Геофизические исследования в океанах и морях
В дальнейшем из-за малой производительности и большой трудоемкости донная гравиметрическая съемка, несмотря на сравнительно высокую точность, выполнялась, как правило, для стыковки сухопутной и морской надводной съемок в стесненных для плавания мелководных прибрежных районах в основном на Северном флоте.
Систематические судовые гравиметрические измерения гидрографы Атлантической океанографической экспедиции (АОЭ) начали в 1967г., СГЭ — в 1969г., ОЭЧФ — в 1970г., а ТОЭ — в 1975г. после появления первых образцов набортных морских гравиметров. Проведение морских судовых маятниковых измерений было возможным только при незначительном волнении моря (не свыше 2баллов), то есть во время стоянки судов у причалов, на якоре или при небольшом дрейфе, например во льдах. Поэтому они были малоэффективны и служили, благодаря сравнительно высокой точности измерений приращений силы тяжести, средством для эталонирования морских набортных гравиметров.
До 70-х гг. судовые маятниковые измерения выполнялись приборами ММП-П. В 1971г. они были заменены серийно выпускаемыми автоматизированными маятниковыми приборами АМП-1. В конце 80-хгг. их сменили демпфированные маятниковые приборы ПДМ.
Развитие морских гравиметров шло по пути разработки высокочувствительных датчиков и гиростабилизированных платформ для них. До середины 80-хгг. на судах Гидрографической службы ВМФ наиболее широко использовался морской гиростабилизированный гравиметр с фоторегистрацией МГФ. С вводом в действие отечественной спутниковой навигационной системы и нового автоматизированного морского гравиметрического комплекса МГК точность гравиметрических съемок в открытом океане повысилась в два-три раза при одновременном увеличении ее производительности.
Наряду с названными гравиметрами применялись (в основном в начальный период как экспериментальные образцы) различные гравиметры зарубежного производства (ТССГ-67, 085-2, КСС-5), а также отечественные (ГМН-К, ГМН-72 и др.).
До середины 70-хгг. судовые гравиметрические измерения проводились, как правило, попутно с промером на отдельных маршрутах в соответствии с изданными ГУНиОМО в 1971г. инструкциями по морской гравиметрической съемке, использованию маятникового прибора АМН-1 и гравиметра МГФ (Б.X.Ганеев, В.С.Егорова, А.Г.Иевлев, А.В.Иванов, Б.Г.Попов, С.М.Щербаков, В.Н.Хоробрых) [146-148].
Основные объемы площадных гравиметрических съемок были выполнены, начиная с середины 70-хгг., на океанографических исследовательских судах большого водоизмещения: “Абхазия”, “Аджария”, “АкадемикКрылов”, “АдмиралВладимирский”, “АндрейВилькицкий”, “Башкирия”. “ВасилийГоловнин”, “ВладимирКаврайский”, “ИванКрузенштерн” “ЛеонидДемин”, “ЛеонидСоболев”, “СеменДежнев”, “ФаддейБеллинсгаузен”, а также на гидрографических судах “Горизонт” и “НиколаеМатусевич”.
Наибольший вклад в проведение съемок внесли (помимо вышеназванных гидрографов) гидрографы-балтийцы: А.Н.Баршай, В.Н.Батиг, А.В.Бориков, А.3.Голубев, С.Н.Гузевич, С.Б.Зюбровский, К.В.Ковальчук, И.Н.Кочетов, А.Д.Мирошников, А.В.Мостовский, С.В.Процаенко, Б.М.Российский, В.И.Рыков, В.М.Хвиюзов, С.Б.Чернобродов и др.; гидрографы-тихоокеанцы: С.У.Анучин, В.Д.Евсеенко, А.Ю.Барков, Л.В.Зайцева, В.О.Мятелков, А.П.Пригода, А.П.Сердюченко, Т.М.Целоусова и др.; гидрографы-североморцы: С.В.Бехтольд. С.Бурштейн, Ф.В.Васильев, В.Грачев, В.Г.Горбатов, А.П.Макорта, Г.Н.Правдин, Н.И.Подгорный, И.Н.Полторацкий, В.М.Сошилов, А.В.Тарасович, А.П.Шарапов и др.; гидрографы-черноморцы Н.И.Догадин, Ю.Д.Голубев, П.М.Ершов, В.В.Залесский, В.А.Зимоглядов, В.П.Кравин, В.М.Мартинято, И.Б.Мернин, А.Б.Моисеев, Г.В.Михальчук, А.Д.Мовчанюк, Б.П.Савельев, В.С.Пархоменко, И.Н.Пшеничный, А.И.Туник, В.Д.Хмельницкий, А.К.Федоренко, В.В.Фроль, В.И.Хоменко и др.
Ниже приведен суммарный объем морских надводных гравиметрических измерений, выполненных экспедициями ГСВМФ.
| Экспедиция | Период работ | Количество пунктов |
| Северная гидрографическая | 1962-1992, 1995 | 168000 |
| Тихоокеанская океанографическая | 1966-1988 | 220000 |
| Атлантическая океанографическая | 1967-1988 | 358000 |
| Океанографическая черноморская | 1970-1991 | 188000 |
| Всего ГС ВМФ | 1962-1995 | 934000 |
Собранный военными гидрографами и другими специалистами-гравиметристами нашей страны массив данных о характере гравитационного поля в Мировом океане совместно с материалами спутниковых и астрономо-геодезических измерений послужил основой создания современной единой геоцентрической системы координат и решения других прикладных задач.
Исследования магнитного поля
Исследования военными гидрографами магнитного поля Земли в океанах и морях имеют давнюю историю.
В начале века по предложению Петербургской академии наук и благодаря инициативе бывшего военного моряка академика М.А.Рыкачева (директора Главной геофизической обсерватории) была организована генеральная магнитная съемка территории России. За 5лет (1910-1914) были произведены наземные и трехкомпонентные магнитные съемки в 376пунктах, в том числе и вдоль морского побережья России [149].
В связи с началом первой мировой войны объем работ резко сократился. Главное гидрографическое управление и Магнитная комиссия Академии наук, прекрасно понимая важность повторных наблюдений на магнитных пунктах для определения векового хода элементов геомагнитного ноля, поручили начальнику экспедиции Северного Ледовитого океана (с 1920г.) гидрографу-геодезисту Н.В.Розе совершить маршрутный объезд северного района съемки. В 1918-1921гг. он определил 52 пункта в Петроградской, Новгородской, Олонецкой, Вологодской и Архангельской губерниях. В 1921г. Розе впервые определил три магнитных пункта на северном острове Новой Земли — на леднике Норденшельда, в бухте Битней н в заливе Благополучия. На пунктах наблюдались магнитное склонение и наклонение, горизонтальная, вертикальная, северная и западная составляющие геомагнитного поля, а также определялось полное напряжение поля Т*. Измеренные параметры были приведены к эпохе 1920г. [1501.
К началу 20-х гг. на севере России имелось уже до 500пунктов магнитных измерений, выполненных в основном российскими гидрографами. Для приведения их к одной эпохе нужна была постоянная магнитная обсерватория. В 1923г. Н.В.Розе построил магнитную обсерваторию на острове Новая Земля у восточного входа в пролив Маточкин Шар. С 15сентября 1923г. здесь начались постоянные наблюдения абсолютных значений склонения, наклонения и напряженности ноля. В последующие годы такие же магнитные обсерватории были созданы в целом ряде пунктов на северном побережье России от границы с Норвегией до Берингова пролива, а также на одном из островов Земли Франца-Иосифа [149, 151].
В начале 1920г. Н.Никольский составил новую карту склонения для Каспийского моря на эпоху 1920г., для чего использовал каталог из 130пунктов, куда вошли наблюдения Н.А.Ивашинцова, Н.Л.Пущина, М.А.Рыкачева, И.Б.Шпиндлера, Д.А.Смирнова и др. [152].
В 1923г. по инициативе Главной геофизической обсерватории (ГГО) при ней был сформирован геомагнитный отдел, основной задачей которого являлись подготовка и проведение на территории СССР генеральной магнитной съемки. На организацию съемки потребовалось семь лет, в течение которых были подготовлены кадры, аппаратура, составлен план съемки и образована служба векового хода. Для руководства съемкой ГГО создала особое бюро генеральной магнитной съемки. В 1925-1937гг. его возглавлял Н.В.Розе [153].
В соответствии с постановлением Совета Народных Комиссаров от 21 августа 1930г. генеральная магнитная съемка, приостановленная в 1917г., была продолжена. В 1932г. по инициативе Н.В.Розе создается Институт земного магнетизма, который в дальнейшем вырос в крупное научное учреждение страны — Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Академии наук СССР (ИЗМИР АН).
До 1925г. в России составлялись магнитные карты только на отдельные районы. Институт земного магнетизма создал первые магнитные карты на территорию всего Советского Союза и его окраинных и внутренних морей для эпохи 1925г. В связи с крайне неравномерным расположением пунктов наблюдений (их было мало в восточной части страны) изолинии в азиатской части СССР на этих картах давали лишь самое поверхностное представление о распределении элементов земного магнетизма в этом районе [149]. К 1950г. вся территория Советского Союза была покрыта новыми магнитными пунктами, число которых достигло 26000. При выполнении генеральной съемки использовались отечественные магнитометры М-1 и М-2 [149]. Результаты съемки способствовали решению многих научных и практических задач и внесли весомый вклад в составление мировых магнитных карт.
Военные гидрографы в 1930-хгг. определяли трехкомпонентные пункты в прибрежной зоне и склонение в открытом море.
При составлении мировых магнитных карт возникла острая необходимость в проведении регулярных измерений элементов магнитного поля Земли на всей акватории Мирового океана. Первые компонентные измерения в море были осуществлены институтом Карнеги (США) с 1905 по 1929г. на деревянной бригантине “Галилей” и немагнитной яхте “Карнеги”. Магнитные наблюдения проводились в отдельных точках со средним расстоянием между ними около 200км по маршруту плавания. На обоих судах измерялись склонение, наклонение и горизонтальная составляющая магнитного поля Земли в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах. К 1929г. общее количество определенных пунктов по всем элементам достигло около 7500.
После гибели “Карнеги” в 1929г. морские магнитные исследования в других странах больше не производились до ввода в строй в 1953г. советской немагнитной шхуны “Заря”. Главной причиной такого положения было отсутствие надежных приборов, позволявших измерять магнитное поле Земли в условиях качки судна, и специальных судов, так как получить достоверные измерения на судах с металлическими корпусами было невозможно [154].
С 1953г. начался новый этап интенсивного изучения магнитного ноля Земли в водах Мирового океана, связанный с плаваниями советского немагнитного научно-исследовательского судна “Заря”. Парусно-моторная шхуна “Заря” водоизмещением 630т была построена в 1952г. в Финляндии из немагнитных материалов, а двигатель, научное оборудование и его монтаж были сделаны в СССР. С 1953 по 1955г. судно проходило опытную эксплуатацию, в период которой выполняло магнитные съемки в Балтийском, Северном, Норвежском и Баренцевом морях, а в 1956г. осуществило первое большое плавание в Северную Атлантику. Во время плаваний “Зари” определялись четыре элемента магнитного поля Земли: склонение D, наклонение J, вертикальная составляющая Z и вектор индукции Т. Измерения производились на ходу непрерывно. До 1985г. “Заря” выполнила 25экспедиционных рейсов во всех океанах и многих морях. Съемка была выполнена на галсах общей протяженностью 356815 миль (660108км). В 1959г. программа исследований “Зари” пополнилась ионосферными наблюдениями и измерениями нейтронной составляющей космических лучей, а с 1968г. в течение 10лет одновременно с магнитными проводились и гравиметрические измерения [154].
По материалам нис “Заря” были существенно уточнены представления о глобальной пространственной структуре магнитного поля Земли в океанах, впервые выявлены особенности аномального магнитного поля в отдельных регионах и получены сведения о его вековых изменениях. В результате исследований, выполненных на “Заре” и по проекту “Магнит” (глобальная аэромагнитная съемка американскими учеными, была повышена точность мировых карт элементов геомагнитного поля, в частности карт склонения до 0,5° [155].
Указанные выше обстоятельства, а также резко возросшие технические возможности выполнения морских магнитометрических измерений определили глубокий интерес к исследованиям и активизировали изучение геомагнитного поля Мирового океана.
В начале 1960-хгг. гидрографические экспедиции ВМФ начали морские съемки вектора индукции геомагнитного поля Т с надводных судов. На судах Гидрографической службы ВМФ проводились совместные работы гидрографов и специалистов НИИГА и ИЗМИРАН. Так, в 1962г. на эос “Крузенштерн” экспедиция НИИГА во главе с профессором Р.М.Деменицкой выполнила с помощью экспериментального феррозондового магнитометра съемку вектора индукции Т по маршруту перехода и над банкой Метеор в Атлантическом океане. В этом же походе проводился эксперимент по зондированию естественного электрического поля.
В начальный период при производстве съемок использовались единичные образцы зарубежных морских магнитометров и макеты приборов, изготовленные гидрографами (например, такой макет в 1968г. был создан в Атлантической океанографической экспедиции под руководством С.Н.Гузевича) [156]. В 1970-х гг. в гидрографических экспедициях стали применять квантово-оптические магнитометры КМ-2М, выпущенные малой серией Специальным конструкторским бюро физического приборостроения АНСССР. Однако массовые магнитные съемки начались только с 1977г., когда на флоты поступили серийные протонные буксируемые магнитометры МБМ-1.
Морскую магнитную съемку выполняли, как правило, попутно в комплексе с другими гидрографическими работами.
До середины 1980-х гг. магнитные измерения регламентировались инструкцией но морской магнитной съемке издания 1972г. (Р.Б.Семевский, Е.И.Чернобуров). По мере накопления опыта исследований [157-163] и появления новой магнитометрической аппаратуры возникла необходимость переработки этого документа и в 1987г. вышла в свет новая Инструкция по морской магнитной съемке (ИМ-86) .составленная С.Н.Гузевичем, Б.Н.Деминым, Т.М.Кулагиной, В.Д.Мищенко и К.Г.Ставровым.
Как уже отмечалось, Северная гидрографическая экспедиция приступила к магнитным съемкам на море в 1961г., а Атлантическая — в 1962г. Тихоокеанские гидрографы впервые стали участвовать в выполнении морских магнитных съемок в 1966г.* , а черноморцы — в 1973г.
К 1991г. гидрографы Северного флота в Северном Ледовитом океане определили со льда склонение О, горизонтальную составляющую геомагнитного ноля Н, вертикальную составляющую Z и вектор индукции T более чем в 22000 пунктов на площади 4241тыс.кв.км, аэромагнитная съемка для определения вектора Т проведена на площади 4611тыс.кв.км, было определено несколько сотен пунктов с измерением четырех компонент геомагнитного поля на побережьях полярных морей. Ни в одном океане нашей планеты, кроме Северного Ледовитого, нет такой подробной и современной компонентной магнитной съемки по всей его акватории.
Общий объем морской магнитной съемки, выполненной экспедициями Гидрографической службы ВМФ во всех океанах и окраинных морях России с помощью буксируемых Т-магнитометров, приведен в таблице.
| Экспедиция | Период работ | Объем работ, лин. км |
| Северная гидрографическая | 1976-1990 | 600000 |
| Тихоокеанская океанографическая | 1966-1990 | 1270000 |
| Атлантическая океанографическая | 1962-1990 | 2233000 |
| Океанографическая черноморская | 1973-1990 | 946000 |
| Всего ГС ВМФ | 1962-1990 | 5049000 |
В таблице приведены объемы съемок, выполненные одновременно с промером при обследовании рельефа дна на больших площадях. Кроме того, морская магнитная съемка выполнялась и на маршрутах переходов в районы исследований и обратно в базу, что в сумме составило еще 1722тыс.лин.км.
Собранный военными гидрографами обширный материал о характеристиках геомагнитного поля в Мировом океане используется при решении различных научных и прикладных задач.
В 1966г. была выполнена первая морская магнитная съемка в Пенжинской губе Охотского моря, затем наступил перерыв, и массовые магнитные съемки на Тихом океане начались с 1976г.