые пятна резко контрастируют с зеленоватыми тонами еще сохранившихся лесов. Составленная в результате выполнения управляемой классификации компьютерная карта показывает распространение зон с разной степенью промышленного воздействия на растительность. Повторение такой классификации по снимкам, сделанным в разные годы, позволяет следить за изменением степени воздействия, что необходимо для проведения восстановительных и природоохранных мероприятий.

Многочисленные задачи, которые решают по космическим снимкам, можно разделить на четыре группы: инвентаризационные, оценочные, динамические и прогнозные.

ИНВЕНТАРИЗАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ. При работе с аэроснимками и космическими снимками решаются задачи разных типов. Чаще всего, дешифрируя снимки, мы выявляем местонахождение объектов, определяем их количество, площади. Так поступают, например, при дешифрировании и составлении карт, на которых выделены территории, занятые болотами, озерами, лесами, пашнями, населенными пунктами. По космическим снимкам, например, впервые создана карта растительности Аляски — огромной малоисследованной территории, большая часть которой используется как оленьи пастбища, и для инвентаризации этих пастбищ необходимо детально знать распределение растительного покрова.

Для территории Европы по обзорным снимкам с метеоспутников составлена карта лесов, которая показывает, насколько разреженным стал здесь лесной покров — кружево лесов разрывается в местах поселений, промышленных зон, вырубок, сельскохозяйственных земель, болот. Такая карта позволяет выявить реальные площади лесов.

На Среднерусской возвышенности, в плодородной центральной черноземной области, снабжающей хлебом страну, из-за эрозионных процессов сокращаются площади, которые можно использовать для сельскохозяйственных полей. По космическим снимкам выделены территории, занятые овражно-балочной сетью, исключенные из пахотных земель и нуждающиеся в проведении противоэрозионных мероприятий.

ОЦЕНОЧНЫЕ ЗАДАЧИ. Они более сложные, ставятся, когда требуется не просто установить распространение тех или иных объектов, а оценить их состояние, например, определить степень повреждения растительности в зоне воздействия вредных выбросов промышленного комбината или выявить загрязнение снежного покрова вокруг городов, которое указывает, насколько чист в них воздух. С их помощью оценивается пригодность территории для строительства, распашки, вероятность развития опасных процессов — лавин, селей в горах и т. п. Решение оценочных задач требует более сложного анализа факторов, определяющих развитие процесса, или косвенных признаков, говорящих о характере повреждения, загрязнения и т. п. Здесь никак не обойтись без привлечения дополнительной информации. Решение оценочных задач особенно важно при эколого-географических исследованиях.

По космическим снимкам выполнена оценка состояния ландшафтов в зоне промышленного воздействия медно-никелевого комбината «Североникель» в районе Мончегорска, на Кольском полуострове. Дымовые выбросы комбината, содержащие серу, погубили окрестные леса. Дешифрование космических снимков вместе с полевыми исследованиями и наблюдениями с вертолета позволили составить карту оценки состояния повреждения растительности, что необходимо для планирования и проведения мероприятий по восстановлению лесов.

На космических снимках, сделанных весной, в начале таяния снежного покрова, вокруг городов видны огромные темные пятна загрязненного снега. Накопленные за зиму пыль и грязь выступают на поверхность и хорошо обрисовывают зоны промышленного и транспортного загрязнения воздуха. Оказалось, что эти зоны намного превышают площадь города. По таким снимкам построены карты зон загрязнения воздуха вокруг городов и рассчитано, в какие речные бассейны и сколько поступит загрязнения при таянии снега.

ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ. Возможность многократного повторения съемки делает снимки ценнейшим материалом для изучения изменений в природе и хозяйственной деятельности, т. е. для решения динамических задач. Регулярные аэрокосмические съемки — основа мониторинга, т. е. постоянного слежения за меняющимися объектами. Особенно важен такой мониторинг в береговых зонах морей, уровень которых испытывает колебания, а сама береговая зона подвергается затоплению при подъеме уровня, а при его опускании — иссушению и опустыниванию. Именно такими являются наши внутренние моря — Каспий и Арал. Каспийское море отличается тем, что уровень воды в нем, а значит, и его площадь периодически меняются. Длительное время с середины прошлого века уровень воды падал, и море сильно отступило, а с 1977 г. неожиданно начался подъем уровня, достигший почти 2 м. Так как в связи с прогнозами потепления климата ожидается подъем уровня Мирового океана, то Каспий сейчас рассматривается как природная лаборатория для изучения изменений береговой зоны при повышении уровня моря. Разновременные космические снимки позволили составить серии карт состояния и изменений береговой зоны. На снимках и составленных по ним картах видно, как изменился за эти годы один из участков его побережья — район устья реки Сулак в Дагестане. В 1978 г. берег имел два больших выступа — старую дельту Сулака, образовавшуюся, когда река поворачивала перед впадением в море на север, и новую дельту, которая стала формироваться после того, как реку повернули на восток, прорыв специальный канал. Когда уровень Каспия поднялся почти на 2 м, оба дельтовых выступа оказались затопленными и стали размываться, а воды Сулакской бухты подошли вплотную к поселку Сулак, где пришлось строить защитные дамбы.

В связи с падением уровня Аральского моря одна из крупных экологических катастроф нашего времени произошла в Приаралье.

Уровень моря снизился более чем на 20 м, а его площадь сократилась на 54%; с осушенного дна ветер поднимает облака пыли и солей, засоляя окружающие территории. Отсутствие качественной пресной питьевой воды ухудшает условия жизни, угрожая здоровью населения. По съемкам из космоса составлены карты изменения береговой линии и площади акватории Аральского моря.

ПРОГНОЗНЫЕ ЗАДАЧИ. Получаемая по снимкам информация позволяет заглянуть в будущее, решать прогнозные задачи. Нас ежедневно знакомят с прогнозом погоды на основе анализа снимков с метеорологических спутников. Метеорологи, прослеживая пути циклонов и антициклонов, скорость их перемещения, сообщают возможную погоду на завтра. Следя по космическим снимкам за таянием снежного покрова, гидрологи рассчитывают возможный уровень воды в реках во время весеннего половодья. Для этого создаются специальные модели стока, позволяющие вычислить уровень воды в реке, если известно, на какой площади стаял снег. А это можно определить по повторным снимкам, измеряя площадь речного бассейна, еще покрытую снегом: ее изменения и покажут площадь снеготаяния.

Информатизация коснулась сегодня всех сторон жизни общества, и трудно, пожалуй, назвать какую-либо сферу человеческой деятельности — от обучения в школе до высокой государственной политики, где бы не ощущалось ее мощное воздействие.

ИНФОРМАТИКА «дышит в затылок» всем наукам о Земле, догоняя и увлекая их за собой, преобразуя, а порой полностью порабощая в стремлении к бесконечному компьютерному совершенству. Ученые уже не мыслят сегодня своей работы без компьютеров и баз цифровой информации.

В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС), причем слово «географические» в данном случае означает «пространственность» и «территориальность», а еще и комплексность географического подхода.

ГИС — это аппаратно-программный и одновременно человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение данных. Географические информационные системы отличаются от других информационных систем тем, что все их данные обязательно пространственно координированны, т. е. привязаны к территории, к географическому пространству. ГИС используют при решении всевозможных научных и практических задач. ГИС помогают анализировать и моделировать любые географические ситуации, составлять прогнозы и управлять процессами, происходящими в окружающей среде. ГИС применяются для исследования всех тех природных, общественных и природно-общественных объектов и явлений, которые изучают науки о Земле и смежные с ними социально-экономические науки, а также картография, дистанционное зондирование. В то же время ГИС — это комплекс аппаратных устройств и программных продуктов (ГИС-оболочек), причем важнейший элемент этого комплекса — автоматические картографические системы.

СТРУКТУРУ ГИС обычно представляют как систему информационных слоев. Условно можно рассматривать эти слои в виде «слоеного пирога» или этажерки, на каждой полочке которой хранится карта или цифровая информация по определенной теме.

В процессе анализа эти слои «снимают с полочек», рассматривают по отдельности или совмещают в разных комбинациях, анализируют и сопоставляют между собой. Для какого-то одного заданного пункта или ареала можно получить данные по всем слоям сразу, но главное — появляется возможность получать производные слои. Одно из важнейших свойств ГИС как раз в том и состоит, что на основе имеющейся информации они способны порождать новую производную информацию.

РЕСУРСНЫЕ ГИС — один из наиболее распространенных видов ГИС в науках о Земле. Они предназначены для инвентаризации, оценки, охраны и рационального использования ресурсов, для прогноза результатов их эксплуатации. Чаще всего для их формирования используют уже имеющиеся тематические карты, которые цифруют и вводят в базы данных в виде отдельных информационных слоев. Кроме картографических материалов в ГИС включают данные многолетних наблюдений, статистические сведения, аэро- и космические снимки и др. Примером может служить «ГИС-Черное море», созданная странами черноморского бассейна. Этот бассейн с разнообразной морской жизнью, обильными рыбными ресурсами, теплыми песчаными пляжами и неповторимыми по красоте прибрежными ландшафтами, привлекающими туристов, в последние десятилетия испытывает катастрофическое ухудшение экологической обстановки. Это резко сокращает рыбные ресурсы, снижает рекреационный потенциал, ведет к деградации ценнейших прибрежных водно-болотных угодий. Для централизованного принятия срочных мер по спасению Черного моря страны региона разработали «Программу по спасению Черного моря». Важной частью этой программы стало создание ресурсно-экологической «ГИС-Черное море». Эта ГИС выполняет две функции — моделирование и информирование о Черном море в целом и отдельных компонентах его среды. Информация необходима для проведения научных исследований в акватории и прилегающей части черноморского бассейна и для принятия решений по охране и защите этой уникальной акватории. «ГИС-Черное море» содержит около 2000 карт. Они заключены в семь тематических блоков: география, биология, метеорология, физическая океанография, химическая океанография, биология, рыбные ресурсы.

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ. Взаимодействие геоинформатики и картографии стало основой для формирования нового направления — геоинформационного картографирования, т. е. автоматизированного моделирования и картографирования объектов и явлений на основе ГИС.

С внедрением ГИС традиционная картография испытала кардинальную перестройку. Ее можно сравнить разве что с теми изменениями, которые сопровождали переход от рукописных карт к печатным полиграфическим оттискам. Картографы прошлых эпох в самых смелых фантазиях не могли предвидеть, что вместо гравирования на литографском камне можно будет вычерчивать карту, водя курсором по экрану компьютера. А в наши дни геоинформационное картографирование почти полностью заменило традиционные методы составления и издания карт.

ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ заставляет по-новому взглянуть на многие традиционные проблемы. Принципиально изменился выбор математической основы и компоновки карт, компьютерные карты можно достаточно быстро переводить из одной проекции в другую, свободно масштабировать, менять «нарезку» листов, вводить новые изобразительные средства (например, мигающие или перемещающиеся по карте знаки), использовать для генерализации математические фильтры и сглаживающие функции и т. п.

Трудоемкие прежде операции подсчета длин и площадей, преобразование карт или их совмещение стали рутинными процедурами. Возникла электронная картометрия. Создание и использование карт стало единым процессом, в ходе компьютерной обработки изображения постоянно трансформируются, переходят из одной формы в другую.

ГИС-ТЕХНОЛОГИИ породили еще одно новое направление — оперативное картографирование, т. е. создание и использование карт в реальном или близком к реальному масштабе времени. Появилась возможность быстро, а точнее сказать, своевременно информировать пользователей и воздействовать на ход процесса. Иначе говоря, при картографировании в реальном времени поступающая информация немедленно обрабатывается и составляются карты для оценки, мониторинга, управления, контроля за процессами и явлениями, изменяющимися в том же темпе. Оперативные компьютерные карты предупреждают (сигнализируют) о неблагоприятных или опасных процессах, позволяют следить за их развитием, давать рекомендации и прогнозировать развитие ситуаций, выбирать варианты стабилизации или изменения хода процесса. Такие ситуации создаются, например, при возникновении в тайге лесных пожаров, когда приходится оперативно следить за их распространением и быстро принимать меры по ликвидации пожара. В период таяния снегов и во время катастрофических ливней приходится отслеживать разливы рек и наводнения, а в чрезвычайных ситуациях — изменения экологического состояния территории. В период ликвидации Чернобыльской аварии картографы день и ночь не отходили от компьютеров, составляя оперативные карты перемещения облаков радиоактивного загрязнения над территориями, прилегающими к очагу катастрофы. Так же ведут слежение за развитием политических событий и военными действиями в горячих точках планеты. Исходные данные для оперативного картографирования — это аэро- и космические снимки, непосредственные наблюдения и замеры, статистические материалы, результаты опросов, переписей, референдумов и др.

Огромные возможности и порой неожиданные эффекты дают картографические анимации. Модули анимационных программ способны перемещать карты или трехмерные диаграммы по экрану, менять скорость демонстрации, передвигать отдельные знаки, заставлять их мигать и вибрировать, менять окраску и освещенность карты, «подсвечивать» или «затенять» отдельные участки изображения и т. п. Например, на карте меняется цвет районов, подверженных лавинной опасности: «безопасная» голубоватая окраска ледников постепенно переходит в розоватую, а потом в ярко-красную, пунцовую, что означает: опасно, возможен сход лавин! Совершенно необычные для картографии эффекты создают панорамы, изменения перспективы, масштабов частей изображения (можно делить «наплывы» и удалять объекты), иллюзии движения над картой (выполнять «облет» территории), в том числе с разной скоростью.

 

Современные геоизображения способны совмещать достоинства карт и космических снимков. В этом случае аэро- или космический снимок трансформируется в проекцию карты. Такие космофотокарты (иконокарты) можно изготовлять быстро. Это удобно в районах, малодоступных для обычной наземной топографической съемки. Один из таких районов - долина Ганга в Бангладеш, она изображена на этой иконокарте, составленной по космическому снимку.

Трехмерными могут быть геоизображения не только реальной местности, но и абстрактных объектов, например данных статистической отчетности. На перспективной компьютерной модели показано зафиксированное число преступлений и правонарушений в департаментах Франции. Высота пиков и интенсивность их окраски соответствуют количеству правонарушений по департаментам. Наглядно видно, что максимумы отмечены в крупных городах - Париже, Лилле, Лионе, Марселе.

 

ПЛОСКИЕ ГЕОИЗОБРАЖЕНИЯ. К этому классу принадлежат прежде всего карты и планы, знаковые, генерализованные модели, построенные в картографических проекциях: топографические, тематические карты самых разных масштабов назначения и содержания, а также всевозможные производные картографические модели. Таковы, например, анаморфированные карты, искажающие реальные пространственные конфигурации, чтобы более наглядно передать особенности размещения картографируемых явлений. Аэро- и космические снимки, фотографии морского дна, телевизионные, радиолокационные, гидролокационные, сканерные изображения также относятся к плоским геоизображениям.

Точно так же есть плавный переход от карт к фотокартам, затем к иконо-картам и далее к снимкам. При этом постепенно как бы ослабевают свойства знаковости и нарастают «снимковые» свойства. А при переходе от снимков к стереомоделям, фотоблок-диаграммам и потом к рельефным картам нарастает трехмерность, объемность изображений. Как правило, гиперизображения — это программно управляемые модели, свойства которых можно изменять по мере необходимости. С развитием компьютерных технологий становится вполне реальным конструирование гиперизображений с любыми заданными свойствами. Появляются, например, особые стереокарты, или объемные фотоизображения, горного рельефа с заранее рассчитанным освещением и распределением теней. В других случаях полосы спутниковых изображений, виток за витком покрывающие земной шар, соединяются («сшиваются»), проходят компьютерную обработку, трансформируются в картографическую проекцию и окрашиваются в условные цвета. В итоге получают гиперизображение всей планеты, которое обладает свойствами компьютерной модели, точностью карты и подробностью космического снимка. К тому же такая электронная карта-снимок программно управляема, с ней можно проводить аналитические преобразования и добавлять новые данные по мере их поступления.

ПРОГРЕСС в конструировании геоизображений так же бесконечен, как и в любой другой сфере творческого поиска. Новые задачи диктуют необходимость выбирать оптимальные диапазоны космической съемки, внедрять наиболее выгодные картографические проекции, разрабатывать новые изобразительные средства, создавать более реалистичные анимации и т. п.

В 60-е гг. XX в. в нашей стране и за рубежом стала быстро набирать силу особая наука об изображениях — иконика. Не претендуя на замену таких конкретных отраслей, как телевидение, фотография, оптика, иконика исследует общие свойства изображений, цели и задачи их преобразования, обработки и воспроизведения, распознавания графических образов.

Постепенно идеи иконики проникли в дистанционное зондирование, картографию и науки о Земле. Возникли идеи формирования нового направления — геоиконики как новой отрасли знания о геоизображении, теории и методов их анализа, преобразования в науке и практике. При этом геоиконика становится связующей дисциплиной между картографией, аэрокосмическими методами и компьютерной графикой. Каждая из этих мощных дисциплин изучает геоизображения со своей точки зрения, а геоиконика занимается общими проблемами, она словно наводит мосты между родственными отраслями науки. В результате происходит все более тесное соединение картографии, аэрокосмического зондирования и геоинформатики, их взаимное цементирование, заполнение разделявших их прежде пустот, короче говоря, их интеграция.

Географы знают, что связь — одна из самых «географичных» отраслей хозяйства. Теперь она становится инструментом интеграции экономической деятельности государств всего мира, средством ее интернационализации. Российский географ Н. В. Алисов предложил даже выделить географию мировой телекоммуникационной связи как особое научное направление.

Сегодня на наших глазах формируется новое информационное пространство, и значительную его подобласть составляет геоинформационное пространство, т. е. среда, в которой функционируют цифровая геоинформация и геоизображения разных видов и назначения.

Пользователи Интернет быстро оценили новые возможности интерактивного составления карт. Один из самых доступных вариантов — создание картограмм и картодиаграмм по статистическим данным. В этом случае не требуется особой обработки исходной информации, достаточно иметь базы статистических данных и картографическую основу с сеткой административного деления территории. Появился даже термин «интерактивная композиция карт».

Более сложные тематические карты требуют специального поиска и подбора источников, их совмещения и комбинирования, привлечения разных баз данных, выполнения процедур отбора, генерализации и классификации, подбора способов изображения и т. п. Для показа динамики применяют средства анимации, добавляют звуковой ряд.

Новые технологии позволяют разнообразить оформление карт, применять самый современный дизайн, а настольные издательские картографические системы быстро размножают карты в нужном количестве экземпляров. В наши дни все чаще говорят об Интернет-картографировании как об особой ветви картографии. Однако, предоставляя новые возможности для создания карт, компьютерные сети сами нуждаются в картах. Речь идет о картографировании самих телекоммуникационных сетей, отображении «информационного пространства». Это новое направление тематической картографии пересекается с такими отраслями, как картографирование средств связи, сферы услуг, науки и культуры и даже в какой-то степени картографирование международного сотрудничества.

Пока карты телекоммуникационных сетей не отличаются сложностью. Чаще всего на них показывают просто размещение, количество или плотность учреждений, пользующихся услугами Интернета и других компьютерных сетей, в целом по стране или в крупных регионах. Карты наглядно свидетельствуют, что географическое распределение пользователей весьма неравномерно. Интернет наиболее распространен в Северной Америке, Европе, Австралии и Новой Зеландии.

По ряду стран созданы схематические карты структуры сетей, принадлежащих разным телекоммуникационным компаниям или научным сообществам. Например, в России есть карты телекоммуникационных сетей трех уровней: всероссийского, регионального и локального (для некоторых научных институтов и университетов).

Сюжеты карт телекоммуникационных сетей весьма разнообразны. Это размещение линий, каналов, центров связи и сетевая структура в целом, объемы информации, проходящей в единицу времени, степень загрузки по месяцам, неделям, дням, число обращений, виды запросов, интенсивность информационных потоков и т. п.

На картах можно представить и такие технические показатели, как пропускная способность, доступность, скорость и стоимость передачи информации. Таким образом, картографирование становится полезным инструментом при планировании развития, оптимизации размещения и работы сетей.

Для каждой страны, а для России в особенности, развитие компьютерных сетей имеет двоякий смысл: с одной стороны, это возможность доступа к обширной и разнообразной информации, накопленной мировым сообществом, а с другой — включение собственных информационных, в том числе географических и картографических, ресурсов в мировой научно-практический оборот.

Особое место в Интернете занимают электронные атласы. Они оказались удачной альтернативой бумажным, создание которых, как известно, требует длительного времени, иной раз многих лет, так что некоторые капитальные научно-справочные атласы частично устаревают еще в процессе подготовки.

В настоящее время существует несколько типов электронных атласов: одни из них предназначены только для визуального просмотра («перелистывания»); в других предусмотрена возможность изменять оформление, способы изображения и даже классификации картографируемых явлений, а также увеличивать и уменьшать изображение, получать бумажные копии карт (так называемые «интерактивные атласы»); третьи позволяют более разнообразно работать с картами, комбинировать и сопоставлять их, проводить по картам количественный анализ и оценку, выполнять взаимное наложение карт (оверлей) и пространственные корреляции. По существу, это ГИС-атласы. Наконец, есть особые электронные Интернет-атласы, в структуре которых кроме карт, дополнительной информации и средств интерактивных действий обязательно присутствуют еще и средства «навигации», т. е. перемещения по сети в поисках дополнительной информации или других карт.

В последние годы стали обсуждать проблему «публикации национальных атласов в Интернете». Речь идет о размещении атласов в компьютерной сети и, конечно, прежде всего капитальных атласов, которые можно будет постоянно обновлять по мере поступления информации, например, от государственной статистической службы. Таким образом, идет непрерывное «дежурство» по атласу, своеобразное слежение (мониторинг), и формируются национальные атласные информационные системы, которыми могут пользоваться учреждения и частные лица, имеющие персональные компьютеры любого типа.

Национальные электронные атласы созданы или находятся в процессе создания в Канаде, США, Швеции, Финляндии, Нидерландах, Франции, Германии, Швейцарии, Китае, Украине и других странах. Как правило, они базируются на многотомных бумажных атласах. Так, национальный атлас Швеции включает 17 томов, Нидерландов — 20 томов, Финляндии — 25 выпусков, Испании — 40 выпусков. Правда, электронные атласы не всегда повторяют свои бумажные прототипы, поскольку идет постоянное обновление карт, появляются новые сюжеты и даже частично изменяется структура.

В Список объектов Всемирного наследия включены геологические памятники природы, поражающие своей грандиозностью и мощью процессов, происходящих в ее недрах, а также создающих лик планеты.

АКТИВНЫЕ ВУЛКАНЫ Мауна-Лоа и Килауэа располагаются на Гавайских островах на территории национального парка, вошедшего в Список наследия. Потоки лавы устремляются к воде, вливаются в воды океана, образуя новое дно и новые берега. Пар окутывает раскаленные языки лавы. Расплавленная в кратере Килауэа порода через определенные промежутки времени извергается из жерла вулкана.

Над кратером на десятки и сотни метров поднимаются фонтаны лавы. Ландшафт на склонах вулкана весьма изменчив, и растительность вынуждена приспосабливаться к новым условиям. Как правило, рядом с вулканами находятся гейзеры. В Список наследия планеты гейзеры на Камчатке включены в 1997 г.

Грандиозные каньоны создала вода, прокладывая себе путь по земле, а столкнувшись с неподатливыми горами, спустилась с них водопадами, где «твердыши», наиболее прочные породы, образовали ступени в руслах рек, с которых низвергается водный поток.

Самые впечатляющие места теснин-каньонов и живописные водопады включены в Список наследия как сокровища человечества. В Северной Америке наиболее величествен Гранд-каньон, а также пользующийся заслуженной славой Ниагарский водопад.

Скалистая ступень изборождена расселинами, ее неровные края дробят потоки воды. В каплях брызг рождаются радуги, над водопадом клубится туман. При низкой воде плотная завеса воды разбивается на сотни отдельных водных потоков. По обоим берегам водопада на площади в 2400 км² располагаются природные заповедники. Их экологические системы отличаются, по мнению ученых, наибольшим разнообразием.

Гранд-каньон находится в штате Аризона. Длина его по реке Колорадо — 350 км, ширина приближается к 30 км. На его создание реке понадобились миллионы лет. Вода, а точнее, песок, галька, которые несла река, резали породы вздымавшегося плато Кайбаб. Притоки реки Колорадо тоже усердно трудились и расчленили некогда плоскую равнину, вознесенную движениями земной коры на высоту более 2 км. Стоя на краю каньона и заглядывая в его глубину, осознаешь величие природы и мощь ее внутренних сил. Ведь глубина каньона превышает 1,5 км.

В каньоне рекой вскрыты древнейшие породы планеты — граниты и кристаллические сланцы. Их возраст — свыше 2 млрд лет. Геологическая летопись Земли как бы разрезана рекой для прочтения. Песчаники и карбонатные породы сформировались на месте теплого моря, занимавшего около 250 млн лет назад эту территорию. Силы природы миллионы лет совершали свою работу, чтобы создать подобную красоту. Гранд-каньон вошел в Список наследия как самый глубокий каньон планеты.

Гранд-каньон постоянно изменяется: построенная в 1964 г. плотина не сдерживает напора реки Колорадо, и на стены каньона обрушиваются ужасающей силы удары, в результате чего склоны крошатся, а дно покрывается осколками.

Индейцы, жившие в каньоне 3 - 4 тыс. лет назад, оставили следы своего пребывания в пещерах и передали знания об этом феномене природы европейцам. В 1857 г. была сделана первая попытка пройти его на лодках. Она кончилась неудачей, пришлось двигаться вдоль него по берегам.

Сегодня тысячи туристов рискуют пройти по Гранд-каньону. На плотах и катамаранах они ввергаются в водовороты, проносятся по порогам, где торчащие скалы пытаются преградить бег воды. Лодки бешено крутятся в водоворотах. Струи воды окатывают безумцев. Смельчаков наверняка посещает мысль о превратностях жизни, и только счастливый случай да опытные инструкторы по водному туризму не дают им погибнуть. Но вот пороги позади, и на привале они видят красоту скал, необычные скульптуры, созданные ветром, солнцем, дождями, а в тихих зарослях тамариска спокойно ловят рыбу цапли, в небе кружат хищные птицы, высматривая добычу.

ДАЛЕКО НЕ ВСЕГДА реке удается создать долины, оставив в русле только зубцы твердых пород, образующих пороги. Твердость и неподатливость породы может оставить в долине реки ступень, с которой вода с грохотом совершает прыжок, пролетая десятки метров.

Наиболее известен Ниагарский водопад, расположенный на границе США и Канады. Но самый многоводный водопад в мире находится на юге Африки, на границе Замбии и Зимбабве. Это водопад Виктория на реке Замбези, открытый для европейцев Дэвидом Ливингстоном, шотландским исследователем и путешественником в 1855 г. На расстоянии менее 2 км он разделен островами на 5 водопадов. От восточной ступени один за другим следуют водопады: Радуга, потом Подкова, затем основной водопад — Виктория, разделяющийся на отдельные мощные струи, и, наконец, Чертов уступ, рядом с которым установлен памятник Д. Ливингстону, первому европейцу, пересекшему Африку от океана до океана. Уступ водопада постепенно смещается. Со времени заселения Африки водопад продвинулся вверх по течению реки более чем на 10 км. В период дождей через несколько рукавов, по которым вода устремляется вниз, в узкую расщелину шириной около 50 м, проходит 34 000 м³ воды. В засушливый период (в августе) расход воды уменьшается почти в 20 раз. Самая большая высота падения у водопада Радуга — 107 м. Местные жители назвали водопад «Гремящий дым».

Достоин упоминания и гигантский водопад Южной Америки — Игуасу. Его название переводится с языка индейцев как «Большая вода». Созерцая это чудо природы, А. Э. Рузвельт, жена президента США, сделала сравнение не в пользу Ниагары, сказав: «Наша Ниагара выглядит, как кран на кухне». И, вероятно, была права. На границе трех государств — Аргентины, Бразилии и Парагвая, там, где река Игуасу впадает в реку Парану, на приустьевом участке притока Параны развернулась подковой стена грохочущей воды. Высота падения — около 80 м. Масса воды обрушивается вниз в десятки расселин, расположенных по трещинам горных пород.

Огромное облако водяных брызг и туман над водопадом обеспечивают влагой пышную растительность. На скалах — мхи и папоротники, на небольших полочках-уступах — нежнейшие орхидеи. Сотни видов разнообразных деревьев. Бегонии и бромелии обвивают древесные ветви. Над растительным великолепием порхают пестрые, фантастических расцветок бабочки. Ласточки, обитающие у водопада, носятся над струями воды, пропадая в ее брызгах и вновь взмывая вверх над водопадом.

Безусловно, водопады есть и в других местах планеты — в Йосемитской долине, в Йеллоунстоунском национальном парке на территории США, национальном парке Канайма в Венесуэле. Самый высокий водопад (1076 м — падение струи) Сан-Анжело находится в Южной Америке.

Но вода не только камень точит, она его и растворяет. Известняки, доломиты, гипсы, каменная соль подвержены растворению. Проникая в глубь массива, сложенного этими породами, вода век за веком, тысячелетия и даже миллионы лет ведет свою незаметную на первый взгляд работу, растворяя породу.